熱帶氣旋對西南季風(fēng)的影響范文

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［摘要］文中通過實(shí)況觀測數(shù)據(jù)及FNL再分析數(shù)據(jù)，利用中尺度天氣預(yù)報(bào)模式WRF進(jìn)行數(shù)值模擬，使用三維變分同化設(shè)計(jì)敏感性試驗(yàn)，對南海進(jìn)行動力學(xué)分析，分析了1408號熱帶氣旋西南“浣熊”對南海夏季西南季風(fēng)的一次影響過程。結(jié)果表明，數(shù)值模式能夠較好地模擬熱帶氣旋以及南海季風(fēng)的變化過程；數(shù)據(jù)同化能夠在其他條件基本不變的情況下減小熱帶氣旋的初始強(qiáng)度。熱帶氣旋“浣熊”移至巴士海峽以東時，南海低空西南氣流得到了加強(qiáng)，且西南氣流強(qiáng)度與熱帶氣旋的強(qiáng)度為正相關(guān)的關(guān)系。南海低空西南氣流動能主要由氣壓梯度力項(xiàng)產(chǎn)生。

［關(guān)鍵詞］南海夏季風(fēng)；低空西南氣流；熱帶氣旋；三維變分同化

0引言

南海夏季西南季風(fēng)是影響中國乃至東亞天氣系統(tǒng)的重要因子。目前對南海夏季風(fēng)的研究主要集中在南海夏季風(fēng)強(qiáng)度、爆發(fā)時間及其影響因子上，研究得出南海夏季風(fēng)爆發(fā)與中高緯大氣環(huán)流異常，熱帶西北太平洋夏季10~30d振蕩強(qiáng)度指數(shù)，太平洋、南海以及印度洋海溫變異密切相關(guān)[1-4]。熱帶氣旋是西北太平洋夏半年主要的天氣系統(tǒng)，當(dāng)熱帶氣旋未移入南海，移動到適當(dāng)?shù)奈恢脮r，可以對南海的西南氣流起到啟動、加強(qiáng)的作用[5]。黃菲等[6]利用1965—2007年美國臺風(fēng)預(yù)警中心的熱帶氣旋及NCEP/NCAR再分析資料，指出西北太平洋熱帶氣旋活動可能是南海夏季風(fēng)爆發(fā)的觸發(fā)機(jī)制之一。2014年7月5—10日在南海南沙群島附近海區(qū)，經(jīng)歷了一次西南季風(fēng)異常增大過程，期間1408號熱帶氣旋“浣熊”正在西北太平洋活動，未移入南海。對“浣熊”影響南海西南季風(fēng)的過程進(jìn)行一次個例分析，結(jié)合實(shí)況觀測數(shù)據(jù)，利用WRF模式進(jìn)行一系列數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，并對南海高空進(jìn)行動力學(xué)分析，分析了“浣熊”對南海西南季風(fēng)的一次影響過程。

1南海一次西南季風(fēng)增大過程

7月5日之前，南海南沙群島附近海區(qū)風(fēng)力較小；7月5—7日，平均風(fēng)速6級，浪高2.5~3.0m；8—9日，平均風(fēng)速6~7級陣風(fēng)8級，浪高3~4m；10日，平均風(fēng)速6級，浪高2~3m；11日，平均風(fēng)速減至5級以下，浪高減至1~1.5m，標(biāo)志著南海西南季風(fēng)的一次增大過程結(jié)束。5—10日，南海南沙群島附近海區(qū)風(fēng)力增大時，西北太平洋有一熱帶氣旋“浣熊”正在活動，因此考慮“浣熊”雖未移入南海，但是可能會對南海夏季低空西南氣流起到啟動、加強(qiáng)的作用，下文將對此次影響過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

2WRF數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)

2.1WRF數(shù)值模式簡介

WRF數(shù)值模式，水平分辨率30km×30km，垂直層數(shù)28層，模式區(qū)域覆蓋了南海以及部分西北太平洋。模式的初始場和邊界條件使用的是美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）1°×1°FNL格點(diǎn)資料。從世界時2014年7月4日00∶00起，時間步長為120s，進(jìn)行了162h的積分。為了方便后續(xù)的模擬結(jié)果分析，在南海研究區(qū)域設(shè)置。以下將數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)稱為CTRL實(shí)驗(yàn)，為了分析熱帶氣旋對南海夏季低空急流強(qiáng)度可能產(chǎn)生的影響，設(shè)置敏感性實(shí)驗(yàn)，以下稱為3DVAR實(shí)驗(yàn)。

2.2WRF數(shù)值模式的驗(yàn)證

在某維度以南，CTRL實(shí)驗(yàn)?zāi)M的熱帶氣旋路徑與實(shí)際熱帶氣旋“浣熊”的路徑非常一致；在某維度以北，模式模擬的路徑略偏東，在日本登陸的位置略偏北，總的來說模式模擬的路徑與熱帶氣旋實(shí)際路徑基本吻合。

