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1、项目名称： 台风登陆前后异常变化及机理研究台风登陆前后异常变化及机理研究首席科学家： 端义宏端义宏 中国气象局上海台风研究所中国气象局上海台风研究所起止年限： 2009.12009.1 至至 2013.82013.8依托部门： 中国气象局中国气象局 中国科学院中国科学院 教育部教育部1一、研究内容1.1. 拟解决的关键科学问题拟解决的关键科学问题相对在广阔的洋面而言，台风登陆是一个复杂多变的过程，相关研究更具挑战性。台风登陆前后受海洋、大气和陆地的共同影响，如近海海洋热状况、海岸带走向、沿岸浅海地形、陆上复杂地形、地表温湿状况、中低纬度天气系统等，可能发生异常变化。这些变化主要表现在，台风登陆
2、前路径突变及登陆后移动趋向、登陆前结构强度突变、登陆后的维持不消、台风登陆前后内部中尺度系统的发生发展、台风强风暴雨的突然增幅等。目前还不清楚上述复杂因素引起这些异常变化的物理机制。本研究在集成国内外已有成果的基础上，紧紧围绕台风登陆前后异常变化及成灾机理这一核心主题开展研究，为实现项目研究目标应解决的关键科学问题是：导致台风登陆前后异常变化的环境场、海洋和陆面、内部中尺度系统等导致台风登陆前后异常变化的环境场、海洋和陆面、内部中尺度系统等影响因子的变化特征及演变规律；海影响因子的变化特征及演变规律；海- -陆陆- -气相互作用引起台风登陆前后异常变气相互作用引起台风登陆前后异常变化的物理机制
3、；登陆台风卫星和雷达资料的定量应用理论和方法及台风模式的化的物理机制；登陆台风卫星和雷达资料的定量应用理论和方法及台风模式的海海- -陆陆- -气耦合方法。气耦合方法。2.2. 主要研究内容主要研究内容围绕上述关键科学问题，拟开展的主要研究内容包括：围绕上述关键科学问题，拟开展的主要研究内容包括：（1 1）台风登陆过程的外场科学试验研究）台风登陆过程的外场科学试验研究设计台风登陆过程外场科学试验方案，重点进行台风登陆前后核心区域的海陆气边界层观测和追踪观测，特别是增加海洋下垫面的观测资料的获取；开展台风登陆过程加密观测资料质量控制技术研究；建立台风登陆过程研究外场科学试验资料库。（2 2）基于
4、多源观测资料的台风登陆前后精细结构综合分析理论和方法研究）基于多源观测资料的台风登陆前后精细结构综合分析理论和方法研究针对登陆台风减灾防灾需求，围绕能够准确有效地揭示和再现登陆台风精细结构和台风环流演变特征的学科前沿，建立登陆台风的多源观测资料融合分析业务化系统，提供典型登陆台风个例的能够反映实况的遥感遥测反演数据集和高时空分辨率的再分析同化数据集，在登陆台风的多源观测资料综合分析理论和方法上取得重要进展。2（3 3）登陆台风海）登陆台风海- -陆陆- -气边界层结构及其演变特征气边界层结构及其演变特征分析台风登陆前后海-陆-气边界层内各要素的分布和演变特点；研究台风登陆前后海-陆-气热量、动
5、量及质量交换特征；研究台风登陆前后边界层结构变化的动、热力学过程；探索台风边界层参数化方案的新途径并进行应用试验。（4 4）海）海- -陆陆- -气相互作用对台风登陆前后异常变化的影响机理气相互作用对台风登陆前后异常变化的影响机理研究我国近海海洋热状况、海岸带走向、沿岸浅海地形、岛屿对台风登陆前路径突变、中尺度结构异常、迅速发展或消亡的影响；研究我国复杂地形和陆面状况（湖泊、城市群等）对台风登陆后路径异常、中尺度结构变化及强风暴雨突然增幅的影响；分析台风与中低纬度天气系统相互作用引起台风登陆后长期维持不消的物理过程，以及台风深入内陆过程中复杂地形和陆面状况对局地强风暴雨的影响。（5 5）台风环
