MJO和东风波对热带气旋生成的影响及机制研究

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热带气旋(TC)形成于热带海洋上空。由于海上高精度观测资料的缺乏和TC生成涉及到多尺度相互作用的复杂性,造成了TC的生成仍然是台风动力学中一个未解决的核心问题。本文基于再分析资料的诊断分析和中尺度模式的数值模拟,研究了热带季节内振荡(MJO)和东风波扰动对TC生成的影响及其机理问题,得到以下三点主要结论:(1)阐明了MJO对TC生成的调制作用,并揭示了在不同的海域MJO影响TC生成的决定性因子的差异。基于潜在生成指数(GPI)的诊断分析,我们发现在西北太平洋(WNP)、墨西哥湾-西加勒比海(GOM)影响TC生成的关键因子是与MJO有关的水汽,而在东大西洋(EAT)却是与MJO有关的垂直风切变。这种区域依赖性与MJO尺度的背景场密切相关,观测结果显示MJO活跃位相下的大尺度环流特征有助于WNP和GOM地区气旋性涡度的增加、低压的加强和水汽的增加,而在EAT,与MJO活跃位相有关的大尺度环流在对流层低层(高层)表现为明显的西风(东风)异常,并且水汽的变化比较小。利用中尺度WRF-ARW模式模拟,发现试验结果与观测的GPI诊断分析结果一致,MJO尺度的水汽在调制WNP和GOM地区的TC生成中起最主要的作用,而MJO尺度的垂直风切变是影响EAT地区TC生成的决定性因子。(2)通过统计分析挑选出了WNP地区由东风波扰动诱发生成的TC,揭示了能发展成TC的这类东风波扰动的结构特征以及维持和发展的机制。在2000-2009年夏季由东风波诱发生成的TC共有24个,占总TC频数的18%。东风波扰动在水平方向上偏东-西方向分布,气旋-反气旋性环流耦合着增强-抑制的对流。在垂直方向上,它随高度向东倾斜,在TC生成的前3天,对流中心滞后于环流中心约六分之一个位相,随着TC生成时间的接近,对流和环流间的位相差异逐渐减小,并且暖的空气对应着上升运动,冷的空气对应着下沉运动。东风波扰动的能量诊断显示,它的维持和发展主要与对流层中下层的正压能量转换和对流层中上层斜压能量转换有关,而斜压转换过程中的EAPE主要来自于非绝热加热。(3)利用一个典型的东风波扰动诱发生成TC的个例,揭示了东风波临界层对扰动发展的影响以及东风波发展成TC的触发机制。观测结果表明东风波临界层为TC的发展提供了有利的背景环境,季风槽与东风波相互作用引起的能量积聚可能是TC生成的一个触发机制。进一步利用中尺度模式发现,涡度聚集是TC生成的一个动力学触发机制,而强深对流爆发引起对流层上层暖心的形成,通过静力平衡方程进一步导致地表气压的减小,从而促进扰动的增强,是TC生成的一个热力学触发机制。
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