论文部分内容阅读
[摘 要]飓风Bonnie的风垂直切变变大时，非对称结构显著； 风垂直切变变小时，轴对称结构显著。本文探究了飓风形成的原因，在此基础上，对飓风参数进行建模，根据风垂直切变随时间的变化，将飓风Bonnie的发生、发展过程中划分为3个阶段，并对3个发展阶段进行了分析。并就飓风活动的变化对气候造成的影响举例说明给出依据。
[关键词]飓风；全球变暖；Morlet小波分析
中图分类号：G687 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0326-01
1 飓风的形成
台风和飓風都属于北半球的热带气旋，一般来说，在大西洋上生成的热带气旋，被称作飓风，而把在太平洋上生成的热带气旋称作台风。飓风形成需要三个条件：温暖的水域；潮湿的大气；海洋洋面上的风能够将空气变成向内旋转流动。在多数风暴结构中，空气会变得越来越暖并且会越升越高，最后流向外界大气。如果在这些较高层次中的风比较轻，那么这种风暴结构就会维持并且发展。在飓风眼（即飓风中心）中相对来说天空比较平静。最猛烈的天气现象发生在靠近飓风眼的周围大气中，称之为（飓风）眼墙。在眼墙的高层，大多数空气向外流出，从而加剧大气的上升运动。
2 飓风参数的确定及建模
从全球气温变化方面来看，将影响飓风活动的因子综合考虑判断，飓风频率和飓风强度定量表征飓风活动变化和波动并且飓风强度可以转化为登陆时的最大风力。（见图1）
在飓风结构发展中，较高的惯性稳定度发展与风暴的内核尺度发展一致； 高惯性稳定度区提供抗径向运动，主要出现在主眼墙附近和内部区域，风垂直切变影响减小，使得潜热释放集中于该区，有利于飓风加强，这是飓风内核发展的一个重要因素。惯性稳定度是热带气旋发生发展过程中的一个重要因子。惯性稳定度表达式：
其中： v 是方位角平均的切向风； r 是从风暴中心为起点的半径； f是科里奥利参数；是轴对称的涡度矢量的垂直分量。在线性 CISK 理论中，惯性稳定度近似于，然而观测结果和利用原始非线性方程和平衡模式的数值试验结果表明，只有在热带气旋发展的初始阶段惯性，稳定可近似为。
3 飓风与全球变暖的关系
在Matlab软件中，Morlet小波函数的调用格式为：[PSI，X]=morlet（LB，UB，N）。该函数返回的有效支撑为[LB，UB]，表示在有效支撑上有 N 个均匀分布点。在 MATLAB 中，我们可以通过以下两种格式调用一维连续小波变换函数：
（1） coefs=cwt（s，scales，’wname’）
（2） coefs=cwt（s，scales，’wname’，’plot）
cwt是MATLAB软件环境中一维连续小波变换分析的调用函数。上面的两种格式中，coefs保存的是小波变换后返回的系数矩阵Wf（a，b） ，系数以行方向存储在矩阵中。
拿墨西哥来说，小帽小波和 Morlet 小波，分析 1880-2011 年最近 132 年海表温度的变化特征和周期变化情况。在对 132 年时间序列的海洋表面温度（SST）数据的中小尺度变化特征进行分析时，使用 Morlet 小波进行 20 年尺度的一维连续小波变换。得到一维连续小波变换的系数绝对值灰度图，我们给出了与灰度图相对应的等值线分析图。在等值线分析图中，我们可以看到在 10 到 20 年时间尺度上，1880-2011 年的 132 年时间里有六个比较显著的偏冷期。1889 年前后进入第一个偏冷期，冷中心位于1890-1895年，第二个冷中心位于 1907-1910 年，第三个冷中心位于1928-1933年，第四个偏冷期的冷中心位于 1950 年前后。10-20 尺度上有7个明显的暖区域，六个完整的暖中心，分别是：1880-1885 年，1897-1902 年，1918-1922年，1942-1945 年，1961-1962年，1980-1985 年。在 10 年以下尺度上，有若干封闭的偏暖区域。在 1950年前后，有一个小的冷中心。偏暖期和偏冷期相互交替变换的时间基本上都为3-6年左右。（见图2）
结论：
在飓风发生的3个阶段中，较高的惯性稳定度的范围与风暴的内核尺度发展一致，第一阶段飓风加强，惯性稳定度大值区向内核收缩，在第二、三阶段的眼墙替换过程中，内眼墙消失，新眼墙形成，惯性稳定度大值区又向外运动。高惯性稳定度提供阻抗径向运动，阻止了对流层低层的径向运动，使得Rossby变形半径减小，导致潜热释放集中，这对飓风加强起到十分重要的作用，这是飓风内核发展的一个重要因素。
参考文献
[1] Crowley TJ.Causes of climate change over the past 1000 years[J].Science，2000，289（5477）： 270-277.
[2] Eric DeWeaver.Uncertainty in ClimateModel ProjectionsofArctic Sea Ice Decline：An evaluation relevant to PolarBears.U.S.Department of the Interior，U.S.GeologicalSurvey.2007，36.
