研究生讲课教案-4天气动力学与诊断分析课件.pptx

1、天气动力学与诊断分析(4)第二部分：热带气旋登陆过程及其异常变化主要教学内容主要教学内容登陆热带气旋结构和强度变化（12学时）中国科学院大气物理研究所Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences上次课回顾1.1.什么叫热带气旋登陆？什么叫热带气旋登陆？2.2.登陆热带气旋（登陆热带气旋（LTCLTC）的灾害）的灾害3.3.热带气旋登陆过程的变化和异常特征热带气旋登陆过程的变化和异常特征4.4.LTC LTC的主要影响因子的主要影响因子5.5.LTC LTC的几个科学问题的几个科学问题 热带气旋登陆过程的结构和强度异常变

2、化热带气旋登陆过程的结构和强度异常变化Phase 1Phase 2Phase 2Phase 3 近海近海TCTC的结构强度突变？的结构强度突变？TCTC在陆地上的长久维持与迅速衰亡？在陆地上的长久维持与迅速衰亡？TC TC残涡的再发展？残涡的再发展？TCTC的变性过程？的变性过程？。本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征

3、分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究1、LTC的研究方法和技术动力学理论研究动力学理论研究 天气学诊断分析天气学诊断分析模式数值研究模式数值研究1、LTC的研究方法和技术统计分析统计分析个个例分析例分析合成分析合成分析 对比分析对比分析数值模拟数值模拟主要技术路径主要技术路径1、LTC的研究方法和技术柱坐标柱坐标移动坐标移动坐标 台风动态合成台风动态合成 LTC数值模拟数值模拟主要技术路径主要技术路径针对研究对象针对研究对象-LTC-LTC1、LTC的研究方法和技术 台风动态合成分析方法台风动态合成分析方法 1、LTC的研究方法和技术 数值模

4、拟数值模拟模式模式MM5 WRF ARPS MM5 WRF ARPS 涡旋初始化涡旋初始化TC-bogus Relocation TC-bogus Relocation 动力初始化动力初始化1、LTC的研究方法和技术l TC bogus 技术（对称）在环境气流中加入理想对称涡旋台风中心位置最大风速最大风速半径简单的Rankine对称涡旋 放入 中环境气流场模式输入场1、LTC的研究方法和技术l 动力初始化技术（非对称）将模拟起始时间提前6h,6h模拟后将涡旋自模拟结果中分离出来，与此时即0h的实际涡旋强度进行对比，若相差不大，则与0h的环境气流场进行合成，作为模式输入场进行下一步长时间的模拟。

5、若模拟涡旋强度太小，就将此涡旋放回-6h时刻环境气流场中再次模拟6h，再次对比涡旋强度，如此循环直到得到需要的涡旋强度。本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究 登陆中国大陆台风活动特征登陆中国大陆台风活动特征 穿越台湾岛的穿越台湾岛的TCTC强度变化特征强度变化特征登陆中国大陆台风活动特征 陆上活动统计特征（陆上活动统计特征（1949-20081949-2008年年)登陆位置登陆位置 陆上路径陆上路径 陆上强度变化陆上强度变化 陆上

6、维持时间陆上维持时间 陆上移速陆上移速 消失地消失地登陆中国大陆台风活动特征l 登陆位置及陆上路径登陆位置及陆上路径登陆中国大陆台风活动特征l 登陆位置及陆上路径登陆位置及陆上路径60年共542个热带气旋登陆我国，其中391个登陆我国大陆。上图是平均登陆位置的年际变化，可以发现，登陆位置偏北时所对应经度偏东，这与年均登陆位置附近的海岸线形状有关，90年代后登陆点的位置呈北移东移的趋势，但是这种趋势在07-08年有所回落，这种变化可能与台风生成位置、对应海域热力变化以及大尺度环流异常等因素有关。下图是391个台风的陆上路径图以及我国各地受热带气旋袭击频率图，可以发现以广东西南部和广西南部受袭击频

7、数最大，江西南部和东部以及安徽东南部是热带气旋经过较多的内陆地区。登陆中国大陆台风活动特征l 登陆强度及陆上强度变化登陆强度及陆上强度变化登陆时强度等登陆时强度等级级30 h30 h01190119号号“LekimaLekima”18 h18 h岛上年平均维持岛上年平均维持5.64 h东部登陆东部登陆TC比西部比西部登陆的维持时间长登陆的维持时间长 登陆台湾TC的统计特征登陆台湾TC的统计特征气压平均气压平均增强增强5.61 5.61 hPahPa风速平均风速平均减小减小3.58 m/s3.58 m/s过岛后气压减小（或不变）过岛后气压减小（或不变）风速增大（或不变）风速增大（或不变）4908

