登陆台风环流内一次中尺度强对流系统的结构和发生发展机理的分析研究

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本论文主要研究2005年05号台风“海棠”登陆福建后在台风外围云系里发展起来的一次中尺度对流过程的结构特征和发生发展机理。首先通过对这次中尺度对流过程在卫星云图和雷达图上的演变进行了分析,利用NCEP再分析资料对中尺度对流系统的结构进行研究,得到台风环流内中尺度对流系统的结构特征;然后运用NCEP再分析资料分别对这次中尺度对流系统生成和发展阶段的特征进行了分析,得到了这次中尺度对流系统的形成机制和发展机制;最后利用中尺度非静力数值模式WRF对台风及中尺度对流系统进行了数值模拟,验证了地形对中尺度对流系统的加强作用,为进一步利用数值模拟结果分析这次中尺度对流系统演变机制提供了依据。 第一章绪论中,主要介绍了国内外登陆台风及其台风内中尺度对流系统的研究现状,包括登陆台风的研究意义和研究概况,台风环流内中尺度对流系统的研究意义和研究进展,中尺度对流系统对台风暴雨的影响,台风环流内中尺度对流系统的诊断分析和数值模拟,台风环流内中尺度对流系统的影响因子,位涡及湿位涡理论在研究中尺度对流系统中的应用。重点论述了登陆台风和台风内中尺度对流系统的研究进展,指出,登陆台风内中尺度对流系统与一般条件下的中尺度对流系统具有不同的特点,由于它所处的环境场的特殊性,即存在于台风环流中,所以具有其独有的特点。最后介绍了湿位涡理论在天气学方面的应用研究。 第二章主要介绍了0505号台风“海棠”登陆福建后外围云系里发展起来的一次中尺度对流过程。从云图上我们可以了解这次中尺度对流系统的整个演变过程,并根据雷达资料论证了这个中尺度对流系统在所经过地区造成了特大暴雨。运用NCEP再分析资料对这个中尺度对流系统进行了结构分析,发现在成熟阶段,这个中尺度对流系统是个倾斜对流系统。 第三章主要运用NCEP再分析资料分别对中尺度对流系统的形成机制和发展机制进行了分析。从对流系统形成机制的分析得到,对流不稳定和低层辐合引起的垂直上升运动是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制:台风强烈的东南气流携带海上暖湿气流在温州东南部沿海低层相对冷区的边缘处发生强烈辐合堆积,一方面增强了低层大气的对流不稳定性,为对流形成提供了潜在的对流不稳定能量;另一方面在地形的作用下低层发生强烈辐合,与中层辐散气流配合,产生强烈的垂直上升运动,释放潜在的对流不稳定能量,从而形成对流。对流系统生成前,对流层中低层出现了干暖盖,干暖盖效应使得低层大气对流不稳定性累积,为对流系统生成后进一步发展提供充足的能量来源。 通过运用湿位涡和倾斜涡度发展理论诊断中尺度对流系统的发展机制时得到:对流系统在暖湿空气和冷空气堆中心交汇的地方发展,那里等θe线有明显的倾斜,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于气旋性涡度向西北方向发展;另一方面由于大气水平风垂直切变引起的湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,有利于对流系统在西北方向上的倾斜维持。强降水主要出现在对流系统中下层:低层满足湿对称不稳定,在地形的强迫作用下,释放湿对称不稳定能量,产生强降水;中层也满足湿对称不稳定,倾斜上升运动把低层具有强不稳定能量的暖湿空气向西北输送,在那里由于湿等熵面倾斜引的涡旋发展作为一种强迫机制促使不稳定能量得到释放,产生降水。 第四章主要使用中尺度数值模式WRF模拟分析了台风“海棠”登陆福建前后的发展过程。模式很好地模拟了“海棠”登陆福建后的路径、强度变化和降水的分布,特别是模拟出了中尺度对流系统的演变过程,并验证了地形对中尺度对流系统的加强作用。 第五章对登陆台风环流内中尺度对流系统的结构特征和形成发展机制进行总结性的描述。
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