【摘 要】
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随着观测技术的改进和数值模式的发展,对热带气旋(Tropical Cyclone,TC)的精细化预报成为可能,其中路径是精细化预报中的首要问题。在数值模拟和观测分析中,发现TC路径存在摆动现象,这种摆动不仅影响受灾地区的防灾减灾工作,也对TC的强度和结构变化产生影响,给精细化预报带来很大的挑战。目前针对路径小尺度摆动的研究较少,尤其是对高时空分辨率的精细化路径缺乏认识。本文采用2005年飓风威尔玛
【基金项目】
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国家重点基础研究发展计划(973计划)“登陆台风精细结构的观测、预报与影响评估”第三课题登陆台风精细化结构演变特征及其机理研究(2015CB452803);起止日期:2015.9至今; 国家自然科学基金项目(NSFC No.41730961;No.41675051);
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随着观测技术的改进和数值模式的发展,对热带气旋(Tropical Cyclone,TC)的精细化预报成为可能,其中路径是精细化预报中的首要问题。在数值模拟和观测分析中,发现TC路径存在摆动现象,这种摆动不仅影响受灾地区的防灾减灾工作,也对TC的强度和结构变化产生影响,给精细化预报带来很大的挑战。目前针对路径小尺度摆动的研究较少,尤其是对高时空分辨率的精细化路径缺乏认识。本文采用2005年飓风威尔玛(Wilma)的高时空分辨率WRF(Weather Research Forecast)数值模拟资料,对路径的小尺度摆动特征及机理进行了探讨。研究路径的小尺度摆动,需要用到位涡趋势(Potential Vorticity Tendency,PVT)方法进行诊断,在高水平分辨率资料中,PVT方法计算的TC移速与TC中心移速之间会产生一定误差,本文对PVT方法进行了改进,通过缩短模式输出的时间间隔,或者对计算位涡所需的物理量原始场进行多次空间平滑,使得误差明显减小。由于位涡的结构变化也会对路径的摆动产生影响,因此我们对位涡进行收支分析,结果表明,平流输送使得位涡的空间分布发生改变,加热作用使得眼墙中低层的位涡增加,并通过垂直平流沿眼墙向上输送,降水粒子的拖曳作用使得眼墙附近位涡下降,但贡献比其余项小一个量级以上。除此以外,路径对TC中心的定位比较敏感,对中心的合理定位不仅影响路径的精确程度,还会影响TC的强度和结构变化,尤其是内核区域的风场和位涡的结构变化,为此我们评估了四种常见的中心定位方法:最小气压方差中心(Minimum pressure Variance Center,MVC)、最大切向风中心(Maximum Tangential wind Center,MTC)、气压权重中心(Pressure Centroid Center,PCC)和位涡权重中心(Potential Vorticity centroid Center,PVC),发现四种中心的路径和垂直倾斜的差别在快速增强阶段较小,各中心的路径摆动都呈现出围绕平均路径做气旋性旋转的特征,其中最小气压方差中心的结果相对平滑合理,最大切向风中心频繁出现突变跳点,气压权重中心和位涡权重中心受气压场和位涡场的影响较大,使用四种中心将风场和位涡场分解为对称和非对称分量时,最小气压方差中心会得到最大化对称分量,而气压权重中心会带来最大的非对称分量。在高时空分辨率模式资料下,四种中心均客观地给出了路径的小尺度摆动现象,其摆动幅度从几百米至十公里,摆动周期从几十分钟至十几小时,以方位角一波分量为主的扰动造成了路径的摆动,内核区域的位涡结构变化会引起路径发生短期摆动。本文对研究方法的可靠性进行了验证和改进,从TC结构变化的角度给出了路径小尺度摆动的可能原因,为进一步研究路径摆动与结构变化之间的关联夯实基础并提出思路,具有重要的科学意义和实际参考价值。
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