强垂直风切变环境下对流单体对飓风强度的影响

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螺旋度的概念己证实能应用于指示中高纬度上的超级单体,但是在热带气旋深厚对流中的应用尚鲜见。本文以1998年的飓风Bonnie为研究个例,利用MM5高分辨率的模拟资料,将环境垂直风切变较强时段的平均风暴相对螺旋度和对流有效位能的水平分布和量级与观测资料结果进行了比较,证实风暴相对螺旋度与环境垂直风切变的方向和大小密切相关,环境垂直切变大时,顺切变区域的风暴相对螺旋度总体大于逆切变区,最大值通常出现在顺切变右侧象限;结合风暴相对螺旋度和对流有效位能,能够指示飓风Bonnie中深厚对流单体的活跃区域。飓风Bonnie在环境垂直风切变较大的时候,强度仍能剧烈增长。对比观测信息和模式计算结果可以看出,模式结果不仅刻画出观测中包含风暴相对螺旋度、对流有效位能、平均风场以及局地垂直风切变的信息,同时在空间上更加连续地揭示了风暴相对螺旋度的非均匀分布特征及其与环境垂直风切变方向的关系。同时分析了飓风Bonnie的强度和环境风切变随时间的变化,并选取了3个典型时刻讨论主要物理量,以及风暴相对螺旋度和对流有效位能的水平结构。发现在不同切变值的时刻,各物理量水平分布的特征各不相同,切变值越大,水平分布的非对称性越明显。热带气旋中的对流单体有助于维持和加强热带气旋的强度,但是对其影响机制的研究并不多见。本文分别描述了环境切变增强阶段,眼壁和螺旋雨带中的对流单体的分布特征、三维结构和涡度收支情况,探讨了对流单体的发生发展对热带气旋强度的影响。结果表明在环境切变很强阶段,眼壁中的深厚对流单体呈非对称分布,集中在顺切变区,而在螺旋雨带尾部不断有小型对流单体生成,随平流向眼区移动。在螺旋度和对流有效位能的作用下,眼壁中的深厚涡旋对流单体(涡旋对流热塔和对流爆发)含有大量的螺旋度,在中低层激发二级垂直环流,这有助于降低中心气压,对热带气旋暖心的维持和加强有较大贡献;螺旋度和对流有效位能作为促进因素,一定程度上能补偿风暴中心强大的通风作用,从而抵消环境风垂直切变的削弱作用。而螺旋雨带尾部不断有成对的正负涡度对生成,对应着小型对流单体,这些涡度对很大程度上是由倾斜项产生的,与局地垂直风切变有密切关系;在SREH和CAPE的作用下,这些对流单体得到发展,随着平流不断移入热带气旋中心,使得眼区涡度增加,从而增加热带气旋整体的强度。
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