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《国家海洋环境预报中心》 2019年
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西北太平洋台风季节活动的数值模拟

渠鸿宇  
【摘要】:西北太平洋是世界上台风发生频数最多的区域,平均每年有28.2个台风生成。我国东部与西北太平洋相邻,是受台风影响严重的国家,平均每年有7个台风登陆我国。由台风带来的狂风、暴雨、风暴潮及次生灾害会给沿海地区带来重大的财产损失及人员伤亡。台风活动具有显著的季节、年际以及年代际变化特征,1977-2016年间,台风年频数最高达37个,而最少的只有14个。因此,将具有年际变化的台风季节活动在台风季来临之前准确预报,可以给政府和公众提供充裕的时间对台风灾害做准备,将风险和损失降到最小。本文通过动力预报的方法,使用区域耦合模式COAWST模式对西北太平洋5月—10月的台风活动进行了相关的研究及预报。大尺度场对台风的生成及移动均具有重要的影响,区域模式在长期积分过程中会出现大尺度场漂移的现象,为了改善模式的季节预报技巧,首先研究了谱松弛同化方案对台风季节活动模拟的影响。结果表明,相比于未采用谱松弛同化方案的控制试验,谱松弛同化试验能够显著提高对台风频数、强度、ACE分布以及路径密度分布的模拟,模拟的台风季节活动与观测更加一致。谱松弛同化方案对台风季节活动模拟的改善主要通过改善模式的大尺度场实现。谱松驰同化方案可以使模式中高层的大尺度场(高度场、温度场、水平速度场及湿度场)向再分析场逼近,改善区域模式长时间积分对大尺度的模拟,进而改善模式中海气相互作用过程及中小尺度过程,实现对台风季节活动模拟的改善。在此基础上,进一步研究了耦合模式中不同积云对流参数化方案对台风季节活动模拟的影响。积云对流过程对台风的生成和发展至关重要,模式中引入的积云对流参数化方案是否合理,是能否成功模拟台风的关键。研究中对比了COAWST模式中四种的常用积云对流参数化方案(Kain-Fritsch(new Eta)方案,Betts-Miller-Janjic方案,Grell-Freitas方案和Grell-3方案)的差异,并考察台风季节活动的数值模拟对不同积云对流参数化方案选取的敏感性。不同积云对流参数化方案敏感性试验的模拟结果表明:在COAWST模式中,采用Kain-Fritsch(new Eta)方案进行台风季节活动的数值模拟,对台风频数和台风路径密度模拟具有最优的效果;而采用Grell-Freitas方案进行台风季节活动的数值模拟,对台风强度模拟具有最优的效果,相较于其他三种积云对流参数化方案,选用Betts-MillerJanjic方案模拟的台风频次及台风强度与观测相差最大。因为目前台风季节预测更多的关注台风频数信息和影响范围,因此,对于台风季节预测,Kain-Fritsch方案是较优的选择方案。在采用谱松弛同化方案并优化了积云对流参数化选项的基础上,进一步建立了区域耦合台风季节预报系统。选用CFSv2全球季节预报数据作为初边界场,对西北太平洋2011—2018年台风季的台风活动情况进行了历史回报试验,以检验预报系统的性能。回报试验的结果分析表明:相比于CFSv2预报的台风季节活动的频次偏少、强度偏弱,新建系统可以有效的改进台风频次及强度预报,尤其是改进强度超过TY等级的台风预报,但是预报结果与观测的台风频次及强度仍存在一定差距,主要体现为预报的季节总台风频次偏多、强台风的峰值相对偏弱。分析对台风生成、发展及移动较为重要的影响因子发现,台风频数预报效果的好坏与季风槽、850hPa相对涡度、低空辐合及高空辐散、海表潜热释放量和海表温度的预报效果有关。当预报的季风槽偏东,低纬度海域相对涡度偏大、低层辐合较强及高空辐散较弱、海表面潜热释放和海表面温度的有正明显偏差时,更有利于台风的发生及发展,导致预报的台风总频数超过观测的台风频数。
【学位授予单位】:国家海洋环境预报中心
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:P732.3

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