南海迅速加強(qiáng)和緩慢加強(qiáng)熱帶氣旋的對比研究.pdf

1、熱帶氣旋(TC)強(qiáng)度變化是下墊面、大氣環(huán)流背景和TC內(nèi)核動(dòng)力過程等多方面因素相互作用的結(jié)果。南海是西北太平洋TC主要發(fā)生源地之一，TC一旦在南海尤其是其北部海區(qū)生成或發(fā)展，登陸在即，對我國華南沿海地區(qū)威脅極大。南海TC發(fā)展速度快慢不一，大部分發(fā)展緩慢，有的發(fā)展迅速，TC迅速加強(qiáng)是強(qiáng)度預(yù)報(bào)失敗的主要原因。如7314號臺風(fēng)(Marge)和0518號臺風(fēng)(Damrey)在南海東北部發(fā)展為熱帶風(fēng)暴后，在24h內(nèi)發(fā)展為臺風(fēng)，隨即登陸海南。兩個(gè)臺風(fēng)

2、的迅速加強(qiáng)給其強(qiáng)度預(yù)報(bào)及災(zāi)害防御造成極大困難，造成華南地區(qū)重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為了提高南海TC強(qiáng)度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，本文通過對比分析南海TC迅速加強(qiáng)(RI)和緩慢加強(qiáng)(SI)的大尺度環(huán)流背景、內(nèi)核結(jié)構(gòu)特征以及動(dòng)力過程，探討了兩類TC的強(qiáng)度變化差異特征及其機(jī)理，并基于研究結(jié)果，形成南海TC的RI以及SI預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，旨在為南海臺風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)服務(wù)。 本文主要采用東京臺風(fēng)中心(RSMC Tokyo) TC定位和強(qiáng)度資料、NCEP/NCAR再

3、分析資料、NCEP全球最終分析資料、NOAA周平均海溫再分析資料、衛(wèi)星微波海溫資料、FY衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)和TBB等資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析、合成對比、診斷分析和數(shù)值模擬等方法，研究南海RI和SI的強(qiáng)度變化差異及其機(jī)理，并應(yīng)用支持向量機(jī)(SVM)分類方法建立RI客觀預(yù)報(bào)模型。 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，南海初始強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的TC樣本以增強(qiáng)和穩(wěn)定為主，而臺風(fēng)以減弱為主。增強(qiáng)TC樣本中，南海東北部熱帶風(fēng)暴最多，中東部強(qiáng)熱帶風(fēng)暴最多，中部臺風(fēng)

4、最多；南海TC易在我國海南島和越南近岸以東洋面和菲律賓近海以西洋面減弱，其中部分熱帶風(fēng)暴和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴在南海中部減弱?；诮y(tǒng)計(jì)分析，定義初始強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的TC近中心最大風(fēng)速增加達(dá)到7.7m·s-1/12h以上為RI，等于2.6m·s-1/12h為SI。一年中，7、9和10月RI樣本數(shù)較多。與SI樣本相比，RI發(fā)生的平均緯度偏南，環(huán)境水平風(fēng)垂直切變(VWS)相對較小，200hPa緯向風(fēng)東風(fēng)分量稍弱，12h中心負(fù)變壓明顯，15.

5、4m/s風(fēng)圈半徑更小。SI樣本的海面溫度(SST)稍高。發(fā)生的平均經(jīng)度、未來可能強(qiáng)度、低層中心附近相對濕度和溫度，兩類樣本無顯著差異。 合成對比分析結(jié)果表明，發(fā)生RI和Sl的TC均位于副熱帶高壓(簡稱副高)的西南側(cè)或南側(cè)，兩者副高強(qiáng)度、低層流場、SST、低層水汽輸送條件、渦度場和相當(dāng)位溫垂直分布區(qū)別不大。主要區(qū)別在于高層流場，表現(xiàn)為前者受南亞高壓反氣旋環(huán)流影響較小，TC中心上空有多方向外流；后者受較強(qiáng)的南亞高壓反氣旋環(huán)流影響較大

6、，TC中心上空為一致的偏東外流，兩者中高空散度場差異明顯。 典型個(gè)例RI“派比安”和SI“天鵝”的對比診斷分析表明，前者受南亞高壓反氣旋環(huán)流影響較小，TC中心高層向赤道一側(cè)為強(qiáng)輻散帶，有多方向外流；渦動(dòng)角動(dòng)量通量輻合增大，高層徑向流出較強(qiáng)，低層徑向流入較強(qiáng)；RI發(fā)生前24h VWS明顯減?。粚α鲗痈邔哟蠓秶h(huán)流調(diào)整，對流層高低層位渦正異常疊加。而后者這些特征不明顯。 基于數(shù)值模擬分析RI“派比安”和SI“天鵝”的內(nèi)核結(jié)構(gòu)

7、演變，發(fā)現(xiàn)前者最大風(fēng)速半徑(RMW)明顯收縮，眼壁垂直運(yùn)動(dòng)、凝結(jié)加熱、渦度、位勢渦度穩(wěn)定向眼心方向發(fā)展，中低層徑向流入和高層徑向流出較強(qiáng)；后者無明顯RMW收縮現(xiàn)象，眼壁對流加熱和垂直運(yùn)動(dòng)較弱，發(fā)展緩慢，高值渦度和位勢渦度主要集中于眼心，低層徑向流入較弱，中高層存在徑向流入。與前者相比，后者VWS較大，中高層(6～10km)相當(dāng)位溫的水平渦動(dòng)通量較大。前者迅速加強(qiáng)的可能動(dòng)力機(jī)制為：在VWS下風(fēng)方向一側(cè)，低層非對稱氣流流入內(nèi)核，有負(fù)渦度平流

8、和輻合，高層非對稱氣流流出內(nèi)核，有正渦度平流和輻散，有利于VWS下風(fēng)方向一側(cè)對流運(yùn)動(dòng)發(fā)展，對流活動(dòng)與眼壁中尺度渦旋緊密聯(lián)系。前者眼壁渦度環(huán)存在向內(nèi)的渦度梯度，渦旋羅斯貝波軸對稱化作用使得位于眼壁的中尺度渦旋發(fā)展并圍繞眼心氣旋式旋轉(zhuǎn)，促使TC發(fā)展。 基于RI和SI樣本的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，選取南海TC所在緯度、200hPa緯向風(fēng)、VWS、15.4m/s風(fēng)圈半徑和12h中心變壓等因子，初步建立了RI和SI的SVM分類預(yù)報(bào)模型。對RI樣本檢