台风Fitow（2013）登陆期间上海极端降雨的诊断分析外文翻译资料

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台风Fitow（2013）登陆期间上海极端降雨的诊断分析

XUWEI BAO,* NOEL E. DAVIDSON,HUI YU,* MAI C. N. HANKINSON,ZHIAN SUN,

LAWRENCE J. RIKUS,JIANYONG LIU,ZIFENG YU,* AND DAN WU*

* Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai, China

Centre for Australian Weather and Climate Research,Melbourne, Australia

Department of Mathematical Sciences, Monash University, Melbourne, Australia

Ningbo Meteorological Observatory, China Meteorological Administration, Ningbo, China

摘要：台风Fitow于2013年10月6日在中国上海南部登陆。在接下来的两天，在台风中心以北400公里处，出现超过300毫米的降水。造成暴雨系统包括（i）风暴的北部在有利的环境风切变中在区域中形成的外螺旋雨带，以及（ii）海岸锋生形成的锋面云系。

在暴雨区，除了加强提升，低层水汽，对流不稳定和中层相对涡度也有增加。有证据表明在下雨之前的预处理阶段发生中层下沉和边界层润湿。从低层相当位温的分析进行了以下观察：（i）在登陆之后，一股冷的，干燥的气流从北部卷入Fitow的循环，限制了内核降雨量并产生了冷空气边界，（ii）在雨区来自东部的扩展的温暖潮湿气流与冷空气侵入会和。

大雨发生在大尺度流量重组时。主要反气旋在中国和北太平洋发展。在上层，一个大振幅槽位于中国中部，入口位于上海附近的西南急流。来自雨区的后向轨迹表明发生了四种环境相互作用发展：（i） 增加的湿位涡（PV）从Fitow的环流的的中层的注入 ；（ii）低层暖湿，从东部流入；（iii）中层流入附近的台风Danas（iv）降低来自中纬度槽的PV的中上层注入。作者建议，所得到的PV结构的变化的结果为雨水系统的发展提供了一个非常有利的环境。

1 简介

登陆时，热带气旋（TCs）构成显着的预测问题，由于强风和暴雨对生命和财产的潜在破坏（陈2012）。然而，它们还可以提供需要的广泛的降水，这支持着工业和农业。预测降雨特别是大雨的分布和局部强度的任务是非常具有挑战性的。这个困难在台风Fitow（2013）登陆后的大雨期间变得明显，当时大多数数字预报指导是差的。在TC登陆后，它们通常减弱并且降雨量相应减少。对于这里分析的情况，台风环流和内核降雨量在登陆时迅速减弱，但是台风中心北部约400公里的降水迅速显着增加。当有新的可利用的台风的能源，如来自西风槽斜压位能或来自季风潮潜热，剩余的环流可以恢复甚至生产“与登陆热带气旋有关的降水加强”（rrltcs；Dong et al.2010；bosart and lackmann 1995）。有许多关于台风和中纬度斜压环境之间的相互作用的研究。

他们有趣地集中在台风的温带过渡（ET） (e.g., Klein et al，2000； Harr and Elsberry，2000；Jones et al. 2003；Ritchie and Elsberry，2003, 2007；Anwender et al. 2008)或台风的前期降雨(Stohl et al. 2008；Srock and Bosart ，2009；Galarneau et al. 2010；Lee and Choi 2010；Baek et al. 2013；Moore et al. 2013)。

Fitow不是ET事件，因为没有证据表明环流转变为温带气旋。图1显示了基于HART（2003）的台风Fitow的气旋相空间（CPS）图。没有证据表明，低层的，天气尺度环流跟踪停止（未显示）。 CPS图和表面环流的耗散也表明Fitow没有演变成暖阻塞(e.g., Shapiro and Keyser ，1990；Schultz et al. 1998)。

降雨主要发生在Fitow登陆后，因此不是先前的风暴的降雨活动，但可能是Danas的前身下雨活动（PRE; Galarneau等人，2010），其位于距离降雨活动东部大约800km处。也有类似于孟和张（2012）描述的登陆热带气旋前的飑线。事实上，虽然这里的雨带可能没有飑线，Fitow活动的环境条件有点类似于那些在孟和张（2012）的记录。因此，几乎没有类似Fitow的大雨活动的研究，该活动远离台风中心，与登陆后台风有关，与来自北部的冷空气的侵入和位于东部的另一台风结合。本研究分析了Fitow降雨活动的这些独特方面。特别是，我们感兴趣的是不断变化的大尺度流的影响和在大雨期间Fitow和Danas的作用。虽然大多数台风降水可能与登陆的内部环流相关，极端雨有时可能发生在离中心的大径向距离处。Galarneau et al。（2010）将PRE定义为“强降水量的相干中尺度区域，降雨量为ge;100毫米（24h)macr;sup1;，可以发生在折回的热带气旋向北约1000km处。

