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台风的结构、形成和路径


台风源地与频数
11%
3% 10% 36% 16%
10%
3%
11%
无台风
图9.1 1971-2001年全球热带气旋间的生成位置(Emanuel,2008)
源自于热带深处的风暴,一开始总是往西移动,在行经一段距离后再 往极地移动,这种现象在南半球尤其明显
图9.2a 十年间的热带气旋路径(北半球:1992至2000年);9.2b 1851-2006年热带气旋路 径与强度 (Emanuel,2008;NASA)
以后突然减速,并在眼壁中上升。许多风暴的综合分析和飞观测都表明,超
梯度风是存在的。
眼壁的中尺度结构
图9.8 1980年8月5日Allen飓风眼壁周围云、降水、最大风速环、径向—垂直气流位置的概 略剖面图,较黑的阴影区为最大经向和垂直速度区
眼壁的中尺度结构主要特征有(图9.8):
高等天气学讲座(2019年春季)
单元三:热带大气环流和天气系统
第九讲
台风的结构、形成和路径
丁一汇 柳艳菊 国家气候中心
主要内容
9.1 热带气旋研究和业务预报的进展 9.2 台风的结构 9.3 台风形成的条件和物理过程 9.4 台风形成的理论和发生发展概念模型
9.5 台风的能量学
9.6 台风的路径预报 9.7 气候变暖与台风活动的关系
v gr u 2 / 2 u v2 1 zr w (fv ) (fv gr ) FHr r z r r z
2
为在低层眼内有水平辐散,必须使上式右边为正。因为此区中u(径向风)和w (垂直速度)很小,可忽略
w u z
项; 如不考虑摩擦作用,则
u 2 / 2 r
台风中次级环流圈
可以看到,在台风中有两个次级环流圈:一个是从眼壁上升,在高空向内流入, 并在眼中下沉,最后又在眼中由低层流出(反环流圈);另一个由眼壁上升的空气 在高层向外流出,在外区下沉,以后在低层流入台风眼壁(正环流圈)。
内 眼 壁 雨 柱
外 眼 壁
强 迫 下 沉
图9.6a 热带气旋内区次级环流和降水分布概略图
台风的流场特性
1、台风内低空风场的水平结构:
外围风力可达15米/秒,向内风速急增。 台风涡旋区(眼墙):亦称台风中圈,是围绕台风分布着的一条最大风速带, 宽度平均为10-20公里。是台风破坏力最猛烈、最集中的区域。 台风眼区:亦称台风内圈。在此圈内,风速迅速减小或静风。台风眼的平均直 径为45km左右,眼区内风弱、干暖、少云。眼是热带气旋区别于温带气旋的主 要特征之一。
(5)气候变化对热带气旋数和强度影响研究。目前的研究 表明:随着气候变暖,1-3级全球热带气旋数减少一些, 4-5级强台风数增加。但有不同看法,认为由于资料不 足,可能反映了年代际的自然变化(图9.1-9.3)。
台风概述
• 定义:发生在热带或副热带海洋上空具有暖中心结构的强 烈气旋性涡旋,总伴有狂风暴雨,常给受影响地区 造成严重灾害。 • 水平尺度:大的直径在1000Km以上(最外围的闭合等压 线),小的直径只有200-300Km • 垂直尺度:气旋性环流一般都可伸展到300-100hPa(916Km)。
9.1 热带气旋研究和业务预报的进展
(1)由于卫星探测,计算机技术和其他观测技术的进展以 及外场观测试验的实施,对于热带气旋的结构和强度变 化有了更深入的认识,这包括环境影响、强对流系统作 用与海气边界层交换等方面。环境影响包括风速垂直切 变、中纬度长波槽以及热带气旋与中纬度环流系统相互 作用、台风变性成温带气旋等。对流运动往往引起台风 的非对称结构,从而对结构和强度变化产生影响。 (2)继续改进台风生成和路径的中短期数值预报,目前24小时 路径预报误差已经接近70-80公里。另外,通过热带气旋 发生频率与ENSO,QBO,MJO,非洲东风波和西非降雨等关 系的研究,提出了热带气旋的季节预报方法,并进行试验 性的预报。
台风的温度场特性
台风的云系特性 台风中的次级环流
台风的气压场特性
图 9.4 (a) 1956年8月1日的5612号台风Wanda(引自北京大学)
台风是一个深厚的低气压,中心气压很低。台风周围等压线密集,气压水平梯度 大。垂直方向气压梯度随高度减小,到一定高度转为高压,但低压范围可直到平流层 底部。 台风区空间等压面呈漏斗状分布,台风是暖性系统,从静力学观点考虑,低压环 流应随高度减弱,但因低层涡旋太深了,所以低压环流厚度仍可达300-200hPa 。
完全
取决于右边第二、三项。如果风是超梯度的 (v vgr ) ,则在眼区产生正的水 平辐散,这种缓慢的向外径向流动就造成了下沉运动。超梯度风是涡旋在眼壁 内把角动量向内水平输送的结果。也就是说,眼和眼壁边界外很强的水平风切 变可产生很强的湍流混合并把动量输送到眼中,其结果使空气产生从眼区到眼 壁的平均向外加速运动。从质量守恒要求,则在眼中产生补偿的下沉运动。同 时,超梯度风的存在也能阻止摩擦强迫的边界层辐合。边界层空气伸透入内部,
