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[理论研究] “风神”路径预报误差的成因分析

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发表于 2008-7-29 12:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
写在最前面:

此贴我用了接近1个多月才完成,希望要转此帖的需得到我的同意,并注明是世纪气象且听风铃所著。

版权所有不得侵犯。

感谢将臣,天涯芳草,EOJ329等人的资料和思路。

[ 本帖最后由 且听风铃 于 2008-7-29 12:17 编辑 ]
 楼主| 发表于 2008-7-29 12:14 | 显示全部楼层
(1)菲东持续西行(各机构和预测直接预报北上)



在风神形成的初期,在500HPA图上可以看出,高纬度径向明显,在鄂霍次克海附近有一脊强烈发展,为典型的径向环流圈。低纬度在120E~140E海面上有一个单体高压(为西环),而副高主体受洋中槽的影响退到日界线附近。而此时在菲律宾以南有一个赤道反气旋提供偏西的分量和良好的大气环境。此时各大机构包括数值预报都预测风神将持续北上擦过菲律宾然后与西风槽结合。


                               
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而后风神并没有像机构预测的那样北上,而一直持续西行登陆菲律宾中部。从500HPA图上看,当时在低纬度的赤道反气旋强烈发展与东西环副高打通,而洋中槽消失。



我们讲探讨两个问题:
1.        洋中槽的消失
2.        赤道反气旋的强烈发展。



首先是看洋中槽的消失。从18,19,20号的北半球500HPA图上看,原本在贝加尔湖附近的低压东移,而且在鄂霍次克海的脊受暖平流影响加剧发展,在19日12UTC形成的阻塞高压。而此时在贝加尔湖的低压已经东移到阻塞高压。此时暖平流发展极其强烈,洋中槽急剧减弱。此时各机构预测洋中槽打击东环已经不成事实,事实上东环依然维持。


                               
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此时机构预报失误在于,没有很好的判断贝加尔湖低压东移后槽前暖平流对洋中槽和阻塞高压的影响。而且当时在日本海以东的海域SST非常的高,提供强大的暖平流支持阻塞高压的发展,也是因素之一。



而后看赤道反气旋的强烈发展。赤道反气旋的生成和发展都是这几个因素:①当南半球的气流加强时,越过赤道,转成西南风,然后受北半球气流或气压场影响又折回南半球,形成尺度较大的反气旋环流,此时,北半球常有热带辐合带的活动。②副热带高压南伸,和缓冲带连通,在赤道附近被切断形成反气旋。③南半球东南信风越过赤道后,由于科里奥利参数随纬度增加,其轨迹发生折向(见大气波动),在摩擦力影响下于北纬5□附近形成尺度小于1000公里的反气旋环流。



而当时的情况,从850HPA矢量风速图上,在130E附近可以清楚的看出越赤道气流的变化,在19日的图上清楚的看出在风神作为一个变相的加速点的存在下,130E的越赤道气流爆发(此时南半球径向持续爆发,越赤道气流一直加强),在风神和副高的影响下有一定的越赤道气流折回南半球,加强赤道反气旋的强度,而且这次越赤道气流的爆发加强导致风神附近的大气环境大大改善(除了风切)。


                               
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且不能忽略的是,风神作为一个低压中心,带来的下沉气流对赤道反气压的加强也提供作用。
虽然在沃克环流的上升支附近,但是变相的周围下沉气流对赤道反气旋也是起到了和风神一样的作用。(而且拉尼娜事件刚过,拉尼娜影响是滞后的,也就是沃克环流达到最强。)



赤道反气旋的加强,打通了西环东环副高。而本身预测在中国大陆上空的短波槽打击西环也因为阻塞高压的出现而减弱。其强度不足以完全的打击西环导致消失。而后季风持续爆发和南北半球同时径向环流的情况下,赤道反气旋完全并入副高内,而副高接近完全打通的状态(20N左右),引导风神持续的西行。而在登陆菲律宾中部后由赤道反气旋和副高同时提供极强的辐散让风神持续的爆发达到巅峰。

