超强台风“莫兰蒂”强度急剧变化过程的结构特征及其机制

基于ECMWF的ERA-Interim再分析资料和中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集,对2016年14号台风"莫兰蒂"(mulanti)在形成与移动过程中的内部流场结构特征,以及外部高压演变特征进行分析,并对其急剧增强和急剧减弱时刻的机制进行研究,初步探讨"莫兰蒂"台风在中国近海急剧增强的原因.结果表明:在台风急剧增强时刻,台风中心附近结构变化主要表现为对流层高层辐散增强、对流层中低层正涡度增大和正涡度柱向对流层中上层发展;而在减弱时刻主要表现为对流层中层辐散和正涡度柱的消散.对外部高压演变研究表明:"莫兰蒂"台风在急剧加强和急剧减弱时,均与100 hPa位势高度南亚高压、500 hPa位势高度副热带高压的强度变化呈反向变化关系.对其急剧变化时的机制探究发现:在急剧增强前12 h,对流层高层的辐散作用促使大气上升运动的发展,低空扰动得以加强,为台风的增强提供充足的能量;环流形势的不对称分布,使得正相对涡度的增加,进一步为台风急剧增强提供了动力机制;环境风较低的垂直切变使得积云对流所产生的凝结潜热始终加热一个有限范围内的气柱,有利于暖心结构的维持和发展.此外,"莫兰蒂"台风在急剧增强前具有明显特征.以上分析可为提前预测台风强度急剧变化提供参考.     

近海加强台风“威马逊”(1409)环境条件及结构特征的数值研究

利用新一代区域数值模式GRAPES对1409号超强台风"威马逊"强度急剧变化过程进行数值模拟试验,模拟结果较好地再现了台风"威马逊"在南海的路径和强度的变化特征,进一步利用数值模拟结果对"威马逊"发展的环境条件及其结构变化特征展开分析。分析结果表明,"威马逊"急剧发展期间高层辐散低层辐合同时增加,且高层辐散明显强于低层辐合;低层水汽流入增加,主要的流入边界是东南边界,且总水汽净流入量与台风强度变化有较好对应关系;环境风垂直切变较弱,且"威马逊"强度在深层和高层切变减小后24 h达到强盛。台风开始发展前动力和热力结构上均具有显著的不对称性结构,对流运动东南强、西北弱。强盛期南强北弱,东西方向趋于对称发展,且台风低层眼壁迅速收缩,高层有向外扩张趋势;切向风迅速增大,有很强的经向梯度,中高层气旋性环流显著增强。温度场上具有显著的暖心结构,强盛期台风中心正温度距平可达到11℃以上,集中于台风中心高空300~200 h Pa之间,并向高低层传播。低层不断有正涡度流入,台风中心附近正涡度增大,正涡度柱呈铅直发展并向对流层中上层传播。这些结构的变化都有利于"威马逊"强度的发展。     

伴随南海季风爆发热带环流演变的合成分析

为了研究伴随南海夏季风爆发的热带环流的演变,利用40 a的NCEP逐日再分析资料,采用合成分析的方法对季风爆发前后的环流形势变化进行了讨论。合成结果中重点分析了随南海季风的爆发在对流层和平流层低层的流场都有显著变化的南亚、东南亚地区。结果表明,在对流层中印度洋赤道地区,在季风爆发前有东风扰动发展成为一对南北对称的低涡,随后北边的低涡演变成孟加拉湾低槽,低槽前的西南气流不断东扩,使西太副高东撤,南海季风爆发。低涡的演变和发展是影响南海季风爆发的重要因子之一。而高层的环流形势与低层不同,伴随季风爆发高层环流的演变则更多地体现出了全球尺度的特征。     

南海季风低压发生发展机制的探讨

根据FGGEⅢB资料,对发生在1979年8月中旬的一次南海季风低压过程,利用ω方程和Kuo(1974)的积云对流参数化方案进行了诊断研究.结果表明:决定南海季风低压发生发展的物理过程是潜热加热,尤以积云对流的作用最显著,温度平流和涡度平流也起一定作用,其它物理因子贡献较小.南海季风低压是通过积云对流和大尺度环境场的反馈作用而发展增强的,可认为,CISK机制是低压发生发展的主要机制.     

