台风的结构与发生发展.pptVIP

第十讲 台风的结构和发生发展 丁一汇 国家气候中心 10.1 热带气旋研究和业务预报的进展 （1）由于卫星探测，计算机技术和其他观测技术的进展以及外场观测试验的实施，对于热带气旋的结构和强度变化有了更深入的认识，这包括环境影响、强对流系统作用与海气边界层交换等方面。环境影响包括风速垂直切变、中纬度长波槽以及热带气旋与中纬度环流系统相互作用、台风变性成温带气旋等。对流运动往往引起台风的非对称结构，从而对结构和强度变化产生影响。 （2）通过热带气旋发生频率与ENSO，QBO，MJO，非洲东风波和西非降雨等关系的研究，提出了热带气旋的季节预报方法，并进行试验性的预报。 10.2 台风的结构 （4）眼壁在大约6小时时间尺度内保持梯度风和热成风平衡； （5）雷达反射率最大值区的坡度向外倾斜，它比上升气流的坡度小得多。这种差别是因为雨滴落出上升气流，掉在比低空上升气流离中心更远的地方。这时降水质点是在几乎没有径向运动的气层中下落，直到最后落入低层的流入层；（6）由眼壁上升气流激起的下沉运动，在沿眼壁内边缘宽10～20km的半径带区，而不是在眼中心组织起来。 10.3 台风形成的条件和物理过程 台风的形成包括台风的发生和发展或加强。台风的发生是指一个弱的未闭合的扰动（涡度为10～15×10-6s-1）如何发展成一个闭合的较深厚的热带气旋（涡度为50～100×10-6s-1），而台风的发展是指以后如何增强成台风。关于台风形成的问题主要有两个方面的问题：一是台风形成的条件，一是台风形成的物理过程。对这两个问题虽然研究得很多，但至今还没有完全一致的看法。台风从本质上看是出现在热带海洋上一种天气尺度的有组织的对流系统。要使得对流活动不断发生，低层要有暖湿空气、位势不稳定的层结和低空辐合或上升运动。因而台风只能形成在暖洋面及低层正涡度的辐合区。 从气候观点看，下面一些参数与台风形成有关：（1）海面温度和暖水层厚度。很早以来就已经知道26.5℃的海面温度是台风形成的临界温度；（2） 对流不稳定。因为深对流对于成熟台风是非常重要的，因而应有强的对流不稳定。但是热带大气无论冬夏都是条件不稳定的。 积云对流热量和水汽的垂直输送 积云对热量和水汽的垂直输送由 和 表示。图10.5是对热带三种云的理论计算结果。它们的活跃上升气流覆盖面积为1％。因为上升气流比环境暖，故热通量是向上的。热量的辐合位于对流层上部。在该层，对于最大的云非绝热加热为20℃?d-1。 10.4 台风形成的理论和发生发展概念模型 台风形成的理论主要有两种。一是CISK机制（第二类条件不稳定），一是积云动量垂直输送机制。根据CISK机制很容易解释潜热释放在台风发展中的作用。在海洋上由于摩擦作用，产生低空的水汽向内的水平辐合流入和向上输送，形成积雨云。积雨云单体通过凝结潜热释放，使大气层增暖，高层质量流出辐散，引起地面气压降低，从而增强低空气旋性环流。在边界层摩擦作用下，向中心的风分量增加，这使得低空的辐合增强，辐合引起更多的积雨云，释放更多的潜热，从而使地面气压能继续下降。如此循环下去。 为了使这种过程能继续进行和更有效，要求对流层垂直切变要小，这样才能把释放出来的潜热集中在相当小的一个区域中。从这个理论可知，台风中对流活动和潜热释放不是随机的，而是受中尺度和天气尺度运动制约的。即天气尺度扰动产生水汽辐合，把积云组织起来，并维持其不断的增长和发展，而扰动中的积云对流所释放的潜热能供给天气尺度扰动运动的能量。这种相互作用的过程使对流层中上部不断增暖，扰动中心气压不断降低，从而导致台风的不断发展。这种由积云对流和天气尺度扰动两者相互作用所产生的不稳定性，称作为第二类条件不稳定。 第二种理论是积云摩擦混合理论 积云对流在热带气旋生成的早期阶段，在距中心较远处（5o纬距半径以外），积云对动量的垂直输送（积云摩擦）反倒是加强垂直切变的。根据积雨云的理论模式，当对流层和低层的风向相反时，积雨云会使垂直切变增加，而不是使它减小。由积云上升气流所产生的垂直动能被转换为平均气流的动能。另外，根据地转适应理论，对于风场运动的水平尺度小于罗斯贝变形半径的情况，质量场将向变化着的风场适应。在低纬，对于热带气旋的运动尺度，质量场倾向于完全向风场扰动适应。 当扰动进入一个风的垂直切变的反气旋性的区域，常有利于热带扰动的加强。虽然在风暴的中心，风的切变为零，但是距中心200公里以外，存在着强的切变，当热带扰动周围存在这种反气旋切变时，积云对流可以增强切变，使风场在低空变得更加气旋式，而在高空变得更呈反气旋式，使扰动风场加强。以后气压场则向这个加强着的环流调整。按热成风公式，反气旋式风的垂直切变意味着反气旋式切变中心的温度最大值就位于热带