文摘

超级台风“桑美”(2006年08 w),导致登陆地区的历史灾难,是有史以来最强大的台风登陆自1949年以来在中国内地。热带风暴的影响Bopha(2006年10 w)“桑美”被认为是一个二进制热带气旋(TC)的相互作用。为了量化Bopha“桑美”的强度的影响,数值实验是由一组人为修改Bopha强度的初始条件。结果表明,改变Bopha具有显著影响的强度模拟“桑美”的强度,结构,和跟踪。我们发现水分运输是一个关键二进制TC交互的过程。有趣的是,有相反的影响通过Bopha“桑美”的不同发展阶段。Bopha和增加其强度的存在会削弱“桑美”在强化阶段强化“桑美”在其弱化阶段。这些影响的一个可能的解释是方向改变的水分运输/“桑美”强化/弱化阶段通过通道。这可能表明一个重要相关性的作战强度预测下活跃二进制TC交互。

1。介绍

热带气旋(TCs),特别是超级台风(术语“飓风”和“台风”地区强烈的热带气旋的具体名称。台风是热带气旋的名字在西北太平洋西部的换日线。台风台风是最强的类别分类(c . Landseahttp://www.aoml.noaa.gov/hrd/tcfaq/A1.html)),是最强大的自然现象之一,这可能会带来暴雨降水,危险的风暴,洪水,灾难性的风到受影响的地区。因此,准确预测追踪的利益,强度,TCs的突然变化强度经营预测。显然,TC强度变化交织多尺度非线性相互作用不同的物理过程和天气系统(1,2]。这样的交互包括环境水分运输和二进制TC (BTC)交互。

早在1920年代,科学家开始注意两个漩涡之间交互现象在热带地区如btc在热带地区,也就是说,双涡现象或Fujiwhara效应(3- - - - - -5]。后来,品牌(6]研究了22例btc在北太平洋。研究发现,BTC相互作用可能发生在两个TC中心的距离小于700海里。它也表明此类BTC交互的效果取决于大小,结构,强度,TCs的环境发行量。关于更复杂和现实周围的热带气旋流模式,卡尔等人的研究和卡尔和Elsberry7,8]详细的三种概念模型分类BTC交互流程和交互类的客观识别标准。

热带气旋的观测和理论方面交互流程和它们对TC的强度的影响进一步研究在陈的一系列论文和孟9),陈等人。10),魏和张11),和郭et al。12]。陈和孟9和陈等。10)指出,两个TCs通常旋转逆时针绕质心点连接两个中心之间的界线,互相吸引,和倾向于合并成一个循环系统,当两个TCs是足够近的距离。魏和张11btc)进行了实验室模拟和理论分析,类似于实际动态TCs和从热力学角度来看,调查他们的互动。结果表明,快速之间的质量和动量交换两个TCs的主要物理过程相互旋转和吸引力的结构和演化。郭et al。12]表明之间的关联和相互之间的交互发展热带风暴阿历克斯(1998年,19 w)和超级台风·泽(1998年,18 w)。气旋旋转的亚历克斯·加速分离距离减少到850公里。最后阶段的交互,亚历克斯很快就被拉长和包裹cyclonically·因此成为·泽的螺旋带。看来最小平均海平面压力(MSLP)·加深了从960年到920年hPa在24 h虽然螺旋带,由亚历克斯起源,可能从来没有混合对流·泽的核心。

