台风_云娜_2004_的数值模拟_眼墙对流与环境风切变的关系
台风“云娜”(2004)近海加强的数值模拟研究

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引 言
热 带气 旋在 登陆 前后 会产 生一 系列令 人 注 目的变 化 。一个 热带 气旋 在登 陆前 , 一般 都明 , 风急 流 增 强 了高 空 辐 散 和 质量 输 送 , 西 对该 热 带气 旋 的维 持 十 分 有 利 。另 外 , 引起近 海 台风增 强 的 重要 原 因也 有 台风 与 沿海 地 区发 展 起 来 的 云 团 或 中 尺度 小 涡 ( V) 合 MS 的 并 , 团或 MS 云 V可 视 为一个 正 涡度 的载体 合 并过 程也 是 涡 度输 入 的 过程 , 而使 台 风 加强 。上海 台风 ¨, 从
“ 云娜 ” 台风于 2 0 —80 T2 0 40 —8 0左 右在 西 太 平 洋 生成 , 向西 北 方 向移 动 过 程 中不 断 加 强 发 展 为 台 风 。 在
突然加 强发 展 , 致 预 防措 手 不 及 [3。在 中 国 近 海 活 动 的 热 带 气 旋 , 时 会 突 然 加 强 ( 8 0 导 1] - 有 如 8 7号 台 风 Bl , i) 有时会 在转 向进 入 中高纬 度后 维持 不 消( 0 1 1 如 0 2号 台风 P a i o ) 给 中国沿海 地 区带来 巨灾 。在 众 rpr n , o
气 压 随 净辐 散 值 的 增 大 而 降 低 , 之 亦然 。净 辐 散 值 的 减 小 对 台 风 中 心 气 压 的 快 速 升 高 有 着 预 示 反 的 作用 ; 直 环 流 在 强 度 和空 间 分 布 上 发 生 了 明 显 的变 化 。台 风 加 强后 , 风 中心 上 方 出现 了 明 垂 台 显 的 补 偿 性 下 沉 气 流 ; 流 层低 层存 在 明 显 的 冷 暖 空 气 堆 积 , 当 冷 暖 空 气 强 度 相 当 时 有 利 于 台 对 且 风 的 增 强 ; 风 中 心 上 方 的 正 涡 度 柱 逐 渐 发 展 为 东 西 不 对 称 分 布 , 直 方 向上 伸 展 高 度 保 持 不 变 台 垂
台风眼的形成原因

台风眼的形成原因台风眼,(eye of storm)即台风中心,是发生在热带海洋上的强烈天气系统,从外围内中心最初逐步增加,然后迅速增加,但到了直径数十公里的中心区域内,风力迅速减小,降雨停止,出现了白天可看到阳光夜晚可见到星星的少云天空。
这就是台风等热带气旋中特有的“眼”,气象学中称之为台风眼。
台风眼之发生,系由于台风内之风是反时针方向吹动,使中心空气发生旋转,而旋转时所发生之离心力,与向中心旋转吹入之风力互相平衡抵消而成,因此形成台风中心数十公里范围内的无风现象,而且因为有空气下沉增温现象,导致云消雨散而成为台风眼。
台风眼从气象卫星所拍摄的照片可以看出台风中上层大致呈圆形并含螺旋状旋转着的云,在北半球是以反时钟方向旋转,在南半球则是顺时钟方向旋转,而在中央部位有时可以明显的看出无云的台风眼,云的旋转情形可以代表风的吹向。
在台风内部,由气象侦察飞机从各种不同的高度,不同之方向,实际飞进台风内部观测的结果,可知台风大致为一半径甚大的云柱,其高度曾观测到有一万八千余公尺之高。
在这围绕庞大的云柱中心部分是无云或云层很薄,而且没有风雨现象,这就是台风眼。
从台风眼向外,刚离开台风眼处,即是云层最浓厚而风雨亦最大之处,渐向外则云层渐高也渐薄,风雨也渐弱。
在地面上,当有一台风逐渐接近,并且台风眼恰巧经过,然后台风渐渐离去时。
(一)西北太平洋热带气旋眼生成的_特征利用UW/CIMSS 的AODT 资料和TRMM 等卫星反演的每日海温资料,对西北太平洋2003-2005年热带气旋出眼规律及出眼条件进行了分析,结果发现2003-2005年西北太平洋这40个TC绝大多数(90%)是在它们的加强阶段开始出眼,只有4个TC是在成熟期才开始成眼;近92.5%的TC发展到台风以上级别才开始出眼,也有一小部分的TC在它们的强热带风暴阶段出眼;TC出眼的时间存在日变化,晚上出眼的TC远少于白天出眼的TC。
有80%的TC出眼时海温在28度以上,62.5%的TC出眼时海温高于28.5度。
一次受台风影响的大气波导过程分析和数值模拟

收稿 日期 :2 0 —9 1;修订 日期 :2 0—32 0 60—3 0 70 —6 作者简介 :胡晓华 (9 ] ,女,在读博士,从事大气波导天气学方面工作。 18 一 )
维普资讯
海
洋
预
报
2 4卷
实际观 测 资料进 行 研 究 具有 更 大 的优 势 。B r T o sn1 模 拟 了南加 利 福 尼 亚海 湾 uk和 h mpo 1 3
影响大气环境 中的电磁波传播特性的主要大气 因子是大气折射率 。 大气层的相对介
