發(fā)布時間：2020-11-19 20:08

　　 本文對1997年13號臺風Winnie、2001年8號臺風Toraji和2004年7號臺風Mindulle三個登陸再入海的變性臺風的熱力特征、動力結構和再發(fā)展機制進行了多方面的剖析。通過觀測資料和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),這三個個例在背景場、熱力和動力學結構上既存在著很多共同點,同時也具有很多差異。本文試圖總結出不同路徑條件下變性臺風彼此之間的異同,對變性臺風有更深刻的認識,給出此類臺風變性加強的物理概念模型,為登陸臺風的預報提供相應的依據(jù),起到消災、減災的作用。 1997年臺風Winnie是一個典型的變性加強個例,在變性初期,由于地面摩擦等作用,強度上開始減弱。隨著Winnie北上并與中緯度西風槽相互作用,臺風外圍與中緯度鋒面相互融合,西側冷空氣卷入臺風內部,與臺風中心東側暖氣團形成強烈的對比,導致了熱力結構上呈現(xiàn)不對稱分布,低層為“半冷半暖”熱力特征(西冷東暖)。隨著冷空氣的持續(xù)注入,在臺風低層環(huán)流內出現(xiàn)包圍臺風中心的環(huán)狀鋒生,形成了與冷暖鋒相對應的傾斜分布特征,西側具有冷鋒特征,北側具有暖鋒特征,臺風演變?yōu)殇h面氣旋。在冷空氣包圍臺風中心的過程中,使得斜壓位能向動能轉換,同時,中心東側的暖氣團被迫抬升,臺風內垂直渦度增強,臺風低層環(huán)流發(fā)展。變性氣旋與槽前高空急流耦合,高空正的強濕位渦(MPV)下傳,與臺風低層環(huán)流銜接,下傳的正位渦使得冷空氣增強,相當位溫線更加密集,斜壓性增強,由濕位渦守恒原理可知,必然會導致氣塊在垂直方向的拉伸,促使斜壓性降低,相對渦度進而得到發(fā)展、增強,在低層鋒區(qū)誘生出氣旋性環(huán)流。臺風的變性,使得熱力和動力結構演變?yōu)閮A斜的非對稱分布,其暖心結構首先從臺風中心西側低層遭到破壞,負的溫度距平隨高度向西傾斜。中高層的暖心加強過程中演變?yōu)殡S東側傾斜的暖區(qū),且位置由原來200hPa下降到400hPa附近,整個大氣層呈現(xiàn)較強的斜壓性。臺風達到最強后,其低層會逐步被冷空氣填塞,對流層中上層為暖中心,斜壓系統(tǒng)錮囚。動力特征上,最大風速半徑外擴到3個經緯度左右,而相對渦度偏離于臺風的中心,最大渦度發(fā)生在氣旋中心的西側,且隨高度向西傾斜,在對流層高層與西風槽形成的正渦度中心銜接。從能量角度來看,區(qū)域平均動能和渦動動能的最強增幅位于對流層低層850-600hPa之間,與冷空氣最強位置相對應。可見,Winnie的變性加強過程為中緯度鋒面侵入到臺風內部,冷空氣逐漸包圍臺風中心,再加上高空能量的下傳,與臺風殘渦相互作用,一個溫帶氣旋在鋒面上激發(fā)發(fā)展起來的過程。 2001年臺風Toraji在登陸之后經歷了衰減、變性加強和快速衰減。在變性加強階段,除了受到高空槽前西南氣流的影響,臺風東側存在一低空急流,在低空急流前方山東半島的上空一閉合的低空低壓系統(tǒng),此處為一個強烈的輻合區(qū),當臺風殘渦北移并于該低壓系統(tǒng)結合時,兩個屬性相同的系統(tǒng)疊加,臺風獲得發(fā)展,隨著臺風再次入海并向低空急流輻合區(qū)靠近,再加上海面摩擦的降低,Toraji在移動到山東時再次發(fā)展到最強。此后,高空槽向南加深,從西風槽脫離出來而形成切斷低壓,牽制了臺風的持續(xù)北上,同時變性氣旋難以獲得更多的高空能量,冷空氣逐步填塞氣旋低層,最后錮囚而消亡。由于高空槽前西南氣流和副高的作用,中心東側的環(huán)流大于西側環(huán)流,并且最大風速中心位置偏高,位于對流層中層。敏感性試驗顯示,凝結潛熱釋放在臺風變性加強過程中起到重要的作用,無潛熱釋放時,臺風因為缺乏熱量的交換,登陸氣旋迅速衰減,很快消亡。 2004年臺風Mindulle經歷了三次登陸過程,在浙江登陸并再入海過程,發(fā)生變性加強。其變性加強過程主要受到高空槽及槽前西南氣流的影響,臺風中心東西兩側環(huán)流得到增強,隨著臺風的發(fā)展,南風環(huán)流最大值中心由對流層中層下移至對流層低層。