珠海市沿海风暴潮数值模拟试验研究

基于ELCIRC模型建立了适用于珠海市海域的风暴潮模型,以1713号台风“天鸽”路径为基础,通过改变台风入射角、台风登陆点、台风移速等方式构建登陆或者影响珠海市的台风路径,并进行风暴潮数值模拟计算,分析珠海市沿海风暴潮特征。结果表明:改变台风入射角时,珠海市沿海不同岸段的风暴潮将出现较大差异性;距离台风中心约15~100 km且位于台风右半圆的沿海地区将是风暴潮的重灾区;在珠海市的香洲区和斗门区沿岸,风暴增水总体随着台风移速变慢而呈现增大的趋势,但金湾区的情况则较为复杂,当台风移速为15~30 km/h时,在沿着台风“天鸽”的移动路径上会产生较强的风暴潮过程。

扩展水凝物控制变量的雷达资料同化对台风“天鸽”数值模拟的影响

利用WRF(Weather Research and Forecast)模式及WRFDA(WRF model data assimilation system)系统,针对2017年台风“天鸽”个例通过同化雷达径向速度(Vr)和反射率因子(RF),研究水凝物控制变量的雷达资料同化对台风分析预报的影响。研究表明:雷达径向速度的直接同化有效地改进了模式初始场中台风涡旋区的中小尺度信息,分析场中产生了气旋性的风场增量,对模式背景场中的台风有显著增强作用。通过在传统控制变量中扩展针对水凝物的控制变量可有效地同化雷达反射率因子资料,对初始场的水物质进行调整,并对随后确定性预报的台风路径和强度都有一定的正效果。此外,相比没有水凝物控制变量的雷达同化试验,加入了水凝物控制变量的雷达资料同化试验降水预报效果更好。这为将我国近海的地基多普勒天气雷达用于台风初始化分析和预报提供了一定的技术支撑和保障。

台风“天鸽”影响下珠江口水动力过程数值模拟研究

【目的】探究台风“天鸽”影响下珠江口的水动力过程。【方法】基于FVCOM模型,采用非结构网格对珠江口及其附近海域进行数值模拟。【结果】珠江口八大出海口中的磨刀门受台风影响最大,最大增水为0.79 m,中部出海口在台风影响下增水0.30~0.65 m,外伶仃洋增水不超过0.20 m。受台风影响,表层流速极值的最大增幅达0.50 m/s,风暴潮最大表层流速是同时刻天文潮表层流速的2倍,风向随台风中心的移动在0~180°范围内变化。【结论】流速比潮位更早对台风做出响应,且受台风影响更大。台风对表层流速的影响明显大于对垂向平均流速的影响。台风“天鸽”运动轨迹的东北方向的风暴增水比西南方向的大,台风东北部地区所遭受的风暴潮灾害更加严重。

“天鸽”台前飑线环境场及雷达回波特征分析

利用地面观测资料、ERA5和多普勒天气雷达资料,对2017年8月23日发生在台风“天鸽”前沿的一次飑线过程进行分析。结果表明:(1)近地面显著升温、低层大气暖湿不稳定及CAPE值达2000 J·kg^(-1)以上,为台前飑线形成提供了前期热力条件;(2)对流单体在地面辐合线附近触发并迅速发展成为高度组织化的飑线,其强度、移向与地面风的辐合强弱及位置高度一致;(3)水汽通量中低层辐合、高层辐散的配置保证了短时强降水发生时高效的水汽供应;(4)雷达图上台前飑线发展旺盛阶段中尺度辐合带特征最明显,出现多个55 dBz以上强中心及RIJ特征;(5)当飑线两侧的风向辐合特征减弱时,其带状结构快速断裂且强度减弱,伴随的强对流天气消失。

AMSU-A全空辐射率资料同化对台风“天鸽”的预报影响研究

利用美国NCEP(National Centers for Environmental Prediction)发展的GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统和GSM(Global Spectral Model)全球频谱预报模式作为循环同化系统,选用2017年第13号台风为研究个例,采用全空和晴空两种同化方案对AMSU-A(The Advanced Microwave Sounding Unit-A)辐射率观测开展同化对比试验,并对台风“天鸽”个例进行5 d预报,研究AMSU-A全空辐射率同化对台风天鸽发展过程预报的影响。结果表明,全空同化方案相比晴空同化方案预报的台风路径、台风中心气压以及台风最大风速预报误差更小;全空同化方案对台风“天鸽”生命周期的模拟更加准确,更接近中国气象局发布的台风天鸽最佳路径的最低气压,而晴空同化方案预报的台风发展较弱,无法预报出成熟期的台风强度;全空同化方案能够增加低层通道海上厚云覆盖区域辐射率资料同化量,增幅占AMSUA同化观测总量10%,从而改进海洋区域天气系统的热力场结构。

