TUTT对台风形成作用的动力学研究

基于第二类条件不稳定理论，本文对热带对流层上部槽（TUTT）在台风形成中的作用进行了动力学研究。结果表明，TUTT对台风生成有一些促进作用，但相对于边界层的Ekman抽吸以及积云动量输送作用却是很弱小的。因此，对于台风的发生发展，还是应该更多着眼于热带对流层中低层的情况。     

动力强迫对台风次级环流的作用

本文导出无量纲的台风次级环流方程,然后用11年综合台风资料,计算了动力强迫的次级环流。通过计算,得到主要结论如下: (1)积云动量垂直混合和涡旋动量水平通量是主要的动力强迫因子。 (2)积云动量垂直混合在台风发展过程中可促进大尺度低空辐合,因而可加强由CISK机制所说明的正反馈过程。 (3)Ekman抽吸与积云动量垂直混合是相互促进、共同发展的,这是台风发展中的一个重要反馈过程。     

台风低压发展的数值模拟研究——凝结加热廓线的影响

本文用一个同时考虑Ekman抽吸和积云动量输送作用的二维轴对称原始方程模式,就对流凝结加热廓线对台风低压发展的影响进行了数值模拟研究。试验结果表明,对流层中下部有较强加热时,模式台风低压的低压环流发展较快;对流层上部有较强加热时,系统结构更类似于实际台风。在台风低压发展过程中,对流凝结加热廓线也会改变,最强加热可能由对流层中下部向中上层发展和传播,从而,台风低压发展既快、系统结构又类似于实际台风。这样一种过程可能正是热带低压发展为台风的一般过程。      

热力强迫对台风次级环流的作用

本文利用无量纲的台风次级环流方程,用西太平洋地区11年的综合台风资料,计算了热力因子强迫的次级环流。通过计算,得到主要结论如下: 1.非绝热加热和积云热量垂直混合是主要的热力强迫因子,二者的作用具有同样量级。 2.热量的湍流涡旋通量及积云的热量水平输送作用都比较小。 3.Ekman抽吸与积云热量垂直混合是相互促进,共同发展的。有利于次级环流的增强。     

用轴对称的平衡模式对热带气旋发展过程中 积云动量垂直混合作用的模拟

引入一个轴对称的平衡数值模式,在该模式中考虑积云动量垂直混合等物理过程,然后以此模式对热带气旋形成和发展的过程进行了模拟。所作研究表明,引入积云动量垂直混合作用之后热带气旋发展更为迅速,并且成熟气旋的强度更强;在气旋生成的初期,积云动量混合的作用并不大,只有在气旋发展到了一定阶段,积云对流十分旺盛时,才会产生较大的作用;在空间分布上,积云动量垂直混合主要发生在对流层的中低层,而高层则相对较弱,对热带气旋的影响很小。另外,发展成熟的热带气旋其辐散层较厚,质量辐合主要集中在边界层;热带气旋的内部结构和环流特征造成了各个高度层次上熵的不同分布形态。     

台风眼的数值模拟试验

本文用一个二维轴对称的原始方程模式模拟了台风中的眼区,并讨论了在台风发展过程中眼区的变化规律,得到了当台风发展时台风眼变小这个与观测事实相一致的结论.我们发现积云对流对动量的输送作用以及台风中心地区对流凝结加热相对较小对台风眼的形成和维持起着相当重要的作用.     

非定常,水平非均匀的正压EKman边界层的动力特征

除了动量的局地变化和水平平流之外,本文讨论了动量垂直输送和β-效应在均质正压的Ekman边界层中的作用。利用奇异摄动方法,得到了精确到O(R_0~2)的Ekman边界层中水平风场的垂直结构和边界层顶垂直速度的解析表达式,对解的非定常和水平非均匀特征作了定性讨论。用一迭加在均匀西风气流上的园形、定常涡旋场的定量计算表明,动量垂直输送和β-效应对Ekman边界层中水平风速分布、边界层厚度及边界层顶垂直速度均有明显的影响。     

登陆台风不连续北跳与暴雨的数值模拟研究

利用MM4（PSU/NCAR）模式，对1992年8月31日20时～9月1日20时登陆台风暴雨过程进行了数值试验研究。结果表明；登陆台风的不连续北跳与西风槽和积云对流潜热反馈有关。倒槽南部雨区内积云对流的发展加大了对台风倒槽内的水汽、动量、热量等输送，使倒槽内降水增幅。积云对流潜热反馈对高低空急流以及台风的移动都有很大的影响。     

