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双热带气旋具有比单个热带气旋更大的复杂性,因此其预报难度增加。双热带气旋预报不仅需要考虑其自身涡旋结构和大尺度环境场的影响,涡旋间的相互作用也是不可忽略的重要因素。双热带气旋的“藤原效应”导致涡旋互旋、合并或者远离,从而改变双热带气旋的移动路径、强度变化趋势和结构特征。涡旋间的平流过程以及双热带气旋与大尺度环境场的相互作用也会使双热带气旋的预报结果发生改变。因此,在数值预报中考虑双热气旋相互作用是提高双热带气旋预报准确性的重要途径。 在数值模拟中,双热带气旋初始场的准确性是制约双热带气旋预报效果的重要因素。双热带气旋的初始涡旋场通常通过各气象中心的全球模式预报场或再分析资料插值获得,这些模式初始场往往不能准确的描述真实情况下热带气旋的位置、强度和结构特征,从而导致预报误差的增大。为降低双热带气旋初始误差,本文首先对现有的热带气旋的动力初始化(CW13)方案进行改进,加入涡旋尺度调整和水汽调整,保证热带气旋的强度得到增强,并且使涡旋内核尺度与观测资料相吻合,并称之为HTDI方案。在此基础上发展一套适合双热带气旋的动力初始化方案(BVDI)。在BVDI中,两个热带气旋被视为彼此的环境场涡旋,每一个热带气旋在增强的过程将受到另一个热带气旋的影响,这种影响将调整涡旋的外围环流结构。采用双热带气旋动力初始化方案,不仅解决了初始涡旋位置和强度的准确性问题,同时涡旋尺度也符合观测资料要求,并且涡旋结构在双热带气旋相互作用的影响下得到相应的调整。 为了测试BVDI方案的可行性和普适性,本文设计四组试验包括CTRL、SV-CW、SV-HT和BV-HT进行对比分析。其中CTRL为不采用初始化方案的空白对照试验,SV-CW和SV-HT试验分别采用CW13方案和HTDI方案调整初始涡旋,BV-HT试验采用BVDI和HTDI相结合的方案调整初始涡旋。选取2002年至2012年发生在西北太平洋上对11对双热带气旋个例,采用三维、完全物理的中尺度区域数值模式WRF进行数值模拟。为克服WRF模式不支持双移动网格单独移动的缺陷,本文对模式进行修改,实现了双移动网格跟随双热带气旋移动。试验结果表明,采用BVDI后,BV-HT试验的路径误差和强度误差相比CTRL分别减小了35.2%和56.6%,并且模拟准确性同样好于SV-CW和SV-HT试验。 对2006年8月8日00时开始模拟的双热带气旋超强台风桑美和强热带风暴宝霞的个例分析,BV-HT试验再现了桑美快速增强过程,快速增强的启动时间和增强速率均与最佳路径资料保持一致。经过尺度调整的桑美涡旋能够模拟出较小的台风眼,保证了双眼墙形成所需的结构要求,并成功捕捉到桑美双眼墙的形成过程,雨带分布结构与雷达回波资料有良好的对应。这些特点在其他三组试验中不能完全体现。对桑美和宝霞进行不同初始时刻的模拟,结果表明四组试验对初始时刻的选择较为敏感,桑美和宝霞的路径和强度误差存在不同程度的增加。BV-HT试验的平均路径误差和强度误差相比其他三组试验误差最小,进一步说明BVDI方案能够有效改善双热带气旋的预报效果。 基于BV-HT试验的模拟结果,通过分段位涡反演方法诊断桑美和宝霞的相互作用发现,桑美和宝霞的移动主要受到西北太平洋副热带高压和季风槽的控制。桑美在大尺度环境场的东南风引导气流的影响下向西北移动,宝霞在大尺度环境场的东北风引导气流的影响下向西南移动。另外,反演得到的桑美风场提供宝霞向南移动的分量,而反演得到的宝霞风场将桑美向北平移。通过敏感性试验进一步发现,在初始场中去掉桑美涡旋的情况下,宝霞移动偏北,这是由于大尺度环境场的引导气流方向由原来的东北风变为东风。类似的,在初始场中去掉宝霞涡旋后,桑美移动偏南,其原因是由于大尺度环境场的引导风场由东南风变为东风。所以,桑美和宝霞的相互作用主要体现在涡旋场改变大尺度环境场,进而影响涡旋的移动。