第十讲台风的结构和发生发展ppt-第十讲台风的结构和发

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十讲 台风的结构和发生发展,丁一汇,国家气候中心,高等天气学系列讲座,单元三：热带大气环流和天气系统,10.1,热,热带气旋研,究,究和业务预,报,报的进展,（1）由于,卫,卫星探测，,计,计算机技术,和,和其他观测,技,技术的进展,以,以及外场观,测,测试验的实,施,施，对于热,带,带气旋的结,构,构和强度变,化,化有了更深,入,入的认识，,这,这包括环境,影,影响、强对,流,流系统作用,与,与海气边界,层,层交换等方,面,面。环境影,响,响包括风速,垂,垂直切变、,中,中纬度长波,槽,槽以及热带,气,气旋与中纬,度,度环流系统,相,相互作用、,台,台风变性成,温,温带气旋等,。,。对流运动,往,往往引起台,风,风的非对称,结,结构，从而,对,对结构和强,度,度变化产生,影,影响。,（2）通过,热,热带气旋发,生,生频率与ENSO，QBO，MJO，非洲东,风,风波和西非,降,降雨等关系,的,的研究，提,出,出了热带气,旋,旋的季节预,报,报方法，并,进,进行试验性,的,的预报。,目前发生频,率,率季节预报,使,使用统计方,法,法、动力模,式,式或两者结,合,合的方法，,但,但动力模式,必,必需用海气,耦,耦合模式。,另,另一个新的,问,问题是在全,球,球气候变暖,背,背景下，热,带,带气旋的发,生,生频率、强,度,度和路径趋,势,势将会如何,变,变，目前尚,无,无肯定的结,果,果。,（3）更加,重,重视台风的,变,变性（ET,）,）（ExtratropicalTransition）与登陆,的,的研究。在ET和台风,登,登陆过程中,要,要研究的新,问,问题是能量,获,获得、垂直,切,切变的增大,、,、冷空气侵,入,入和锋生、,中,中低纬度间,环,环流的相互,作,作用等。,（4）利用,卫,卫星和雷达,等,等资料的同,化,化技术应用,也,也有明显的,进,进展。但是,根,根据陈联寿,，,，在热带气,旋,旋形成与运,动,动的理论方,面,面并没有新,的,的突破。关,于,于热带气旋,强,强度与结构,变,变化的预报,也,也缺乏有效,的,的方法。本,节,节只着重讨,论,论台风的结,构,构和形成问,题,题。,10.2,台,台风的结构,最后给出垂,直,直运动的分,布,布（图10.1e）。,在,在半径400公里以内,，,，平均垂直,运,运动是上升,的,的，外部的,垂,垂直运动的,分,分布较复杂,，,，一般为弱,下,下沉运动和,上,上升运动相,间,间分布。台,风,风中的螺旋,云,云带也是台,风,风结构中的,重,重要特征之,一,一。螺旋云,带,带具有明显,的,的气压场扰,动,动、风场切,变,变和温度特,征,征。它的演,变,变对于台风,的,的形成和维,持,持也具有重,要,要的作用。,至,至于这种螺,旋,旋云带形成,的,的原因还值,得,得进一步研,究,究。,图10.1,台,台风的综,合,合结构。(a)西太平,洋,洋经向风剖,面,面（ms,-1,）；虚线：,流,流入；实线,：,：流出；(b)台风切,向,向风剖面（ms,-1,）；实线：,气,气旋性；虚,线,线：反气旋,性,性；(c),稳,稳态台风的,温,温度距平（,）；(d)台风的相,对,对湿度剖面,；,；(e)台,风,风垂直运动,剖,剖面（hPad,-1,）,图10.2,是,是眼区周围,的,的环流示意,图,图。主要显,示,示出眼与眼,壁,壁间质量、,动,动量、焓和,水,水汽输送的,平,平流和乱流,经,经向交换方,向,向。可以看,到,到，在台风,中,中有两个次,级,级环流圈：,一,一个是从眼,壁,壁上升，在,高,高空向内流,入,入，并在眼,中,中下沉，最,后,后又在眼中,由,由低层流出,。,。这是一个,反,反环流圈；,另,另一个由眼,壁,壁上升的空,气,气在高层向,外,外流出，在,外,外区下沉，,以,以后在低层,流,流入台风眼,壁,壁。