中国登陆热带气旋过程降水结构变化特征影响机理及预报应用研究

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本文基于1998-2019年的中国气象局陆面同化系统降水驱动数据(CLDAS-Prcp),对以往研究中较缺乏的热带气旋(TC)过程降水结构开展了定量研究。定性及定量地总结出了登陆中国不同区域样本的过程降水结构和变化特征,并利用TC的观测资料和ERA5再分析资料等着重分析了我国北部地区TC过程降水结构的形成机理。最后将对各区域TC过程降水结构都有明显影响的TC强度因子,引入到登陆台风降水动力统计相似集合预报(DSAEF_LTP)模型中进行了影响机理的预报检验。全文的主要结论如下:(1)中国不同区域的TC在整个登陆过程中日降水都存在明显的非对称性分布,但是各区域间降水结构和变化特征存在差异性。其中影响北部区域的TC非对称性最强,各象限降水的相对标准偏差(RSD)总体最大(介于0.2至0.6),且登陆后持续增强。强降水中心由登陆前的东南侧转移至东北侧,并逐渐远离TC中心。华南TC非对称性次之(RSD介于0.2至0.5),登陆后逐渐减弱,降水中心由西南侧逐渐向TC中心收缩。东南TC非对称性整体最弱(RSD介于0.2至0.4),且波动相对较小,强降水中心由东南侧逐渐向东北侧转移。将各区样本分为强弱样本组后发现,强样本组降水结构与样本整体表现更加接近,降水相对更强,登陆前非对称性通常更弱。(2)对北部区域TC的研究发现,其过程降水结构及变化是TC自身因子与环境场因子多尺度相互作用,加上地形的增幅作用所致。其中TC的强度是降水整体强弱及降水极值点距离的重要影响因子,其他因子更多的则是影响了降水大值区的落区。北部区域TC中的典型样本强度通常更强(台风级及以上登陆),前期移速更慢(介于14km/h至20km/h),位置更加偏南(30°N以南,有利于水汽供应,且多在浙闽抬升条件较好的多山地区登陆)。配合上有利的环境场(如南亚高压、副高、西风槽等)和地形配置,其降水更强且大值区与环境场中有利于对流发生的区域较为吻合。此外,非典型样本中西风带位置相对偏南,当西风槽与TC外围结合时,极易造成槽前的强降水发生。(3)将对TC过程降水结构影响较大的强度因子引入DSAEF_LTP模型后,在中国区域进行了过程降水的预报检验。结果显示,模型在引入强度因子后对训练和独立样本的预报能力分别提高了8.64%和9.15%,与NWP模式预报能力相当。随后根据模型预报能力的区域性差异,进行了全国分区降水预报试验,结果显示独立样本的TS评分总体提高了19.8%。与四个NWP模式相比,仅次于SMS–WARM。
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