垂直风切变对热带气旋内核区域热力学结构的影响

发布时间：2024-04-26 04:35

　　过去三十年中,热带气旋的强度预报进展缓慢。环境与热带气旋之间的相互作用是影响热带气旋强度变化的重要物理过程,给强度预报带来了较大的不确定性。其中,垂直风切变是造成热带气旋强度变化的一个重要环境因子。垂直风切变通常会造成热带气旋内核区域较强的非对称结构,改变涡旋的动力结构与热力结构,从而影响热带气旋强度。研究表明,热力学结构的演变,与热带气旋的强度变化有着紧密的联系。因此,理解垂直风切变引起热带气旋热力学结构的演变的物理机制是进一步提高热带气旋强度变化机理研究的重要途径。热带气旋从洋面上获取能量并通过“热机”转化为自身发展的动能。其中,熵是描述这一物理过程的重要的热力学变量。在真实大气中,热带气旋的发展包含较复杂的冰相过程,因此有必要寻找完整描述非平衡相变条件下包含冰相过程的熵的表达式,为讨论热带气旋的热力学演变特征提供较方便的诊断分析方法。本文从热力学基本定律出发,通过详细分析相变过程中的熵的变化,给出了三种包含冰相过程的熵的表达式及其变化控制方程,结果表明包含冰粒子的气块的熵与气块中的干空气和总的液态水物质的熵,相变过程中热量的吸收与释放,以及非平衡条件下水物质的化学势变化有关;并证...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1西风切变气流下高低层环流之间相互作用对涡旋移动的影响示意图(引自1995)e

假设热带气旋低层为气旋性环流，高层为反气旋性环流，当不存在垂直风切??变时，高低层涡旋中心在垂直方向上保持一致。若此时加上西风垂直风切变，高??层的反气旋性环流会向东平移，低层气旋性环流相对高层环流而言则会向西平??移，高低层环流的中心在垂直方向上不再重合。如果热带气旋的影响范围....

图１．３垂直风切变导致等熵面倾斜造成非对称垂直运动的示意图（引自Ｊｏｎｅｓ（１９９５）图４ａ）？??

??图１．２垂直风切变影响下，加热区域的ＰＶ通量垂直示意图（ａ），及低层产生的ＰＶ扰动异常??的水平分布（ｂ）。对流系统由图（ａ）中的云状区域及图（ｂ）中的虚线所示。图（ａ）中垂直风切变方??向由内指向外，图（ｂ）中垂直风切变方向指向右（西风切变）（引自Ｗａｎｇ和Ｈｏｌｌａｎｄ?....

图１．４垂直风切变影响下，热成风平衡调整时造成非对称垂直运动以及相应温度场异常的示??意图（引自?Ｊｏｎｅｓ?（１９９５）图?４ｂ，?ｃ）

??图１．２垂直风切变影响下，加热区域的ＰＶ通量垂直示意图（ａ），及低层产生的ＰＶ扰动异常??的水平分布（ｂ）。对流系统由图（ａ）中的云状区域及图（ｂ）中的虚线所示。图（ａ）中垂直风切变方??向由内指向外，图（ｂ）中垂直风切变方向指向右（西风切变）（引自Ｗａｎｇ和Ｈｏｌｌａｎｄ?....

图１．６强风切变导致涡旋增强的概念模型（引自Ｎｇｕｙｅｎ和Ｍｏｌｉｎａｒｉ?（２０１２）图１２）

＇Ｓｔｏｒｍ?ｍｏｔｉｏｎ＾?ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ?Ｉ，ｏｒ＜?；?Ｊ?Ｘ??＾?＇?ｖｅｃｔｏ＾＾＾?ｓｔｏｒｍ?ｍｏｔｉｏｎ?ｙ?？?Ｊ??图１．６强风切变导致涡旋增强的概念模型（引自Ｎｇｕｙｅｎ和Ｍｏｌｉｎａｒｉ?（２０１２）图１２）。??１．４．２涡旋的减弱??（１）

本文编号：3964720