【摘要】：關(guān)于熱帶氣旋(TC)眼墻傾斜的結(jié)構(gòu),前人的觀測研究存在一些爭論。從熱成風(fēng)平衡建立的TC理論模型包含有TC眼墻坡度的方程,但這些理論模型的部分前提假設(shè)也受到了一定質(zhì)疑。這些問題的存在,表明現(xiàn)有的TC眼墻傾斜理論并不完善,機(jī)制尚不清楚。本文從飽和假絕熱上升氣塊的體積膨脹效應(yīng)出發(fā),分析了氣壓下降、潛熱釋放和水汽損失對(duì)氣塊體積膨脹的影響,并分析了垂直速度發(fā)生變化時(shí)氣塊的垂直厚度變化和水平面積變化的規(guī)律。結(jié)果表明:氣壓下降對(duì)氣塊體積膨脹的貢獻(xiàn)占比達(dá)80%以上;并且上升氣塊的水平面積變化與垂直速度廓線有關(guān),即垂直加速(減速)引起氣塊垂直拉伸(壓縮),從而導(dǎo)致水平面積收縮(擴(kuò)張),或者水平面積的擴(kuò)張被抑制(放大)。將這一關(guān)系應(yīng)用到軸對(duì)稱柱狀氣塊中,可建立氣塊半徑的垂直變化廓線與垂直速度廓線的關(guān)系;應(yīng)用到軸對(duì)稱管體狀氣塊中,則可建立氣塊厚度的垂直變化廓線與垂直速度廓線的關(guān)系。在假絕熱條件下,氣塊相當(dāng)位溫守恒,軌跡構(gòu)成等相當(dāng)位溫面,因此,后一關(guān)系可以用于TC眼墻內(nèi)的相當(dāng)位溫結(jié)構(gòu)估計(jì)。利用WRF模擬的理想TC對(duì)這一關(guān)系和估計(jì)方法進(jìn)行了驗(yàn)證,估算結(jié)果與模擬結(jié)果接近,表明上述關(guān)系是成立的,同時(shí)也表明垂直速度與TC眼墻的相當(dāng)位溫結(jié)構(gòu)存在關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)啟發(fā)了連續(xù)方程對(duì)TC眼墻結(jié)構(gòu)是否存在約束的問題。基于定常、軸對(duì)稱和可逆絕熱假設(shè),從連續(xù)方程推導(dǎo)出了TC次級(jí)環(huán)流與TC眼墻熵分布的關(guān)系。結(jié)果表明:在定常、軸對(duì)稱和可逆絕熱條件下,TC次級(jí)環(huán)流的流線與等熵面重合,流函數(shù)可以用熵函數(shù)表示。根據(jù)這種關(guān)系,建立了從熵分布診斷TC次級(jí)環(huán)流的方法。利用模擬TC對(duì)診斷方法進(jìn)行的驗(yàn)證表明,診斷方法能有效重現(xiàn)TC次級(jí)環(huán)流特征。該方法比用Sawyer-Eliassen(SE)方程診斷次級(jí)環(huán)流的方法更簡潔。這些結(jié)果進(jìn)一步表明,TC次級(jí)環(huán)流與TC眼墻的結(jié)構(gòu)存在關(guān)聯(lián)。為了尋找次級(jí)環(huán)流與TC眼墻結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián),從控制方程展開了一系列推導(dǎo),并取得了一系列發(fā)現(xiàn):在無摩擦、無耗散、軸對(duì)稱和可逆絕熱條件下,等熵面與等角動(dòng)量面(等M面)重合;當(dāng)?shù)褥孛鎻澢臅r(shí)候,靜力平衡與梯度風(fēng)平衡無法同時(shí)精確滿足;水平氣壓梯度徑向分量的垂直變化由垂直加速度的徑向梯度和斜壓性引起,由于TC眼墻外的邊界層垂直速度接近于0,且等熵面接近水平,斜壓性小,因而水平氣壓梯度的垂直變化較小。這些發(fā)現(xiàn)與部分較新的前人研究結(jié)果一致,并為邊界層模式的水平氣壓梯度垂直均勻假設(shè)提供了理論基礎(chǔ)。從控制方程進(jìn)一步推導(dǎo)得到熱成風(fēng)平衡與次級(jí)環(huán)流之間的關(guān)系式。這個(gè)關(guān)系式表明,次級(jí)環(huán)流在一定程度上可以破壞熱成風(fēng)平衡。根據(jù)熱成風(fēng)平衡與次級(jí)環(huán)流之間的關(guān)系式,進(jìn)一步推導(dǎo)得到等熵面坡度方程。與前人理論中推導(dǎo)得到的等熵面坡度方程相比,新的方程多了一個(gè)次級(jí)環(huán)流項(xiàng)。這表明次級(jí)環(huán)流參與了TC眼墻傾斜的約束機(jī)制。這與前面的分析結(jié)果一致。根據(jù)新的等熵面傾斜坡度方程,斜壓性導(dǎo)致氣壓梯度隨高度遞減,從而使TC眼墻向外傾斜,而次級(jí)環(huán)流通過連續(xù)方程的約束對(duì)TC眼墻傾斜坡度產(chǎn)生影響。
【圖文】：

圖 2.1 各項(xiàng)因素對(duì)氣塊膨脹率的貢獻(xiàn)沿高度的變化（a）上升氣塊的體積膨脹率廓線；（b）凝結(jié)項(xiàng)（實(shí)線）及潛熱項(xiàng)（虛線）分析結(jié)果表明，氣塊在上升過程中的體積膨脹效應(yīng)十分明顯。上述分做飽和假絕熱上升的結(jié)果，，但由于凝結(jié)過程對(duì)氣塊體積的貢獻(xiàn)占比很

