（大气科学专业论文）相似路径台风对台州影响差异原因诊断与分析.pdf

中文摘要 基层台站通常把台风路径作为台风是否影响和影响大小的首要考虑因 素 但实际上强度 移动路径 登陆点都很相似的两个台风对某地的影响往 往大不相同 本文对0 7 13 号台风韦帕和0 60 8 号台风桑美的天气形势 高低 空多种中尺度物理量要素场及其随时间 空间变化进行全面的诊断对比分析 研究表明 冷空气与台风云系的接婊与否及何时何地接婊是决定台风降水范 围和强度的重要因素 台风影响前2 4 小时 对相关度高 指示性强的要素及 物理量场进行计算和再分析 可以进一步细化预报 结果表明 相对湿度垂 直剖面图中比湿垂直锋区对应的区域就可能就是天气突变区 在具备必要的 水汽 能量及动力条件下 水汽通量相对散度正值中心与未来暴雨中心吻合 因此 水汽通量相对散度正值中心可能是暴雨落区预报的一种方法 垂直螺 旋度呈现中低层正中心高层负中心的配置 低层b l u f 的正值中心可预兆未来 暴雨落区 卫星云图和雷达资料分析表明 无螺旋云带的台风只对台风主体 密闭云区经过的地区造成严重影响 边缘地区或严重影响或无甚影响 冷锋 云系与台风外围螺旋云带结合造成台风远距离降水 雷达回波强度大于 3 0 d b z 垂直累积液态降水量大于3 0 千克 平方米与一小时降水量最大中心在 某地同时出现 对暴雨临近预报有重要兆示的作用 关键词 热带气旋相似路径诊断分析动力学分析热力学分析 i i 英文摘要 t r o p i c a lc y c l o n et r a c k isu s u a ll yc o n s i d e r e da saf i r s tf a c t w h e t h e rt r o p i c a1c y c l o n ei n f l u e n c eo rn o tf o rw e a t h e rst a ti o n s i nf a c t t r o p ic a1c y c1 0 n e sw it hsi m ila rtr a c k str e n g t ha n dla n d i n g sit eo f t e n i n f l u e n c ed i f f e r e n t l yt oa p l a c e i nt h isp a p e r a ne x h a u stiv ed ia g n o sisa n da n al y sisisd o n et ow e at h e r s i t u a t i o n av a t i e t yo fm e s o s c a l ep h y s i c a lm a r k e to nh i g ha n d1 0 wl a y e r a n dt h e i rc h a n g ew i t hti m ea n ds p a c eo ft y p h o o n w e i p a 0 7 1 3 a n d t y p h o o n s a o m a i f i 0 6 0 8 t h er e s e a r c hs h o w st h a tt h ec o n n e c ti o na n dit sti m ea n dp l a c eo f c o l da i ra n d t y p h o o nc l o u d s isa n i m p o r t a n tf a c t o r t h a td e c i d e s t y p h o o n sp r e cip it a t io nr a n g ea n di n t e n si t y c al c u l a ti n ga n da n a1y z i n g c e r t ai nf a c t o ra n dp h y sic a1m a r k e tw it hh ig hr e lati o na n di n d ic a ti o n 2 4h o u r sb e f o r et y p h o o ni n f l u e n c em a yr e f i n ef o r e c a s ti n g t h er e s u lt s s h o wt h a ts p e c i f i ch u m i d it yv e r ti c a lf r o n t a lz o n ei nv e r ti c a lp r o f il e c h a r to fr e l a ti v eh u m i d it ym i g h tb et h ew e a t h e rs a lt a ti o nr e g i o n w it h t h en e c e ss a r yw a t e rv a p o r e n e r g ya n dd y n a m i c s t h ep o siti v ec e n t e r o fw a t e r v a p o rf l u xr e l a ti r ed i v e r g e n c ec o r r e s p o n d sw it ht h ef u t u r e h e a v