Ekman动量近似下中间边界层模式中的风场结构

发展了一个准三维的、中等复杂的边界层动力学模式，该模式包含了EKman动量近似下的惯性加速度和Blackadar的非线性湍流粘性系数，它进一步改进了Tan和Wu(1993）提出的边界层理论模型。该模型在数值计算复杂性上与经典Ekman模式相类似，但由于包含了Ekman动量近似下的惯性项，使得该模式比传统Ekman模式更近于实际过程。中详细地比较了该模式与其他简化边界层模式在动力学上的差异，结果表明：在经典的Ekman模式中，由于忽略了流动的惯性项作用，导致在气旋性切变气流（反气旋性切变气流）中风速和边界层顶部的垂直速度的高估（低估），而在半地转边界层模式中，由于高估了流动惯性项的作用，结果与经典Ekman模式相反。同样，该模式可以应用于斜压边界层，对于Ekman动量下的斜压边界层风场同时具有经典斜压边界层和Ekman动量近似边界层的特征。     

成熟台风边界层作用的数值研究

利用ＴＬ６模式，在对一次台风过程成熟阶段进行成功模拟的基础上，通过各种对比试验，研究了成熟台风边界层的作用。结果表明：在２４小时内，台风边界层内各种通量的垂直输送对其路径影响很小而对成熟台风的维持却有非常重要的作用。其中，潜热输送成为成熟台风的主要能源，其影响最为重要。感热输送对成熟台风几乎无影响。边界层的动量垂直输送具有双重作用，摩擦辐合使上升运动增大，但明显对下层涡旋有削弱作用，这近似于在台风     

一个有三重水平结构的台风数值模式及其应用

在PSU/NCAR的中尺度模式MM4的基础上，发展了一个具有三重水平结构的台风数值模式。模式水平方向分为高分辨率的关键区、较高分辨率的中重区及分辨率较低的外重区，三个区之间实现了双向嵌套。模式考虑了较完整的物理过程，包括地形和地面摩擦、水平和垂直方向的动量、热量及水汽的扩散过程、潜热和地面感热作用、云和辐射作用以及积云对流过程等。由多例数值研究及业务试应用结果表明，该模式不仅能较成功地预报出台风登陆、台风转向路径、台风环流变化等，而且对不同台风过程中的暴雨中心位置和强度、雨量、雨区范围以及雨区的扩展也能得     

欧拉型区域硫沉降模式研究

建立了一个三维硫沉降欧拉模式，模式中比较全面地考虑了硫沉降过程中的物理、化学机制。包括平流、扩散、干湿沉降和积云的垂直输送作用等物理过程，气相化学、液相化学和气溶胶表面的非均相化学等化学过程。其中非均相化学和积云的垂直输送参数化在国内外同类模式中尚不多见。模式结果与实测及其他模式结果的对比表明，该模式能够较好地模拟出SO2的水平和垂直分布及SO2-4在降水中的浓度。     

提高模式分辨率后热带气旋生成迟缓的原因分析

利用目前国际上最先进的中尺度WRF模式模拟热带气旋生成,网格分辨率从9 km增加到3 km,3 km网格中积云参数化方案不起作用,依靠微物理方案来模拟对流尺度系统特征,模式中热带气旋的生成过程变得迟缓。当低压扰动发展到一定程度后再加入3 km网格,生成过程有加快趋势。本研究针对该现象进行分析。结果表明:只用微物理方案使低层(950～700 hPa)风速的垂直切变减小,不利于对流发展;切变减小主要是由于动量垂直输送项的差异所致。在加入细网格的6 h内,低层对流尺度(减去区域平均)的动量垂直输送量平均增加了一倍,某些时刻达到了5倍以上;动量混合增加是由于微物理方案模拟的垂直速度增加所致。此外,只用微物理方案导致对流有效位能迅速被消耗。低层垂直切变和对流有效位能的减小都不利于对流发展,从而导致热带气旋生成发展过程迟缓。本研究表明,目前WRF中的微物理方案在模拟热带气旋生成过程中的对流发展时仍然存在问题。     

一次近海台风的移动、发展和结构的分析

本文对国际台风业务试验(TOPEX)期间的8211(Cecil)台风的近海右折北上、强烈发展及其结构作了综合分析指出,这次台风的近海右折北上与来自南半球经非洲沿岸的越赤道气流的加强和维持有密切关系;台风的近海强烈发展与台风所处的有利环境流场有关。在涡度平衡中,散合项及积云对流作用很重要,涡度的垂直输送作用也不容忽视;在台风近海发展期间其温度结构并不对称,涡度从低层向高层加强和发展,涡度和垂直速度分布大体呈对称状态。     

台风“珍珠”螺旋雨带的数值模拟与诊断分析

利用1°×1°的NCEP/NCAR再分析资料,应用非静力中尺度模式WRF对0601号台风＂珍珠＂进行数值模拟,研究暴雨的成因以及螺旋雨带内部结构特征。数值模拟结果表明,台风中的气旋式涡度、垂直运动、动量和热量都集中在螺旋雨带中。进一步研究指出,螺旋雨带上空高层的强辐散与中低层的强辐合相配合产生的强烈＂抽吸作用＂、螺旋雨带两侧的干中心挤压螺旋雨带产生的＂毛细效应＂都导致了低层高湿空气加速向上输送,有利于对流的发展,这也是台风螺旋雨带得以维持的主要原因。     

