【摘要】：臺風(fēng)快速強(qiáng)化的預(yù)報和分析是當(dāng)前臺風(fēng)研究的重點和難點。西北太平洋臺風(fēng)快速強(qiáng)化多發(fā)生于富有海洋渦旋的海域,現(xiàn)有關(guān)于海洋渦旋對臺風(fēng)快速強(qiáng)化作用的研究工作多是從初步定性了海洋渦旋對臺風(fēng)強(qiáng)化的促進(jìn)作用,而海洋渦旋引起的臺風(fēng)區(qū)域海氣相互作用機(jī)制仍然不明確。本研究利用數(shù)值分析方法,針對西北太平洋超強(qiáng)臺風(fēng)Megi,發(fā)現(xiàn)了臺風(fēng)經(jīng)過海洋暖渦期間的動力和熱力過程,探討了海洋暖渦對其快速強(qiáng)化過程的影響機(jī)制問題,填補(bǔ)了目前關(guān)于海洋渦旋對臺風(fēng)快速強(qiáng)化作用機(jī)制問題研究的空缺。基于良好臺風(fēng)環(huán)境場建立海氣耦合數(shù)值模擬是本研究工作的基礎(chǔ)。西北太平洋臺風(fēng)快速強(qiáng)化主要發(fā)生在海洋渦旋聚集帶,與海洋渦旋結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的海平面高度場統(tǒng)計分析體現(xiàn)了海洋渦旋具有時間多尺度變化特征,而且這些海洋渦旋的再現(xiàn)依賴于海洋三維環(huán)境場建設(shè)。本研究利用再分析系統(tǒng)和海洋觀測資料評估了該海域海洋環(huán)境場狀況,定性分析了Argo觀測資料對海洋環(huán)境場優(yōu)化效果指標(biāo)。該指標(biāo)為,同化Argo資料可以使海洋溫度、鹽度的均方根誤差降低10%,海洋流場的降低18%;海洋溫度和流場的優(yōu)化效果在海洋上層最優(yōu),而海洋鹽度的在水深500~1000米處最優(yōu)�？梢�,由于海洋環(huán)境的時間多尺度變化,構(gòu)建海洋環(huán)境場需要使用分布均勻而且觀測剖面延伸到深水的觀測資料,這些為研究海洋渦旋對臺風(fēng)快速強(qiáng)化過程作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。在對臺風(fēng)環(huán)境場進(jìn)行全面了解的基礎(chǔ)上,本研究基于WRF數(shù)值模式,利用氣象模塊與海洋混合層模塊的耦合模擬技術(shù),設(shè)計和實現(xiàn)了臺風(fēng)快速強(qiáng)化過程的高分辨率數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果顯示,96小時路徑模擬的平均誤差為55km,強(qiáng)度模擬的平均誤差為6.9hPa,且臺風(fēng)結(jié)構(gòu)模擬合理,說明該數(shù)值方案能夠較好呈現(xiàn)臺風(fēng)Megi快速強(qiáng)化過程的路徑、強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的演變�；诖�,運(yùn)用敏感性試驗分析方法,定量診斷了海洋暖渦對臺風(fēng)快速強(qiáng)化的作用,結(jié)果顯示,臺風(fēng)快速強(qiáng)化速度在海洋暖渦作用下提高了17.6%,由此證明了海洋暖渦對Megi快速強(qiáng)化的重要促進(jìn)作用。在此基礎(chǔ)上,開展了海洋暖渦對臺風(fēng)快速強(qiáng)化機(jī)制的數(shù)值研究工作,本研究首次以海洋暖渦對臺風(fēng)快速強(qiáng)化的定性分析為切入點,通過對比分析暖渦試驗和無渦試驗條件下的熱收支過程和切向風(fēng)傾向方程,發(fā)現(xiàn)了海洋暖渦條件下的臺風(fēng)快速強(qiáng)化過程大氣增暖和臺風(fēng)尺寸增大的熱動力機(jī)制,主要結(jié)論:一是海洋暖渦對臺風(fēng)區(qū)域大氣輸入的更多熱通量(主要是潛熱通量),是通過增大低空大氣的溫度垂直輸送和感熱加熱而實現(xiàn)低空大氣的增溫;二是海洋暖渦通過促進(jìn)水平角動量的輸入和垂直對流項的正貢獻(xiàn),使得臺風(fēng)眼墻附近風(fēng)速增大;三是暖渦主要通過促進(jìn)垂直對流項在臺風(fēng)外圍高空的正貢獻(xiàn),引起臺風(fēng)內(nèi)核尺寸的增大。由此可見,臺風(fēng)區(qū)域?qū)α鬟\(yùn)動對臺風(fēng)大氣的熱力和動力過程,都起到關(guān)鍵作用,研究臺風(fēng)對流尺度過程顯得尤為重要。臺風(fēng)區(qū)域?qū)α鞒叨冗^程非常復(fù)雜,已有相關(guān)的此方面研究僅是探討了對流運(yùn)動的演化過程,為了更好的理解海洋暖渦對臺風(fēng)快速強(qiáng)化過程中對流運(yùn)動的作用效果,本文選取對流運(yùn)動和潛熱釋放相對應(yīng)的臺風(fēng)降水過程進(jìn)行分析,表明海洋暖渦是激發(fā)內(nèi)核區(qū)對流降水的主要因素。本研究將臺風(fēng)半徑200km以內(nèi)的降水進(jìn)行分類,主要分析了暖渦試驗和無渦試驗的對流降水和層結(jié)降水分布和演變特征。分析結(jié)果顯示,海洋暖渦主要激發(fā)了更多的內(nèi)核區(qū)對流降水,在數(shù)量上提高了3%~14%。較多的對流降水,一方面可以促進(jìn)生成對流風(fēng)暴,另一方面,引發(fā)大氣對流層中部和低部的較高位勢渦度。所以暖渦試驗相對于無渦試驗,其在臺風(fēng)快速強(qiáng)化期間,生成了更多更強(qiáng)的對流風(fēng)暴,對應(yīng)了更暖的高空暖核,而且暖渦試驗的臺風(fēng)區(qū)域大氣慣性穩(wěn)定度更大,有利于促進(jìn)臺風(fēng)快速強(qiáng)化。通過分類分析的方法,實現(xiàn)了關(guān)于海洋暖渦對臺風(fēng)快速強(qiáng)化期間對流尺度過程作用效果的深入研究。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P732.3
【圖文】：

