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热带气旋远距离暴雨的研究

丛春华  
【摘要】:热带气旋(TC)登陆前后往往引发严重的暴雨及洪涝灾害,故热带气旋暴雨研究长期受到人们的关注。热带气旋降雨区可分六块(陈联寿,2010),分别为TC核心区降雨(Core region rain)、螺旋雨带(Envelop rain or spiral rain band)、TC内部中小尺度系统降雨(Meso or micro system rain)、不稳定降雨(Unstable rain)、台前飑线降雨(Squall line rain)和TC远距离降雨(Remote rain )。正是这第六块降雨出现在TC环流的千里之外,常受到TC暴雨预报的忽视。这块降雨虽然与TC相隔遥远,但它的出现和TC之间有密切的物理联系,故称之为热带气旋远距离降雨(Tropical cyclone Remote Precipitation—TRP).这块降雨(TRP)形成的机理正是本文研究的主题。 并非所有的TC都能产生TRP现象,只有一小部分TC能产生,这是一种小概率事件。TRP不仅发生在中国,也发生在日本和美国。美国科学家(Cote,2007)将此类降雨称为Predecessor Rain Events ahead of tropical cyclones (PREs)。本文系统地研究了台风的TRP现象,所得结果对实际预报有参考价值。 本文对1971年~2006年TRP的统计结果表明,这种现象具有明显的时空(spatial and temporal)分布特征。TRP遍及我国大陆27个省(市、自治区),其中环渤海地区和川陕交界处是TRP事件发生的高频区。大部分TRP发生在6~9月,其中7~8月最多。TRP事件具有范围大,降雨强和持续时间长等特点。36年间共有169个TC引发了TRP,占总TC的14.7%,其中有相当一部分的TRP可持续2日以上。引发TRP的TC存在三条优势路径,一是进入南海北部或登陆华南类(56.8%),二是登陆闽浙沿海(24.3%)类,三是近海转向(13%)类。TRP大多发生在TC强度减弱的阶段。 本文用合成分析(composite data analysis)分别对环渤海地区和川陕地区有无TRP的大尺度环流背景和水汽输送特征进行对比分析。结果显示,有利于TRP发生的大气环流背景是近海TC能将水汽输送到上述两块遥远的雨区,并存在TC与中纬度槽的相互作用,高层急流相关的辐散场激发上升运动。如热带气旋北侧并无西风槽而代之为高压和偏北气流阻断,这对发生TRP不利。 采用TC bogus技术,设计了去除TC和减弱TC强度的敏感性试验来研究TC对TRP的影响。试验结果显示,TC对TRP的发生发展至关重要,去除TC后,TRP降雨量明显减弱。TC不仅向TRP输送水汽,同时还通过其东侧低空急流的强弱影响TRP区的动力辐合和垂直运动。减弱TC强度,TRP区域水汽辐合、水汽的水平输送和垂直输送均变弱,TRP降雨量也减弱明显 用Legendre滤波方法改变西风槽的强度,获得两组弱西风槽和两组强西风槽来研究其对TRP的影响。结果表明, TRP的强度和落区对西风槽强度的变化非常敏感。强西风槽更有利于TC东侧低层水汽向TRP区的输送和辐合上升。减弱西风槽强度,TRP降雨明显减弱,而增强西风槽的强度,TRP降雨强度显著增加。TRP的降雨强度与西风槽强度存在正相关。 地形对TRP起到一定的增幅作用。去除地形,TRP雨量减弱,提高地形高度,TRP雨量变化不大,但中心位置发生位移。地形的作用主要体现在迎风坡的抬升、地形绕流后辐合及狭管效应等方面。地形对TRP的影响具有局地性,使TRP降雨局地性增强。 三个TRP个例诊断分析对比表明,TC与西风带系统相互作用过程中不仅向TRP区输送水汽,同时还影响着TRP区的动力强迫场,激发TRP发生发展。 综合研究结果表明,TRP是TC和西风槽(包括中纬度槽和涡、弱冷空气、切变线等低值系统)相互作用的结果,地形对TRP有一定的增幅作用。本文最后得出的TRP事件概念模型(conceptual model)对业务预报有一定的参考价值。


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