Cote（2007）和Bosart et al。 （2012）记录了一些预先登陆的案例，其中大雨发生在距离暴风雨中心一些距离处。根据这些研究，PREs通常位于1000km母热带系统的前方，出现在TC到来之前的1–2天，持续12h。中高空急流入口区的交汇地带，一个正在逼近的台风的下游，是一个有利于发展的天气尺度的位置。

在台风中，中纬度槽和脊的定位已调制为是否，在何地，何时形成PRE，而中尺度表面边界充当PRE强降雨的焦点(Gao et al. 2009; Galarneau et al. 2010; Dong et al. 2010; Lee and Choi 2010; Schumacher et al. 2011;Baek et al. 2013; Milrad et al. 2013, Moore et al. 2013)。这些研究暗示上游台风是PRE的重要水分来源。与增强的降水有关的主要过程的沿海前锋发生的证据首先被Bosart等人 （1972）描述。 Knupp等人 （2006）记录了飓风加布里埃尔的情况，当东北偏东的表面流输送冷空气离开佛罗里达州西海岸，朝向布里埃尔的汇聚的温暖的核心，促进了在登陆阶段突出的浅冷暖锋面发展。这类似于这里描述的Fitow事件。 Srock和Bosart（2009）还提出了一个距离飓风中心较远的大雨的案例研究，他们证实了Marco登陆期间的大雨与冷空气堆积和沿海锋面形成有关。热带风暴Marco在此期间没有经历ET。有趣的是，另外两个TC也在附近活跃，作者声称这会对降雨活动产生影响。对于这里考虑的雨水事件，Fitow也没有经历ET，台风Danas位于其东部，并且在第7节中有证据表明Danas可能作为雨水系统的水分和潜在涡度的来源。台风Fitow的案例因此与这些以前的研究有一些相似之处，但包含一些我们将讨论的重要的差异和补充。主要的区别是极端降雨发生在附近，但有些距离台风Fitow登陆中心400公里，并且与（i）从该风暴传播外部雨带和（ii）来自北方的冷空气侵入有关。这些独特的方面，包括Fitow对降雨活动的影响，在手稿中进行讨论。Galarneau et al。 （2013）提出的证据表明，飓风Sandy（2012年）的强化发生在“冷性的大陆性空气环绕温暖的核心涡流”，并发生在响应低于850 hPa的浅低层会聚，这与用于伴随着径向方向上的增加的斜压性的二次循环的Sawyer–Eliassen的解一致。这种情况也有点类似于我们所描述的与Fitow登陆后有关的大雨，尽管与Sandy不同，它仍然是暖心对称（图1），而且降雨发生在Fitow的中心北部， 紧随其急剧减弱。基于数值敏感性模拟，Niu et al.（2005）也提出，当冷空气包围华东地区登陆的TC时，TC北部的降水将通过与来自北方的冷空气和来自TC循环的暖空气的相互作用的前锋发生作用而增强， 反转台风槽模式。此外，如果部分冷

图1 基于HART（2003）的从2013 年 10月5日1200 UTC至10月7日0600 UTC的台风Fitow的CPS图表，CMA最佳路径和ACCESS-G分析数据已被用于计算。最后的分析点就是最后一次可以识别出Fitow低层和天气尺度的环流

空气包裹在台风的内核中，内部对流将被抑制。这里的研究和以前的工作之间的相似之处包括，大雨活动似乎是一个相互作用的的结果，无论可能是什么，在Fitow和一个不断发展和有利的环境流之间，（i）一个非常靠近雨区上层急流入口区，（ii）Fitow东部的热带风暴，以及（iii）沿海锋生及其相关的二次循环。此外，即使雨在其循环中心的北部发生，并且随着雨的发展而消散，我们仍将讨论Fitow在事件中发挥的作用。

