西北太平洋上一个锢囚后二次爆发性发展的气旋研究

摘要

2007年1月6至9日，在西北太平洋上发生了一次强爆发性气旋天气过程。该气旋在其生命过程中经历了两个爆发性发展阶段，其中第二次爆发性发展出现在气旋开始锢囚之后，在过去的爆发性气旋个例研究中很少见到类似特征。利用Zwack-Okossi方程和WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式对这个独特的爆发性气旋进行了诊断分析和数值模拟研究，详细地描述了该爆发性气旋的演变过程，分析了该气旋在锢囚之后二次爆发的原因，并对其两个爆发性发展阶段的发展机制进行了深入探讨。
　　研究发现，该气旋形成在对流层中下层的斜压区，有利的斜压环境是促使其发展的基本条件。气旋在向东北方向移动的过程中遇到了对流层中上层东移的低涡系统，高低空系统在垂直方向上表现为明显的西倾现象，在高空低涡前部下方的气旋获得了爆发性发展。当气旋开始锢囚之后，有利于气旋发展的因子偏离气旋中心移到了气旋的下游，导致气旋分裂并在下游形成了新的气旋中心。新生的地面气旋中心再度超前于高层的低涡系统，这样的高低空配置导致了气旋的再次爆发。
　　Zwack-Okossi方程诊断分析表明，气旋在两个爆发性发展阶段的强迫因子是不完全相同的。在第一个爆发性发展阶段，气旋性涡度平流、暖平流和非绝热加热的共同作用造成了气旋的爆发性发展，其中非绝热加热是促使气旋发展最主要的强迫因子;而在第二个爆发性发展阶段，非绝热加热的作用很小，高空系统的斜压强迫（即气旋性涡度平流和暖平流）是促使气旋发展最主要的强迫因子。
　　关闭潜热释放的敏感性试验表明，潜热加热与高空系统的斜压强迫通过一个正反馈过程促进气旋的发展，这个正反馈过程可以描述如下:高层低涡/低槽前部的气旋性涡度平流和脊区的暖平流在气旋上空强迫产生高层辐散，潜热加热增强了高层槽脊系统的强度并进而影响高层的斜压强迫;高层辐散导致辐散区下方出现补偿上升运动和低层的降压，并进一步导致低层的辐合和气旋性涡度的生成;低层系统的发展导致气旋东部的偏南风低空急流增强，从而向气旋内部输送更多的水汽，水汽受到强烈的抬升作用而凝结释放更多的潜热，这样就形成了一个正反馈过程。气旋正是通过这个正反馈过程得到了爆发性发展。
　　关闭下垫面通量的敏感性试验表明，海表面的热通量和水汽通量在不同阶段对气旋的发展起到不同的作用，这取决于气旋的强度、气旋所处的位置以及通量的水平分布特征等。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 国内外研究现状

1．1．1 爆发性气旋的定义

1．1．2 爆发性气旋的分类

1．1．3 爆发性气旋的气候特征

1．1．4 温带气旋爆发性发展的机制

1．2 本文的研究目的

1．3 本文的结构

2 资料和方法

2．1 资料

2．2 Zwack-Okossi方程诊断方法

2．3 Shapiro滤波方法

2．4 Zwack-Okossi方程中各强迫项的垂直序列

2．5 WRF模式介绍

3 爆发性气旋的天气学分析

3．1 气旋的演变过程

3．2 高空天气形势

3．3 高低空急流、散度场和垂直速度场分析

3．4 气旋的垂直结构

3．5 本章小结

4 Zwack-Okossi方程诊断分析

4．1 950 hPa地转涡度倾向的空间分布

4．1．1 计算结果的检验

4．1．2 950 hPa地转涡度倾向的分布特征及演变过程

4．1．3 基本的强迫过程及其对气旋发展的作用

4．2 气旋中心的950 hPa地转涡度倾向

4．2．1 计算结果的检验

4．2．2 各强迫项对气旋发展的作用

4．3 本章小结

5 WRF数值模拟

5．1 模式的基本设置及试验方案设计

5．2 控制试验(CTL)结果

5．3 潜热敏感性试验(NLHR)结果

5．3．1 NLHR试验和CTL试验结果对比

5．3．2 潜热释放影响气旋发展的机制

5．4 通量敏感性试验(NFLX)结果

5．4．1 CTL试验中下垫面热通量和水汽通量的分布特征

5．4．2 通量对气旋发展的促进作用

5．4．3 通量对气旋发展的阻滞作用

5．5 气旋第二个爆发性发展阶段的数值试验

5．6 本章小结

6 讨论和结论

6．1 主要结论

6．2 讨论与展望

参考文献

致谢

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