8、4908号号“Irma”Irma”、55245524号、号、67086708号、号、95029502号号“Deanna”Deanna”和和04210421号号“HaimaHaima”登陆后在岛上消失登陆后在岛上消失61066106号、号、78037803号、号、84038403号、号、89218921号号“Sarah”Sarah”和和90189018号号“Dot”Dot”东部登陆东部登陆TC的衰减率比的衰减率比西部登陆的大西部登陆的大3倍左右倍左右 本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环

9、流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究 环流背景的合成对比环流背景的合成对比 动能诊断动能诊断 水汽热量诊断水汽热量诊断 水汽输送数值试验水汽输送数值试验 LTCLTC变性加强和变性消亡变性加强和变性消亡 高空槽影响变性加强台风的数值试验高空槽影响变性加强台风的数值试验3-5 days3-5 days6-12 hours6-12 hours快速消亡和长时维持两类截然不同的热带气旋快速消亡和长时维持两类截然不同的热带气旋本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLT

10、C维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究 环流背景的合成对比环流背景的合成对比 动能诊断动能诊断 水汽热量诊断水汽热量诊断 水汽输送数值试验水汽输送数值试验 LTCLTC变性加强和变性消亡变性加强和变性消亡 高空槽影响变性加强台风的数值试验高空槽影响变性加强台风的数值试验样本登陆路径样本登陆路径合成合成500hPa500hPa形势形势 LTCLTC登陆登陆48h48h STCSTC登陆登陆48h48h位势高度（位势高度（gpmgpm）和温度（）和温度（C C）合成合成850hPa850hPa风矢量、风速场风矢量、风速场 LTCLTC登陆登陆24h24h STCSTC登陆登陆24h24h合成合

11、成200hPa200hPa风矢场、辐散场风矢场、辐散场 LTCLTC登陆登陆48h48h STCSTC登陆登陆48h48h本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究 环流背景的合成对比环流背景的合成对比 动能诊断动能诊断 水汽热量诊断水汽热量诊断 水汽输送数值试验水汽输送数值试验 LTCLTC变性加强和变性消亡变性加强和变性消亡 高空槽影响变性加强台风的数值试验高空槽影响变性加强台风的数值试验TCTC与大尺度环境相互作用的诊断分析与大尺

12、度环境相互作用的诊断分析 l涡动动能方程：涡动动能方程：*)()(DVpvvpuukpVktkeee*XXX2/)*(22vuke登陆登陆48h48h台风区域平均涡动动能的垂直廓线图台风区域平均涡动动能的垂直廓线图（横坐标为涡动动能数值轴，单位：（横坐标为涡动动能数值轴，单位：10103 3 W Wkgkg1 1m m2 2）动能局地变化 动能制造项 动能耗散项 水平通量散度项 001LTC9009STC本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减

13、的影响研究 环流背景的合成对比环流背景的合成对比 动能诊断动能诊断 水汽热量诊断水汽热量诊断 水汽输送数值试验水汽输送数值试验 LTCLTC变性加强和变性消亡变性加强和变性消亡 高空槽影响变性加强台风的数值试验高空槽影响变性加强台风的数值试验TCTC与大尺度环境相互作用的诊断分析与大尺度环境相互作用的诊断分析 水汽、热量收支水汽、热量收支 本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究 环流背景的合成对比环流背景的合成对比 动能诊断动能诊断

14、 水汽热量诊断水汽热量诊断 水汽输送数值试验水汽输送数值试验 LTCLTC变性加强和变性消亡变性加强和变性消亡 高空槽影响变性加强台风的数值试验高空槽影响变性加强台风的数值试验00100010台风登陆台风登陆36h36h时时850hPa850hPa风矢场和水汽通量场以及模拟区域风矢场和水汽通量场以及模拟区域 水汽输送对水汽输送对00100010台风登陆维持作用台风登陆维持作用的数值试验的数值试验试验方案试验方案 控制试验：模拟控制试验：模拟BilisBilis登陆维持过程，为各敏感登陆维持过程，为各敏感性试验提供对比。性试验提供对比。敏感性试验敏感性试验NALLNALL：控制外界水汽输送。：控