电常数 非 常接近 于 1 ,只比 1 略大万分之几。因此,它的折射指数刀 1 02 = . 06~ 0 1 04 。为 了表明这种微 小的变化 ,对频率在 l 10 H . 06 0 ~ 0G z范围内的电磁波 ,大气折射
进入韩 国期问 ,在我 国东部地 区大气波导的发生情 况,以及相对应物理量场进 行分析发现 : 湿度递减 以及辐散下沉运动与大气波导的发生有很好的对应关系 。 运用中尺度 预报模式 AR S P 对这 次大 气波导过程进行 了两种 方案 的数 值模拟试验 ,结果表 明:对大气波导进行数值 模拟 时 ,初始场非 常重要。在初始时刻 同化 了探空 资料后 的初始场更接近真实大气状况 ,同化探 空资料初 始场 的模拟结果 比没有 同化探 空资料初始场的模拟结果更接近于 实际探 空资料 。 关键 词:大气波导;台风 ;A P R S模式;数值模拟 中图分类号 :P 3 文献标识码 :A 文章编号 :10 71 0 3— 0 3 20 )2 — 0 1 2 9(0 7 0 7— 0 9
夏季折射情况,模拟 出的折射条件基本与海岸边的测站观测是一致的。这样的结果有利 于预报人员用中尺度模式的大气修正折射指数预报值作为预报传播环境的无线电传输模 式 的输 入 。L s d和 Tea『 模 拟 了在 6。 挪威 沿 岸地 区的折 射 环 境 。通 过 与探 空 测 yt a jl 4 t 5N 量值比较 ,证明他们 的模式在预报折射率的空间分布和持久变化上是有效的。但是高分 辨 率 的垂 直结 构 没有模 拟 出来 , 而这 对 于无线 电传 播来 说恰 恰是 非常 重要 的。Ak sn 等 ti o n 人 模拟 了波斯湾上空的传播环境 , 分别在高风速和低风速条件下对陆地和水面的折射
台风“达维”迅速加强数值模拟研究

年 )8的研究 认为 , l 眼墙 非对 称发 展可 以引起 眼墙 的
崩 溃 与 中尺 度 涡旋 的生 成 , 最 后 使 得 眼墙 形 成 多 并
边形 形 状 。
本 文模 拟 的台风个 例 是我 国南海 近海 迅速加 强 的 01 5 8号 台风“ 达维” 重点 是通 过分 析高 时空分 辨 , 的数 值模 式输 出结果 , 讨影 响 台风 强度 迅 速 加 强 探
官 晓 军
( 江 大 学 地 球 科 学 系 , 州 3 0 2 ;福 建 省 气 象 台 , 州 3 0 0 ) 浙 杭 10 7 福 5 0 1
摘要
利 用 WR F模 式 ( 3 1 1对 O l V ..) 5 8号 台 风 “ 维 ” D mry进 行 了 7 达 ( a e) 2h的 数 值 模 拟 。重 点 分 析 了影 响 台风 强
年 突然增 强 TC的强 度 有着直 接 的联 系 。 影响 T C强 度 变 化 的 因子 可 以分 为 3类 : 大尺
度 环 境 场 的 影 响 、 C 自身 内 部 因 子 以 及 下 垫 面 ( T 海
洋 和陆地 等) 作 用 。 由于 T 的 C高 空 流 出层 的惯 性 稳定 度 比中 、 层 的稳定 度低 , 空环境 流 场 的影 响 低 高
更 容 易扩展 到 T 内核 , C TC外 流 与 对 流 层 上 部 环 境
同 )“ ,达维 ” 强为 热带 风暴 ,2日 0 :0 “ 加 2 6 0 , 达维” 进
气 流 之 间的相 互 作 用 能够 直 接 影 响其 强 度 变 化_ 。 3 j
入南 海 , 动路 径 偏 西 , 移 向海 南省 靠 近 , 度 保 持 不 强
基于参数化风场的浙江沿海风暴潮数值模拟

基于参数化风场的浙江沿海风暴潮数值模拟
罗佳敏;姜云鹏;庞亮;冯钰栋
【期刊名称】《海洋学报》
【年(卷),期】2022(44)10
【摘要】针对台风参数化风场模型中最大风速半径(R_(max))和径向气压分布系数(B)两个关键参数,以0216(“森拉克”台风)和0414(“云娜”台风)两场台风为例,采用多种R_(max)和计算方法的组合方案,再现台风过程,并提取3处观测站点的模拟数据,与实测结果进行比对。
将所得的台风风场作为风暴潮模型的驱动风场,利用MIKE 21模型进行浙江沿海两场台风的风暴潮数值模拟,结合实测资料,验证并分析天文潮位和风暴潮增水水位。
结果表明,本文选取的参数化风场模型适用于计算影响浙江海域的台风风场,以此为基础建立的风暴潮模型的模拟结果满足精度要求。
【总页数】15页(P20-34)
【作者】罗佳敏;姜云鹏;庞亮;冯钰栋
【作者单位】中国海洋大学工程学院;交通运输部天津水运工程科学研究所;山东电力工程咨询院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】P731.23
【相关文献】
1.基于波流耦合模型的江苏沿海风暴潮数值模拟
2.海面风应力拖曳系数参数化方案对风暴潮数值模拟的影响