基于WRF-EnKF系统的雷达反射率直接同化对台风“天鸽”（1713）预报的影响

利用基于中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)的集合卡尔曼滤波(EnKF,Ensemble Kalman Filter)同化系统直接同化广东地区雷达反射率资料,对2017年台风“天鸽”(1713,Hato)近海发展以及降水预报效果进行数值模拟分析研究。结果显示,直接同化雷达反射率资料后,台风的回波强度和范围有了明显改善,可更好地调整水汽场、水凝物和温度场。当台风风场和水汽场调整后,进入台风主体部分的水汽量显著增加,使得台风强度增强,台风中心最低海平面气压降低,与实况更接近。同化雷达反射率资料后,6 h和24 h降水强度和落区预报效果有显著改善,尤其是能提高大暴雨和特大暴雨量级的TS评分,此外地面2 m温度和2 m相对湿度的预报效果也有改进。

新一代静止气象卫星葵花8号的晴空红外辐射率资料同化对台风“天鸽”的预报影响研究

本文以2017年第13号台风“天鸽”(Hato)为例,在WRFDA同化系统中结合日本葵花8号(Himawari-8)资料,通过同化Himawari-8晴空红外辐射率资料并进一步考察其对台风“天鸽”的结构、强度、路径分析和预报的影响。研究结果表明:同化Himawari-8晴空红外辐射率资料对台风背景场的水汽相关变量分析有显著改进,对背景场中的台风水汽信息有一定的改进作用。与控制实验,即没有同化Himawari-8晴空红外辐射率资料的实验相比,加入同化实验对台风“天鸽”的风场、500 hPa气压场的分析效果有所提高,台风气旋性环流加强,并进一步改进了对台风“天鸽”的路径、台风中心最低气压和近中心最大风速的预报。平均路径误差和降水预报相对于常规观测变量的均方根误差均有所改善。

“天鸽”台风风暴潮预报及数值研究

介绍1713号"天鸽"台风风暴潮过程,并利用不同数值模型对整个台风风暴潮过程进行了后报检验,从风速和风暴潮实况角度发现中央气象台给出的台风强度弱于实况,并依据风暴潮实况分析出了"天鸽"台风可能的最大强度,指出"天鸽"登陆前后强度很可能已经达到超强台风级别,对于此类我国近海突变型台风风暴潮过程需要引起风暴潮预报工作者的高度关注。

超强台风“天鸽”(1713)近海急剧加强特征及诊断分析

利用常规气象观测资料、卫星云图和NECP再分析资料,采用天气学诊断分析方法,对2017年第13号台风"天鸽"在近海急剧增强并达到超强台风级的特征进行了分析,讨论了其强度在近海急剧增强的原因。结果表明,南亚高压、西太平洋副高和低空急流的相互作用是"天鸽"近海急剧增强的主要影响系统;低层辐合与高层辐散、弱的环境风垂直切变和异常偏暖的近海海面温度是"天鸽"近海急剧加强的原因;100h Pa南亚高压南侧的东风急流显著加强有利于高层辐散和台风高层的出流。

对流非对称台风“天鸽”(1713)近海急剧增强成因分析

利用欧洲中心ERA-Interim逐6h再分析资料(水平分辨率0.125°×0.125°)、NOAA逐日海表温度资料(水平分辨率0.25°×0.25°)、日本HMW8卫星逐时黑体亮温TBB(水平分辨率0.05°×0.05°)资料对对流非对称台风“天鸽”近海急剧增强原因进行了分析。结果表明:(1)“天鸽”是在其对流呈非对称分布的前提下发展起来的,近海急剧增强过程其对流也呈非对称分布。“天鸽”强度增强时,TBB一波非对称振幅逐渐减小,非对称程度减弱。(2)南海北部28.5~30℃异常偏暖的海表温度有利于“天鸽”快速增强,是“天鸽”近海急剧增强的原因。(3)“天鸽”近海强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈正相关系,“天鸽”近海急剧增强发生在200hPa南亚高压加强东移,同时500hPa副热带高压加强西伸、低层西南季风加强的有利条件下。200hPa南亚高压反气旋环流加强东移导致台风上空向西南方向出流加强,台风中心南侧高层辐散与低层辐合的显著加强及其导致的非对称分布的强对流的发展,是“天鸽”急剧增强的重要原因之一。200hPa南亚高压加强东移与低层西南季风加强同步导致环境风垂直切变明显增大,对“天鸽”内的对流分布和台风强度均有重要影响,环境风垂直切变低于阻碍台风发展的阈值(12.5m·s^-1)是台风急剧增强的一个重要条件。(4)“天鸽”强度的快速加强与副热带高压加强西伸和西南季风加强造成的台风内部的非对称环流结构密切相关,“天鸽”水平风速的非对称分布导致台风中心附近正涡度增大,水平风速非对称分布变深厚引起台风中心附近正涡度大值区向对流层中上层伸展,也是“天鸽”急剧增强的重要原因。