15、制外界水汽输送。敏感性试验敏感性试验NSNS：控制南界水汽输送。：控制南界水汽输送。敏感性试验敏感性试验NENE：控制东界水汽输送。：控制东界水汽输送。敏感性试验敏感性试验NNNN：控制北界水汽输送。：控制北界水汽输送。敏感性试验敏感性试验NWNW：控制西界水汽输送。：控制西界水汽输送。试验结果试验结果 试验时段试验时段BilisBilis海平面气压（海平面气压（hPahPa）实况以及试验结果）实况以及试验结果 积分积分12h 12h 积分积分24h 24h 积分积分36h 36h 积分积分48h48h 试验试验NALL850hPaNALL850hPa比湿的减少及相应的环流衰减比湿的减少及相应

16、的环流衰减 圆点指示控制试验台风中心位置圆点指示控制试验台风中心位置 NS NE NN NW NS NE NN NW 各敏感性试验积分各敏感性试验积分4848小时小时850hPa850hPa上比湿的减少及相应的环流衰减上比湿的减少及相应的环流衰减控制试验控制试验 NALLNALL试验试验积分积分48h48h的的850hPa850hPa流场和雷达回波（流场和雷达回波（10dBz10dBz区域）区域）本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研

17、究 环流背景的合成对比环流背景的合成对比 动能诊断动能诊断 水汽热量诊断水汽热量诊断 水汽输送数值试验水汽输送数值试验 LTCLTC变性加强和变性消亡变性加强和变性消亡 高空槽影响变性加强台风的数值试验高空槽影响变性加强台风的数值试验WinnieWinnie和和BilisBilis的登陆路径的登陆路径WinnieWinnieBilisBilis LTCLTC的变性加强和变性消亡的变性加强和变性消亡Winnie（9711）Bilis（0010）变性时的变性时的500hPa500hPa高度场高度场 1997.8.20.201997.8.21.081997.8.21.201997.8.22.08 H

18、eight Fields on 200hPa Height Fields on 200hPa(shaded indicates the area(shaded indicates the area with wind speed 28m/s)with wind speed 28m/s)Winnie（97111）:position of typhoon center2000.8.24.202000.8.25.082000.8.25.122000.8.26.08 BilisBilis（00100010）Winnie BilisBilis本次课主要教学内容1.1.LTCLTC的研究方法和技术的研究方

19、法和技术2.2.TCTC登陆活动特征分析登陆活动特征分析3.3.大尺度环流对大尺度环流对LTCLTC维持和衰减的影响研究维持和衰减的影响研究 环流背景的合成对比环流背景的合成对比 动能诊断动能诊断 水汽热量诊断水汽热量诊断 水汽输送数值试验水汽输送数值试验 LTCLTC变性加强和变性消亡变性加强和变性消亡 高空槽影响变性加强台风的数值试验高空槽影响变性加强台风的数值试验变性加强过程的数值试验变性加强过程的数值试验 hlsHHH1997年8月20日8时300 hPa高度场（实线，gpm）实线：强槽 虚线：弱槽修改槽强度：S为槽强度因子弱槽：S1不同强度高空槽（对应不同不同强度高空槽（对应不同s

20、s值）试验值）试验台风中心海平面气压时间演变台风中心海平面气压时间演变 98098298498698899099299499699810001002T/hP/hPa0.00.250.50.7511.251.51.752300hPa300hPa风矢场和散度场风矢场和散度场（仅给出（仅给出 2 210105 5/s/s区域，阴影为风速区域，阴影为风速 24m/s24m/s区域区域）原始槽原始槽弱槽弱槽强槽强槽积分积分36h36h850hPa850hPa风矢场和涡度场风矢场和涡度场（仅给出（仅给出 6 610105 5/s/s区域）区域）原始槽原始槽弱槽弱槽强槽强槽积分积分36h36h原始槽原始槽弱

21、槽弱槽强槽强槽850hPa850hPa相当位温的分布相当位温的分布（K K，阴影为小于，阴影为小于336K336K区域）区域）积分积分48h48h中国科学院大气物理研究所Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of SciencesInner core dynamicsEnvironmental ForcingEnvironmental ForcingEnvironmental ForcingEnvironmental ForcingEnvironmental ForcingEnvironmental ForcingUnderlying Surface InfluencesUnderlying Surface InfluencesFactors Affecting LTC登陆过程影响因子登陆过程影响因子 from from 陈联寿陈联寿 院士院士