區(qū)域平均動能和渦動動能顯示,兩者大值區(qū)主要集中在400hPa以下,其加強過程主要位于對流層700hPa,900hPa以下近地面層的增幅在三個臺風個例中是最大的,這主要是海面摩擦系數(shù)較小的原因。 三個個例的對比表明,臺風的變性加強與中緯度西風槽相關聯(lián),高空槽攜帶的正渦度平流及高空輻散作用都對臺風的發(fā)展起到積極作用。而高空正濕位渦的下傳,在低層鋒區(qū)誘生出氣旋性環(huán)流,同時加強了冷空氣侵入,促使斜壓位能釋放轉化為動能,臺風殘渦獲得新生而加強。在此過程中,臺風是否與高空急流發(fā)生耦合,是否存在低空急流以及地面摩擦的減弱,都影響著臺風能否加強,以及加強的強度。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：P732
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 臺風變性的定義和分類
    1.2 臺風變性的物理機制
    1.3 臺風變性的影響
    1.4 本文研究目的和內容
第二章 資料和方法
    2.1 資料
    2.2 個例
    2.3 研究方法和步驟
    2.4 模式介紹及物理參數(shù)的設定
    2.5 物理量及診斷方法
第三章 臺風Winnie（1997）的變性結構研究
    3.1 演變過程概述
    3.2 大尺度環(huán)流背景
        3.2.1 高空環(huán)流形勢
        3.2.2 環(huán)境風垂直切變
        3.2.3 緯向風和經向風的垂直分布
    3.3 熱力結構和水汽條件演變
        3.3.1 冷空氣入侵
        3.3.2 水汽輸送
    3.4 動力結構演變
        3.4.1 渦度
        3.4.2 散度
    3.5 濕位渦和動能演變
        3.5.1 濕位渦的演變特征
        3.5.2 動能演變特征
    3.6 小結
第四章 臺風Toraji（2001）觀測分析和數(shù)值研究
    4.1 概述
    4.2 大尺度環(huán)流背景
        4.2.1 高空環(huán)流形勢和云圖
        4.2.2 環(huán)境風垂直切變
        4.2.3 緯向風和經向風垂直分布
    4.3 熱力結構和水汽條件
        4.3.1 冷空氣入侵
        4.3.2 水汽輸送
    4.4 動力特征
        4.4.1 垂直運動
        4.4.2 渦度
        4.4.3 散度
    4.5 濕位渦和動能演變
        4.5.1 濕位渦特征
        4.5.2 動能和擾動動能特征
    4.6 數(shù)值模擬:凝結潛熱對臺風的影響
    4.7 小結
第五章 臺風Mindulle（2004）的觀測分析和數(shù)值研究
    5.1 過程概述
    5.2 大尺度環(huán)流背景
        5.2.1 高空環(huán)流形勢
        5.2.2 緯向風和經向風的垂直分布
    5.3 熱力特征
        5.3.1 冷空氣入侵
        5.3.2 水汽輸送
    5.4 動力特征
        5.4.1 垂直運動
        5.4.2 垂直渦度
        5.4.3 散度
    5.5 濕位渦和動能特征
        5.5.1 濕位渦特征
        5.5.2 動能和擾動動能區(qū)域平均
    5.6 數(shù)值模擬:凝結潛熱對臺風的影響
    5.7 小結
第六章 結論
參考文獻
致謝
個人簡介
學術成果

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 王堅紅;邵彩霞;苗春生;鐘青;吳云榮;;近海海溫對再入海臺風數(shù)值模擬影響的研究[J];熱帶海洋學報;2012年05期

相關碩士學位論文 前1條

1 邵彩霞;再入海臺風基本特征數(shù)值模擬及影響因子研究[D];南京信息工程大學;2012年

本文編號：2890379