毫米波雷达在台风外围云系研究中的应用

为评估台风条件下毫米波雷达的探测表现,利用上海2018年和2019年4个台风影响期间的毫米波雷达数据,结合雨滴谱仪、静止卫星、S波段天气雷达等资料,探讨了利用毫米波雷达研究台风外围云系的可能性。结果表明:毫米波雷达探测台风外围区域具有良好的性能,对于云降水结构的垂直探测具有一定应用潜力;在降水强度低于5 mm·h^(-1)时雷达对于云顶高度的探测较为准确;提出一种融化层亮带判别方法,亮带识别结果与探空观测一致。对比毫米波雷达与S波段天气雷达降水强度反演,结果显示利用毫米波雷达衰减特征能够实现降水强度廓线的反演,但需要对存在显著雨滴碰并增长的降水进行识别并订正,可为毫米波雷达探测台风外围云系提供参考依据。

台风过境风电场的CFD数值模拟方法研究

以台风烟花过境沿海陆上风电场期间,风电场内特别是风电机组位置的风速、风向和湍流强度的微尺度分布及其随时间的变化为研究对象,基于中尺度WRF模式的模拟结果建立CFD计算域的边界条件,建立台风大气边界层风速、风向廓线参数化模型,以及考虑中尺度热带气旋和台风边界层内卷效应的风场CFD计算模型。算例结果表明,所建立的台风大气边界层风场CFD计算模型可反映台风大气涡旋在风电场微尺度范围的流动特性,风电机组轮毂点的计算风速和实测的机舱风速符合较好,表明所研究的方法可进一步应用于台风影响地区风电场内风电机组台风风险的精细化评估,开展考虑台风风险的微观选址优化等。

大气热带波动研究进展

本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统介绍了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种影响波动演变的机制(如,波流相互作用、波动—积云对流相互作用、水汽作用等)来部分解释观测热带波动与理论的差异的可能原因。这些研究表明局地大尺度环流和湿对流等在热带波动结构演变、强度和位置中有着重要作用。文中还综述了热带波动对热带气旋生成和路径的影响及可能机制,这表明热带波动的变化能够较好解释热带天气(如,热带气旋)的变化特征。最后,大气热带波动研究依然有许多科学问题亟待解决,它对于大气科学发展具有重要科学意义。

干冷空气活动对热带气旋强度变化影响的研究进展与展望

热带气旋的强度变化一直是热带气旋研究中的重要内容之一,干冷空气活动与热带气旋强度变化之间有密切的关系,如快速增强和快速减弱过程。文章对国内外干冷空气影响热带气旋强度变化的研究成果进行了回顾和总结,主要包括干冷空气的强度、侵入位置,以及高空冷性天气系统对热带气旋强度变化的影响三个方面,并对未来的研究进行展望,以期为干冷空气影响热带气旋强度的研究提供参考。

2019年影响中国台风的降水预报误差及其来源研究

针对2019年影响中国的8个台风,利用面向降水对象的CRA(contiguous rain area)方法研究了欧洲中期天气预报中心确定性预报的降水误差来源,及其在不同预报时段和降水量级下的变化趋势,分析了台风路径预报误差与降水对象的CRA位置误差之间的相关性,对比计算了台风路径修正与CRA shifting方法对于改进降水预报的作用,并评估了台风降水概率分布、径向分布和非对称分布的预报误差。结果表明:总体而言,台风降水预报的主要误差来自于位置误差和形态误差;除特大量级降水以外,台风降水对象的CRA位置误差与路径误差显著相关,通过修正台风路径能改进降水预报,但其效果要逊于CRA shifting方法;预报的台风降水概率密度分布形态与观测总体上较为一致,但台风核心区内的预报降水强度均大于观测;台风登陆或靠近我国沿海前后,预报降水较观测更靠近台风中心,且略滞后于观测,预报降水的非对称性明显弱于观测。

