Mahoshojo
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[事件回顾]鳳凰翼下的不聽話對流-複合式颱風降水過程紀實

楼主#
更多 发布于:2014-12-04 00:19
秋去冬来,在海燕之后的第一个风季,黄蜂鹦鹉的登场为看似萎靡的2014年西太平洋重新擦亮了暖池的威名,鹦鹉转世的白令炸弹惊天一爆更为这个风季的结尾段奏响了高亢而震撼的旋律,同时余韵的影响持续到了现在。


在2014年风季即将结束的此时,各台精心回顾如众多板友创作,此不再赘言,故今天这篇文章,主角不是单一台风个案。


它是由许多成分组成的,一个小到不能再小但又是如此特别的事件,在不甚热闹的今年,一些惊喜就藏在细节里。


也许,可以为这个风季点缀些甚么.....
[Mahoshojo于2014-12-04 00:20编辑了帖子]
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发布于:2014-12-04 00:20
台风里面的降水一定是本身雨带环流造成?共伴效应?地形抬升迎风面降水? 有没有可能是上述一起来"复合式"的呢?本文探讨的此个案,在成因上确实有可能,也凸显出了中小尺度地形与台风流场交互作用过程下降水的特殊性与复杂性

凤凰展翅扑台的当晚,魔法少女在家躲台同时跟几位学弟妹聊聊这次的台风可能会为南部造成的灾害,气象人的职业病便是即使放假上网也离不开气象╮(╯▽╰)╭

作为一个风迷尽责的追风是免不了的,在讨论追击的当下发现了一个有趣的东西:

图片:234320x7boeymiixboszmt.gif

图片:1.gif

图片:1.gif



在逆时针的台风雨带环流中怎么好像有奇怪的东西混进来了……= =
在嘉南一带于入夜后出现一块无视环境流场,独自一路向北爆冲发展的对流胞看起來十分突兀
从上面的云图及雷达动画看到该对流胞自晚间6点在嘉义生成到10点于台中北方出海减弱消散,独自向北的过程其周围云雨带回波均呈现逆时钟旋转由东向西往海上移动的趋势,回波过程更可见到该对流周遭一些零碎回波往海面上被”甩出去”的过程

图片:示意圖a.jpg



也许此时的流场相当特别,对于对流系统而言,依尺度大小差异其所受到的引导方式也会有所不同,尺度数百至千公里等级的低压或MCS,除了环境流场的导引作用外一旦和高层槽线耦合的宜也会受到涡度平流导引,同时地面上的冷暖平流分布也会形成驶流作用导引气旋向暖侧前进尺度越小,环境驶流的引导作用,乃至于大气热力性质导致对流不稳定度的激发对流作用,甚至是地形效应…..就会逐渐显现出来,并左右较小尺度的对流系统生成运动趋势,在分析此次对流事件上便须着重于环境流场以及对流不稳定与地形作用的因素:

图片:850.jpg

图片:500.jpg

图片:200.jpg



从环境驶流场变化来看,台湾西部在凤凰影响吹显著的过山偏东北风,也就是在中低层的风场部分为台风环流主导,一直到高层也无显著的流出系统,反映出这个热带气旋偏弱的事实而凤凰也在偏弱的副高脊西侧缓步北上,高度场上看得出台湾一带层大气并无显著副高驶流作用,因此此次特殊对流生成发展过程基本上便可忽略大尺度流场造成之影响

在当天的西半部陆地,各测站均显示台风风场强度影响有限,大約為偏北風且很弱,亦即未伴随显著強勢环流作用,故此对流胞生成发展过成台风流场对其移动造成的直接影响是较小的:

图片:風場觀測.jpg



因此可知不管是大尺度气流还是台风环流在此次特殊的对流发展事件中直接影响不大,那有无间接影响?

台风在侵台过程中一但没有显著气流导引就会因为地形与台风环流交互作用透过一些动力上与热力上的机制使得台风的路径出现偏折与打转或是分裂过山等状况,降水部分也会因为因此而出现在迎风面的剧烈降水酿灾此次的凤凰台风侵台过程,迎风面的东半部确也为降水集中域,拜地形与台风环流交互作用所赐那么,在9/20当晚在台湾西半部横行暴走的这块突如其来,不属于台风雨带内的对流系统,是否可能也与台风环流与地形交互作用有关呢?