yr a i n f a l1c e n t e r t h e r e f o r e t h ep o s iti v ec e n t e ro fw a t e r v a p o r f l u xr e l a ti v e d i v e r g e n c em i g h tb e a g o o dw a yt of o r e c a s tt y p h o o n r a i n st o r m t h ev e rtic a1h elic it ysit u ati o np r e s e n ti n gam in u sc e n t e r i n1 0 w e ra t m o s p h e r e1 e v e la n dap l u sc e n t e ri nu p p e ra t m o s p h e r e1 e v e l t h ep o siti v en u fc e n t e ro fl o w e r1e v e1m ig h ti n d ic a t ef o r e c a stt y p h o o n r a i a st o r m t h es a t e l lit ec l o u da n dr a d a rs h o wt h a tt yw it h o u ts p ir a1 i i i s h o wt h a tt yw it h o u ts p i r a lb a n d so n l ya f f e c t st h ep l a c es e v e r e l yw h e n itisp a ssin gt h r o u g h a n ditw i11n o ta f f e c to ra f f e c ts e ri o u slyi n t h ef r i n g ea r e a f u r t h e r m o r e t h ec o l df r o n te l o u dc o m b i n e dw i t ho u t e r s p ir a lb a n d sw i11 c a u s et h ed ist a n tp r e cip it a ti o nw it ht h ef e a t u r e s o fl o n gt i m er a i n f a l1 i nn o w c a s t i n g itm i g h ti n d i c a t et h er a i n s t o r m w h i1 et h er a d a re c h oi n t e n sit yv a l u eg r e a t e rt h a n3 0 d b z t h ev e r ti c a ll y i n t e g r a t e d li q u i dw a t e r v i l g r e a t e rt h a n3 0 k g m 2a n do n eh o u r p r e c i p it a ti o nc e n t e rc o m eo u ta t o n eti m ei ns o m ep l a c e k e yw o r d s tr o p i c a 1 c y c lo n e si m i1a r tr a c k s d ia g n o sisa n aly sis d y n a m i c sa n de n e r g e t i c sa n a l y s is i v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果 也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名 刘真签字日期 2 0 0 9 年5 月1 5 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权迸鎏态堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段 保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 刘真 导师签名 翟国 签字日期 2 0 0 9 年5 月1 5 日签字日期 2 0 0 9 年5 致谢 本研究及学位论文是在我的导师翟国庆教授的关心督促和指导帮 助 浙江大学及气象部门众多人员的大力协助下完成的 首先我要感谢我的导师 从最初的选题 立题 到最后的成文 修 改 他自始至终对我精心指点和大力帮助 虽然导师很忙 但还是坚持 每隔一段时间通过电子邮件与我保持联系 询问论文进度和遇到的难 点 选发优秀文章 传递相关信息 提出探讨意见 特别是当我因工作 生活中遇到困难 处于精神低谷 欲放弃撰写时 是导师对我的鼓励让 我坚持 导师在科学研究方面的敏锐的洞察力 深厚的学术造诣及科学 严谨的态度 让我受益非浅 在此谨向翟老师致以衷心的感谢 其次 感谢徐亚钦 周玲丽 沈杭锋 他们对本研究做了许多基础 性的工作 徐亚钦 许悦真子在数据处理 图像制作方面给予的支持和 帮助 温州雷达站的钟建锋及我的同事张梅 