（气象学专业论文）垂直风切变和β效应对热带气旋强度及结构的影响.pdf

中文摘要 热带气旋( t c ) 强度和结构变化是下垫面、大气环流背景和t c 内核动力 过程等诸多方面因素相互作用的结果。本文利用一个全物理的非静力原始方程 热带气旋模式( t c m 4 ) ，在户和卢一平面中模式初始b o g u s 涡旋中，加入不同强 度的垂直风切变( v w s ) ，并进行2 4 0 小时的积分，研究了v w s 和届效应对热 带气旋强度和结构的影响。结果显示：v w s 对热带气旋强度具有抑制甚至减弱 作用，其临界值在8 1 0 m s 。1 之间，同时它也能造成涡旋的倾斜，使对流层中低 层的增温，而中高层则出现降温，造成对流层中高层的暖心无法增强，涡旋强 度降低；此外，行星涡度梯度( 届效应) 也是热带气旋强度减弱的一个原因， 在j i b 平面中西风切变下的涡旋似乎比东风切变下的涡旋更能抵抗切变和j b 一效应 的抑制作用；v w s 和j i b 一效应均能使热带气旋形成非对称结构，7 v s 影响下的 涡旋强对流上升运动区位于顺切变的左侧，而i | b 效应使强对流区集中于涡旋西 南部。受v w s 的影响，热带气旋非对称率先开始于对流层高层的外流区，随后 在眼墙处的边界层内流区也发展处非对称结构，而这种非对称主要以波数1 非 对称结构为主，到了模拟后期高波数非对称也逐渐开始在眼墙附近发展。另外 v w s 还能增加热带气旋眼墙替换的频率、幅度和持续时间，眼墙替换过程完成 后，v w s 会使涡旋眼区明显扩大，眼墙的倾斜度也变得更大。 通过对垂直风切变试验结果的方位角平均相对角动量( 删) 和位涡( p v ) 倾向的收支分析发现：受v w s 影响的涡旋水平平流和垂直混合扩散这两项对方 位角平均相对角动量倾向的贡献度比c t r l 试验要大，而水平扩散项却要小的 多，且负值中心也更加远离涡旋中心；此外，f - 6 试验p v 收支对称对流运动( 非 绝热加热) 项在边界层眼墙中形成的负( 正) 中心比c t r l 试验要弱，但随高 度向外倾斜程度明显比它们要大。表明，：6 试验后期眼墙处的对流运动要比 c t r l 试验要弱，且结构较松散。 关键字：垂直风切变i i b 一效应波数1 非对称眼墙替换 a bs t r a c t t l l ei n t e n s i t yc h a n g e so ft r o p i c a lc y c l o n e s ( t c ) a r ec l o s e l yr e l a t e dt ou n d e r - l 姐n gs u r f a c e ，l a r g e s c a l ee n v i r o n m e n t a lf l o w sa n dt ci n n e rc o r ep r o c e s s e s 1 1 1 i s s t u d yu s eat h ef u l l yc o m p r e s s i b l e ，n o n h y d r o s t a t i ct r o p i c a lc y c l o n em o d e lt c m 4t o s i m u l a t et h ed i f f e r e n tv e r t i c a lw i n ds h e a r ( v w s ) u n d e rt h e = p l a n ea n df l - p l a n eu s i n g a ni n i t i a lb o g u sv o r t e xt od i s c u s st h er o l eo fv w sa n d e f f e c to nt h et r o p i c a lc y c l o n e i n t e n s i t ya n ds t r u c t u r e t h er e s u l ts h o w s ：t h ev w sc a nr e s t r a i ne v e nd e c r e a s et h e i n t e n s i t yo ft h et r o p i c a lc y c l o n e ，t h et h r e s h o l do ft h i sv w si sb e t w e e n8a n d10m s t h ev w sc a na l s oc a u s et h et i l to ft h ev o r t e x a n di n c r e a s et h et e m p e r a t u r eo ft h e m i d l o wt r o p o s p h e r e ，b u tt h eh i 曲l e v e lt r o p o s p h e r ew i l lc o o l i n g ，s ot h ew a r m c o r e o ft h et r o p i c a lc y c l o n ew i l lb en o te n h a n c e a n dt h ei n t e n s i