台风条件下火箭探测气象数据与ERA5再分析资料的对比分析

再分析资料的准确性对台风等灾害性天气预报及研究有着重要价值。以往缺乏在强台风条件下平流层内的直接观测资料,使得无法对再分析资料的准确性进行验证,基于新型火箭探测数据对ERA5再分析数据的气象要素在强台风条件下进行对比分析。(1)台风条件下三次试验ERA5与火箭探测在对流层内的温度廓线几乎重合,15 km以下两者之间的误差不到1℃,但15 km以上的平流层两者偏差随高度增加而增大,ERA5比火箭探测的温度明显偏低,在15~20 km、20~30 km、30~40 km和40 km以上两者偏差平均值分别为3.75℃、5.52℃、14.41℃和19.25℃;(2)相对湿度三次试验两者的变化趋势还是比较相似的,但在平流层低层15~20 km两者存在较大差异,火箭探测相对湿度在15 km左右是上干下湿分界高度,而ERA5的分界高度抬升到20 km以上,也就是说ERA5把高湿度层抬升了5 km以上;值得一提的是25 km以上,台风影响前,两者相对湿度都几乎接近0%,而在台风影响期间火箭探测相对湿度可达5%左右,ERA5相对湿度仍然几乎为0%;(3)台风条件下三次试验风速廓线显示两者在平流层低层到对流层变化趋势十分相似,相关系数可达0.85左右,平均偏差大约为2 m·s^(-1);而在平流层中高层相似度降低,偏差增大,相较于火箭探空,ERA5风速偏低4 m·s^(-1)左右。

2022年西北太平洋和南海台风预报精度评定

评定2022年西北太平洋和南海台风业务定位定强、路径和强度预报精度,结果表明:2022年,官方台风预报机构的定位误差与台风强度等级呈负相关;中国气象局中央气象台在各强度等级的定位平均误差最小,全年定位平均误差(15.4 km)较2021年(19.7 km)减小21.8%,定强平均绝对误差(1.3 m·s^(-1))较2021年(1.4 m·s^(-1))略减小。主观预报和客观预报方法的路径预报平均误差较2021年普遍有所减小,而强度预报平均绝对误差较2021年普遍有所增大。SSTC、CMA-TRAMS和ECMWF-IFS路径预报技巧评分相对较高。NCEP-GFS、JMA-GSM、CMA-TRAMS和CMA-TYM强度预报系统性偏差不明显,NCEP-GFS、HWRF和CMA-TRAMS强度预报技巧评分相对较高。

GNSS/MET观测的台风“烟花”对上海地区PWV的影响

利用上海5个GNSS/MET站2021-07-21~08-08的观测数据,使用GAMIT软件反演大气可降水量(PWV),研究台风“烟花”期间上海地区PWV与降雨量之间的关系及PWV的空间分布特征。结果表明,GNSS PWV与探空PWV之间相关系数大于0.9。降水生成前,PWV经历了3次波动性上升过程,降水生成时间比台风登陆时间早约60 h;降水持续期间,PWV剧烈变化时会造成降水量急升或急降;降水结束后,PWV逐渐下降至40 mm以下。台风登陆前,PWV基本在75 mm以上,PWV大于80 mm的区域主要分布于上海南部和中部;台风登陆后,PWV在80 mm以上,高值区可达90 mm;台风远离后,PWV下降至85 mm以下。PWV高值区向西北方向的扩大、推移与台风路径基本吻合。

嵌套高分辨率网格对我国东南沿海登陆台风模拟的影响

嵌套高分辨率网格对台风模拟有十分重要的影响。基于COAWST(coupled ocean atmosphere wave sediment transport)模式,针对登陆广东、海南的11个台风,设计了2组模拟方案。一组是在9 km分辨率下嵌套3 km分辨率网格,另一组是采用单层9 km分辨率网格。将模拟结果与中国气象局热带气旋资料中心发布的最佳路径数据进行对比,以探讨嵌套高分辨率网格是否可以提高台风模拟的准确性。从台风路径的模拟结果来看,在9 km分辨率下嵌套3 km分辨率网格对台风路径模拟的误差较小,而单层9 km分辨率网格模拟的台风路径误差较大。通过对比两组方案模拟的台风路径、强度和结构,在模拟区域中使用嵌套高分辨率网格方案的模拟准确性有所提高。两种方案模拟的风场以及副热带高压十分接近。相比于单层网格,嵌套了高分辨率网格方案模拟的台风路径、强度误差更小,台风眼更小,位涡更强。