[3] M.Rasmusson，Thomas H.Carpenter.Variation in Tropical Sea Surface Temperature and Surface Wind Frelds Associated with the Southern Oscillation/El Ni o.MONTHLY WEATHER REVIEW.Volume 110：354-384.
[关键词]飓风；全球变暖；Morlet小波分析
中图分类号：G687 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0326-01
1 飓风的形成
台风和飓風都属于北半球的热带气旋，一般来说，在大西洋上生成的热带气旋，被称作飓风，而把在太平洋上生成的热带气旋称作台风。飓风形成需要三个条件：温暖的水域；潮湿的大气；海洋洋面上的风能够将空气变成向内旋转流动。在多数风暴结构中，空气会变得越来越暖并且会越升越高，最后流向外界大气。如果在这些较高层次中的风比较轻，那么这种风暴结构就会维持并且发展。在飓风眼（即飓风中心）中相对来说天空比较平静。最猛烈的天气现象发生在靠近飓风眼的周围大气中，称之为（飓风）眼墙。在眼墙的高层，大多数空气向外流出，从而加剧大气的上升运动。
2 飓风参数的确定及建模
从全球气温变化方面来看，将影响飓风活动的因子综合考虑判断，飓风频率和飓风强度定量表征飓风活动变化和波动并且飓风强度可以转化为登陆时的最大风力。（见图1）
在飓风结构发展中，较高的惯性稳定度发展与风暴的内核尺度发展一致； 高惯性稳定度区提供抗径向运动，主要出现在主眼墙附近和内部区域，风垂直切变影响减小，使得潜热释放集中于该区，有利于飓风加强，这是飓风内核发展的一个重要因素。惯性稳定度是热带气旋发生发展过程中的一个重要因子。惯性稳定度表达式：
其中： v 是方位角平均的切向风； r 是从风暴中心为起点的半径； f是科里奥利参数；是轴对称的涡度矢量的垂直分量。在线性 CISK 理论中，惯性稳定度近似于，然而观测结果和利用原始非线性方程和平衡模式的数值试验结果表明，只有在热带气旋发展的初始阶段惯性，稳定可近似为。
3 飓风与全球变暖的关系
在Matlab软件中，Morlet小波函数的调用格式为：[PSI，X]=morlet（LB，UB，N）。该函数返回的有效支撑为[LB，UB]，表示在有效支撑上有 N 个均匀分布点。在 MATLAB 中，我们可以通过以下两种格式调用一维连续小波变换函数：
（1） coefs=cwt（s，scales，’wname’）
（2） coefs=cwt（s，scales，’wname’，’plot）
cwt是MATLAB软件环境中一维连续小波变换分析的调用函数。上面的两种格式中，coefs保存的是小波变换后返回的系数矩阵Wf（a，b） ，系数以行方向存储在矩阵中。
拿墨西哥来说，小帽小波和 Morlet 小波，分析 1880-2011 年最近 132 年海表温度的变化特征和周期变化情况。在对 132 年时间序列的海洋表面温度（SST）数据的中小尺度变化特征进行分析时，使用 Morlet 小波进行 20 年尺度的一维连续小波变换。得到一维连续小波变换的系数绝对值灰度图，我们给出了与灰度图相对应的等值线分析图。在等值线分析图中，我们可以看到在 10 到 20 年时间尺度上，1880-2011 年的 132 年时间里有六个比较显著的偏冷期。1889 年前后进入第一个偏冷期，冷中心位于1890-1895年，第二个冷中心位于 1907-1910 年，第三个冷中心位于1928-1933年，第四个偏冷期的冷中心位于 1950 年前后。10-20 尺度上有7个明显的暖区域，六个完整的暖中心，分别是：1880-1885 年，1897-1902 年，1918-1922年，1942-1945 年，1961-1962年，1980-1985 年。在 10 年以下尺度上，有若干封闭的偏暖区域。在 1950年前后，有一个小的冷中心。偏暖期和偏冷期相互交替变换的时间基本上都为3-6年左右。（见图2）
结论：
在飓风发生的3个阶段中，较高的惯性稳定度的范围与风暴的内核尺度发展一致，第一阶段飓风加强，惯性稳定度大值区向内核收缩，在第二、三阶段的眼墙替换过程中，内眼墙消失，新眼墙形成，惯性稳定度大值区又向外运动。高惯性稳定度提供阻抗径向运动，阻止了对流层低层的径向运动，使得Rossby变形半径减小，导致潜热释放集中，这对飓风加强起到十分重要的作用，这是飓风内核发展的一个重要因素。
参考文献
[1] Crowley TJ.Causes of climate change over the past 1000 years[J].Science，2000，289（5477）： 270-277.
[2] Eric DeWeaver.Uncertainty in ClimateModel ProjectionsofArctic Sea Ice Decline：An evaluation relevant to PolarBears.U.S.Department of the Interior，U.S.GeologicalSurvey.2007，36.
[3] M.Rasmusson，Thomas H.Carpenter.Variation in Tropical Sea Surface Temperature and Surface Wind Frelds Associated with the Southern Oscillation/El Ni o.MONTHLY WEATHER REVIEW.Volume 110：354-384.