第 10 頁圖 2.1 2010~2014 年西北太平洋快速強(qiáng)化臺風(fēng)路徑圖（圖中紅色實線表示臺風(fēng)快速強(qiáng)化階段）快速強(qiáng)化環(huán)境條件風(fēng)生成和發(fā)展理論，臺風(fēng)快速強(qiáng)化的環(huán)境條件與臺風(fēng)生成就是說，臺風(fēng)快速強(qiáng)化需要弱風(fēng)速垂直切變、高空槽強(qiáng)迫條件及能夠提供較多熱通量的海洋環(huán)境。件主要使得臺風(fēng)環(huán)境場較穩(wěn)定，從而促進(jìn)對流潛熱的有效釋風(fēng)垂直切變有利于臺風(fēng)發(fā)展，因為在這種“不通風(fēng)”的條件下平流很小，整個擾動的溫度和濕度可以顯著增加，大大超已經(jīng)給出了發(fā)生臺風(fēng)快速化的風(fēng)速垂直切變最大閾值，西北太平洋為 9~10ms-1[83]，而在一些情況下，西北太平洋至要小于 5.3ms-1[10]。此外，低空高相對濕度可以抵制干空

所以其在海洋研究領(lǐng)域有著較普遍的應(yīng)用。由于研究將針對西北太平洋海域快速強(qiáng)化臺風(fēng)進(jìn)行分析，所以首先對該海域觀測資料的分布情況進(jìn)行了解。如圖2.3所示，自2005年1月至2008年12月，總的來說，觀測的稠密區(qū)主要集中在日本附近，其他海域的觀測則相對較少。這種差異在常規(guī)觀測資料中更加明顯，而Argo觀測資料的分布相對均勻一些，從西北太平洋到琉球群島都有所分布。由于研究需要探討西北太平洋海域的快速強(qiáng)化臺風(fēng)，所以該海域觀測資料對于海洋環(huán)境場的構(gòu)建是非常重要的，直接關(guān)系到研究的開展。

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本文編號：2729232