许多先前的过程也被检查的数值研究杨et al。13许,et al。14吴,et al。15]。杨et al。13]表明,预测二元交互敏感的表示初始涡通过研究二进制台风风神(2002)之间的相互作用和Fungwong (2002)。他们进一步暗示的交互影响季风槽和副热带高压。徐et al。14]发现,热带风暴戈尼的存在(2009年08 w)的上游台风莫拉克(2009年,09年w)可能是一个重要因素为莫拉克的维护和强化。戈尼运送大量的水分和能量为莫拉克。数值模拟表明,戈尼之间的交互和莫拉克约占30%的降雨量比没有交互戈尼不在场的时候。然而,吴et al。15解释了莫拉克之间的相对影响和戈尼。在上层,来自东北的射流在西南象限的莫拉克台风环流增强戈尼的上层分歧从而戈尼持续增强的强度。同时,莫拉克台风,具有很强的收敛性和低水平上升气流,供应稳定西南温暖和潮湿的流传输通道,从而支持戈尼的低层水汽收敛。相比之下,戈尼,位于上游的西南流向保持莫拉克水分收敛,截获的一部分水蒸气运输和削弱了莫拉克水分收敛。仿真结果表明,BTC交互过程强烈影响TC预报的强度。

在这项研究中,我们讨论了超级台风“桑美”之间的交互过程和台风Bopha 2006年8月。具体来说,我们探索BTC交互对调节的影响的强度和结构“桑美”。节2,我们描述了数值实验的HWRF模型配置和设计用于这项研究。我们提出了数值模拟的结果和详细的影响“桑美”强度通过BTC互动部分3。最后我们总结结论部分4。

2。模型描述和实验设计

飓风天气研究和预报系统(HWRF)模型(16,17),一个先进的基于气象研究和预测飓风的预测系统软件框架(18),是发达国家环境预报中心(NCEP)的环境建模中心(EMC)了解飓风预报飓风的预测问题和改进。HWRF建模系统,基于中尺度中尺度模式动态核心(19,20.),是一种高分辨率耦合空预测模型和一个可移动的嵌套网格能够移动后TC (16]。HWRF系统包括外层的配置(父)域和可移动的嵌套网格分辨率分别为27日和9公里和42个垂直的水平。这HWRF建模系统已被用于实时操作预测自2007年以来在摘要,可用来研究社区2010年4月。旋转经度投影是利用效率最大化。离散化网格是基于Arakawa-E网格。简要的概述了参数化方案(16,17,21]。

HWRF使用TC初始化和定位算法初始化TC根据观察到的位置和强度。网格点统计插值(GSI),三维变分(3 dvar)数据同化(DA)系统,实现初始化环境循环外的TC涡区。涡旋初始化、搬迁、GSI DA产生初始条件更好的匹配实际的TC的观察。因此,复合合成涡,产生虚假的涡的涡或骑车之前的周期,是观察TC同化的位置。HWRF的初始化模型由四个主要步骤:(1)创建的第一个猜测字段从全球预报系统(GFS)分析;(2)删除TC涡从全球分析;(3)添加合成通过涡涡初始化过程;和(4)TC核心外吸收任何额外的可用的观测数据,GFS尚未吸收的分析时间。步骤(3)和(4)提供主要优势在传统GFDL TC初始化过程。

一系列的敏感性实验进行探索“桑美”对强度的影响及其与BTC交互。NCEP全球数据同化系统(广义)(参考http://www.emc.ncep.noaa.gov/modelinfo/index.htmlGFS和广义分布式文档)最终操作全球分析()作为初始和边界条件。90 h的容器模拟集成,从0000年开始UTC 8月8日,2006年,两个合成涡产生的漩涡提到的初始化过程。没有初始化,初始分析平均海平面压力(MSLPs)的逮捕和“桑美”1003 hPa和996 hPa,分别,这远远低于最佳历史MSLP分析991 hPa和967 hPa的联合台风警报中心(JTWC)。植入后两场风暴的漩涡,对应强度达到993 hPa和972 hPa,分别在关闭JTWC同意最好的跟踪分析。

表1在这项研究中总结了设计实验。在容器的实验中,HWRF TC初始化和迁移算法初始化TC JTWC基于位置和强度(MSLP“桑美”和Bopha 967 hPa - 991 hPa职责)。在Bopha_rm实验中,Bopha涡从第一个猜过滤字段通过选择性的带通滤波器(22]。在Bopha_wk实验中,迁移算法并不适用,因为GFS申请相同的搬迁过程的分析和GFS的TC强度采用强度分析,其中MSLP Bopha大约12 hPa高于一个容器。在Bopha_str实验中,通过HWRF MSLP Bopha减少到967 hPa涡旋初始化和迁移过程。

