气象科学杂志

气象科学杂志2020年第1期

• 热带气旋边界层精细结构研究综述

  吴立广，刘青元，周星阳

  热带气旋边界层中包含许多小尺度环流系统，其精细结构与台风灾害紧密联系。随着观测资料的丰富、理论研究的深入、计算能力的提升及国家防台减灾的迫切需要，近20 a热带气旋边界层精细结构的研究日益受到国内外学者的重视，并取得了显著进展，目前该方向成为当前热带气旋研究的热点领域之一。本文对近20 a热带气旋边界层精细结构的研究从观测和模拟两方面进行了回顾，主要集中在近年来发现的热带气旋边界层滚涡和龙卷尺度涡旋，并对热带气旋边界层精细结构的研究进行展望。

• GPS ZTD资料同化对台风“利奇马”模拟的影响研究

  周炳君,李昕,陈耀登,曾明剑

  2019年超级台风"利奇马"对我国东部地区造成了巨大灾害，针对台风"利奇马"，研究GPS ZTD资料同化对于台风"利奇马"登陆后降水预报的影响。在进行GPS ZTD资料同化试验前，采取了稳定性检查、极值检查、双权重检查、偏差订正检查等质量控制方法以改善资料的同化应用水平。模拟试验结果表明在同化探空、风廓线等常规资料基础上，增加质控GPS ZTD有效改善了初始场的水汽条件，使得低层水汽辐合更强，从而改进了台风外围雨带的预报。并且通过循环同化能够改善初始环流场，进而改进了台风路径的预报使得台风主体降水的位置得到改善。

• 基于集合预报的台风“利奇马”登陆后远距离暴雨预报的敏感性分析

  王毅,张晓美,陶亦为,刘爽,邓国

  2019年第9号台风"利奇马"在8月10日登陆后引发了远距离大范围的暴雨，本文利用ECMWF（EC）和GRAPES全球集合预报模式等资料对暴雨短期预报的误差及原因进行了分析。此次台风远距离暴雨主要集中在8月10日夜间的山东中部地区，EC集合预报对该区域的降水量预报效果总体优于GRAPES集合预报。集合敏感性分析可以识别出和预报变量高相关（敏感）的天气系统，结果表明山东区域平均降水量对同期500 hPa副高、台风西北侧海平面气压和山东北部低层温度较为敏感，而对流层高层的高度及经向风存在更大范围的敏感区。根据暴雨预报TS评分选取EC集合预报成员作为优势组和劣势组，结果表明优势组预报成员表现为山东上空300 hPa低槽前倾，北侧高空偏南急流更强，同时配合低层台风外围偏东风急流，形成高层辐散、低层辐合的有利条件。另外，优势组预报的中纬度低层冷空气和斜压锋区更强，导致优势组在山东中部预报出暴雨，更加接近于实况。

• 基于对象诊断的超强台风“利奇马”(1909)模式强降水预报检验

  苏翔,康志明

  采用基于对象诊断的检验评估方法（the Method for Object-based Diagnostic Evaluation，MODE）对超强台风"利奇马"过程中ECMWF全球模式与GRAPES-MESO区域模式预报的强降水目标对象进行了分析，发现MODE技术相比于传统点对点的检验方法可以提供更加丰富的模式性能分析信息，将模式的预报能力（是否匹配）与预报偏差（位置偏差、面积偏差等属性）区分分析。研究结果表明：ECMWF全球模式预报的强降水对象与观测匹配度较高，雨带的位置也相对准确；GRAPES-MESO区域模式预报的强降水对象数量和面积存在一定程度的高估，空报情况较多，雨带位置误差较大，与观测对象的匹配度相对较低。此外，ECMWF全球模式预报的强降水对象存在偏北的系统偏差，GRAPES-MESO区域模式预报的强降水对象随预报时效的增加有偏南的趋势，两个模式在较长预报时效下都有偏东的系统偏差。

