基于边界层模型的台风降水模拟与危险性分析

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登陆台风造成的灾害损失很大部分是由于强降水导致的,台风暴雨对人民的生命与财产均造成了严重的威胁和影响。本文对台风降水的预报与危险性进行了研究,并提出了一种参数化的台风降水模型,用于台风降水的预测与危险性分析,具体如下:在Yan Meng模型中引入竖向风速,将两分量的台风边界层运动方程(N-S方程)扩展至三分量进行求解,提出了一个移动台风三分量风速的边界层模型,即改进的Yan Meng、Smith模型(MYS模型),并通过数值模拟进行了竖向风速剖面与径向风速剖面分析。以MM5模型的计算结果作为参考,改进模型的水平切向风速v?与原模型模拟结果基本一致,而对于径向风速rv和竖向风速w,新模型的模拟结果有较为显著的改善。基于MYS模型,结合前人对台风降水模型的研究,提出了一种参数化的台风降水强度预测模型,即基于MYS模型的降水模型(MYSR模型)。通过考虑台风眼壁倾斜角与方位角重分布对降水的影响对MYSR模型进行了修正,并提出了一种由时降水量求取日降水量的简便算法。使用MYSR模型,分别对第0515号台风“卡努”与第0513号台风“泰利”进行了日降水模拟研究。台风“卡努”的模拟结果好于台风“泰利”。台风“泰利”的首日模拟结果较好,随着台风深入内陆,第三日模拟结果与实测结果相差较大。结合上述案例,分析了偏差出现的原因,并指出了模型的不足。以深圳市为中心,选用250 km为半径做模拟圆,并对模拟圆内的台风参数进行最优概率分布的统计。基于Monte Carlo随机抽样方法,应用台风衰减模型模拟台风登陆后的强度变化,并采用直线路径轨迹,随机模拟了研究区域内857组台风情况,即约285年时间里发生的虚拟台风。应用MYSR模型与极值(40)型概率模型计算得到重现期10年、20年、50年、100年与200年的极值降水量,并将上述50年重现期的极值降水量与《热带气旋图集》提供的52年的降水极值统计图进行了对比,结果较好。
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