文摘

在这项研究中,表面空气温度的影响(坐)和海表面温度(SST)变化对台风降水最大化进行了分析。基于数值再现台风Maemi,本研究试图最大化typhoon-induced降雨量增加大气中的饱和水蒸气的量和水蒸气进入台风。使用天气研究和预测(WRF)模型,这是一个地区的气候模型(rcm)的降雨模拟WRF不同大小而增加SAT和SST模型的初始条件和边界条件进行了分析。结果模拟台风降雨的空间分布的总雨量在陆地上由于增加SAT和SST显示各种没有显示一个特定的模式。这是由于朝鲜半岛的地理位置,这是一个大陆和海洋之间的半岛。换句话说,在一定条件下,台风可能下降的大部分降雨的南部海洋半岛半岛着陆之前。例如,持续时间长达最大降水(MP)在釜山大都会城市472.1毫米时对海温上升了2.0°C。然而,当对海温上升了4.0°C,议员被发现395.3毫米,尽管海面温度的进一步提高。这表明议员在特定区域和温度的增加没有一个线性关系。因此,为了最大化台风降雨,有必要重复数值实验的各种条件和搜索的结合增加SAT和海温是最适合目标台风。

1。介绍

可能最大降水(PMP)被定义为可能发生的最大降水量身体为一个特定的时间在一个特定的区域(1,2]。最广泛应用的方法估算PMP是水文气象方法,统计认为物理与降雨量等气象观测变量的关系,露点,风速基于长期观察天气数据(3]。然而,这PMP计算方法有一个问题,它在很大程度上依赖于观测数据(4]。也报道,气象变量之间的物理关系应用于PMP估计可能不充分反映的过程非常复杂的大气和降水5]。

为了克服PMP估算方法的局限性,研究估算使用区域气候模型的PMP (RCM)最近进行的。特别是,Ohara et al。6和石田等。7- - - - - -9)提出了一个方法最大化降雨发生在过去的链接气候变量的空间变化,最大限度地提高相对湿度(RH),和增加表面空气温度(坐)使用第五代宾夕法尼亚州立大学/ NCAR中尺度模式(MM5)。在韩国,研究已经进行了估计PMP通过控制使用天气气候变量的研究和预报台风黑鹿(WRF)模型(10]。所有这些研究普遍应用的方法最大化的降雨通过改变气象参数模型的初始和边界条件后数值再现过去的降雨。因为使用RCM,大气的复杂的过程可以考虑,以及观测数据的依赖现有的PMP估计方法相比相对较低(9]。

由于全球变暖,坐正在增加,海表面温度(SST)也增加(11]。特别是,它是观察到的强度台风走强是由于西太平洋海温附近的崛起。此外,自从在印度洋和太平洋暖池扩大,对海温的台风路径接近东亚和东南亚越来越多,台风的强度增加,最大达到位置的台风也在不断上升12]。也报道说,朝鲜半岛周围风场的增加(尤其是在夏季)影响的强度台风登陆中国,台湾,日本,韩国,菲律宾13]。如果坐着SST的增加持续由于气候变化,在西太平洋台风生成的强度也会逐渐增加(14- - - - - -17]。

事实上,台风黑鹿、Maemi Chaba,朝鲜半岛也有一个很大的影响在过去,遭受了巨大的损失,因为、异常高海温造成台风登陆朝鲜半岛同时保持强大的力量。自热容的增加周围的海洋由于全球变暖,风场的崛起可能会增加能源供应的台风,登陆超级台风的潜在风险在朝鲜半岛正逐渐增加,(18]。

本研究试图最大化的降雨利用WRF物理PMP估计。这项研究是基于Maemi,进行台风复制由崔et al。19通过改善初始条件和边界条件。在WRF的初始条件和边界条件,本研究试图最大化台风降雨通过调整坐,风场和RH。台风降雨坐和SST的敏感性增加模拟各坐台风,风场条件也进行了分析。

2。材料和方法

2.1。台风和模型建设目标

台风Maemi 2003年9月是台风登陆朝鲜半岛,保持其最大强度台风的生命周期期间,与大多数台风影响朝鲜半岛。大雨和强风生成记录,因为台风Maemi登陆朝鲜半岛与海洋能源的稳定供应由于异常高。特别是,尽管朝鲜半岛受到影响相对较短的一段时间,总100∼450毫米的雨量记录在朝鲜半岛的东南部。因此,大多数的韩国已经宣布作为一种特殊的灾区,导致131人死亡和失踪人员和一个巨大的财产损失约4.2万亿韩元(20.]。

