环境气流及非绝热加热对热带气旋结构和移动的影响

设计一个三层的准地转斜压模式,研究了不同结构环境气流和环境非绝热加热场中热带气旋移动路径和结构的特征.数值试验的结果表明:(1)无外界影响下热带气旋向西北方向移动,垂直速度场有明显的螺旋结构;(2)热带气旋主要受基本环境气流引导,非对称环流中的小扰动干扰了热带气旋的移动;(3)非绝热加热场对热带气旋影响较大,热带气旋有向加热中心移动的倾向,同时热带气旋的水平、垂直结构都有较大的变化.     

南半球冷空气入侵与热带气旋的形成

文中采用NCAR/PSU研制的非静力中尺度模式MM 5 ,研究了南半球冷空气入侵在热带气旋形成中的作用。初始场为纬向平均场 ,不含任何扰动 ,但为热带气旋的发生提供了基本条件 ;通过改变设在赤道的南边界条件 ,设计系列数值试验反映南半球不同强度冷空气的入侵。数值试验结果表明 :南半球冷空气侵袭后 ,在菲律宾以东洋面上形成热带气旋 ;没有冷空气入侵时 ,只有扰动产生 ,没有热带气旋形成。在对流不稳定的背景场中 ,即使没有冷空气入侵 ,低层小尺度辐合引起强上升运动 ,产生的非绝热加热 ,在热带洋面上也能形成扰动。但是非绝热加热使得稳定度增加 ,没有低层强辐合的支持 ,对流不能持续 ,扰动不能发展成为热带气旋。南半球冷空气的入侵 ,一方面气温降低 ,使得中低层层结稳定度降低 ;另一方面 ,冷空气形成向北的气压梯度 ,在低纬度产生南风 ,导致低层强辐合。稳定度因子和低层辐合的共同作用 ,驱动深厚的垂直环流 ,产生十分显著的非绝热加热 ,形成了暖心的热带气旋。上述研究结果一定程度上肯定了存有疑义的冷空气学说     

大气非绝热加热作用的研究进展与展望

大气非绝热加热与天气系统的发生发展有密切联系,与降水等天气过程密不可分,非绝热加热在大气运动中有着至关重要的作用。对非绝热加热的研究和理解,有助于改进数值预报模式,增强数值天气预报模式的预报能力。本文系统梳理了大气非绝热加热的基本内容,近几十年非绝热加热及其作用的研究成果,主要包括非绝热加热的概念及其表征、非绝热加热的时空分布特征、非绝热加热与季风、天气系统(如西太平洋副热带高压、热带气旋、温带气旋和急流)和降水之间的关系,以及非绝热加热在数值模式中的表征,进而指出有待于进一步研究的方面。     

热带气旋眼墙非对称结构的研究综述

热带气旋的眼墙非对称结构与其发展过程密切相关。在热带气旋移动过程中,非对称风场伴随着边界层内非对称摩擦而引起的辐合,影响着热带气旋眼墙内的对流分布。此外,风垂直切变作为影响热带气旋强度的重要因子,将上层暖心吹离表层环流,引起眼墙垂直运动的非对称,导致云、降水在方位角方向的非均匀分布。当存在平均涡度的径向梯度时,罗斯贝类型的波动可以存在于涡旋内核区域,影响眼墙非对称结构。海洋为热带气旋提供潜热和感热形式的能量,是热带气旋发展的重要能量来源,关于海洋如何影响热带气旋眼墙非对称结构的相关研究较少。文中着重回顾了热带气旋与海洋相互作用的研究成果,并提出海洋影响热带气旋眼墙非对称结构的机制。海洋对热带气旋最显著的响应特征是冷尾效应,该效应通过降低海表温度,减少海洋向大气输送的潜热和感热,从而影响热带气旋眼墙非对称结构。此外,海浪改变海表粗糙度,通过边界层影响移动热带气旋的眼墙结构。     