0=326.3K（對(duì)應(yīng)于 T=35 ℃的氣塊從地表上升至 2 km 的干位溫）的氣塊半徑變化廓線也在圖2.2 中展示作為對(duì)比。結(jié)果表明， 0越高，半徑變化廓線越傾斜，但這種差別幾乎可以忽略。圖 2.2 不同參考半徑的氣塊在勻速垂直運(yùn)動(dòng)過程中的半徑變化廓線（灰線：絕熱勻速下沉；黑線：飽和假絕熱勻速上升，實(shí)線對(duì)應(yīng) 0=319.1 K，虛線對(duì)應(yīng) 0=326.3 K）通常對(duì)流中的氣塊垂直運(yùn)動(dòng)始于加速，終于減速。假設(shè)氣塊的垂直速度廓線具有如下表達(dá)式： = sin + , ≤ 0, > (2.23)由于 的取值大小對(duì) 0 的值并無影響，故不妨令 = 1。令 = 14 km。當(dāng) a, b, c 取不同的值時(shí)，由（2.23）式可以得到 位于不同高度的垂直速度廓線（見圖 2.3a）。用 、 和 分別表示 位于低、中、高處（即 3.5、7.0 和 10.5 km）的垂直速度廓線。在這三種垂直速度廓線背景下
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P444

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉月貞,丁一匯,陶詩言;熱力強(qiáng)迫對(duì)臺(tái)風(fēng)次級(jí)環(huán)流的作用[J];氣象學(xué)報(bào);1988年04期

2 吳寶俊,劉玉玲,楊越奎,萬振拴;“91.7”梅雨鋒橫向次級(jí)環(huán)流穩(wěn)定維持原因初探[J];高原氣象;1995年02期

3 楊越奎,張銘;次級(jí)環(huán)流在強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生和演變中的作用[J];應(yīng)用氣象學(xué)報(bào);1992年04期

4 孫子平,劉月貞,丁一匯;論天氣尺度系統(tǒng)中的次級(jí)環(huán)流[J];大氣科學(xué);1987年01期

5 黃閣;梁寒;陸井龍;盛永;;次級(jí)環(huán)流在兩次遼寧沿海大風(fēng)過程中的作用分析[J];中國農(nóng)學(xué)通報(bào);2014年34期

6 朱愛民，壽紹文;一次冬季暴雪過程鋒生次級(jí)環(huán)流的診斷分析[J];南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào);1994年02期

7 畢明玉;沈新勇;袁媛;丁治英;;2008年臺(tái)風(fēng)“風(fēng)神”強(qiáng)迫次級(jí)環(huán)流的診斷分析[J];大氣科學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

8 李兆慧;王東海;王建捷;劉英;;一次暴雪過程的鋒生函數(shù)和急流—鋒面次級(jí)環(huán)流分析[J];高原氣象;2011年06期

9 杜俊,余志豪;中國東部一次入海氣旋的次級(jí)環(huán)流分析[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);1991年01期

10 劉勇;王楠;李平;;急流次級(jí)環(huán)流對(duì)陜南一次特大暴雨過程的作用[J];干旱氣象;2006年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 農(nóng)孟松;;高空急流次級(jí)環(huán)流與廣西初夏暴雨[A];中國氣象學(xué)會(huì)2005年年會(huì)論文集[C];2005年

2 農(nóng)孟松;;高空急流次級(jí)環(huán)流與廣西初夏暴雨[A];中國氣象學(xué)會(huì)2005年年會(huì)論文集[C];2005年

3 劉漢華;壽紹文;周軍;;完全濕Q矢量的引入及其應(yīng)用[A];中國氣象學(xué)會(huì)2005年年會(huì)論文集[C];2005年

4 孫鑒濘;劉紅年;張寧;彭珍;趙文靜;鄒鈞;劉鵬;沈歷都;楊健博;張宏f;宋宇;蔡旭暉;袁仁民;;城市近地層湍流交換特征的觀測研究和城市群區(qū)域非均勻大氣邊界層影響局地天氣的模擬研究[A];第33屆中國氣象學(xué)會(huì)年會(huì) S10 城市、降水與霧霾——第五屆城市氣象論壇[C];2016年

5 趙瑋;崔永義;段麗;;2010年1月2-3日北京地區(qū)大到暴雪過程成因分析[A];第27屆中國氣象學(xué)會(huì)年會(huì)災(zāi)害天氣研究與預(yù)報(bào)分會(huì)場論文集[C];2010年

6 楊波;;京津冀地區(qū)大霧時(shí)空變化研究[A];第28屆中國氣象學(xué)會(huì)年會(huì)——S3天氣預(yù)報(bào)災(zāi)害天氣研究與預(yù)報(bào)[C];2011年

7 邰慶國;湯劍平;高留喜;石瑩;裴洪芹;張可欣;;青島晚秋暴雨中海岸作用的數(shù)值模擬分析[A];中國氣象學(xué)會(huì)2006年年會(huì)“中尺度天氣動(dòng)力學(xué)、數(shù)值模擬和預(yù)測”分會(huì)場論文集[C];2006年

8 李艷春;;一次暴雨過程中的濕Q矢量診斷分析[A];第七屆長三角氣象科技論壇論文集[C];2010年

9 劉運(yùn)成;;川北一次大暴雨過程的非地轉(zhuǎn)濕Q矢量分析[A];中國氣象學(xué)會(huì)2008年年會(huì)天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率與公共氣象服務(wù)分會(huì)場論文集[C];2008年

10 劉洋;錢貞成;朱宇寧;李e

本文編號(hào)：2708409