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2010年西北太平洋超强台风“凡亚比”和“鲇鱼”的诊断与模拟研究

作　者: 许娈
导　师: 何金海
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 气象学
关键词: 超强台风合力散度分析气旋相空间分析有限区域风场分解分析
分类号: P444
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国是世界上热带气旋登陆最多、受影响最为严重的国家之一,热带气旋的强度、结构及路径的异常变化是目前台风预测及研究的重点和难点。本文选取2010年西北太平洋两例超强台风—“凡亚比”(1011)和“鲇鱼”(1013)作为研究对象。“凡亚比”西行靠近我国期间,强度快速增强。“鲇鱼”为2010年西北太平洋生成的最强台风,对我国而言,其最显著的特点是在菲律宾登陆并以西偏南路径移入南海后路径突然北折,出现突变,该突变的预报难度很大。本论文运用中尺度数值模式WRF及多种诊断方法,分别对“凡亚比”的强度结构演变及“鲇鱼”的路径突变过程展开分析,主要结论包括以下几个方面：将合力散度分析方法应用于“凡亚比”台风强度及结构演变的诊断,发现合力散度强度及分布的变化能够很好地反映台风强度及结构的演变。对整层垂直积分合力散度的分析结果指出,与台风环流相伴随的合力辐合区首先出现在台风中心偏东一侧,辐散区随后发展起来,位于辐合区外围。随着台风不断发展,合力散度分布的对称性也不断增强。“凡亚比”鼎盛阶段,合力辐合区呈半径约150km的近似圆形分布,中心附近强度最大,向外逐渐减弱；辐散区在外围呈现出较为明显的类似螺旋云带形式的分布特征。整个模拟时段内,合力辐合平均强度均大于辐散平均强度,并与台风强度存在十分显著的相关关系。对“凡亚比”台风合力散度垂直分布的分析指出,台风中心东侧合力散度异常信号首先出现并发展,具有明显的非对称特征。整个时段内,“凡亚比”的合力辐合、辐散交界处与上升运动及强降水区有很好的对应,鼎盛期,该交界区域能够指示出台风眼壁的位置。经过对合力散度方程各项的分析发现,水平风速的平流变化项是台风眼区合力辐合部分的主要贡献项,垂直风速的平流变化项则决定了台风眼壁附近的合力散度分布特征。从引导气流、热力结构演变的角度诊断分析了超强台风“鲇鱼”的路径突变成因。首先利用运动方向角定量识别“鲇鱼”路径的五次转折和六个阶段,其中最显著的北翘阶段的运动方向角度差达到135°。对影响系统和引导气流的分析指出,在路径突变阶段,台风处于弱环境场中,对流层中低层800-600hPa引导气流首先由偏东风转为偏西南风,之后整层引导气流才发生相应转变。运用气旋相空间(CPS)方法对“鲇鱼”的热力结构特征演变进行定量分析后发现,能够指示对流层低层热力非对称结构特征的B参数在台风路径突变前6小时符号发生反转,同时也早于引导气流转向,之后维持符号不变至“鲇鱼”编号结束(台风右侧持续偏暖)。弱环境场中,台风的“趋暖”特性首先促使“鲇鱼"路径向右偏转,随后偏北的引导气流增强,导致“鲇鱼”路径持续右转。B参数符号的转变对“鲇鱼”路径突变具有重要指示意义。进一步,利用有限区域风场分解的新方案将风场进行分解,重点分析了“鲇鱼”路径转折期间的风场动力结构演变特征。结果表明,路径突变阶段,主要引导层内(对流层中低层)南风的大范围增强对“鲇鱼”路径的北折有一定贡献；位于“鲇鱼”路径右前方的高层辐散带的维持及其走向的摆动对台风移动趋势有重要的指示意义。辐散带与大范围上升运动区有很好的配合,对台风的移动有明显的“吸引”作用。这也很好地解释了台风右侧为暖区的原因。最后运用WRF模式对“鲇鱼”台风开展了长达132小时的高分辨率(最高分辨率为3km)数值模拟,较好地再现了“鲇鱼”的路径北翘及在我国的登陆过程。模拟的路径、强度与观测较为一致,对高低空影响系统的演变特征、海上及陆地降水分布特征等的模拟也取得了较满意的效果,并利用高分辨率模拟资料诊断了“鲇鱼”台风的路径突变过程,进一步验证了前面观测分析中的主要结论。

