1。介绍
登陆我国热带气旋(TCs)会带来强风和暴雨,造成巨大的损害受灾地区(
1 ]。此外,洪水和山体滑坡对登陆我国TCs与长时间的降雨已经全世界死亡的主要原因(
2 ]。受灾地区主要是由降雨的分布登陆我国TCs (
3 ]。巧妙地提前预测极端降雨从TCs的位置因此迫切重要的减灾和仍然是一个非常具有挑战性的任务
4 ,
5 ]。
早期的研究显示,平均降雨率的TC眼壁风暴愈演愈烈之时,增加了使用机载雷达数据集。标志(
6 )显示,飓风艾伦(1980)表现出一个方位的意思是雨率大于11毫米h−1 在眼壁,这是六倍,111公里半径内的成熟艾伦的中心。之一Burpee和黑色(
7 ]发现飓风眼壁艾丽西亚(1983)成为圆形的最大低空风接近50米−1 外,第二眼壁形状的原始眼壁当中央表面压力降至970 hPa最低。
然而,TC雨量分布变化很大从近轴对称非对称的影响下在大洋风暴动力学及其环境。不对称在TC发行量可以主要由风暴运动的影响(
8 - - - - - -
10 ),深层环境垂直风切变(大众)
11 - - - - - -
19 ),和环境流与风暴的交互(
20. - - - - - -
24 ]。内在核心区域内的最大降雨量通常位于down-motion侧翼,这结果friction-induced不对称边界层收敛,尤其是向右运动(
8 ,
11 ]。降雨前maxima转移到正确的北大西洋风暴翻译速度增加或印度北部盆地TCs综合利用卫星观测(
10 ,
25 ]。与卫星数据的热带降雨测量任务(TRMM)、TC降雨被描绘成一个方位的总和的意思(或波数0)组件和一个重要的空间不对称变化(或一系列lower-wavenumber组件)
16 ]。虽然主要的波数1不对称是观察到,一些研究[
18 ,
26 )表明,更高的波数(> 1)扰动也可能使用傅里叶分解方法潜在的重大贡献。例如,朱et al。
26 )记录的能量波数从1到6的贡献大量的能源的总扰动场潜在的涡度在数值模拟研究中,虽然陈et al。
18 )还发现,尽管波数1是主导,波数2降雨仍不对称造成一半的振幅波数1的不对称。裴和江
27 )发现的最大降水与移动不对称通常位于down-motion但变化cyclonically后添加的组件分别为2到6波数1。除此之外,他们发现的最大降雨成为明显的热带风暴和左前翼的主要TCs有时右前方。TC运动主要由转向流受到大众的影响(
28 ]。降雨空间分布与大众进行了观测和数值。结果表明,大众是一个主导因素比风暴运动生产downshear left-of-shear降水或对流不对称当大众大于10 ms−1 ,特别是对波数1组件[
11 ,
15 ,
17 - - - - - -
19 ,
27 ,
29日 ]。此外,降雨不对称性随TC强度增加而降低(
16 ,
18 ]。
不对称的TC降雨不仅可以调制与登陆我国大众(
30. - - - - - -
34 ),但也有一些其他因素,如非均匀表面特性,包括近年对比和本地地形效应(
31日 ,
32 ,
34 - - - - - -
39 和TCs和天气天气系统之间的交互
38 ,
40 ,
41 ]。一般来说,登陆我国TCs定期有一个不对称的downshear downshear-left降雨量最大附近的沿海地区,这是符合TCs对海洋的研究(
3 ,
19 ,
42 ]。Yu et al。
30. )更频繁地发现不对称降雨最大值位于upshear和陆上在弱,大众环境。事实上,大众和天气环境的影响在TC降雨不对称并不是独立的。不同大小和方向的大众对TC降雨或对流促进不同的影响。温格和塞西尔
43 )指出,强劲的西风剪切可能形式越来越不对称比强劲的东风切变降雨模式。一些研究发现,干空气侵入的右侧剪切向量更不利TC对称循环(
21 ,
38 ,
44 ,
45 ]。徐et al。
42 ]给出了降雨向右边象限百分比相对海岸线将表现出明显的增加在不久prelandfall TCs登陆美国的东部,这可能会引起风暴的北方折回向海岸近年粗糙度梯度存在的地方。然而,TC降雨引起的增强在其他TC登陆我国研究地形效应并不明显(
32 ,
42 ]。冯和舒
