西北太平洋热带气旋强度和尺度协同变化特征

热带气旋强度和尺度是衡量其破坏性的重要指标。利用美国联合热带气旋警报中心(JTWC)最佳路径数据集和全球飓风强度统计预测计划(SHIPS)再分析数据集,对2004-2020年7-11月西北太平洋热带气旋的强度和尺度(26 m·s^(-1)大风平均半径)时空变化及协同变化特征统计分析发现,热带气旋强度与尺度在10月均达到峰值,主要表现为大而强且海上生命史长的热带气旋占比高于其他月份。热带气旋尺度伴随着强度增强(减弱)而增大(收缩),达到生命史最大尺度的时间平均滞后于最大强度时间40 h,且尺度快速膨胀及达到最大尺度的平均位置比发生快速增强和最大强度的位置更接近陆地。热带气旋初始尺度影响其最大尺度。71%大尺度涡旋在后期发展为大涡旋,其中发展为强热带气旋(不小于59 m·s^(-1))的占比为59%。热带气旋26 m·s^(-1)大风平均半径对后期尺度的影响可达66 h,说明尺度预报中不能忽略初始尺度的影响。热带气旋最大尺度增长率发生在中等强度条件下(25~50 m·s^(-1)),而最大强度增长率发生在中小尺度26 m·s^(-1)大风平均半径(50~100 km)范围。在高空辐散强、相对湿度高、海洋热含量大,且中等及较弱环境垂直风切变条件下,尺度更易向外扩展,甚至发生快速膨胀。

增益介质中发散光束的小尺度自聚焦

将Bepalov-Talanov理论拓展为发散光束在增益介质中的情形,研究了介质小信号增益和饱和增益情况下小尺度扰动的自聚焦特性。在小信号增益情形下,对于确定的输入功率,不同的光束初始曲率半径,小尺度调制增长的临界频率、最快增长频率及其对应的最大增益随介质小信号增益或传输距离的变化有不同的变化性质。光束初始曲率半径表征着光束衍射发散的程度,它的减小在一定程度上能够使小尺度调制的最快增长频率和最大增益减小。小信号增益情形下,对于确定的输出功率,增加介质小信号增益,扰动的最大增益会随之减小,而最快增长频率相应向低频方向移动。相比于小信号增益情形,饱和增益介质情形下小尺度调制增长的最快增长频率及最大增益较小。在不同的系统设计中,需权衡放大器增益及光束参数,选择合适的系统参数及光束控制装置进行实际应用。