登陸后不同路徑再入海臺風(fēng)的觀測分析與數(shù)值研究.pdf

1、本文對1997年13號臺風(fēng)Winnie、2001年8號臺風(fēng)Toraji和2004年7號臺風(fēng)Mindulle三個登陸再入海的變性臺風(fēng)的熱力特征、動力結(jié)構(gòu)和再發(fā)展機制進行了多方面的剖析。通過觀測資料和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),這三個個例在背景場、熱力和動力學(xué)結(jié)構(gòu)上既存在著很多共同點,同時也具有很多差異。本文試圖總結(jié)出不同路徑條件下變性臺風(fēng)彼此之間的異同,對變性臺風(fēng)有更深刻的認識,給出此類臺風(fēng)變性加強的物理概念模型,為登陸臺風(fēng)的預(yù)報提供相應(yīng)的依據(jù),起

2、到消災(zāi)、減災(zāi)的作用。1997年臺風(fēng)Winnie是一個典型的變性加強個例,在變性初期,由于地面摩擦等作用,強度上開始減弱。隨著Winnie北上并與中緯度西風(fēng)槽相互作用,臺風(fēng)外圍與中緯度鋒面相互融合,西側(cè)冷空氣卷入臺風(fēng)內(nèi)部,與臺風(fēng)中心東側(cè)暖氣團形成強烈的對比,導(dǎo)致了熱力結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)不對稱分布,低層為“半冷半暖”熱力特征(西冷東暖)。隨著冷空氣的持續(xù)注入,在臺風(fēng)低層環(huán)流內(nèi)出現(xiàn)包圍臺風(fēng)中心的環(huán)狀鋒生,形成了與冷暖鋒相對應(yīng)的傾斜分布特征,西側(cè)具有冷

3、鋒特征,北側(cè)具有暖鋒特征,臺風(fēng)演變?yōu)殇h面氣旋。在冷空氣包圍臺風(fēng)中心的過程中,使得斜壓位能向動能轉(zhuǎn)換,同時,中心東側(cè)的暖氣團被迫抬升，臺風(fēng)內(nèi)垂直渦度增強,臺風(fēng)低層環(huán)流發(fā)展。變性氣旋與槽前高空急流耦合,高空正的強濕位渦(MPV)下傳,與臺風(fēng)低層環(huán)流銜接,下傳的正位渦使得冷空氣增強,相當位溫線更加密集,斜壓性增強,由濕位渦守恒原理可知,必然會導(dǎo)致氣塊在垂直方向的拉伸,促使斜壓性降低,相對渦度進而得到發(fā)展、增強,在低層鋒區(qū)誘生出氣旋性環(huán)流。

4、r>　　臺風(fēng)的變性,使得熱力和動力結(jié)構(gòu)演變?yōu)閮A斜的非對稱分布,其暖心結(jié)構(gòu)首先從臺風(fēng)中心西側(cè)低層遭到破壞,負的溫度距平隨高度向西傾斜。中高層的暖心加強過程中演變?yōu)殡S東側(cè)傾斜的暖區(qū),且位置由原來200hPa下降到400hPa附近,整個大氣層呈現(xiàn)較強的斜壓性。臺風(fēng)達到最強后,其低層會逐步被冷空氣填塞,對流層中上層為暖中心,斜壓系統(tǒng)錮囚。動力特征上,最大風(fēng)速半徑外擴到3個經(jīng)緯度左右,而相對渦度偏離于臺風(fēng)的中心,最大渦度發(fā)生在氣旋中心的西側(cè),且隨

5、高度向西傾斜,在對流層高層與西風(fēng)槽形成的正渦度中心銜接。從能量角度來看,區(qū)域平均動能和渦動動能的最強增幅位于對流層低層850-600hPa之間,與冷空氣最強位置相對應(yīng)?？梢?Winnie的變性加強過程為中緯度鋒面侵入到臺風(fēng)內(nèi)部,冷空氣逐漸包圍臺風(fēng)中心,再加上高空能量的下傳,與臺風(fēng)殘渦相互作用,一個溫帶氣旋在鋒面上激發(fā)發(fā)展起來的過程。2001年臺風(fēng)Toraji在登陸之后經(jīng)歷了衰減、變性加強和快速衰減。在變性加強階段,除了受到高空槽前西南氣

6、流的影響,臺風(fēng)東側(cè)存在一低空急流,在低空急流前方山東半島的上空一閉合的低空低壓系統(tǒng),此處為一個強烈的輻合區(qū),當臺風(fēng)殘渦北移并于該低壓系統(tǒng)結(jié)合時,兩個屬性相同的系統(tǒng)疊加,臺風(fēng)獲得發(fā)展,隨著臺風(fēng)再次入海并向低空急流輻合區(qū)靠近,再加上海面摩擦的降低,Toraji在移動到山東時再次發(fā)展到最強。此后,高空槽向南加深,從西風(fēng)槽脫離出來而形成切斷低壓,牽制了臺風(fēng)的持續(xù)北上,同時變性氣旋難以獲得更多的高空能量,冷空氣逐步填塞氣旋低層,最后錮囚而消亡。由

7、于高空槽前西南氣流和副高的作用,中心東側(cè)的環(huán)流大于西側(cè)環(huán)流,并且最大風(fēng)速中心位置偏高,位于對流層中層。敏感性試驗顯示,凝結(jié)潛熱釋放在臺風(fēng)變性加強過程中起到重要的作用,無潛熱釋放時,臺風(fēng)因為缺乏熱量的交換,登陸氣旋迅速衰減,很快消亡。2004年臺風(fēng)Mindulle經(jīng)歷了三次登陸過程,在浙江登陸并再入海過程,發(fā)生變性加強。其變性加強過程主要受到高空槽及槽前西南氣流的影響,臺風(fēng)中心東西兩側(cè)環(huán)流得到增強,隨著臺風(fēng)的發(fā)展,南風(fēng)環(huán)流最大值中心由對流

8、層中層下移至對流層低層。區(qū)域平均動能和渦動動能顯示,兩者大值區(qū)主要集中在400hPa以下,其加強過程主要位于對流層700hPa,900hPa以下近地面層的增幅在三個臺風(fēng)個例中是最大的,這主要是海面摩擦系數(shù)較小的原因。
　　三個個例的對比表明,臺風(fēng)的變性加強與中緯度西風(fēng)槽相關(guān)聯(lián),高空槽攜帶的正渦度平流及高空輻散作用都對臺風(fēng)的發(fā)展起到積極作用。而高空正濕位渦的下傳,在低層鋒區(qū)誘生出氣旋性環(huán)流,同時加強了冷空氣侵入,促使斜壓位能釋放轉(zhuǎn)化