副热带高压内部台风远距离暴雨特征和机制个例分析

为了提高对副高内部台风远距离暴雨特征和机制的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,对2018年台风“山竹”在副高内部引发的一次远距离暴雨过程进行分析。结果表明:①这次暴雨发生在500 hPa副高内部高温、高湿、高能的强对流不稳定环境中,暴雨区位于低层台风倒槽北端、偏南气流风速辐合区和高空急流入口区右侧。②低层暖湿平流提供了充足的水汽和能量,促使对流不稳定层结发展和维持;高层强辐散耦合低层辐合形成强烈上升运动,为暴雨提供有利动力条件。③中尺度对流系统有3个演变阶段:带状对流组织和建立、对流带北移南侧超级单体发展和移动、北部对流减弱南部对流带新建发展,造成了两个阶段的极端短时强降水(100 mm/h以上)。④低层华北高压先后与台风倒槽、海上高压结合,增强了低层辐合并维持了切变线(地面辐合线),利于对流的发展和维持。台风倒槽是初始对流带的触发和组织者,雷暴冷池出流是超级单体发展移动的关键因素。⑤高空急流的辐散抽吸强迫中层辐合,正涡度和低槽发展,暴雨区垂直风切变增强,利于南部对流带发展。当低纬度有台风活动时,500 hPa副高内部低层有台风倒槽,台风倒槽北端的辐合区是远距离暴雨预报的着眼点。

一次复杂地形下边界层抬升型暖区暴雨对流触发条件和可预报性的数值研究

长江中下游地区的暖区暴雨过程易受复杂下垫面强迫的影响,具有较大的预报不确定性,尤其是其中的对流触发过程。为探讨此类过程的触发条件及揭示其可预报性受限制程度,本文针对2020年6月23日一次复杂地形包裹下的长江中下游暖区暴雨展开高分辨率的数值模拟和对流尺度集合模拟,通过Lagrange气块后向轨迹分析、去除地形和关闭热效应的敏感性试验以及集合敏感性分析等方法对此次过程的对流触发阶段展开分析。结果表明,此次过程被抬升气块的主要源地为1.5 km以下的边界层,仙霞岭和杉岭在正午时分因热力作用而驱动的出谷风是引发局地辐合抬升的动力源,高低层散度、湿位涡的垂直配置以及偶极型位涡异常对此次对流触发过程具有较好的指示意义。此外,该过程对前期近地面2 m高度处温度和模式底层视热源具有较高的敏感性,该结果证实下垫面强迫的精确刻画对于提升暖区暴雨的预报效果至关重要。逐步减小初始场误差的初值敏感性试验进一步表明,此次暖区对流过程的可预报性显著低于北边的锋面过程,表现为锋面对流的偏差总能量能随初始误差的缩小持续性降低,而暖区对流的偏差总能量曲线则仍能增长至与原水平相近,呈现出非线性辐合收缩特征。因此,对于天气尺度强迫显著的锋面对流,或可优先考虑通过加强资料同化能力等手段降低初始场误差来减小预报误差;但对于复杂地形下的暖区暴雨对流触发过程,则需要更加强调通过集合预报来捕捉其不确定性。

2203号台风“暹芭”的路径预报偏差及思考

针对2022年第3号台风“暹芭”的主要特点和预报难点问题进行分析和研究,得出如下主要结论:“暹芭”是2022年首个登陆我国的台风,在华南登陆减弱后,其残余环流继续北上,与西风带系统共同影响我国华中、华东、华北及东北等地的部分地区;累计雨量大、风雨强度强;台风外围出现多个龙卷。主要的预报难点问题有:弱台风准确定位问题表现突出,引进新的卫星产品有助于提高定位精度;72 h路径预报的偏差问题主要是由于模式对东台风、大陆高压和南压高压、西风急流等关键系统的预报偏差引起;台风登陆后北上长时间维持(含减弱后的残涡)的预报问题需关注持续的水汽通道和高层出流条件变化。

