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热带气旋对西南季风的影响

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[摘要]文中通过实况观测数据及FNL再分析数据,利用中尺度天气预报澳门葡京娱乐手机版WRF进行数值模拟,使用三维变分同化设计敏感性试验,对南海进行动力学分析,分析了1408号热带气旋西南“浣熊”对南海夏季西南季风的一次影响过程。结果表明,数值澳门葡京娱乐手机版能够较好地模拟热带气旋以及南海季风的变化过程;数据同化能够在其他条件基本不变的情况下减小热带气旋的初始强度。热带气旋“浣熊”移至巴士海峡以东时,南海低空西南气流得到了加强,且西南气流强度与热带气旋的强度为正相关的关系。南海低空西南气流动能主要由气压梯度力项产生。

[关键词]南海夏季风;低空西南气流;热带气旋;三维变分同化

0引言

南海夏季西南季风是影响中国乃至东亚天气系统的重要因子。目前对南海夏季风的研究主要集中在南海夏季风强度、爆发时间及其影响因子上,研究得出南海夏季风爆发与中高纬大气环流异常,热带西北太平洋夏季10~30d振荡强度指数,太平洋、南海以及印度洋海温变异密切相关[1-4]。热带气旋是西北太平洋夏半年主要的天气系统,当热带气旋未移入南海,移动到适当的位置时,可以对南海的西南气流起到启动、加强的作用[5]。黄菲等[6]利用1965—2007年美国台风预警中心的热带气旋及NCEP/NCAR再分析资料,指出西北太平洋热带气旋活动可能是南海夏季风爆发的触发机制之一。2014年7月5—10日在南海南沙群岛附近海区,经历了一次西南季风异常增大过程,期间1408号热带气旋“浣熊”正在西北太平洋活动,未移入南海。对“浣熊”影响南海西南季风的过程进行一次个例分析,结合实况观测数据,利用WRF澳门葡京娱乐手机版进行一系列数值模拟实验,并对南海高空进行动力学分析,分析了“浣熊”对南海西南季风的一次影响过程。

1南海一次西南季风增大过程

7月5日之前,南海南沙群岛附近海区风力较小;7月5—7日,平均风速6级,浪高2.5~3.0m;8—9日,平均风速6~7级阵风8级,浪高3~4m;10日,平均风速6级,浪高2~3m;11日,平均风速减至5级以下,浪高减至1~1.5m,标志着南海西南季风的一次增大过程结束。5—10日,南海南沙群岛附近海区风力增大时,西北太平洋有一热带气旋“浣熊”正在活动,因此考虑“浣熊”虽未移入南海,但是可能会对南海夏季低空西南气流起到启动、加强的作用,下文将对此次影响过程进行数值模拟研究。

2WRF数值模拟实验

2.1WRF数值澳门葡京娱乐手机版简介

WRF数值澳门葡京娱乐手机版,水平分辨率30km×30km,垂直层数28层,澳门葡京娱乐手机版区域覆盖了南海以及部分西北太平洋。澳门葡京娱乐手机版的初始场和边界条件使用的是美国国家环境预报中心(NCEP)1°×1°FNL格点资料。从世界时2014年7月4日00∶00起,时间步长为120s,进行了162h的积分。为了方便后续的模拟结果分析,在南海研究区域设置。以下将数值模拟实验称为CTRL实验,为了分析热带气旋对南海夏季低空急流强度可能产生的影响,设置敏感性实验,以下称为3DVAR实验。

2.2WRF数值澳门葡京娱乐手机版的验证

在某维度以南,CTRL实验模拟的热带气旋路径与实际热带气旋“浣熊”的路径非常一致;在某维度以北,澳门葡京娱乐手机版模拟的路径略偏东,在日本登陆的位置略偏北,总的来说澳门葡京娱乐手机版模拟的路径与热带气旋实际路径基本吻合。

2.3三维变分同化(3DVAR)

在初始时刻(世界时2014年7月4日00∶00时,以下时间均为世界时)热带气旋中心附近加入一个较高的虚假海平面气压值,通过三维变分同化,热带气旋中心附近海平面气压比实际增加了7hPa左右,成功降低了热带气旋的初始时刻强度。通过三维变分同化得到一个新的初始场,边界条件不变,仍通过WRF澳门葡京娱乐手机版模拟出热带气旋影响过程。正常模拟的热带气旋路径与三维变分同化后模拟的热带气旋路径基本一致(图略),说明利用三维变分同化进行数值模拟敏感性实验是可行的。