在下面的章节中，我们将扩展这些问题，介绍一些额外的天气尺度和中尺度方面，分析雨区的一些回程，以评估环境流变化和相邻天气系统（特别是TC）的影响，并讨论这些对大雨的产生的相关性。这项研究的主要目的是（i）记录产生大雨的中尺度系统的起源和演变和（ii）通过产生非常有利的热力学和运动学环境提供雨系统的效率影响的大尺度环流变化的证据。Yu et al. (2014)提供了TC Fitow活动的概述。阐述了轨迹，强度和降雨量的细节。草稿组织如下。 第2节描述了研究中使用的数据来源。第3节记录了降雨的观测方面和产生大雨的中尺度雨系统。第4节说明了在活动期间演化的天气尺度流动，包括环境风切变和锋生过程的演变。第5节描述了使用中尺度观测来（i）记录雨系统的中尺度特征和（ii）验证高分辨率预测。第6节说明了基于经过验证的高分辨率预报，在局部降雨区域发生的热力学和运动学变化。第7节显示了回溯轨迹计算的结果，用于说明风暴的环境和周围天气系统可能的相互作用。第8节提供摘要和我们的结论。

2 数据来源

在这项研究中，大量使用高密度的本地和国际数据集，用于描述观测到的雨事件的特征，以及操作的验证，高分辨率的预测。观测数据集包括中国东部的高分辨率地表和雨量计的观测; 来自上海，宁波，温州和杭州观测点的复合雷达反射率（见图2，相对于大雨区域的关于杭州湾和雷达地点的位置）；多功能运输卫星（MTSAT）红外图像； 和气候预测中心（CPC）变形技术（CMORPH）热带降雨测量任务（TRMM）降水估计 (Joyce et al. 2004；Huffman et al. 2007；Ebert et al. 2007)。目标分析是从ECMWF临时再分析（ERAInterim; Dee等人2011）以1.5°的分辨率和在澳大利亚社区气候和地球系统模拟器全球（ACCESS-G; Puri等人2013）以0.5°分辨率获得的。运行的高分辨率预报来自ACCESS-TC（Davidson et al.2014)。

图2 从（a）10月6日1200 UTC 至（n） 10月8日0300 UTC的观察到的每3 h观察复合雷达反射率。RB 1,2和3表示与大雨相关的雨带。 （a）中列出了四个雷达站（温州，宁波，杭州，上海）的位置

降水数据来自每3小时，0.25°*0.25°的CMORPH资料用于本研究。Ruane and Roads(2007), Ebert et al. (2007), and Sapiano and Arkin (2009)对CMORPH和再分析数据集进行了比较。Yu et al. (2009)可以发现在热带气旋活动期间对CMORPH资料的评估。Chen et al.（2013a，b）提供了热带气旋事件的TRMM / TMPA数据的评估。以上研究表明，TMPA 3B42和CMORPH都适合TC降雨分析，因为它们是高度相关的，与观察相比通常具有低偏差，即使它们都倾向于低估大雨。ACCESS-TC是为热带气旋的实践和研究应用而开发的。对于这里的应用，在验证之后，来自用于Fitow的系统的操作预测被用于基于模型的诊断。Davidson等人 （2014）对ACCESS-TC系统有详细描述。基本系统在50个级别上以0.11°的分辨率运行。域可重定位并嵌套在粗略解析ACCESS预测中。初始化包括在初始时间之前24小时的4DVAR同化的五个周期，并且进行72小时的预测。没有涡流规范，初始条件通常包含弱和错放的环流。已经致力于建立基于物理的合成内核结构，使用来自大西洋的历史下投式探空仪探测数据和表面分析来验证。基于中心压力和风暴大小的估计，涡流规格为用于从原始分析中过滤分析的环流，构造风暴的内核，将其定位到观察位置，并将其与外半径处的大尺度分析合并。

使用所有可用的常规观测值和仅来自理想化涡流的合成表面压力观测值来校正风暴的初始位置和结构，4DVAR建立了具有良好发展的边界层和次级循环的平衡的强烈3D涡旋。澳大利亚地区和西北太平洋风暴的平均轨迹和强度误差一直令人鼓舞，这也是澳大利亚国家气象和海洋学中心运行模式的结果。该系统在经过广泛验证后于2011年11月全面投入运行（Davidson et al。2014）。

这里所示的后方轨迹是使用在NOAA（Draxler和Hess 1998）开发的HYSPLIT拉格朗日轨迹系统计算的，在澳大利亚气象局

（http://www.wmo.int/pages/prog/www/DPS/WMOTDNO778/rsmc-melbourne-a.htm）执行的。轨迹基于每6小时的ERA中间分析。

3 降雨的观测方面<!--

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