• 基于多源数据的“利奇马”台风大气环流、云及降水特征分析

  余茁夫,马烁,胡雄,严卫

  利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-4A静止卫星资料对"利奇马"生命过程的大气环流特征、云宏观特征进行了分析。针对"利奇马"超强台风期间的一次降水过程，利用GPM卫星的双频降水雷达（Dual-frequency Precipitation Radar，DPR）资料对其进行了宏微观特征分析。结果表明：在"利奇马"生命过程中，西太平洋副热带高压、40°N以北的高空槽脊、（35°N，80°E）的高压以及"罗莎"台风对"利奇马"的发展、移动均产生了重要的影响；其云系分布先后表现为螺旋状、逗点状、中心对称结构以及不规则形状，其南北两侧的云区范围、云顶高度也不断变化；在"利奇马"超强台风期间的一次降水过程中，近地表降水率大致呈环状分布，降水粒子浓度以及降水粒子半径的南北分布与东西分布相差较大，除了云墙降水为对流降水外，其他部分的降水以层云降水为主，层云降水对应的雨顶高度在4.5~12 km，主要集中在5.5~10 km；对流降水对应的雨顶高度在1~12 km，主要集中在2~5 km和6~11 km。

• 热带气旋“利奇马”(1909)暖心演变分析及变性过程探讨

  沈阳,吴海英,孙燕,吕润清

  利用NCEP GDAS/FNL再分析数据，根据TFP（Thermal Front Parameter）参数和锋生函数，对1909号热带气旋"利奇马"生命史中各主要阶段暖心特征和变性过程进行了诊断分析。结果表明："利奇马"强度为热带风暴时，其暖心结构较为松散，500 hPa以上和600 hPa以下分别存在一个最强中心，在强度减弱阶段上下层暖心均偏离气旋中心；当其强度升至强热带风暴及以上级别时，低层暖心消失，高层暖心显著增强，结构变得紧凑，气旋中心上空暖区呈棒槌状分布。高层暖心强度与"利奇马"强度呈正相关，当"利奇马"维持超强台风时，其暖心可达10~14℃。"利奇马"与中纬度西风槽接触后，冷空气开始自对流层中低层进入其环流，低层冷空气入侵的程度比中层更明显；低层暖心被冷空气侵蚀而消失，高层暖心则逐渐减弱，结构亦变得松散。TFP参数和锋生函数计算结果表明受冷空气影响，"利奇马"斜压性逐渐增强，其中心西北侧形成一支暖锋，逐渐变性为温带气旋，但冷锋未见发展。变性过程中"利奇马"高层暖心强度虽减弱但仍然维持，但低层暖区被冷空气完全填塞，导致其变性后较快消亡。

• 台风“利奇马”不同区域降水极端性特征及成因分析

  郭云谦,王毅,沈越婷,杨舒楠,陈涛,宫宇

  利用常规气象观测资料、卫星及雷达拼图以及NCEP分辨率为1°×1°的再分析资料，对浙江和山东两个区域不同的极端降水特征及其成因进行诊断对比分析。结果表明：浙江极端降水表现出"高效"的热带降水系统特征，山东极端降水是一次长时间，中等强度的"大陆锋面型"降水。台风近海对称性和对流明显增强；同时，其西北行移速较同期台风偏慢，导致行进方向上长时间受螺旋雨带影响；受超强台风厚实云墙影响，登陆前后浙江等地风雨激增；另外，双台风及沿海山地地形对浙江降水有增幅作用。而山东地区主要受台风北侧稳定维持倒槽和西风槽结合影响，出现极端降水。敏感性分析发现山东降水和台风"第一象限"低层偏南急流强度相关性好，而台风环流持续维持、高度场的密集梯度及降水的潜热反馈共同导致低层急流（>20 m·s-1）长时间维持；同时，西风带高空槽和台风倒槽势力相当，形成稳定"锋区"；锋前多条带状对流持续向北发展，形成"列车效应"；后期冷空气侵入台风中心后山东北侧依然维持较好环流配置。上述条件共同维持了山东地区持续性的较强"锋面降水"。副高、西风槽及台风环流的强度对比是本轮台风降水预报的关键因素。