2.3三維變分同化（3DVAR）

在初始時刻（世界時2014年7月4日00∶00時，以下時間均為世界時）熱帶氣旋中心附近加入一個較高的虛假海平面氣壓值，通過三維變分同化，熱帶氣旋中心附近海平面氣壓比實(shí)際增加了7hPa左右，成功降低了熱帶氣旋的初始時刻強(qiáng)度。通過三維變分同化得到一個新的初始場，邊界條件不變，仍通過WRF模式模擬出熱帶氣旋影響過程。正常模擬的熱帶氣旋路徑與三維變分同化后模擬的熱帶氣旋路徑基本一致（圖略），說明利用三維變分同化進(jìn)行數(shù)值模擬敏感性實(shí)驗(yàn)是可行的。

2.4模擬結(jié)果分析

7月5日南海低空西南氣流開始增大；7—10日，出現(xiàn)低空急流，且集中在950~850hPa高度，風(fēng)速基本都大于12m/s，最大值超過15m/s，出現(xiàn)在8日（圖略）。7日，熱帶氣旋“浣熊”剛移至巴士海峽以東海區(qū)，此時南海出現(xiàn)低空急流，說明西北太平洋熱帶氣旋未移入南海，但移動到適當(dāng)?shù)奈恢脮r，同樣也可以對南海低空西南氣流起到啟動、加強(qiáng)的作用。為了方便分析熱帶氣旋的強(qiáng)度對南海低空西南氣流的影響，南海低空西南氣流高度主要選擇在最大值區(qū)的900hPa。圖2可看出，CTRL實(shí)驗(yàn)在模擬穩(wěn)定后，7月5—10日，南海海區(qū)的900hPa平均風(fēng)速基本維持在8~15m/s左右，而且存在著明顯的周期性變化，可能與南海季風(fēng)的日變化有關(guān)。3DVAR實(shí)驗(yàn)?zāi)M出的南海海區(qū)900hPa平均風(fēng)速時間序列，在5日模式基本穩(wěn)定后，較前者模擬的結(jié)果均偏小，兩者之差在8日達(dá)到最大，為2.6m/s左右。上文已經(jīng)驗(yàn)證了兩組實(shí)驗(yàn)?zāi)M的熱帶氣旋移動路徑基本一致，由此可以看出西北太平洋熱帶氣旋，雖未移入南海，但熱帶氣旋會對南海夏季低空西南氣流產(chǎn)生間接影響，且熱帶氣旋強(qiáng)度較弱時，南海西南氣流強(qiáng)度也較弱。

3南海低空西南氣流增強(qiáng)的動力學(xué)分析

為了分析熱帶氣旋的強(qiáng)度是怎樣間接影響南海夏季低空西南氣流強(qiáng)度的，現(xiàn)將數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行動能收支分析。

4結(jié)論

1）2016年7月5—10日，南海西南季風(fēng)的一次異常增大過程中，南海上空出現(xiàn)季風(fēng)槽云系并與熱帶氣旋“浣熊”外圍云系建立了聯(lián)系。西北太平洋熱帶氣旋，雖未移入南海，但移至適當(dāng)?shù)奈恢脮r，可以對南海夏季低空西南氣流起到加強(qiáng)作用。2）WRF數(shù)值模式能夠較好地模擬熱帶氣旋以及南海低空西南氣流的變化過程，三維變分同化能夠在其他條件基本不變的情況下減小熱帶氣旋的初始強(qiáng)度，而熱帶氣旋的強(qiáng)度會對南海夏季低空急流強(qiáng)度產(chǎn)生顯著影響：南海夏季低空急流的強(qiáng)度與熱帶氣旋的強(qiáng)度為正相關(guān)的關(guān)系。3）南海動能收支分析結(jié)果表明，南海低空西南氣流動能主要由氣壓梯度力項(xiàng)產(chǎn)生。南海低空西南氣流強(qiáng)度大小與熱帶氣旋的移動影響過程密切相關(guān)。熱帶氣旋在移動影響過程中，會對周邊對流系統(tǒng)起到觸發(fā)增強(qiáng)作用。南海上空的對流系統(tǒng)強(qiáng)度增加，通過潛熱釋放引起南海上空氣壓梯度力的增大，通過氣壓梯度力做功使南海低空西南氣流動能增加，形成較強(qiáng)的低空急流。

［參考文獻(xiàn)］

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［8］戴展鵬，張慶紅.熱帶氣旋與南海季風(fēng)的相互作用［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，47（2）：287-294.

作者：虞洋1；高小雨1；陳金龍1；虞蘭蘭2 單位：1.北海艦隊(duì)海洋水文氣象中心，2.國家海洋局北海分局信息中心