3.海面风场订正对风暴潮数值模拟的影响
4.广西沿海
8007号台风暴潮数值模拟及台风暴潮某些特性的分析5.基于台风气压模型的沿海天文潮与风暴潮耦合数值模拟试验研究
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近10年中国台风暴雨研究进展

近10年中国台风暴雨研究进展近10年来,随着气候变化与全球变暖的影响,中国台风暴雨研究进展日新月异。
这些研究为我们深入了解台风暴雨的形成、演变和影响机理提供了重要科学支撑,也为台风暴雨的预测与防灾提供了有力的依据。
在过去的10年中,中国台风暴雨研究的主要进展可以分为以下几个方面:一、台风观测与监测技术的改进近年来,我国台风观测能力得到了巨大的提升。
卫星遥感技术的广泛应用使得我们能够实时监测到台风的路径、强度和结构等重要信息。
雷达观测技术的改进也使得我们能够更准确地观测到台风内部的微观结构,进一步揭示了台风形成和发展的机制。
此外,利用无人机等新型观测手段也为台风研究提供了新的途径。
二、台风暴雨的数值模拟研究数值模拟是研究台风暴雨的重要手段之一。
近年来,我国科研人员开展了大量的台风暴雨数值模拟研究,不断提高了模式的分辨率和参数化方案的准确性。
通过模拟,我们可以更好地理解台风暴雨的产生机制和演变规律,进而为台风预测和防灾提供科学依据。
三、气候变化对台风暴雨的影响研究气候变化与全球变暖对台风暴雨的影响是近年来研究的热点之一。
研究表明,全球变暖可能导致台风的强度增加、路径变化、生成频率变化等变化趋势。
此外,气候变化还可能引发极端降水事件的增多,从而增加了台风暴雨带来的灾害风险。
对于气候变化与台风暴雨之间的关系的深入研究,对于制定气候政策和进行防灾减灾具有重要意义。
四、台风暴雨防灾减灾技术的研究与应用近年来,我国在台风暴雨防灾减灾技术方面进行了大量的研究工作。
包括台风预测模型的建立与改进、台风风险评估与预警系统的构建等方面。
这些研究为提高台风暴雨的预测准确性和防灾减灾能力提供了重要支撑。
以上仅仅是近10年来中国台风暴雨研究进展的一部分,由于篇幅限制,还有很多相关研究尚未涉及。
随着科技的不断进步和研究的深入展开,相信在未来的日子里,我们将能够更好地了解和应对台风暴雨等自然灾害,为人民生命财产安全提供更可靠的保障随着气候变化和全球变暖的加剧,台风暴雨对人类社会和生态环境造成的威胁越来越突出。
2自然灾害和防治地理第一次月考题

2015-2016学年度上学期高二地理第一次月考试卷第一卷选择题(60分)一、选择题(一)单项选择题(每题3分,共20题,60分。
请将答案填入第二卷答题表中。
)中国是世界上遭受自然灾害危害最严重的国家之一,因而防灾减灾的任务既十分重要,也十分艰巨。
读“我国自然灾害区划图”,回答1~4题。
1.下列自然灾害,属于气象灾害的是①洪水②干旱③台风④泥石流⑤滑坡A.②③⑤ B.②③④C.①③⑤ D.①②③2.对我国影响最大的自然灾害是A.干旱和泥石流 B.台风与干旱C.洪涝与干旱 D.台风与寒潮3.与其他地区相比,地区Ⅳ分布最为集中的自然灾害是A.干旱 B.台风 C.泥石流 D.洪水4.近几年,我国北方蝗灾十分严重,与其相关的另一种灾害是A.寒潮B.干旱C.雷雨D.洪涝5.下列地区中旱涝灾害最为频繁的是A.四川盆地和珠江三角洲B.江南丘陵和长江中下游平原C.黄淮海平原和长江中下游平原D.东北平原和四川盆地6.我国水旱灾害频繁发生的主要原因是A.南北跨纬度广,气候差异大B.地形复杂多样,山区面积广大C.地势西高东低,呈阶梯状分布D.夏季风强弱和进退的迟早不同7.修建大型水库,可能引发的自然灾害是A.水灾B.旱灾C.地震D.寒潮8.对我国危害和影响最大的地质灾害是A.地震B.火山喷发C.滑坡D.泥石流9.影响我国的温带风暴潮主要发生在A.春季和夏季B.夏季和秋季C.春季和秋季D.秋季和冬季10.在下图所示的山区自然灾害链中,①②③④依次是( )A.滑坡、泥石流、地震、崩塌B.泥石流、地震、崩塌、滑坡C.地震、崩塌、滑坡、泥石流D.崩塌、滑坡、泥石流、地震11.下列不属于洪水形成原因的是()A.冰雪融化 B.冰凌堵塞河道 C.人为因素导致大坝决口 D.臭氧空洞12.关于洪涝灾害的说法,正确的是()A.我国东部地区属季风气候B.我国的西北干旱地区不会有洪涝灾害的发生C.锋面和气旋都会产生暴雨,形成洪灾D.洪水的形成只与降水强度有关,与其他因素无关13.下列人类活动中,最有可能导致泥石流发生的是A.围湖造田B.垦殖草原C.陡坡修筑梯田D.过度抽取地下水14.关于台风的叙述,正确的是A.台风对我国沿海地区造成的灾害损失有逐年下降的趋势B.西北太平洋是台风的唯一源地C.台风一年四季都有发生,尤以7-11月最为频繁D.台风能减缓我国华北地区伏旱的旱情2002年10月底,意大利西西里岛上的维埃纳火山发生猛烈喷发。
台风知识(七月下)

什么叫灾害性海浪?
