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。 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.
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
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
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 [
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。
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,
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。
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,
图1. 台风实况与模拟结果对比图
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。
台风螺旋结构一般表现为云带或者雨带的螺旋分布 [
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。
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。
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