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双涡旋自组织现象和台风暴雨预测研究

沈武  
【摘要】:目前,台风异常路径和暴雨的机理,以及如何开展精细预报是气象学家研究的难点。 双涡相互作用使台风路径变得异常和复杂,也使暴雨预报难度增加。 双涡相互作用动力学和双涡自组织动力学理论的成果,可以为这类灾害性天气的预测提供科学认识,提高台风异常路径和暴雨预报能力,开展精细预报。 本论文要研究的问题是:首先,从双涡旋相互作用的动力学途径去研究双涡合并,以及特别是涡合并的临界距离判据问题;其次,从双涡自组织的动力学途径来研究涡旋自组织组织问题,就是一个较大尺度的涡是如何一步一步地组织起来的,以及组织以后涡的结构及其特征;最后,通过两个个例诊断分析,初步建立应用涡自组织成果预报台风路径和暴雨的思路。 研究结果表明,双涡相互作用可导致两者的气旋性互旋、相互吸引或排斥、西涡旋的停滞打转、东西双涡的合并增强等,使涡旋运动变得异常、复杂。影响双涡合并的条件不只是初始双涡中心之间的临界距离,还可能与初始涡旋的非轴对称结构有关。线性条件下,准对称分布状态的临界距离是300km;非线性条件下,准对称分布状态的临界距离是400km;在非轴对称状态下,同样的临界距离双涡并不一定合并。在准轴对称和非轴对称二类初始涡旋条件下,经过涡自组织的演变,终态涡的内核区和外区的涡量来源不同,过程也不同。 在台风、暴雨系统中存在涡自组织现象。本文通过对9802号和9909号热带气旋个例诊断分析,初步建立了以涡自组织理论指导预报的思路,就是预报对象从大尺度环流系统、天气尺度系统转到涡系统的转变。预报对象空间尺度的精细化,对气象信息资料的分辨率提出了更高的需求,也使精细预报成为可能,具有挑战性。实际预报工作中,从天气尺度和物理诊断角度开展精细预报,缺乏有力的理论支撑。涡相互作用和自组织动力学可能会成为揭示异常天气气候事件的一个新的理论基点和切入点,也可能带来预报思路的革新。 本论文的结果对提高预报异常台风的能力和准确率是有益的,有非常重要的理论意义和应用价值。


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