本文關鍵詞：東亞季風環(huán)流背景下熱帶氣旋生成發(fā)展研究

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【摘要】：熱帶氣旋(TC)的生成和發(fā)展問題是熱帶氣旋研究領域最具挑戰(zhàn)性的問題之一,也是業(yè)務預報的難點。我國近海生成TC往往出現在典型東亞季風區(qū)內,其形成和發(fā)展與大尺度東亞季風環(huán)流、中小尺度初始擾動以及強對流等多尺度相互作用有關。本文采用統計研究、診斷分析和數值模擬等方法對東亞季風環(huán)流背景下TC生成和發(fā)展問題進行初步研究,取得的結果有助于對此類TC生成機理的認識,并可為業(yè)務預報提供一定參考。首先利用中國氣象局(CMA)、美國聯合臺風預警中心(JTWC)和日本氣象廳(JMA)三家不同熱帶氣旋資料,對西北太平洋地區(qū)TC的生成和發(fā)展進行統計和分析對比,發(fā)現:1)各家關于TC的生成和發(fā)展情況記錄差異明顯,主要是對不發(fā)展熱帶低壓(NTC,最大強度為TD)的不同記錄造成的;2)對發(fā)展熱帶低壓(DTC,最大強度在TD以上等級)的地理分布、季節(jié)分布、年際變化等,各家記錄相差不大,但對NTC存在較大差異。這給熱帶氣旋生成發(fā)展研究帶來了某些不確定性。利用CMA熱帶氣旋資料對1983-2013年間對TC的生成活動進行統計,發(fā)現1)西北太平洋上34%TC形成于東亞季風區(qū)(130oE以西),其中25%為NTC,75%為DTC。DTC中只有7%可加強為強臺風或者超強臺風;2)5-9月南海北部是DTC發(fā)展的高頻區(qū)域,5月和10月NTC在東亞季風區(qū)生成比例較高,登陸是NTC消亡的主要原因之一。影響夏季東亞季風區(qū)TC生成發(fā)展的低層環(huán)流有明顯差異�？蓺w納為東風波型(EW)、季風切變線型(MS)、季風輻合區(qū)型(MC)和反向季風槽型(MI)。其中東風波類型只占14%。而與季風相關的TC生成占86%,以MS型最多。各類型中高空影響系統也有所不同,其中EW型和MC型TC生成時高空存在大洋中部槽(TUTT),而MI型生成時明顯受中緯度高空槽的影響。在不同的高低空配置下,以MC型熱帶低壓發(fā)展概率最高,MI型最低。不同環(huán)流類型NTC和DTC生成時環(huán)境因子和對流發(fā)展特征存在差異。1)海溫和陸地是影響EW型TC發(fā)展的顯著因子,低層初始擾動強弱顯著影響MC型TC發(fā)展。而海溫和風速垂直切變對MI型TC發(fā)展產生顯著影響;2)DTC在生成過程中垂直運動對渦度平流作用隨時間持續(xù)增長,且明顯強于NTC;3)MS和MI環(huán)流下DTC深對流發(fā)展相比NTC更為集中,且多位于低壓中心的西南側。季風背景下TC生成過程中也具有很多共性:1)季風氣流持續(xù)為TC發(fā)展提供充足的水汽輸送,中層濕度相對氣候態(tài)明顯增加;2)低層渦度出現聚集,增強約一倍左右TD生成,主要依靠低層輻合作用。3)深對流面積均有顯著的增加,且在生成前12~18h內存在深對流爆發(fā)。反向季風槽環(huán)流形勢(MI)是較為特殊的季風環(huán)流背景,且熱帶低壓的發(fā)展率最低。針對這一類型典型臺風個例“莫蘭蒂”(Meranti,1010號)的生成和發(fā)展進行診斷分析和數值模擬試驗。結果表明,其低層季風氣流在另一個成熟TC“瑪瑙”的引導下呈西南-東北走向,并在臺灣島附近存在季風氣流彎曲和較大風速水平切變,為莫蘭蒂的生成提供初始擾動。敏感性試驗結果表明:若無此擾動,季風氣流內對流減弱,且無法有效地組織起來形成TC。而“瑪瑙”可以顯著促進TC后期發(fā)展,一方面增強了季風環(huán)流對生成地的水汽輸送,加大中層濕度;另一方面其氣旋性環(huán)流加大了渦旋北側低層向南氣流,影響低層輻合和上升運動,促進了深對流的爆發(fā)和TC增強。另外,臺灣島地形也對渦旋的后期發(fā)展起著促進作用�！澳m蒂”生成期間還受自東向西移動的高空冷渦系統影響。數值試驗表明此系統雖不是影響TC生成的關鍵性因子,但促進了TC的發(fā)展。一方面有利于TC高層形成多向流出通道,另一方面與熱帶低壓的位渦柱之間形成位渦波列,并從高層不斷分裂、平流傳輸至中層與TC的位渦柱合并,對TC渦度發(fā)展產生正作用。在較強風速垂直切變的環(huán)境條件下,“莫蘭蒂”內核結構呈現顯著不對稱特點:順切變方向呈顯著低層流入、高層流出次級環(huán)流結構,且集中了深對流的爆發(fā)和發(fā)展。深對流觸發(fā)前,一方面在活躍的季風云團北部邊緣存在補償性下沉氣流,蒸發(fā)冷卻形成干冷空氣進入邊界層內,隨低層西南季風氣流向北卷入近地面環(huán)流中,與北側高熵空氣相遇觸發(fā)深對流;另一方面中層存在顯著的氣旋性環(huán)流,并存在明顯加濕現象,為深對流的爆發(fā)和持續(xù)性增長提供良好的濕度環(huán)境。深對流觸發(fā)后,中低層渦旋同時加強且中心逐漸靠近,最大風速半徑向內收縮,中心氣壓顯著下降,最終導致莫蘭蒂生成�；谝陨涎芯拷Y果,利用logistic模型篩選環(huán)境因子,發(fā)現低壓生成時的200h Pa散度、低層相對濕度、海溫、500h Pa渦度、850h Pa渦度和陸地覆蓋率六個因子的差異與TD是否發(fā)展關系密切。進一步通過邏輯回歸分析建立TD是否發(fā)展的預報方程,試預報的準確率約80%左右,但空報率偏高。
【學位授予單位】：中國氣象科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P444
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本文編號：1270064