3所示。结果

3.1。天气背景

超级台风“桑美”是有史以来最强大的台风登陆中国大陆自1949年以来,915 hPa的MSLP和持续最大风速10米(VMAX)(参考http://www.aoml.noaa.gov/hrd/tcfaq/D4.html定义表面最大持续风力的Christopher Landsea)在72年代⁻¹破纪录,以及深化25 hPa 18个小时。“桑美”始于0000 UTC 4 2006年8月,作为一个热带低气压(热带低气压(TD): 10.8 - -17.1米⁻¹;热带风暴(TS): 17.2 - -24.4米⁻¹;台风(TY): 32.7 - -41.4米⁻¹;超级台风(妓院):≥51.0年代⁻¹在西北太平洋。增强为一热带风暴在0600 UTC 8月5日,台风在1200 UTC 8月6日。然后迅速加强为台风UTC时间1200年8月9日。“桑美”在浙江沿海登陆(27.20°N, 119.90°E)在UTC时间1200年8月10日然后减弱消散内陆~ 1000公里以西的陆地。与此同时,《创世纪》后台湾的东部岛0000 UTC 8月5日,热带风暴Bopha搬west-northwestward 0600 UTC 8月6日在良好的环境的影响下循环如温暖的海洋表面温度。然后Bopha搬往西南方,越过台湾。它走了近60 h在南中国海与台风“桑美”交互。的大规模环境实验初始时间在0000年08年8月,2006年,如图1。两个气旋发行量表面定位行台湾岛的东部。一个强大的副热带高压在500 hPa站在四国岛的东部。“桑美”与表面的低中心循环,这表明“桑美”已经成为一个成熟的台风。低Bopha中心向南倾斜的剪切环境的上层造成“桑美”的郊区流在上层。Bopha阻止进一步强化在这样一个环境中虽然强大温暖海温只是在它的中心。

3.2。数值实验分析

图2介绍了模拟容器,在0000 UTC 08年8月启动,观察到的最好的歌曲从联合台风警报中心(JTWC)和中国气象Administration-Shanghai台风研究所(CMA-SH)。容器表明Bopha轨道是在良好的协议与观察到的轨道前30人力资源模拟,虽然它通常倾向于向南偏见在最后60 h模拟。除了轻微高估的翻译速度后36小时,模拟跟踪“桑美”几乎是一样的观察从JTWC和CMA-SH跟踪。“桑美”的模拟强度和Bopha容器和那些来自JTWC CMA-SH图所示3。尽管详细的强度差异,模型模拟初始强化相当的好,维护阶段,以及随后减弱阶段,分别。强度变化的观测时机是几乎相同的。简而言之,容器中的模拟跟踪和强度显示合理的演进轨迹和强度尽管underprediction“桑美”的峰值强度。

同时,可能存在BTC“桑美”之间的相互作用和Bopha两个TCs的方法在一定范围内的其他研究(例如,8- - - - - -10])。我们设计了一组敏感性试验研究过程。首先,不同Bopha强度的影响“桑美”的追踪检查通过比较实验Bopha_rm Bopha_wk, Bopha_str容器。图4在这些实验中显示模拟跟踪从0000 UTC 8月8日到0000 UTC 8月12日。所有实验表明几乎相同的歌曲“桑美”在最初的30小时模拟。“桑美”轨道Bopha_str发散向正确的容器在最后60人力资源模拟。相比之下,“桑美”轨道的Bopha_wk偏离向容器的左边,和跟踪Bopha_rm转变更左的“桑美”和变得几乎偏西。这些模拟跟踪特征表明Bopha可能发挥重要作用的存在“桑美”的轨道。结果进一步表明,不同强度的影响Bopha可能导致更大的强度比在容器的跟踪显示,“桑美”Bopha_wk, Bopha_str。指出在杨et al。13],BTC交互过程是对初始条件敏感,特别是在较弱的TCs。

