Open Journal of Nature Science
Vol.04 No.04(2016), Article ID:18723,6 pages
10.12677/OJNS.2016.44043

Analysis of the Characteristics of Typhoon “Nakri” Spiral Rain-Band Based on WRF Model

Yimin Lin1, Yongqiang Zhan1, Xianpeng Liu2

154 Troops of Chinese People’s Liberation Army 92403, Fuzhou Fujian

2PLA Dalian Naval Academy, Dalian Liaoning

Received: Sep. 23rd, 2016; accepted: Oct. 11th, 2016; published: Oct. 14th, 2016

Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.

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ABSTRACT

The major damage of typhoon is mainly caused by heavy rain; related research about the characteristics of typhoon spiral rain-band is helpful to improve the ability of typhoon forecasting. Recent years, scholars at home and abroad have got some theories about the formation of typhoon spiral rain-band. This article made a simulation of the No. 12 typhoon “Nakri” happened in year 2014 using WRF model. Then characteristics of the change of spiral rain-bands are analyzed. All the studies showed that, the maximum precipitation zone of spiral rain-band presented clockwise trend. The structure of spiral rain-band corresponds well with the wild field.

Keywords:Typhoon, Nakri, Spiral Rain-Band, WRF Model, Diagnostic Analysis

基于WRF模式的台风“娜基莉”螺旋雨带特征分析

林艺敏1,战勇强1,刘现鹏2

1中国人民解放军92403部队54分队,福建 福州

2海军大连舰艇学院,辽宁 大连

收稿日期:2016年9月23日;录用日期:2016年10月11日;发布日期:2016年10月14日

摘 要

台风的灾害往往是由暴雨引起的,对台风螺旋雨带特征的研究有利于提高对台风天气的预报水平。近年来,国内外学者对螺旋雨带的形成理论提出了相应研究。本文基于WRF模式对2014年第12号台风“娜基莉”过程进行了模拟研究,对螺旋雨带强度的变化特征进行了分析。结果表明:螺旋雨带最大降水区呈现围绕台风中心逆时针旋转的特点;螺旋雨带的结构与台风强度具有良好的对应关系。

关键词 :台风,娜基莉,螺旋雨带,WRF模式,诊断分析

1. 引言

台风(本文泛指热带气旋)是最强的暴雨天气系统,国内外不少极端暴雨记录都与台风活动有关 [1] 。螺旋雨带是台风有别于温带气旋的主要特征之一,台风螺旋雨带及其外围云系经常带来强降水,造成严重的洪涝灾害 [2] [3] 。气象学家很早就开始对台风的形成机理和结构进行研究 [4] - [7] ,也有部分学者对螺旋雨带进行了讨论 [8] - [10] ,但这些文献仅对台风螺旋带进行了介绍 [8] ,分析了罗斯贝波对台风螺旋带演变的影响 [9] ,以及从理论模型上对台风螺旋带的演变进行了研究 [10] ,但专门针对台风螺旋雨带演变特征的分析还比较少。

本文利用FNL和日平均SST数据驱动WRF模式对发生在我国近海的一次台风过程进行了数值模拟,主要包括台风的螺旋雨带、移动路径、中心气压和最大风速,对模式的可靠性和准确性进行了验证。重点对比分析了台风卫星云图和螺旋雨带的分布特征,进而对台风螺旋雨带的变化特征进行模拟和研究,为台风雨带的性质研究和预报提供了一定的参考。

2. 资料来源和模式设置

本文采用的资料主要有:美国国家环境预报中心NCEP提供的FNL客观再分析资料(1˚ × 1˚),美国国家海洋和大气管理局NOAA提供的日平均SST卫星数据(0.25˚ × 0.25˚)、每日4次的海表气温(sig995气温代替)、海面气压和海面风速(sig995)再分析数据,中国台风网提供的台风路径、最大风速和中心气压实况数据。

本次台风模拟时长为60小时,模式的物理参数化方案为:陆面过层方案采用热量扩散方案,边界层方案采用MYNN5方案,积云参数化方案采用Kain-Fritsch方案,微物理过程方案采用WSM5类方案,长波辐射方案采用RRTM方案,短波辐射方案采用Dudhia方案,并以云水质量浓度分布表示台风螺旋雨带的分布,具体公式如下:

式中,表示云水质量比,单位为,qcloud表示云水混合比,单位为表示湿空气密度,单位为

3. 台风过程简介

1412号台风“娜基莉”是生成于热带西太平洋的气旋。“娜基莉”于2014年8月30日10时(世界时)在菲律宾东北加强生成,2014年8月1日16时,位于我国东海东部海域,强度为台风级,近中心最大风速达23 m/s,中心气压为985 hPa。随后继续向北移动,至2014年8月2日21时,减弱为热带风暴级,并在移动的过程中继续减弱。至2014年8月3日10时,减弱为热带低压,随后于韩国群山市附近登陆,登陆时,中心气压为990 hPa,近中心最大风速为16 m/s,从生成到消亡共历时5天。