对迎风面而言地形抬升会加大降水规模,气流过山沉降则会产生下沉增温以及可能的背风涡度

图片:22.jpg


(上圖引用並修改自:中國文化大學大氣科學系劇烈天氣研究室)

图片:1.jpg



可以看出从风场观测分析上台湾在9/20上半天有过山气流出现并于西北部一带出现很弱疑似背风涡旋的风场结构,而过山气流沉降也在西半部陆地造成了高温,高温区主要集中在西北部及北部地区,并往南分布直到嘉南交界这部分的高温区将为接下来晚间的西半部对流爆发事件打下基础:背风沉降造成西半部陆地高温

图片:3b.jpg


图片:2.jpg



有没有看到,沿台南嘉义为界势成水火的冷暖交界分布,其实这和上图的台风雨带有关喔:台风雨带傍晚进入南部陆地造成降温形成了局地区域的下沉冷空气,对峙前方因白天加热加上过山下沉增温的暖空气,正式为今晚中南部对流大暴走揭开了序幕

如果对中尺度对流系统有印象的话,这种局地对流造成的强降水区会产生强烈的下沉气流,是由于降水蒸发冷却+水滴拖曳下沉造成的,>5m/s就叫做"下爆流",这种强烈的下沉气流来到对流外部时,会推动外面相对较暖轻的空气形成所谓的"外流边界"或形成更显著的"阵风锋"

图片:LifeCycle3.jpg


(來源:http://tinyurl.com/oeaerb2)

锋的特性不论尺度皆然,都是冷暖空气的交界,对于中小尺度的阵风锋而言只能在雷达回波上观测到,但受限于雷达解析尺度或回波系统强度结构,其实不是所有个案都能看到但有一个现象可以支持其存在,就是对流路径上不断有强对流生成的过程,其实这就是由于锋上有强烈的对流不稳定环境造成对流胞前阵风锋上不断有新胞生成,所以其实对流胞的移动基本上就反映了新旧对流胞发展交替的过程

图片:multcel4.gif


(來源:UCAR線上教學課程)

来看看这个个案,晚间六点下图的台风雨带准备通过嘉义,所到之处温度下降,和前方尚暖区域形成对比,大约在半小时后扫过嘉义并于七点半离开,稍后回波断裂,靠海侧的回波由于前方就是海面温度较低,顺着环流往外移动并渐渐消散,内陆侧的则站上了今晚的舞台:强烈温度梯度区域如下图,而此时记录到了相当明显的阵风锋通过讯号:瞬间降温+风向大转+瞬间强风三大锋面共有特征,如图所示:

图片:4b.jpg

图片:6b.jpg

图片:5.jpg



降水造成温度下降+早前过山沉降下沉增温产生的温度梯度,构成了今晚强对流第二个要件:强烈的对流不稳定,很遗憾接下来的区域今晚没有探空,不过没关系,雷达就是大气不稳定最好的证明:

面对前方强烈的不稳定度,这块回波自然也没有浪费这么好的环境,下圖就是回波的发展移動过程,搭配下方温度分布圖,所到之处温度下降,而且将整点回波以及温度分布比较可以发现在回波所在位置正好对应了温度梯度最大区域,配合回波持续发展移动降温,反映了对流不稳定之"对流可用位能"正不断地透过锋前激发新对流进而促成对流胞移动过程而被消耗,大气正无时不刻调节过剩的能量

图片:回波變化.jpg


图片:溫度變化.jpg



也许过程也有些背风沉降造成之涡度产生正作用在里头,总之这场夜间大爆发几乎并非单一台风本身雨带降雨而是由于环流过山沉降增温+雨带降水冷却下沉產生溫度梯度"對流可用位能"之"至少"两大环境因素,对在陆地侧的残余环流回波提供了良好的大气环境造成的,就像吃到大补丸一样,而非单一要素造成之降水事件喔:

图片:示意圖b.jpg



题外话,由于没有cimss背风涡度的图,因此无法显示背风涡旋的强度变化,不过下图的路径显示凤凰在台湾南端的路径曾出现大偏折,个人认为也许跟此对流事件在20号午夜进入台湾西北方外海,加强该处涡度使之和本就偏弱的凤凰台风涡旋产生类似藤原的互绕作用使其向东偏折并沿海岸北上,加上驶流本就偏弱,但无进一步的观测资料与实验分析足以证实故只是猜测,欢迎讨论

