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《中国气象科学研究院》 2013年
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热带气旋内外雨带结构、外雨带生成和准周期活动

李青青  
【摘要】:本论文利用高分辨率理想数值模式(TCM4)分析了热带气旋螺旋内外雨带的结构特征、外雨带形成机制及其准周期活动,此外也研究了准周期外雨带活动对热带气旋结构和强度的影响。 文中首先系统性地比较了控制试验中模拟的内雨带和外雨带结构和活动的异同。内雨带通常活跃在眼壁外的快速涡丝化带中,而外雨带则活跃在3倍最大风半径外区域。内雨带具有对流耦合涡旋Rossby波特征。外雨带的移动与低层风矢量有关,即沿着轴平均低层风和下沉运动导致的边界层冷池产生的径向向外跨雨带非对称风矢量移动。外雨带中的对流单体呈现典型的对流系统特征,在较大(小)半径处切向方向气旋式运动,径向上向外(里)移动。向上的净垂直质量输送在内雨带区域贯穿整个对流层,而在外雨带区域向下的净质量输送出现在4km高度以下。在内雨带区域仅只有非常浅薄的净水平辐合层位于2-km以下,外雨带区域则在7.5km高度以下为净辐合,以上为净辐散。内雨带中存在两个切向风大值区,一个位于入流边界层顶,另一个位于出流层底。在外雨带内侧边缘4km高度存在次级水平风大值。外雨带上游、中游和下游部分的结构也存在明显差异。 控制试验中模拟的外螺旋雨带通常在60km半径(约为3倍最大风半径)附近生成,生成后它们通常以约5m s-1的速度径向向外传播。外雨带的生成呈显准周期性,周期约为22-26小时。内雨带与对流耦合的涡旋Rossby波有关,因此其生成主要是涡旋Rossby波的激发,但外雨带的形成则更为复杂。外雨带生成位置主要由快速涡丝化过程对深对流的抑制作用同触发深对流所需动力和热力条件之间的平衡所决定。 控制试验中外雨带的准周期活动与边界层从对流消耗CAPE以及对流下沉的影响中恢复过程有着紧密关系。一旦外雨带生成,雨带中的对流会产生强烈的干冷下沉运动并消耗CAPE,这将减弱外雨带生成位置附近的对流。随着外雨带向外传播以及对流消亡,外雨带生成附近的边界层通过从洋面吸收能量历经大约10小时逐渐恢复,此后新的对流和外雨带将生成。然后上述物理过程重复发生,形成外雨带的准周期活动。随着外雨带的准周期活动,模拟的热带气旋强度也经历类似的准周期振荡,其强度或增强率在外雨带生成后约4小时开始减小。上述结果为热带气旋中观测到的准周期(准一天)强度和出流层云砧变化提供了另一种可能的解释。 为研究外核区地表熵通量对外雨带活动的影响,我们设计了两个敏感性试验,分别将外核区地表熵通量各人为地增加和减小20%。这两个试验结果也显示了准周期的外雨带活动。加强的径向风导致的负的水平平流作用以及非对称涡动导致的正的作用使得地表熵通量增强试验中外雨带活动的周期更长。同控制试验结果一致,地表熵通量减小试验中模拟的外雨带活动明显地抑制气旋强度,然而地表熵通量增强试验中外雨带对强度的影响则不显著。外雨带中的非绝热加热可以增强外核区切向风,进而增大内核尺度,因此准周期的外雨带活动也会导致热带气旋内核区尺度的准周期变化。
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P444

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