6、流内中尺度系统的活动及其对台风登陆前后异常变化的影响机理台风环流内中尺度系统的活动及其对台风登陆前后异常变化的影响机理研究台风登陆前后中尺度结构演变特征及主要影响因子；研究台风环流内多尺度系统相互作用过程及其对台风登陆前后异常变化的影响；研究弱环境流场中台风环流内中尺度系统对台风登陆前后路径突变的影响；分析登陆后台风内部中尺度系统与残涡的相互作用；研究登陆台风环流范围内，直接造成强风暴雨的中尺度系统的结构特征；分析风场分布中尺度特征变化对暴雨分布及强度的影响揭示风场波动特征对暴雨分布和强度的影响；分析台风登陆过程中引发风暴潮的特征及成灾机制；台风引发地质灾害的特征及成灾机制。（6 6）台风登陆
7、过程数值预报方法研究及应用）台风登陆过程数值预报方法研究及应用改进台风涡旋初始场生成技术；台风海-陆-气耦合模式建立和试验；建立适合于登陆台风情况下的数值模式边界层参数化方法，改进数值模式中对台风登陆过程中边界层过程的描述；通过对热带地区扰动的不确定性，热带海洋地区观测资料的误差特性的分析研究，在最快增长模法，奇异向量法，集合卡尔曼滤波技术的基础上，针对热带扰动系统的动力和热力平衡条件，以及热带扰3动系统与中纬度系统的相互作用特点，强度和风雨分布的集合预报试验； 华东、华南台风监测预报分析和应用示范。4二、预期目标本项目的总体目标是：以台风登陆过程为聚焦点，围绕台风登陆前后异常变化与成灾机理这
8、一中心主题，从海-陆-气相互作用的观点出发，揭示我国近海海洋热状况、海岸带走向、沿岸浅海地形、陆上复杂地形、地表温湿状况等导致成灾台风登陆前后异常变化的物理机制；认识台风登陆前后内部中小尺度结构的演变特征及其对成灾台风异常变化的影响；掌握发生异常变化的成灾台风在登陆过程中与典型环境天气系统相互作用的规律；发展高分辨率耦合台风数值模式和集合预报系统；并在台风登陆前后精细结构多源观测资料综合分析理论和方法上取得重要进展。为提高登陆台风灾害预警能力提供理论依据和有效方法。项目执行的五年预期目标是：（1）系统揭示台风登陆过程中海系统揭示台风登陆过程中海- -陆陆- -气相互作用特征，认识海气相互作用特
9、征，认识海- -陆陆- -气气相互作用导致登陆台风中小尺度结构、路径、强度和风雨等异相互作用导致登陆台风中小尺度结构、路径、强度和风雨等异常变化的机理，取得国际台风届学科前沿的创新成果；常变化的机理，取得国际台风届学科前沿的创新成果；（2）针对台风业务预报中的难点问题，发展耦合台风数值模式和集针对台风业务预报中的难点问题，发展耦合台风数值模式和集合预报系统，提出改进台风登陆点、登陆前后强度突变、强风合预报系统，提出改进台风登陆点、登陆前后强度突变、强风暴雨及其灾害预报的理论和方法；暴雨及其灾害预报的理论和方法；（3）建立高时空分辨率的登陆台风四维精细结构分析系统，建立高时空分辨率的登陆台风四维
10、精细结构分析系统，提供典提供典型成灾台风个例的高质量的再分析资料；型成灾台风个例的高质量的再分析资料；（4）完成有关专著一部，在国内外学术刊物上发表论文完成有关专著一部，在国内外学术刊物上发表论文100-200100-200篇，篇，其中其中SCISCI（包括（包括SCIESCIE）收录文章）收录文章50-10050-100篇；篇；（5）将项目理论研究成果与现行台风业务预报模式相结合，提出改将项目理论研究成果与现行台风业务预报模式相结合，提出改进的台风业务预报方案，并开展业务预报试验，提高我国台风进的台风业务预报方案，并开展业务预报试验，提高我国台风灾害灾害预警能力；预警能力；（6）提供三份以上
11、决策咨询报告，为政府部门提供防台减灾的决策提供三份以上决策咨询报告，为政府部门提供防台减灾的决策依据；依据；（7）培养一批在台风研究领域有国际影响力的青年学术带头人，逐培养一批在台风研究领域有国际影响力的青年学术带头人，逐步确立我国在台风研究领域内的国际优势地位。步确立我国在台风研究领域内的国际优势地位。5三、研究方案1.1. 总体学术思路总体学术思路运用诊断分析、理论研究、数值模拟以及多学科交叉的方法，结合野外科学试验，系统认识台风登陆前后路径异常、结构和强度突变以及强风暴雨演变特征和致灾规律，深入研究台风登陆前后海-陆-气相互作用以及台风内部多尺度系统相互作用造成台风异常变化的机理，取得国