基于逻辑回归法的浙江省低涡型暴雨落区预报研究

大气低涡是造成我国南方地区暴雨洪涝的重要天气系统,大气低涡背景下的暴雨突发性、局地性强,其发生时间、强度和落区一直是气象预报业务的难点。为提高浙江省暴雨预报准确率,本文利用1979—2020年浙江省逐日格点降水观测数据和美国国家环境预测中心气候预测系统再分析数据集,首先分析了浙江省内近42 a由大气低涡造成的区域性暴雨事件(以下简称低涡型暴雨)的气候特征;然后将850 hPa垂直速度、水汽通量散度、速度散度、低空急流、切变线以及700 hPa垂直速度作为预报因子,基于“配料法”并结合逻辑回归方法构建了低涡型暴雨落区预报模型;最后基于该模型利用2021年欧洲中期天气预报中心预报产品进行暴雨落区预报,并使用同期实况降水进行了系统性检验和天气过程检验。结果表明,该模型总体性能较好,提前24 h和12 h时效的暴雨预报能力均有提升,可将12%的准确率和20%左右的命中率分别提升至14%和40%附近,漏报率从75%以上降至60%附近,但存在着一定程度的空报。

高空槽对9711号台风变性加强影响的数值研究

9711号台风Winnie是一个在中国大陆长久维持(2—3 d)并产生强降水的热带气旋(TC),在其深入内陆过程中变性加强为一个温带气旋。用MM5V3对不同强度高空槽影响下Winnie的变性加强过程进行了数值研究。结果表明:(1)Winnie变性加强过程表现为强锋面侵入台风内部、冷空气包裹台风中心、一个温带气旋在近地层锋面上强烈发展的过程;(2)Winnie在陆上的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关。TC与不同强度高空槽相互作用过程中,较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散,从而有利于TC的维持和变性发展。数值试验中,高空槽越强,Winnie变性加强越明显,温带气旋的发展越快;(3)模拟结果的位涡分析表明,Winnie的温带变性发展与对流层高层正位涡下传、低层锋区和TC低压环流三者之间的相互作用有关。

Winnie(9711)台风变性加强过程中的降水变化研究

热带气旋变性过程是其结构、强度及其风雨分布发生显著变化的过程,常导致预报失败。基于T106格点分析资料、日本气象厅TBB资料以及MM5V3数值模式结果,对9711号台风Winnie变性加强过程中的降水变化特征及其机理进行研究。结果表明,Winnie台风变性加强过程中降水分布非对称性明显,强降水带首先出现在台风环流北部,之后向南弯曲,其强降水中心绕台风中心从北部顺时针转向东北和东南部。这种降水变化一方面与Winnie与西风带高空槽相互作用过程中环境风垂直切变明显增大,且其指向顺时针旋转有关。此间台风垂直结构发生明显倾斜,变性前期涡旋环流随高度增加先向北倾斜,发展到最强时又趋于垂直,之后又向东南倾斜。强降水区出现在垂直切变的下风方、台风气柱倾斜方向一侧。另一方面还与台风环流内冷、暖平流活动紧密相关,强降水落区与低层暖平流输送位置关系密切。对流涡度矢量垂直分量反映了Winnie台风环流内中尺度锋区与风垂直切变的相互作用,800hPa上的大值区对其强降水落区有较好的指示意义。