[ 本帖最后由 且听风铃 于 2009-3-24 09:57 编辑 ]
 楼主| 发表于 2008-7-29 12:15 | 显示全部楼层
(2)出海后的偏西移动



在风神肆虐菲律宾期间,所有机构和预报认为由赤道反气旋偏北气流的引导,西环副高崩溃的情况下,风神会迅速北上到巴士海峡附近。然后出海后风神却持续西行,但是各机构仍然坚持北上的预报,结果全错。



我们探讨四个问题:
1.        菲律宾地形的对风神移动的影响
A.        北部高山对LLCC的破坏和切离  
B.        西部高山对850HPA水汽输送的破坏

2.        地形波对风神移动的影响。
3.        出现在南部的强对流对风神移动的影响。
4.        洋中槽重新出现对副高的影响和赤道反气旋偏北分量与风神本身强度相互作用下的影响。




首先我们应该知道,风神的巅峰出现在菲律宾中部,也就是横过菲律宾的时候。此时西环副高与赤道反气旋共同提供的超强辐散和近海极高的SST(接近30度)提供了爆发的条件。而后因为横过速度的减慢和地形的破坏导致后面风神的减弱。



菲律宾的地形是北部高山,在民都洛岛也是一个有高山的小岛。而在中部大多是平原(这也是为什么众多TC在那里爆发的原因)。而南部地形也是起伏不平,周围多是高山,内陆多为平原。


                               
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而这次的爆发加强了三点,一是成为越洋气流的新的强加速点,二是周围的下沉气流变相加强西环副高和赤道反气旋的强度,三是加强自身的西行力度。



而后风神减弱北上,因为经过菲律宾北部的高山受到地形破坏,结构和LLCC都受到破坏。此时我们讨论第一点,地形对风神影响。



从以往的TC来看,无论是经过台湾岛还是菲律宾北部群岛,都会不同程度的受到地形的影响。经过这些地方的TC无论当时的引导层如何,都会或多或少的出现偏西的路径,甚至出现打转出海的路径。这时因为高山将LLCC和ULCC切离,形成一个副中心发生藤原效应。导致路径的偏西。而风神也能明显的看出,在经过北部群岛的时候,出现一段偏西甚至是正西的路径。



西部的民都洛岛成为阻碍风神发展的一个重要原因。源源不断的西南暖湿气流越赤道到风神处促进发展,但是民都洛岛的地形因素不仅仅破坏了风神LLCC的完整,而且阻挡了水汽输送,导致风神对流的缺失,也就是结构的不完整性。



在地形波的影响下,也会出现偏西的路径。在风神即将登陆菲律宾的时候,因为气流流速原因和地形的影响形成的地形波对风神影响(变相的藤原),而且在风神在进入南海的时候,因为南半球经向环流爆发,澳大利亚单体高压东移加强,索马里急流加强,印缅槽加深导致西南季风的爆发。又因为在(中南半岛)的东侧地形影响(为山脉高原),导致气流地形辐合形成一个较深的涡度,而同理因为气流流速原因在南海南部再次出现一个涡度(菲律宾以南地形为高原山脉)。三涡度的存在下出现非常不稳定的路径。



                               
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而此时因为南亚高压因为季风的“烟囱效应”导致异常的偏强,一直没有明显的减弱过,而且曾经一度打通北半球的低纬度地区(200HPA)。南亚高压异常偏强导致了副高的势力并没有像数值预报的那样随着洋中槽的出现而明显的减弱。而且预计的西环副高因为南亚高压的加强而加强,在中国大陆上的短波槽因为阻塞形势的原因急剧减弱,没有对西环副高造成实质性的打击。



烟囱效应(摘自天气学原理和方法):FLOHN最早提出南亚高压是青藏高原感热加热的结果。但是,后来他又进一步指出,高原的感热加热与同纬度沙漠地区的感热加热具有相同的量级,其大部分热量只能输送到对流层中层,而高原东南侧和孟加拉湾等地区靠地形强迫抬升的季风空气和积雨云中的上升气流可以把降水释放的潜热输送到对流层上层,因而位于对流层上层的南亚高层的形成主要靠潜热加热。FLOHN把这种地形强迫抬升所造成的潜热上输称为“烟囱”作用,并认为南亚高压就是这种高原东南面“烟囱”作用造成的。