37 )表明,在其登陆TC经验丰富的降雨强度减少由于切断的能量和从海洋带来了湿气。相比之下,TC降雨再分配可以提升TC和斜压系统之间的交互。作为一个中间纬度槽方法登陆我国东部的TCs美国从西北、潜在的涡度分配通过非绝热加热过程的行为加强TCs的下游;飓风桑迪(2012)是这样的一个例子
41 ]。
本研究调查的总体目标的影响上层对流层波谷的不对称雨量分布和强度在生命周期(离岸、期间和之后登陆)TCs登陆的盆地,盆地与傅里叶分解方法。部分
2 提供了一个描述数据和方法应用于本研究。shear-relative降雨分布和上层槽的影响并给出了降雨强度和降雨分布不对称
3 。总结了结论部分
4 。采用卫星降雨率的使用大样本数据集,我们试图量化全球TC登陆我国降水的不对称性对上层槽。
2。数据和方法
2.1。数据
降雨估计是从19年(1998 - 2016)TRMM 3 b42 version 7的数据集用于本研究自3 b42数据集可以提供相当合理的降雨模式登陆我国TCs与测量数据或雷达相比估计(
46 - - - - - -
49 ]。TRMM 3 b42有三个小时的时间分辨率和0.25°了0.25°的空间分辨率,覆盖全球50°S 50°N。
TCs最佳历史数据,包括最大持续风速和风暴中心位置,提供的联合台风警报中心(JTWC)和美国国家飓风中心(NHC)。六TC-prone盆地包括在这项研究:大西洋(ATL),太平洋东部和中部(EPA),西北太平洋(NWP),北印度洋(NIO),南印度洋(SIO),和南太平洋(SPA)。
欧洲中期天气预报中心临时再分析(ERA-Interim;迪et al。
50 ,
51 ])水平网格间距为0.25°×0.25°,六小时间隔输出用于计算环境垂直风切变,被定义为平均风矢量之间的差异在850年和200年hPa水平。之前的研究使用的方法(后
52 - - - - - -
54 ),水平风矢量平均在500 - 750公里的环从TC中心,避免风暴的影响尽可能地循环。
许多先前的研究利用潜在的涡度(PV)调查TC-trough互动(
20. ,
41 ,
55 ,
56 ),这表明一个上层对流层槽(特点是PV异常)可能发挥关键作用在TC开发(
55 ,
57 ]。虽然一些研究已经证明,TC-trough互动有利于强化[
56 ,
58 ],波谷可能为TC强度是不利的,如果环境风切变是增加了一个槽
59 ]。评估不同的波谷TCs的影响发展,上层对流层PV异常被用作参数量化的特点,波谷,费舍尔et al。
55 ]。他们使用了一个简单的客观的技术评估如果TC相互作用是一个上层对流层PV异常。后费舍尔等人的研究中,我们的目标是明确的影响上层对流层槽的雨量分布不对称对登陆我国TCs在生命周期的不同的盆地。350 K等熵面PV异常是用来评估TCs是否与上层槽或低系统嵌入在这项研究中。用于计算的基状态异常是一个30天的意思是,集中在TC。如果一个PV异常,最大震级大于0.5(少于0.5−)北(南)半球PVU TC 500公里内存在中心和最大的光伏异常位于upshear TC, TC被认为是嵌入在一个上层槽环境,以后表示为“高PV。“相比之下,有一个低效率的TC-trough配置,以下表示为“low-PV。”
考虑到TC翻译速度可能显著不同,后徐et al。(2014)的定义,我们定义了四个条件的基础上接近海岸在这项研究中,包括(1)离岸TCs,仍然离海岸很远的地方(300 - 700公里),(2)preland TCs,接近登陆(0 - 300公里),(3)高pv TCs后登陆(300−0公里,土地)嵌入在一个上层槽的环境,和(4)low-PV TCs后登陆(300−0公里)low-PV环境条件下。表
1 列出了登陆TC 6小时样本在每个子区域6流域1998 - 2016年期间。正如所料,样品在所有条件数值天气预报比其他盆地大得多,因为有更多的登陆我国TCs在数值天气预报。另外,土地TCs高pv条件下小于那些low-PV条件下所有的盆地。
表1
登陆TC 6小时样本在每个不同时期盆地期间1998 - 2016。
盆地
离岸
Preland
高pv
Low-PV
ATL
364年
519年
131年
321年
环境保护署
252年
226年
30.