强度演进的两个TCs在所有实验如图5。“桑美”模拟强度不同的发展在不同阶段不同的实验。几个有趣的敏感性特征在不同阶段值得进一步讨论。在强化阶段,“桑美”获得类似MSLPs最小和最大表面风速在所有实验,尽管不同的步伐。在减弱阶段,逮捕的存在能显著改变的时机快速强度弱化“桑美”的过程。一般来说,“桑美”的最大强度对逮捕的强度似乎不太敏感。然而,在强化阶段,“桑美”获得强度Bopha_rm和Bopha_wk略强于容器。另一方面,“桑美”强度却较弱的在Bopha_str比在容器。相比之下,在削弱“桑美”阶段从UTC时间0000年8月10日开始,削弱率单调取决于Bopha的初始强度。初始Bopha漩涡,越深越强强度将减弱“桑美”达到的阶段。 The MSLP difference between two extreme experiments, Bopha_rm versus Bopha_str, is about 25 hPa at 1800 UTC 10 August. The results of these numerical experiments demonstrate that the initial intensities of Bopha have a distinctive effect on Saomai at different stages. Saomai is intensified (weakened) and deviated northward (southward) when Bopha’s initial intensity weakens (deepens) in intensifying (weakening) stage.

除了Bopha对“桑美”的跟踪和强度的影响,Bopha也触发了“桑美”不同的垂直结构反应弱化和强化阶段。图6显示了longitude-vertical部分Saimai在强化阶段。容器(图6(一))也模拟的垂直范围50 m / s地区扩展到450 hPa东区相比800 hPa西区虽然双方的最大风速比Bopha_rm和Bopha_wk。在Bopha_rm(图6 (b)),“桑美”几乎对称结构。其狭窄的弱风区(< 5 m / s)延伸到大约350 hPa垂直风速> 50米/秒延长到380 hPa东侧的“桑美”和650 hPa在西区。在Bopha_wk(图6 (c)),最大风速> 50 m / s延伸约550 hPa在东区和西区800 hPa。Bopha_str,弱化趋势是进一步显示(图6 (d))。这些特征表明,“桑美”变得更弱的、更对称Bopha在强化阶段的强度增加。

“桑美”子午垂直部分的水平风造成Bopha强度敏感的实验是削弱阶段的垂直结构(图所示7)。强化阶段相比,Bopha初始强度的“桑美”的强度弱化阶段显示了相反的效果。最大风速达到40 m / s Bopha_rm, Bopha_wk 50 m / s, 55 m / s在容器和Bopha_str,分别。最终越强(弱)逮捕的初始强度,较弱(强)“桑美”的水平风是导致“桑美”的强化阶段。相反的效果所示“桑美”减弱的阶段。“桑美”敏感的垂直结构演化Bopha最初的力量也是符合“桑美”的强度如图5。

图8(一个)说明了体积水分通量计算从NCEP新兵运营全局分析数据0600 UTC 09年8月,2006年。我们计算出体积表面和100 hPa之间水分通量。水分通量(定义的两个组件14] 在哪里和分别在表面压力和100 hPa是特定的湿度,和水平风分量,重力加速度。有一个独特的“桑美”之间的水分运输通道和逮捕。强烈的水汽通量显示不对称模式在两个TC中心之间的连接线。相比之下,“桑美”之间的通道也存在和Bopha 0000 UTC 8月11日,2006(图8 (b)),雨带位于东区的线(图省略)。显然,通道内的雨带是托管的,右边的水分运输方向沿着线连接两个TC中心。这些结果表明,逮捕的外观可能强度调节“桑美”的一个重要因素。指出在徐et al。14),btc相互作用通过内部的水分和动量运输渠道。感兴趣的是,通道内的运输方向显示相反的方向在不同阶段“桑美”的进化,因为两个TCs的相对位置。水分从“桑美”运送至Bopha在强化阶段而削弱的运输方向逆转阶段。通道内的水分运输的方向变化是导致“桑美”之间的相对位置和Bopha水分来源的水分供应。明显,环境水分运输到“桑美”直接从东南流从海洋存在。“桑美”中的水分预算可以影响能源预算,导致观察到的强度波动。