进入南海后,由于北部受到南亚高压的下沉影响出现强风切。此时风神大部分对流集中在了南部。无疑此时结构已经受到破坏。而此时结构不稳定导致风神的减弱,气压抬升。但是气压抬升的多少难以估计。因为在南半部对流越发强烈,而北半部没有强对流的出现。强对流的出现无疑是对西行提供了动力,而且在结构破坏严重情况下,引导层并没有占到主要的引导力,而南亚高压下的东风急流成为最主要的引导力。



洋中槽在短暂消失后重新出现,原因是阻塞高压脊前冷平流影响下,日本海出现气旋吸引西南季风,而后洋中槽重新发展。洋中槽的重新出现阻挡了东环的西伸于西环结合(这也是为什么各机构一直认为风神一定转北的原因之一),但是此时赤道反气旋受到风神爆发的影响北上受到压制,导致引导向北的气流很弱,无法起最主要的引导力。

[ 本帖最后由 且听风铃 于 2009-3-24 09:58 编辑 ]
 楼主| 发表于 2008-7-29 12:15 | 显示全部楼层
(3)持续的西北行.



在进入南海后,风神持续了一段偏西路径后,西环副高和东环副高彻底的合并,但是副高脊位置并不稳定,而且强度再次加强和结构的不稳定导致了持续的西北行最后登陆珠三角。




我们探讨三个问题:
1.        对流结构不稳定的原因和结果。
2.        副高脊线的位置和对风神的影响。
3.        暖舌和干暖空气墙对风神的作用。



进入南海中部后,对流依然集中在南部。而后随着季风周期减弱(短周期),烟囱效应作用减弱,南亚高压开始减弱。南海北部的大气环境得到改善,风切减弱,风神北半部对流得到暂时的改善,结构调整。但是无法改变事实:南半部对流仍然远强于北半部的对流。对流依然不稳定的原因便是风切,对流无法很好的覆盖原来的CDO,导致各层面的质量不同,而后路径偏西。




虽然在持续的西北行中因为大气环境的改善风神得到增强,但是因为强度不足以到达台风级别而导致引导层过低,又由于各位置层面质量不同而没有一个很好的直接引导层导致后期路径摇摆不定。




从500HPA高空图可以看出,在台湾海峡以东和两广交界一直存在两个副高单体。而在风神进入南海中部后受此两个单体的影响持续出现偏西的移动。而在北半球的500HPA图上看,副高单体在后期消失了,而且没有明显的脊线存在,但是事实是如此吗?我们从850HPA水汽输送图上可以明显的看出,在巴士海峡及以西地区存在明显的东南风区域,这也就表明了其实还是有副高脊存在的,只是强度不是很明显。又配合风神的强度不足而引导层不高这个特点,为后期登陆珠三角做下铺垫。


                               
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此副高脊强度的不正常维持和风神外围的下沉气流以及南亚高压变相的强盛有直接关系。从100HPA图上可以明显看出,在风神一直持续接近珠三角的时候,南亚高压不仅仅没有减弱反而持续西伸加强,在鼎盛时期中心位势高度到达了16810(风神即将登陆珠三角时),南亚高压下沉支为副高脊带来了动力热力性加强,而风神的下沉支也是起同样的道理。这也是为什么在风神登陆前华南地区持续高温的原因之一。



                               
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干暖空气墙也是这么出现的。南亚高压下沉支和风神,副高下沉支结合出现的产物,通常在850,700和925HPA层面看得最为清楚(因为下沉支相对来说都是在低空为最强),而这道干暖空气墙主要起两个作用,一个是形成类似“李氏力场”的作用,阻挡风神偏北的移动(各机构忽略了这个干暖空气墙的作用),另一个就是加强近海沿岸的水温,形成明显的“暖舌”。