在海上引起灾害的海浪叫灾害性海浪。通 常指的灾害性海浪是指海上波高达6米以上 的海浪。因为6米以上波高的海浪对航行在 世界各大洋的绝大多数船只已构成威胁, 它常能掀翻船只,摧毁海洋工程和海岸工 程,给航海、海上施工、海上军事活动、 渔业捕捞带来灾难,正确及时地预报这种 海浪对保证海上安全生产尤为重要。它是 由台风、温带气旋,寒潮的强风作用下形 成的。
一、多关注台风信息。气象台根据台风可能产生的 影响,在预报时采用“消息”、“警报”和“紧急 警报”三种形式向社会发布;同时,按台风可能造 成的影响程度,从轻到重向社会发布蓝、黄、橙、 红四色台风预警信号。 二、搬移易坠物品,如阳台、窗台、屋顶等处的花 盆、杂物等易被风吹落的物品 三、将低洼地段、江边、河边等易涝房屋内的家具、 电器、物资等,及时转移到高处。准备必要的食物、 饮用水、药品和日用品以及蜡烛、应急灯和手电筒 等。
1998年12月1日至7日在菲律宾马尼拉举行的 台风委员会第31届会议经过热烈讨论,同意 TRCG提出的西北太平洋和南海热带气旋命名 方案,决定新的热带气旋命名方法从2000年 1月1日开始执行。
热带气旋的路径
热带气旋的路径十分复杂,从来没有两条完 全的热带气旋路径,不过归纳起来西北太平 洋的热带气旋大致可分为如下五类,见图1. 图上各类路径的名称为:第一类为远海转向, 第二类为近海北上(或转向),第三类为登 陆华东,第四类为西行进入南海,第五类为 登陆华南。
以2008年8月的麦莎台风为例,从8月6日晚21时至7日凌晨3时 30分左右,6小时多的强降雨使得市、区县排水系统、水闸倍 受考验。
风暴潮
风暴潮:是由强风或气压骤变等强烈的天 气系统对海面作用导致水位急剧升降的现 象,又称风暴增水或气象海啸,常给沿海 一带带来严重危害。
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第46卷 第3期2010年5月 南京大学学报(自然科学)JOU RNAL OF NANJING UNIVERSIT Y(NA TU RA L SCIENCES) Vo l.46,No.3May,2010台风“云娜”(2004)的数值模拟:眼墙对流与环境风切变的关系*聂高臻,谈哲敏**,仇 欣(南京大学大气科学学院中尺度害性天气教育部重点实验室,南京,210093)摘 要: 本文利用中尺度数值模式WRF,模拟了台风“云娜”(2004)在近海加强并登陆的过程.模拟的台风强度、路径、登陆时间和台风登陆前眼墙回波、水平风场的非对称性特征,以及登陆时台风眼墙的回波结构与实际观测结果相近.台风中不同高度的环境风切变方向有较大差异:登陆前风切变在低层指向西北,中层指向东北,高层指向东南.涡旋中心倾斜主要受风切变影响;同时眼墙对流发展与风切变方向有着较好的对应关系,而与涡旋倾斜的一致性较差.登陆前后,不同高度的环境风切变方向指向相应高度上的上升运动中心.地形敏感性试验表明地形高度对环境风切变的影响较小,而对台风涡旋倾斜有较大影响.关键词: 环境风切变,眼壁对流,涡旋倾斜,地 形,登陆台风中图分类号: P435A numerical simulation of typhoon Rananim(2004):The relationshipbetween eyewall convection and the environmentalvertical wind shearN ie Gao-Zhen,Tan Zhe-Min,Qiu X in(K ey Labo ra to ry of M eso scale Seve re Weather o f M inistry of Education,and School of A tmo spheric Science s,Nanjing U niver sity,N anjing,210093,China)A bstract: In this study,the Wea ther Research and F orecasting model(W RF)is used to simulate the inte nsifica tion and landfall of ty pho on Rananim(2004).T he simulated sto rm ag rees w ell with o bser vatio ns in te rms of t rack, intensity and the time of pariso n between simulatio n and available rada r/satellite o bserv atio ns,it is found that the simulatio n also successfully captured the asy mmetric str uctures in the radar echo a nd surface wind field,and e specially the eyew all echo structure during Rananim's landfa ll.T he simulatio n show s that the directions of environmenta l ve rtical wind shea r v ary remarkably with heig ht.Befo re its landing,the ve rtical shear vecto r in the low er level is no r thw estwar d;while in the middle level,the shear vecto r is no r theastwa rd and southeastwa rd in the***基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(2009C B4251500),国家自然科学基金(40828005,40921160382),国家科技支撑计划重点项目(2006BAC02B03),国家公益行业科研专项(GYH Y200706020)收稿日期:2010-01-06通讯联系人,E-mail:zm tan@uppe