这是一,个,个正环流圈,。,。,图10.2,台,台风眼区,周,周围的环流,示,示意图,台风眼外围,的,的环状云雨,区,区叫台风的,云,云墙或眼壁,。,。这里有强,烈,烈的上升运,动,动，曾观测,到,到513ms,-1,的上升气流,。,。云墙区的,宽,宽度一般有2030km。主要,由,由一些高大,的,的积雨云组,成,成。云墙及,其,其临近常常,是,是台风风雨,最,最激烈的地,方,方。,眼壁的中尺,度,度结构主要,特,特征有：,（1）经向,流,流入限于1.5km以,下,下，速度向,内,内增加。在500米高,度,度观测到-25 ms,-1,的经向风。,因,因而可能最,强,强的流入是,位,位于地面层,之,之上；（2,）,）流入的空,气,气在减速之,前,前流过最强,的,的眼壁降水,区,区。所产生,的,的辐合造成,了,了最强降水,区,区之内的垂,直,直运动；,（3）最大,垂,垂直运动在500hPa以上位于,风,风最大值内,几,几公里。通,过,过较高动量,空,空气的垂直,输,输送，这些,上,上升气流可,增,增加风最大,值,值之内的风,速,速，以此使,对,对称眼壁缩,小,小。眼壁区,的,的上升运动,为,为56ms,-1,，积云尺度,上,上的上升气,流,流位于此上,升,升气流区，,也,也大致为5,6 ms,-1,。这种高度,有,有组织的眼,壁,壁尺度上升,气,气流可能由,气,气流的速度,旋,旋转造成的,；,；,（4）眼壁,在,在大约6小,时,时时间尺度,内,内保持梯度,风,风和热成风,平,平衡；,（5）雷达,反,反射率最大,值,值区的坡度,向,向外倾斜，,它,它比上升气,流,流的坡度小,得,得多。这种,差,差别是因为,雨,雨滴落出上,升,升气流，掉,在,在比低空上,升,升气流离中,心,心更远的地,方,方。这时降,水,水质点是在,几,几乎没有径,向,向运动的气,层,层中下落，,直,直到最后落,入,入低层的流,入,入层；（6,）,）由眼壁上,升,升气流激起,的,的下沉运动,，,，在沿眼壁,内,内边缘宽1020km的半径带,区,区，而不是,在,在眼中心组,织,织起来。,图10.31980,年,年8月5日Allen,飓,飓风眼壁周,围,围云、降水,、,、最大风速,环,环、经向,垂,垂直气流位,置,置的概略剖,面,面图，较黑,的,的阴影区为,最,最大经向和,垂,垂直速度区,个别台风的,分,分布特征与,上,上述综合台,风,风有时有明,显,显的差异。,根,根据太平洋,台,台风结构的,个,个例分析，,常,常常有显著,的,的不对称性,，,，这反映了,大,大尺度环流,系,系统（如副,热,热带高压和,赤,赤道辐合带,）,）对台风结,构,构的影响以,及,及台风发展,的,的不同阶段,，,，早期台风,的,的结构经常,是,是不对称的,，,，到成熟期,则,则表现为明,显,显的园对称,结,结构。,成熟期台风,温,温度和湿度,场,场特征是：,在,在对流层下,部,部是冷湿的,，,，对流层中,上,上部是暖湿,的,的，到平流,层,层下部是冷,干,干的。这种,温,温湿结构主,要,要与深厚积,云,云对流的作,用,用有关。,10.3,台,台风形成的,条,条件和物理,过,过程,台风的形成,包,包括台风的,发,发生和发展,或,或加强。台,风,风的发生是,指,指一个弱的,未,未闭合的扰,动,动（涡度为1015,10,-6,s,-1,）如何发展,成,成一个闭合,的,的较深厚的,热,热带气旋（,涡,涡度为50,10010,-6,s,-1,），而台风,的,的发展是指,以,以后如何增,强,强成台风。,关,关于台风形,成,成的问题主,要,要有两个方,面,面的问题：,一,一是台风形,成,成的条件，,一,一是台风形,成,成的物理过,程,程。对这两,个,个问题虽然,研,研究得很多,，,，但至今还,没,没有完全一,致,致的看法。,台,台风从本质,上,上看是出现,在,在热带海洋,上,上一种天气,尺,尺度的有组,织,织的对流系,统,统。