我们也比较卷敏感性实验中水分通量(数字9和10)。水分传输通道的分布容器同意图8除了有点大于NCEP新兵级模拟分析。结果表明,该频道Bopha_rm几乎消失了。容器和Bopha_rm意味着Bopha的重要作用的形成的水分运输通道。一般来说,渠道的敏感性是一致的逮捕的初始强度和反映“桑美”的区别在不同阶段的发展。通道的峰值切线水分通量增加从700公斤米⁻¹年代⁻¹在Bopha_wk稍大容器,800公斤米⁻¹年代⁻¹在Bopha_str(图9在强化阶段。相比之下,最大切向通道中水分通量几乎相同在强化阶段,尽管Bopha_str是最强的,在容器之后,最弱的是在Bopha_rm(图10在“桑美”的弱化阶段)。

为了证实水分运输、FLEXPART,拉格朗日粒子色散模型,利用水蒸气粒子的跟踪轨迹基于NCEP再分析气候预报系统(CFSR) 0.5度产品(23]。模型的描述中记录本性,et al。24]。FLEXPART计算使用所谓的示踪粒子的轨迹意味着风插值的气象输入字段加上随机湍流运动代表(25]。湿对流运输,FLEXPART使用方案,伊曼纽尔和Živković-Rothman [26),由福斯特描述和测试等。27]。图11描述反向轨迹的集群粒子释放Bopha (115.5 ~ 125.5°E, 20.1 ~ 25.0°N) 1200 UTC 8月9日,2006年。最初,粒子沿逆向轨迹(图集群发展(11日))。集群出现在东(图连接“桑美”11 (b))。这种联系更明显在0600 UTC(图8月8日11 (c))。集群混合到东南流(图11 (d))。图12显示集群轨迹释放“桑美”(114.5 ~ 120.5°E, 26 ~ 33.5°N) 0000 UTC 8月13日,2006年。有两个分支的水分传输通道。类似于图分析8,其中一个是来自东南方向流。集群的其他部分被吸引回到Bopha通过渠道和最终并入逮捕。结果验证水分运输从“桑美”Bopha在强化阶段和Bopha通过英吉利海峡在弱化阶段“桑美”。

总结,我们描述的相对作用Bopha发展“桑美”示意图(图13)。一开始,东南流运输水分成“桑美”。他们吸入后分为两个分支为“桑美”:一个是吸入“桑美”,成为“桑美”实体的一部分;另一个是运输到Bopha,这会削弱“桑美”在西区,增强“桑美”的不对称性,因此削弱了“桑美”。没有逮捕,深层都留在“桑美”,进一步加强“桑美”敏感性实验清单。方法足够接近时,逮捕和“桑美”开始旋转cyclonically中点之间的连接线两个TC中心通过BTC交互过程。旋转变化环境中的相对位置循环。水分运输通过通道的方向是相反的,因为水分的供应来源。在这个阶段,Bopha也从东南流接收水分,然后传输水分成“桑美”。因此,Bopha可以在后期加强“桑美”。

4所示。结论和讨论

超级台风“桑美”和热带风暴Bopha之间的关系被认为是BTC交互。Bopha的影响可能发挥重要作用在维持和强化“桑美”的强度。我们使用中尺度数值模型特别设计为目的的飓风研究和预测,HWRF,量化的影响Bopha模拟“桑美”。一个控制和三个敏感性实验设计是在这项研究中通过人工修改Bopha强度初始条件HWRF涡旋初始化应用程序。