r level .T he cor respo nding v or te x tilt is mainly go verned by ver tical wind shear .G ene ratio n of convectio n is no t signifiea ntly affected by vo rtex tilt but ag rees well w ith the direction of ver tical shear .Before and after landing ,the ver tical shear vecto rs point directly to the updraft center of eyew all in differ ent lev els .Sensitivity ex pe riment sug gests that variatio n o f terr ain height w ould make mo re difference on vo rtex tilt than o n ve rtical wind shear .Key words : enviro nmental v ertical wind shea r ,ey ewall convection ,vo r tex tilt ,te rrain ,ty phoo n landfalling 环境背景场是决定台风强度变化的主要因子之一[1].观测研究指出,环境风垂直切变对台风内核区的对流分布有重要的影响[2].Ro gerset al .通过对飓风Bonnie (1998)的高分辨的数值模拟研究证实当垂直风切变强并与路径相交时,累积降水会系统性地分布在跨路径的方向[3].一般认为,台风眼区的最大降水出现在风切变矢量的左侧[4,5].环境风切变可以通过多种途径来影响眼区的非对称流.垂直风切变可引起涡旋倾斜,在涡旋倾斜初期其相应的平衡响应会在顺切变方向产生上升气流[5~8].另外,涡旋倾斜造成的温度异常与涡旋之间的绝热相互作用会导致垂直运动趋向于倾斜方向的右侧[9].相对于台风的非对称环境气流也会通过辐合辐散影响台风眼区对流的发生位置及其强度[10].基于涡度守恒原理,Bender 指出相对于台风的非对称环境气流方向决定了台风区域最大降水发生的位置.在一阶近似下,水平平流与涡管的拉伸和收缩项相平衡,眼墙入流区与辐合相对应[11].同样,Braun et al .对飓风Bo nnie(1998)的高分辨数值模拟,发现其非对称对流主要分布在涡旋倾斜的方向,配合有低层的入流辐合以及高层的辐散[12].类似的关系在对飓风Erin (2001)的模拟中被再次验证[13].在以往的研究中,大多考虑的都是整层单一风切变的情况,一般将位于200hPa 的风与850hPa 的风之差定义环境风切变.Li et al .[14]利用高分辨数值试验,研究了台风“云娜”(2004)涡旋倾斜以及非对称对流的结构和分布特征对垂直风切变的响应,发现环境风切变并不是整层均一方向的.与之相对应,“云娜”(2004)的台风涡旋在环境风切变强迫下,其倾斜方向也是随高度变化的.内核区域非对称对流的分布并不是如整层均一风切变情况下所得到的位于风切矢量的左侧.穿过眼区的非对称相对气流(环境风场与台风移速之差)导致的辐合辐散与台风眼墙的非对称对流有较好的定性关联:边界层和对流层低层入流引起的辐合以及与其配合的中层辐散气流使得台风眼墙的西侧和南侧产生浅对流;而对流层中层自北向南穿过眼区中心的非对称气流在眼墙东南侧引起辐合,配合和高层的辐散气流共同作用,造成了眼墙最强的对流产生于东南象限[14].但Li et al .[14]模拟的台风眼区直径约为200km ,而雷达观测显示,实际眼区直径仅有50km ±.显然,这样模拟出的眼墙过于松散,相对气流更容易穿过眼墙从而在眼墙南侧造成强辐合.而在实际情况中,眼区较小,眼墙紧实,要出现穿越眼区的相对气流比较困难,在这种情况下风切变与台风眼区的对流分布的关系是否仍然如上述研究一样,与单一风切变有区别?如果不是这样,是否存在其他机制?另外,对于登陆台风来说,地形的影响作用非常明显.一方面,地形本身可以直接影响台风的对流状态;另一方面,地形也可能影响环境风切变及台风涡旋倾斜,这样进一步影响台风的降水分布及其强度,而目前对于后者的研究较少.为此,本文进一步研究地形对风切变和台风涡旋倾斜的影响.1 过程简介0414号台风“云娜”生成于菲律宾以东1000km 的洋面.8月8日12时(世界时,下同)由热带低压加强为热带风暴.9日21时成为强·318·南京大学学报(自然科学) 第46卷热带风暴,10日18时加强为台风.经24h发展,11日18时加强成为强台风,中心最低气压达到950hPa,最大中心风速达到45m/s.此时,台风中心位于温州东南方向约500km的海上,18h后(即12日12时)在浙江温岭登陆.从11日18时至台风登陆前,“云娜”台风强度基本维持不变,并且台风结构一直呈现较强的非对称性.在近海强度的加强和长时间的维持是台风“云娜”(2004)的一个重要特点[15].自10日12时至12日12时登陆,台风“云娜”(2004)基本向西北方向移动.12日12时登陆后,强度开始减弱,路径转向西行,在西行过程中仍维持热带风暴的强度达一天之久.13日00时台风“云娜”(2004)减弱为热带风暴,13日09时在江西境内减弱为热带低压后消亡.2 数值模式和试验设计本文采用“天气研究与预报”模式系统WRFV2.2[16].模拟区域采用三重嵌套(图1),最外层区域(DM1)以30°N,118°E为中心,格点数为161×121,格距36km,涵盖了自145°E以西的太平洋洋面和中国大陆、印度、中南半岛以及青藏高原的大部分.第二层区域(DM2)的格点数271×181,网格距12km.最内层为移动网格(DM3),格点数151×151,格距4km,网格随涡旋自动移动.垂直坐标为31层,模式大气顶设为50hPa.云微物理过程采用WSM5方案;边界层参数化采用YSU PBL方案.在积云对流参数化方案的选取上,DM1和DM2采用Kain-Fritsch 方案,DM3不使用积云对流参数化.模拟自8月10日18时起至8月13日18时止,积分进行72h.初始场使用NCEP的1°×1°分析资料作为第一猜值场.