位涡倾向在Muifa台风路径转折中的应用

利用ECMWF资料诊断分析了位涡倾向方程中的水平平流项和非绝热加热项分别在Muifa台风两次路径转折中的作用。结果表明:第一次路径转折过程中,非绝热加热项的量级比水平平流项小一个量级,水平平流项所表征的外部大尺度环流因素是第一次路径转折的主要原因;第二次路径转向过程由水平平流项和非绝热加热项共同控制,其中水平平流项控制台风的移向,非绝热加热项表征的内部非对称结构对台风转向有抑制作用。     

地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的研究

采用准地转的正压模式, 研究了无非绝热加热时地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度的影响.结果表明: 地形作用对登陆热带气旋西北移动路径的影响比较明显, 而对登陆热带气旋强度的影响不明显; 边界层摩擦可以通过改变热带气旋X方向上和Y方向上的移动速度以及改变热带气旋水平环流结构对登陆热带气旋西北移动路径产生一定的影响, 边界层摩擦对登陆热带气旋强度的影响非常明显, 其中摩擦是造成登陆热带气旋强度迅速减弱的一个重要因素.     

登陆广东热带气旋的降水分布和移速变化

利用1980～2001年登陆广东的72个热带气旋的路径和降水资料,计算了热带气旋登陆前后的移动速度和加速度,比较分析了热带气旋主要降水落区与热带气旋移速变化的关系.计算结果统计表明登陆广东的热带气旋中,有66.1%的个例在登陆时移速加快.当主要降水落区位于热带气旋前进方向右侧时,热带气旋的12小时平均加速度为正的占了大部分(81.8%);当主要降水落区位于热带气旋前进方向左侧时,近八成(78.6%)的热带气旋平均加速度为负.这些统计结果进一步从诊断事实上说明了地形以及非绝热加热等因子对台风移动的可能影响.     

热带气旋外围环流影响下深圳高温的定量估算

利用NCEP再分析资料提供的风、湿度、垂直速度等资料及深圳地面观测数据,分析热带气旋外围环流造成深圳高温的原因。基于热力学能量方程,估算各因子的增温率和增温比例。结果表明:非绝热加热项是深圳高温的热量基础,增温比例为90.2%,平均增温率为0.83℃·h~(-1),假设8:00-14:00时增温率不变,计算出平均情况下,非绝热加热项使14时温度比08时增加5.0℃。其次湿度减小引起的增温、气流下沉增温、暖平流是深圳出现高温的重要因素,各自的增温比例分别为7.6%、3.8%、7.0%,总的增温率为0.17℃·h~(-1),计算出平均情况下,这3项可使14时温度比08时增加1.12℃。即热带气旋外围环流影响下,非绝热加热项对增温贡献最大,其中由于空气相对湿度小,定压比热减小,增温贡献较大;空气干绝热下沉增温使局地温度升高,但贡献较小;暖平流使局地温度的升高,贡献较大。     

双热带气旋相互作用的研究

采用无基本气流的无辐散正压模式模拟了双热带气旋的运动。应用非对称理论研究了双热带气旋的相互作用。双热带气旋中的每个热带气旋主要由通过其中心的非对称气流（即通风气流）作用而移动。这股非对称气流是由其自身的线性和非线性效应产生的非对称涡旋与其配对热带气旋形成的非对称涡旋相叠加而引起的。     

东北太平洋一次强爆发性气旋发展的机制分析

使用FNL Analysis全球格点资料,对东北太平洋一次强爆发性气旋的特殊性进行了分析,发现气旋对其西北部低压系统的吸收合并是其爆发性发展过程中的典型特征,斜压强迫对其快速发展的作用较弱,与西北太平洋爆发性气旋的发展过程存在显著差异。同时,使用Zwack-Okossi诊断方程,从影响爆发性发展的动力和热力因子方面,对其发展机制作了深入的探讨。研究表明,正涡度平流、暖平流和非绝热加热的共同作用使气旋开始爆发性发展,由潜热释放导致的非绝热加热的贡献最大,非绝热加热是其快速发展的主导因子,其中正涡度平流贡献主要来自于中高层,暖平流的贡献主要来自于中低层和高层,而非绝热加热主要发生在中低层,这为东北太平洋爆发性气旋的发展机制提供了一个新的认识。     