t yo ft h ev o r t e xw i l lr e d u c e i nt h es h e a re x p e r i m e n t s t h ep l a n e t a r yv o r t i c i t yg r a d i e n t ( 口e f f e c t ) i sa n o t h e rr e a s o n o ft h ed e c r e a s i n gt h et c i n t e n s i t y a tt h e 口p l a n e ，t h ev o r t e xu n d e rt h ew e s t e r l y s h e a rs e e m sh a v em o r ea b i l i t yt or e s i s tt h ev w sa n df l _ e f f e c tt h a nt h eo n eu n d e rt h e e a s t e r l ys h e a r v w sa n df l _ e f f e c tc a nb o t hm a k et cb e c o m ew a v e n u m b e r - 1 a s y m m e t r i cs t r u c t u r e ，b u ta tt h e1 a t e rs t a g eo ft h es i m u l a t i o n ，t h eh i g l l w a v e n u m b e r a s y m m e t r i e sw i l ld e v e l o pn e a rt h ee y e w a l lo ft h eb o u n d a r yl a y e r t h em a x i m u m u p s t r e a mo ft h ev o r t e xi nt h ev w si sa tt h ed o w n s h e a rl e f t w h i l et h em a x i m u m c o n v e c t i o ni nf l - p l a n ei sa tt h es o u t h w e s to ft h ev o r t e x b e c a u s eo ft h ev w s t h e a s y m m e t r i co ft h et ci sf i r s tb e g i na tt h eo u t f l o wr e g i o no ft h et r o p o p a u s e t h e ni t d e v e l o pa tt h eb o u n d a r y si n f l o wr e g i o nn e a rt h ee y e w a l l t h ev w sc a ni n c r e a s et h e f r e q u e n c y , a r g u m e n ta n dl a s t i n g - t i m eo ft h ee y e w a l lr e p l a c e m e n to ft h et c ，a f t e r f i n i s ht h ee y e w a l lr e p l a c e m e n t t h ee y eo fv o r t e xa n dt h et i l to ft h ee y e w a l lw i l lb o m l a r g e rt h a nc t r l u s i n gt h eb u d g e ta n a l y z i n go ft h ea v e r a g ea z i m u t hr a ma n dp vo ft h ev w s e x p e r i m e n t ，w ef o u n dt h a t ：t h et w ot e r m sw h i c hv o r t e xh o d z o n t a la d v e c t i o na n d v e r t i c a lm i x i n gd i f f u s ei nv w s e x p e r i m e n ta r el a r g e rt h a nt h eo n e si nc t r l b u tt h e h o r i z o n t a ld i f f u s ei sm u c hm o r es m a l l e r , a n dt h ec e n t e ro ft h em i n i m u mi sm a t h m o r ef a r a w a yf r o mt h et cc e n t e r t h e ：6e x p e r i m e n t sp vb u d g e ts y m m e t r i c a d v e c t i o n ( d i a b a t i ch e a t i n g ) t e r mw h i c hc a u s ean e g a t i v e ( p