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热带气旋远距离暴雨的研究

2020-12-11阅读(923)

热带气旋远距离暴雨的研究

论文摘要

热带气旋(TC)登陆前后往往引发严重的暴雨及洪涝灾害,故热带气旋暴雨研究长期受到人们的关注。热带气旋降雨区可分六块(陈联寿,2010),分别为TC核心区降雨(Core region rain)、螺旋雨带(Envelop rain or spiral rain band)、TC内部中小尺度系统降雨(Meso or micro system rain)、不稳定降雨(Unstable rain)、台前飑线降雨(Squall line rain)和TC远距离降雨(Remote rain )。正是这第六块降雨出现在TC环流的千里之外,常受到TC暴雨预报的忽视。这块降雨虽然与TC相隔遥远,但它的出现和TC之间有密切的物理联系,故称之为热带气旋远距离降雨(Tropical cyclone Remote Precipitation—TRP).这块降雨(TRP)形成的机理正是本文研究的主题。并非所有的TC都能产生TRP现象,只有一小部分TC能产生,这是一种小概率事件。TRP不仅发生在中国,也发生在日本和美国。美国科学家(Cote,2007)将此类降雨称为Predecessor Rain Events ahead of tropical cyclones (PREs)。本文系统地研究了台风的TRP现象,所得结果对实际预报有参考价值。本文对1971年～2006年TRP的统计结果表明,这种现象具有明显的时空(spatial and temporal)分布特征。TRP遍及我国大陆27个省(市、自治区),其中环渤海地区和川陕交界处是TRP事件发生的高频区。大部分TRP发生在6～9月,其中7～8月最多。TRP事件具有范围大,降雨强和持续时间长等特点。36年间共有169个TC引发了TRP,占总TC的14.7%,其中有相当一部分的TRP可持续2日以上。引发TRP的TC存在三条优势路径,一是进入南海北部或登陆华南类(56.8%),二是登陆闽浙沿海(24.3%)类,三是近海转向(13%)类。TRP大多发生在TC强度减弱的阶段。本文用合成分析(composite data analysis)分别对环渤海地区和川陕地区有无TRP的大尺度环流背景和水汽输送特征进行对比分析。结果显示,有利于TRP发生的大气环流背景是近海TC能将水汽输送到上述两块遥远的雨区,并存在TC与中纬度槽的相互作用,高层急流相关的辐散场激发上升运动。如热带气旋北侧并无西风槽而代之为高压和偏北气流阻断,这对发生TRP不利。采用TC bogus技术,设计了去除TC和减弱TC强度的敏感性试验来研究TC对TRP的影响。试验结果显示,TC对TRP的发生发展至关重要,去除TC后,TRP降雨量明显减弱。TC不仅向TRP输送水汽,同时还通过其东侧低空急流的强弱影响TRP区的动力辐合和垂直运动。减弱TC强度,TRP区域水汽辐合、水汽的水平输送和垂直输送均变弱,TRP降雨量也减弱明显用Legendre滤波方法改变西风槽的强度,获得两组弱西风槽和两组强西风槽来研究其对TRP的影响。结果表明, TRP的强度和落区对西风槽强度的变化非常敏感。强西风槽更有利于TC东侧低层水汽向TRP区的输送和辐合上升。减弱西风槽强度,TRP降雨明显减弱,而增强西风槽的强度,TRP降雨强度显著增加。TRP的降雨强度与西风槽强度存在正相关。地形对TRP起到一定的增幅作用。去除地形,TRP雨量减弱,提高地形高度,TRP雨量变化不大,但中心位置发生位移。地形的作用主要体现在迎风坡的抬升、地形绕流后辐合及狭管效应等方面。地形对TRP的影响具有局地性,使TRP降雨局地性增强。三个TRP个例诊断分析对比表明,TC与西风带系统相互作用过程中不仅向TRP区输送水汽,同时还影响着TRP区的动力强迫场,激发TRP发生发展。综合研究结果表明,TRP是TC和西风槽(包括中纬度槽和涡、弱冷空气、切变线等低值系统)相互作用的结果,地形对TRP有一定的增幅作用。本文最后得出的TRP事件概念模型(conceptual model)对业务预报有一定的参考价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 热带气旋远距离暴雨的研究
  • 1.2 热带气旋暴雨研究进展
  • 1.2.1 研究技术和方法
  • 1.2.2 影响热带气旋暴雨的因子
  • 1.3 热带气旋远距离暴雨的研究进展
  • 1.3.1 热带气旋远距离暴雨的显著特征
  • 1.3.2 热带气旋与中纬度系统的相互作用
  • 1.3.3 热带气旋的作用
  • 1.3.4 中纬度系统的作用
  • 1.3.5 地形的作用