NUMERICAL EXPERIMENTS OF THE INFLUENCE OF DIABATIC HEATING ON TROPICAL CYCLONE ASYMMETRIC STRUCTURE

Using the barotropic volticity equation that contains forcing from diabatic heating with appropriate parameterization. a number of numerical experiments are conducted for the tropical cyclone that is initially symmetric The result shows that the diabatic heating has important effects on the asymmetric structure in addition to the roll of the β term and nonlinear advection term in its formation. It again confirms the conclusion that the diabatic heating is a possible mechanism responsible for such structures in the tropical cyclone.     

Effect of Horizontal Nonuniformity of Diabatic Heating on Tropical Cyclone Intensity and Structure

1. IntroductionMuch attention has been paid to the role playedby diabatic heating in the genesis and intensificationof tropical cyclone (TC). Based on a two-dimensionalprimitive equation model, Li (1984) proposed that theevolution of TC should be different if the maximumheating appears at different height. Yang et al. (1995)found that abrupt intensification of TC at the mid-latitudes is closely related to the vertical structure ofconvective heating. May and Holland (1998) suggestedthat the…     

非对称的非绝热加热对热带气旋移动影响的数值研究

采用中尺度数值模式（MM4）,以9414号台风为个例,应用卫星资料,引入非对称的非绝热加热,讨论其对9414号台风移动的影响。计算结果表明,引入与实况吻合的非对称非绝热加热分布后,该台风的路径预报和降水预报有明显改进,若同时考虑台风范围初始水汽场的非对称分布,这种改进作用尤为明显。从业务应用考虑,还构造了几种典型的螺旋状结构的非绝热加热计算方案引入模式的热力过程中,结果表明:不同螺旋状结构的加热分布对台风的移动有不同的影响,当选择与实况云系分布相近的螺旋状结构时,也可提高台风路径预报正确率,可应用于业务模式。     

热带气旋强度变化研究进展

自20世纪90年代后期以来,热带气旋强度变化研究越来越受到人们的重视,随着研究的不断深入,热带气旋强度变化研究取得了可喜的进展,文中总结近年来热带气旋强度变化的主要研究成果,主要包括(1)热带气旋的发生、发展和最大可能强度的研究;(2)行星涡度梯度、环境均匀流、环境流场垂直切变以及热带气旋外流与环境流的相互作用对热带气旋强度的影响及物理机制;(3)热带气旋结构与强度的变化关系,着重总结环境流场导致的非对称结构变化而引起的热带气旋强度变化以及对涡旋倾斜发展理论验证,分析了涡旋Rossby波的最新研究;(4)海洋热状况变化以及海洋飞沫对热带气旋强度的影响研究成果。分析指出,今后进一步开展用现代化卫星探测资料研究热带气旋强度变化外,还应加强热带气旋外流与环境流场的相互作用,海-气交界面的参数化问题,热带气旋结构变化与TC强度变化关系以及这种关系的物理本质的研究,通过深入研究,认识热带气旋强度变化的物理机制,提高热带气旋强度变化的预报能力。     