• 台风“利奇马”造成浙江极端降水的成因分析

  娄小芬,马昊,黄旋旋,刘汉华,彭霞云

  利用NCEP/NCAR再分析资料（0.25°×0.25°）、FY-2G卫星的黑体亮度温度（TBB）、双偏振雷达、加密自动站资料，对2019年台风"利奇马"引发浙江极端暴雨过程的成因进行分析，结果表明：（1）"利奇马"引发的浙江特大暴雨过程是一次深厚台风本体降水，具有范围广、总量大、局地雨强极端的特点，山脉地形对降水的增幅作用显著。（2）台风登陆前后850 hPa水汽通量、850 hPa辐合和200 hPa辐散都超过气候平均值3~4个标准差，异常强的动力抬升和水汽输送为此次极端降水提供了有利的背景条件，物理量的异常度可作为判断极端降水的重要因子。（3）活跃的西南季风和副高南部的偏东急流为"利奇马"提供了充足的水汽和能量。925 hPa水汽通量辐合大值区域与暴雨落区的形态和位置对应较好，且辐合强度的变化对降水量具有一定的指示意义。（4）登陆前后台风中心密闭云区范围大、结构紧实，其中有多个中尺度对流系统强烈发展且移动缓慢，是浙江东部沿海地区产生极端降水的主要原因。基于双偏振雷达的降水估测产品在短临预报中参考价值高。（5）中层的弱干冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持，在地面中尺度辐合线和地形的强迫抬升下不断触发中尺度对流系统并产生"列车效应"，是此次过程中西北部山区特大暴雨产生的重要原因。

• 2019年超强台风“利奇马”引发浙江特大暴雨过程分析

  刘晓汝,谢作威

  利用NCEP FNL 0.25°×0.25°的再分析资料和浙江省中尺度气象站降水资料，从产生强降水的条件来对"利奇马"特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：（1）强降水主要集中在近台风中心的西南部分及其稍远的北部，其中近台风中心为眼壁降水，北部为螺旋云带降水；（2）850~925 hPa水汽通量辐合中心与暴雨落区一致，水汽辐合强度差异是造成台风眼壁强降水落区差异的关键；（3）台风强度大时近中心上升运动强烈，正垂直螺旋度中心值的减小和中心下降对应强降水的发生，低层正螺旋度和高层负螺旋度中心的重叠区对对流性降水落区有一定的指示；（4）本次过程地形增益最明显地区在台州北部，在水汽条件处于劣势情况下出现降水副中心。

• 台风“利奇马”影响期间浙江沿海海浪特征分析

  王毅,涂小萍,蒋璐璐,方艳莹,徐彬

  利用浮标资料，对"利奇马"影响期间浙江沿海风和海浪特征及其关系进行分析，并对欧洲中心模式预报与实况进行对比，基于模式预报分析海浪的空间结构。结果发现：（1）随着台风靠近、登陆和远离，海浪波型经历了混合浪-风浪-混合浪的变化，且最大波高越大周期越长，浙江南部沿海海浪较北部沿海更具风浪特点；（2）浪高受风速影响大，北部沿海更为明显，持续风向对浪高增大有明显作用，当风向由向岸转为与海岸线平行、或由与海岸线平行转为离岸时，浪高迅速减小，反之浪高迅速增大；（3）台风靠近和影响浙江时，有效波高与风速的等值线平行，7、8、10级风分别与巨浪、狂浪、狂涛区有很好的对应，有效波高越高，风速对波高的决定作用越明显。

• 台风“利奇马”不同强降水中心的雨滴谱特征分析

  申高航,高安春,李君

  在2019年台风"利奇马"台风暖区、台风与西风槽相互作用区及西风槽影响区分别挑选4个极端强降水中心，利用各站连续观测分钟雨滴谱资料和分钟降水资料，分析了不同站点和不同降水时段的雨滴尺度谱、雨滴速度谱、雨滴尺度-时间谱和雨滴速度-时间谱特征，研究了雨滴谱特征随时间的变化。结果表明：4个降水中心的雨滴尺度-时间谱和雨滴速度-时间谱存在明显差异，而过程的统计谱特征差异不明显；过程中不同区域的站点、同一站点不同的降水时段，雨滴尺度谱和雨滴速度谱主要为双峰型，尺度谱双峰中各站对应1.2 mm直径峰的位置一致，处于较小尺度峰的位置不一致；在较大雨强时，雨滴尺度谱上会出现单峰和三峰的情况，但比例较少；1.2 mm雨滴的高浓度区域与地面降水强度有非常好的对应关系，在1.2 mm雨滴的高浓度区域形成的过程中，地面降水逐渐增强，随着1.2 mm雨滴的高浓度区域逐渐瓦解，地面降水逐渐减弱，直至出现间歇。

