登陆前后台风降水非对称结构时间演变特征及关键动力物理过程研究

This project will focus on the evolution of asymmetric structure of landfalling tropical cyclones (TCs), and the impact of convective process associated with the differences of land-sea surface on the evolution of asymmetric rainfall. The evolution of asymmetric rainfall associated with landfalling TCs will be investigated using the high-resolution observational data collected during the Typhoon 973 field campaign. The evolution of asymmetric rainfall will be related to the evolution of convective rainfall through the analysis of ground-based Doppler radar data. Multiple data sources will be assimilated through the rapid update cycle (RUC) using the WRF-4DVAR system to generate a dynamically consistent dataset. Using this dataset, the impact of the differences of land-sea surface on the dynamic and thermo-dynamic structures of TC will be investigated. The differences of dynamic and thermo-dynamic structures will be related to the evolution of asymmetric convection in TCs. Based on the relation between asymmetric convective rainfall and asymmetric total rainfall, the key factors and dynamic processes related to the impact of the differences of land-sea surface will be revealed. Sensitivity experiments will be carried out to investigate the relative role and relationship of the key factors. This project will advance our understanding of the evolution of asymmetric rainfall associated with landfalling TCs and benefit the research and application of TC forecasting.

本项目以登陆我国沿海的台风为对象，研究登陆台风降水非对称分布的演变特征以及海陆下垫面差异引起的对流活动对降水非对称演变的影响。项目拟使用台风973计划“台风登陆前后异常变化及机理研究”外场观测试验期间收集的雷达观测资料，分析台风个例登陆前后降水非对称分布的演变特征以及和对流性降水分布和演变的联系。充分利用多源高分辨率观测资料，基于WRF四维变分同化系统，使用快速循环更新技术构造典型登陆台风个例的高分辨率时空数据集。基于同化数据集分析海陆下垫面差异对台风环流动力和热力结构的影响，以及这一影响对台风内部对流发生、发展和演变的作用。揭示海陆下垫面差异通过中小尺度对流过程影响台风非对称降水演变的关键因子和动力过程。并结合数值模拟试验，分析主要因子的相对作用和耦合关系，为深入理解登陆台风降水的非对称分布演变规律及演变的机理提供一定的科学依据。

登陆台风是我国沿海地区主要的自然灾害之一。台风登陆过程中伴随的大量降水对于国家基础设施和人民生命的财产安全具有重要的影响。台风非对称部分的降水预报是目前台风降水预报的难点。本项目对近年来收集到的台风观测资料进行了系统的整理和分析，提出了适合登陆台风的观测方案和资料质控方法，形成了初步的登陆台风雷达资料数据集。在台风个例数据集的基础上，揭示了台风主要非对称降水结构—台风雨带的结构和演变特征。台风主雨带的结构与冷池动力学密切相关，并包含明显的次雨带结构。为了提高台风资料的同化水平，提出并实现了包含大尺度约束的观测资料快速更新循环同化系统。利用该系统改进了同化分析场和降水预报的能力。利用同化系统得到的四维分析数据集，揭示了海陆下垫面差异对于降水非对称结构的影响。项目获得的研究成果对于深入理解登陆台风降水的非对称结构及其演变，以及改进台风降水业务预报水平具有重要的科学价值。