刘汉华 唐楹 赵利刚 胡晓给我提供有关资料 最后 我要感谢我们单位的领导和同事们 他们在台风预报服务方 面的实践 探索 研究和总结 是我作此研究的出发点 也是我希望得 出一些结果的动力 我在写论文期间 我科室的两位同事在工作上给予 我很大的支持 值此论文完成之际 一并予以感谢 浙江大学硕士学位论文 相似路径台风对台州影响差异原因分析 第一章绪论 1 1 引言 台风逶常是热带气旋的泛称 热带气旋是发生在热带海洋上的一种具有暖中心结构的 强烈的气旋性涡旋 由于其携带大量的热带扰动能量和暖湿气流 在外界条件配置下 就 会给其所到之处带来狂风暴雨 对人类生活和生产都会造成巨大的影响 台风是最具破坏 力的大型天气系统 在2 0 世纪末 联合国组织的国际减灾十年活动中 台风被列为十大 自然灾害之首 台风影响带来的主要灾害是由台风引发的强风 暴雨和风暴潮所造成的 伴随台风而来的强风少则1 7 2 米 秒 大的可达7 9 5 米 秒 具有摧古拉朽之势 如0 8 0 6 号台风桑美 台风暴雨是非常强的降水系统 一次台风登陆 降水中心一天之中可降下 1 0 0 3 0 0 毫米的大暴雨 甚至可达5 0 0 8 0 0 毫米 由台风引起的台风风暴潮常导致海水 异常升降 且具有来势猛 速度快 强度大 破坏力强的特点 特别是当风暴潮恰好与天 文高潮相叠时 则常常使其影响所及的滨海区域潮水暴涨 甚者海潮冲毁海堤海塘 吞噬 码头 工厂 城镇和村庄 从而酿成巨大灾难 如9 7 1 1 号台风 我国是世界上台风登陆最多 灾害最重的国家 由于台风暴雨强度大 洪水出现频率 高 波及范围广 来势凶猛 破坏性极大 因此台风暴雨所造成洪涝爆发 农田受淹 耕 地流失 城市内涝和泥石流等灾害及其重大 其中由于台风暴雨造成的洪涝灾害 是最具 危险性的灾害 中国3 次破历史记录的特大暴雨都是台风造成的 6 3 1 2 号台风 g l o ri a 在中国台湾百新创下1 2 4 8 毫米 2 4 小时的记录 6 7 18 号台风 c a r l a 在台湾新寮创下1 6 7 2 毫米 2 4 小时的记录 7 5 0 3 号台风 n i n a 在河南省林庄创下10 6 2 毫米 2 4 小时的记录n 1 李江南等担1 指出 台风是最强的暴雨天气系统 虽然形成暴雨的条件都必须具备充足的水 汽输送和强烈的辐合上升运动 但是每次台风暴雨过程形成的天气形势和影响因素却不尽 相同 台风暴雨落区有很大的不确定性 不仅与台风环流结构和其他许多复杂因素有关 同时还与台风出现的季节和登陆地点有关 这些都是台风暴雨研究中的重点和难点 台风对某一地影响的程度 特别是降水强度具有很大的不确定性 这不仅与台风环流 结构和其他许多复杂因素有关 同时还与台风出现的季节和登陆地点有关 对于在基层直 接为当地领导指挥决策的台风预报服务的实践中 台风对某地的实际影响是台风研究及预 报服务的重点和难点 在实际预报工作中 通常我们把台风路径作为是否影响和影响大小 的首要考虑因素 其次 考虑台风本身的属性 如强度 范围 干湿 生命阶段等对所经 1 浙江大学硕士学位论文相似路径台风对台州影响差异原因分析 之地产生的影响程度 再次 根据台风所处的大尺度形势场 周边的系统配置等对台风产 生的影响程度进行增益或减损估计 在长期的台风预测实践中 已总结出了一定的规律 如各地气象台对不同季节 不同路径的台风对本地的风 雨 潮影响都掌握一定的规律 但这种预报的方式是比较粗犷的 在目前探测手段 分析工具不断改善的条件下 作为学 术探究 我们可以试图对台风影响的原因作些精细分析 以期在纯预报技术上提出不同与 一般规律的结果 在实际天气中 存在某地附近登陆 路径和强度都相似的台风 对该地 的影响却大不相同的情况 如果能通过卫星云图 雷达和各大台的数值预报资料 实况资 料分析和模拟出台风暴雨的影响区域 主要影响因子的影响程度 那么就可能更有针对性 更准确精细 更科学地做好预报 为领导组织 指挥防台提供预报技术支撑 在作决策时 多一些把握 尽可能做到防御有度 既减少台风对某地的灾害 又减少社会防御成本 这 对防灾减灾 趋利避害 科学指挥具有重要意义 台风影响一般可分为三种 1 台风环流本身所造成的影响 它主要集中在眼壁附近 的云墙 密闭云区 螺旋云带中 这种影响随台风中心的移动而移动 2 台风与西风带 系统或其他热带系统共同作用而造成的影响 这种影响与相互作用的几个系统的位置及移 动有关 3 受地形 时节等的影响 这种影响有比较相对固定的模式 如在迎风坡因受 地形抬升作用会使降水增益形成暴雨中心 台风影响时间与高潮位时间重叠就会形成风暴 潮等 台风对某地的影响 特别是暴雨影响的原因十分复杂 每一次台风影响都有不同的 产生机理及其特点 因此对于台风影响 特别是暴雨方面的研究一直是国内外气象专家学 者的研究重点 当台风外围环流或倒槽遇上急流 西风槽 冷空气等西风带系统时 往往能产生远 距离暴雨 此类暴雨往往比台风本身环流的降水大得多1 3 o 由于中低纬系统相互作用这一 问题十分重要而又复杂 国内外学者对此进行了大量研究 如p a l m e n c h i e n 和s m i t h 及 d i m e g o 和b o s a r t 已分别对深入北美大陆的h a z e l 飓风 c a m il e 飓风 a g n e