图片:79_30471_8836038b3fa3cd0.gif



总之只是想藉此次个案表达台风降水事件在驶流与台风偏弱又有高耸地形下的复杂性,在综合许多因素条件配合之下造就这个生命短暂却又特殊的对流降水事件,并进一步的可能与凤凰的谜样偏折路径有关,足见台风与地形交互作用过程仍有许多可待探索的区域,大气真是有趣啊



[Mahoshojo于2014-12-04 01:03编辑了帖子]
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  • yangzhe1997
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    2014-12-04 23:00
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    2014-12-04 12:27
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发布于:2014-12-04 03:59
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正好找到一个地形低压干扰TC路径的例子的论文,不知道有用没用台湾海峡诱生低压和9802号热带气旋路径偏折的分析.pdf热带气旋过台湾岛引起的副中心特征分析.pdf

人侵台湾岛及邻近地区的热带气旋移....pdf话说这种副中心和温带气旋的副中心是差不多的,不过JMA一般不会考虑台风TC阶段的中心置换却要将转化后副中心不再计入BEST TRACK鹦鹉就是因为副中心取代中心,而被JMA消散的 ------其实完全是双重标准(至于谭美和桃芝完全是高低层分裂,而且两个再无交集情况和鹦鹉是不一样的)
下面就是我的胡言乱语了
作为一个外行,没有那么多机会证实自己的想法,毕竟资料来源不足
不过,个人观察后发现。。台风是大体上暖心结构(在大尺度的天气图上和眼区附近的位温图上)
下面说得是台风与其他低压,高压,锋面没有明显关联的情况下
但是如果用精细的图,台风近地面从外界向中心貌似是冷(远离台风环流的地方)---暖(台风环流外和边界上的下沉区域)----冷(螺旋雨带,暴雨蒸发形成的相对冷区域)---暖(眼区下沉气流以及大量水汽凝结形成的暖区)
这样的话也能解释单一热气团的台风为什么会拥有锋面常见的飑线结构了
其实即使850hpa或者500hpa,有时候也能发现在远离的温带的台风的外围雨带区域有弱的冷中心---不知道LZ知道这个东西的成因吗?


之前和人争论的,但是后来我询问了广东地区的人,台风能带来降温的情况是不少的----即使台风没有诱发西风南下  
降水蒸发应该是一个重要的原因。。
如果是近地面,或者说在850hpa一下,很多时候的较弱的台风并不比周围温度高很多,我想也是因为蒸发作用吧。。不过很多很强的台风在850hpa上也有很鲜明的暖心---这个估计是因为眼区和CDO加热作用吧
当然850hpa完全看不出暖心的tc应该就是盛夏季节深入内陆的,毕竟夏季下垫面温度是非常高的。。而且台风来自热带海洋即使没有降水蒸发,恐怕也比不上内陆气团的温度高。。
下面几张图片是麦德姆登录后很久的,没有存500hpa的图,记得500hpa的中心好像还是比四周暖的

图片:79_89970_4043bf576b26827.gif

图片:79_89970_a28c277cd5abf55.gif




图片:79_89970_ab31166b9ccbb4b.png


热成风暖冷心分析----其实误差还是有些大的


下面这个图更明显一些

图片:79_89970_5a224f4f03b1802.gif

图片:79_89970_a9fa3713e1af3ce.png

[格物致知于2014-12-04 04:35编辑了帖子]
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发布于:2014-12-05 13:16
格物致知锛毲郎撤
正好找到一个地形低压干扰TC路径的例子的论文,不知道有用没用

话说这种副中心和温带气旋的副中心是差不多的,不过JMA一般不会考虑台风TC阶段的中心置换却要将转化后副中心不再计入BEST TRACK鹦鹉就是因为副中心取代中心,...
鍥炲埌鍘熷笘
  其实在近地面上,不管是陆地或海洋,在底层台风大气一般而言除了你所说的上述对流活动造成的上升下沉,更重要的是边界层内因摩擦作用造成的紊流,以及配合强烈的内流运动加上水滴垂直运动等过程,都更加大了紊流将能量及动量通量混合的程度。我在"台风与海洋交互作用-动力篇"中整理的MPI理论及後来的修正理论中,其实都有提到摩擦乱流作用的重要性:"避免内核以外区域能量的"集中化"