台湾地形诱生中尺度系统对台风Meranti(1010)迅速加强影响的数值研究

台风Meranti（1010）北上进入台湾海峡过程中迅速加强,登陆时达到其最大强度。利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°资料及中尺度数值模式WRF,诊断分析台湾地形诱生的中尺度系统对台风Meranti迅速加强的影响。研究发现,Meranti在进入海峡过程中,台湾地形在台湾海峡内诱生出中尺度涡旋,激发中尺度扰动波列,加强台风环流内的垂直运动。台风水汽、热量的收支诊断表明,强烈的上升运动使热量和水汽向上输送,加强台风内的积云对流和潜热释放,使其强度增强。计算台湾地形诱生中尺度系统与台风间的动能交换发现,中尺度系统通过加强垂直运动向台风中高层输送涡动动能,使中尺度系统动能向台风动能转换,为Meranti的迅速加强提供能源。敏感性试验表明,如果台湾地形不存在,中尺度系统消失,台风的水汽、热量的向上输送和积云对流明显减弱,Meranti则不能达到迅速加强标准。     

对流层中层中尺度对流涡旋在台风榴莲(2001)生成中的作用——模拟诊断分析

本文基于PSU/NCAR MM5中尺度模式对台风榴莲 (2001) 生成过程成功的数值模拟, 利用模式输出的较高时空分辨率资料, 对台风榴莲生成过程中对流层中层中尺度对流涡旋 (MCV) 的作用进行了诊断分析。结果表明, 中层MCV在台风榴莲生成中的作用有三个重要方面: 第一, 中尺度组织化作用: 伴随中层MCV的垂直次级环流圈, 使得区域内的积云对流热塔趋向于逐步在中心区域集中, 热塔相互之间容易发生相互作用, 通过合并过程有些热塔得到加强, 而有些趋于消亡。同时, 热塔聚集后的群体效应反馈作用又使得中层MCV加强或维持, 进一步促进热塔的合并以及向轴对称化发展; 第二, 存贮效应: 因为中层MCV的生命史比积云对流热塔长, 能够将消亡对流热塔所携带的热量、 水汽、 涡度加以存贮和保留, 使得中层MCV区域向有利于TC生成的方向发展, 最终成为TC环流的 “胚胎”; 第三, 中层MCV与对流层低层的槽 (涡旋) 以及对流热塔之间通过相互作用, 共同实现中低层系统的垂直耦合。     

台风角动量平衡的诊断分析

本文根据文献[6],应用FGGEb资料,计算了7908号台风四个同心区域的质量收支和绝对角动量收支,得到以下结果:台风的演变过程可以由其旋转轴确定的绝对角动量来表征。在台风发展最盛时,对流层中层角动量达到最大;台风绝对角动量主要来源于水平侧边界输送。对于侧边界角动量输送,计算结果表明:在台风形成以前,涡动方式(非对称气流)输送是主要的;在台风形成初期,平均和涡动两种方式的输送具有同等重要性;在台风发展强盛及其减弱期,以平均输送为主。比较各强迫函数的作用,凝结潜热释放则是影响角动量垂直输送的重要因子。根据角动量平衡,发现次网格尺度效应显著,说明系统内部角动量再分配机制,除了角动量向上输送以外,积云对流活动可能是另一重要的方式。      

台风数值模拟中边界层方案的敏感性试验I.对台风结构的影响

通过比较不同边界层方案下中尺度数值模式模拟的台风地表特征量以及形势场和风场, 表明台风边界层通过摩擦混合和辐射等作用与地表产生水汽、热量和动量的交换, 并通过湍流效应和积云的夹卷作用将边界层的影响扩展至整个自由大气.对台风Dan的模拟个例表明, 由于边界层过程的差异导致台风尺度大小不同, 风场、形势场的水平和垂直分布结构都有所差异.不同边界层方案模拟的台风结构的差异必然导致强度的差异, 与此相对应, 在不同边界层方案下, Eta方案模拟的台风强度偏大; 而Burk-Thompson和Blackadar方案略次之,在没有边界层方案的情况下模拟的强度非常弱,体现了边界层过程对台风发生发展的巨大影响.     

台风数值模拟中边界层方案的敏感性试验——Ⅰ．对台风结构的影响

通过比较不同边界层方案下中尺度数值模式模拟的台风地表特征量以及形势场和风场，表明台风边界层通过摩擦混合和辐射等作用与地表产生水汽、热量和动量的交换，并通过湍流效应和积云的夹卷作用将边界层的影响扩展至整个自由大气。对台风Dan的模拟个例表明。由于边界层过程的差异导致台风尺度大小不同，风场、形势场的水平和垂直分布结构都有所差异。不同边界层方案模拟的台风结构的差异必然导致强度的差异，与此相对应，在不同边界层方案下，Eta方案模拟的台风强度偏大；而Burk—Thompson和Blackadar方案略次之，在没有边界层方案的情况下模拟的强度非常弱，体现了边界层过程对台风发生发展的巨大影响。