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西北太平洋几类大尺度环流型对热带气旋生成的影响及其机理

作　者: 冯涛
导　师: 沈新勇
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 气象学
关键词: 台风气候学热带气旋热带气旋生成大尺度环流型
分类号: P444
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在夏季的热带西太平洋,低层环流的变化是控制西北太平洋热带气旋(TC)生成的最关键的因子之一。因此,西北太平洋上的低层大尺度环流型对TC生成的影响和机理是近年来台风气候学研究的重点问题之一。本文利用热带气旋最佳路径、全球再分析等资料,对热带气旋生成期间的大尺度环流型进行分类,通过资料分析、能量诊断和数值模拟方法,系统地研究了西北太平洋上空低层大尺度环流型对热带气旋生成的影响及其机理。得到的主要结论如下：1.夏季西北太平洋上影响热带气旋生成的低层大尺度环流型主要有五种,分别是：切变型(MS),辐合型(MC),季风涡旋型(MG),倒槽型(RMT)和东风型(TE)。其中,MS和MC型是最主要的两种TC生成环流型,分别占了总数的32.5%和33.3%,这是由于这两种环流型为TC的生成提供了较好的涡度、散度等动力因子。通过诊断不同的大尺度环流型中正压能量转换的情况,可以发现MS、MC和RMT型的TC生成情况与正压能量转换的联系较好,这三类TC生成期间的动能增长主要来源于基本气流的辐合和切变；而对于在MG和TE型环流下生成的TC,正压能量转换导致的扰动动能增长与TC生成的区域并不一致,TC发展所需的动能增长可能与其他的机制有关。2.西北太平洋热带气旋的生成位置和数量的年际变化明显受到西太平洋上空越赤道气流的影响。结果表明：热带气旋生成数量的年际变化与越赤道气流活动有较好的关系：在6-10月期间,热带西北太平洋中部和东南部的TC生成数量与125°E以及150°E的越赤道气流强度呈显著的正相关,而热带西太平洋北部(25°N以北)的TC生成频次与这两支越赤道气流的强度呈负相关。经过分析发现,越赤道气流通过影响西北太平洋季风槽的东伸和西退,导致西北太平洋上空呈现不同的切变与辐合环流型,从而影响热带气旋生成的位置和数量。3.2004年和2006年夏季西北太平洋的大尺度环流有着比较明显的区别。因此,利用再分析资料对2004年和2006年7-9月的TC个例进行了较为细致的对比分析。其结果表明：2004年7-9月控制西北太平洋上空的环流型主要是MC型,其纬向风辐合主要位于西北太平洋的中、东侧,受其影响,此区域具有强的低层相对涡度,强的高层散度,小的垂直风切和充足的水汽等利于TC生成的环境因子,因此2004年7-9月在西北太平洋中、东侧上空TC生成较多；而2006年7-9月控制西北太平洋上空的环流型主要是MS型,其纬向风的经向切变主要位于西北太平洋西侧及南海上空,此区域具有上述利于TC生成的环境因子,因此,2006年7-9月西北太平洋两侧和南海上空TC生成较多。并且,利用滤波方法和正压能量转换理论分析了主要由MC型大尺度环流型控制的2004年8月1-30日与主要由MS型大尺度环流型控制的2006年9月10-26日西北太平洋上空对流层低层3-8d周期的涡旋波列及其动能倾向的演变,其结果也表明了2004年8月1-30日西北太平洋涡旋波列及其正涡旋动能倾向分布强且主要位于西北太平洋中、东侧上空,而2006年9月10-26日西北太平洋上涡旋波列及其正涡旋动能倾向分布比2004年8月1-30日弱且主要位于西北太平洋西侧和南海上空。4.使用WRF区域气候模式成功模拟了2004年7月-9月的热带气旋活动情况。虽然由于物理过程或者热带气旋识别方法等问题,模拟的热带气旋相对实况较小,但是模式能够较好地抓住西北太平洋的大尺度环流型、3-8天扰动活动等情况,为TC的生成提供了良好的背景环境。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-25
  §1.1 研究的背景和意义  11-12
  §1.2 关于西北太平洋低层利于TC生成的大尺度环流的研究  12-14
    §1.2.1 关于西北太平洋上空TC生成有关的大尺度环流型的研究  12-13
    §1.2.2 赤道辐合带对西北太平洋上TC生成的影响  13
    §1.2.3 热带西太平洋越赤道气流对西北太平洋上TC生成的影响  13-14
  §1.3 关于西北太平洋上TC活动的年际、年代际及季节内变化研究  14-17
    §1.3.1 西北太平洋上TC活动的年际变化与暖池和季风槽的关系  14-15
    §1.3.2 西北太平洋上空TC活动的年际变化及其与EAP型遥相关的关系  15
    §1.3.3 西北太平洋上空TC生成频次和移动路径的年代际变化  15-16
    §1.3.4 西北太平洋上TC生成的季节内变化  16-17
  §1.4 关于西北太平洋季风槽对TC生成的动力作用的研究  17-21
    §1.4.1 热带西太平洋上空的热带对流耦合波动  18
    §1.4.2 西北太平洋季风槽对TC生成的动力作用  18-20
    §1.4.3 从能量转换看西北太平洋季风槽中涡旋发展的动力作用  20
    §1.4.4 西北太平洋上TD型扰动在TC生成中的作用  20-21
  §1.5 当前台风气候学研究存在的问题以及本文研究的主要科学问题  21-22
    §1.5.1 当前台风气候学研究存在的主要问题  21-22
    §1.5.2 本文所研究的主要科学问题  22
  §1.6 章节安排和研究内容  22-25
第二章资料、方法以及模式介绍  25-29
  §2.1 资料和方法介绍  25-27
    §2.1.1 本文所使用的资料  25-26
    §2.1.2 本文所使用的分析方法  26-27
  §2.2 本文所使用的数值模式  27-29