降水条件下台风的定常运动和螺旋斑图

在牛顿第二运动定律的基础上,在垂直方向的运动方程中加入了扰动降水量一项,并讨论了加入这一项的合理性和物理意义.重点考虑了在降水条件下台风的运动特征,同时求得了三维定常流场中的水平速度,其中的三维流场构成了物理空间的一个非线性自治动力系统.研究表明:根据台风运动的定常解,台风的下层中心是低气压且是正垂直涡度(气旋式涡度)和水平辐合,上层中心是高气压(反气旋式涡度)和水平辐散.根据台风自治动力系统所获得的两个鞍-焦点很好地说明了台风的螺旋斑图,下层空气螺旋向内,引起台风中心附近的上升运动,上层空气螺旋向外引起台风外围的下沉运动,这些都与实际台风结构相似.文中阐明:在考虑降水量的影响后,台风仍然具有螺旋斑图的特征.     

孟加拉湾东北路径登陆风暴结构特征

利用NCEP/NCAR（11）再分析资料,对20012010年孟加拉湾东北路径登陆风暴进行合成分析,研究了风暴登陆前后水平流场、垂直环流、涡度、散度和垂直风切变等大气要素场,得到了其结构特征:①风暴中心气流一致性气旋性流入仅限于900 hPa层以下,环形复合带的厚度随风暴登陆时的减弱而减小;②风暴的垂直环流不对称,中心周围上升气流垂直、风速较大,风暴西侧气流向外流出层较高、东侧气流向外流出层较低,南侧和北侧气流几乎向北倾斜;③风暴涡旋结构基本对称,整个对流层内涡旋柱比较垂直,登陆前后圆形涡旋形态逐渐向椭圆形形态变化;④登陆前风暴中心周围对流层底层辐合、高层辐散结构比较脆弱,登陆时,对流层中高层风暴两侧变为了气流辐合辐散不对称结构;⑤孟加拉湾风暴生存环境为垂直风切变较小、梯度变化较大的区域内,风暴向垂直风切变最大梯度方向移动.     

东亚夏季风系统和南海台风活动的关系

本文用1981,1982年6—9月东亚与澳大利亚部份测站的常规资料作诊断分析,探讨东亚夏季风系统各主要成员与南海台风活动的关系.结果得到,澳大利亚冷高压加强,105°E附近的越赤道气流跟着增强,南海的ITCZ发展,南海台风生成于澳大利亚冷高压高峰后的衰减时段.西南季风气流是南海台风的重要能量输送带。南支高空东风急流的增强与北支东风急流的动量下传,有利于南海台风生成.西太平洋气旋波移入南海促使南海低压生成.     

台风麦莎(0509)的数值模拟及结构演变特征分析

利用中尺度数值模式MM5,成功地模拟了0509号台风“麦莎”的路径、强度及其内部结构。根据模式输出的高分辨率结果分析了“麦莎”的动力和热力特征,包括环流结构、涡度、散度以及温湿场。结果表明：气旋低层的动力场及温湿场的明显不对称分布,加强了系统内部的上升运动;Q矢量散度辐合中心与强降水有很好的对应关系,500hPa高度场上强Q矢量散度辐合区域以及正涡度区对地面强降水中心有很好的指示作用。     

用湿位涡定义的南海西南季风指数及其与我国区域降水的关系研究

使用美国NCEP／NCAR1958－1997年逐日资料,对南海季风爆发前后的气象要素场作了分析。结果表明：南海季风爆发时,南海南、北部要素场变化有差异,北部西南季风爆发特征更为显著。针对南海西南季风爆发特征,提出了用湿位势涡度定义季风指数,它能很好地反映夏季风爆发的特征。其中,用湿位热涡度定义的季风指数对长江中下及华北华南地区的旱涝具有一定的预示性。相关分析表明：前一年冬季的季风指数和秋季的季风指数分别与华北次年夏季降水、华南次年春季降水有显著的相关,而当年夏季的季风指数与长江中下游当年秋季降水呈显著正相关。     

