台风麦莎同心眼墙结构的数值模拟和初步研究

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双眼墙结构在强台风中经常出现,是引起台风强度和结构突变的重要原因之一。双眼墙结构出现后,外眼墙逐渐增强并内缩,此时往往表现为台风强度的变化,随着外眼墙进一步加强、内缩,内眼墙逐渐变弱,最后外眼墙取代内眼墙。上述过程在24小时内即可完成,因此常常伴随这台风强度和结构的突变,给预报带来困难。本文基于数值模拟对台风麦莎的同心双眼墙结构进行研究。 使用WRFV2.1.2,对台风麦莎进行数值模拟。初步调整模式发现模拟的气压和路径与实况匹配性不是很好,于是进行了延长和缩短积分时间的试验,确立了合理的积分时间;单独使用WRF模拟麦莎台风,总是不能提高台风的强度,其台风强度较弱,但是由于WRF模式没有人造台风(bogus)模块,进而将MM5人造台风模块移植进入WRF模式中,而后通过不同的试验,调整积分区域,区域网格中心点,人造台风的最大风速,最大风速半径,风廓线等参数,确定了一个较好的模拟方案,然后将MM5模式的人造台风(bogus)移植进入WRFV2.1.2,再现了麦莎台风的双眼墙结构,得到了较好的结果。 一般情况下同心眼墙出现在结构比较紧密的台风中,在结构相对松散的麦莎台风中同心眼墙如何形成,内外眼墙如何相互作用?本文在成功模拟的基础上,使用高分辨(时间、空间)的资料对双眼墙的结构和形成机制作了细致的、多角度的分析。通过雷达反射率因子、位涡场以及径向风、切向风的诊断,对结构相对松散的麦莎台风同心眼墙的形成进行了初步的研究,以期为提高台风风暴预报的准确性提供理论依据。 (1)利用水平分辨率为6km的新一代中尺度模式WRF和人造台风(bogus)技术可以模拟出麦莎(Masta)台风的同心双眼墙结构,模拟的台风路径与强度和观测有较好的对应。 (2)麦莎台风与其他台风同心眼壁不同的是眼区范围较大,内眼壁直径约100km,同心眼壁维持过程较短(约4小时)外眼壁距台风中心约150km,内外眼壁结构比较松散有正负相间的涡度带配合,并有两个风速极值圈、dBZ大值圈与内外眼壁配合,同时对应风速的大值区,最大值区往往对应最强径向风辐合区。上升运动控制整个内眼壁和2km高度以上的外眼壁区域,下沉运动则控制眼区和内外眼壁之间的广阔区域,径向入流位于外眼壁和内外眼壁之间的边界层,流出则主要位于外眼壁的对流层中上层。 (3)分析发现,台风内外眼墙的相互作用与位涡的变化密切相关,在同心眼墙形成的过程中,低层有水平位涡的向内旋转传递,高层有水平位涡向外传递,台风强度加强。在同心双眼墙消失后,台风外位涡带仍在不断向内收缩,在收缩的过程中,台风强度也在维持或加强,但台风加强的速度明显小于同心圆眼墙的形成过程。
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