西太平洋热带气旋活动对副热带高压经向移动的影响研究

论文摘要

热带气旋（tropical cyclone,TC）和西太平洋副热带高压（western Pacific subtropical high,WPSH）是东亚-西太平洋区域重要的天气气候系统,其活动可显著影响东亚地区的天气气候状况。开展TC活动影响WPSH经向移动的研究,可加深对WPSH经向移动特征和机理的认识,有助于提高对TC活动与WPSH相互作用过程的理解,对揭示西太平洋TC活动气候效应,评估TC活动在东亚-西太平洋大气环流演变过程中的相对贡献,以及提高我国灾害性天气预报预警水平和气候预测能力具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以西太平洋TC活动对WPSH经向移动的影响为主要研究内容,首先利用NCEP（National Centers for Environmental Prediction）FNL（Final Analysi）分析资料,对WPSH经向移动的整体一致性特征进行了分析,并结合美国联合台风预警中心TC最佳路径资料分析了TC活动情况与WPSH经向运动的关系。在此基础上,还利用中尺度非静力数值模式Weather Research and Forecasting（WRF）开展了以TC Megi（2010）为例的个例模拟试验,并针对TC能量通过涡旋Rossby波向外频散影响大尺度环流的现象开展了动力学理论研究,分析了基流非对称性在TC能量向外传播影响大尺度环流过程中的具体作用。另外,还以TC Megi（2010）的活动为背景,进行敏感性数值试验、集合数值试验以及相应的TC移除试验,结合试验结果分析了TC活动对环境场的影响,研究了TC影响下WPSH的经向运动特征,讨论了TC影响WPSH经向运动的可能机理。得出结论如下:（1）WPSH的经向移动具有整体一致性特征,WPSH脊线的平均纬度与WPSH主体质心纬度随时间演变的趋势较为吻合。西太平洋TC活动与WPSH的经向运动存在相关性,TC活动越活跃,相应的WPSH的位置越偏北。另外,敏感性数值试验结果表明,TC活动所激发出的向外传播的扰动具有波动特征,可对环境场造成影响,并导致WPSH发生经向移动。（2）TC活动能量频散的方向与TC所处运动状态有关,TC通过涡旋Rossby波向外的能量频散是TC活动影响大尺度环流的主要途径之一,TC基流的性质会对涡旋Rossby波的传播造成影响。动力学分析表明,TC基流的非对称性可以通过影响涡旋Rossby波的径向和切向群速度从而改变涡旋Rossby波的波射线斜率,导致TC能量的频散路径发生变化,最终使TC能量频散对大尺度环流的影响发生改变。（3）不同强度TC的活动特征存在差异,对环境场的影响也有区别,所造成的WPSH脊线偏移状况也不相同。TC活动激发的向外传播扰动与TC的强度和位置有关,通常情况下,TC强度越大,TC活动通过激发向外传播扰动对大气动力和热力状况的影响也越大,因此导致的WPSH脊线偏移也越显著。并且一般情况下,位于WPSH南侧并向西移动的TC通常可造成WPSH向北偏移,位于WPSH西侧并向北移动的TC通常可造成WPSH向南偏移。（4）TC活动所导致的WPSH脊线附近的纬向风异常可造成WPSH脊线偏移,TC活动所导致的温度经向梯度异常所导致的WPSH脊线附近纬向风异常随高度变化,是造成高层和低层WPSH脊线的位置出现差异的可能原因。WPSH脊线会在其附近东风异常的影响下发生向北偏移,在其附近西风异常的影响下发生向南偏移。当TC活动造成WPSH脊线附近出现温度经向梯度正异常时,在热成风关系的约束下,脊线附近东风异常会随高度增强,会导致相应等压面上WPSH脊线向北移动,而当TC活动造成WPSH脊线附近出现温度经向梯度负异常时,脊线附近西风异常会随高度增强,会导致相应等压面上WPSH脊线向南移动。（5）TC活动所导致的WPSH脊线两侧涡度异常的差异与WPSH经向偏移有较好对应关系。当WPSH脊线南北两侧涡度异常的差异（北侧减南侧）为正时,会导致WPSH向南偏移;当WPSH脊线南北两侧涡度异常的差值为负时,会导致WPSH向北偏移。从涡度方程的诊断分析结果可以看出,方程中不同项在WPSH向北和向南偏移时的作用也不相同,当WPSH发生经向偏移时,涡度方程中水平平流项和垂直平流项的作用总有利于WPSH经向偏移的维持和进一步发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题依据
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 热带气旋活动对海洋和大气的反馈作用
•     1.2.2 西太平洋副热带高压的移动特征及其影响因子
•   1.3 拟解决科学问题和本文的主要研究内容
•     1.3.1 拟解决的科学问题
•     1.3.2 本文主要研究内容
• 第二章 资料与方法
•   2.1 资料
•   2.2 数值模式介绍
•     2.2.1 WRF模式介绍
•     2.2.2 TC bogus模块介绍
•   2.3 指数定义
•     2.3.1 WPSH脊线
•     2.3.2 WPSH主体质心
•     2.3.3 TC路径转向点
•   2.4 研究个例选取
• 第三章 WPSH的经向运动特征和TC活动对WPSH经向运动的影响
•   3.1 WPSH经向移动特征的统计分析
•   3.2 TC活动影响WPSH经向移动的数值试验
•     3.2.1 试验设计
•     3.2.2 试验结果
•   3.3 TC移动与TC波动
•     3.3.1 试验设计
•     3.3.2 试验结果
•   3.4 TC能量频散影响大尺度环流的动力学理论分析
•     3.4.1 非对称TC基流中的涡旋Rossby波和波射线
•     3.4.2 波射线方程的数值求解
•     3.4.3 基流非对称性对涡旋Rossby波群速度的影响
•   3.5 本章小结
• 第四章 TC活动影响WPSH经向运动的敏感性数值试验
•   4.1 试验设计
•   4.2 试验结果
•     4.2.1 不同TC影响下WPSH脊线的分布及偏移特征
•     4.2.2 不同TC影响下WPSH脊线偏移差异的原因分析
•     4.2.3 WPSH经向移动与TC转向
•   4.3 本章小结
• 第五章 TC活动对WPSH脊线垂直分布的影响分析
•   5.1 试验设计
•   5.2 试验结果
•     5.2.1 TC活动期间WPSH脊线的垂直分布及偏移特征
•     5.2.2 不同高度WPSH脊线移动出现差异的原因分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 西太平洋TC活动影响WPSH的集合数值试验
•   6.1 试验设计
•   6.2 试验结果
•     6.2.1 模拟效果检验
•     6.2.2 TC活动对大尺度环流场的影响
•     6.2.3 TC活动对WPSH经向运动的影响及可能机理
•   6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
•   7.1 本文主要成果
•   7.2 本文主要创新点
•   7.3 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王天驹

导师: 钟中

关键词: 热带气旋,副热带高压,经向移动,数值模拟

来源: 国防科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 国防科技大学

基金: 国家自然科学基金项目“西北太平洋热带气旋活动对东亚气候平均态的反馈机理及其效应”(No.41450426),公益性行业(气象)专项资助项目(GYHY201306025)

分类号: P444;P424

DOI: 10.27052/d.cnki.gzjgu.2019.000036

总页数: 148

文件大小: 12664k

下载量: 3