基于位涡反演的Bilis(2006)次级环流及路径转向研究

摘要

利用高分辨率中尺度WRF模式,在成功模拟Bilis(2006)路径及强度变化的基础上,本文应用Wang和Zhang(2003)所发展的位涡反演方法及PV-ω诊断系统对Bilis(2006)模拟结果进行非线性平衡流场和准平衡流场特征的诊断,研究垂直风切变大小与Bilis(2006)次级环流特征的关系,并利用Kieu和Zhang(2010)提出的分片位涡反演方法研究非对称中尺度对流系统对Bilis(2006)登陆后路径转向的影响。
　　得到如下主要结论:
　　(1)位涡反演可以很好地反演出热带风暴的切向风和垂直速度。反演计算的方位平均切向风能达到模拟的80％左右,垂直速度的分布与加热率对应较好,反演后所计算的准平衡垂直速度能达到模拟的70％~80％。风暴中心的西南侧对流发展旺盛,对应一大片高位涡区,而在其东北侧正好相反,表现出明显的一波非对称分布特征。
　　(2)潜热加热项、摩擦项和干动力项对应的次级环流特征有显著差异。潜热加热项对次级环流的贡献最大,其所形成的次级环流中,两个强上升运动区都位于风暴中心的西南侧(顺垂直风切变方向),与中心的距离分别为150-200km和400-500km,它们分别与Bilis(2006)眼墙和螺旋雨带强降水的潜热释放相对应,而东北侧(逆切变方向)的次级环流很弱。摩擦项所产生的辐合上升运动在眼区,强度较弱,类似于Ekman抽吸作用。
　　在环境风垂直切变较大时,与垂直风切变有关的干动力项在热带风暴内产生了一个与环境风垂直切变相反的次级环流,其在西南侧为上升运动且低层辐合及高层辐散明显,东北侧为下沉运动,高空气流从西南流向东北,低空气流则由东北流向西南,其形成的西南向垂直风切变约抵消环境风垂直切变20~25％的作用,增强(减弱)了顺(逆)切变方向降水,使Bilis(2006)降水的一波非对称结构更为突出;在环境风垂直切变较弱时,该次级环流相应较弱。
　　(3)位于Bilis(2006)西南侧的中尺度对流系统对其登陆后的路径有重要影响。Bilis(2006)登陆后,大尺度引导气流与Bilis(2006)的移动速度在纬向上存在较大差别,在经向上有些时次甚至方向相反;在Bilis(2006)路径转向西南方向时,大尺度引导气流为东南风,与非对称中尺度对流系统相关的引导气流为东北风,对Bilis(2006)转向西南方向移动起着重要作用。

目录

中文摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 热带气旋路径变化机理

1.2.2 热带气旋结构特征

1.2.3 热带气旋的位涡反演

1.2.4 热带风暴Bilis(2006)活动的研究

1.3 本文研究内容

参考文献

第二章 数值模式及资料、方法介绍

2.1 WRF模式介绍

2.1.1 WRF中尺度模式的特点

2.1.2 WRF中尺度模式的结构组成

2.1.3 WRF模式的基本方程组

2.1.4 通量形式的欧拉方程

2.1.5 湿欧拉方程

2.2 资料及方法

2.2.1 资料

2.2.2 PV-ω反演方法

2.2.3 分片位涡反演方法

2.3 本章小结

参考文献

第三章 热带风暴Bilis(2006)平衡及准平衡流场的位涡诊断

3.1 引言

3.2 试验设计

3.2.1 控制性试验设计

3.2.2 控制试验与实况对比分析

3.2.3 位涡反演试验设计

3.3 非线性平衡流场分析

3.4 准平衡流场分析

3.5 本章小结

参考文献

第四章 热带风暴Bilis(2006)次级环流的诊断

4.1 引言

4.2 试验设计

4.3 物理过程对次级环流的影响

4.4 Bilis(2006)登陆前后次级环流的对比

4.5 本章小结

参考文献

第五章 中尺度对流系统对Bilis(2006)路径转向的影响

5.1 引言

5.2 Bilis(2006)登陆后路径变化及降水分布特征

5.3 大尺度引导气流与Bilis(2006)登陆后路径的关系

5.4 中尺度系统对Bilis(2006)路径的影响

5.4.1 中尺度对流系统对Bilis(2006)西行路径的影响

5.4.2 中尺度对流系统对Bilis(2006)路径转向的影响

5.5 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