4. 台风实况与模拟结果对比分析

图1为台风“娜基利”的实况与模拟结果对比分析图。其中,图1(a)为模拟的台风路径与台风实况路径对比,红色路径代表的是台风的实况路径,蓝色路径代表的是台风的模拟路径,红色标数表示的是台风中心实况气压(hPa);图1(b)为模拟的台风最大风速和实况风速对比,实线代表的是实况最大风速,

(a) (b)(c) (d)注:a为路径对比;b、c分别为最大风速和中心气压对比;d分别为卫星云图和雷达回波强度

Figure 1. Comparison of typhoon and simulation results

图1. 台风实况与模拟结果对比图

Figure 2. Simulation of Nakri 3 h cumulative precipitation distribution (unit: mm)

图2. 模拟“娜基莉”的3 h累积降水分布(单位:mm)

虚线代表的是模拟的最大风速(m/s);图1(c)为模拟的台风中心气压和实况气压对比,实线代表台风中心实况气压,虚线代表模拟台风中心气压(hPa);图1(d)为中国台风网提供的台风“娜基莉”可见光卫星云图;图1(e)为WRF模拟的台风云雷达回波强度(dBz)。

其中,台风中心以最低气压位置为代表,台风螺旋雨带根据WRF模式输出的云水混合比求得。模拟结果显示,WRF模拟的台风“娜基莉”路径与实况路径走向基本一致,为“北上型”台风(图1(a));台风中心附近最大风速可达25 m/s,最大风速随时间的推移逐渐减小,模拟的最大风速变化趋势与实况非常接近,模拟的最大风速普遍略大于实况风速(图1(b));台风中心气压最低可达985 hPa左右,中心气压随时间的推移逐渐增大,模拟的中心气压变化趋势与实况比较接近,且略低于实况值(图1(c));图1(d)分别表示2014年8月3日03时的卫星云图和模拟的雷达回波强度(以最大反射率因子的对数表示),两图均可清晰的看出台风的螺旋结构,且模拟的螺旋结构分布与实况相接近。

综上所述,我们认为WRF模拟的“娜基利”与实况比较接近,以模式输出结果对台风结构进行分析是可行的。

5. 台风螺旋雨带的演变特征分析

台风螺旋结构一般表现为云带或者雨带的螺旋分布 [11] ,台风雨带直接对应了降水情况,分析台风螺旋雨带的结构可以得出台风降水的分布情况。图2为模拟台风“娜基莉”6个时次3小时累积降水量分布图。分析发现,在2014年8月2日00时,台风已具有完整的眼壁,最大降水区出现在韩国济州岛附近海域,3 h累积降水量在90 mm以上,与台风强度有良好对应关系。至2014年8月2日06时,随着台风北上,强度继续加强,中心最低气压975 hPa,“娜基莉”的雨带主要分布在台风前进方向的右前象限,3 h累积降水量最大可达90 mm以上。这一时次,台风的降水最大区域面积达到极值,但由于台风云系的接地,右前象限等压线逐渐稀疏,台风强度重心向西转移,降水最大区域演变略落后于台风强度的变化,此时,台风螺旋雨带开始断裂。至12时,台风强度有所减弱,台风最大降水区域大幅缩减,主要位于台风中心的北侧,对应关系良好。2014年8月2日18时,“娜基莉”的螺旋雨带已经断裂,此时海面3h最大降雨量出现在台风中心的南侧,降水量在30 mm~40 mm之间。至2014年8月3日06时,组织化对流不断减弱消失,并向台风中心附近靠拢,“娜基莉”螺旋雨带结构继续消散,3 h累积降水量多在6 mm~10 mm之间,至此台风雨的影响过程基本结束。

在整个模拟阶段内,台风“娜基莉”螺旋雨带的结构不断减弱,降水最大区域呈现围绕台风中心逆时针旋转的特点,最大降水量在2014年8月2日06时有略微增大,而后持续减小;根据台风螺旋雨带和海面气压的分布情况来看,雨带的结构与台风强度具有良好的对应关系。

6. 主要结论

利用WRF模式对1412号台风“娜基莉”进行了数值模拟,对台风的路径、中心气压、最大风速的模拟效果进行了分析,研究了台风的螺旋雨带演变特征,得到以下结论:

1) WRF模拟的台风“娜基莉”移动路径、中心气压、最大风速和螺旋云带分布都十分接近,说明在文中的设置下,WRF模式对台风模拟的精度和可靠性较高。

2) 在整个模拟阶段内,台风“娜基莉”螺旋雨带的结构不断减弱,螺旋雨带与台风强度有良好的对应关系,降水最大区域呈现围绕台风中心逆时针旋转的特点,。

当然,限于篇幅限制,文章只列举了一次台风过程的数值模拟结果,也未对台风中心螺旋带的垂直剖面进行模拟分析,这些工作有待于下一步进行。

文章引用

林艺敏,战勇强,刘现鹏. 基于WRF模式的台风“娜基莉”螺旋雨带特征分析
Analysis of the Characteristics of Typhoon “Nakri” Spiral Rain-Band Based on WRF Model[J]. 自然科学, 2016, 04(04): 359-364. http://dx.doi.org/10.12677/OJNS.2016.44043

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