43
数值天气预报
1556年
1774年
465年
797年
NIO
310年
356年
68年
157年
SIO
412年
681年
187年
246年
水疗中心
126年
232年
59
80年
2.2。降雨分析方法
TC雨量分布进行了分析使用快速傅里叶变换(FFT)在这项研究。TRMM 3 b42降雨估计第一次转换为极坐标系统使用TC中心为原点。然后,降雨的空间不对称被装箱检查降雨在TC中心10公里轮半径500公里。在每一个环,傅里叶系数是计算使用以下方程(
60 ]:
(1)
一个
n
=
1
N
∑
我
=
0
N
R
我
因为
2
π
n
我
N
,
b
n
=
1
N
∑
我
=
0
N
R
我
罪
2
π
n
我
N
,
在哪里
R (
我 )是每个个人的雨率估计和
n 是波数。
N 128年将在这项研究中,这是最高的波数,我们可以解决这个傅里叶分解。
我 每个点的索引。然后,波数的降雨不对称分量
n ,
R
n ,可以用
(2)
R
n
=
一个
n
因为
2
π
倪
N
+
b
n
罪
2
π
倪
N
。
类似于(
27 ),
R
n 不是除以方位的意思是雨率(波数0,
R
0 )用于Lonfat et al。
16 ]。振幅的变化波数1 - 5雨率组件及其振幅相对波数1 - 5降雨率的总和500公里半径内的TC中心也计算出四个亚区。
3所示。结果
3.1。方位的意思是雨率
之前比较分解所代表的降雨通常不对称波数1,我们检查了方位的意思是雨率分配不同盆地之间的径向理解合成领域的相对振幅均值雨率不同的TC亚区。在开放海域(图
1(一) ),方位的意思是雨率最大的SIO TCs的核心地区,其次是数值天气预报、ATL,水疗,NIO,环保署在降序排列。SIO雨率峰值的位置,数值天气预报,ATL,水疗,NIO,环保局是40岁,40岁,50岁,50岁,30岁,和风暴中心40公里震级4.8∼-5.2毫米·人力资源−1 ,接受三次降雨量高于外部区域(100 - 300公里),分别。最近的这个结果类似于卫星复合材料Ankur et al。
10 ]。峰值方位的意思是雨率六盆地经历了轻微的增强过程中TCs接近海岸登陆和雨率5.0∼-5.8毫米·人力资源−1 (图
1 (b) )。这可以解释为陆地和海洋之间的表面摩擦收敛在登陆我国TCs (
32 ,
42 )与以前的研究一致
27 ,
30. ,
61年 ,
62年 ]。此外,NWP TCs雨最高利率半径最大的雨的5.8年代−1 位于30公里从TC中心由于较强的TC强度比其他盆地数值天气预报。TCs后登陆,如图
1 (d) ,各流域降雨强度显著降低,如果没有TC-trough交互。然而,雨利率可能会增加当TCs上层槽系统的嵌入式环境中,这有利于TCs强化(图
1 (c) )。
图1
的意思是雨率(a)离岸,preland (b)和(c)在土地下高pv环境条件和(d)土地low-PV条件下在不同盆地。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.2。降雨贡献频谱
为了研究降雨不对称的进化在登陆我国TCs不同的盆地,我们计算的振幅波数1 - 5降雨组件相对于总振幅波数1 - 5组件30 - 300公里的环半径在离岸,preland,高pv和low-PV条件下土地。如图
2 ,一般来说,轴对称的振幅分量降雨之前大约50%的总振幅TCs登陆,这表明轴对称组件可以解释大约一半的方差总降雨量的全球盆地。裴和江
27 )(图1)发现,波数1贡献约40%的总降水量能量为TCs在大洋利用TRMM三里岛事故2 a12数据集。相比之下,我们利用TRMM 3 b42数据集与更多的样本分析TCs降雨结构在TCs以来登陆我国降雨模式作为登陆(TCs使程序设计变得越来越不对称
42 ]。
图2
的振幅波数1、2、3、4和5的不对称组件总下雨雨率相对于利率在环从30到300公里从TC (a)中心的ATL, (b)环保局,(c)数值天气预报,(d) NIO, SIO (e)和(f) SPA盆地在离岸,preland,高pv和low-PV条件下土地。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
当TCs接近海岸(preland TCs),降雨量级经验略有减少约3%,这与之前的研究一致(
32 ,
37 ,
42 ]。的贡献从更高的波数的总降雨量preland TCs略高于离岸TCs。这个结果表明,总降水划分成不同的中尺度对流系统分解降雨扰动波数并创建高组件(
27 ,
32 ]。