2.4模拟结果分析

7月5日南海低空西南气流开始增大;7—10日,出现低空急流,且集中在950~850hPa高度,风速基本都大于12m/s,最大值超过15m/s,出现在8日(图略)。7日,热带气旋“浣熊”刚移至巴士海峡以东海区,此时南海出现低空急流,说明西北太平洋热带气旋未移入南海,但移动到适当的位置时,同样也可以对南海低空西南气流起到启动、加强的作用。为了方便分析热带气旋的强度对南海低空西南气流的影响,南海低空西南气流高度主要选择在最大值区的900hPa。图2可看出,CTRL实验在模拟稳定后,7月5—10日,南海海区的900hPa平均风速基本维持在8~15m/s左右,而且存在着明显的周期性变化,可能与南海季风的日变化有关。3DVAR实验模拟出的南海海区900hPa平均风速时间序列,在5日澳门葡京娱乐手机版基本稳定后,较前者模拟的结果均偏小,两者之差在8日达到最大,为2.6m/s左右。上文已经验证了两组实验模拟的热带气旋移动路径基本一致,由此可以看出西北太平洋热带气旋,虽未移入南海,但热带气旋会对南海夏季低空西南气流产生间接影响,且热带气旋强度较弱时,南海西南气流强度也较弱。

3南海低空西南气流增强的动力学分析

为了分析热带气旋的强度是怎样间接影响南海夏季低空西南气流强度的,现将数值实验结果进行动能收支分析。

4结论

1)2016年7月5—10日,南海西南季风的一次异常增大过程中,南海上空出现季风槽云系并与热带气旋“浣熊”外围云系建立了联系。西北太平洋热带气旋,虽未移入南海,但移至适当的位置时,可以对南海夏季低空西南气流起到加强作用。2)WRF数值澳门葡京娱乐手机版能够较好地模拟热带气旋以及南海低空西南气流的变化过程,三维变分同化能够在其他条件基本不变的情况下减小热带气旋的初始强度,而热带气旋的强度会对南海夏季低空急流强度产生显著影响:南海夏季低空急流的强度与热带气旋的强度为正相关的关系。3)南海动能收支分析结果表明,南海低空西南气流动能主要由气压梯度力项产生。南海低空西南气流强度大小与热带气旋的移动影响过程密切相关。热带气旋在移动影响过程中,会对周边对流系统起到触发增强作用。南海上空的对流系统强度增加,通过潜热释放引起南海上空气压梯度力的增大,通过气压梯度力做功使南海低空西南气流动能增加,形成较强的低空急流。

[参考文献]

[1]温之平,黄荣辉,贺海晏,等.中高纬大气环流异常和低纬30~60d低频对流活动对南海夏季风爆发的影响[J]大气科学,2006,30(05):52-964.

[2]毛江玉,谢安,宋焱云,等.海温及其变化对南海夏季风爆发的影响[J].气象学报,2000,58(05):556-569.

[3]李春晖,刘燕,李霞,等.热带西北太平洋10~30d振荡对南海夏季风影响[J].应用气象学报,2016(03):293-302.

[4]陈永利,白学志,赵永平.南海夏季风爆发与热带海洋海温和大气环流异常变化关系的研究[J].2000,5(4):388-399.

[5]刘明月,兰秀凯.怎样做好南海的气象保障[J].海洋预报,2011,28(6):72-76.

[6]黄菲,李元妮.南海夏季风爆发与西北太平洋热带气旋活动[J].中国海洋大学学报(自然科学版),2010,40(08):1-10.

[7]赵平,孙健,周秀骥.1998年春夏南海低空急流形成机制研究[J].科学通报,2003,48(6):623-627.

[8]戴展鹏,张庆红.热带气旋与南海季风的相互作用[J].北京大学学报(自然科学版),2011,47(2):287-294.

作者:虞洋1;高小雨1;陈金龙1;虞兰兰2 单位:1.北海舰队海洋水文气象中心,2.国家海洋局北海分局信息中心

热带亚热带植物学报责任编辑:张雨    阅读:人次
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