南海台风LEO 1999的加强机制研究

利用高分辨率数值模拟方法,探讨了南海台风LEO(1999)由热带风暴发展成台风的物理机制结果表明：对流的突然爆发是LEO加强的原因,对流在高层的加热作用使暖心和气旋式流场在对流层高层迅速建立;而中小尺度涡漩合并(或向热带风暴中心的注入)可能是对流突然爆发的触发机制。     

南海夏季风特征及其指数

资料分析表明南海夏季风与南亚（印度）夏季风有极为明显的差异,尤其是经向风分量和纬向分量有同等重要作用,因此用国外较普遍采用的Ｗｅｂｓｔｅｒ等提出的指数来描写南海夏季风并不合适,提出３种用对流层上下层散度差来描述南海夏季风的新指数,它不仅物理含义清楚,而且能很地描述夏季风的活动和变化。     

华南西部登陆台风的大尺度条件对比分析

利用每6 h一次的NCEP/NCAR再分析格点资料对9615号和0103号两个典型台风的大尺度环境场特征进行对比分析.结果表明,在中高层出现"北槽南涡"的环流形势场有利于登陆台风的维持; 源于南海南部和孟加拉湾的热带低空急流汇成的台风南侧的西南风急流是台风登陆后得以维持和引发暴雨增幅的重要系统.进一步分析表明,主要影响系统的差异导致了两个台风在垂直风切变和涡度的垂直分布上存在极大的差异, 较弱的垂直风切变及较强的涡旋环流是0103台风比9615号台风在登陆后维持得更长的最直接原因.     

印度季风槽的活动对我国西南低涡形成及发展的作用

本文用1972—1977年六年的6—8月700毫巴流场及卫星云图等资料,分析了印度季风槽的活动与我国西南地区低涡活动的关系.发现当印度季风槽比平均位置偏北时,西南低涡的发生率比其偏南时多两倍以上.对个例的一些动力和热力学条件进行计算,所得的结果表明:西南涡的形成是季风槽的气旋性涡度输送和来自孟加拉湾的热带季风的水汽在低涡区辐合所致.低涡的形成和发展初期是暖性结构,潜热的释放对暖性结构的形成具有重要作用.在它东移发展后,成为一个温带气旋,这时低涡降水过程的水汽是由孟加拉湾和南海的热带季风气流共同提供.这些结果有助于低涡过程的预报.     

南海表面海温异常对南海季风影响的数值模拟

采用P-σ混合坐标系区域气候模式模拟了4－7月南海季风的爆发、演变过程，并进行了3组敏感性数值试验，研究南海表面海温异常对南海季风的影响，得到以下结论：（1）南海4月份海温异常对南海季风的爆发日期影响不大，但对季风爆发后的强度有所影响，异常增温造成南海季风增强，异常降温则南海季风减弱。（2）南海季风爆发和强度的变化与南海本身的海温变化情况有密切的关系，尤其是5月份南海海温异常。5月份南海异常增温可以使南海季风提前爆发，季风增强，南海海温异常降低时，南海季风爆发的时间推迟，季风减弱。（3）南海海温持续异常可以影响南海及中国大陆的高低空环流变化，海温持续异常增温可以使南海季风提前爆发，显地加强南海季风，并有利于南海季风向北推进，但当海温在6月份进一步持续增温时，则有利于季风维持在较南地区，阻碍季风向北发展；当海温持续异常降低时，南海季风推迟爆发，且明显减弱。     

台风Khanun迅速加强成因及其与Rananim登陆强度的比较分析

以严重影响我国的2005年15号登陆台风Khanun为研究对象,首先从大尺度环流特征和物理量场,对其登陆前强度迅速加强原因进行了诊断分析,结果表明,台风强度增强与低空持续加强的水汽输送、高空流出气流的强辐散、台风移向垂直切变小值区和暖洋面密切相关;然后就登陆时强度,将Khanun与2004年14号台风Rananim从水平流场、暖心结构、稳定度和涡度等方面进行对比,发现Khanun在上述几方面略弱于Rananim,这一结论为登陆台风强度判定提供了一些参考。     

台风螺旋结构的分析

通过研究不同发展阶段的台风水平涡管的分布,发现台风里螺旋云带的结构并非都呈现旋转上升的形状.在水平涡矢与垂直速度水平分布满足右手螺旋法则的情况下,当上下切向风差别很大时,水平涡矢与台风的径向风方向相平行,螺旋云带的结构与径向风方向相平行;当台风辐合增强时,水平涡矢与台风的切向风方向相平行,因此螺旋云带的结构也与切向风方向相平行.另一方面,除海表面以外,台风里低层的风速一般大于高层,所以水平涡矢的方向一般背向台风中心.由于台风存在强烈的上升运动,因此方向背向台风中心的水平涡管在垂直速度的抬升下,逐渐转变为气旋性的垂直涡管,使台风的涡度增强,这样能量逐渐由低层传递到高层.     

