2000—2020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究.pdf
《2000—2020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2000—2020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、汪铃儿,陈科艺.20002020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究J.热带气象学报,2023,39(4):632-642.文章编号:1004-4965(2023)04-0632-1120002020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究汪铃儿,陈科艺(成都信息工程大学大气科学学院,四川 成都 610225)摘要:选用20002020年自动站降水资料、热带气旋最佳路径数据集(CMA-STI)以及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料,发现不到半数的热带气旋活动伴随江淮地区暴雨发生,且仅有3成的热带气旋存在时,江淮地区日降水达到当年梅雨期日均降水。除个别“转向型”及登陆后继
2、续东移、北上的“西北型”热带气旋外,七成左右的热带气旋大多伴随有梅雨减弱现象,并利用WRF模式及热带气旋Bogus方法对2017年热带气旋“苗柏”和2019年热带气旋“丹娜丝”进行数值模拟,分析热带气旋的存在对梅雨季节降水的影响机制。结果表明:在模式能较好地模拟出两个热带气旋的路径及降水落区、强度的基础上,对比移除热带气旋前后的试验,西北路径的热带气旋“苗柏”登陆前,南缘偏西气流加强低空急流,江淮地区切变线加强,登陆后低压北抬,副高稳定,形成有利于降水的环流形势;剔除“苗柏”后,低空急流断裂,副高南退,水汽输送带南移,长江中下游地区降水减少。转向型热带气旋“丹娜丝”北移,伴随副高北抬,对流性不
3、稳定减小,垂直上升运动减弱,西太平洋的水汽被大量输送到热带气旋中心附近,故输送至江淮地区的水汽减弱,降水减少,促使梅雨提前结束;而剔除“丹娜丝”影响后,副高稳定,东部降水增加,梅雨季尚能持续。关键词:数值模拟;热带气旋路径影响;梅雨季节降水中图分类号:P444文献标志码:ADoi:10.16032/j.issn.1004-4965.2023.055收稿日期:2022-05-27;修订日期:2023-04-08基金项目:国家自然科学基金项目(41875039)资助通讯作者:陈科艺,女,四川省人,教授,主要从事卫星资料同化及数值模拟研究。E-mail:第39卷 第4期2023年8月热 带 气 象
4、学 报JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGYVol.39,No.4Aug.,20231 1 引引言言梅雨是指每年6月中旬7月中旬,我国江淮流域发生的一段持续性阴雨天气,是东亚夏季风进程中特有的雨季1-2,这一时期中国东部雨带主要徘徊在江南至淮河之间,梅雨为东亚人口密集的经济中心带来了重要的水资源的同时,往往伴随着持续性大暴雨、洪涝灾害的发生。同为东亚夏季风成员的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)对梅雨的起始、结束、强弱均有重要作用,与江淮流域的旱涝情况息息相关。已有的研究揭示了有诸多的物理过程和影响因子致使梅雨异常,比如作为全球气候变化最主要的影响系统,厄尔尼诺-南
5、方涛动(ENSO)事件的发生、发展和位相差异都会造成东亚夏季风强弱的变化,并导致旱、涝灾害的发生。且研究发现,中等和弱的厄尔尼诺事件易受其他因子调制3,但强厄尔尼诺事件对东亚夏季风环流和夏季旱涝的影响在短期气候预测中不容忽视。大量的研究还揭示了南半球环流的前期异常信号在东亚夏季风和中国汛期降水预测中的重要贡献,这同样说明了大气内部动力过程不容忽视的主导作用,尤其是对于中高纬度大气环流来说,外强迫因子的影响可能很有限,绝大部分降水变化是内部动力学驱动的气候噪音4。同时东亚季风、热带气旋、西太平洋热力状况等5第4期汪铃儿等:20002020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究也是影响梅
6、雨的重要因子。热带气旋(Tropical Cyclone,TC)是一种在热带洋面生成发展的中尺度系统,通常伴随着强风、暴雨、风暴潮。热带气旋生成和发展同样与西太平洋海温6和副高强度、位置密切相关,目前主要认为热带气旋对梅雨的影响机制表现在热带气旋对梅雨的远距离暴雨效应及对大气环流形势的改变。梁玉清等7-8认为热带气旋个数和梅雨强度呈负相关关系,梅雨强的年份,澳大利亚西风急流弱,热带辐合带(ITCZ)和副高长期稳定,江淮静止锋维持,季风雨带稳定且偏强,同时入梅时间偏早,出梅时间偏晚,夏秋季热带气旋偏少9;反之梅雨开始前热带气旋较多,则入梅相对较晚、梅雨降水量少、梅雨期短。许多西太平洋热带气旋引发
