【摘 要】
:
热带气旋(TC)是地球上威胁人类生命财产的自然灾害之一。TC尺度是衡量其影响区域面积的重要指标。由于观测中TC尺度的历史数据不足,过去TC研究的重点主要集中在路径和强度上。本文基于再分析资料中的夏季背景场和天气尺度扰动场,通过使用高分辨率WRF模式,系统地分析了西北太平洋和北大西洋TC尺度差异的原因,并探讨了背景场和天气尺度扰动场影响TC尺度的物理机制。针对TC个例“Shanshan”(2006)
论文部分内容阅读
热带气旋(TC)是地球上威胁人类生命财产的自然灾害之一。TC尺度是衡量其影响区域面积的重要指标。由于观测中TC尺度的历史数据不足,过去TC研究的重点主要集中在路径和强度上。本文基于再分析资料中的夏季背景场和天气尺度扰动场,通过使用高分辨率WRF模式,系统地分析了西北太平洋和北大西洋TC尺度差异的原因,并探讨了背景场和天气尺度扰动场影响TC尺度的物理机制。针对TC个例“Shanshan”(2006),研究了四种积云参数化方案(CP)在不同水平分辨率下TC尺度及潜在破坏力模拟的收敛性问题。主要结论如下:(1)观测结果表明,西北太平洋上的TC尺度在统计上大于北大西洋的TC尺度。通过使用高分辨率WRF模式进行了理想试验模拟,分析TC尺度差异的原因以及背景场中温度、水汽及环流场对TC尺度的相对贡献。结果表明西北太平洋背景场有利于TC尺度的发展,背景场的温度廓线差异是影响TC尺度最重要的一项,大约是绝对湿度和环流场贡献的两倍。与北大西洋相比,西北太平洋的气候平均海温更高且流出层温度更低,这样的环境有利于发展出更强的TC强度和尺度。这种更加不稳定的大气层结是西北太平洋TC尺度更大的主要原因。(2)西北太平洋和北大西洋不同种类的天气尺度扰动也会对TC尺度产生影响。数值模式的模拟结果表明,西北太平洋的天气尺度波列环境有利于发展出更大尺度的TC。与大西洋的东风波相比,天气尺度波列的地表风速更大,因此,天气尺度波列通过蒸发过程在TC外围产生了更多的水汽,有利于在外围发展出更强的对流,从而释放更多的非绝热加热,进而降低了海平面气压。TC外围海平面气压的降低改变了TC内区和外围的海平面气压梯度的分布。一方面,外围海平面气压的降低减弱了TC内区的海表气压梯度,因此,TC内区的径向风减弱,最大风速半径(RMW)向外增大扩张。另一方面,外围海平面气压的降低增大的TC外围的海表气压梯度,因此TC外围径向风增大,辐合增强。外围径向风的辐合进一步加强了外围对流的发展,通过这样一个正反馈过程,外围的径向风进一步增大。更强的TC的辐合增强了切向风,增大了TC的外围尺度。(3)使用WRF模式研究了不同CP方案在不同水平分辨率下(7.5 km-1 km)TC的潜在破坏力。结果显示,随着模式分辨率的提升,所有CP方案的试验中模拟的TC潜在破坏力指数(PDI)在逐渐增大,而与尺度相关的潜在破坏力指数(PDS)在逐渐减小,模式的收敛性较弱。TC强度和内核尺度的收敛性不佳分别导致了PDI和PDS的弱收敛性。对于NOCP、KFEX和BMJ方案组试验,当网格分辨率由粗分辨率逐渐提升到高分辨率后,模式可以解析出更多的对流。眼墙附近模式模拟出的非绝热加热极值变得更强,导致相应位置的气压下降的更快,气压梯度增大。这一方面会使热带气旋的强度增强,从而造成PDI的不收敛增强;另一方面,根据径向风方程,气压梯度力的增强会使RMW减小。非绝热加热的位置由于RMW的减小更加靠近TC中心,从而使TC中心气压下降的更多。在这样一个正反馈的过程下,气压梯度不断增大,RMW进一步减小,模式对热带气旋尺度的模拟收敛性出现问题,最终造成PDS的不收敛减小。在对比各类CP方案的试验结果后,Grell-Freitas方案在模拟TC强度和尺度上收敛性相对更好。
其他文献
京津冀地缘相接、水脉相连,同属大陆性季风气候。受自然环境演变、气候变化及人类活动的综合影响,区域水资源匮乏已成为阻碍京津冀协同、可持续发展的瓶颈。本文系统分析了在全球气候变暖背景下京津冀区域水循环和水资源演变特征,以及气候变化对京津冀区域水资源变化量的影响,提出了该区域水资源对气候变化的适应性对策,对实现京津冀水资源合理利用和可持续发展具有重要的现实意义。本文选取1960~2015年共56年京津冀