“鲇鱼”台风闽东阶段性暴雨物理量特征与地形模拟试验

采用NCEP全球再分析资料、区域自动站资料、雷达回波等,对2016年第17号台风"鲇鱼"登陆福建时造成闽东地区历史罕见洪涝灾害的大暴雨成因进行初步分析,研究不同阶段的暴雨物理量特征,并利用WRF数值模式对闽东地形和台湾岛地形进行敏感性试验,分析不同阶段地形对暴雨增幅作用的敏感性程度。结果发现,此次台风暴雨过程存在两个明显的阶段性特征,第一阶段台风系统深厚,为整层正涡度,较强的低层辐合和高层辐散的垂直配置使上升运动发展和维持,动力条件好;第二阶段深厚的台风系统开始减弱,高层辐散和低层辐合强度明显减弱;涡度场上为低层正涡度、高层负涡度,且结构倾斜,表明有冷空气入侵。高低空急流的耦合作用有利于上升运动;偏东风和偏南风低空急流是主要的水汽通道和能量通道,第一阶段宁德地区受台风北侧宽广的偏东风-东南风急流辐合影响,各层高能区达到强盛期,暴雨区域广、强度强;第二阶段偏东风急流和偏南风急流在宁德北部汇合,假相当位温的中心值有所减弱,高能区分散,使得宁德北部地区暴雨表现为较明显的局地性特征;闽东地形对降水的增幅作用显著。     

南海夏季风爆发迟早年对流层温度场演变特征及其热力成因

分析了１９９３与１９９４年南海夏季风爆发前后华南上空温度场演变特征及其热力过程,结果表明：南海夏季风的爆发与华南及邻近地区对流层的季节性增温从而使得华南与赤道地区对流层的南北温差逆转的现象有密切联系;暖平流作用是导致南海季风爆发前华南地区上空对流层增温的一个重要因子,在此期间由上升运动引起的绝热冷却过程总是抑制对流层的增温;非绝热加热因子对温度局地变化的贡献依赖于华南地区降水的多寡。由于１９９４年     

伴随南海季风爆发区域尺度环流演变机理的诊断分析和数值模拟

利用1957－1998年NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析伴随南海夏季风爆发中南半岛和南海地区环流系统的演变，揭示该地区热力特征与南海夏季风爆发之间的可能联系。结果发现，不同高度上标志着南海爆发的环流系统如500hPa上的副热带高压、200hPa上的南亚高压以及850hPa 上的孟加拉湾低槽等系统在南海季风爆发期间具有显的变化特征，对流层中高层以上的环流系统反映了大尺度环流的季节变化特征，而对流层低层环流系统的变化可能与局地特征具有密切关系。从中南半岛和南海两个地区地面感热和潜热加热与该地区温压场变化之间的关系上看，中南半岛地区的热力作用对南海季风爆发期间区域环流系统演变具有重要作用，数值试验结果进一步证实了这一点。     

更新世南海南部上层海水结构变化的岁差驱动

ODP1143站浮游有孔虫次表层种Pulleniatina obliquiloculata与表层种Globigerinoides ruber的δ18O差值( Δδ18O(P-G))和δ13C的差值( Δδ13C(P-G))揭示了1.56?Ma以来南海南部温跃层和营养跃层冰期、间冰期的变化规律.有孔虫同位素差值与地球轨道参数ETP的交叉频谱揭示出岁差周期与更新世南海南部上层海水结构(温跃层和营养跃层)变化周期的相关性.在1143站Δδ18O(P-G)和Δδ13C(P-G)记录中也发现了丰富的半岁差周期.由于南海上层海水结构与东亚季风关系密切,岁差作为外部驱动力应对更新世东亚季风的变化产生重大影响.