台风多普勒雷达速度资料中提取环境风场信息的方法研究

摘要

尽管热带气旋路径预报误差已大大减小,但是对突变路径的预报误差仍然很大。本文介绍了一种从近海台风多普勒雷达径向速度资料中提取中低层环境风信息的方法,在此基础上预测近海台风移动路径。
　　 本文首先介绍了三维轴对称和非轴对称的Rankine涡旋风场结构,分析了影响Rankine涡旋水平和垂直结构的因子,对比了轴对称和非轴对称Rankine涡旋的垂直切向风廓线的特征。在此基础上建立了叠加风向风速水平均匀、垂直线性变化的环境风和涡旋径向入流的三维Rankine涡旋模型,模拟了叠加不同水平风向风速、垂直变化的环境风的轴对称Rankine涡旋的多普勒径向速度场。发现纯轴对称Rankine的多普勒径向零速度线是一条直线,而且零速度线正好经过台风中心,正负径向速度区关于零速度线对称。纯非轴对称Rankine涡旋的零速度线也是直线,台风中心也在零速度线上,但是正负径向速度区不再关于零速度线对称。叠加不同水平风向风速、垂直变化的环境风后,轴对称Rankine涡旋的多普勒径向速度会发生相应变化,如果环境风风向正好垂直于雷达与涡旋中心的连线,零速度线是直线,涡旋中心也在零速度线上,只是正负速度的大小发生变化；如果环境风向与雷达和涡旋中心的连线不垂直,零速度线将随环境风向风速的变化而向正负速度区发生不同程度的弯曲,同时零速度线不同程度的偏离涡旋中心,正负速度极值的绝对值不再相等,更不相对零速度线对称。叠加环境风造成的轴对称Rankine涡旋多普勒径向速度的不对称结构不同于纯非轴对称Rankine涡旋的不对称结构,本文依此提出了通过对比叠加不同水平风向风速、垂直变化的环境风的轴对称Rankine涡旋的多普勒径向速度模拟图像与实测台风雷达多普勒径向速度图像,从中找出与实测台风雷达多普勒径向速度图像最相似的模拟图,以提取实况环境风的方法(暂名相似法)。
　　 利用相似法从福建长乐和厦门雷达观测的雷达径向速度图中提取了影响200418号台风“艾利”的环境风信息,发现环境风使得“艾利”多普勒速度出现不对称,在“艾利”近海转折前,对流层中底层的环境风向已经从偏东风转为东北风,环境风向变化在前,“艾利”路径转折在后。说明通过相似法利用沿海高时空分辨率的多普勒雷达速度资料提取环境风信息,可以实时监测环境风的变化,从而预测近海台风路径的变化,对近海台风路径短临预报具有重要的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 热带气旋路径预报研究进展

1.3 雷达资料用于热带气旋预报研究的进展和不足

1.4 本文主要研究内容及其意义

第二章 RANKINE涡旋的三维结构特征.

2.1 RANKINE涡旋简介

2.2 单层轴对称RANKINE涡旋

2.2 三维轴对称RANKINE涡旋

2.3 三维非轴对称RANKINE涡旋

第三章 从多普勒雷达速度资料中提取环境风信息的方法

3.1 热带气旋多普勒径向速度的算法

3.2 热带气旋多普勒径向速度特征

3.2.1 单层纯轴对称Rankine涡旋多普勒雷达径向速度特征

3.2.2 三维纯轴对称Rankine涡旋多普勒雷达径向速度特征

3.2.3 三维纯非轴对称Rarlkine涡旋多普勒雷达径向速度特征

3.3 叠加环境风的三维轴对称RANKINE涡旋多普勒雷达径向速度特征

3.3.1 叠加三维均匀环境风的三维轴对称Rankine涡旋多普勒雷达径向速度特征

3.3.2 叠加风向垂直顺时针旋转、风速垂直线性加大的环境风的三维轴对称Rankine涡旋多普勒雷达径向速度特征

3.3.3 叠加风向垂直逆时针旋转、风速垂直线性加大的环境风的三维轴对称Rankine涡旋多普勒雷达径向速度特征

3.4 环境风信息提取方法

第四章 环境风信息提取方法在2004年18号台风“艾利”中的应用

4.1 “艾利”台风路径

4.2 “艾利”风雨实况

4.3 “艾利”灾情

4.4 “艾利”天气形势和路径特征分析

4.5 “艾利”近海转折过程中的多普勒雷达径向速度特征

4.6 “艾利”台风环境风信息提取

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 讨论与展望

致谢

参考文献