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《南京信息工程大学》 2007年
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副热带夏季涡旋气候动力学的初步研究

代刊  
【摘要】: 副热带涡旋具有多尺度和多种类的特点,其气候动力学研究也越来越受到科学工作者的关注。为对副热带涡旋气候动力学有较全面的了解,本论文从气候学特征、自组织现象观测诊断和自组织动力学三个方面进行了初步的研究。 首先,引入改进的环绕角涡旋识别方法,从ECMWF40年再分析资料(ERA40)和NCEP/NCAR再分析资料(NRA)中提取了副热带西北太平洋,东北太平洋,西北大西洋和东北大西洋4个区域18年夏季的对流低层850hPa涡旋数据集。根据该涡旋数据集,我们分析了副热带涡旋的空间分布和时间变化特征。结果表明:(1)两种资料在四个区域都有很好的一致性,其中西北太平洋的相关性最好。(2)西北太平洋区域是全球副热带涡旋活动相对活跃的区域,区域内分布有两个涡旋活动中心,其涡旋平均强度强,涡旋活动范围广。(3)涡旋活动的活跃区都位于近海或海陆交界处,向远海方向或向内陆方向,涡旋活动明显减弱。(4)不同区域的涡旋活动具有不同的年际变化特征。(5)划分弱涡和强涡两种尺度讨论表明:副热带弱涡主要活动在陆地上或较低纬度地区,强涡则主要分布在近海;除西北太平洋外,其余3个区域的强涡数量都有增加趋势;西北太平洋和东北太平洋的强涡平均强度有增强趋势;东北太平洋、东北大西洋和西北大西洋的弱涡平均强度有增强趋势。 其次,进一步从ERA40再分析资料中提取了西北太平洋区域垂直12层的涡旋数据集,分析三维空间内的涡旋活动。分析发现具有明显的400hPa分界层。400hPa以下:各层涡旋活动的分布区域和年际变化与前述850hPa层相同;950~850hPa气压层内的涡旋活动最强烈;除中国南海外,其余地区随高度升高,涡旋的活动减弱;1000hPa上的涡旋个体强度有上升的趋势。在400hPa以上:250~200hPa层上的涡旋活动最为强烈;各层涡旋活动主要分布在15°~25°N纬度带内呈东西向带状分布,且太平洋中部的涡旋活动最活跃;300~150hPa层的涡旋个体平均强度有下降的趋势。 再次,使用高分辨率的TBB资料分析台风“麦莎”形成时期的自组织过程。结果表明有多种尺度的涡旋相互作用。典型的有:γ中尺度涡旋之间,β中尺度涡旋之间,γ中尺度与β中尺度涡旋之间,以及β中尺度涡旋与热带气旋之间的相互作用和自组织过程。 基于上述观测事实,本文采用Gerris自适应网格模式模拟不同位置、强度和结构的小尺度涡对双涡自组织过程的影响。结果表明:存在一个“Z”形敏感区,当小尺度涡出现在这一区域时,越有可能改变双涡自组织的终态;小尺度涡旋的强度和结构对该“Z”形敏感区范围的大小有重要影响;归纳小尺度涡能改变双涡自组织终态的4个必要条件是:初始位于敏感区内,有足够的强度,与双涡的距离适当,且生存时间足够长。 最后,利用一个高分辨率的拟谱模式,进一步分析了双涡自组织,以及小尺度系统对双涡自组织影响的物理过程。结果表明,(1)双涡合并的物理机制是:在旋转参考系下,流函数场的异质双曲型固定流点进入涡旋内部,持续不断向外抛出涡量形成反气旋性螺旋臂;该螺旋臂构成的非轴对称涡度场,在双涡中心产生相向的气流,使得双涡逐步靠拢合并。(2)小尺度系统改变双涡相互作用的物理机制是:初始时段处于某一涡旋正影响区内的小尺度系统,构成非对称涡度场,进而在该涡旋内部产生指向另一个涡旋的气流;如果该气流足够强,则会使两个涡旋的中心距离在短时间内下降到合并临界距离之内,触发双涡合并过程发生,进而引起能量的逆级串。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P433

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