EFFECT OF THE NONLINEAR TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent barotropic model with nobasic flow. The effect of nonlinear term on the movement and development of tropical cyclone isemphatically demonstrated. The advection of asymmetric vorticity by the symmetric flow (AAVS)produces the small-scale gyres (SSGs). The SSGs counterclockwise rotate around the tropicalcyclone center. The interaction of SSGs with the large-scale beta gyres (LSBGs) leads to theoscillation in translation speed and vacillation in translation direction for tropical cyclone. Theadvection of symmetric vorticity by the asymmetric flow (ASVA) steers the symmetric circulationof tropical cyclone. The ventilation flow vector determined by the asymmetric flow is closecorrelated with the motion vector of tropical cyclone. The nonlinear advection of relative vorticityis an order of magnitude greater than the linear advection of planetary vorticity, However, theasymmetric circulation created by the planetary vorticity advection provides a background conditionfor anomalous motions of the tropical cyclone. The combination of the linear and nonlinear effectsresults in accelerated, decelerated, changing direction and/or counterclockwise looping motions ofthe tropical cyclone.     

利用位涡趋势法诊断台风“莫拉克”(2009)的移动

位涡趋势(PVT)法可以计算非绝热加热等物理过程对台风移动的直接影响(非引导效应)。在成功模拟2009年第8号台风“莫拉克”移动路径和近地面最大风速的基础上,进一步考虑了台风不对称环流发展的影响,对原有的位涡趋势诊断法进行了改进,并首次将该方法应用于高分辨率数值模式模拟结果中,诊断不同物理过程对“莫拉克”移动的影响。分析表明,虽然非绝热加热等物理过程主要作用于维持台风“莫拉克”的垂直结构,但非绝热加热等物理过程引起的非引导效应也对“莫拉克”移动的短时振荡有重要作用。     

EFFECT OF THE LINEAR BETA TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent,barotropic model with nobasic flow.The effect of linear beta term on the movement and development of tropical cyclone isemphatically demonstrated.The streamfunction tendency due to the symmetric component of linearbeta term appears in a dipole-like pattern with an east-west symmetry,which maintains andintensifies the large-scale beta gyres and causes the tropical cyclone to have a westerly movingcomponent.The streamfunction tendency due to the asymmetric component of linear beta termarises in an ellipse pattern with a north-south major axis,which weakens the tropical cyclone.Thestreamfunction tendency due to the asymmetric component of linear beta term and the intensity oflarge-scale cyclonic beta gyre synchronously vary in a fluctuating manner with time.     

EFFECT OF THE NONLINEAR TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE*

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent barotropic model with no basic flow. The effect of nonlinear term on the movement and development of tropical cyclone is emphatically demonstrated. The advection of asymmetric vorticity by the symmetric flow(AAVS) produces the small-scale gyres(SSGs). The SSGs counterclockwise rotate around the tropical cyclone center. The interaction of SSGs with the large-scale beta gyres(LSBGs) leads to the oscillation in translation speed and vacillation in translation direction for tropical cyclone. The advection of symmetric vorticity by the asymmetric flow(ASVA) steers the symmetric circulation of tropical cyclone. The ventilation flow vector determined by the asymmetric flow is close correlated with the motion vector of tropical cyclone. The nonlinear advection of relative vorticity is an order of magnitude greater than the linear advection of planetary vorticity, However, the asymmetric circulation created by the planetary vorticity advection provides a background condition for anomalous motions of the tropical cyclone. The combination of the linear and nonlinear effects results in accelerated, decelerated, changing direction and/or counterclockwise looping motions of the tropical cyclone.     

EFFECT OF THE LINEAR BETA TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE*

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent,barotropic model with no basic flow.The effect of linear beta term on the movement and development of tropical cyclone is emphatically demonstrated.The streamfunction tendency due to the symmetric component of linear beta term appears in a dipole-like pattern with an east-west symmetry,which maintains and intensifies the large-scale beta gyres and causes the tropical cyclone to have a westerly moving component.The streamfunction tendency due to the asymmetric component of linear beta term arises in an ellipse pattern with a north-south major axis,which weakens the tropical cyclone.The streamfunction tendency due to the asymmetric component of linear beta term and the intensity of large-scale cyclonic beta gyre synchronously vary in a fluctuating manner with time.