s 飓风以及它们与 中纬度系统的相互作用进行了研究 p a l m e n 认为 冷空气下沉 暖空气上升使有效位能转 化为动能 是能量的主要来源 潜热也有一部分转化为动能 从而部分地补偿了消耗的动 能 c h i e n 和s m i t h 强调了潜热释放对气旋重新加深的作用 认为边界层以上次网格尺度向 大尺度的动能转换也是动能的重要来源 d i m e g o 和b o s a r t 则强调了高空非辐散风对动能制 造的作用 1 张经珍等仕1 成功分析了中低纬度系统如副热带高压 东南低空急流 弱冷空 气等相互作用对山东 9 9 18 大暴雨的影响 陶诗言 1 也指出 暴雨是各种天气尺度相互 作用的产物 其中中尺度系统是直接造成暴雨的天气系统 准地转模式对于研究中小尺度 2 浙江大学硕士学位论文 相似路径台风对台州影响差异原因分析 涡旋与台风的相互作用有较好的对应性 m m 5 等许多模式的发展同时使台风动力学研究得 到发展 因此 在强调大尺度系统如副热带高压 西风槽等的关系是研究台风影响所必需 研究的重点的同时 更应运用中尺度数值模式的试验结果以及雷达的特征分析对动力学理 论的分析结果进行验证 不同的台风暴雨在其大尺度环境流场 相互作用的中低纬度环流系统和中小尺度天 气系统等不同的情况下 其暴雨的分布和强度都不尽相同 通过台风对比分析可以发现不 同的影响台风因子在不同情况下对于台风暴雨强度和分布的影响 对于登陆前有相似环流背景 登陆后具有不同环流形势场的台风分析上 臧传花n 1 对9 7 1 1 号与0 5 0 9 号二个台风对比发现登陆前西风带和副热带环流背景非常相似 但登陆后 在北上过程中环流形势的差异逐渐增大 其中中纬度西风带环流差别最为突出 此时西太 平洋副高减弱南撤和西风带冷空气不明显是造成0 5 0 9 号台风降水偏弱的重要原因 且9 7 1 1 号台风高能区与台风中心相对应 而0 5 0 9 号台风低层高能区偏离到台风中心的南侧 0 5 0 9 号台风相对9 7 1 1 号台风的高能区强度弱 能量衰减快 因此0 50 9 号台风暴雨区范围和强度 弱于9 7 1 1 号台风 也是其产生暴雨区偏向于台风中心右侧 尹洁等他1 对 碧利斯 格美 桑美三个台风的暴雨机制和路径对比分析发现 三个台风的位置强度都不同 但是对庐山 都出现了与主雨区相脱离的孤立强暴雨点 证实了地形抬升幅合对台风降水的增强具有很 大作用 并且发现不仅要考虑台风的强度 台风的水平尺度对于其暴雨的发生区域有及其 重要的意义 张建海等阳1 对h a i t a n g 和m a ts a 台风对比分析也表明了弱冷空气的不同影响了 它们的暴雨强度的不同 台风暴雨与低层能量场分布有关 低层台风水汽和能量输送通道 被低能槽隔断 台风将很快减弱 且难以产生暴雨以上的降水 在对比分析不同的暴雨强 度和云团的关系方面 林毅等n 选取1 9 9 6 1 9 9 8 年5 个登陆福建的台风 对比分析其中尺 度暴雨时空分布规律 并通过对数字化处理的逐时红外卫星云图的研究 揭示台风中尺度 对流系统发生发展的云图特征 分析表明台风中尺度暴雨的强度与中尺度对流云团的最冷 云区温度和面积密切相关 常出现在中尺度对流云团偏东侧具有云顶温度梯度密集 云顶 温度等值线曲率较大 云团处在发展阶段这些云图特征的区域 过去十几年中 在远距离台风暴雨 螺旋雨带的形成理论 台风系统对中纬度地区降 水的影响 暴雨分布 下垫面特征对暴雨的影响和暴雨的突然增幅等方面都取得了新的进 展 人们对台风暴雨的发生发展有了更为清楚的认识 在实际工作中 也有许多基层工作 者通过大量的个例分析去证实这些研究结果 但由于台风对某地影响的研究涉及到台风本 身强度 结构 高低空各种不同尺度的环流系统以及它们之间的相互作用等 这使得台风 置 浙江大学硕士学位论文相似路径台风对台州影响差异原因分析 影响预报精度的提高难度很大 首先从诊断分析来说 很难获得时间连续 空间分辨率又高的资料 尤其是洋面上 所以 很多时候必须要依赖于数值模式 但从数值研究来说 一是模式的分辨率难于达到 要求 m o l i n a r i 指出台风数值模式的水平分辨率应小于5 千米 可目前在业务上和科研 中都很难达到 二是任何模式的物理过程很难对各种不同尺度的运动同时作到精确的描 述 再者 将卫星 雷达等各种新的探测技术获取的信息应用于科研和业务中也是一个比 较薄弱的方面 特别是我们目前的预报在很大程度上还很依赖于日本数值预报品 欧洲中 心的预报产品 因此 对台风暴雨的研究还需要进行长期的艰苦研究 1 2 研究意义 目的 内容 台州地处浙江中部沿海 内陆面积9 4 1 1 平方公里 人口5 4 6 6 2 万 所辖9 个县 市 区 中有6 个濒临东海 大陆海岸线达7 4 5 公里 占浙江省的2 8 年平均气温为1 7 1 年平均降水量1 5 4 3 8 毫米 属亚热带季风气候型 气候温和 四季分明 降水充沛 日照充足 雨热同步 气候资源丰富 但多台风暴雨 洪涝 干旱 亦有高温炎热 低温 大雪 冰雹龙卷等灾害性天气 因位于台风活动最频繁的西北太平洋西岸 成为台风最易 光顾之区域 因此 境内以台风为首要灾害 其次是高温干旱 台州三面环山 东临大海 台州湾喇叭形超浅海河口港湾及西高东低的特殊地形 十分有利于东向系统的抬升与辐合 加强 