    §2.2.1 WRF-ARW模式的特点  27-28
    §2.2.2 模式中的物理方案  28-29
第三章西北太平洋上有利于TC生成的大尺度环流型  29-59
  §3.1 引言  29-30
  §3.2 西北太平洋利于热带气旋生成的大尺度环流型  30-35
    §3.2.1 环流型的定义  31-34
    §3.2.2 统计结果  34-35
  §3.3 五种环流型下生成TC的时空变化情况  35-37
    §3.3.1 近20年的总体变化趋势  36
    §3.3.2 各种环流型的月份变化  36-37
    §3.3.3 各种环流型与TC生成的区域分布  37
  §3.4 不同大尺度环流型对热带气旋生成的影响要素  37-40
    §3.4.1 季风切变型  37-38
    §3.4.2 季风辐合型  38-39
    §3.4.3 季风倒槽型  39
    §3.4.4 季风涡旋型  39-40
    §3.4.5 东北信风型  40
  §3.5 热带气旋生成期间大尺度环流型中的扰动动能变化  40-45
    §3.5.1 正压能量转换方程  41-42
    §3.5.2 五种环流型中的正压能量转换情况  42-43
    §3.5.3 热带气旋生成的大尺度环流型中正压能量转换过程  43-45
  §3.6 小结和讨论  45-46
  附图表  46-59
第四章越赤道气流对西北太平洋热带气旋生成的影响  59-81
  §4.1 引言  59-60
  §4.2 TC生成数量与越赤道气流强度的相关性  60-62
    §4.2.1 越赤道气流强度指数的定义  60-61
    §4.2.2 WNPTC生成频次与越赤道气流强弱的关系  61-62
  §4.3 越赤道气流强弱对WNP上空大尺度因子的影响  62-67
    §4.3.1 越赤道气流对WNP上空大气低层风场的影响  62-63
    §4.3.2 越赤道气流强弱对关键因子的影响  63-67
  §4.4 越赤道气流强弱对WNP大气正压能量转换的影响  67-69
    §4.4.1 越赤道气流对WNP上空低层大气扰动动能增长的影响  67-68
    §4.4.2 越赤道气流强弱对正压能量转换的影响  68-69
  §4.5 越赤道气流强度的短期变化在WNP TC生成过程中的动力作用  69-71
    §4.5.1 在越赤道气流偏强年份  69-70
    §4.5.2 在越赤道气流偏弱年份  70-71
  §4.6 小结和讨论  71-73
  附图表  73-81
第五章典型年份热带西北太平洋TC活动的环流与波动特征的对比研究  81-115
  §5.1 引言  81-82
  §5.2 2004与2006年夏季低层大尺度环流型及TC生成的差别  82-86
    §5.2.1 2004年对流层低层大尺度环流型及TC生成  83
    §5.2.2 2006年对流层低层大尺度环流型及TC生成  83-84
    §5.2.3 2004年与2006年对流层低层大尺度环流型的差别  84-86
  §5.3 2004年与2006年7-9月环境因素的差别  86-89
    §5.3.1 低层相对涡度的差别  86-87
    §5.3.2 高层散度的差别  87-88
    §5.3.3 850hPa-200hPa之间的垂直风速切变的差别  88-89
    §5.3.4 水汽的差别  89
  §5.4 2004年与2006年低层环流型对TD型波列的作用及其差别  89-96
    §5.4.1 2004年8月1-30日低层环流型对TD型涡旋波列的作用  90-93
    §5.4.2 2006年9月10日-26日低层环流型对TD型涡旋波列的作用  93-95
    §5.4.3 2004年与2006年7-9月低层环流场对高频扰动作用的差别  95-96
  §5.5 2004年与2006年正压能量转换的特征及其差别  96-100
    §5.5.1 2004年8月1-30日正压能量转换特征  96-98
    §5.5.2 2006年9月10-26日正压能量转换特征  98-99
    §5.5.3 2004年与2006年正压能量转换的差别  99-100
  §5.6 小结和讨论  100-102
  附图表  102-115
第六章区域气候模式的数值模拟  115-135
  §6.1 引言  115-116
  §6.2 模式的设置及模拟方案  116-118
    §6.2.1 模式设置以及模拟方案  116-117
    §6.2.2 热带气旋的识别  117-118
  §6.3 对热带西太平洋TC生成数量与路径的模拟结果  118-119
    §6.3.1 模拟的TC频数与路径概况  118-119
    §6.3.2 模拟结果与实况的比较  119
  §6.4 对大尺度环流的模拟结果  119-124
    §6.4.1 对2004年7-9月逐月的大尺度环流的模拟结果  119-121
    §6.4.2 对大尺度环流型中TC生成过程的模拟结果  121-124
  §6.5 对天气尺度扰动的模拟结果  124-127
    §6.5.1 模拟的天气尺度波列的强度与分布情况  124-126
    §6.5.2 模拟的天气尺度波列的波形  126-127
  §6.6 小结  127-128
  附图表  128-135
第七章结论  135-139
  §7.1 本文的主要结论  135-136
  §7.2 特色和创新点  136-137
  §7.3 需要进一步完善的工作  137-139
参考文献  139-153
致谢  153-154
作者简介  154

西北太平洋几类大尺度环流型对热带气旋生成的影响及其机理

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