本文關鍵詞：南海熱帶氣旋迅速增強的數值模擬　出處：《中國氣象科學研究院》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近年來,熱帶氣旋(TC)的強度預報進步緩慢,成為TC研究領域亟待解決的問題。迅速增強(RI)一直是TC強度預報的難點,因而備受關注。南海海域位于熱帶及副熱帶地區(qū),是TC的多發(fā)區(qū)域。由于靠近東亞大陸,南海TC發(fā)生RI后會在很短的時間內影響我國南部地區(qū),給我國的防臺減災造成重大挑戰(zhàn)。因此,針對南海TC的RI過程研究具有重要的現實意義。同時,RI過程中南海環(huán)境場與TC之間常存在顯著的相互作用,其背后蘊藏著豐富的科學問題。因此研究南海TC的RI過程對于加深對TC增強問題的理解大有裨益。本文選取南海超強臺風“威馬遜”(2014)作為研究個例,利用高分辨率數值模擬,研究RI的觸發(fā)機制、RI過程中TC內核結構演變及環(huán)境場和TC內核多尺度相互作用機制,希望借助針對個例的機理研究增進對南海TCRI的理解。本文利用WRF-ARW模式和動力初始化方案對“威馬遜”進行了高分辨率數值模擬,模式水平分辨率最高為2km。模擬過程自“威馬遜”進入南海開始,至登陸我國大陸為止,模擬時長共72h。模擬路徑與強度均與美國臺風聯合預警中心(JTWC)最佳路徑資料相近,最大路徑誤差小于90km,最大強度誤差小于8m/s,RI過程能夠被成功再現。利用常規(guī)及遙感觀測對模擬結果進行驗證,結果表明TC周圍熱帶季風云團、副熱帶高壓、梅雨準靜止鋒及熱帶低壓“麥德姆”(2014)模擬均較為準確,模擬“威馬遜”結構合理,表明模擬結果具有較高的可信度�；诟叻直媛誓M結果,分析了RI過程的觸發(fā)因素。研究發(fā)現“威馬遜”RI期間環(huán)境場穩(wěn)定緩變,因此RI的觸發(fā)機制源于RI前后TC內核的結構變化。這些結構變化主要包括TC軸對稱化和最大風速半徑(RMW)的收縮、內核底層對流有效位能的積累及TC中、高低層環(huán)流中心的迅速對齊過程。TC內核結構變化激發(fā)了深對流活動,從而觸發(fā)了RI過程。研究發(fā)現“威馬遜”RI期間內核出現“雙暖心”(DWC)現象。其中,中層暖心(MWC)位于3-9km高度,隨著TC增強過程出現;高層暖心(UWC)位于13-17km高度,出現于RI的中后期。UWC的出現晚于MWC,且強度略弱。利用位溫收支方程診斷可知眼區(qū)下沉運動為DWC形成的主要原因,其中UWC的形成還伴隨平流層的高熵空氣下沉進入對流層。UWC的生成與對流爆發(fā)(CBs)有重要聯系。UWC生成階段,8km高度RMW內CBs數量迅速增加。CBs突破對流層,其逸出氣流沿著眼壁形成補償性下沉氣流,有利于眼區(qū)高層增暖;同時CBs有利于向上輸送角動量,提高高層慣性穩(wěn)定度,從而提高加熱效率。高層增暖和下沉氣流增加了對流層高層的靜力穩(wěn)定度,導致CBs活動減弱。然而此后UWC仍繼續(xù)增強,表明CBs及補償性下沉氣流并不是UWC增強的唯一機制。利用軌跡追蹤發(fā)現眼區(qū)高層部分氣團來源于TC內核以外平流層低層。這些氣團隨平流層低層淺薄入流進入TC內核并旋轉下沉進入眼區(qū),促進了高層眼區(qū)的增暖。利用Sawyer Eliassen(SE)方程診斷可知該淺薄入流是由出流層的動力強迫導致。利用地表擾動氣壓診斷方程,證明MWC和UWC在TC增強的前期和后期分別占主導地位。從地表氣壓的下降來看,二者貢獻相當。研究表明DWC結構對維持TC增強速率有重要意義。此外,南海夏季風對“威馬遜”RI過程具有重要影響。利用大氣可降水量收支方程證明夏季風對水汽的水平輸送是“威馬遜”的主要水汽來源。敏感性實驗表明改變環(huán)境水汽含量能夠顯著影響RI過程。受季風環(huán)流影響,RI過程中環(huán)境垂直風切變(VWS)較大,平均超過12m/s。強VWS引起TC內核出現明顯的非對稱結構,其中雨帶主要集中在順風切左側(DL)象限,同時上下層中心發(fā)生顯著傾斜。TC傾斜軸的進動過程是TC抵御VWS的有效途徑。