近几十年来,随着经济社会的飞速发展,越来越多人口集中在城市居住、城市规模不断扩大,城市地区的能源消耗也稳步增加,由此带来一系列的气象环境效应(如:城市热岛效应)及其相互作用过程,日益受到关注。本文以北京为研究区域,主要利用考虑室内外能量交换过程的多层城市冠层方案(BEP-BEM,Building Environment Parameterization-Building Energy Model)
近几十年来,中国空气污染非常严重。流行病学研究表明细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)对人体健康有不利影响。然而,有限的研究调查了PM2.5、O3的对中国的大城市上海的死亡率、门诊量的影响。对于PM2.5来说,对人体危害最大的PM2.5组分及其来源仍不清楚,故无法准确量化细颗粒健康危害程度。另外,同时计算未来排放,气候和人口变化时,量化中国未来的PM2.5和O3浓度变化及其健康影响非常具有挑战性。
近几十年,人类航空事业蓬勃发展,深空探测逐渐成为世界各国关注的焦点,近地空间高能粒子辐射环境对人类航空航天活动的影响日益凸显。高能粒子在行星际空间中加速与传播的研究愈发受到重视,并已成为日地空间物理中的一个热点问题。行星际空间中充斥着多种高能粒子,包括太阳高能粒子(Solar Energetic Particle,SEP)、银河宇宙线(Galactic Cosmic Ray,GCR)、异常宇宙线(
全球气温变化能够引起地球系统的剧烈变化,一直以来是气候研究领域的重点和热点,备受各个国家和政府的关注。本文利用多套气温观测资料、再分析资料以及多模式资料,分别从年代际和年际时间尺度上探讨了几个海温主要模态对全球气温以及北极冬季气温的影响。首先探讨了年代际海表温度主模态对全球增暖速率和北极气温的调制作用;随后,在年际时间尺度上分析了ENSO复杂性对全球气温和北极气温的影响。论文主要结论如下:(1)全
与周围陆地相比,湖泊具有低反射率、高比热容、低地表粗糙度和充沛的水汽供应等明显差异,并通过与大气的能量、水汽和动量交换,从而对局部天气和区域气候产生影响。因此,湖泊过程在区域模式中的准确表示,对于真实描述湖泊-陆地-大气之间的相互作用以及提高数值模拟和预报能力十分重要。当前区域模式中的湖泊模拟存在如下关键科学技术问题需解决:一是区域模式通常使用预先设定的湖表温度或者交互的一维(1-D)模型对湖泊进
岩石圈磁场是地磁场的重要组成部分,可反映地壳及上地幔中磁性岩石的分布特征。在岩石圈磁场模型中,根据模型阶数划分的水平波长可以反映岩石圈磁场特征的分布尺度。如何结合不同数据集来正确计算岩石圈磁场模型中的长波长部分(大约波长200km—3000km)一直是地磁场研究的热门问题。高精度的岩石圈磁场模型在对地球物理勘探、地质构造、地磁起源、地球演化以及空间天气等地球物理学研究中都扮演着非常关键的角色,具有
表面重力波位于海气界面处,能够通过调节海气之间的动量通量间接影响上层海洋,一方面,表面重力波能够改变大气下垫面粗糙度长度,影响大气的动量输出tair;另一方面,波浪演化过程中对动量的吸收或释放控制着进入海洋流场的动量通量toc。此外,表面重力波还会通过波流相互作用直接影响海洋上层的动力学和热力学结构,其中斯托克斯漂流理论是波流相互作用的重要组成部分。目前在海洋环流模式中越来越多地考虑了波浪的作用,
海洋上边界层作为联系大气底边界层和上层海洋的一个中间层,在大气和海洋之间的水汽、热量和动量的交换过程中有着重要的作用。在海洋或大气模式中,需要对次中尺度过程参数化,参数化方案很多,但是较常用的参数化方案中并没有考虑到浪致混合的作用,因此本文在总结前人的研究基础上,在已有的参数化方案中,加入波浪的影响。在本研究中利用大涡模拟方法研究浪致混合现象。通过对大涡模拟的数据分析发现,斯托克斯漂流的出现会产生
岛屿对局地海洋动力过程的影响可以分为两类:(1)风吹过岛屿时,受岛屿上山脉的影响,岛屿下游风速减弱,使得上层海水混合变弱,海表温度相对于周边海域偏高,对于海洋来说,这是岛屿通过影响大气流动间接影响海洋;(2)海流绕过岛屿时,在岛屿的下游处会形成尾涡,对海洋来说是岛屿直接影响海洋。本论文利用卫星遥感资料、实验室实验和数值模拟结果分析了这两类岛屿影响海洋的物理过程。对于间接影响过程,岛屿会在背风坡诱导