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台风莫拉克的动力诊断分析与数值模拟

林青  
【摘要】:台风登陆过程产生的结构变化容易引起台风的强度变化以及降水的非对称分布。本文基于Ncep再分析资料、Fy-2c卫星TBB资料和TRMM3B42三小时降水资料,研究了台风莫拉克登陆的全过程,对其环境条件及动力分析表明,整个台风移动过程中,受到西南季风的影响,使得台风南部的水汽供应旺盛。台风登陆期间眼区放大,出现空心化,使得台风呈现较明显的非对称结构。台风中的无辐散风分量大于无旋风分量,无辐散风分量的分布也体现台风的非对称风场结构。 利用wrf模式对台风莫拉克(0908)发展、登陆过程进行高分辨的数值模拟,利用wrf三维变分系统直接循环同化ATOVS辐射率资料来提高模式模拟效果,对路径以及强度的改善比较明显。通过实况资料的验证,结果表明:模式较为成功地模拟出了台风的移动路径、强度以及降水分布。利用模式的输出结果对台风登陆过程结构变化进行分析表明,在一次登陆期间台风的非对称结构造成降水的非对称,导致台湾岛的南部地区有较强的对流带维持,同时活跃着许多新生对流涡旋热塔结构系统,造成台湾南部破记录的降水。 台风在登陆台湾前有PV塔状结构,PV塔状结构的崩溃与重建和台风结构的变化密切相关,轴对称结构分析显示台风登陆前后有明显的最大切向风的垂直分布变化,边界层入流的变化台对风眼墙的倾斜有明显影响。涡动动能的分布显示,登陆前后台风的一波动能为主导,登陆后高波数动能影响也较大,这与涡旋热塔的联系比较密切。位涡的收支显示非绝热加热扰动与涡度扰动项对眼区PV的径向再分布起着重要作用,导致眼墙区域对流的变化。 台风在二次登陆之后眼墙受到破坏,主要是由于湿暖空气从台风北部低层被气旋式环流带入眼区西部,受地形影响抬升与干空气混合,登陆之后位涡的环状结构受到破坏,部分眼墙有明显位涡混合,这可能与外雨带的位涡扰动输送有关。利用轨迹示踪粒子在登陆期间物理量的变化表明,在眼墙不连续处,有高熵的气块向眼墙混合。分析二次登陆前后切向风的收支可见,摩擦强迫项以及径向风加强输送是登陆后影响台风结构,造成眼区放大,结构非对称的重要原因。 台风登陆后的结构非对称也体现在降水的微物理类型上。在台风登陆过程中,雨水混合比的大值区与霰粒子大值区的分布范围比较接近,说明在台风登陆中冷云降水过程对台风眼墙附近的降水具有关键作用。霰微物理过程的强弱变化与雨水的变化趋势一致,可见霰粒子溶化形成水滴是导致暴雨的主要机制,。 运用不同的动力因子对台风的降水进行诊断,发现湿热力平流参数、波作用密度等对降水的分布有很好的指示意义。从大气运动的Lagrangian密度出发,得到新的斜压惯性不变守恒量,对台风带来的暴雨的落区预测有较好的效果。


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