然而TCs登陆,之后,波数1降雨组件的振幅随盆地,从先前的研究结果是一致的
3 ,
35 ]。此外,波数1组件与高pv条件相关的能量高于preland TCs只有在EPA和SIO盆地(数字
2 (b) 和
2 (e) ),这表明罗斯贝波槽可以发挥重要作用迫使TC降雨和对流不对称(
63年 ]。另外,波数1组件能量高pv条件高于low-PV环境条件对所有盆地,表明上层槽行为提高登陆我国的降水率TCs的准地转垂直运动(
55 ]。值得注意的是,在一个low-PV环境,orography-induced中尺度对流活动高(< 1)波数组件成为明显的TCs经过的地形
30. ,
39 ,
43 ]。
3.3。Shear-Relative雨量分布
已经被广泛接受,环境垂直风切变产生重大影响的TC降雨分布不对称。图
3 介绍了复合shear-relative雨率离岸,preland,高pv和low-PV环境条件下的土地。总体而言,离岸、preland和土地TCs最大降雨位于downshear象限,说明大众影响雨量分布在整个生命周期TC登陆我国。这些通用的发现与之前的研究相一致
15 ,
17 ,
42 ,
43 ]。此外,土地与高pv TCs最大降雨位于downshear-left象限,而那些low-PV downshear象限的最大降雨。一般来说,土地TCs高pv条件下有一个内200公里地区的降雨率高于土地TCs low-PV条件下。先前的研究表明,地形TCs降雨不对称增强的贡献相对较小(
32 ,
42 ]。这表明上层对流层PV异常可以扮演一个角色在登陆我国降雨率的维护TCs的准地转垂直运动,调节光伏再分配向通过传热表面加热(
55 ]。为了说明最大降雨量的位置,图
4 显示了复合shear-relative波数1降雨不对称的四个条件对全球海洋盆地。结果在图非常相似
3 ,最大的波数1降雨旋转之前从downshear-left downshear登陆后登陆的。
图3
复合shear-relative雨率(毫米人力资源−1 离岸)(我),(2)preland,(3)与高pv土地,及(IV)土地与low-PV ATL(一),(b)环保局,(c)数值天气预报,(d) NIO, (e) SIO, SPA (f)。剪切方向顺时针旋转为0°指向北方。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图4
复合shear-relative波数1不对称(我)离岸,(II) preland,(3)与高pv土地,及(IV)土地与low-PV ATL(一),(b)环保局,(c)数值天气预报,(d) NIO, (e) SIO, (f)。剪切方向顺时针旋转为0°指向北方。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
4所示。摘要和结论
十九年(1998 - 2016)TRMM卫星3 b42雨利率是用来检查登陆我国的shear-relative降雨不对称TCs对全球海洋盆地使用快速傅里叶变换(FFT)分析在这项研究。发现1扰动波数是最大的能谱贡献总额的一半的总扰动能量TC降雨。相比之下,裴和江
27 ]发现波数1扰动的贡献约37%的总降水量能源TCs在开放海域。我们的结果支持TC降雨量的统计信息不对称增加时,TCs在中国南部和东南部登陆美国的上层对流层波谷(
32 ,
42 ]。有必要分析上层对流层波谷的不对称的影响降雨再分配期间登陆我国TCs的生命周期不同的盆地。
调查的影响TC-trough配置在TC登陆我国降雨强度和分布,登陆我国TCs被封存到条件下高pv异常和low-PV异常环境条件。一般来说,方位的意思是雨对登陆我国TCs高pv条件下利率大于那些low-PV条件下。这一结果表明,上层对流层波谷斜压过程往往扮演一个角色在降雨与登陆我国TCs相关维护。此外,我们的研究结果表明,TC的最大降雨率往往是位于downshear-left (downshear)象限在高(低)可能性涡度条件下,这表明大众与上层槽是主导因素在决定登陆我国TCs的降雨不对称。
众所周知,TCs的上层槽是一个重要的环境原因循环增强[
56 ,
59 ]。本研究探讨上层对流层波谷的角色在降雨强度和分布六TC-prone盆地TCs沿海地区登陆。少不对称的降雨量会减少,如果有一个互动TCs和上层槽位于上游TCs的土地。然而,这项研究的局限性之一是无法完全解释TC降水之间的关系及其特征相对于上层槽或其他原因因素与TRMM资料,将来可以当额外的数据从数值模型或先进的观测仪器。