o s i t i v e ) c e n t e ra tt h e b o u n d a r yn e a rt h ee y e w a l li sw e a k e rt h a nc t r le x p e r i m e n t b u ti sl a r g e ro ft h e o u t w a r dt i l tw i t ht h eh e i g h t t h i sd e m o n s t r a t et h a tt h ec o n v e c t i o nm o t i o no ft h el a t e r p e r i o do f ：6e x p e r i m e n ti sm u c hm o r ew e a k e ra n dt h es t r u c t u r ei sm u c hl o o s e rt h a n t h ec t r le x p e r i m e n t k e y w o r d s ：v e r t i c a lw i n ds h e a r f l - e f f e c t w a v e n u m b e r - 1a s y m m e t r i c e y e w a l lr e p l a c e m e n t i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京信息工程大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位做储虢绁毯 签字眺 c ，r 弓 关于论文使用授权的说明 本学位论文是在南京信息工程大学攻读学位期间在导师指导下完成的博士 学位论文。本论文的研究成果归南京信息工程大学所有，本论文的研究内容不 得以其它单位的名义发表。本人完全了解南京信息工程大学关于保存、使用学 位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允 许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入中国优秀博硕士学位论文全文数 据库和编入中国知识资源总库，同意按中国优秀博硕士学位论文全文数 据库出版章程规定享受相关权益。本人授权南京信息工程大学，可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 学位论文作者躲徊冬聊躲 签字日期：丝! ! ：j ：三签字日期： 第一章绪论 1 1 研究意义 第一章绪论 热带气旋( t r o p i c a lc y c l o n e s ，简称t c ) 是发生在热带洋面上具有暖心结构的强烈的气旋 性涡旋或低压，是强大而深厚的热带天气系统。在西太平洋上，根据w m o 对热带气旋的分 类，当其近中心最大风速达至i j l 7 2 - 2 4 4m s 。1 时，称为热带风暴；达至1 j 2 4 5 - 3 2 6m s d 时， 称为强热带风暴；达到3 2 7 - 4 1 4m s 。1 时，称为台风；达到4 1 5 5 0 9m - s 以时，称为强台风； 达n 5 1 0 m s 。以上时，称为超强台风。 热带气旋给经过的地区带来丰沛的降水，有解除伏早的作用，但也会带来严重大风、 暴雨和风暴潮等灾害。据统计n 1 ，热带气旋灾害伤亡人数在常见的十大急性自然灾害( 台 风、地震、洪水、雷暴、龙卷风、雪暴、雪崩、火山爆发、热浪、山体滑坡和海潮) 中高 居首位。我国地处太平洋西岸，拥有漫长的海岸线，平均每年有7 8 个热带气旋登陆我国， 是世界上热带气旋登陆最多、灾害最为严重的国家之一，每年平均造成经济损失达2 4 6 亿元， 死亡5 7 0 人晗1 ，沿海地区如广东、福建、浙江、海南和台湾等省受正面登陆影响最大。据 e s c a p w m o 台风委员会年度报告的统计显示，热带气旋所造成我国的经济损失是日本的 7 3 倍，菲律宾的1 0 2 倍，越南的2 2 3 倍，而造成的人员伤亡分别是上述三国的4 2 倍、7 6 倍、1 9 3 倍。此外热带气旋登陆后维持不消的残存涡旋也可能会给我国内陆地区带来重灾， 如7 5 0 3 号( n i n a ) 台风和0 6 0 4 号强热带风暴“碧利斯”( b i l i s ) 深入内陆，其强降水导 致诸多地质灾害，生命和财产安全遭受到极大损失。 鉴于热带气旋对社会经济的重要影响，自有热带天气预报以来，提高热带气旋强度和 路径预报的准确性始终受到高度的重视。但是由于观测资料不足以及对其强度变化的物理 机制缺乏认识，热带气旋强度预报是大气科学领域至今尚未解决的重要科学问题之一1 。 除了缺乏海洋观测、模式分辨率不高以及初始场存在误差等因素外，对控制热带气旋强度 变化的物理因子和过程了解不够是根本原因。当前，热带气旋路径的客观预报水平提高明 显( w a n g 和w u ；端义宏等；陈联寿) ，而t 强度和风雨分布预报仍显得较为复杂 ( 陈联寿阳1 ) ，目前t c 强度预报仍明显滞后于路径预报( d e m a r i a 等n 1 ；k n a f f 等陋引) 。 