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台风快速增强爆发前后的背景环流和热力动力条件的演变

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气象学报 2023年第5期81卷 702-716页

作者：高拴柱吕心艳国家气象中心北京100081 中国气象局上海台风研究所上海200030

使用1949—2020年中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径资料和1991—2020年欧洲中期天气预报中心ERAInterim再分析资料,利用200和850 hPa风场分量(u、v)联合经验正交函数(EOF)分解,归纳了台风快速增强(简称RI)爆发前后的环流特征... 详细信息

使用1949—2020年中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径资料和1991—2020年欧洲中期天气预报中心ERAInterim再分析资料,利用200和850 hPa风场分量(u、v)联合经验正交函数(EOF)分解,归纳了台风快速增强(简称RI)爆发前后的环流特征以及环境动力和热力条件的演变。结果表明,台风快速增强爆发时的EOF分解主分量低层为季风汇合型,有利于台风低层水汽输送,高层环流有明显的出流通道,可作为台风快速增强预报的典型环流形势;海表温度、水汽和对流不稳定等热力条件,以及环境风垂直切变和表征台风高层出流的高空辐散等动力条件一般能达到台风增强所需要素的适值范围。台风从一般增强到快速增强转变过程中,有利于台风增强的各环境因子并没有显著变化或突变,且有极端个例的环境因子向不利于台风增强趋势变化。该研究为今后台风快速增强预报和进一步研究提供了参考。

关键词：台风快速增强背景环流增强条件突变

台风“米克拉”在台湾海峡南部快速增强的原因分析

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气象学报 2023年第6期81卷 866-878页

作者：吕心艳董林高拴柱国家气象中心北京100081 中国气象局上海台风研究所上海200030

利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料、中国气象局台风最佳路径资料、NOAA逐日最优海表温度(OISST)、Himawari-8卫星观测资料以及中国地面自动气象站观测资料等,分析了台风“米克拉”近海强度预报的难点,并研究了导致“米克... 详细信息

利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料、中国气象局台风最佳路径资料、NOAA逐日最优海表温度(OISST)、Himawari-8卫星观测资料以及中国地面自动气象站观测资料等,分析了台风“米克拉”近海强度预报的难点,并研究了导致“米克拉”在台湾海峡南部快速增强的环境因子,探讨了“米克拉”在较强环境风垂直切变下快速增强过程中对流非对称分布特征。结果表明:(1)台风“米克拉”在较强200—850 hPa环境风垂直切变下在台湾海峡南部海域发生了快速增强,并以峰值强度在福建登陆,非常少见,造成预警时间短,强度预报难度大;(2)有利的海洋热状况和大气环流环境条件,如中国南海北部海温异常偏高,南亚高压南侧东风急流与“米克拉”相互作用引起的强烈高层出流以及强劲稳定西南季风气流带来的充沛水汽输送,均对台风“米克拉”在台湾海峡南部海域快速增强起重要作用;(3)台风“米克拉”快速增强过程中,传统业务主要关注的200和850 hPa之间的环境风垂直切变较强,但从环境风的垂直结构分析发现切变主要集中在对流层中、高层,而中、低层切变较小,且中、高层环境风垂直切变对台风增强的抑制作用相对中、低层切变要弱;(4)深对流在台风“米克拉”快速增强过程中表现出明显的非对称分布特征,主要集中在环境风垂直切变的顺切变一侧以及切变的左侧,并且伴随深对流由顺切变一侧向逆切变一侧气旋式爆发传播,期间台风“米克拉”高、低层涡旋中心的垂直倾斜度明显降低,有利于“米克拉”快速增强。关于不同层次环境风垂直切变对台风强度变化的影响机制以及较强环境风垂直切变下台风增强过程中对流非对称的爆发特征,今后将结合更多个例进行深入研究。

关键词：台风快速增强环境因子强环境风垂直切变对流爆发非对称

台风“海高斯”和“天鸽”快速加强成因的对比分析

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气候与环境研究 2022年第2期27卷 285-298页

作者：周冠博董林吕心艳柳龙生中国气象局国家气象中心北京100081

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料和国家气象中心提供的逐小时台风业务资料,对比分析了2020年第7号台风“海高斯”和2017年第13号台风“天鸽”的环流形势和强度结构特征,发现二者的尺度都比较小;生成的时间和移动路径比较相似;... 详细信息

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料和国家气象中心提供的逐小时台风业务资料,对比分析了2020年第7号台风“海高斯”和2017年第13号台风“天鸽”的环流形势和强度结构特征,发现二者的尺度都比较小;生成的时间和移动路径比较相似;并且都出现了近海快速加强的过程。从对比分析来看,造成两个台风近海快速加强的共同原因主要有海温异常偏高、环境风的垂直切变较小以及有利的高低层环流配置等,而造成两个台风近海快速加强的不同原因也较为显著,分别从位涡垂直分布、涡度收支和涡度拟能等方面进行诊断分析,得到一些有利于台风强度快速增长的不同因素。