崔et al。19]数值再现Maemi台风降雨通过改进的初始条件和边界条件通过观察数据同化并使用WRF台风初始化技术。本研究试图最大化由台风降雨在陆地上基于台风Maemi重现。WRF三个域组成的考虑台风的登陆方向和主要降雨的位置。每个域的水平分辨率设置为27公里,9公里,分别和3公里。此外,实物期权的组合优化,崔et al。19)是应用于本研究。模型的细节如表所示1。图1显示了由崔总降水的空间分布深度复制et al。19)和空间平均降雨时间序列在朝鲜半岛的东南部。

2.2。台风降雨最大化

台风一般朝鲜半岛的土地,在西太平洋提供能源,向北扩张。这时,起着重要的作用在提高高海温台风降雨增加水蒸气的数量提供给台风。此外,高坐在影响大气中饱和水蒸气的增加。换句话说,如果饱和水蒸气的量在大气中增加的高坐,和大量的水蒸气引入台风由于高海温,大量的降雨可能会发生。

因此,本研究试图最大化台风降雨增加坐、风场和RH气候变量与降雨密切相关。坐会增加大气中的饱和水蒸气的数量,海温会增加水蒸气的数量提供给台风,而且高RH降雨产生的数量将会增加。特别是考虑到增加SAT和SST由于全球变暖中扮演着重要的角色在加强台风的力量,SAT和SST的增加将对极端降水的估计有一个很大的影响在未来考虑气候变化。

为了最大化台风,SAT和海温的初始条件和边界条件WRF增加(见图2(一个))。然而,由于这两个变量并不足以产生PMP,降雨的物理上限,RH的进入台风域的边界条件(参见图3设置为100%2 (b))。供参考,由于几个数值实验,在四面的RH边界条件设置为100%,台风的水蒸气饱和早期和大部分的降雨发生在台风登陆前的东海的半岛。这导致降雨量很少在陆地上。为了防止这种仿真结果,RH的南域3的边界条件改变为一个特定的时间,如表所示2,考虑到台风路线和位置。

图3本研究显示了程序中执行最大化降雨量Maemi台风造成的。首先,增加坐和海温的每个域的初始条件和边界条件,模拟域1和域2。的皇家的南边界条件相对应的网格域3在模拟域2修改为100%。ndown方法被用来创建一个新的域3修改域边界条件2的结果。ndown方法,建在WRF模式,是一个函数用于单向嵌套,通常为finer-grid分辨率生成域边界条件较低运行使用粗网格分辨率的结果(域)上运行。在这项研究中,域的边界条件文件3与RH ndown获得的100%的南边界的方法。对于ndown的更详细的描述方法,参见[21]。作为参考,用MATLAB对SAT和海温的初始和边界条件的RH域2的结果。

2.3。敏感性分析和最大降水估计

为了检查增加SAT和海温的影响最大化的台风降雨,数值实验是由不同的SAT和海温增量(见图4)。数值试验包括100组合,坐和SST增加0.5°C从0°C到4.5°C,分别与RH设定在100%,如表所示2。从这些数值实验的结果,增加坐和海温的影响总降雨量和降雨的空间分布进行了分析。

事实上,辛格和哦22]印度洋的月度平均SST增加了0.6°C的影响在他们的研究中,调查了印度洋海温异常的年际变化对印度夏季风降水。然而,本研究关注最大化的台风降雨引起的一个特定的事件,而不是在整个夏季降雨量,和目标区域也是一个相对较小的地区组成的海洋和陆地在朝鲜半岛。因此,它是必要的,以反映可能出现暂时的极端变化范围,不增加平均SST增加范围。作为参考,石田et al。9)改变了坐从0.0°C到8.0°C最大化降水降水事件在美国加州北部的河分水岭。SAT考试范围在这项研究中关于成立石田et al。9]。海温也设置的范围增加0.0°C到4.5°C。2018年,对海温东、黄海的朝鲜半岛暂时上升了2.0°C到4.0°C由于极端热浪事件(23]。

最后,提出了台风降雨最大化过程应用于最大化Maemi台风降雨事件,然后,最大化雨量计算每个时间釜山大都市的朝鲜半岛东南部(见图5)。最大化雨量预计在本研究中被定义为最大降水(MP)区别PMP估计水文气象方法。国会议员和PMP估计由李等水文气象方法报道。3)进行了比较。

