登陆台风边界层高度的观测研究

The boundary layer is an important part of a mature typhoon as it strongly constrains the wind distribution, momentum and heat flux, which determine typhoon intensity and interior structure. Many previous research results show that, simulation effects of typhoon intensity and wind distribution are great influenced by typhoon boundary layer (TBL) depth estimates, so accurate TBL depth estimates are important by parameterization in typhoon numerical models. Unfortunately, the structure of typhoon is too complicated and observations in TBL are relative few, which limits our understanding the TBL depth and its variation features. Wind profilers can work automatically under all-weather condition with high temporal and spacial resolution, which is superior to sounding especially in serve weather such as typhoon. So, based on several fixed wind profilers in Guangdong province and a mobile GPS sounding system, high-resolution observation of wind profile, temperature profile, signal-to-noise rate (SNR) profile, et al in landfall typhoon can be surelly got for the purpose of this study. Although wind profilers are proved to be usefully in convective boundary layer depth estimates, its application to TBL depth estimates is not convinced. In order to get useful wind profilers data in TBL, objective and reasonable quality control of wind profilers will be done as the first step in this study. Then, multiplied methods will be put forward to determine TBL depth estimates by using wind profiler data and sounding data to calculate some physical values, such as radial velocity, SNR vertical gradients, Richardson number, et al. Finally, the temporal and spatial variation characteristics of TBL depth with radius and landfall are our key research contents, which is important to enhance our understanding of TBL and make more accurate expression of TBL depth in numerical models. Through research works mentioned above, this study is worth to improve numerical forecasting accuracy of typhoon.

边界层高度是边界层参数化方案中重要的参数，尤其对台风而言，其参数的不同取值将直接影响模式对台风强度、风场结构等的模拟结果；但由于台风边界层结构复杂及观测资料的缺乏，对台风边界层高度的观测研究及其演变特征的认识仍然十分欠缺。本项目利用广东沿海的多部风廓线雷达与移动观测系统，采用固定和移动式观测相结合的观测手段，获取登陆台风边界层的观测事实。通过开展风廓线雷达的数据质量控制方法研究，确保观测数据质量。在此基础上探讨基于风廓线雷达的台风边界层高度的判断与研究，考察登陆台风不同部位的边界层高度随时间的演变规律，研究台风边界层高度随半径的空间分布特征，深入理解登陆台风边界层高度随台风强度变化的响应过程。这是一个重要的科学问题，一方面通过这些观测研究可以推进对登陆台风边界层特征的认识；另一方面，观测研究的成果对于合理优化台风模式中的边界层参数化方案，进而提高台风强度的数值预报质量也有重要意义。

边界层高度是边界层参数化方案中重要的参数，尤其对台风而言，其参数的不同取值将直接影响模式对台风强度、风场结构等的模拟结果；但由于台风边界层结构复杂及观测资料的缺乏，对台风边界层高度的观测研究及其演变特征的认识仍然十分欠缺。风廓线雷达能够对大气开展一些连续的高空观测，成为大气边界层高度确定及研究的一种新的选择。为此，借助风廓线雷达组网观测的优势资源，弥补台风条件下垂直探测数据不足，开展登陆台风边界层高度的观测研究。.由于降水粒子的Rayleigh散射造成的回波信号强于晴空大气的Bragg散射回波信号，进而导致降水对风廓线雷达观测有较大的影响，首先开展了降水时风廓线雷达的数据质量控制研究。研究结果显示，对于边界层风廓线雷达而言，降水对2km以下的观测数据影响较小；对于2km以上的数据，若降水只是对部分高度造成数据缺失，则经过重处理后数据质量仍可以保持较好，基本与探空观测保持一致的分布趋势，但若连续多个高度数据缺失，则经过数据重处理后也不能较好的提高数据质量。.在保证数据可靠的基础上，选取2012-2015年登陆广东省的8个热带气旋进行研究。8个热带气旋在登陆后情况基本分为三类，第一类是强度迅速减弱型（如：1510、1311、1206），第二类是持续时间相对较少（1522、1319、1208），第三类是强度维持稳定型（如：1415、1409）。对于第一、二类热带气旋，入流层顶所在高度与信噪比梯度最大值所在高度相近，对于第三类热带气旋，入流层较为深厚，用理查森数计算的边界层高度明显偏小，而用信噪比垂直梯度确定的边界层高度虽接近入流层顶高，但仍有一定差距。.以入流层厚度为台风边界层高度的判断依据，三种类型的热带气旋边界层高度及其随半径的分布特征也有所不同。对于第一类热带气旋，边界层高度基本在500～1000 m范围内，并且随半径的增大而略有增大。若径向入流层相对深厚、登陆后强度维持相对较长的第二类热带气旋，其边界层高度相比第一类更高，在1000～2000 m，高度随半径基本保持不变，但在入流气流较强的位置对应的边界层高度也较大。对于入流层深厚的第三类热带气旋，边界层高度在2000 m之上，最高可到5000～7000m，边界层高度最低出现在台风中心区域，随台风半径增大而增大。