西北太平洋热带气旋变性过程中的风雨分布变化特征

发布时间：2020-03-27 01:18

【摘要】：热带气旋(TC)北上过程中,常与中纬度天气系统相互作用而发生变性(ET),其结构和风雨分布也将产生明显变化,故变性热带气旋(ETTC)风雨落区预报具有较大难度。本文首先利用中国气象局上海台风研究所(CMA/STI)整编的热带气旋最佳路径资料对1987-2016年西北太平洋ETTC的时空分布和活动规律进行统计;然后利用美国飓风联合警报中心(JTWC)最佳路径资料、美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的全球多平台热带气旋风场资料(MTCSWA)和CMORPH降水资料、日本卫星云顶黑体辐射温度(T_(BB))资料等对ETTC变性期间的风雨分布变化特征进行分析,并探讨环境风垂直切变(VWS)对ETTC风雨落区的影响;进而基于Cloudsat卫星资料,对比分析ETTC在成熟期和变性期,云系结构以及温湿结构的不同,探讨其对降水变化的影响;最后,利用WRF中尺度模式对1710号台风海棠的变性过程进行模拟,分析海棠变性过程中风雨分布变化特征及其可能原因。统计结果表明:(1)30年间西北太平洋ETTC共228例,约占TC总数的26.2%。绝大多数出现在夏秋季节,峰值在9月。ETTC通常在中纬度区域完成变性;在30°N以南完成变性的通常出现在春夏或秋冬交替时,仅占ETTC总数的10%左右。(2)ETTC路径大多为西北行转向东北或偏北行,且通常在转向后完成变性。(3)变性期间,半数以上ETTC移速加快,大多数强度减弱或维持。合成分析ETTC变性期间的风雨分布和演变特征,并探究VWS对ETTC强风雨分布的作用。结果表明:(1)ET期间,TC最大风速半径增大,近中心最大风速减小,内核结构变松散;TC北侧象限的34节风圈半径明显大于南侧,且差异随时间推移增大,风场结构非对称性增强。(2)TC内核区域的对流活动和降水量在ET期间均明显减弱,而东北象限外围区域的降水量在变性完成前后有一定增幅。(3)ET期间,强风、强降水分布均表现出明显的非对称特征:强风区主要在ETTC中心东侧,即其路径的右侧及后侧;强降水主要出现在TC北侧两象限,且强降水高频区随时间推移向东北象限外围扩张。(4)较强的VWS对ETTC的风雨分布有重要影响。ETTC大多处于强大的西南风VWS中,强降水容易在顺风切及顺风切左侧区域出现;移除TC运动时,强风更易出现在风切左侧区域。对ETTC成熟期和变性期的云层垂直结构、反射率分布和温湿结构等特征进行合成对比分析,结果表明:(1)ETTC成熟期,近内核区域以云底较低,发展深厚的单层云为主;雨带区域多层云占比更高。而在变性期,近内核区域多层云占比有所升高,云系的发展厚度明显减小;雨带及外围区域单层云占比升高,且垂直厚度在10 km以上的单层云比例明显增大。(2)变性期ETTC(东北象限),内核区域中高层反射率、冰粒子有效半径和数浓度较成熟期均明显减小;而外围区域5至7 km高度上上述物理量则明显增大。(3)变性期ETTC暖心和湿心的范围和强度均减弱。内核区域温度和比湿都出现更为明显的负距平,表明内核区域存在干冷空气的侵入。(4)成熟期ETTC各区域内均表现为5km以下气层对流性不稳定,5 km以上对流性稳定;变性期ETTC各象限内核区域气层稳定性均有所增强,北侧象限低层大气层结总体较南侧稳定。1710号ETTC海棠模拟结果表明:(1)海棠变性发生在副高西南侧,其变性过程并非发生在台风与西风槽相互作用下的典型形势下。(2)海棠变性过程中,低层风速有所减小,强中心外移。其10 m高风速大值区由东南象限转至东北象限。这与海棠和副高的相互作用有关:此期间两者之间的气压梯度大值区从海棠东南侧转移至东北侧,导致大风区的改变。(3)海棠变性过程中,东南侧雨带维持;北侧在变性后出现明显雨带。TC南侧雨带的维持与其处于指向东南的VWS有一定关系,而北侧雨带主要与中低层的弱锋生相关。(4)海棠北侧强降水主要发生在变性后6 h。雨带位于低层大气对流性不稳定层结中,水汽通量辐合较强的区域,且锋生强迫明显。其中垂直运动项相比水平运动项对锋生有更大的正贡献。
【图文】：

大风,比率,纵轴,格点

西北太平洋热带气旋变性过程中的风雨分布变化特征100 km（图 3.2d）、300 km（图 3.2e）以及 500 km（图 3.2f）范围内，ETTC 东侧的大风出现比率均显著高于西侧。变性过程中，TC 中心各距离内各象限的大风出现比率均有减小趋势，且 100 km 范围内的减小最为显著。可见 TC 各象限的格点平均 V10及大风出现比率在 ET 期间均是趋于减小的，且在内核区域的减小最为明显。相对强风区在径向上自 TC 内核有所外移。

强风,象限,出现频数,频数

19图 3.3 ET 期间距 ETTC 中心 500 km 范围内 Top 20%强风出现频数分布（a）变性前 24 h，（b）变性前6 h，（c）变性时，（d）变性后 6 h ，，填色为该格点出现 Top 20% 强风的频数，横纵轴代表距离 TC 中心经纬度可见变性前 24 h 至变性后 6 h,强风高频区出现顺时针的旋转，从东北象限逐渐转至东南象限。即 ETTC 的较强风更常出现在路径右侧，这与前人研究结论相符（Rogers andUhlhorn, 2008; Uhlhorn 等.，2014）。这种特征与 TC 与副热带高压的相对位置有关，西北太平洋 ETTC 一般位于副高西侧。在 ETTC 向西北行进的过程中，气压梯度大值区逐渐从 TC 东北侧或东侧，转向东南侧，风速大值区即表现出相应的变化。3.3 降水变化3.3.1 对流活动变化
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P732.3

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