3所示。结果与讨论

3.1。总雨量的敏感性

估计议员之前,增加坐的影响,风场,RH台风降雨进行了探讨。如图6,总雨量的敏感性发生在整个域3和总雨量的敏感性发生在域的土地面积3进行分析。

在图6,从繁殖的结果的比较与增加的结果仅在RH(坐+ 0.0°C和SST + 0.0°C),可以发现,在整个域3日降雨量或土地增加而增加RH。因此,可以看出,RH中发挥着重要作用最大化降雨量由台风引起的。然而,SAT和海温的影响最大化的降雨引起的台风已经有些复杂。

降雨的数量在整个域3显示了越来越模式坐或SST增加(见图6(一))。随着SAT增加同样的风场,降雨也增加。随着对海温增加同样的坐,降雨也增加。

另一方面,降雨在陆地上没有显示与海温增加SAT或一致的关系。如图6 (b),虽然SAT或SST增加,降雨减少的数量。例如,如果对海温增加从0°C到2.5°C而坐固定在4.0°C(坐+ 4.0°C)增加,降雨逐渐增加。然而,如果对海温进一步增加,降雨减少反向。同时,可以看出,降水的敏感性的增加坐很难找到一个明确的模式。

3.2。敏感性的空间分布

节中描述3.1,总雨量的空间分布研究,以探讨降雨减少的原因尽管SAT或SST的增加。图7显示所有组合的一些模拟坐和海温上升。类似于观测数据(参见图1(一)),它是观察到大降雨发生在朝鲜半岛的东南部以及台风的路径。

同时,随着SAT和SST的增加,总雨量增加。坐在相同的增加,发现总降水深度和范围的海温递增的顺序增加0.0°C(数据7(一)-7(d)), 1.5°C(数字7(e) -7(h)), 3.0°C(数字7(我)7(左)和4.5°C(数字7(m) -7每个坐在增加(p))。降雨量的增加,由于增加风场也可以通过相同的方法。

然而,总降水量的空间分布变化有点坐/ SST增加组合。特别是,它的位置可以看出,最大降雨量和降雨的数量在海里被极大地改变了这取决于坐/坐增加组合应用。比较100% RH /坐3°C的组合增加/ SST 3°C增加(见图7(k))和100% RH只有(参见图的结合7()),可以看出,土地上的降雨量大大增加了东南地区的朝鲜半岛以及降雨量的增加在海洋里。另一方面,在100% RH /坐4.5°C的组合增加(见图7(d)),大量的降雨发生在朝鲜半岛的南部海洋,和总降雨量大,但陆地上的降雨量减少。换句话说,它是发现,总雨量的空间分布变化很大程度上取决于坐在增加/ SST增加组合应用,和土地上的降雨量及其空间格局受到多少降雨发生在陆地上海洋在台风到来之前。这可能是由于基于物理RCM反映了地表与大气之间的相互作用相对准确。

3.3。降雨对釜山大都会影响点

在这项研究中,分析的效果和SST坐在一个特定区域的降雨,釜山大都市的分析,这是造成的主要危害区域台风Maemi,位于朝鲜半岛的东南部。为与PMP李等人提出的。3],议员是使用三个网格的空间平均降雨量计算域3(即。,影响面积27公里²)。此外,由于使用嵌套网格系统的仿真结果从输入数据生成由低分辨率、不适当的议员通过指定三个具体计算网格包含在釜山大都市。因此,在这项研究中,最大的模拟降雨27公里的范围²为每个组合/ SST坐在釜山市区被视为MP。图8显示了估计议员坐/海温增量组合对应不同时间(1小时和6、12和24小时)。

我们可以看到在图8,釜山大都会城市的议员不是一直坐或SST的增加成正比。坐/ SST的影响增加组合应用于议员也改变的结果取决于时间。例如,在短时间的情况下,国会议员的海温升高2.0°C(即组合。,472.1 mm for 6 hours in SST 2.0) was estimated to be larger than the MP of SST 4.0°C increase combination (i.e., 359.3 mm for 6 hours in SST 4.0), whereas in the case of long durations, the MP of SST 4.0°C increase combination (i.e., 698.5 mm for 12 hours in SST 4.0) is estimated to be larger than the MP of SST 2.0°C increase combination (i.e., 646.1 mm for 12 hours in SST 2.0). The same results were shown for duration 1 hour (Figure8(一个)(图)和24小时8 (d))。

正如上面提到的,这些原因都反映在表面和大气层的复杂的相互作用。因此,有必要探索坐/ SST的最佳组合由不同的数值试验,以评估一个特定地区的议员通过增加海温使用基于物理的rcm的坐着。