使台州成浙江的台风大风区 暴雨中心 风暴潮异常强烈区域之一 据统计 建国 以来 登陆台州的台风共有1 7 个 平均3 3 年登陆一次 占登陆浙江台风总数的5 0 严重影响台州的台风有8 1 个 平均每年1 5 个 造成一定影响的台风有13 8 个 平均每 年2 5 个 2 0 世纪8 0 年代以来 随着全球气候变暖 台风活动趋于频繁 强度趋于增强 这一点可以从统计数据中证实 上世纪五十至七十年代3 0 年间登陆浙江的台风总数为1 4 个 年平均仅0 4 7 个 而八十年代以后的2 6 年间登陆浙江的台风数量却有2 2 个 年平 均达0 8 5 个 增幅高达8 0 上世纪五十至七十年代登陆浙江的热带气旋达到台风强度 的共有8 个 年平均仅0 2 7 个 而八十年代以后登陆浙江的热带气旋达到台风强度的却 有13 个 年平均达到o 5 个 增幅高达8 5 尤其是登陆气压低达9 6 0 百帕及以下强度 的台风 建国以来共出现8 个 而其中有5 个出现在九十年代以后 1 如2 0 0 5 年 共有 5 次台风影响台州 其中3 次在台州登陆 造成严重影响 社会经济越发达 在同等强度 的灾害条件下经济损失大增 因此 台风已经成为折损台州经济和社会发展的一个重要因 素 研究分析台风暴雨的强度和范围分布对台州的影响具有十分重大的意义 4 浙江大学硕士学位论文 相似路径台风对台州影响差异原因分析 但是台风引起的中小尺度强对流系统 特别是暴雨落区有很大的不确定性 不仅与台 风环流结构和其他许多复杂因素有关 同时还与台风出现的季节和登陆地点有关 因此 存在同是在台州附近登陆 台风路径和强度都相似但对台州的影响却大不相同的情况 在 实际预报中给我们带来很大困惑 如同样在温州苍南登陆 强度和登陆前的路径都十分相 似0 7 1 3 号台风韦帕和0 6 0 8 号桑美台风 前者使台州9 个县 市 区 1 4 0 个乡镇3 1 2 万 人受灾 倒塌房屋8 1 6 间 直接经济损失达2 7 9 2 4 亿元 同时使全市农作物受灾面积8 5 3 5 1 公顷 绝收面积7 7 2 5 公顷 而后者台风桑美 在防御上我们全市都是按照强台风严重影 响的预案采取措施的 结果对台州影响却不大 主要受灾区在与温州交界的玉环县 有 1 1 个乡 镇 遭灾 国家一级渔港坎门渔港防洪堤受损百米 全市受灾人口8 2 6 万人 倒 塌房屋1 1 问 直接经济损失6 0 0 0 万元 两者的影响差异我们是否可在事先通过卫星云图 雷达及n e c p 和日本数值预报等情况和数值预报资料分析和模拟出细节差异来 以让我们 预报服务人员做到心中有数 对于防灾减灾 趋利避害具有指导意义 本文研究的目的就是通过分析采用m m 5 模式对美国n c e p 的g f s 通用资料进行处理后 的地面 高空资料来诊断分析桑美和韦帕台风发生前2 4 小时的动力和热力条件 分析风 云2 号红外云图及温州多普勒雷达资料来分析其登陆前后中小尺度系统的发生发展演变 对比分析这两个台风的降水系统的演变规律 探讨桑美和韦帕这两个强度 路径相似的台 风对台州不同影响的原因所在 它们主要相关物理量场的差异 从而对影响台州的台风预 报提供新的启示和思路 进而提高台风影响的预报服务水平 本文主要对桑美和韦帕两个台风的g f s 雷达 卫星云图等数据资料进行对比研究和 分析 从而探索其影响差异的一些细节 研究分析内容主要包括一下几个方面 1 资料处理分析 利用美国n c e p 的g f s 通用资料再分析数据 及m m 5 导出数据和处 理文件 再用g r a d s 软件将桑美和韦帕台风数据可视化 分析桑美和韦帕台风的大尺度形 势场 环流场 水汽条件和气流分布即副热带高压特征 高低层急流位置与强度 西风带 系统等的分布特征 2 中尺度物理量场特征分析 除了稳定度 高 低层假相当位温 k 指数 水汽通 量 散度 及高低空散度 涡度和散度差 垂直运动项 垂直螺旋度等一些动力条件外 着重对1 2 2 4 小时散度和涡度变化 散度和涡度平流变化 稳定度 水汽变化等中尺 度特征和演变过程进行分析 得出物理量的具体指标 3 以台州暴雨发生时台风的位置为基准点 分析桑美和韦帕两个台风处于同一近似区 域时 它们的中尺度物理条件的差值场 再运用动力学热力学等天气学方法分析这两个台 s 浙江大学硕士学位论文相似路径台风对台州影响差异原因分析 风暴雨对台州的不同影响的机理 其物理量场和相关大尺度系统的区别 4 云图上台风范围 形状 密闭云区 边界清晰度及台风与其他系统的配置 通过云 图表象 阐述两个台风对台州影响差异原因 5 通过对多种雷达产品的分析 得到台风降水差异在雷达上的表象 6 浙江大学硕士学位论文 相似路径台风对台州影响差异原因分析 第二章资料选取 说明 数值模拟是研究大气动力学过程的主要方法之一n 2 1 现今 中尺度模式都是有限区域 的 主要有三类 中o 尺度模式 水平格距为5 0 2 0 0 k i n 中d 尺度模式 水平格距为 5 5 0 k i n 中y 尺度模式 水平格距为小于5 k i n 中o 尺度模式基本是静力平衡模式 一般在天气尺度模式基础上增加水平和垂直分辨率 并且改进了参数化方案 中p 尺度模 式一般是非静力平衡模式 目前是在理想条件下模拟中尺度现象 用以研究中尺度系统的 物理机制 中y 