由于分析资料中的台风强度偏弱,不能很好地反映台风初始真实的气压和风速,因此在第一猜值场中植入人造涡旋,替代原先较弱的涡旋.根据初始时刻的台风观测资料构造人工涡旋,此时台风中心气压975hPa,最大风速33m/s,随后将构造人工涡旋替代第一猜值场中的台风涡旋.为了讨论地形高度对于风切变和台风中心倾斜的影响,将以上的试验设置作为控制试验,进行地形敏感性试验:改变地形高度,将其减为实际高度的50%,其他设置(如模拟时间、区域、物理方案等)均与控制试验相同.3 结果分析3.1 模拟结果验证 图2a为台风移动路径的观测与模拟结果.模拟台风在开始阶段向西北移动,较实际路径偏北,基本在其东北侧50km 以内平行于实际路径移动.积分24h后模拟台风位置与实际位置重合,之后实际台风移动开始加速,而模拟台风移动速度偏慢,仅在登陆前3h才开始加速.因此,模拟台风登陆比实际登陆时间上晚2h,而登陆位置也比观测偏西南50km.模拟台风登陆后移动速度再次减速变慢,模拟路径与实际路径偏差增大.与观测相比,虽然模拟台风的登陆位置稍偏南,登陆时间也稍偏晚,但是在总体上,模拟结果基本反映了台风“云娜”(2004)先西北移动,登陆后折向西的运动特征,并且在登陆前后、下面主要分析的时段内模拟路径偏差基本控制在50km以内,对下文的分析影响不大.图2b为观测与模拟台风强度.实际台风在11日00时开始迅速加强,11日18时达到最强,18h内中心气压下降了25hPa,由975hPa 下降至950hPa,并维持此强度至登陆前.模拟台风由于人造涡旋要经过了初始的调整过程,在开始积分后12h即至11日06时台风中心气压才开始明显的快速下降,比实际台风晚了6h.在随后的21h内台风中心气压与观测相比同样下降了25hPa.到12日03时台风中心气压降至950hPa,之后强度维持在950hPa达将近12h,到12日14时登陆,中心气压才开始迅速升高,登陆时中心气压952hPa(图2b).尽管模拟的台风加强的速度稍慢,维持最大强度12h的时间也比实际维持的18h短,但在总体上,模拟的强度结果基本反映了“云娜”台风在近海加强和维持的过程.·319· 第3期聂高臻等:台风“云娜”(2004)的数值模拟:眼墙对流与环境风切变的关系图1 控制试验中WRF 模式区域设置.最内层区域由DM3位置移动至DM3'位置,箭头标示其大致移动方向Fig .1 Design of the WRF model domain in control run .The innermost domain moves from position ofDM3to DM3',the arrow indicates its movingdirection图2 (a )台风路径:模拟(黑点)和实测(圆圈).(b )台风强度:模拟(细线)和实测(粗线).其中,黑色线为台风中心气压,灰色为最大风速Fig .2 (a )Typhoon track :mo del simulation (dots )and the Best -Track estimation (circles ).(b )Typhoon intensity :from model simulation (thin lines )and the Best -Track estimation (bold lines ).Surface centerpressure (maxim um surface wind )is denoted in black (gray )lines·320·南京大学学报(自然科学) 第46卷 图3a为8日12时宁波雷达观测的回波强度.雷达位于台风的西南方,距离台风中心50 km.此时,台风眼墙的回波并不是完全闭合的,眼墙半径大约25km.大范围较强的回波主要集中在台风中心北侧和东侧.在台风中心附近,眼墙区域有两个高值回波区,分别位于台风眼的西北侧和东南侧.其中,西北侧的强回波区覆盖了第二象限和部分第一象限,而东南侧的强回波区覆盖了第四象限,它由台风东南侧眼墙与螺旋雨带共同构成.这两个区域的回波强度都在45dBZ以上,最大值超过50dBZ,由此说明这两个区域有发展强盛的对流.台风中心的西南方向是一个回波低值区,造成了眼墙回波的不闭合.另外,在眼墙的外围,台风的东侧至东北侧,由内向外依次还有三个带状高回波区,回波强度达到了40dBZ以上,说明在这些区域也有较强的积云对流,主要与台风螺旋雨带有关.螺旋雨带呈弧形长条带状,南北向分布,与眼墙基本呈同心圆弧状,较内侧的螺旋雨带与眼墙北部相连.眼墙、螺旋雨带之间是回波强度30dBZ的层云区域.图3b为12日14时的模拟雷达回波反射率.模拟的台风此时接近登陆,模拟的眼区半径大约35~40km,与实际雷达观测资料接近,只是稍大.与观测相似,模拟的台风眼壁同样不闭合,位于西南的第三象限回波值较低形成眼墙的缺口,较强的对流发生在第一、第二和第四象限.眼墙区域在西北和东南侧有两个高回波中心,回波强度达到50dBZ以上.在东部眼墙外围,同样由内至外有两条南北走向的螺旋雨带,内侧螺旋雨带在眼墙东北部与眼墙相连.与观测相比,模拟螺旋雨带延长至眼区的南边,回波强度也达到其内侧眼墙的强度,由于占据了原来南部与眼墙相连的螺旋雨带的位置,并且在此位置强度也有所增强,形成一个独立的高回波区.比较图3a和图3b可知,在总体上,模拟台风较好的反应了实际台风的对流发展状况.图4a为12日10时的0.25°×0.25°分辨率反演QuikSCAT卫星观测台风海面风速分布.此时台风中心位于海上,眼墙西北侧贴近海岸线.比较图4a与3a,在海面上QuikSCAT有观测数据的区域里,风速的大值区与多普勒雷达测得的回波强度大值区吻合的相当好.在台风眼壁区域的东南侧同样存在一个风速的极大值区,风速超过35m/s,而在眼壁西南侧,风速较小.在眼壁的东部螺旋雨带处存在南北走向长条状风速大值区域,其强度与内侧位于东南的极大值区基本相同,都超过30m/s.而在两者之间是25m/s的风速较小的区域.在总体来说,登陆时“云娜”风速较大的区域主要在台风的东侧,而在西侧受陆地的影响风速较小.图4b为12日14时模拟台风950hPa风速分布.模拟的风场分布较好地再现了图4a中观测的风场分布特征:最大风速出现在眼墙的东侧和北侧,同样呈南北走向的带状.