第一章绪论 因此，即使热带气旋路径预报较正确，由于对其强度变化估计不足，损失也难以减轻。例 如热带气旋云娜的路径预报相当准确，受灾地区事前也做好了人员撤离等防灾准备。但是 其强度以及带来的风雨强度超出了预计程度，结果造成了几十年难遇的灾害和损失。所以 准确的热带气旋强度预报对进行灾害预警、防灾抗灾是必不可少的，同时也能有效地提高 全球气候变化对热带气旋影响的预报口。 1 2 研究进展 普遍认为影响热带气旋强度的主要因素可以总结为( d e m a r i ab 0 1 ) ：1 、内部结构变化( 如 热带气旋眼壁特征、对流的非对称分布等) ；2 、下垫面( 如海洋、地形) 与台风环流的相 互作用；3 、环境气流( 水平、垂直切变) 与台风环流的相互作用。对于一个实际的t c 强度 变化，其各影响因子的相对重要性是不确定的，其强度变化可能是多个因素影响的综合结 果。实际热带气旋在生命史中的各阶段均会受到环境垂直风切变( e n v i r o n m e n t a lv e r t i c a l w i n ds h e a r ) 的影响2 3 m 引。环境垂直风切变引起的内区非对称一直被认为是热带气旋 不能达到其最大可能强度( m a x i m u mp o t e n t i a li n t e n s i t y ，简称m p i ) 的重要制约因素“5 1 。 自w e g h t m a n n 6 1 首次提出垂直风切变对热带气旋强度有较强的影响至今，国内外学者做 了大量深入的研究工作，提出了很多理论，总结了较多的关于垂直风切变与热带气旋强度 变化之间的统计和数值模拟方面的规律，但是这些结论并不是十分的一致。 大量的观测研究1 7 11 和数值模拟表明，环境垂直风切变对热带气旋强度的影响具有抑 制作用，即垂直风切变能阻止热带气旋在环境切变气流中发生和发展，国外大量学者在探 讨抑制热带气旋强度发展的垂直风切变的临界值上，提出了许多不同的见解。观测研究表 明能使t c 减弱的垂直切变的临界值可能在8 1 0m s 。1 之间口2 】 2 3 1 。 f r a n k f 2 4 1 利用m m 5 模式分析了5 m s ll o m s l1 5 m s 。1 垂直风切变对相同情况下的热带气 旋强度的影响。试验结果表明，在加入切变后，5 m s j 的垂直风切变可以使t c 在3 6 小时 内减弱，1 0 m s d 的垂直风切变使得t c 在2 4 小时内减弱，而1 5 m s 。的垂直风切变则马上 使t c 减弱，他进一步分析认为1 2 5 m s 1 是垂直风切变的临界值。 z e “2 2 1 提出垂直风切变在发展的t c 中不会超过1 2 5 m - s ，而对于不发展的t c 而言， 垂直风切变的临界值可能要大一些，由他的研究看，发展t c 和不发展t c 所受环境风切变 2 第一章绪论 的影响规律是有较大区别的。但是z h u 和z h a n g 2 5 1 通过模拟b o n n i e 发现，垂直风切变在模 拟5 4 h 后达到了1 9m s 一，而此时热带气旋强度却没有明显的减弱。 不过也有一些数值模拟的结果表明【2 6 1 ，在一定的垂直切变场中，如东风切变将有利于 t c 的产生和发展，这主要是因为当t c 以整层平均速度移动时，低层的辐合和高层的暖心 仍然保持同位相，因此有利于t c 发展。h o l l a n d 等伫7 1 的数值试验研究则表明垂直切变会使 t c 增强的速率减慢，但它并不影响t c 达到它的最大可能强度( m p i ) 。 因此，目前对于v w s 是否存在使t c 减弱的阈值且这个阈值的具体数值是多少一直存 在着较大的争议。 此外对于垂直风切变对于热带气旋强度影响的物理机制，许多学者给出了多种不同的 见解。g r a yn 概括了与t c 生成发展有关的6 种因子，即：适宜的海表温度，条件不稳定，对 流层下层的正的绝对涡度，对流层中层的相对湿度，对流层上层的负的相对涡度和适当的 环境流场垂直切变。其中，环境流场垂直风切变是一个十分重要的因子，即由于各层的水 平风方向和速度不同，使热带气旋内区高层暖湿空气以及释放的潜热平流到环境中导致热 带气旋强度的减弱，c , r a y 称, 之为“通风流效应”( v e n t i l a t i o n ) 。 后来d e m a r i a 【2 8 1 建立了一个两层模式检验环境垂直风切变对热带气旋强度变化的作用， 提出切变对热带气旋强度的抑制作用并非由于“通风流效应”。他认为热带气旋中心附近 的热力学方程中主要的大项是非绝热加热项和垂直运动项，水平平流项为二级小项。由于 中层加热以及位涡倾斜增强稳定度抑制了对流运动，即当存在环境垂直风切变的时候，导 致位涡倾斜，从而使中层增加温度扰动来响应位涡的倾斜以维持静力平衡，中层的增温增 加了垂直稳定度从而使对流活动减弱，热带气旋不能发展。d e m a r i a 将这种过程归纳为倾斜 和稳定性作用( t i l t i n ga n ds t a b i l i z a t i o n ) 。 