台风变性和重新加强过程的诊断和模拟研究

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热带气旋的温带转变过程(Extratropical Transition,简称ET,包括变性阶段和重新加强阶段)使中高纬度地区遭受意外的风雨灾害,因为对ET过程的预报仍是目前的一个难点,这也使ET过程成为近期气象研究的热点之一.在以往的研究中,认为斜压带侵入热带气旋是其发生变性的基本条件,它决定了热力和动力物理过程以及云雨分布的变化.然而,1997年造成大范围暴雨和风暴潮灾害的Winnie台风却是在没有斜压带侵入的情况下发生变性并重新加强的.针对这一问题,该文对其变性过程中的冷空气来源、锋面形成过程以及变性后气旋的重新加强原因进行了天气分析和诊断、数值模拟分析、数值模拟对比试验、以及能量学的计算.主要研究结果如下:对于这类没有斜压带侵入的变性过程,初始台风西侧云系的减弱是和对流层高层辐合形成的下沉气流相关的.导致台风变性的冷空气在其北侧的雨区中局地产生并加强,而且主要位于3km以下,是由于降水蒸发制冷形成的.冷空气在偏北风的作用下逐步扩散到气旋的西侧以及南侧,最终使气旋变为半冷半暖的温带锋面气旋结构.而在3km-6km之间形成的锋面和雨区中的潜热加热导致温度对比增加相关.由于在Winnie的变性过程中没有斜压带侵入,在它上空没有出现强的垂直风切变,使Winnie的暖心没有向下风方倾斜,而是沿着锋面上方倾斜分布.通过等熵位涡(IPV)的分析考察了气旋变性后的重新发展过程.结果发现,由于向北移动的变性气旋使高层扰动脊区的位涡小值区减少,对流层顶抬高,从而使高层的扰动加强.向北移动的变性气旋中南暖北冷的斜压带和加强后的高层扰动正位涡异常区在垂直方向上叠加后,导致了气旋斜压不稳定发展.通过初始场无变性气旋的对比试验证明,初始变性气旋的存在对重新加强过程的发生是非常重要的,而且它的重要性是通过潜热反馈过程实现的.对初始变性气旋中的涡度、水汽、及斜压性这三个因子对气旋变性后的重新发展的相对重要性的一系列对比试验表明,初始涡旋环流最重要,其次是水汽,而初始斜压性的影响最少.试验结果的进一步分析表明,涡旋使水汽从环境中向气旋内辐合,形成气旋内的高湿条件,并在气旋北侧的暖锋上形成降水,降水所伴随的对流层中上层的潜热加热,使高层扰动脊区的位涡减少,从而使高空扰动加强.对流层低层的雨滴蒸发冷却,导致气旋内低层的斜压性维持和加强.当它和高层的扰动发生耦合时,变性气旋就获得了重新发展.因此,斜压性仍是变性气旋重新发展的直接原因,但是斜压性的存在是和潜热过程相联系的,所以它可能是这类外界没有斜压带侵入的变性气旋重新发展的特点.或许可以把这类ET过程称为"第二类温带转变过程".
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