12、际台风届学科前沿的创新成果。同时，将这些创新成果与我国台风预测和防灾减灾的实际结合起来，建立多源资料的台风同化分析系统，提供高质量、高分辨率的登陆台风四维分析场，研制海-陆-气耦合台风模式，改进我国登陆台风及其灾害的预报理论和方法，开展业务预报试验，提高我国对登陆台风的预测能力，并向政府部门提供决策咨询报告。2.2. 创新点与特色创新点与特色本项目具有以下明显的创新和学科前沿特色：（1）外场科学试验的设计将结合关键科学问题，获取台风登陆前后海气和陆气热量、动量、物质通量、大气边界层结构以及云雨物理特征的详细资料，弥补现有资料的不足。基于中国气象局的卫星监测系统、沿海多普勒天气雷达系统、稠密的自
13、动气象站网，采用跟踪台风的移动观测系统（包括移动 GPS 探空、移动多普勒雷达、移动风廓线仪、移动测风雷达等），结合关键海域的通量观测平台，对台风登陆过程进行观测， 进行系统的登陆台风科学试验，这在我国尚属首次，可望获取丰富的资料，揭示一些台风登陆前后变化的新事实。（2）针对台风动力学和热力学物理特征，建立适合于台风条件下要素剧烈演变、强非地转平衡的资料同化融合技术，实现多源资料的综合分析和融合，建立高时空分辨率的登陆台风四维分析场，是本项目的创新点。（3）研究台风系统内外的多尺度系统相互作用及其对台风登陆前后的路径异常、结构和强度突变以及强风暴雨的影响，将更加侧重小于 50 公里尺度的过程（
14、包括云物理过程） ，预期将在认识台风精细结构演变的动力和热力学过程上有新发现。（4）从海-陆-气相互作用的观点来研究台风登陆前后的异常变化，是本项目创新。本项目的研究将根据台风登陆过程的特点，综合分析登陆台风异常变6化的大气、海洋和路面过程的影响因子，揭示这些因子是如何影响登陆台风路径的异常、强度和结构的突变、以及强风暴雨的分布。预计在我国近海海洋热状况、海岸带走向、沿岸浅海地形、陆上复杂地形、地表温湿状况等导致成灾台风登陆前后异常变化的物理机制有新发现。（5）本研究的另一特色是注重研究成果的业务转化，拟建立业务成果应用示范区。海-陆-气耦合台风模式系统有望实现台风登陆过程路径、强度和风雨分布
15、的精细预报，切实提高对台风登陆前后异常变化及其灾害的预报能力；考虑台风特殊性的集合预报方法将提供台风袭击概率预报产品，通过科学地考虑预报不确定性来进一步提高台风登陆过程的预报能力。3.3. 课题设置课题设置第一课题：台风登陆过程外场科学试验第一课题：台风登陆过程外场科学试验研究目标：研究目标：利用铁塔和海上观测平台获得台风登陆前后近海近岸大气边界层风、温度、湿度梯度观测资料以及海气、陆气通量资料。除采用跟踪台风的移动观测系统（包括移动 GPS 探空、移动多普勒雷达、移动风廓线雷达等）获取资料外，还将获取国内外重大海洋观测计划资料（如 Argo 资料等） ，为台风登陆前后的结构演变、强度变化、海
16、气和陆气相互作用过程、海陆分布和地形的影响研究以及海陆气耦合技术和台风数值预报模式的校验提供基础数据。研究内容：研究内容： 设计台风登陆过程外场科学试验方案，实施台风登陆过程特种观测试验。制定台风登陆过程科学试验的细化方案，联合相关单位实施加密观测，重点开展台风登陆前后核心区域的海上大气边界层观测和陆地大气边界层观测，获取边界层动量、热量和物质通量和台风三维结构特征以及降水微物理特征资料。 台风登陆过程加密观测资料质量控制技术研究，建立台风登陆过程研究外场科学试验资料库。收集常规观测资料和加密观测资料，研究资料质量控制策略和方法，对资料进行质量控制，形成台风登陆过程外场科学试验资料库，为项目提供可靠的研究基础。7 台风登陆前后边界层结构演变观测分析。分析台风登陆前后边界层内各要素的分布特点；研究台风登陆前后边界层的动力和热力结构特征；揭示海陆差异对台风边界层结构的影响。课题承担单位：课题承担单位：广州热带海洋气象研究所课题负责人：课题负责人：梁建茵课题在整个项目经费中所占比例：课题在整个项目经费中所占比例：27.33%第二课题：台风登陆前后多源观