要使得,对,对流活动不,断,断发生，低,层,层要有暖湿,空,空气、位势,不,不稳定的层,结,结和低空辐,合,合或上升运,动,动。因而台,风,风只能形成,在,在暖洋面及,低,低层正涡度,的,的辐合区。,从气候观点,看,看，下面一,些,些参数与台,风,风形成有关,：,：（1）海,面,面温度和暖,水,水层厚度。,很,很早以来就,已,已经知道26.5的,海,海面温度是,台,台风形成的,临,临界温度；,（,（2）,对,对流不稳定,。,。因为深对,流,流对于成熟,台,台风是非常,重,重要的，因,而,而应有强的,对,对流不稳定,。,。但是热带,大,大气无论冬,夏,夏都是条件,不,不稳定的。,（3）对流,层,层中层相对,湿,湿度高有利,于,于台风形成,。,。因为相对,湿,湿度低时，,对,对流将受到,中,中层干空气,的,的侵蚀而减,弱,弱，同时气,柱,柱内总水汽,的,的辐合量（,因,因而也是总,潜,潜热释放量,）,）减少；,（4）低层绝对,涡,涡度。这与低层,相,相对涡度有关。,观,观测表明，相对,涡,涡度的变化与台,风,风发展之间有明,显,显的相关，这个,参,参数是与台风加,强,强相关最好的一,些,些参数之一。,（5）水平风的,垂,垂直切变。弱垂,直,直切变有利于台,风,风的发展，因为,在,在这种“不通风,的,的”条件下相对,于,于移动扰动的温,湿,湿平流很小，整,个,个扰动的温度和,湿,湿度可以显著增,加,加，大大超过环,境,境值；,（6）高空辐散,场,场。当高空存在,着,着辐散场时有利,于,于台风加强，这,已,已为许多观测事,实,实所证明。但台,风,风的高空辐散场,也,也可以是台风发,展,展的结果，因为,扰,扰动初始发展和,高,高空增暖可使大,尺,尺度环境形成一,种,种辐散流场，因,而,而不能把这个因,子,子简单地与台风,形,形成联系起来。,台风的形成在一,个,个台风季节中是,不,不均匀发生的，,而,而常常表现为在,时,时间上和空间上,有,有密集的现象，,即,即一段时间或一,个,个地区很多，而,在,在另一段时间或,地,地区很少发生。,在,在活跃期产生的,台,台风可达一般情,况,况下的26倍,之,之多。这种活跃,和,和不活跃期的交,替,替现象其时间尺,度,度为几周左右。,人,人们认为这种台,风,风频数的变率与,热,热带大气环流或,中,中低纬相互作用,的,的中期过程有密,切,切关系，这是值,得,得进一步研究的,。,。除了这种变率,以,以外，台风的形,成,成还有年际变率,。,。台风的年际变,率,率可达30,。,。,许多人研究了这,种,种年际变率的原,因,因，发现这不仅,与,与热带大气环流,本,本身的年际变化,（,（如季风强弱，,副,副高位置，赤道,槽,槽位置，TUTT位置等）有关,，,，而且与中高纬,行,行星尺度环流，,尤,尤其是一些长波,的,的分布有密切关,系,系。例如多台风,年,年常与纬向风的,向,向北移动有关，,同,同样伴随着西风,带,带收缩，极地涡,旋,旋减弱等，海温,，,，尤其是ENSO事件与台风频,数,数的年际变化也,有,有一定关系。在El Nio,年,年，一般西太平,洋,洋台风偏少，大,西,西洋飓风也偏少,。,。,根据最近王斌与,陈,陈忠良（2002）研究，发现,热,热带气旋活动与ENSO的关系,强,强烈地取决于ENSO事件的强,度,度，即强ElNino与LaNina事件,有,有明显影响，而,中,中等暖（或冷）,事,事件，没有表现,确,确定的影响。他,们,们得到在西太平,洋,洋与ENSO事,件,件关系最密切的,两,两个地区是东南,（,（5-17,N，140-180,E）和西北象限,（,（17-30,N，120-140,E）（图10.4）。在东南象,限,限，5个最暖的,年,年有31个热带,气,气旋形成，而6,个,个最冷年只有2,个,个热带气旋形成,。,。在西北象限，,情,情况正好相反，28个热带气旋,形,形成在冷事件年,，,，而只有7个形,成,成于暖事件年。,此,此外暖事件年的,台,台风生命期更长,，,，路径也显著不,同,同，如E