尺度模式也是非静力平衡模式 并且包含有描述云和降水的微物理过程 中尺度数值模拟的成功 不仅有助于弄清对流系统内部的气流走向和演变过程 而且能清 楚的了解环境场的作用 中p 尺度系统的发生发展的时间尺度和空间尺度较小 故常规的 大尺度的观测网的资料可能不具备完善的中尺度系统的信息 而且中尺度系统具有强烈的 对流性质 不再满足静力平衡关系 尤其是较强烈发展的中尺度扰动是非静力的 静力模 式难以真实反映其物理过程 近年来 美国p s u n a c r 共同发展的m m 5 模式较好的解决了这些问题 已经在世界各 地被广泛应用 在我国 m m 5 模式也有着广泛应用 比较成功的模拟了暴雨 洪涝 西南 涡 飑线等中小尺度天气现象 中尺度数值模式现已可用于更精细地分析热带气旋结构 吴启树等n3 3 通过中尺度模式m m 5 对0 0 1 0 号 碧利斯 台风影响福建暴雨过程模拟试验 得出m l d 5 模式能很好的数值模拟本次台风登陆前后的降水量 台风结构与强度 流场等特 征 徐亚梅等n 町也用 5 模式成功地模拟了1 9 9 8 年7 月 二度梅 期间黄石附近的强降 水过程 本文资料选取的桑美和韦帕两个台风作为研究对比对象采用m m 5 模式处理 数据主要 包括美国n c e p 的g f s 通用资料 风云2 号卫星云图和温州雷达资料 对于g f s 资料采用m m 5 模式对其进行再分析处理 所用的数据起始经度10 8 0 8 度 共有1 1 1 个网格点 起始纬度19 5 7 度 共有7 6 个网格 点 时空分辨率为5 0 k m 0 2 2 5 0 2 2 5 时间定义为台风影响前2 4 小时到暴雨时刻后2 4 小时 时间分辨率为3 小时 论文中所有图片的时间均采用世界时 文字描写中的时间 如无特别注明 均为北京 时 共有2 2 层等压面 分别是1 0 0 1 0 01 0 0 0 0 0 9 7 5 0 09 5 0 0 09 2 5 0 09 0 0 0 0 7 龟多浙江大学硕士学位论文相似路径台风对台州影响差异原因分析 8 5 0 0 08 0 0 o o7 5 0 o o7 0 0 0 06 5 0 o o6 0 0 0 05 5 0 0 05 0 0 0 04 5 0 0 0 4 0 0 0 03 5 0 0 03 0 0 0 02 5 0 0 0 2 0 0 0 01 5 0 0 01 0 0 o o 区域范围是 0 1 4 4 e 7 3 n 9 0 s 空间分辨率为2 5 2 5 数据已有的基本变量有 气压场 温度场 相对湿度场 u 分量风速场 v 分量风速场 垂直速度场 相当位温场 温度平流场 散度场 涡度场等 8 浙江大学硕士学位论文相似路径台风对台州影响差异原因分析 第三章研究背景 按照我国现行的热带气旋等级划分 热带气旋分为6 个等级 热带低压 6 7 级 1 0 6 米 秒一17 1 米 秒 热带风暴 8 9 级 1 7 2 米 秒 2 4 4 米 秒 强热带风暴 10 1 1 级 2 4 5 米 秒一3 2 6 米 秒 台风 1 2 13 级 3 2 7 米 秒一4 1 4 米 秒 强台风 1 4 1 5 级 4 1 5 米 秒 50 9 米 秒 超强台风 16 级或以上 5 1 米 秒 本文选取的两 个台风韦帕和桑美在登陆前2 0 2 4 小时 距离我市东南方向5 4 0 6 0 0 公里的海面上时都曾 达到超强台风强度 且未来预计的路径相似 3 1 台风韦帕概况 0 7 13 号台风韦帕 w ip h a 于2 0 0 7 年9 月1 6 日8 时在菲律宾东北部洋面生成 生成 后强度不断加强 9 月17 日0 2 时加强为台风 晚上18 时加强为强台风 9 月1 8 日0 5 时 继续加强为超强台风 近中心最大风力1 6 级 并持续1 2 小时 稳定向西北行 直逼温台 沿海 19 日2 时3 0 分在浙江省苍南县霞关镇登陆 登陆时中心气压9 5o 百帕 近中心最 大风力1 4 级 4 5 米 秒 1 9 日3 时其7 级和10 级风圈半径分别为4 0 0 公里和1 6 0 公里 韦帕台风登陆浙江苍南以后 受浙闽交界高大的武夷山脉地形摩擦影响 其1 0 级风圈西 半部分环流再次明显减弱 在海上较强的东半圈环流作用下 韦帕台风登陆后出现短时左 折 即转向偏西方向移动进入福建 台风登陆后强度也迅速减弱 于1 9 日早晨7 点在浙 江省泰顺县境内减弱为强热带风暴 1 9 日1 1 时 韦帕的中心位置移动到金华武义境内 强度由强热带风暴减弱为热带风暴 2 0 日7 时前进入黄海 韦帕北上穿过山东半岛东部 后 在黄海北部变性为温带气旋 2 0 日1 4 时停止编号 3 2 台风桑美概况 0 6 0 8 号台风桑美 s a o m a i 于2 0 0 6 年8 月5 日2 0 时在关岛附近洋面上生成 7 日0 8 时加强为强热带风暴 1 4 时加强为台风 9 日11 时增强为强台风 18 时继续增强为超强 台风 近中心最大风力1 7 级 并维持了近2 4 小时 1 0 日1 7 时2 5 分在浙江省苍南县马 站镇登陆 登陆时中心气压9 2 0 百帕 近中心最大风力1 7 级 风速6 0 米 秒 进入福建 后测得曾最大风力达19 级以上 风速7 5 8 米 秒 桑美登陆苍南后只逗留了半个小时 