但眼墙与其外的螺旋雨带风速相差较大,东侧螺旋雨带处风速比实际偏弱.从总体上来看,模拟的“云娜”(2004)无论从移动路径,还是强度、风场和对流分布及其强度与实际观测都比较接近.在此基础上,下文利用上述的模拟资料来进一步分析环境风切变与眼墙处的对流特征之间的关系.3.2 不同高度层中的环境风切变特征 本文中将环境风场随高度的变化在不同高度间分段考虑,即分为高层、中层、低层三个层,分别将这些层中的顶高度处的风与底高度处的风之差定义为在该层的环境风切变,显然,在固定的某一个层中风是随高度近似为线性变化,但在不同层中所得到环境风切变是不一样的.在垂直方向上分成三层:低层(900~800hPa),中层(800~500hPa),高层(500~40hPa).以台风中心为圆心,取100km为半径确定一个圆形区域.将此区域中某高度的风场减去轴对称的台风环流即为区域中非对称的环境风场,对环境风场取平均即得到此高度上的环境平均风向量,体现了区别于台风水平轴对称涡旋环流的环境风场特征[17].比较不同高度的环境平均风向量即可得到台风环境风切变的特征.图5a为台风登陆前12日10时自900hPa 至400hPa平均环境风场的风矢量分布.由图·321· 第3期聂高臻等:台风“云娜”(2004)的数值模拟:眼墙对流与环境风切变的关系图3 台风登陆时的3km 高度雷达回波.(a )观测;(b )模拟(dBZ ),左侧和下方坐标轴标示模拟区域格点数Fig .3 Radar reflectivity (dBZ )at 3km height level of Rananim during its landfall .(a )o bservation ;(b )model simulation ,the axis ticks denote the model grids ,grid numbers are labeled at the left and bottom of theaxis图4 台风登陆前的表面风场分布.(a )QuikSC AT 卫星观测反演;(b )模拟(m /s ),坐标轴标示模拟区域格点,左侧和下方为格点数Fig .4 Wind f ield of Rananim before landfall .(a )surface wind derived from QuikSC AT ;(b )mo del simulated950hPa wind field .The shading indicates horizontal wind speed (m /s ),ticks denote the modelgrids ,grid num bers are labeled at the lef t and bottom of the axis5a 可知,平均环境风矢量都为东南风,风速随着高度增加至500hPa ,在此高度上随高度减小,风廓线呈顺时针旋转的趋势.900hPa 环境风速较小,约为4~7m /s ;700hPa 环境风风向较900hPa 偏南,风速增加至6~10m /s ;而在400hPa 环境风速又减小3~5m /s ,方向又向西偏转.环境风垂直切变在不同层中具有不同的特点:1)低层(900~800hPa ),环境风切变矢量指向西北方向,大小约为2~3m /s .2)中层(800~500hPa ),环境风切变矢量转为指向北到东北,大小约3~5m /s .3)高层(500hPa 以上),环境风切变矢量指向为东南,大小约2~3m /s .由此可见,台风“云娜”(2004)在登陆前,·322·南京大学学报(自然科学) 第46卷其环境风场垂直切变在不同高度层中有较大的差异.图5b 为12日10时不同高度上的台风中心位置相对于900hPa 台风中心的偏移.根据不同高度的台风涡旋中心的差异可以反映出在垂直方向上台风中心的倾斜.由图5b 可见,800hPa 的台风涡旋中心相对于900hPa 涡旋中心的水平位置偏西南.比较图5a 与b ,两条廓线的差异表明环境风切变的方向与涡旋中心倾斜的方向不尽相同:在低层,两者有较大差异,而在中层和高层,环境风切变方向与涡旋中心偏移的方向差异较小.总体上,台风中心随高度的偏转与环境平均风场随高度变化虽然在具体形态上有一定差异,但是两者的基本变化趋势是类似的,其垂直廓线从低到高都是呈顺时针变化.这说明了台风中心倾斜要受到风切变的直接影响.环境风切变一般被认为是导致台风中心倾斜的重要因素.图5 12日10时台风登陆前900hPa ~400hPa 不同层次的环境风切变和涡旋中心位置分布.(a )环境风平均风廓线(m /s );(b )台风中心相对位置(km )Fig .5 Environmental vertical wind shear and vortex center displacements in different layers betw een 900hPa and400hPa before landfall .(a )hodograph of m ean environmental wind (m /s );(b )vortex center positions relativ e to the center of 900hPa (km )3.3 风切变与眼墙对流运动的分布 在以往台风垂直风切变的研究中主要限于简单的、均一风切变的假设[18].即认为垂直风切变在不同高度之间方向相同,并且其大小与高度差成正比,这样只需要顶层和底层的环境平均风就能反映整层的风切变.大多数研究都是在此基础上探讨风切变与内核区降水的关系.一般认为,二者存在定性的关系:最大降水趋向于分布在风切变矢量的左侧.然而上面分析发现,在台风“云娜”(2004)中,环境垂直风切变并不是整层均一的,其方向、大小是随高度变化的.如图6a 和b 所示,登陆前后,在900hPa 高度上,在台风眼墙的西北侧都存在一个强上升运动中心.台风眼墙西北侧的上升运动中心都恰好在风切变矢量所指的方向上.登陆后的眼墙上升运动中心位置较登陆前更加偏西,相应风切变的方向也偏西.如图6c 和d 所示,到700hPa 高度上,眼墙的不闭合性增强.眼墙的上升运动中心较900hPa 向顺时针方向偏移.登陆前风切变较小,方向指向东北方,与眼墙东北的上升运动位置一致(图6c ).登陆后眼墙上升运动位置与风切变方向的一致性不如登陆前好,但是上升运动仍然位于风切变矢量的左前方(图6d ).