全球变暖对台风活动影响的研究进展

全球变暖是当前热点问题之一,各大洋区时有发生的"超乎寻常"的台风活动也广为关注。全球范围内的台风活动特征是否悄然发生了变化?这种变化与全球变暖是否存在关联?这些问题已成为国际台风界的重点研究内容之一,近年来取得了许多进展。文中从全球台风活动特征变化事实的观测研究、成因分析、数值模拟与预测等方面对此进行了概述。综合各方观点,得到主要共识如下:单个台风的异常活动不宜直接归因于气候变化;全球台风频数的年际变化趋势并不明显;沿海地区人口增长和基础设施增加是近期台风对社会影响加重的主要原因;自1970年以来,一些海区的超强台风比例明显增大,比目前数值模式的模拟结果要大许多;如果全球气候持续变暖,台风的最大风速和降水很可能会继续增加;尽管在台风记录中同时有支持和不支持人类活动(全球变暖的影响)信号存在的证据,但在这一点上还不能给出一致的肯定结论。另外,由于台风和相关气候资料存在均一性方面问题,气候数值模式对台风气候特征描述也存在缺陷,这两类问题的存在使得在目前阶段确切阐明全球变暖和台风活动的关系仍有极大的不确定性。

台风远距离暴雨的研究进展

台风是最强的暴雨天气系统,针对台风暴雨的研究由来已久,并把台风暴雨分为台风环流本身的暴雨和台风远距离暴雨。近几十年来,有关台风远距离暴雨的研究有了一些新的进展和成果。2007年的第十四届全国热带气旋研讨会上还给出了最新的台风远距离暴雨定义。谨从此定义出发,简要总结国内外在台风远距离暴雨方面的研究成果,并在分析归纳的基础上提出存在的问题和可能的研究方向。

台风条件下不同时距最大平均风速之间的转换系数研究

利用位于福建省漳浦县赤湖镇海岸线观测塔提供的三个登陆台风的四层超声风速仪观测数据,在数据质量控制基础上,研究不同下垫面条件下阵风因子与平均风速、观测高度,以及阵风时距的关系;在此基础上,给出不同时距最大平均风速之间的转换系数,从而在不同研究机构采用的表征登陆台风强度的1min、2min和10min最大平均风速之间建立联系,并和WMO的推荐值进行比较。计算结果表明：粗糙度对阵风因子有显著影响,对转换系数影响较小;本文给出的2~10min最大平均风速之间的转换系数和WMO的推荐值相差不大,表明计算结果是合理的,以及在相似地貌条件下利用WMO的推荐值进行强度估计具有一定的可靠性。

中国台风降水分离客观方法的改进研究

针对中国台风*降水的分离问题,对原客观分离方法进行改进研究。首先提出判别指标,然后对主、客观方法分离台风降水结果进行对比分析,在此基础上确定了将原客观方法中两个重要的参数由固定参数调整为可变参数的方案思路,并最终确定了最佳改进方案。结果显示,客观分离方法的改进效果十分明显。此外,对客观方法进行个例检验,并引入了美国卫星综合降水(CMORPH)资料,结果表明改进后客观方法在双台风降水和台风与中纬度系统相互作用产生的降水识别上均表现出较强的能力。

斜压大气中台风涡旋自组织的研究

文中利用MM5(V3),实施了8个数值试验,对斜压大气中台风涡旋自组织的问题进行了初步研究。结果表明:(1)在试验1中,没有引进一个半径为80km的小涡旋,两个初始分离的半径为500km的轴对称涡旋,一边互旋,一边相互排斥,两个涡旋中心之间的距离不断加大,致使双涡最终分离。(2)在试验2中引进了一个半径为80km的小涡旋,其他条件同试验1,两个初始分离的轴对称涡旋一边互旋,一边相互逼近,经自组织形成了一个由内区和螺旋带组成的类似于台风环流的较大尺度的涡旋。这个结果支持周秀骥在十多年前提出的重要观点,也支持以往在正压框架内的同类研究结果。(3)试验3—8为在前两个试验的基础上取不同初始涡旋参数的敏感性试验,其中,试验3和4为引入小涡旋不同初始位置对台风涡旋自组织的影响,试验5和6为不同初始轴对称双涡间距对台风涡旋自组织的影响,试验7和8反映了不同初始轴对称双涡强度对台风涡旋自组织的作用。它表明对涡旋自组织过程影响最大的涡旋初始参数是涡旋之间的距离,其与正压模式中的结果是类似的。