随后向福建北部移动 1 9 时3 0 分台风中心进入福建福鼎境内 沿着福建北部朝西北偏西 方向继续移动 1 1 日9 时 进入江西省境内 同时 台风的强度迅速减弱 10 日1 9 时减 弱为强台风 2 1 时减弱为台风 2 3 时减弱为强热带风暴 1 1 日0 2 时减为热带风暴 在 o 淅讧 掌戢f 学位论空相似路径竹风 音州蟛响盛异岸目分析 1 1 日进入江西境内后减弱为热带低压 1 2 日下午在湖北省武汉市附近消失 桑美登陆后 的路径诡异 迅速消失的主要原因是由于台风到达区内的地形所致 浙江南部特别是台风 登陆点苍南地区主要以山地为主 福建北部也是山区 超疆台风桑美是5 0 年来登陆我国 大陆强度最强的台风 其速度快 强度大 7 级风蟹半径和10 级风明半径分别为3 5 0 公 里和2 5 0 公里 有毁灭性的12 级风圈半径达9 0 公里 级风田半径达4 5 公里 而且强 风持续时间长 对我国浙江温州 福建北部等措海地区人民生命财产造成了巨大损失 但 是台州却有惊无险 影响甚徽 3 3 台风韦帕对台州的影响 由围3 1 看到在0 9 月1 7 日0 0 点到1 8 日0 0 时 u t c 在浙江降水量基本为o 毫米 在1 8 日0 0 时开始台州地区开始大范囤下暴雨 由目3 2 看到在1 8 日0 0 到1 9 日0 0 时 u t c 雨量最大 由图3 3 看到在0 9 月1 9 日0 0 点到2 0 日0 0 时 u t c 雨带已经北抬 在浙江 台州雨量基本为零 因此定义1 8 日0 0 时 u t c 为台风影响起始时刻 定义暴雨中心为 1 8 日0 0 时 u t c 到1 9 日0 0 时 u t c 再量大干2 0 0 毫米的区域 暴雨区范围如图32 所示 暴雨中心为紫色区域 集中在台州地区 0 1 g 1 田31 韦帕9 月17 号0 0 点到圈3 2 韦帕9 月18 号0 0 点到田3 3 韦帕9 月1 9 号0 0 点到 1 8 号o o 点 u t c 累计雨量圈19 号0 0 点 u t c 累计雨量圈2 0 号0 0 点 u t c 累计前t 圉 韦帕台风发展迅速 且强度强 移速快 云系发达 影响范囤广 韦帕登陆前后 台 卅f 市各地普降丈暴雨 从9 月17 日8 时至9 月1 9 日13 时 台州垒市平均降水量达2 4 9 毫米 除极江 玉环外 其他7 个县 市 区 雨量均在2 0 0 毫米以上 黄岩 天台 温 峥 临海的降水量超过25 0 毫米 其中黄岩上洋的累计降水量达到5 3 4 毫米 为全省之最 据统计 截止到l9 目18 时 台州有9 个县 市 区 1 4 0 个乡镇3 1 2 18 万人受灾 被田人员12 6 1 万人 直接经济损失27 9 2 亿元房屋倒塌8 1 6 问 台风给农业带来的直 接经济损失1 1 7 9 3 亿元 全市农作物受灾面积85 3 5 1 公顷 农作物绝收面积7 7 2 5 公顷 i o 新江人学碗士学位论文相似路径台风对台州影响 异原目分析 从表31 韦帕台风分省灾情表中可以看出 台州直接经济损失占了全省的1 2 全国的1 3 表3 1 韦帕台风分省灾情表 l 曩 q t n f k t 州t 3 h h t t j t l i r t h 自r n f 一 n 一 t 口 l 1 k n 十 i f i h l 3 4 台风桑美对台州的影响 由图3 4 看到在0 8 月0 9 日0 0 时到0 8 月10 日0 0 时 0 t c 在浙江省雨量为霉 从 图3 5 看到在0 8 月1 0 日0 0 时到0 8 月1 1 日0 0 时 i l t c 在浙江大范围下暴雨 雨量集 中在温州地区 由图3 6 看到在0 8 月1 1 日t 0 时到0 8 月1 2 日0 0 时 o t c 降水结束 因此定义1o 目0 0 为台风影响起始时刻 定义暴雨中心为1 0 日0 0 时到1 1 日0 0 时 u t c 雨量大于2 0 0 毫米的区域 暴雨区范围如下图35 所示 暴雨中心为紫色区域 集中在温 州地区 囤3 4 桑美8 月0 9 号0 0 点到图35 枭美8 月1 0 号o o 点到 图36 桑美8 月1 1 号0 0 点到 10 号0 0 点 u t c 累计雨量图1 1 号0 0 点 u t c 累计雨量圈 1 2 号0 0 点 u t c 累计雨量囤 由于强风伴高强度的集中暴雨 台风桑美给浙闽两省带来重大经济损失和人员伤亡 其中浙江省直接经济损失达到1 2 7 3 7 亿元 园灾死亡人数1 93 人 台州地区受灾人口82 6 蓊 k睢扳小e 饕夔 浙旺太学顾 学位论立相似路径台凡对台州影响差异原目分析 万人 倒塌房屋1 1 问 直接经济损失6 0 0 0 万元 其中受灾最严重的是玉环县 受灾乡 镇 1 1 个 国家一级渔港坎门渔港防坡堤受损百米 直接经济损失超千万 台州地区降水和风力实况如下 8 月9 日2 0 时至1 1 日0 8 时台州平均过程阵水量2 74 毫米 有l o 个测站降水量超过5 0 毫米 雨量中心在玉环大麦屿 为7 28 毫米 内陆地 区出现6 8 级极大风力 最大为黄岩富山1 99 束 秒 沿海平原及海面出现8 10 级大 风 最高达1 1 级 出现在玉环坎门3 0 米 秒 可见桑美虽然强度如此之大 但是暴雨的 