另一种对于环境垂直风切变的影响机制是j o n e s 陋训所提出的r o s s b y 渗透理论 ( p e n e t r a t i o n ) ，她使用一个厂平面下正压无摩擦干模式，将线性切变廓线植入模式后发现 切变使得干涡旋向顺切变一侧倾斜，高低层涡度中心围绕着中层中心旋转，并且涡旋发展 出一个波数1 型的次级环流圈，这种垂直运动使得等熵面倾斜，导致冷( 暖) 距平位于顺 ( 逆) 切变一侧。有基于此，她认为热带气旋在切变中发生位涡倾斜，同时环境流也发生 3 第一章绪论 改变并达到新的平衡状态，在给定的环境垂直风切变中热带气旋产生的垂直倾斜度由 r o s s b y 渗透高度决定，r o s s b y 渗透高度主要由热带气旋的大小、强度、科里奥利参数、静 力稳定度等决定。 最后一种机制是基于非绝热强迫产生热力次级环流在环境垂直风切变中的响应提出的 “次级环流效应”机制，持这种观点的学者认为相对流入和流出气流不对称的发展，将影 响对流加热的垂直分布进而影响热带气旋的强度b 伽b 川。 此外，也有相当一部分国内外学者热衷于研究由_ i b 效应引起的热带气旋周围的非对称 流场的变化对t c 强度的影响。p e n g 2 3 通过对j i b 平面中不同环境流场下热带气旋的模拟表明， 行星涡度梯度也是热带气旋强度减弱的一个原因，同时他也指出由口效应引起的非对称气 流式呈东南一西北方向，由非对称引起的西风流部分减弱了由于j i b 效应，而东风流则增强了 卢效应，因此在可变厂环境中，相同量级的西风气流比东风气流更容易增强热带气旋的强度。 d u a n 暗3 1 通过研究伊效应和均匀流对热带气旋强度的影响发现，行星涡度梯度和环境均匀流 都能导致热带气旋强度的减弱，其原因是由于水平行星涡度梯度和水平均匀流造成热带气 旋结构的非对称性，使得积云对流加热不能集中在热带气旋暖心附近而是向外围扩展，从 而使得热带气旋的暖心得不到加强，强度减弱。 。 在研究热带气旋结构对其强度变化的影响方面，普遍认为几乎每个热带气旋的结构都 存在非对称，这种结构可能是如s s t 、湿度的分布不均匀等热力因素造成的，也可以使如气 流的水平或垂直切变等动力因素造成的。 除了环境作用导致的非对称以外，一个重要的外部机制就是角动量的输送理论，研究 发现低层的角动量输入和上层角动量的向外输出时热带气旋增强不可缺少的条件之一b 4 | 。 由环境流场与热带气旋环流或是口一效应引起的热带气旋非对称也是热带气旋强度减弱的一 个原因。 非对称结构的一个主要表现是螺旋雨带的非对称。余志豪口副对螺旋雨带的形成及涡旋 r o s s b y 理论进行了比较全面的总结。螺旋雨带的形成对热带气旋发展的作用至今还存在争 论。一般认为由于螺旋雨带从眼墙附近带走潜能，阻碍了热带气旋的发展，但更多的研究 表明雨带通过供应水汽促进了热带气旋的发展。 4 第一章绪论 由上可知，目前有关垂直风切变对于热带气旋强度和结构的影响的观测研究和数值模 拟结果并不一致，而同样是数值模拟，其结果也不一样。可见，环境风垂直切变对于t c 强 度变化的影响，并不是简单的阻止或有利于t c 强度的发展，大部分学者的研究忽视了它在 t c 发生、发展以及消亡等各个阶段的不同作用。此外对于口一效应是如何影响t c 强度和结构 变化，它与环境风垂直切变若叠加又将如何影响t c 的强度和结构，这些问题有待于进一步 的认识。 1 3 本文主要研究内容 为了进一步研究前一节所总结出的争议点，本文将利用一个全物理的非静力原始方程 热带气旋模式( t c m 4 ) 又够和卢一平面中不同强度的垂直风切变对理想热带气旋强度和结构 的影响进行数值模拟。 本文的主要构成如下： 第二章：主要介绍t c m 4 模式及敏感试验的设计。 第三章：先对控制试验模拟结果进行检验，然后对f 平面和肛平面下两组敏感试验中 的涡旋强度进行分析。 第四章：分析垂直风切变和肛效应对热带气旋内核结构及眼墙替换的影响。 第五章：分别对c t r l 、f 6 和b e t a 试验进行角动量收支和位涡收支分析。 第六章：本文的主要结论和存在的不足。 5 第一苹绪论 参考文献 1 b i i l d ibs h a h ，：d i s a s t e r s 1 9 8 3 ，7 ( 3 ) ：2 0 2 2 0 9 2 陈联寿，孟智勇我国热带气旋研究十年进展大气科学 j 】，2 0 0 1 ，2 5 ( 3 ) ：4 2 0 - 4 3 2 3 k r i s h n a m u r t tt n ，p a t t n a i ks ，s t e f a n o v al ，v i j a y ak u m a rt s v ，m a c k e yb p a n d o s h a ya j ：t h eh u r r i c a n ei n t e n s i t yi s s u e ，m o nw e ar e v ，2 0 0 5 ，1 3 3 ，1 8 8 6 1 9 11 【4 w a n gy ，w ucc c u r r e n tu n d e r s t a n d i n go ft r o p i c a lc y c l o n es t r u c t u r ea n di n t e