关键词：快速加强海温高空冷涡涡度收支涡度拟能

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2011年8月大气环流和天气分析

气象 2011年第11期37卷 1453-1458页

作者：吕心艳国家气象中心北京100081

2011年8月环流特征如下:极涡呈现2个中心,强度偏弱。北半球中高纬度环流呈4波型分布,副热带高压脊线偏南,中旬西伸脊线点偏西,强度略偏强。2011年8月,全国平均气温为21.3℃,较常年同期(20.3℃)偏高1.0℃。全国平均降水量为85.7 mm.平均... 详细信息

2011年8月环流特征如下:极涡呈现2个中心,强度偏弱。北半球中高纬度环流呈4波型分布,副热带高压脊线偏南,中旬西伸脊线点偏西,强度略偏强。2011年8月,全国平均气温为21.3℃,较常年同期(20.3℃)偏高1.0℃。全国平均降水量为85.7 mm.平均降水量偏少16.5%。月内出现了10次降水过程,西北太平洋有4个热带风暴活动,其中"南玛都"登陆我国台湾省和福建省,超强台风梅花对我国东部大范围沿海造成了较大影响。江南大部、华南北部及重庆、四川东部等地持续高温天气。

关键词：暴雨高温热带风暴干旱

基于深度图像目标检测的智能台风涡旋识别技术

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热带气象学报 2022年第4期38卷 492-501页

作者：吕心艳钱奇峰王登科周冠博徐雅静国家气象中心北京100081 北京邮电大学北京100876

基于2005—2020年的中国气象局台风最佳路径数据集以及葵花(Himawari)8和风云(FY)卫星云图数据,首先将卫星原始数据转换为FULLDISK灰度图像作为台风涡旋识别技术的图像来源,并制定新的VOC(Visual Object Classes)标注规范,构建了样本标... 详细信息

基于2005—2020年的中国气象局台风最佳路径数据集以及葵花(Himawari)8和风云(FY)卫星云图数据,首先将卫星原始数据转换为FULLDISK灰度图像作为台风涡旋识别技术的图像来源,并制定新的VOC(Visual Object Classes)标注规范,构建了样本标注数据集。利用运行速度快、识别准确率高的人工智能领域经典目标检测SSD(Single Shot MultiBox Detector)模型作为台风涡旋识别的基础模型,并针对台风涡旋识别的独特性,特别是弱涡旋识别困难,提出一种迭代的SSD目标检测模型,明显提高了台风涡旋的识别精度。通过目标检测技术对卫星云图进行智能特征分析、抽取、识别和定位,实现了自动涡旋正确识别和定位,最终建立了智能台风涡旋识别技术。测试结果显示:该技术对强热带风暴级以下强度台风涡旋正确识别率为40%~80%,对强热带风暴级及以上强度台风涡旋正确识别率达90%以上,能够精准识别强台风级及以上强度涡旋,该技术为今后业务利用高时空分辨率卫星图像对台风进行实时精密监测提供了技术支撑。

关键词：目标检测卫星云图台风涡旋智能识别

人工智能新技术在国家气象中心台风业务中的应用探索

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热带气象学报 2022年第4期38卷 481-491页

作者：周冠博钱奇峰吕心艳刘春霞徐雅静国家气象中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局广州热带海洋气象研究所广东广州510641 北京邮电大学北京100876

基于2005—2020年的中国气象局台风最佳路径数据集以及葵花(Himawari-8)和风云(FY-4)卫星云图数据,结合人工智能新技术,将深度学习模型应用于台风涡旋识别、台风定位定强、台风强度突变预测等方面,具体内容主要包括基于深度图像目标检... 详细信息

基于2005—2020年的中国气象局台风最佳路径数据集以及葵花(Himawari-8)和风云(FY-4)卫星云图数据,结合人工智能新技术,将深度学习模型应用于台风涡旋识别、台风定位定强、台风强度突变预测等方面,具体内容主要包括基于深度图像目标检测的台风涡旋识别模型、基于图像分类和检索的台风智能定强模型以及融合时空序列特征的台风快速增强判别模型,构建了一套台风智能监测和预报系统。通过对2020年全年样本进行了测试,结果显示:该系统对强热带风暴级及以上强度的台风涡旋正确识别率达90%以上,台风强度估测的MAE和RMSE分别为3.8 m/s和5.05 m/s,对全年独立样本强度快速加强预测的综合准确率达到65.3%,该系统实现了业务上利用高时空分辨率卫星图像实时对热带气旋进行自动识别、定位定强和智能追踪的功能,为进一步提高我国台风监测和预报预警的能力提供了有利支撑。