                               
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“暖舌”指的是在海的表面或浅层有一条明显比周围高温度的水温像舌头一样延伸出来,而当TC在引导层并不明显的情况下会沿着“暖舌”前进。而风神恰恰就是这个情况。在低层受到低空东风急流+西环副高的东南风+西南季风爆发的影响,没有明显的引导层,此时风神沿着“暖舌”前进。而在干暖空气墙的帮助下“暖舌”效应更加明显。



最后一点就是,由于风神强度不足,没有成功突破副高弱点,也是持续西北行的原因之一。

[ 本帖最后由 且听风铃 于 2009-3-24 09:59 编辑 ]
 楼主| 发表于 2008-7-29 12:15 | 显示全部楼层
(4)力场分析(各机构预报的路径)和实际登陆的停滞



在近海快登陆的时候,几乎所有的预报都趋于在近海突然转东北。当时在沿海的高压趋于减弱,在西环趋于增强的情况下,而且在力场的影响下预报向北。在此涉及了力场和副高脊两大综合因素的影响。但是我们看到风神不仅在近海没有转向,而且在临登陆的时候依然继续西北行,最后登陆停滞直至消散。



我们探讨个问题:
1.        所谓的“李氏力墙”的解释和原因
2.        近海停滞的原因



关于“李氏力墙”,就是说一旦有TC接近香港的时候,TC总会在临登陆前走出一个偏东的路径,然后躲开珠三角不正面吹袭。其实所谓的“李氏力墙”是指在副高脊引导的最弱点后(珠三角的位置常常是副高脊最西的位置),而且在地形波的影响下(南岭及沿岸自西向东的较高的山岭的背风坡)和“反作用力”阻挡,停滞影响后受高空西风引导影响出现东北移动的路径。


由于南岭及其附近山岭高度比较低,在LLCC比较广阔的情况下,LLCC会先碰到南岭及其附近山岭的影响导致ULCC和LLCC分离,又因为高空西风会受到涡度的影响加强,受到地形波(副中心可能存在)+高空西风加强+引导力弱所以有东北移动的路径。



山岭的作用不仅仅是产生地形波的影响,而且还有一定的“反作用力”作用,将TC弹回去,出现偏南的分量。




而在风神停滞上,我们可以清楚的看到,在500HPA上,原本在广西的高压再度加强,而且西环快速加强脊点到达了114E位置,形成了一个鞍场。这是导致风神停滞的第一个原因。



                               
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而且在700HPA上明显看出有一西南涡的存在。由于风神登陆后减弱引导层不再到达500HPA层面,也就是说引导层已经降低。而此时西南涡的威力逐渐体现出现。与风神发生藤原,所以风神为什么滞留的第二个原因。而后西南涡发展东移并吞了风神再度发展成江淮气旋横扫江淮地区。


                               
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最后的总结:
在分析风神的大前提我们应该明白南北半球各自有及其稳定的阻塞形势存在,导致环流非常的稳定。在这个稳定形势下让上下游效应并不明显,而西风槽和副高周期加强也帮助了风神的走向。总之风神这个简单的路径,要成功准确做出预报实在太难,在预报路径的时候不仅仅要留意环流的变化,更要注意地形的影响。也希望借助风神的这个例子,让大家明白,数值并不是万能的。

[ 本帖最后由 且听风铃 于 2009-3-24 09:54 编辑 ]
发表于 2008-7-29 12:42 | 显示全部楼层
顶一下。帖子还有待发酵,至于加精华几,凭老将定夺吧。
发表于 2008-7-29 12:53 | 显示全部楼层
我也顶一下,其实没有看懂
发表于 2008-7-29 13:30 | 显示全部楼层
A版分析的如此到位,让我全明白了,超赞!h:05
发表于 2008-7-29 17:20 | 显示全部楼层
小A又帅了h:19
发表于 2008-7-29 17:21 | 显示全部楼层
足见云南之行铃铃收获颇丰。
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