n s i t yc h a n g e s ar e v i e w m e t e o r o la t m o sp h y s ，2 0 0 4 ，8 7 ：2 5 7 - 2 7 8 5 端义宏，余晖，伍荣生热带气旋强度变化研究进展气象学报【j 】，2 0 0 5 ，6 3 ( 5 ) ：6 3 6 6 4 5 6 陈联寿热带气旋研究和业务预报技术的发展应用气象学报 j 】，2 0 0 6 ，1 7 ( 6 ) ：6 7 2 6 8 1 7 d e m a r i am ，m a i n e l l im ，s h a ylk ，k n a f f ja ，k a p l a nj f u r t h e ri m p r o v e m e n t st ot h e s t a t i s t i c a lh u r r i c a n ei n t e n s i t yp r e d i c t i o ns c h e m e ( s h i p s ) 砌f o r e c a s t i n g , 2 0 0 5 ，2 0 ( 4 ) ： 5 3 1 - 5 4 3 【8 k n a f f ja ，k o s s i njp ，d e m a r i am a n n u l a rh u r r i c a n e s w e af o r e c a s t i n g ，2 0 0 3 ，1 8 ：2 0 4 2 2 3 9 k n a f fja ，s a m p s o ncr ，d e m a r i am a no p e r a t i o n a ls t a t i s t i c a lt y p h o o ni n t e n s i t yp r e d i c t i o n s c h e m ef o rt h ew e s t e r nn o r t hp a c i f i c w e af o r e c a s t i n g ，2 0 0 5 ，2 0 ( 4 ) ：6 8 8 - 6 9 9 1 0 d e m a r i a ，m ：t h ee f f e c to f v e r t i c a ls h e a ro nt r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t yc h a n g e ：a n h i s t o r i c a lp e r s p e c t i v e i n v i t e dp r e s e n t a t i o n s 1 1 1 6j a n u a r y19 9 8 11 g r a y , w m ，1 9 6 8 ：g l o b a lv i e wo f t h eo r i g i no f t r o p i c a ld i s t u r b a n c e sa n ds t o r m s m o n 耽口r e v ，19 6 8 ，9 6 ，6 6 7 0 0 1 2 t u l e y a ，r e ，a n dk u r i h a r ay ：an u m e r i c a ls t u d yo nt h ee f f e c t so fe n v i r o n m e n t a lf l o wo n t r o p i c a ls t o r mg e n e s i s m o n w e a r e v ，19 81 ，1 0 9 ，2 4 8 卜2 5 0 6 1 3 r i e h l ，h ，a n dr j s h a f e r ：t h er e c u r v a t u r eo f t r o p i c a ls t o r m s j m e t e o r ，1 9 4 4 ，1 ，4 2 - 5 4 1 4 m e r r i l l ，r t ：e n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e so nh u r r i c a n ei n t e n s i f i c a t i o n d a t m o s s c i ，1 9 8 8 ， 4 5 ，1 6 7 8 1 6 8 7 【15 e l s b e r r y ，r ，l ，h o l l a n d ，g ，j ，g e r r i s hh e ta l ：i i lt h e r ea n yh o p ef o rt r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t y p r e d i c t i o n - ap a n e ld i s c u s s i o n b u l la m e r m e t e o r s o c 19 9 2 7 3 ：2 6 4 2 7 5 【16 w e i g h t m a nr h t h ew e s ti n d i ah u r r i c a n eo fs e p t e m b e r ，1919 ，i nl i g h to f s o u n d i n g o b s e r v a t i o n zm o nw e ar e v ，1919 ，4 7 ：717 - 7 2 0 17 r a m a g ecs ，h u r r i c a n ed e v e l o p m e n t jm e t e o r ，19 5 9 ，16 ：2 2 7 2 3 7 【1 8 b e n d e r ，m a ：t h ee f f e c to f r e l a t i v ef l o wo nt h ea s y m m e t r i cs t r u c t u r eo f t h ei n t e r i o ro f h u r r i c a n e s j a t m o s s c i ，19 9 7 ，5 4 ，7 0 3 7 2 4 1 9 g r a yw m g l o b a lv i e wo f o r i g i no f t r o p i c a ld i s t u r b a n c e sa n ds t o r m s m o nw e ar e v ，1 9 6 8 ， 9 6 ：6 6 9 7 0 0 2 0 m e r r i l lr t e n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e so nh u r r i c a n ei n t e n s i f i c a t i o n j a t m o ss c i ，19 8 8 ，4 5 ： 1 6 7 8 1 6 8 7 2 1 b e n d e rma t h ee f f e c to f r e l a t i v ef l o wi nt h ea s y m m e t r i cs t r u c t u r ei nt h ei n t e r i o ro f h u r r i c a n e s d a t m o ss c i 19 9 7 ，5 4 ：7 0 3 - 7 2 4 【2 2 z e h r ，r m ，t r o p i c a lc y c l o g e n e s i si nt h ew e s t e r nn o r t hp a c i f i c r n o a a 死如r e p 1 9 9 2 , n e s d i s 6 1 ，1 8 lp p 6 第一章绪论 【2 3 f r a n k ，w m ，a n de a r i t c h i e ，e f i e c t so fe n v i r o n m e n t a lf l o wo nt r o p i c a lc y c l o n es t r u c t u r e z m o n w e a r e v ，1 9 9 9 ，1 2 7 ，2 0 4 4 - 2 0 6 1 【2 4 1 f r a n kw m ，r i t c h i ee a ， e f f e c t so fv e r t i c a lw i n ds h e a ro nt h ei n t e n s i t ya n ds 觚l c t u r eo f n u m e r i c a l l ys i m u l a t e d h u r r i c a n e s zm o nw e ar e v ，2 0 01 ，1 2 9 ：2 2 4 9 - 2 2 6 9 2 5 z h u ，t ，d 一l z h a n g ，a n df w e n g ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o no fh u r r i c a n eb o n n i e ( 19 9 8 ) p a r ti ： e y e w a l le v o l u t i o na n di n t e n s i t yc h a n g e s j m o n w e a r e ，2 0 0 4 ，1 3 2 ，2 2 5 2 4 1 【2 6 t u l e y are ，k u r i h a r ay an u m e r i c a ls t u d yo ft h ee f f e c to fe n v i r o n m e n t a lf l o wo nt r o p i c a l s t o r mg e n e s i s m o nw e ar e v , 19 81 ，1 0 9 ：2 4 8 7 - 2 5 0 6 2 7 h o l l a n dg ，w a n gy q w h a tl i m i t st r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t yp r e p r i n t ，2 3 r dc o n f e r e n c eo n h u r r i c a n e sa n dt r o p i c a lm e t e o r o l