热带气旋“梅花”(2011)两次路径转折机制分析与数值模拟

来源 :中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xukej
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本论文针对2011年第9号热带气旋“梅花”的两次路径转折过程,将观测分析、数值模拟、机制分析和敏感性试验相结合,围绕两次路径转折的原因,研究了内部和外部因素对两次路径转折的不同影响和贡献。  首先,利用多种观测资料揭示了路径转折期间“梅花”的大尺度环境场、水汽输送状况、引导气流、眼墙和螺旋云带演变的多尺度特征。结果显示:第一次路径转折期间,副热带高压的位置从其南侧演变到其北侧,越赤道气流明显减弱造成“梅花”低层的南风分量减小,深层平均引导气流与“梅花”的移速随时间变化趋势较为一致,眼墙和螺旋云带表征的内部结构较为对称;第二次路径转折期间,断裂的副热带高压向南延伸,南海季风增强造成“梅花”低层的南风分量增加,深层平均引导气流与“梅花”的移速随时间有明显的波动,眼区的对流活动由南侧眼墙集中到东侧眼墙,形成了明显的非对称结构。  其次,对路径转折过程开展高分辨率的数值模拟,并将模拟结果和与观测资料进行对比验证。结果表明:数值模式较好地模拟出两次路径转折过程,能再现出螺旋云带及眼区对流的宏微观结构特点以及其时空演变状况,包括第二次路径转折之前的双眼墙结构、路径转折过程中内外眼墙合并、螺旋云带与眼墙合并、对流集中到东南侧外眼墙以及非对称结构形成的关键物理过程。  再次,应用位涡倾向方程、一波位涡倾向以及二维傅里叶分解,三种不同的方法对路径转折机制做出了探讨。位涡倾向方程诊断结果表明:第一次路径转折期间,水平平流项和位涡倾向的分布形式十分相似,非绝热加热项比水平平流项小一个量级,水平平流项所表征外部环流因素是造成第一次路径转折的主要原因。第二次路径转折期间,水平平流项和位涡倾向的分布仍然相似,非绝热加热项的数值增大,对“梅花”向西运动起到了抑制作用。一波位涡倾向的计算结果表明:第一次路径转折期间,一波水平平流项对“梅花”移速的贡献较大,一波垂直平流项和一波非绝热加热项对移速的贡献较小。第二次路径转折期间,一波水平平流项对移速的贡献降低,一波非绝热加热项对移速的贡献逐渐增大。二维快速傅里叶分解将影响热带气旋环流的空间尺度分为大尺度环流分量和风暴尺度分量,第一次转向期间,大尺度环流分量的纬向和经向分量占引导气流的百分比都在83%以上,表明内部的风暴尺度风场对其路径转折的影响程度较小,外部环境风场的影响较大。第二次路径转折期间,风暴尺度场的纬向西风分量对引导引流贡献的百分比从23%上升到36%,经向南风分量对引导引流贡献的百分比介于35%~47%之间,表明内部风暴尺度风场对其路径转折的影响增大。  最后,通过开展减少初始水汽含量的敏感性试验验证了机制分析的结果。逐渐减少初始水汽含量能使中心最低气压逐渐升高,切向和径向风速逐渐减小,内部的非对称结构不变,非对称对流强度和潜热加热率逐渐减小,试验能模拟出第一次路径转折,但不能模拟第二次路径转折,一波非绝热加热项对第二次路径转折的影响逐渐减小,一波水平平流项对第二次路径转折速度的贡献比例增大,由此证实了眼墙的非对称结构和非绝热加热对第二次路径转折期间向西运动产生了抑制作用。水汽凝结项的敏感性试验结果也验证了以上结论,但其引起的路径、强度、非对称结构和潜热加热率等物理量的变化不如减少初始水汽含量的敏感性试验显著。
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