关键词：深度学习台风涡旋识别智能定强快速增强卫星云图

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季风槽内热带气旋生成的基本特征分析

气象学报 2011年第6期69卷 990-1000页

作者：吕心艳端义宏国家气象中心北京100081 中国气象科学研究院北京100081

利用美国关岛联合台风警报中心(JTWC)所提供的热带气旋(TC)、热带扰动、TBB、QuikSCAT观测风场和NCEP再分析风场等资料,统计了生成于季风槽内的TC(MTC),归纳了与MTC生成有关的季风槽主要模态,并进一步分析了不同季风槽模态下MTC生成的... 详细信息

利用美国关岛联合台风警报中心(JTWC)所提供的热带气旋(TC)、热带扰动、TBB、QuikSCAT观测风场和NCEP再分析风场等资料,统计了生成于季风槽内的TC(MTC),归纳了与MTC生成有关的季风槽主要模态,并进一步分析了不同季风槽模态下MTC生成的基本规律及其生成过程中中尺度对流系统(MCS)活动的时空特征。结果表明:(1)MTC占总TC数量的71%,且MTC生成后易加强为热带风暴或台风;季风槽内热带扰动的发展概率远高于非季风槽内热带扰动。(2)与MTC生成有关的季风槽主要存在中国南海-西北太平洋型、西北太平洋型、反向型、夏末型和中国南海型5个主要模态;其中,影响中国的TC主要生成于中国南海-西北太平洋型、中国南海型和西北太平洋型模态。反向型模态中热带扰动发展为MTC的概率最大,而夏末型最小。(3)季风槽内TC群发是MTC生成的重要形式,其中,中国南海-西北太平洋型季风槽是MTC群发的主要模态,反向季风槽模态下最易出现高频次MTC群发。(4)MTC的生成常伴随2—4个MCS同时或相继出现。季风槽大尺度对流云团组织MCS频繁出现,MCS的活跃阶段正是季风槽内热带扰动向热带低压演变的阶段,特别当季风槽显著时,MCS异常活跃,易造成MTC的群发。

关键词：热带气旋生成季风槽群发热带扰动中尺度对流系统

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南海区域海气热通量的变化特征分析

水科学进展 2007年第3期18卷 390-397页

作者：陈锦年王宏娜吕心艳中国科学院海洋研究所

应用由卫星SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)和AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)遥感资料,使用先进的海气通量计算方法(TAGA COARE3.0),计算出南海1987年7月至2004年12月共200个月的海气界面的感热和潜热通量(0.25°×0.25°),其结果与实测结果比较发现,由卫星反演的海气热通量与实测结果非常一致。与GSSTF2的结果相比,其时空分布变化特征基本一致。由此说明,利用卫星遥感获得的热通量可以用来进行中国近海海气相互作用的研究以及作为我国气候预测研究的重要依据。由多年南海海气热通量的分析表明,南海区域热通量的变化具有显著的年变化和年际变化特征,其周期分别是0.5a、1a、准3a和6～11a。其中准3a和6～11a周期与中国旱涝的周期一致。因此,可以认为南海区域热通量的年际变化对中国的旱涝分布将起着不可低估的作用。

关键词：卫星遥感资料南海感热和潜热通量

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台风纳沙和海棠的预报着眼点分析

气象 2020年第1期46卷 29-36页

作者：董林许映龙吕心艳高拴柱国家气象中心

2017年7月的两个台风(1709号台风纳沙和1710号台风海棠)在近海发生罕见的近距离相互作用和环流合并,给登陆点的预报及二次登陆时的强度预报造成很大困难,包括ECMWF和NCEP等在内的大部分数值模式均未能较好地做出预报,但实际业务中的官... 详细信息

2017年7月的两个台风(1709号台风纳沙和1710号台风海棠)在近海发生罕见的近距离相互作用和环流合并,给登陆点的预报及二次登陆时的强度预报造成很大困难,包括ECMWF和NCEP等在内的大部分数值模式均未能较好地做出预报,但实际业务中的官方预报则较为准确。本文总结了实际业务中的预报经验,并对预报着眼点进行了分析归纳,主要包括:利用天气学模型、模式的偏差订正经验和集合预报结果等,分析模式对副热带高压等大尺度环流背景预报的合理性;通过分析双台风最靠近时刻的相对强度来确定主环流,从而判断两个台风的登陆时间差、各自的极值强度和陆上维持机制的差异;充分考虑登陆台湾的路径角度和过岛时间这两个影响因子,从而修订台风二次登陆时的强度。

关键词：双台风二次登陆环流合并预报着眼点