海岸带地区海气和陆气通量对登陆热带气旋强度变化的影响

To forecast the variation of the tropical cyclone intensity during landfall period is difficult. One of the main reasons due to the influence of the air-sea and air-land fluxes. The project rely on the Marine Meteorological Science Experiment Base (MMSEB), at Bohe, Maoming. The MMSEB is operated by the Guangzhou Institute of Tropical Marine and Meteorology (ITMM), China Meteorological Administration. Firstly, a two-years observations of comprehensive marine atmospheric boundary layer focus on air-sea and air-land fluxes will be performed at two sites, namely the inland and over sea: using an enclosed type carbon dioxide and water vapor gas analyzer and combined with other atmospheric boundary layer observation instruments, the experiment focus on the air-sea and air-land fluxes, under influence of the tropical cyclone during landfall period. The observation aims to acquire 3 - 4 tropical cyclones datasets during landfall period. Secondly, the characteristics of air-sea and air-land fluxes will be analyzed, and the surface layer parameterization scheme of the air-sea and air-land fluxes will be improved base on the datasets. Thirdly, new surface layer parameterization scheme will be test in the mesoscale numerical model, to understand to what extent of the influence of the air-sea and air-land fluxes on the tropical cyclone intensity during landfall period. The performance of the project will improve the understanding of the characteristics of air-sea and air-land fluxes, and its parameterization scheme during landfall period of tropical cyclone. This will be a firm foundation to forecast the variation of the tropical cyclone intensity during landfall period.

登陆热带气旋的强度变化是预报的难点，而海岸带海气和陆气通量是影响登陆热带气旋强度的主要因子。项目以中国气象局广州热带海洋气象研究所茂名博贺海洋气象科学试验基地为依托，首先选择海上和偏内陆两个站点同步开展海气和陆气通量观测：利用闭路式二氧化碳和水汽气体分析仪，并综合运用其它的海气边界层观测设施，进行两年登陆热带气旋天气背景下海气通量及海气边界层的综合观测试验，获取3-4个较为完整的登陆热带气旋天气背景下海气和陆气通量观测资料集。其次，分析获取的通量观测资料及历史资料，认识登陆热带气旋天气背景下的通量特征，改进海气和陆气通量的近地层参数化方案。最后，将改进的近地层参数化方案应用到数值模式中，认识海岸带海气和陆气通量对登陆热带气旋强度变化的影响程度。项目的实施，有助于认识登陆热带气旋天气的海气和陆气通量特征，并改进相应的模式近地层参数化方案，为最终改进登陆热带气旋强度变化数值预报打下坚实的基础。

项目主要基于中国气象局广州热带海洋气象研究所博贺海洋气象科学试验基地的观测数据，具体利用一个内陆和一个海上站点的数据，分析了三个登陆台风（韦森特（2012）、启德（2012）和威马逊（2014））海气和陆气能量交换的特点，同时比较了登陆台风与季风影响下的特征。项目还针对台风启德开展了强度变化的数值模拟。主要结论：（a）随着风速增大，内陆和海上的皮温都出现下降。在内陆，地表皮温（而不是土壤温度）与感热通量相关。与之相反，海面上的平均感热通量与温差没有明显的关系。（b）在季风和台风期间，在内陆和海上都会出现感热通量和潜热通量的反梯度值。（c）无量纲垂直梯度的平均风速、位温和比湿的变化趋势与Monin-Obukhov相似理论的普适关系有显著的偏离，说明在季风和台风登陆期间，这种关系不适用于沿海地区。（d） 季风期和台风期的热通量特征表现不同，尤其是潜热通量。台风韦森特在内陆风速较高时，平均潜热通量只是稍有减少，而台风启德则是明显减少。我们将这种差异归因于强台风期间由空气向地面输送热通量较大。在海面上，出现了湍流涡旋输送正的感热通量，而潜热通量可以是正的，也可以是负的。台风边界层的滚涡和海面的飞沫导致了复杂的热通量传输，两种类型的湍流涡旋可能可以解释反梯度热通量。正、负热通量的混合可能是平均感热通量较小和潜热通量变化的原因。（e）两个台风导致海表温度降低，但机制不同。台风韦森特是风驱离岸流造成了海水上层的混合。但是，台风启德是强风驱动向岸流，造成整层海水的混合。（f）台风启德数值模拟结果表明，潜热通量的减少对台风强度变化的影响更加深厚，也更加明显；而海温降低对台风强度的影响仅限于中低层。项目获取8个登陆热带气旋资料，形成观测数据集；加深了登陆热带气旋的海气和陆气通量及海洋大气边界层特征的认识，有助于后期改进登陆热带气旋强度变化数值预报。