研究發(fā)現,TC的增強過程首先伴隨著傾斜軸的順時針旋轉。當TC傾斜軸旋轉到逆風切方向時,TC上、下層環(huán)流中心距離最小,此時TC開始增強;當TC傾斜軸旋轉至DL象限時,內核區(qū)域VWS最小。此時CBs迅速增加,UWC開始建立。表明進動過程是環(huán)境VWS與內核結構相互作用的關鍵機制。通過敏感性實驗證明,TC抵御環(huán)境VWS的能力與TC自身強度有關,當TC較弱時,由于慣性穩(wěn)定度較小,TC無法抵御環(huán)境VWS,增強過程受到抑制。此外研究發(fā)現環(huán)境VWS在上午最大,而上半夜最小,同時雨帶在后半夜開始組織,上午達到最活躍的狀態(tài),下午消散。輻射日變化是造成環(huán)境VWS和雨帶準周期變化的原因。改變輻射日變化的相位不僅可以改變環(huán)境VWS,還可以改變TC雨帶的活躍時間,從而影響TC內核的深對流活動。輻射日變化對RI過程有顯著影響,其中夜間更有利于TC增強。最后研究了TC增強過程中的平衡動力學問題。利用SE方程對TC次級環(huán)流進行了診斷分析,研究證明TC內核RMW以內的相變潛熱加熱是TC次級環(huán)流最重要的強迫項,因此RMW內側深對流活動對TC加強過程有重要影響。同時證明云頂輻射冷卻并不足以解釋平流層低層淺薄入流,而出流層的渦動渦度通量才是關鍵強迫因子。結合切向風收支方程研究了邊界層摩擦的作用,發(fā)現摩擦傾向于增大眼區(qū)的切向風,而減弱眼區(qū)外圍的切向風,表明底層摩擦的凈作用仍是減弱TC強度。
【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】：2017
【分類號】：P444

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

1 Liangxiao SUN;Xiaoyong ZHUGE;Yuan WANG;;Favorable Environments for the Occurrence of Overshooting Tops in Tropical Cyclones[J];Advances in Atmospheric Sciences;2017年04期

2 王慧;王玉清;徐海明;;Improving Simulation of a Tropical Cyclone Using Dynamical Initialization and Large-Scale Spectral Nudging: A Case Study of Typhoon Megi (2010)[J];Acta Meteorologica Sinica;2013年04期

3 WANG DongXiao;LIU QinYan;XIE Qiang;HE ZhiGang;ZHUANG Wei;SHU YeQiang;XIAO XianJun;HONG Bo;WU XiangYu;SUI DanDan;;Progress of regional oceanography study associated with western boundary current in the South China Sea[J];Chinese Science Bulletin;2013年11期

4 李英;郭麗霞;許映龍;胡姝;;IMPACTS OF UPPER-LEVEL COLD VORTEX ON THE RAPID CHANGE OF INTENSITY AND MOTION OF TYPHOON MERANTI(2010)[J];Journal of Tropical Meteorology;2012年02期

5 ;Seasonal variability of tropical cyclones generated over the South China Sea[J];Acta Oceanologica Sinica;2007年04期

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本文編號：1318287