基于现场调查的台风“天鸽”(1713)和台风“山竹”(1822)风暴潮灾害影响和致灾对比分析

基于现场调查,科学识别1713号台风“天鸽”和1822号台风“山竹”两次风暴潮灾害对珠海造成的海水淹没和承灾体受损情况,并对致灾差异和受影响情况进行对比分析。结果表明:两次台风的路径、登陆点和强度高度相似,因此珠海市出现大面积海水淹没和灾害损失的区域也高度相似,但由于台风“天鸽”路径更偏北、登陆时间恰逢珠江口天文大潮期以及台风结构更紧实、冲击力更强等原因,导致台风“天鸽”风暴潮灾害造成的海水淹没区域范围和深度大于台风“山竹”。此外,由于群众防灾减灾意识进一步加强,海岸工程设施进一步加固等原因,也使台风“山竹”风暴潮灾害损失远小于台风“天鸽”。

台风“天鸽”和“山竹”对肇庆风雨影响的对比分析

利用常规气象观测资料、区域加密自动站资料、多普勒天气雷达资料和卫星云图资料,对台风"天鸽"和"山竹"天气过程中肇庆的风雨分布特征及成因进行分析。结果表明:"天鸽"和"山竹"登陆时强度相当,登陆后移动路径相似、移速相仿,两次台风过程对肇庆风雨影响的强度都是自东南向西北递减,但"山竹"过程大风、暴雨天气范围更大,强度更强,持续时间更长,且局地出现了龙卷天气。热带气旋对肇庆的风雨影响差异主要与其结构、范围大小、登陆后维持在台风级别的持续时间、以及肇庆独特的地形分布有关。低层垂直风切变、强天气威胁指数和粗理查逊数对台风外围局地龙卷天气的发生具有指示意义。

“天鸽”强台风块瓦屋面风灾特征及抗风构造措施

在广东省珠海市金湾区机场登陆的2017年“天鸽”强台风,使珠海、江门、中山、中国澳门等地区建筑物遭受几十年一遇的罕见风灾。为了分析块瓦屋面的风灾特征,对20个珠海市的块瓦屋面风致破坏进行调查,提出针对块瓦屋面风灾特征的破坏等级评级方法,分别对多层建筑、高层建筑块瓦屋面风揭破坏及灾后完好的案例进行风灾特征进行对比分析,以单块瓦为研究对象,分析单块瓦负风压集中力、单块瓦砂浆粘结集中力、重力垂直屋面分力、单块瓦砂铜线拉力之间的关系,结果发现影响块瓦屋面抗风性能的主要因素是抗风构造措施及、卧瓦层砂浆饱满度,温度应力等原因导致实际砂浆粘结集中力比理论计算值小。结论是钢筋卧瓦层双股铜线无空腔湿贴法的块瓦屋面抗风构造措施满足抵抗14级强台风的抗风性能要求。

北半球台风生消过程的力学分析

台风灾害是我国沿海地区重大自然灾害之一,它多发生于夏秋季节,具有突发性强、破坏力大的特点。以2017年第13号台风"天鸽"为例,运用科里奥利力、角动量守恒、伯努利方程等力学知识对其产生、移动及消失进行力学分析,阐明北半球台风生消过程的一般规律及其带来的严重灾害。

中国公共安全科技发展及其在澳门的应用实践

公共安全是国家安全和社会稳定的基础,是国家治理现代化的重要保障。随着中共中央和国务院的重视及科技投入的不断加强,特别是《国家中长期科学技术发展规划纲要(2006-2020年)》实施以来,中国公共安全科技发展取得长足进步。从公共安全科技发展、中国目前面临的机遇和挑战两方面,介绍了澳门特别行政区在"天鸽"台风后加强公共安全科技保障方面的举措和成效。

2017年“天鸽”强台风钢结构厂房风灾特征

2017年“天鸽”强台风在广东省珠海市金湾区机场登陆,风力大、降雨量强,使珠江口西岸地区遭受几十年一遇的罕见风灾。对珠海市斗门区的建筑物风灾进行调查,钢结构建筑物受风灾破坏严重,重点对几种不同结构形式的钢结构厂房进行风灾特征分析,发现薄弱部位、破坏的形态、损失的轻重均不一样。分析原因,提出抗风概念设计等要求,为粤港澳大湾区钢结构厂房的抗风设计、施工提供了实际工程经验。