落区集中在温州 而对仅相距2 0 0 余公里的台州影响不大 3 5 台风韦帕的天气形势分析 囤379 月1 6 日1 2 时 u t c 5 0 0 百帕高空田 t t t 图389 月l7 日0 0 时 u t c 5 0 0 百帕高空田 圈399 月18 日0 0 时 u t c 5 0 0 百帕高空田田3 i09 月1 9 日12 时 u t c 5 0 0 百帕高空田 韦帕台风影响期间 高空主要存在两个天气系统 一个是西风槽 另一个就是副热带 高压 图3 7 至31 0 是9 月16 日1 2 时 u t c 至9 月1 9 日12 时 u t c 的高空形势演变 围 从图中我们可以看出 1 6 日1 2 时 u t c 台风位于台湾岛东南 而整个东亚地区为一 个大的低压槽区 槽后有较强的冷舌配合 槽线在1 0 0 e 附近 同时副高位置偏北偏东 5 8 8 线跨过日本东南部 剐高脊线呈西北一东南向 此时的台风主要依靠自身的内力向西 1 2 浙汀 学砸 学位论空相似路径台风对台州嚣响差异矩目分析 兰 豢 二 矮警 誉二墓 二 j 蓍 j 誉暨誊鬻 黛 田3 128 月7 日12 时 u t c 5 0 0 百帕高空圉 图3 1 48 月9 日1 2 时 i 盯c 5 0 0 百帕高空田 3 新 学碰十学位硷立 目似镕静舟r 时卉州影响芷异原 分析 桑美台风生成发展影响时期正是盛夏台风多发期 适逢高空环流形势调整 副商增强 北抬之时 田0 i i 至3 1 4 是8 月5 日12 时 u t c 至8 月9 日1 2 时 u t c 的高空形势演 变田 从圉中可知 青蘸高愿稳定而强大的高压 在暖中心偏穆至高压之东后 高原高压 亦东穆 5 日高压中心已移至高原东部 此后中 0 位置稳定少动 其东面的低压槽始位于 双水流域 随着系统东移 低压榴相应运渐东移北收 同时中心位于日本海的副热带高压 先减弱东退 5 8 8 线范围明显缩小 此时桑荚台风移动主要依靠自身的内力作用 以西北 方向为主 7 日5 8 8 线已东退到日本列岛 8 日海上副高重新加强西伸 至9 日1 2 时 u t c 与高原高压合井 在 0 6n 以北形成高压埙 此时 高纬度环流经向度减弱 麦得早直 副高稳定 海上膏线在2 8 一c 9 n 左右 在海面上 情况也比较复杂 见田3 1 5 桑美 台风北面有7 号强热带风暴玛莉亚 西北有9 号热带风暴宝霞 由于玛莉亚己移近剐尚边 缘 将挎剐离遗缘北上转向 对桑美无大影响 而宝覆与桑美都处于环境场相对弱区 各 自移动以惯性为主导 虽然两台风相距仅l 个纬距 从理论上说相互之闻可以产生双台 风互旋作用 但由于桑美强度远大于宝霞 在相互作用中移动路径几乎不受影响 一 0 一 孑 多 一 手 t 势 羹 圈3 l58 月7 日5 0 0 百帕形势及海上台风位置 3 7 台风韦帕和桑美的特点及异同 表3 2 台风韦帕和桑美的特点 台风名称强度移向影响程度登陆点风雨影响灾害损失 正面袭击降水影响 强度强 移速范围广 破对台州造成的灾害影响 0 7 13 号浙江 登陆地区大 阵 快 风力太 坏力极大很大 台州直接经济损 韦帕点温州苍水强度特 西北 失2 79 2 亿元 南别强 0 6 0 8 号强度更强 移台风能量正面袭击降水集中 对台州造成的灾害影响 浙江大学自 学位论文相似路径告r 对台h 响差异氟目 折 r 速较快 风力羹中 破坏淅江 登陆降水强度很小 台州直接经济损 更大 西北偏力极大 范点温州苍特别强 近失6 0 0 0 万元 西围相对集中心风力 超强 m 文 蝻m 计一 糍 1 l j 叠献 一 i 籍o q i m l 蚺 i l m j i 舻二自 i f j 围31 6 韦帕路径图 誊 5 囡 覆骄 谲 一t 晶卜 她 i 柏 i 士协 l 图3 1 7 桑美路径图 陈联寿等 在 我国热带气旋研究十年进展 中指出 台风的移动路径主要受环境场 引导气流和自身内力的影响 且以前者的影响为主 只在弱环境场中才主要受自身内力的 影响 在影响气旋运动的诸多因子中 大尺度环境引导气流是最重要和最基本的 热带气 旋的运动突变经常是由大尺度环流的调整所引起 大尺度环流从一种状态向另一种状态的 转变将引起热带气旋周围环境引导气流的突然变化 从而导致热带气旋的运动发生突变 在本例中 引导韦帕的大尺度环境气流是割热带高压及西风带低槽 内部因子是台风自身 的内力 相对较弱 引导桑美的大尺度环境气流仅是副热带高压 其自身的内力园维持超 强强度而较强 两个台风的路径变化和西太平洋副热带高压的强度和位置变化存在较好的 关系 具体而言 桑美的移动路径可以分为三个阶段 l 形成到6 号2 0 点登陆阶段 桑美 地田上画出一条几乎笔直的斜线 直扑闽北浙南而束 速度先快后慢 2 登陆后从超强 台风到台风阶段大约6 小时 为西移路径 3 热带风暴阶段 先是西北偏西路径再转为 西北路径 移速明显加快 然后缓慢向西北方向移动 登陆后路径维持摆动 而韦帕的移动过程中共有三次西折 其路径大致可分为两个阶段 1 形成到登陆阶 段 这一阶段有两次西折 从形成到1 7 号2 1 时为西北偏西方向移动 在1 7 号2 1 时 台 浙江大学硕士学位论文相似路径台风对台州影响差异原因分析 风第一次西折 到17 号1 6 时又一次西折 直至1 9 号2 时