位涡反演理论在台风领域中的应用研究进展

位涡作为一个综合反映流体动力学和热力学性质的物理量,受到气象学者的广泛关注,位涡反演理论逐渐成为台风研究的重要方法之一。在简要回顾近几十年来位涡反演理论研究进展的基础上,综述了位涡反演理论在台风领域中的应用进展情况,讨论了位涡反演理论应用时可能存在的问题,即位涡平均态求取、近地面摩擦作用以及位涡反演平衡条件等都可能影响反演效果,并对位涡反演理论的应用前景作了展望。

副热带高压对登陆台风影响的数值模拟研究

中国登陆台风多发于夏季,尤其对于登陆后继续北上深入内陆的热带气旋,逐渐与其所处的中纬度环境场发生相互作用,强度衰减缓慢甚至再次发展,且伴随有台风动力、热力结构的转变(ET过程)。同时,夏季多伴有副热带高压的活跃与西伸趋势,然而该系统与台风之间相互作用的物理机制仍不十分清楚,这已成为提高台风预报能力的主要障碍之一。文中选取1997年第11号台风"温妮"为研究个例,通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis等提出的片段位涡反演方法,改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度,通过数值模拟与诊断分析的方法,深入研究不同强度副热带高压系统对台风陆上维持、变性和发展的影响。研究表明,副热带高压强度的加强加快了台风中心的北移速度,冷空气提前下沉入侵台风中心,加快台风的变性,配合暖气团的强迫抬升激发强烈的对流层中高层锋生,台风变性后再次加强幅度增大。副热带高压强度的改变直接影响台风中心上空高空形势,而后者与台风强度的变化有较好的相关性。

西风带高空槽对登陆我国变性热带气旋的影响及其机理研究

应用日本气象厅1979～2008年的热带气旋资料以及日本25年(JRA-25)再分析资料,本文首先对登陆我国变性加强和变性减弱的两类热带气旋进行了合成对比分析,发现热带气旋变性后的强度变化与相应的西风带高空槽的强弱有很好的对应关系。然后,我们选取了2004年登陆我国的热带气旋Haima为研究对象,通过中尺度模式模拟再现了其登陆后变性演变过程,采用片段位涡反演方法改变了模式初始高空槽的强度,研究了高空槽强度的变化对Haima变性过程的影响。研究表明:(1)高空槽加强(减弱)后,Haima移速明显加快(减慢),此外深(浅)槽对应的Haima变性加强过程中心气压降幅较大(小);(2)不同强度的高空槽与Haima相互作用的过程中,深槽对应的高空急流范围较大,强度更强,相应的高空强辐散有利于Haima明显的再发展;(3)另外深槽对应着较强的高层正位涡带,正位涡向下伸展诱发低层Haima正位涡明显增长,从而导致低层锋区的强烈发展和低层气旋的明显加强。

QuikSCAT风场资料的位涡反演应用对“云娜”台风数值模拟影响研究

为了定量研究海面散射计风场对台风数值模拟的影响程度问题,从动力学角度出发,采用片段位涡反演技术,将非对称加强后的QuikSCAT卫星风场产品与底层NCEP资料风场的位涡差,作为扰动位涡,通过非线性平衡约束,反演出三维的扰动物理量场,从而得到QuikSCAT风场对模式大气的影响层次及量值大小,最后设计试验方案对"云娜"台风加强阶段进行了模拟研究。结果表明:QuikSCAT风场资料的合理引入,主要改善了初始大气底层状况,并通过平衡约束,部分修正了整层模式初始场;该资料反演的三维扰动平衡场,相对三维变分方法得到的物理量增量,对台风路径及强度的模拟发挥了明显的正效应;而且初步证明台风发展与底层环境,尤其是底层湿度场影响关系非常密切,因而完善台风底层资料的真实性,可以很大程度提高台风强度模拟水平。