     正因此作用存在,加上台风对流云带对於短波辐射的强烈反照率,导致要在边界层内获得像是你所说的温度结构分布理论上是不可行的。若是有这样显着的温度梯度存在则会导致台风内流过程减弱以及结构上的稀疏化,无法形成单一显着内核暖心以热力风平衡的概念去维持整个台风环流的存在

       在陆地上这样的摩擦作用更是比海洋上大上不知几倍,加上地形破坏结构等影响,能量在陆地上台风中被乱流传送混合的作用也更加显着,这是除了降水蒸发冷却以及对流云覆盖以外抑制近地层台风环流覆盖区域增温一个很重要的因素。

       其实就是蒸发冷却+摩擦紊流混合传送能量+对流雨带覆盖造成的。

       我这篇文章中的个案旨在强调地形作用下对於对流降水过程乃是热力加上动力过程的复杂性使然,同时大尺度的环境驶流以及台风环流的带来的风速强度与台风位置等都要刚好配合的当,方能造就上述过程。

       那麽在无显着地形影响之下的台风环流,降水蒸发冷却肯定是有的,我在想你所谓的热带台风环流有时也可看到冷区也许源自於此。但缺乏在更外围也有显着的增温区的状况下(当然若指的是在热带海洋上有大量的潜热及可感热上传作用,热力过程不可忽略),我文章中所提及的对流不稳定效应便不适用,我猜便变成了蒸发冷却下沉的"较冷"空气推动外围相对"不那麽冷"的空气形成对流带,特别是边界层内有强烈内流有助激发对流,此过程中我想水滴拖曳力及内流过程两者"动力因素"的效果更大。

       其实强烈的下爆流也是源自於此:动力拖曳下沉作用,动力强迫的过程更加显着。蒸发冷却只是类似起头的作用,加速还是得靠水滴,大范围强降水自然有利下沉气流加速。实际上在陆地上这类的强对流前缘激发新对流过程,常常也就只是"较冷且伴有水滴显着拖曳下沉加速"推动"不冷且近似静止"的空气形成动力强迫的对流过程,只是我这篇文章个案有着地形作用导致过山下沉增温的罕见状况,所以特别提及。

       而关於台风环流内或外雨带的生成运动发展,我有看过几篇文章,印象中是以波动的角度叙述的,比如涡旋罗士比波(VRW)在眼墙外区域绕行传播的过程将能量及动量向外传播所致,但具体过程我忘了,这是比较专门的台风大气动力领域,故也没有继续深入去探讨,就只管将台风与海洋之间的关系理出个头绪来而已(炸)。

       因此若是将波动传递过程也考虑进来,台风的雨带对流乃至於台前飑恐怕不只是以一般对流降水运动造成的回馈效应解释而已,是更加复杂的东西。
[Mahoshojo于2014-12-05 13:29编辑了帖子]
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hudiecug
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好帖!!!
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恭喜精华1。。。
为什么一直没人讨论呢?
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templerlord
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发布于:2015-03-11 00:55
对于中尺度系统来说,强雷暴外流是强切变风暴的启动机制之一,在合适条件下它本身就能启动对流组织化并引起雷暴系统的传播。

在内陆的强阵风锋大多依赖于中层的干湿切变线,在我看来,这表示在降水拖曳之外,温度差造成的下沉运动是不可忽视的;温带强风暴系统和干湿切变线之间的关联可以说明这一点。中层气流下沉使得中高层水平风的动量传播到边界层,一般这才是形成极强极冷的阵风锋的原因。如果没有水平方向的初速度,单凭下沉的冷空气堆以气压差的方式是不太容易启动对流组织化的。

我对台风不是非常了解,但是从我了解的强风暴知识来看,这个过程的发生肯定有中高层因素的支持。

PS:其实从雷达图上能看到很典型的多单体风暴回波,虽然一闪而过……
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  • Mahoshojo
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    感謝建議~有機會找到更多資料的話我再補充看看^^
    2015-03-11 13:42
陪我一起看云潮涨落
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菜鸟到底
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发布于:2016-10-22 13:43
今天在台风海马外围倒槽影响之下,我地刚刚遭遇了类似的强回波,其运动总体方向与周边回波不相同。

图片:不听话回波.jpg


图片:2944537338.gif

[菜鸟到底于2016-12-19 21:17编辑了帖子]
他出发找最爱,今天也未回来。
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