西北太平洋热带气旋内核区微波亮温特征及其在气旋强度预报中的应用

发布时间：2020-03-21 03:25

【摘要】：热带气旋(Tropical Cyclone,TC)内核区的对流活动不仅能够提供潜热释放,还可以输送质量和动量,是TC维持和增强的重要因素之一。本文首先利用美国国防气象卫星(DMSP)的专用微波辐射计(SSM/I)和热带降雨测量计划任务卫星(TRMM)的微波辐射计(TMI)资料分析了西北太平洋热带气旋不同强度变化阶段和迅速增强(Rapid Intensification,RI)前后内核区85 GHz和37 GHz的微波亮温特征及其在RI预报中的应用,然后类似统计动力预报模型(STIPS)方案,建立了一个西北太平洋TC强度估计模型,分析了内核区85 GHz和37 GHz微波信号在TC强度预报中的应用。主要结论如下:(1)弱风切变环境下,RI阶段TC与其他强度变化阶段TC相比,内核区反映对流和降水的微波亮温主要集中于风切变的左侧区域,且平均面积比右侧大。在RI发生前12小时,190-225 K、225-250 K的85 GHz极化修正温度(PCT)和260-270 K的37 GHz极化修正温度面积分别不超过内核区总面积的30%、50%和60%。随着RI的发生,亮温会由切变左侧逐渐向中心附近移动形成环形。此外,RI阶段内核区PCT85最小值小于190 K的频率高于其他强度变化阶段,PCT37最小值小于250 K的频率也高于除迅速衰减外的其他阶段,且这二者在RI发生前均有增加趋势。(2)强风切变环境下,RI阶段TC内核区反映对流和降水的微波亮温主要集中在逆风切变区,其中强散射信号在顺逆风切变两侧平均面积差均比其他强度变化阶段TC大。在RI发生前12小时,225-250 K的PCT85面积不超过总面积的40%。随着RI的发生,仅225-250 K的PCT85和260-270 K的PCT37出现了近似环形的特征。此外,RI阶段TC内核区PCT85和PCT37最小值分别小于190K和250 K的频率明显高于其他强度变化阶段TC,但前者在RI发生前后变化较小,而后者在RI发生前先减小而RI发生后增大。(3)利用亮温特征对RI预报的结果表明,弱风切变下当内核区切变左侧小于190 K、190-225 K的PCT85和260-270 K的PCT37面积比分别同时比右侧大0.5%、2%和5%时,RI出现的频率比气候平均值提高了一倍左右,强风切变下当内核区逆切变区小于190 K、190-225 K的PCT85和小于260 K的PCT37面积比同时比顺切变区大0.6%时,RI出现的频率比气候平均值提高了两倍左右。在使用单一亮温特征对RI进行识别时,小于190 K的PCT85面积特征在强弱切变下预报效果均较好。(4)TC强度估计模型的评估结果表明,在弱、强风切变环境下,加入内核区微波亮温因子的预报结果均好于未加入微波因子,但强风切变时的结果改善程度小于弱风切变的结果。在独立样本拟合试验中,加入微波因子后弱风切变下各时刻预报结果均提升了4%以上,其中12小时和72小时的结果改善较为明显,强风切变下各时刻的预报结果提升幅度均低于4%,其中36小时至60小时结果改善较大。个例强度模拟结果显示,加入微波因子后,弱、强风切变环境下的预报结果均有所改进,其中未发生RI的个例强度预报改善较大,而发生RI的个例则改善较小。
【图文】：

空间分布,风切变,阶段,空间分布

系统里中等大小雨滴的散射信号。图 3.2 为不同强度变化阶段 TC 内核区 PCT85 频率的合成空间分布，这里图的中心为 TC 中心，分辨率为 8 km，风切变方向向上。从图中可见，小于 190 K的 PCT85 在 RI 阶段主要集中在内核区 0.5°以内逆顺风切变的左侧，呈狭长状，在 RW 阶段则对称分布于 TC 中心周围 0.5°内，其它强度变化阶段中信号较弱，特征不明显。190-225 K 的 PCT85 在 RI 阶段主要集中在顺风切变左侧 0.5°附近，而 RW 阶段的集中区域在逆风切变左侧明显扩大，SW、N 和 SI 阶段主要集中在0.5-1.0°顺风切变右侧以外的内核区里，分布比较均匀。225-250 K 的 PCT85 在RI 和 RW 阶段几乎覆盖整个内核区，范围明显大于其他三个阶段，其中 RI 阶段仅 0.5-1.0°风切变左侧分布集中，没有明显形态特征，RW 阶段则出现了近似环形。PCT85 的分布表明，RI 发生时内核区的对流活动主要集中在风切变的左侧，其中强对流集中在 0.5°内，中等强度对流分布在 0.5°附近，中等强度降水则主要分布在 0.5-1.0°之间。Tao 和 Jiang（2014）利用 PR 降水雷达资料分析了 RI 发生时 TC 内核区不同强度对流和降水，其结果中内核区对流和降水的集中位置与本文基本一致。

空间分布,风切变,阶段,空间分布

兰州大学硕士研究生学位论文西北太平洋热带气旋内核区微波亮温特征及其在气旋强度预报中的应用信号频率均低于 7 %。内核区中 225-250K 的 PCT85 发生频率差距最大，其中 RW阶段最高，RI 阶段比 SW 和 SI 阶段高出约 10 %，比 N 阶段高出约 20 %。这里的结果表明，RI 发生时 TC 内核区不同强度对流的出现频率比 SW、N 和 SI 阶段要高，但比 RW 阶段要低。图 3.3 给出了 PCT37 各区间亮温在不同强度变化阶段的空间频率分布。由图可见，小于260 K的 PCT37在内核区的集中区域在SW、N、SI和RI阶段与PCT85小于 190 K 亮温十分相似，频率也很接近，而 RW 阶段在 0.5-1.0°风切变左侧分布明显增加，，集中区域的频率也略有增大。考虑到小于 260 K 的 PCT37 主要来自大冰粒子（Cecil，2011），这就说明 RW 阶段 TC 内核区大冰粒子可能比其他强度变化阶段多，且主要集中在 0.5°内和 0.5-1.0°风切变的左侧。260-270 K 的PCT37 在内核区分布与 225-250 K 的 PCT85 非常接近，但集中区域的频率明显偏低。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P732

【参考文献】