台风尺度对台风Rossby波能量频散的影响研究

In the presence of the planetary vorticity gradients, a typhoon moves and emits Rossby wave energy outside inducing a Rossby wave train in its wake. The Rossby wave train has been proved to be closely related to typhoon motion and tropical cyclogenesis. The size of typhoon is an important factor for Rossby wave energy dispersion. In order to reveal the relation between typhoon size and Rossby wave energy dispersion, an observational analysis will be conducted about the effect of the variation of typhoon size on the Rossby wave energy dispersion, especially on the associated cyclogenesis. A wave-activity flux will be developed and applied to diagnose the three-dimensional (3D) Rossby wave energy dispersion of the realistic typhoon, focusing on the vertical energy propagation. And then, based on the hydrostatic primitive equation model, a series of numerical simulation with various initial typhoon size will be designed and conducted. Through discussing the numerical results, the sensitivity of the energy dispersion to the typhoon wind structure will be studied. As a result, the impact mechanism of the typhoon size on the energy dispersion will be given. It is expect that the project will provide scientific guidelines for understanding the physical progress of typhoon energy dispersion.

由于地转涡度梯度的存在，台风在移动过程中不断发生Rossby波能量频散并激发出频散波列。台风能量频散被证实与台风的生成和运动密切相关。台风尺度是决定台风能量频散的重要因素之一。为深入探究实际大气中台风尺度与台风能量频散的关系，本项目拟从观测分析出发，基于统计结果讨论台风尺度变化对台风能量频散强度及其激发的台风生成的影响。运用波活动通量诊断方法解释实际台风的三维Rossby波能量频散过程，尤其关注层与层之间的能量交换导致的频散波列垂直发展。然后，利用原始方程模式，通过开展一系列扰动台风尺度和强度的理想数值试验，研究台风能量频散对台风结构特征的敏感性，并着重分析台风尺度对台风能量频散的影响机制，进一步加深对台风能量频散过程的认识。

由于地转涡度梯度的存在，台风在移动过程中不断发生Rossby波能量频散并激发出频散波列。台风能量频散被证实与TC的生成和运动密切相关，是台风连续生成和多台风共存事件发生的重要机制之一。大尺度环境场和台风尺度是影响台风能量频散的两个最主要因子。本项目着眼台风尺度这一影响因子，通过观测分析、诊断分析、数值模拟等方法，探究了影响台风能量频散的关键尺度参数，揭示了台风Rossby波能量频散的三维过程。本项目研究成果有助于加深台风尺度对台风能量频散影响的理解。.本项目首先从观测分析出发，讨论了不同台风尺度参数对台风能量频散及其激发新台风生成的影响。统计结果显示，2006-2011年共有43个台风个例发生能量频散并激发新台风生成，它们的最大风速半径（RMW）和台风丰满度（TCF）与非频散台风相当，而7级大风半径（R17）与最外围闭合等压线半径（ROCI）则显著大于非频散台风。定量研究这些台风的频散强度发现，台风能量频散强度与R17的相关性最强，频散强度随R17的增大明显增强。台风R17的扩张通常先于台风能量频散强度的发展，在能量频散达到峰值前24-48小时，R17即达到最大，台风能量频散的变化是R17扩大或收缩的响应。因此，实际台风的R17可能成为预测台风能量频散发展及激发新台风生成的重要指标。.本项目将TN通量首创性地运用到台风能量频散的研究中。研究结果证实，TN通量是开展台风能量频散研究有效的理论工具。通过对典型台风个例三维Rossby波能量频散的研究发现，台风能量在对流层高层、中层、低层的频散速度和强度明显不同，且存在层与层之间的能量输送，这主要由台风角动量、惯性稳定度和环境气流的垂直分布共同决定。波列在高层和低层可同时发展出两个位置“错位”的独立环流中心，两中心同时发展，最终连接成自低层至高层向西倾斜的波列环流。这为前人在斜压理想模式中得到的结论给出了实际的验证。.在对实际台风研究基础之上，本项目利用斜压原始方程模式，开展了一系列理想数值试验。模拟结果表明，台风外围风廓线对能量频散影响最大，台风外围风场强度越强、外围尺度越大，能量频散强度越强。频散波列最早于高层发展，并由中层频散出的能量大值区连接，形成自上而下倾斜传播形势，这与实际台风个例三维频散过程基本一致。外围尺度增大使垂直频散强度和中低层水平频散强度增强，因而激发出更强的频散波列。