发现容器生产的轨道Bohpa JTWC符合最好的跟踪估计在第一次向南30小时,一般偏差在最后60 h模拟。模拟“桑美”跟踪JTWC几乎一样的最佳跟踪期望的轻微高估36 h后翻译速度。详细的强度变化,尽管有一些差异HWRF模拟相当不错的强度在快速强化阶段,持续阶段,以及疲软的阶段,尤其是强度的时间变化,这是一个最困难的预测问题。详细的验证强度并不是这项研究的重点,因为最好的跟踪估计不足。模拟容器进一步揭示了BTC交互过程。JTWC之间的差异在最好的跟踪和CMA的出现主要是因为不同的最大持续风力预计。JTWC最佳跟踪使用1分钟的持续10米最大风力在CMA估计两分钟平均风速10米。更加复杂的问题是估计持续或平均最大风力在海洋表面没有观察。这个问题超出了讨论在这个研究。

详细分析灵敏度的实验表明,Bopha独特的影响“桑美”在其发展的不同阶段。“桑美”是加强(减弱)和偏离向北当Bopha初始强度增加(削弱)在弱化阶段而“桑美”保持不变的轨道和强度降低(增加)当Bopha最初的强度增加(削弱)在强化阶段。也表明,方向改变水分传输通道内的水分运输,链接Bopha和“桑美”,BTC相互作用过程的关键因素。这个方向变化的不同阶段执行相反的作用强度“桑美”的演变。一般来说,增加Bopha的强度往往会产生更强的水分运输通道内。从“桑美”更多的水分运输Bopha从而产生更多的不对称结构,削弱了“桑美”强度加剧和扭转在弱化阶段。

先前的研究已经表明,水分环境是一个关键因素的强化TCs (28,29日]。在HWRF涡旋初始化是一个动态调整的过程。所有模型预后变量如风力、温度、湿度、压力和相应的平衡是根据观察TC强度的初始时间。因此,初始条件的差异会导致不同的肆虐环境/ storm-storm交互。当Bopha“桑美”是足够近的距离,水分传输通道是因此之间形成两个TCs。强度和方向的水分传输通过通道被逮捕的初始强度调制在这些敏感性测试。它们之间的相对位置也可以不断改变当他们相互旋转,因为Fujiwhara效果。水分运输远离“桑美”Bopha在强化阶段,同时削弱的运输方向逆转阶段。值得注意的是,“桑美”强度可以增强/被额外的水分运输从/到Bopha重叠在东南环境流从大海。简而言之,逮捕的强度会影响水分交换传输通道内的力量,当然也改变了水分预算,导致“桑美”的强度波动。 The mutual rotation of Bopha and Saomai can change the relative position of them, therefore, eventually changing the strength and direction of moisture exchange within transport channel, which changes effects on the intensities of Saomai.

我们进一步确认之前的结论通过跟踪一群水蒸气粒子的轨迹基于FLEXPART模型。结果表明,集群被从“桑美”Bopha在强化阶段和Bopha在削弱“桑美”阶段。轨迹分析还显示了“桑美”第二个水分传输通道保持强度。

Bopha“桑美”的发展中起着重要的作用,尤其是对维护的强度“桑美”从Bopha登陆前通过吸入水分。本研究体现BTC交互过程应该考虑TC强度预测当一个TC接近另一个和BTC的临界距离交互。

确认

Hongxiong徐是当前博士学位学生的南京大学信息科学和技术。Hongxiong徐和Xiangde徐的研究共同支持的中国国家重点基础研究和开发项目(973项目)在2009年格兰特cb421504和中国国家自然科学基金(通用项目)拨款41075037。左学金张由NOAA的飓风预测改进计划(批准号NA12NWS4680007)。作者承认价值由两个匿名评论者的评论和Sim Aberson博士博士和罗伯特·黑华陈从AOML / HRD。HWRF系统从发展试验台下载中心(DTC),由美国国家海洋和大气管理局,AFWA, NSF。