而在500hPa 高度上,眼墙上升运动中心的位置与中、低层相比进一步顺时针偏移,其中心位于眼墙的东南侧(图6e ,f ),其中,登陆·323· 第3期聂高臻等:台风“云娜”(2004)的数值模拟:眼墙对流与环境风切变的关系前比登陆后更加偏南,而登陆后较偏东.同样,500hPa 到400hPa 之间的风切变方向登陆前也更加偏南而登陆后偏东,均与相应时刻上升运动中心位置一致.图6a 、b 、e 和f 中,时间平均过的反映涡旋中心倾斜状况的灰色箭头与代表风切变的黑色箭头方向差异较大.由以上分析可以看到,各高度上台风眼墙主要上升运动的发生位置与相应高度上环境风切变的方向有很好的一致性,随着时间、高度的差异,两者有相同的变化趋势;而台风涡旋中心的倾斜方向大都与相应高度上风切变不一致.4 地形对环境风切变与涡旋中心位置的影响 将上节的模拟结果作为控制试验,保持其他模式设置相同,只改变地形高度为控制试验的一半进行地形高度敏感性试验.总体看来,在敏感性试验与控制试验中模拟台风移动路径非常相近(图7a ),两者登陆地点相同,登陆前路径最大相差距离不超过30km .两者的主要差异是在敏感性试验中台风移动较慢,其登陆时间比控制试验要晚3h 左右,于12日18时登陆.另外,登陆后两者路径之间偏差较大,敏感性试验的路径较控制试验偏北.与控制试验相比,在11日12时之前敏感性试验中台风的中心最低气压和最大风速基本与控制试验相同(图7b ),在12日06时台风中心气压达到950hPa ,随后的12h 内气压略微降低,中心气压达到最低值948hPa .在12日18时台风登陆后,中心气压迅速升高.在敏感性试验中台风登陆后其强度要明显强于控制试验.显然,由图7可知,对于台风“云娜”(2004),地形对于台风的移动、强度的影响不大,只有在台风登陆后,地形减弱台风强度.地形对台风的影响最直接的途径就是影响其风场分布.在敏感性试验中,台风最大风速达到47m /s ,比控制试验要大3~8m /s ,且最大风速超过40m /s 的时间长达30多h ,而控制试验中风速维持在40m /s 附近仅有21h .另外,降低地形在一定程度上减小了地面的摩擦,导致地面附近风速增大.此外,地形摩擦的减小降低了台风能量的耗散,所以台风在登陆前可以发展的更强盛,中心气压更低.在这个意义上,地形高度的变化不仅影响近地面风场,同时也会影响到对流的发生和发展,从而进一步导致台风垂直结构产生相应的改变.由图8a 可见,在台风登陆后,敏感性试验与控制试验的环境风廓线在形态上非常类似:低层风切变方向为西北方;中层为偏东方向;高层为东南方向.与环境风切变变化相比,登陆后台风中心随高度的倾斜要无规则地多.从图8b 可知,在控制试验中900~500hPa 涡旋中心偏移很小,涡旋中心基本垂直,高层向东北方向倾斜;而在敏感性试验中涡旋中心在不同高度上偏移较大,在低层向东南偏移4km 左右,中层随高度增加先向西转而向北,高层转向东南.由此可见,地形一方面可以减弱台风环境风场大小,但环境风场垂直切变影响不大,另一方面,地形明显改变台风涡旋中心的位置及其随高度的变化,即台风涡旋中心的倾斜.与控制试验相似,敏感性试验中台风登陆后在900hPa 高度上眼墙区域主要上升运动位于眼墙的西北侧,此时,900~800hPa 之间的风切变和台风中心倾斜方向也比较一致为西北方向(图9a );而在高层,眼墙上升运动主要位于眼墙南侧,相应500~400hPa 的风切变方向也向南,而台风中心倾斜方向为西北方向(图9b ).由此说明,相应高度的风切变方向仍然是眼墙对流发生的位置起决定性作用,而地形主要改变涡旋中心的位置.综合上面分析,可以发现地形对台风涡旋的倾斜的大小和方向起重要作用,但是对垂直风切变的影响较小,相应高度的风切变的方向与眼墙对流中心的位置有很好的一致性.·324·南京大学学报(自然科学) 第46卷图6 台风登陆前12日10时-12时平均、不同高度的台风眼区垂直运动速度(m /s ):(a )900hPa ,(c )700hPa ,(e )500hPa .台风登陆后12日15时-17时平均、不同高度的台风眼区上升速度:(b )900hPa ,(d )700hPa ,(f )500hPa .其中,黑色箭头代表其与之上100hPa 之间的垂直风切变,灰色箭头代表两高度之间台风涡旋中心的水平位移方向和大小Fig .6 Time averaged vertical velocities (m /s )for the period 1000~1200UTC 12August at (a )900hPa ,(c )700hPa ,(e )500hPa ;and for the period 1500~1700UTC 12August at (b )900hPa ,(d )700hPa ,(f )500hPa .Black vector in each graph denotes the vertical shear betw een the current leveland the level 100hPa above ,gray vector denotes the corresponding vortextilt图7 (a )模拟台风路径,黑色线为控制试验,灰色为地形敏感性试验.(b )台风中心最低气压和表面最大风速随时间演变.黑色线表示气压(hPa ),灰色线为风速(m /s );粗线为控制试验,细线为敏感性试验Fig .7 (a )Mo del simulated typhoon track ,black (gray )line indicates the control run (sensitivity experiment ).(b )Black lines indicate sim ulated typhoon surface center pressure (hPa ),gray lines indicate maximumsurface wind velocity (m /s ).Bold (thin )lines denote control run (sensitivive experiment )·325· 第3期聂高臻等:台风“云娜”(2004)的数值模拟:眼墙对流与环境风切变的关系。