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《南京信息工程大学》 2007年
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我国近海热带气旋强度突变的机理研究

于玉斌  
【摘要】: 本文对我国近海热带气旋强度突变的机理进行较为系统的研究。得出的一些结果和判据(Criteria)可被实际业务预报参考应用。 本文分析了西北太平洋热带气旋强度变化的气候特征,依据平均值与标准差的数学涵义提出了热带气旋强度突变的标准:突然增强标准为6小时变压小于-7.87 hPa,突然减弱标准为6小时变压大于8.46 hPa。在此基础上,选取我国近海突然增强和突然减弱两组热带气旋,利用逐日4次的NCEP/NCAR再分析资料,采用合成资料(Composite data)分析热带气旋强度突变的垂直结构特征、动能特征和热力特征。文中选取百年一遇的0608号超强台风“桑美”(Saomai),对其在我国近海突然增强的特征及机理作了分析。研究表明,另一个台风“宝霞”(Bopha)与“桑美”(Saomai)的环流合并后减弱,Bopha残涡(Remnant)的正涡度被卷入Saomai是Saomai在近海突然增强的重要原因。另外,近海热带气旋强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈反相变化关系;弱的环境风垂直切变有利于近海热带气旋突然增强;对流层低层的能量转换机制引起旋转风动能增加可导致热带气旋突然增强;热带气旋中心附近的比湿增大,低层水汽辐合的范围和辐合量增强有利于热带气旋突然增强。突然增强热带气旋对流层低层水汽输送条件明显优于突然减弱的热带气旋。对流层中上层非绝热加热随着高度增加,在热带气旋中心附近对流层低层垂直非均匀加热的增大有利于热带气旋的突然增强。对流层高层高位涡中心叠加在中低层位涡柱之上,对流层高层或平流层的大值位涡下传有利于热带气旋突然增强。热带气旋中心附近对流层高层辐散的增强、中心附近正涡度的增大和正涡度柱向对流层中上层伸展导致热带气旋突然增强。而对流层中层辐合的增加以及高位涡中心的存在以及垂直切变的增强可导致热带气旋突然减弱。 文中对近海热带气旋突然增强的诊断分析(Diagnostic analysis)作了数值试验,结果表明,PSU/NCAR MM5 V3.5模式具备了模拟近海热带气旋强度变化的能力。小地形对近海热带气旋的强度影响较小,大地形明显影响热带气旋和强度。凝结潜热加热在近海热带气旋突然增强过程中起着重要的作用。低层气旋性涡旋并入热带气旋环流是近海热带气旋突然增强的重要原因。 分析还表明,近海热带气旋突然增强具有某些前兆性,例如:热带气旋突然增强对环境风垂直切变变化的响应时间为18 h~24 h,对850 hPa动能变化的响应约为18 h,对水汽通量散度变化的响应约为24 h。这些前兆性特征对于提前预测近海热带气旋的突然增强具有一定的实用价值。 本文从非线性动力-热力方程组出发,建立热带气旋的动力系统,从动能、加热以及环境场等角度,定性分析系统状态随若干物理参数(如非绝热加热、静力稳定度、惯性稳定度、风速的垂直切变、水平温度梯度和绝对涡度)的演变导致平衡态失稳,并分析了突变的临界条件。同时,提出了可用于诊断热带气旋强度变化的物理参数。本文最后提出一个理论模型概括了近海热带气旋强度突变的机理。
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