南海热带气旋登陆过程的诊断研究与数值模拟的研究.pdf

南海热带气旋登陆过程的诊断分析和数值模拟研究 气象学专业 李江南 指导教师：王安宇教授 摘要 热带气旋登陆问题是当今国际热带气旋研究的热点之一，南海热带气旋是影 响华南地区的重要灾害性天气系统。本文以南海热带气旋的登陆过程为研究对 象，利用诊断分析和数值模拟(MM5模式)相结合的研究方法，着重对三个方 面的问题进行了具有探索和创新的讨论 一是同化QuikSCAT卫星风资料对南海 热带气旋登陆过程的数值模拟有何影响 二是南海热带气旋登陆前后的三维内核 结构和近海时异常加强的原因以及登陆过程中近地层风场波谱的演变特征；三是 在华南地区，热带气旋暴雨的中尺度特征、成因和暴雨区中的非地转作用。主要 结果如下： 模拟结果有明显的改善 同化QuikSCAT资料后模拟的台风路径、强度变化、暴雨分布和降水强度与 实况一致。6km分辨率的细网格区域模拟的螺旋云带与雷达观测吻合。“黄蜂” 与一般登陆华南的南海台风相比有些异常特征，如近海加强、降雨量较大、强暴 雨中心落在台风西北侧等，但模拟结果较好地重现了这些特征。这表明有好的初 始条件、逼真的模式物理过程和高的网格分辨率，南海热带气旋的路径、强度、 降水以及云尺度的内核结构是可以预报的。同化QuikSCAT资料主要能使模拟的 热带气旋移动路径与实况更为接近，而热带气旋的强度变化和暴雨分布对各种对 流参数化方案非常敏感，其中以Betts-Miller湿对流调整型方案最为合适。 (2)热带气旋近地层风场的波谱结构与移动方向密切相关 近地层不对称性风场的方差主要产生予波数1和波数2的气流中，波谱结构 和热带气旋的移动方向密切相关。当热带气旋沿纬向西移时，有两个纬向排列的 波谱中心；而当热带气旋沿径向北上时，有两个经向排列的波谱中心。切向风主 要呈现波数1的特征，径向风主耍呈现波数2的特征。随强度加强，最大风速半 径缩小。当热带气旋靠近大陆时，近地层风场有摄剧烈的变化。 (3)南海热带气旋登陆前后的内核结构与大西洋飓风和太平洋台风有很大差 异 利用6km细网格区域的显式模拟结果得到了“黄蜂”加强期、强盛期和消亡 期(即登陆前后)的内核轴对称结构模型，在登陆前的强盛期，边界层流入，对 流层高层流出，中层径向气流较弱：弱的云墙随高度向外倾斜，眼的半径约为 25—30km，眼区有弱的下沉运动：强对流区对应着最大风速圈。而最大风速半径 随高度向气旋中心倾斜，这与大西洋台风和西太平洋台风呈现了相反的特征。这 是由于“黄蜂”临近登陆时的强不对称性结构所引起的，在对流最强的西北侧， 强对流云带与最大风速区的位置～致，最大风速半径还是随高度向外倾斜。 (4)中纬度中上层的冷低压系统和热带气旋的相互作用可以使得热带气旋 近海加强 一是由于由于冷低压和热带气旋的外围环流在对流层中层紧密相联，冷低压 系统外围的冷空气从西北侧进入热带气旋的中层，使得位势不稳定能量增加，对 流发展。二是由于冷低压中心的下沉气流正是热带气旋系统次生环流的下沉支， 冷低压南移填塞，热带气旋近海加强。 (5)华南热带气旋暴雨区中的非地转作用与中高纬度有根本的区别 高低空散度场的配置和散度变化与暴雨落区有较好的对应关系，非地转涡 度项对散度倾向项是重要的强迫因素。在华南热带气旋暴雨区。无论是高层还是 低层都存在很强的非地转作用，非地转作用的产生与中高纬度地区有根本的区 别。在低层非地转作用是由于强的位势场气旋涡度(一V2≯‘o)与弱的流场气旋涡度 (Ⅳ，o)不平衡产生的；而在高层非地转作用是由于强的位势场反气旋涡度 (一V2加o)与弱的流场反气旋涡度(片‘o)不平衡产生的。非地转作用是暴雨中尺度 11 系统上升运动发展的触发机制。从动力学角度解释了用非地转Q矢量散度场来判 断暴雨落区要比用准地转Q矢量散度场好的原因。 (6)华南地形和海陆分布与暴雨的形成和增幅有密切的关系 华南地形对暴雨区中尺度系统的形成有重要的作用，正是维持少动的台风倒 槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生发展：地形使降水 明显加强，其增幅达30％。 关键词：南海热带气旋，四维同化，数值模拟，结构和强度，华南暴雨