热带气旋Haiyan(2013)快速增强过程数值模拟研究

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本文选取西北太平洋热带气旋(TC)Haiyan(2013)为研究对象,利用中尺度数值模式WRF对其快速增强(RI)过程进行了数值模拟研究。分析了TC的路径,强度以及结构对不同积云参数化方案和云微物理参数化方案的敏感性;利用最佳模拟的高分辨的模式输出分析场,分别从环境要素,内核结构,对流爆发等方面探究了TC的主要特征与演变特点;最后,利用涡度方程对RI过程中TC内核区域的涡度收支进行诊断分析。得到如下主要结论:  (1)Haiyan的路径模拟对积云参数化方案选择有着较强的敏感性。通过误差分析发现,不同参数化方案在RI开始之前对路径模拟效果相当,KF方案在RI开始之后模拟结果最为突出;云微物理过程对TC强度有重要影响,所以TC强度模拟对其参数化方案有较强敏感性,与观测对比分析发现:MO方案的强度模拟结果与实况非常接近;通过模拟亮温与FY-2E TBB资料的对比分析得到,TC的内部结构的模拟对云微物理方案有较强敏感性,MO方案的试验可以很好地再现TC的眼区,螺旋雨带等结构特征。  (2)从环境要素,内核结构以及对流爆发等方面探究了TC的主要特征与演变特点。结果表明:较高的海温和湿度,较小的垂直风切变等适宜环境条件对TC的生成以及RI过程的产生十分重要;在RI过程中,TC环流明显增强并伴有眼墙收缩过程,沿墙处与眼区的相当位温差值不断减小,眼墙处雷达反射率明显增加;对流爆发(CBs)在RI开始前迅速增加,接着逐渐较小直至下一次增强过程。内核(外核)区域降水类型以对流(层云)降水为主。0-2ms-1垂直速度区间对内核区域质量通量贡献最大。不同高度(低,中,高)和降水类型区域垂直质量输送分布有明显差异,在RI过程中,对流(层云)降水区域的质量通量的增加主要在低(高)层。  (3)利用涡度诊断方程对各个作用项在RI过程中在内核区域的演变诊断分析。结果表明:散度项(stre)在低(高层)层对涡度收支为正(负)贡献,RI开始后,其在低层的增强最为明显;倾斜项(tilt)其值在各层都以正值为主,RI开始后,其在低层对涡度收支的贡献的明显增加,其值在中高层出现正负交替的特点,且在低层的促进作用先减弱然后有迅速增加;涡度水平平流项(advh)的水平分布为正负交替的带状结构,其分布规律并不具有普遍性;涡度垂直平流项(advv)在低层对涡度收支为正贡献,在高层则为正贡献。RI过程中在低层和高层都有所增强。各个作用项的轴对称剖面结构分析与TC内核结构也存在密切联系。
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