环境场对热带气旋变性的影响

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热带气旋(Tropical Cyclone,TC)是一种破坏力很强的灾害性天气系统,在向北移动的过程中,其热带特征可能会逐渐被温带特征所取代,即发生变性过程(Extratropical Transition,ET)。在这一过程中,有一部分TC会在减弱之后再度增强,对人类活动造成极大的灾害性影响。如何准确预测变性后TC的强度是一个热点及难点问题。本文通过对248个ET个例变性发生前24小时的环境场进行EOF分解,将环境场分成了7种主要的环流类型,并对每种类型下TC变性后发生强烈再加强的概率进行了分析。同时分析了每种类型下和TC变性后强度显著相关的物理因子。最后对2个典型的变性后强烈再加强的ET个例进行了数值模拟。  通过对1979~2007年间发生在西北太平洋的248个ET个例在变性前24小时的环境场取850hPa高度、500hPa高度、200hPa纬向风做联合EOF分解,取前4个主要模态,分析出环境场的7种主要环流类型,分别为:分类1浅槽型:副高位于东南,500hPa西侧有低槽接近;分类2东北低压型:东北为一低压中心,500hPa西侧没有明显的槽;分类3深槽型:500hPa西侧槽较分类1深;分类4低层高压型:850hPa为高压控制,500hPa西侧有低槽;分类5西北低压型:东部高压北伸,西北部为低压;分类6高压脊型:中部受高压脊控制;分类7北方低压型:北方有明显的低压,槽南伸至TC位置。在这7种环流型中,TC变性后加强的概率明显不同,分类1浅槽型中接近35%的TC在变性后强烈再加强,说明这样的环境场适宜变性后再加强;分类6高压脊型中没有个例变性后强烈再加强,说明其代表的环境场不适宜变性后再加强;其它分类中的个例中等再加强的个例接近20%,其对变性后再加强为中性环境。  从TC到温带气旋的变性过程是一种从对称结构到非对称结构的转变,一些物理量在某些特定方位的值对于TC变性后的强度具有更强的指标意义。为了进一步判断每种环流型中的ET个例在变性后是加强还是减弱,在以前研究的基础上选取13个物理量:925hPa温度平流,500hPa涡度平流,200hPa散度,500hPa标量锋生和旋转锋生,925hPa、500hPa、200hPa湿位涡正压项和斜压项,经向风和纬向风垂直切变,按照以TC为中心的东北、东南、西北、西南4个象限以及0~600km内圈和600km~1200km外圈分成8个区域,计算这些物理量在上述8个区域的均值作为物理因子。进一步分析7种类型193个个例的物理因子与变性后强度的相关性,得出结论:所有分类193个个例的显著因子和以前研究的结论类似,如东北及西南的温度平流、涡度平流,东北的散度,北侧的旋转锋生,南侧的湿位涡斜压项等因子和变性后再加强的相关性均较强;显著因子存在一些值得注意的特点,如分类1有5个显著因子在东南方向,分类5的2个显著相关因子均位于低层东北方向,分类6的显著相关因子均为湿位涡因子等。7个分类的显著相关因子各不相同,这和分类的环境场形势有关。在每个环流类型中选取一个变性后强烈再加强的ET个例,并和同一类型中变性后的减弱的ET个例进行上述物理量的对比分析,显示加强和减弱个例两者在显著相关因子上的区别还是很明显的。而这些显著因子和TC变性后的再加强之间的物理机制,需要在进一步的研究中给出。  选取分类1的强烈再加强个例ET008和分类2的强烈再加强个例ET159分别进行数值模拟,模拟选择的数值模式为WRF。对ET008个例的模拟表明模式对于ET过程的冷暖锋生、暖锋区的中尺度结构以及降水云系的结构等都有很好的模拟结果。而ET159个例是一个在双气旋作用下得到变性后强烈再加强的特例,其西南侧伴随着另一个TC活动。对ET159个例的模拟表明双气旋配置下,在发生变性时处于西南的TC会在低层向东北TC输送暖湿空气,使得东北TC得到辐合增强,而西南TC趋于减弱消失。
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