台风ewiniar（2006）内部扰动的时空变化特征和相关动力机制.研究

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1、1．1引言第1章前言1．1．1研究背景热带气旋是发生在热带或副热带洋面上的一种强烈的气旋性涡旋，是大气复杂的热动力过程的产物。它对人类生活起着重要的影响。一方面，强烈发展的热带气旋是所有自然灾害中破坏力最大的。据估计，全球每年约发生80～100个热带气旋，可以造成平均20000人死亡和60-一70亿美元的经济损失【1J。个别的热带气旋在沿海登陆，对当地人民的生命安全、生产生活造成了巨大的影响。我国由于其特定的地理位置，是受热带气旋影响最为严重的国家之一：每年都有7～8个热带气旋影响到我国12J。如登

2、陆于浙江象山的5612号台风造成4925人死亡；登陆于瑞安的9417号台风造成1126人死亡：登陆于三门的9711号台风造成236人死亡，直接经济损失184亿元。目前为止本世纪内对我国产生影响最大的热带气旋是0414号强台风“云娜”。它于2004年8月12日20时在浙江省温岭市石塘镇登陆，对该省造成了重大的影响，造成浙江省164人死亡，24人失踪，直接经济损失181亿元。台风登陆前后还给上海、福建和江苏等地造成了严重损失。8月13日中午，台风离开浙江后，沿途对赣、皖、鄂、豫等省都造成了很大的影响，甚

3、至还到达鲁西南、陕南．使之出现强对流和暴雨天气p】。在国外，热带气旋造成的灾害也时有发生，2005年8月侵袭美国并造成该国有史以来最大自然灾害之一的飓风Katrina就是一个典型的例子。当然，热带气旋也会为其所经过的区域带来充足的降水。如一些热带气旋对于我国长江中下游雨季之后的伏旱天气来说起到一定的缓解作用。造成热带气旋灾害的主要原因是强风、风暴潮和暴雨”J。前两者主要集中在其登陆的小范围内，后者则对离海岸远距离的区域产生影响，特别是山区。而这三种灾害从根本上说，都与热带气旋的维持和发展及其强度变化

4、有很大关系。众所周知，热带气旋的预报主要是围绕两方面展开，一个是热带气旋的路径预报，另一个是强度预报。近年来，随着数值模式的应用，路径预报技术取得了很大的进展，预报水平有了明显的提高。但对于热带气旋强度预报，由于观测资料不足以及对热带气旋强度变化的物理机制缺乏认识，其仍然是大气科学领域至今尚未解决的重要科学问题之一【4】，无论是国内还是国外，强度预报的水平长时间处于很低的层次上，已成为热带气旋预报的瓶颈。上述“云娜”台风就是路径基本预测正确，强度估计偏低的南京信息工程大学理学硕士学位论文例子。所以，

5、提高热带气旋强度预报水平将会大大有助于提高对文中上述灾害的预防抵抗能力。1．1．2热带气旋强度研究回顾及本文问题的提出热带气旋强度通常可表现为最大表面风速或者最低中心表面气压的值。提到热带气旋的强度问题就必须先讨论一下热带气旋的最大可能强度(MaximumPotentialImensity，简称为MPI)。它指的是在一定海温和大气热力环境下，热带气旋可能达到的强度上限。这个值的估计对了解热带气旋强度的发展是非常有用的【51。MPI的理论主要考虑环境不稳定层结下，热带扰动在海洋反馈作用下的发展[61，

6、或者热带风暴系统在边界层和强风作用下通过海洋输送的能量而发展【7】f”。然而在实际大气中，只有很少的热带扰动或者热带风暴可以发展达到MPI，大多数的热带气旋则无法达到这个强度，在它们的发展过程中，将会受到各种因素的制约。这种种因素使得热带气旋的强度发生改变。一个热带气旋的强度加强、减弱和维持，一般意义上都可以看成是热带气旋系统外因和内因共同作用的结果。这里的外因是指涡旋系统以外的影响因子，如热带气旋所处的环境流场(指在大气中除去涡旋系统以外的部分)，下垫面(包括洋面和陆面)的作用；内因则指的是热带气

7、旋内部动力学特征和结构过程及其影响到的结构变化。这几方面因素对热带气旋造成的影响已经有了很多研究，下面分别予以说明。1．1．2．1外部因素概述涡旋环境流场的影响。目前的研究主要围绕着环境流场切变的作用展开，尤其是环境流场的垂直切变。一般认为，环境垂直切变对热带气旋的强度具有抑制作用，即垂直切变能阻IE热带气旋在环境切变气流中发生和发展，许多观测研究已经证明了这一点【91110Ⅱ¨】。对环境流场垂直切变作用物理机制的早期研究思路比较类似于中尺度雷暴系统发展和热带扰动向热带气旋转变的条件，认为环境流场垂

8、直切变的存在有利于热带气旋上部的内层区域暖湿空气和潜热向外层更大的区域平流扩散，从而导致热带气旋强度减弱，这就是所谓的“通风流”效应11⋯。后来，在数值模拟结果的基础上，基于非绝热强迫产生热力次级环流在环境垂直风切变中的响应，提出了“次级环流效应”机制㈦㈣则认为相对流入和流出气流不对称的发展，将影响对流加热的垂直分布进而影响热带气旋的强度。DeMaria等提出的“倾斜与稳定性”机制11“，该机制建立了一个两层模式用来检验环境垂直风切变对热带气旋强度变化的作用，认为通过