  • 1.4 与热带气旋远距离暴雨有关的科学问题
  • 1.4.1 台风远距离暴雨的气候特征
  • 1.4.2 远距离暴雨过程中多系统相互作用机理
  • 1.4.3 台风远距离暴雨的概念模型
  • 1.5 台风远距离暴雨的预报
  • 1.6 论文研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 热带气旋远距离暴雨的统计特征
  • 2.1 引言
  • 2.2 资料和方法
  • 2.3 远距离暴雨特征
  • 2.3.1 地理分布
  • 2.3.2 雨强和范围
  • 2.3.3 时间变化
  • 2.3.4 产生远距离暴雨的TC特征
  • 2.4 结论
  • 参考文献
  • 第三章 热带气旋远距离暴雨大尺度环流特征
  • 3.1 引言
  • 3.2 资料和方法
  • 3.3 热带气旋远距离暴雨大尺度环流背景
  • 3.3.1 环渤海地区（Ⅰ区）
  • 3.3.2 川陕交界处（Ⅱ区）
  • 3.4 热带气旋暴雨区辐散场分布特征
  • 3.5 Q 矢量、Q 矢量散度和锋生函数特征
  • 3.6 湿位涡和倾斜涡度发展理论的应用
  • 3.7 小结
  • 参考文献
  • 第四章 热带气旋远距离暴雨的水汽输送特征
  • 4.1 引言
  • 4.2 资料与方法
  • 4.3 水汽条件诊断分析
  • 4.3.1 环渤海地区（Ⅰ区）
  • 4.3.2 川陕交界处（Ⅱ区）
  • 4.4 水汽收支诊断
  • 4.4.1 环渤海地区（Ⅰ区）
  • 4.4.2 川陕交界处 （Ⅱ区）
  • 4.5 小结
  • 参考文献
  • 第五章 热带气旋远距离暴雨个例诊断分析
  • 5.1 引言
  • 5.2 MATSA（0509）台风远距离暴雨
  • 5.2.1 台风及降水概况
  • 5.2.2 大尺度环流形势
  • 5.2.3 水汽条件分析
  • 5.2.4 大气热力条件分析
  • 5.2.5 大气动力条件分析
  • 5.2.6 远距离暴雨中尺度特征分析
  • 5.3 AERE（0418）台风远距离暴雨
  • 5.3.1 台风及降水概况
  • 5.3.2 大尺度环流背景
  • 5.3.3 水汽条件分析
  • 5.3.4 热力条件和锋生
  • 5.3.5 动力条件分析
  • 5.4 KROVANH（0312）台风远距离暴雨
  • 5.4.1 台风及降水概况
  • 5.4.2 大尺度环流背景
  • 5.4.3 水汽条件分析
  • 5.4.4 热力条件和锋生
  • 5.4.5 动力条件分析
  • 5.5 小结
  • 参考文献
  • ARW模式简介'>第六章 WRFARW模式简介
  • 6.1 引言
  • ARW 模式'>6.2 WRFARW 模式
  • 6.2.1 模式框架及流程
  • 6.2.2 参数化方案
  • 6.2.3 TCBOGUS轴对称兰金涡旋方案
  • 参考文献
  • 第七章 热带气旋对TRP影响的数值试验
  • 7.1 引言
  • 7.2 试验方案设计
  • 7.3 控制试验结果检验
  • 7.4 敏感性试验结果分析
  • 7.4.1 远距离降水变化
  • 7.4.2 低层风场及辐散场的变化
  • 7.4.3 水汽通量变化
  • 7.4.4 水汽通量散度变化
  • 7.5 小结
  • 参考文献
  • 第八章 西风槽对TRP影响的敏感性试验
  • 8.1 引言
  • 8.2 试验方案设计
  • 8.3 试验结果分析
  • 8.3.1 台风路径变化
  • 8.3.2 远距离降水变化
  • 8.3.3 低层风场和散度场变化
  • 8.3.4 高空急流和散度场变化
  • 8.3.5 低层温度场变化
  • 8.3.6 水汽输送变化
  • 8.3.7 能量场变化
  • 8.4 小结
  • 参考文献
  • 第九章 地形对TRP影响的数值研究
  • 9.1 引言
  • 9.2 试验方案设计
  • 9.3 试验结果对比分析
  • 9.3.1 远距离降水变化
  • 9.3.2 低层风场和散度场变化
  • 9.3.3 雷达最大反射率因子变化
  • 9.4 小结
  • 参考文献
  • 第十章 热带气旋远距离暴雨的概念模型
  • 10.1 引言
  • 10.2 主要研究结论
  • 10.3 TRP 概念模型
  • 10.4 本文的创新点
  • 10.5 讨论
  • 参考文献
  • 个人简历
  • 攻读博士学位期间参加的学术会议
  • 攻读博士学位期间完成和发表的论文
  • 致谢

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