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对热带气旋近海加强机理的模拟研究 陈光华 裘国庆 (中国气象科学研究院100081) 摘 要 国内外诸多研究¨11对热带气旋中存在的涡旋Rossby波(VRW)进行了研究探讨，主要是 通过观测事实分析以及简单物理模型的手段，揭示了在无外源强迫下位涡(PV)的演变规律以 及PV对热带气旋结构以及强度变化的影响。本文利用具有完备物理过程的中尺度模式MM5 对发生于南海的0214号热带气旋“黄蜂”进行高分辨率的数值模拟，以此来研究热带气旋 在近海发展为强热带风暴过程中结构变化对强度的作用。模拟结果发现存在有类似于涡旋 Rossby波性质的波动绕气旋中心逆时针传播，以及中尺度涡旋系统的轴对称化过程，这些 都对热带气旋眼墙和螺旋雨带的形成，以及近海的加强都产生直接的影响。 模式设计为三重移动嵌套网格，将分辨率提高到4km，并结合国家气象中心T213全球 谱模式再分析资料与实时站点和探空资料，模拟8月18日12时到20日00时热带气旋的细 微结构变化。将模拟的强度、路径、降水等与实况的对比，证实了这次模拟的过程较为准确 的反映了0214号热带气旋从加强到登陆阶段的结构与强度演变过程，这为进一步的分析诊 断提供了较高的可信度。 分析这次热带气旋加强过程最初的阶段，发现最显著的特征是在其两北侧有一股从中纬 度南下的十冷空气从对流层中层靠近并侵入内核Ix：，配合以水汽由气旋环流东侧向西北侧的 输送，造成了低层暖湿、中层干冷的何势不稳定层结结构，从而有利于对流的发展。在热带 气旋北方靠近大陆一侧形成了较为完整的H艮墙结构，而在南端对流较弱，没有系统的眼墙存 在。模拟的雷达反射率图也清楚了反映了这些特征(图略)，在加强前时段南侧眼墙呈现开 口状分布。 由于西北侧对流的激发作用，将不断的产生波动，并随基态的切向风气旋式传播。如图 的波峰在逆时针方向上1小时传播了大概30。，在垂直方向移动了大概2．5km，冈此波动在 方位角方向上的移速大概为8．8m／s，垂直移速约为0．7m／s。利用文献H1所提供的公式： Cp；t=…毋高‰ 近似估计波动在切向上的传播速度约为10．2m／s。采用公式C。=国／m=nC。／mR近似计 算传播速度为0．9m／s。这与模拟出的波速基本一致，表明这种波动具有VRW的性质。考察 R=lOOkm处的波动，也显现有类似的特征。另一方面，由于重力惯性波属于快波，所以若是 相对了：基流气旋式传播，则位相传播速度要比基流的快：若相对于基流反气旋传播，则波动 几乎是静止的。本例中的情况不具有此类波传播特征。 波动在不同半径上表现出逆时针的传播性质，使得眼墙与外同的螺旋雨带，也逐渐由西 侧向南侧扩展传播，使得原先雷达回波呈开口状的气旋南侧逐渐被强同波1)所替代。从热带 气旋开始加强到最终达到强盛时期，在西侧上冷下暖空气配置使得对流制造的PV值不断加 大，由扰源所激发波动的传播使得热带气旋加强为强热带风暴，并且伴随着眼墙趋于闭合、 收缩的过程。 对中尺度系统的分析研究如图2所示，在加强的初始时刻，中尺度涡度中心位于气旋的 西北侧，它的尺度大约是中13尺度。其后的时间里，中尺度涡旋的强度进一步加大，中尺度 结构强度 3．20 涡旋在切向方向被拉长，同时分裂出几个更小的涡度中心，并逐渐向南侧扩展延伸。研究结 果表明晦’，叠加在基流上的中尺度涡旋扰动，有被带状基流吸收，并使气旋环流轴对称化的 趋势。“黄蜂”在加强阶段也表现出了中尺度涡旋逐渐轴对称化的形式，但是通过菲线性相 互作用，使得基本气流加强的同时，中B尺度涡旋的强度没有明显的减弱。由此可见，热带 气旋作为一个开放系统，存在着复杂的多尺度相互作用过程，使得中小尺度系统与气旋环流 得以维持和发展。 热带气旋登陆时，两南暖湿气流对气旋的主水汽输送带减弱，同时冷空气已经从两侧的 低层影响到气旋中心，改变了原有的大气稳定度层结，从1=f|j使得大气层结趋于稳定，对流活 动受到了抑制。这种结构的变化，减弱了为PV波动提供扰源的支持，所以在登陆阶段，气 旋南侧对流减弱，眼墙与外丽螺旋雨带也趋予瓦解，并逐渐消失。在北部的大陆一侧，由于 边界层摩擦辐合作用，仍存在较大范围的对流，但争现出零散无组织的分布，并且对流发展 也比较浅薄。登陆后气旋迅速减弱，并最终在内陆地区消失。