3.4。最大降水估计

从结果分析到目前为止,它已经表明,海温均匀不增加SAT或导致的生产使用rcm议员在一个特定的地区。在这项研究中,两种情况中选择产生的议员通过数值模拟:(1)SST /增量结合坐在最大的议员是模拟与(2)坐/ SST增量相结合的议员代表最接近之前报道水文气象学的PMP。此外,所选的议员被水文气象方法相比计算PMP李et al。3]。

如图9,坐3.0°C的组合增加/ SST增长了3.5°C (3.0 - -3.5 MP)产生最大的议员。3.0 - -3.5 MP组合模拟957.5毫米议员在12个小时的时间,大约是32%比PMP(726.7毫米)报道李et al。3]。然而,即使使用基于物理的RCM的议员估计,超过30%的议员的结果在PMP,这意味着可能发生的最大降水量身体上,被认为是不合理的。

因此,在这项研究中,结合多媒体播放器最相似的结果产生之前的探索。结果,这是证实坐2.5°C的组合增加/ SST增长了3.0°C (2.5 - -3.0 MP)产生议员最接近传统的多媒体播放器。2.5 - -3.0 MP组合模拟降水深度(736.5毫米)大于PMP(726.7毫米)的持续时间12个小时,但这两个值之间的差别只是约1%,所以它被认为是可以接受的。此外,国会议员2.5 - -3.0结合模拟小于约6%的议员PMP(930.9毫米)24小时的时间,但这也被认为是足够可靠考虑PMP估计的不确定性。

当议员计算使用基于物理的RCM,降雨模拟的计算时间间隔驱动模型。因此,不仅对各种时间最大雨量也总降水的时间分布深度可以获得。也就是说,不需要单独配置一个虚拟的降水时间分布。这意味着这项研究的结果可以直接作为输入数据使用降雨径流模型下的洪水泛滥地图或紧急行动计划发生重大的灾难场景。图10显示了降雨雨量计(柱状图)和雨量数持续时间(线图)可以获得结果的两个选择的组合。

4所示。结论

在这项研究中,增加坐和海温的影响台风路径(见图1(一))利用WRF总雨量分析。此外,空间平均27公里的议员²计算了釜山大都市并与PMP估计水文气象学的方法。

由于增加的影响分析和SST坐在总雨量,总降雨量应用领域并没有显示一个明确的土地面积和增加SAT和海温的关系。从身体上基于rcm反映了表面和大气之间复杂的相互作用,由台风降雨的空间分布在半岛地形变化很大,以应对环境气候条件的变化。因此,尽管坐着SST的增加,降雨的数量在减少。,即使SAT或SST大大地增加,降雨量发生在一个特定的区域不会增加。估计釜山大都市的议员的结果没有显示出海温增量关系无论坐或组合应用。例如,持续时间长达议员在釜山地区通过100坐/ SST组合计算显示广泛的雨量结果从361.7毫米(坐+ 4.0°C和SST + 1.0°C)到957.5毫米(坐+ 3.0°C和SST + 3.5°C)。然而,组合的议员坐在+ 4.0°C和SST + 4.0°C是大约720.3毫米直径小于957.5毫米(坐+ 3.0°C和SST + 3.5°C)。因此,很难产生极端降雨场景在一个特定地区海温在简单地通过增加SAT或水分最大化的方法估算多媒体播放器,当生产用rcm议员。这意味着大量的数值实验各种坐/ SST增量组合是必要的。

当台风降雨Maemi最大化利用WRF,釜山大都会城市的议员估计最高时坐3.0°C增加/ SST 3.5°C增加组合应用。另外,坐2.5°C增加/ SST 3.0°C增加组合产生最相似的议员的PMP报告文学。该方法最大化的台风降雨预计将有助于PMP估计的改进方法。自产生议员提供详细时间分布的总雨量以及总雨量为各种时间和影响的地区,他们可以直接作为输入数据的降雨径流模型应用大量的水工建筑物的设计和建立洪水泛滥的地图和紧急行动计划由大型灾害造成的。

然而,由于降雨的空间分布是深受周围的气候条件的变化,如果气象变量以外的SST /坐/ RH应用于本研究改变,有可能议员也发生了变化。因此,为了在特定区域产生极端降水方案使用基于物理的rcm,数值试验使用不同的气候变量的组合而不是无条件的需要特定的气候变量的变化。因此,未来的研究在各种气候变量影响降雨量由台风引起的,如气压、风速、坐、海温、RH,需要最大化利用rcm台风降雨。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了韩国环境产业和技术研究所(KEITI)授予由环境部(RE201901073)。