登陆台风残涡暴雨过程的边界层演变及其影响机制

Being an important and late life stage, remanent vortex in landfalling tropical cyclones (LTCs) is still very severe and disastrous rainfall system. However, the research related to the LTC remanent rainfall is relatively weak, especially for the boundary structure characteristics and evolutions during the LTC remanent vortex related heavy rainfall process. It is mainly caused by the lack of reliable boundary observations particularly for the LTC remanent heavy rainfall. To improve the scientific understanding and forecasting ability of LTC precipitation, and adjoining with the boundary data analysis from observational experiments, this project is focused on exploring the boundary structural feature and its physical effects on the heavy rainfall process of the LTC remanent vortex, to reveal the effects of the boundary structure changes on the heavy rainfall. Based on the tropical cyclone out-field experiments, the project will firstly study the basic climatic features of the LTC remanent vortex related heavy rainfall process, including the LTC both inner-core and outer-core structure characteristics and their variations under environmental influences. Next, the boundary dynamical and thermal structural features and their evolutions will be mainly analyzed during the heavy rainfall stage, especially for the structural change effects on the rainfall enhancement. Finally, this project will provide a schematic illustration of boundary structure during the LTC remanent vortex related heavy rainfall.

作为一个重要的台风生命后期阶段，登陆台风（LTC）残涡仍是很强的灾害性暴雨系统，但针对LTC残涡暴雨研究相对较少，尤其是残涡暴雨期间边界层结构特征和变化的研究成果则更为匮乏。这主要是由于缺乏专门针对LTC残涡暴雨时的边界层可靠准确的观测资料。本项目以提高LTC降水科学认识和预报能力为目的，以边界层外场试验观测数据分析为切入点，针对LTC残涡暴雨期间边界层结构特征及其影响暴雨的机制展开探索性研究，揭示边界层结构变化对于LTC残涡暴雨的作用。本研究计划在热带气旋外场试验背景下，首先分析LTC残涡暴雨过程的基本气候特征，包括与环境场相互作用时的LTC内核外围区域结构变化特征和趋势。随后，项目组将重点关注LTC残涡暴雨期间边界层动力热力结构特征及演变过程，特别是边界层结构特征对于残涡暴雨增幅的作用及影响物理机制。上述研究基础上，本项目将提出LTC残涡暴雨期间的边界层结构物理模型。

作为一个重要的台风生命后期阶段，登陆台风（LTC）残涡仍是很强的灾害性暴雨系统。本项目以提高LTC降水科学认识和预报能力为目的，针对LTC残涡暴雨期间边界层结构特征及其影响暴雨的机制展开探索性研究。采用观测资料统计分析、高分辨率数值模拟，结合动力学诊断方法，主要研究以下内容：1）登陆台风降水分布演变特征；2）台风边界层关键参数最大风速半径对登陆台风降水的影响；3）边界层影响登陆台风残涡暴雨的可能机制；4）登陆台风边界层模式参数化方案对降水模拟的影响。主要研究结果表明：a）登陆台风的降水强度与台风最大风速半径（简称 RMW）密切相关，轴对称降水的强度随台风最大风速半径的减小而增强，且台风最大风速半径越小（大），对称降水部分在台风总降水中的贡献越高（低）。b) 最大风速半径作为登陆台风边界层结构的关键参数与台风强度的关系密切，它们的双重作用都主要影响登陆台风对称降水分布（而对非对称降水分布影响不明显）。内核尺度小的台风比大的TC具有更高的降水率和更强的轴对称性。c)在台风残涡暴雨增幅期间，台风边界层呈现出明显的非对称特征。在强降水那一侧，边界层低层入流层高度逐渐降低，高层出流层厚度逐渐增加，台风次级环流得到了充分的再发展，对暴雨发生发展起到了重要作用。d) 模式边界层参数化方案很大程度上会通过影响台风强度和结构，从而影响降水分布的模拟。e) 研究还利用整体降水区域检验法（CRA）对登陆中国台风残涡暴雨业务数值预报结果开展检验评估，发现相比刚登陆阶段，登陆台风残涡暴雨的可预报性更低，且台风降水的强度与结构预报是当前业务模式预报中的最大难点。项目研究成果将有助于加深登陆台风降水动力学的认识，为提高我国登陆台风降水预报提供科学依据。