海气相互作用对南海热带气旋近海强度突然变化的影响

研究表明，海洋是热带气旋发生发展的主要能量来源，热带气旋强度突然变化会引起海洋剧烈的响应，海洋的剧烈响应又反过来影响热带气旋强度的变化。本项目拟采用卫星、现场观测资料和海洋同化资料，分析和研究南海热带气旋近海突然加强或减弱过程中海气边界层的基本特征，了解引起热带气旋强度突变的海洋环境；通过研究南海热带气旋强风背景下海浪及海洋飞沫对海气界面动力、热力粗糙度及海气界面通量的影响，获得海气耦合模式中海气界面动量、热量和水汽通量的参数化方案，并用来改进海气耦合模式通量计算方案；在上述分析和海气耦合模式改进基础上，通过个例敏感性数值模拟试验和诊断分析，探索海气相互作用对南海热带气旋近海突然加强或减弱影响的物理机制。

根据研究计划，项目主要进行三方面研究。（1）采用卫星高度计异常海面高度、微波TMI海表温度、海洋模式HYCOM分析资料，研究了南海热带气旋近海突然增强、突然减弱过程中表征海洋环境的海面异常高度、海洋热含量、混合层深度的特征，提出引起台风突然增强和减弱的概念模型，即：当环境风垂直切变达到中等强度即5-10m/s和大的海洋环境热含量（大于110KJ/cm2），台风强度易于突然加强；当台风发展过程中大的风速垂直切变12小时内突然减小6m/s并切变达到10m/s时，也有利于台风强度突然加强；而台风的突然减弱发生在热含量小于110KJ/cm2的海洋环境中。（2）利用茂名博贺海洋气象观测平台和广东省沿海浮标资料，研究发现：①当风速达到25m/s时，有效波高随着风速的增大幅度很小，甚至呈现平缓趋势；且由于水深原因拖曳系数达到饱和风速是25m/s，与海浪有效波高随风速变化趋势一致；②当风速从15m/s增大到25m/s时，海气温差从-1℃ 变化到 1℃，而且海气温差和风速之间呈线性关系；③基于海面拖曳系数的研究建立了新的参数化方案，在业务模式Grapes针对2011年台风“南玛都”预报中显示正效应。（3）在海气相互作用对台风强度的影响方面，通过0307号台风“伊布都”、0906“莫拉菲”和2010年热带气旋“鲇鱼”的数值模拟试验，发现仅仅考虑海浪与大气的相互作用对台风路径影响不大，对于强度有影响且作用不同。诊断分析发现引起盛夏台风海上衰亡主要因子包括冷空气侵入、水汽通量减弱、大的风垂直切变和海气界面热量输送大幅度减小。0708号（Wutip）衰亡主要原因是当台风从高海温移到低海温时，向上热通量急剧减少造成的。针对突然增强台风0915号“巨爵”数值模拟试验发现，无论是否考虑海洋状况，都可以模拟出0915号强度突然增强的过程，这主要是因为模拟试验对于路径的模拟非常接近最佳路径，即在强度突然增强时经过南海中北部大的海洋热含量区域所致。耦合海洋混合层模式的模拟试验显示，当突然增强台风达到30m/s后且仍持续维持大强度时，耦合海洋混合层模式会对台风的强度产生负效应。