7、的梅雨降水异常的天气个例表明,气旋引发的深厚低压、强水汽辐合、热带扰动能量等势必会对邻近的江淮地区梅雨造成影响,朱哲等10指出热带气旋的影响一方面导致梅雨区假相当位温梯度和湿位涡倾斜项减小,垂直上升运动减弱,另一方面促成副高北跳、水汽输送中断、梅雨提前结束。徐海明等11还发现热带气旋扰动热源在对流层激发出的水平流场,减弱了西南季风及其向江淮区域的水汽输送,抑制梅雨季风环流,促使西太副高北跳,梅雨结束。但目前热带气旋路径的不同对梅雨影响的研究较少,因此本文从不同路径热带气旋对梅雨的影响差异入手,选取热带气旋“苗柏”和“丹娜丝”进行研究,分别探讨不同路径热带气旋的存在对于梅雨季节降水的加强与抑制作
8、用,及其可能的影响机制。2 2 资料和方法资料和方法2.1 数据资料选用 20002020 年欧洲中期天气预报中心(EuropeanCenterforMedium-RangeWeatherforecasts,ECMWF)的 第 五 代 再 分 析 资 料ERA5产品的地面、高空38层数据,作为气象初始场 资 料 用 于 驱 动 WeatherResearchandForecasting(WRF)模式,时间分辨率为6小时,空间分辨率为0.25 0.25。观测资料选取国家基准站及基本站24小时降水数据;入梅、出梅日由中国气象局发布的国家标准(GB/T 33671-2017)梅雨检测指标12确定,梅
9、雨监测范围为110.0122.5E,2834N,包含由南至北3个梅雨区域江南区(区)、长江中下游区(区)以及江淮区(区),取梅雨时节长度为江南区的入梅日至江淮区的出梅日。热带气旋资料选取 20002020 年上海台风研究所(CMA-STI)的热带气旋最佳路径数据集,其路径每 6 小时(UTC)更新一次,数据集包括热带气旋中心经纬度、气压和最大风速等资料,本文将选取达到热带低压等级以上的所有热带气旋来讨论。2.2 试验方法2.2.1 数值模拟试验数 值 天 气 预 报 模 式 Weather Research andForecasting(WRF)是 美 国 国 家 大 气 研 究 中 心(Na
10、tionalCenterforAtmosphericResearch,NCAR)研发一种用于全球的大气研究、实际预报的中尺度数值天气预报系统,采用满足完全可压缩、非静力平衡原始欧拉方程的数值模式。为了讨论热带气旋对江淮梅雨的影响,将利用WRF模拟两个热带气旋个例(1702 号 TC“苗柏”和 1905号TC“丹娜丝”),设计两组试验,第一组试验均为模拟实况的控制性试验(CTL);第二组试验为去除热带气旋影响的模拟试验,均记为敏感性试验(SEN)。2.2.2 TC Bogus方法TC Bogus 是 WRF 子集合 WRF-ARW(WRF-Advanced Research Hurricane)
11、派生出的热带气旋模 拟 方 案7,在 经 过 WRF Pre-Process System(WPS)处理的初始场资料里植入或移除一个兰金涡流,该涡流拥有热带气旋刚性核心内旋涡和远场无旋旋涡的性质。TC Bogus方法在TC最佳路径上,以400 km为半径搜索最靠近海平面的气压场中的最大相对涡度所在格点,即为待移除的涡旋中心,将距中心300 km外地区的涡度和散度设为0,利用逐次超松弛法(SOR)求解以下方程,并重新计算风速:2=(1)v=k(2)2=(3)v=(4)vg=k(5)633热 带 气 象 学 报第39卷式中,v,v分别为流函数、相对涡度、非辐散风、速度势、水平辐散以及辐散风。将计算
12、出的辐散风从初始场的u、v分量中减去,再从初始场中减去位势高度距平、温度距平及地转风,温度异常场计算公式如下:/ln(p)=-RT(6)R为气体常数,p为气压。最后去除和高度异常相关的地表及海平面气压扰动,因此得到去除原始涡旋的背景流场,作为 WRF 的输入。本研究的SEN试验利用TC Bogus方案移除初始场中的涡旋后,选取和CTL相同的参数化方案进行模拟试验。3 3 热带气旋路径对梅雨的影响热带气旋路径对梅雨的影响本研究区域为100 E180,1045 N的西太平洋(包括南海)海域,涵盖了西太平洋和中国大陆全部海岸线。20002020年梅雨期间在西太平洋共发生62个热带气旋,平均每年发生3