o g y ，1 0 - 1 5j a n u a r y ，1 9 9 9 ，d a l l a s ，t e x a s ，9 5 5 9 5 8 2 8 d e m a r i am ，t h ee f f e c to fv e r t i c a ls h e a ro nt r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t yc h a n g e za t m o s s c i 1 9 9 6 5 3 ：2 0 7 6 2 0 8 7 【2 9 j o n e ss c ，t h ee v o l u t i o no fv o r t i c e si nv e r t i c a ls h e a r p a r thi n i t i a l l yb a r o t r o p i cv o r t i c e s q u a r t j r o y m e t e o r s o c 1 9 9 5 ，1 2 1 ：8 2 1 8 5 1 3 0 b e n d e rm a ，t h ee f f e c to f r e l a t i v ef l o wi nt h ea s y m m e t r i cs t r u c t u r ei nt h ei n t e r i o ro f h u r r i c a n e s j a t m o s s c i 1 9 9 7 ，5 4 ：7 0 3 - - 7 2 4 【3 1 t u l e y ar e ，a n dy k u r i h a r a ，an u m e r i c a ls t u d yo f t h ee f f e c to f e n v i r o n m e n t a lf l o wo n t r o p i c a ls t o r mg e n e s i s ，m o n w e a r e v 1 9 8 1 ，1 0 9 ：2 4 8 7 2 5 0 6 【3 2 p e n gms ，j e n gb 2 f ，w i l l i a m sr t an u m e r i c a ls t u d yo nt r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i f i c a t i o n ， p a r ti ：b e t ae f f e c ta n dm e a n 2 f l o we f f e c t j a t m o ss c f 1 9 9 9 5 6 ：1 4 0 4 1 4 2 3 3 3 d u a ny i h o n g ，w ur o n g s h e n g ，y uh u i ，e ta 1 t h er o l eo f 3 一e f r e c to f p l a n e t a r yv o r t i c i t y g r a d i e n ta n du n i f o r mc u r r e n to nt h ec h a n g ei nt r o p i c a lc y c l o n ei n t e n s i t y a d va t r a os c i ， 2 0 0 4 ，2 1 ：7 5 8 6 3 4 m o l i n a r ij ，v o l l a r od e x t e r n a li n f l u e n c e s0 1 1h u r r i c a n ei n t e n s i t y p a r ti ：o u t f l o wl a y e re d d y a n g u l a rm o m e n t u mf l u x e s j a t m o ss c i ，19 8 9 ，4 6 ：10 9 3 - 110 5 【3 5 1 余志豪台风螺旋雨带一涡旋r o s s b y 波 j 气象学报，2 0 0 2 ，6 0 ( 5 ) ：5 0 2 5 0 7 7 第二章模式介绍及试验设计 2 1 模式介绍 第二章模式介绍及试验设计 本文使用的模式是一个完全可压、非静力、原始方程台风模式t c m 4 1 1 。t c m 4 用完 全可压、非静力学的内核代替了t c m 3 2 删的静力学内核，是t c m 3 的升级版本。t c m 4 在z 坐标下的控制方程如下： a _ _ l u + c p 0 m 坚= 加一_ w + d “+ f “ d to x 皇兰+ c 口0 m 皇三= 一f u + dv + f y d t a y 、 _ d w + c p o m 娑= 一g + 7 u + d w + f w c l to z 塑= 旦+ d 目+ f 口 n d t c p z 堕+ 坚v3 一v = 旦盟 其中u ，v ，w 分别是纬向，经向和垂直风分量；x ，y ，z 和t 是三维坐标和时间；厂( = 2 0 s i n f ) 和7 ( = 2 qc o s 咖) 是垂直和水平科里奥利参数；0 ，o v = o ( 1 + o 6 0