热带风暴“海马”的数值模拟及其变性阶段的结构演变特征

【摘要】：本文利用WRF模式对热带风暴“海马”登陆后减弱,与中纬度系统相互作用后变性加强的过程进行数值模拟。检验结果证明WRF模式能够较好地模拟“海马”变性阶段的路径、强度、降水、云图及其变性后再度加强的过程,并能准确模拟它变性阶段高低空环流配置及其中心附近垂直结构。对“海马”变性前后的结构分析表明,热带风暴Haima登陆后迅速减弱,在登陆初期维持正压结构。在向北移动的过程中,与西北方向移来的西风槽相遇。其西北侧,对应高空槽前急流入口区右侧,有强的偏差风辐散；500hPa上有温度槽随西风槽东移,由于槽前台风西北侧存在强劲的暖湿空气输送抬升,产生明显的暖平流区域。同时,西风槽东移带来大范围的干冷空气,而减弱后的台风向北移动时伴随着相对浅薄的暖湿空气,二者相互作用过程中形成强盛的冷锋锋面,冷锋前有强烈的上升运动,湿位涡沿锋面向下延伸。由此,在台风西北部形成高空辐散,并配合有暖平流上升运动区,同时受锋前倾斜抬升作用的影响,台风结构发生倾斜,这使减弱的台风发生变性并加强发展成为锋面气旋。随着锋面气旋发展,其北部上升运动加强,东部向垂直运动区输送水汽的东南暖湿气流加强,从而使得台风与中纬度高空槽相互作用区产生强降水。 通过以上分析证明锋面在这次变性加强过程中起着重要作用,因此设计敏感性试验,将热带风暴环流滤除后用同样的参数化方案进行数值模拟。去除“海马”以后,降水有明显减少,余下的降水是只受锋面影响产生的锋面降水。通过对14日00时的矢量锋生函数分析可以看出,-Fn中的第一项与冷锋锋生有关,第二项与暖锋锋生有关,第三项为小项。Fs中第一、二项起主要作用,Fs的大值区集中在冷暖锋交界处,使此处锋面作气旋性旋转,锋面扭曲形成锋面锢囚。滤除台风后,-Fn和Fs都有大幅减小。也就是说,台风的存在加强了原本的锋生作用,并且台风与锋面的相互作用使锋面发生了扭曲旋转。利用Sawyer-Eliassen方程分析锋面附近的次级环流和垂直运动。对比滤除台风前后的强迫项各项。由于Q2的两个分量大值中心对应比Q1好,相乘后在相应位置加强中心,所以Q2即地转切变项起主要作用。台风对锋面的作用使强迫项在锋面与台风之间的中高层、台风附近低层以及锋前低层加强,增强次级环流,使锋前上升运动更剧烈。台风存在时,实际强垂直风矢量由台风本身的垂直运动,及由于台风存在增大了强迫项而产生的增强的次级环流垂直运动两部分组成。 台风登陆后迅速减弱,在中纬度地区与锋面相遇,锋面次级环流的上升运动区加强了台风的上升运动,使台风重新变性发展,台风的存在又加强了锋生,使强迫项增加,次级环流增强,更加有利于台风的重新发展,而台风与锋面的相互促进作用造成了一次强降水过程。