西北太平洋TUTT高空冷涡活动特征及其对台风路径突变的影响

发布时间：2020-10-01 19:31

　　台风(简称TC)路径突变受多环流系统影响,是台风路径预报中的一个难题。对流层高空冷涡是TC路径变化的一个重要影响系统,但它们对台风路径突变的影响机制还不清楚,尤其是对来自太平洋中部对流层上层槽(TUTT)一类高空冷涡(TUTT cell)的影响认识不多。本论文首先统计了2006-2015年西北太平洋TUTT cell的活动特征,并合成分析了TUTT cell生消过程中的大气环流背景及其结构演变特征;然后针对两个典型个例,探讨了TUTT cell对其东侧台风路径突变影响的动力学机制;最后采用集合预报分析方法,研究了TUTT cell影响台风Meranti(1010)北翘路径的物理过程。统计结果表明:(1)10年间发生持续时间不小于24h的TUTT cell事件369次(出现6836频次),高频期为5-10月,与台风的活跃期相似;(2)大部分冷涡生成于150°E以东,生成后一般向偏西方向移动,可移至我国沿海地区。平均移动速度为6.6m s~(-1),平均生命时长为4.4天;(3)大多数TUTT cell半径小于5经纬距,冷中心平均位置为250hPa,正涡度中心平均位置为225hPa,正涡度柱垂直分布于550-125hPa之间,少部分可向下延伸至700hPa以下。对TUTT cell的初生、成熟及消亡期大气环境及其结构演变进行动态合成分析。结果表明,冷涡的生消过程一般是其从大洋中部TUTT槽底生成,切断后沿副高东南侧西移,最后消亡于中国近海副高南侧的一个过程。在此过程中TUTT cell位势高度增加,半径减小至3-4经纬距,冷中心温度较初生阶段增暖4oC,不利于其冷心结构维持。生成期TUTT cell北部和西部以下沉运动为主,南部和东部主要为上升运动,而进入消亡期后垂直运动的纬向剖面分布与初生期相反。选取位于TUTT cell东侧并发生路径突变的两个台风个例进行研究。结果表明,当台风西侧的TUTT cell强度较强,且与台风相距较近时,二者高低层环流可发生部分叠置或耦合,影响台风引导气流。整层大气受力分析发现,TUTT cell减弱了台风西部向东的气压梯度力,而台风东侧向西的气压梯度力不变,这有利于台风向西运动。对台风和TUTT cell进行合力散度诊断也表明,TUTT cell中心附近合力辐合可为其东侧台风提供向西的合力,而台风外围东北侧较强的合力辐散阻碍台风北上,有利于在弱环境引导气流中的台风发生打转。选取台风路径集合预报中成功与不成功预报路径突变两组成员各8例,对比分析TUTT cell对Meranti路径北翘影响的物理过程。结果表明:(1)Meranti北翘路径跟它与TUTT cell的南北向耦合有关;(2)TUTT cell是通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流的;(3)水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的TUTT cell对台风路径变化影响更明显;(4)位涡倾向方程的诊断表明,在TC与UTCL南北向耦合过程中,台风西北部的正位涡水平平流项输送显著,有利于台风向北运动。
【学位单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P461
【部分图文】：

路径图,经纬距,路径图,出现频率

10图 2.2 2006 -2015 年 6h 一次的 TUTT-cell（a）路径图（红点：生成位置，蓝点：消亡位置，线：路径）；（b）1°经纬距网格上出现频率分布（填色，单位：次）。紫色点、红色点、黑色点别表示 20 个近海、洋中、远海的 TUTT cell，黑线表示 13 个从远海运动到近海的 TUTT cell，色星形代表文中提到的具有最长生命史的冷涡2.3 大小、强度、运动情况及生命周期图 2.3a-b 给出 TUTT cell 的半径、中心位势高度、速度和生命时长的盒须图。2.3a 可见，TUTTcell 的平均、最大、最小半径分别为 4o、10°和 1°经纬距，大约有的 TUTT cell 半径在 5o 以下。尽管我们得出的平均半径要小于 Chen et al (2001)的（约 7o），但它仍然比典型台风的半径大。事实上，TUTTcell 的半径在自东向西运过程中逐渐减小，且无明显月变化（图略）。图 2.3c 表明，200hPa 上 TUTTcell 的平最小、最大中心位势高度值分别为 1234.6、1178.6 和 1249.5dagpm，约 75%的 TUTT

异常值,中心温度,单位,涡度

122.4 冷中心及涡度中心图2.4a-b给出2006-2015年TUTTcell冷中心温度异常值及其出现位置高度盒须图。可见冷中心平均温度异常值约-4.5oC，最小约-12.5oC，最大约-1.4oC，75%样本小于-3.5oC。冷中心出现高度平均位于 250hPa 附近，最低 500hPa，最高 100hPa，75%的样本出现在 350hPa 高度以上。KellyandMock（1982）通过洋面上的高空观测仪器发现，TUTTcell 事件的冷中心出现在 350hPa

红线,黑线,垂直廓线,单位

均高度为 550hPa，有 75%的样本在 650hPa 以上。此外，我们发现正涡柱的顶部平度为 125hPa，约 97%的样本正涡度柱顶部出现在 150-100hPa 之间（图略）。可见 Tcell 正涡度柱的范围一般为 550-125hPa，这与前人的研究结果相似。需要注意的是些个例的正涡柱底部甚至延伸到了 1000hPa，这可能与地面低压系统的发展有关。2.5 垂直廓线图 2.5a 给出 2006-2015 年 TUTTcell 冷中心温度异常（红线，顶部 x 轴）及比湿线，底部 x 轴）的垂直廓线。可见 TUTTcell 在 650-200hPa 之间出现温度负异常，约为-2.4oC，位于 350hPa（约 9km），而在 200hPa（约 12km）以上则为温度正异常湿在 750-150hPa 为负值区，即为干区，干中心位于 600hPa，值约为-0.4 g kg-1，这在对流层中上层 TUTT cell 存在干空气柱。图 2.5b 给出了高度异常（黑线，底部 x 及相对涡度（红线，顶部 x 轴）的垂直廓线，可见 TUTTcell 高度异常在 450hPa 以上下）为负（正），最小高度异常值为-5.6dagpm，约位于 200hPa。相对涡度的垂直廓明，较明显的气旋性涡度（大于 10-5s-1）出现在 550hPa 以上，最大值为 9.0 10-5s-出现在 200 hPa，这与最大高度异常出现的位置相同。这进一步说明，TUTT cell 是高空系统，550-125hPa 可代表 TUTT 正涡柱的延展范围。

【参考文献】