(Willoughby,1998)
图9.6b 台风眼区周围的环流示意图
图9.7成熟的台风中次级环流的示意图。空气在边界层(区域4 )实际上是呈螺旋状进 入眼中(区域5 )。以后沿常M面在眼壁云中(区域1)上升,以后在外区 (区域2和3) 缓慢下沉并干燥化(Emanuel, 1988)
台风眼是台风最显著的特征之一,在眼区中心,气压最低。台风眼的平均直 径为45km左右,最小的为10~20公里,大的可达100~150km。台风眼区的温度比 周围暖得多,可达10几度,台风眼对于造成台风中极低的气压和极强的风速是非 常重要的。眼中的最低气压与高空下沉的空气和压缩增温有关,而高空下沉又是 由对流层下层的水平辐散和对流层上部的水平辐合造成。在稳定的轴对称模式中, 径向风方程可用梯度切向风写成:
目前发生频率季节预报使用统计方法、动力模式或两者结 合的方法,但动力模式必需用海气耦合模式。另一个新的问题 是在全球气候变暖背景下,热带气旋的发生频率、强度和路径 趋势将会如何变,目前尚无肯定的结果。
(3)更加重视台风的变性(ET)(Extratropical Transition)与登陆的研究。在ET和台风登陆过程中要 研究的新问题是能量获得、垂直切变的增大、冷空气侵 入和锋生、中低纬间环流的相互作用等。 (4)利用卫星和雷达等资料的同化技术应用也有明显的进展。 在热带气旋形成与运动的理论方面并没有新的明显突破。 关于热带气旋强度与结构变化的预报也缺乏有效的方法。 本节只着重讨论台风的结构和形成问题。
南京信息工程大学 大气科学系
台风源地与频数
就全球来说每年发生80个台风(包括热带风暴),其中北半球的 台风(占全球总数的73%)明显多于南半球(占27%),而且无论北 半球南半球,台风大多数发生在大洋的西部。绝大部分台风出现在南 北纬5°-20°8个海区。南大西洋和东南太平洋则极少有台风生成, 赤道上也没有台风生成。 1、西北太平洋(包括南海)36% ; 2、孟加拉湾10%; 3、阿拉伯海3%; 4、西北大西洋11%; 5、东北太平洋16%; 6、西南太平洋11%; 7、东印度洋3%; 8、西南印度洋10%。
图9.3a 1949-2016年西北太平洋和南海生成及登陆中国台风个数
(NCC, 2017)
图9.3b 1949-2016年登陆中国台风平均最大风速变化(NCC, 2017)
台风分类
2006年5月15日起,我国实施的国家标准《热带气旋等级》,依据其中 心附近最大风力分为: 热带低压(Tropical depression),最大风速6-7 级,(10.8-17.1 m/s); 热带风暴(Tropical storm),最大风速8-9 级,(17.2-24.4m/s); 强热带风暴 (Severe tropical storm),最大风速10-11 级,(24.5-32.6m/s); 台风或飓风(Typhoon),最大风速12 -13级,(32.7m/s-41.4m/s); 强台风(severe typhoon),最大风速14 -15级(41.5m/s-50.9m/s); 超强台风(Super Typhoon),最大风速≥16级(≥51.0m/s)。
切向风
温度
湿度
垂直运动
图9.5 台风的综合结构。(a)西太平洋径向风剖面(m•s-1);虚线:流入;实线:流出; (b)台风切向风剖面(m•s-1);实线:气旋性;虚线:反气旋性;(c)稳态台风的温度距 平(℃);(d)台风的相对湿度剖面;(e)台风垂直运动剖面(hPa•d-1)
台风的云系特性
台风眼区外围的一个圆环状的云区称云墙或眼壁。 云墙宽度一般为20-30Km,云高一般可达15Km,上升速度可达5- 13m/s,最强降水及破坏性最大的风都发生在这里,但很少出现强烈的乱 流和雷暴现象。外侧云带宽窄不一,可由十多公里到数百公里,分布疏密 不一,都是由对流云群组成的,发展着的台风常拖有很长的尾巴,其实际 上也即是水汽输送带。 1.外螺旋云带:由层积云或浓积云组成,以较小角度旋向台风内部。云带常 常被高空风吹散成“飞云”。 2.内螺旋云带:由数条积雨云或浓积云组成,直接卷入台风内部,并有降水 形成。 3.云墙:由高耸的积雨云组成的围绕台风中心的同心圆状云带。云顶高度可达 12km以上,好似一堵高耸云墙,形成狂风、暴雨等恶劣天气。 4.眼区:气流下沉,晴朗无云天气。如果低层水汽充沛,逆温层以下也可能产 生一些层积云和积云,但垂直发展不盛、云隙较多、一般无降水。
西北太平洋 南印度洋 东北太平洋 北大西洋
4月 10月 5月 6月
翌年1月 翌年5月 11月 11月
西南太平洋
北印度洋
10月
4月
翌年5月
12月
10.6
5.4
4.8
2.2
1.9
0.4
注:北印度洋由于夏季垂直风切变大,冬季水汽不足,热带气旋的黄金季节为4~5月 和10~11月
9.2 台风的结构特性
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