• 台风“利奇马”快速增强的低频环境场研究

  陈小宇,张静,李超,曹璐

  利用再分析资料及时间滤波方法，重点分析了低频环境场变化以及相关大尺度环境因子对台风强度突变的影响。结果表明：在"利奇马"强度突变前后，西北太平洋低频季风系统发展起了至关重要的作用，季风环流显著增强，西南季风东进，同时季风槽建立加强。这一现象为快速增强过程提供了水汽输送通道和理想的动力条件。西南季风增强使得台风南侧的水汽通道建立，同时季风槽发展有利于低层涡度的迅速积累，这些有利因子最终导致"利奇马"快速增强过程的发生。此外，弱的环境垂直风切变以及海表面温度的上升等因子同样对"利奇马"强度突变有重要影响。

• 超强台风“利奇马”(1909)的闪电活动特征

  魏凌翔,邱学兴,童金,胡玥琦,袁松

  利用风云四号A星（FY-4A）装载的闪电成像仪探测到的闪电实时定位资料和中央气象台提供的台风定位资料，分析了2019年第9号超强台风"利奇马"的闪电时空演变特征。结果表明："利奇马"在强台风阶段的日平均闪电密度最大，其次是超强台风阶段。处于增强阶段（△V>0 m·s-1）时的闪电活动强于减弱阶段（△V<0 m·s-1），气旋强度稳定时（-5 m·s-1 ≤ △V<5 m·s-1），闪电活动最弱。台风成熟以后闪电密度基本呈现出三圈结构。闪电的空间分布具有不对称性，在台风移动方向左侧的闪电数量明显多于右侧。台风外围雨带中的闪电远远多于台风中心发生的闪电，台风中心发生的闪电所占比例不到总数的1%。在台风两次增强阶段均出现闪电的爆发，在台风最强阶段也有较多的闪电发生。在台风最强时期的前半段，眼壁闪电数明显爆发至最大，在台风减弱阶段，眼壁闪电发生很少。

• 基于春季气候信号的“台风是否经过江苏”预测研究

  史达伟,李超,周灏,朱云凤

  利用中国气象局提供的1951-2018年台风最佳路径数据集，筛选经过江苏的热带气旋个例，发现历史上所有经过江苏的热带气旋都发生在夏秋季节。基于春季130种气候信号指数，利用C4.5决策树算法建立"台风是否经过江苏"的预测模型。结果表明：基于C4.5算法的决策树能够较为直观且准确地对每年"台风是否经过江苏"进行预测。利用1951-2000年（51 a）的数据样本进行训练，学习准确率达到82%，利用2001-2018年（18 a）的数据样本对模型进行泛化能力测试，测试准确率达到83.3%，最后利用2019年第9号热带气旋"利奇马"经过江苏的事实进行个例检验，符合决策树规则C。可以证明C4.5算法对"台风是否经过江苏"的预测具有较高的准确率和通用性。

• 台风“利奇马”(1909)快速增强事件的降水演变

  吕巧谊,张玉轩,江慧远,郑辉,陈德花,胡雅君

  利用台风路径资料及GPM多星集合降水反演产品（IMERG），分析了"利奇马"台风快速增强（RI）事件的平均降水率、降水（>0 mm·h-1）和短时强降水（>20 mm·h-1）的覆盖率随时间的演变。进一步，将RI事件分为RI启动前0~24 h、RI启动期、RI持续期、RI结束前0~24 h，和RI结束后0~24 h等阶段，分析平均降水率、降水和短时强降水发生频率的空间分布。研究结果表明：（1）在整个RI事件中，平均降水率和短时强降水发生频率较高的区域主要集中在台风中心西北方位，但其面积和位置随阶段转换而变化；（2）在RI启动前0~24 h，降水覆盖率的高值区由台风内核逐渐扩大至台风外围，而平均降水率和短时强降水覆盖率在RI启动后才明显增强；（3）在RI启动前0~12 h到RI结束前0~24 h的4个阶段，平均降水率和短时强降水发生频率的高值区都出现在台风移动方向的正前方。