13、个,包含12 个强台风、13 个超强台风,分别占比 19.4%和21.0%,共有 31 个热带气旋登陆我国,占总数的50%。将热带气旋按照路径方向分为:转向型、西移型、西北型,特殊路径型;其中转向路径发生频次 最 高,可 达 总 数 的 47.5%;西 移 型 次 之,占26.2%;西北型和特殊路径型分别占比 14.8%、13.1%。4 种路径热带气旋对应的江淮地区降水(图 1 蓝色柱)显示,在 42.6%的热带气旋发展期间,江淮部分地区会至少产生一次暴雨(24小时降雨量超过50 mm),不同路径热带气旋对应的暴雨发生频率接近。对于西移型及西北型路径,大部分暴雨发生在其北上至15 N附近时,且
14、在此之后降水量随热带气旋所在纬度的增加而减少;同时,部分登陆后有继续北移、东移深入内陆趋势的西北型路径,登陆后会对江淮地区造成一次较大范围的短时降水。13个转向型热带气旋发展过程中伴随着暴雨,强降水多发生在气旋经过菲律宾以东的关岛附近(15 N)时,也存在部分气旋经过或登陆江浙地区时,引发短时局地强降水。特殊路径的热带气旋通常距离江淮地区较远或持续时间较短,造成影响不显著,因此不另作讨论。总体而言,4类路径热带气旋的存在均可能引起梅雨期间江淮地区暴雨,但发生概率均不足一半,热带气旋对于梅雨暴雨的贡献有限。再对比热带气旋活动期间的江淮地区日降水量与当年梅雨期日均降水量(如图1红色部分所示),仅有
15、31.1%的热带气旋持续期间日均降水量高于梅雨期日均降水量,其中西北型的该比率相对较高,44.4%的西北型降水高于梅雨日均值;西移型占比最少,且50%的西移型日均降水甚至不足梅雨日均降水的一半;高于日均的转向型个数最多,共计发生8次,但也仅占该类型的27.6%,由此可见,多数热带气旋的存在不利于梅雨期降水的形成,这与梁玉清等8得到的梅雨强度和台风个数呈负相关关系的结论类似。同时统计表明在21年间,32.8%的热带气旋发生在梅雨末期,共计有13年的梅雨结束时伴随有热带气旋发展,故热带气旋的存在还可能有利于梅雨季节的结束。综上所述,尽管不同路径热带气旋的作用及影响程度不同,但无论是从短时降水还是持
16、续性影响来看,大部分均对梅雨降水构成负面影响,甚至可能推动梅雨季节的结束。下面将利用WRF模式和TC Bogus方法进一步对不同热带气旋路径对梅雨季节降水造成的影响进行探究。4 4 热带气旋对梅雨降水的加强热带气旋对梅雨降水的加强4.1 热带气旋“苗柏”简介“苗柏”为2017年第2号热带气旋,于2017年6月10日08时(北京时,下同)在菲律宾西部、中国图120002020年梅雨期4种路径热带气旋个数及其对应的江淮地区降水情况黑色柱状为每种路径的热带气旋总数,蓝色柱状为每种路径带来一次暴雨及以上的热带气旋个数,红色柱状为每种路径带来降水量高于梅雨季节日均降水量的热带气旋个数总数一次暴雨及以上降
17、水高于梅雨日均302520151050个数转向型西移型西北型特殊型634第4期汪铃儿等:20002020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究南海南沙群岛以东的洋面上生成并发展成热带低压,后往西北移动,于11日20时加强为热带风暴,移速加快;12日12时加强到强热带风暴等级,于当日晚23时左右在广东省深圳市登陆,并减弱为热带风暴级别,登陆后“苗柏”北移、消散,13日14时停止编号。“苗柏”给华南地区带来大量降水,同时江淮地区在1013日均有持续性强降雨发生,浙江金华和宁波两市日降水量达到200 mm以上。4.2 试验设计4.2.1 控制试验设计本文使用 WRF模式 3.8版本,无嵌套
18、串行编译,采用“Lambert”投影,垂直方向分为41个不等距层,水平分辨率为15 km,时间积分步长为60 s,spin-up 时间为 12 小时,模拟区域网格数为 208248,所选物理参数化方案如下表所示。表1数值试验所选取的物理化参数方案物理过程微物理过程长波、短波辐射陆面过程边界层过程积云对流过程所选方案NSSL 2-mom w方案13RRTMG方案14Noah陆面耦合模式15YSU方案16Kain-Fritsch方案174.2.2 敏感试验设计SEN试验利用Bogus方法移除2017年6月10日20时的涡旋,其中心位于 117.9 E,14.1 N,最大风速为13 m/s,最大风速
19、半径RMAX为112.2 km,涡旋比例因子为0.9。RMAX使用日本气象厅(JMA)最佳路径资料,其余数据均来源于 CMA-STI(下同)。4.3 试验结果与讨论2017年6月11日08时14日08时热带气旋的最优路径和 CTL 试验模拟路径对比如图 2 所示,除登陆前后,热带气旋“苗柏”的移动方向略向东偏折,以及模拟的热带气旋中心强度略强于观测(图略)外,洋面上的模拟结果和最优路径较为一致,登陆时间以及热带气旋中心强度的演变趋势和实况接近,较好地模拟出了热带气旋在海面上发展增强、又在登陆后迅速衰减的情况。总体而言,“苗柏”的CTL试验能较为准确地表现出移动路径、强度演变以及登陆情况,试验结