全文目录

目录  3-5
摘要  5-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-32
  1.1 引言  10-11
  1.2 热带气旋运动机理研究进展  11-14
    1.2.1 引导气流  12-13
    1.2.2 β效应  13
    1.2.3 斜压效应  13-14
    1.2.4 涡旋相互作用  14
  1.3 热带气旋强度及结构研究进展  14-17
  1.4 主要研究内容和拟解决的问题  17-19
    1.4.1 主要研究内容  17-19
    1.4.2 拟解决的问题  19
  1.5 WRF模式及资料方法简介  19-23
    1.5.1 模式基本概况  19-20
    1.5.2 模式特点及主要的物理参数化方案  20-22
    1.5.3 WRF模式结构及流程  22-23
    1.5.4 资料方法  23
  1.6 章节安排  23
  参考文献  23-32
第二章登陆台风“凡亚比”(1011)合力散度特征模拟诊断-水平分布特征  32-48
  2.1 引言  32-33
  2.2 模拟方案及模拟结果验证概述  33-35
  2.3 合力散度方程  35-36
  2.4 “凡亚比”台风概况  36
  2.5 “凡亚比”不同发展阶段的整层垂直积分合力散度特征分析  36-42
    2.5.1 快速增强阶段  37-38
    2.5.2 发展成熟阶段  38-39
    2.5.3 鼎盛阶段  39-40
    2.5.4 首次登陆减弱阶段  40-41
    2.5.5 二次登陆消亡阶段  41-42
  2.6 合力散度水平分布与台风强度和结构的关系  42-44
  2.7 “凡亚比”成熟阶段垂直积分的合力散度分布概念图  44-45
  2.8 本章小结  45-46
  参考文献  46-48
第三章登陆台风“凡亚比”(1011)合力散度特征模拟诊断—垂直分布特征  48-62
  3.1 垂直剖面上的合力散度分布及其与降水分布的关系  48-54
    3.1.1 快速增强阶段  48-49
    3.1.2 发展成熟及鼎盛阶段  49-53
    3.1.3 两次登陆阶段  53-54
  3.2 合力散度面积指数与强度指数分析  54-57
  3.3 “凡亚比”合力散度垂直分布特征成因分析  57-60
  3.4 本章小结  60
  参考文献  60-62
第四章 “鲇鱼”台风(1013)路径突变过程观测诊断分析  62-82
  4.1 引言  62-63
  4.2 “鲇鱼”台风路径的阶段划分  63-66
  4.3 “鲇鱼”台风路径突变成因观测分析  66-77
    4.3.1 影响系统  66-68
    4.3.2 引导气流  68-70
    4.3.3 热力结构演变  70-77
  4.4 本章小结  77-79
  参考文献  79-82
第五章有限区域风场分解在“鲇鱼”台风(1013)路径突变分析中的应用  82-106
  5.1 引言  82-84
  5.2 重建风场与原始风场的对比  84-85
  5.3 “鲇鱼”台风西行阶段的风场结构特征  85-91
  5.4 “鲇鱼”台风路径突变阶段的风场结构特征  91-96
  5.5 “鲇鱼”台风北行阶段的风场结构特征  96-100
  5.6 本章小结  100-101
  参考文献  101-106
第六章 “鲇鱼”台风(1013)路径突变过程数值模拟及诊断分析  106-126
  6.1 引言  106-107
  6.2 模拟方案设计  107-108
  6.3 模拟结果及验证  108-121
    6.3.1 路径及强度对比  108-110
    6.3.2 高低空环流形势对比  110-114
    6.3.3 海上及陆地降水对比  114-118
    6.3.4 雷达回波对比  118-121
  6.4 引导气流诊断分析  121
  6.5 热力结构诊断分析  121-123
  6.6 本章小结  123-124
  参考文献  124-126
第七章结论与展望  126-130
  7.1 主要结论  126-128
  7.2 特色及创新  128-129
  7.3 未来工作展望  129-130
致谢  130-132
攻读博士学位期间发表和完成的论文  132

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