20、果基本贴合实况。由24小时累积降水量图可见(图3),实际观测(图3a3c)表明浙江中部存在一个强降雨中心;长江中下游地区降水持续且暴雨影响范围大,雨带呈东-西向分布。CTL试验中对6月11日(图3d)两湖地区的降水有一定程度地低估,但江淮地区降水落区和量级预报基本接近实况,其空间分布、各降水量级特征,尤其是大雨及以上的量级模拟效果较好。为了进一步定量衡量降水预报的效果,采用 ETS预报评分:ETS=a-ara+b+c-ar(7)ar=()a+b()a+ca+b+c+d(8)对于给定的降水阈值P(单位:mm),公式(7)、(8)中a为观测值和预报值均不小于P的次数,b为观测值不小于P的次数,c为
21、预报值不小于P的次数,d为预报值和观测值均小于P的次数。ETS评分表示在预报区域内满足降水阈值的降水预报效果,能剔除因降水较小、空报导致的随机误差。对于大雨及以上的量级模拟效果较好的格点,ETS评分超过0.35(图略),中雨及小雨评分均大于0.4,由此可见,CTL试验结果可信,将在此基础上进行敏感性试验SEN,即在试验中移除热带气旋“苗柏”的影响。图22017年6月11日08时至14日08时热带气旋“苗柏”每6小时最佳路径(红)和CTL试验路径(黑)30N26N22N18N110E114E118E122E635热 带 气 象 学 报第39卷图4显示了热带气旋”苗柏”被移除前后的降水差值(CTL
22、试验的 24小时累积降水量-SEN 试验的24小时累积降水量)的空间分布,即为受“苗柏”影响产生的降水量场的变化。如图所示,6月12日和13日的降水量差值图存在两处降水增强区域,位于长江中下游与华南沿海地区;深圳、肇庆地区分别于 12、13 日因热带气旋登陆产生100 mm以上降水,宁波和绍兴有50 mm以上量级的日降水增加,江淮区域降雨增量的空间分布与CTL(图3)强降水落区相对应,呈东西向,因此可估算出6月1213日江淮地区的强降水中约20%来自于“苗柏”的贡献。图32017年6月11日13日24小时观测(a、b、c)和CTL试验(d、e、f)累积降水量分布图(单位:mm)图42017年6
23、月11日(a)、12日(b)以及13日(c)CTL与SEN试验 24小时累积降水量的差值分布图(单位:mm)为了解释热带气旋“苗柏”造成江淮地区降水增加的可能机制,高低空急流的变化值得关注。如图5所示,6月1113日江淮地区(黑框)位于急流入口南侧辐散区,垂直上升运动强,两个试验中高空急流(黑色等值线)强度及梯度分布无明显差异,均有利于降水的产生。不同的是CTL试验中热带气旋南缘的偏西气流使得低空急流在南海得以维持,低空急流强度和江淮地区低空风切变强度成正比;而SEN试验中低空急流断裂,水汽输送和风切变被抑制,梅雨锋环流被破坏。因此可见,热带气旋“苗柏”在保持梅雨垂直环流的同时,在低层又促进南
24、海水汽供应至江淮地区以及梅雨锋的维系。另外,降雨的发生依赖于有利的大尺度环流形势。图6的高空等压面日变化表明热带气旋登陆前,两个试验中纬度环流形势场较为接近,副热带高压稳定。6 月 12 日“苗柏”北移靠近华南地区,CTL试验中(图6b)副高东撤,低压卷挟大量来自南海的水汽朝大陆方向移动,6月13日(图6c)热带气旋登陆,并减弱至低压,东亚大槽南伸加34N32N30N28N34N32N30N28N110E114E118E122E110E114E118E122E110E114E118E122E(a)(b)(c)(d)(e)(f)110255010025034N30N26N110E34N32N30
25、N28N34N32N30N28N34N32N30N28N34N32N30N28N116E122E(a)34N30N26N110E116E122E(b)34N30N26N110E116E122E(c)0.1102550100250636第4期汪铃儿等:20002020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究5 5 热带气旋对梅雨的抑制热带气旋对梅雨的抑制热带气旋的存在对于梅雨期降水的影响不仅表现为增加江淮地区的降水量,还可能对降水产生抑制作用。由于热带气旋的移动往往给沿途地区和海域带来大量水汽,充沛的水汽对应有利的的降水产生条件,因此热带气旋对于梅雨季节降水的抑制是一个十分有趣且值得研究
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2000 2020 西太平洋 热带 气旋 路径 江淮 梅雨期 降水 影响 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。