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在臺風(fēng)研究領(lǐng)域,對于臺風(fēng)結(jié)構(gòu)及與之密切相關(guān)的強度變化一直是難點和熱點問題之一。特別是在強臺風(fēng)發(fā)展過程中,大約有80%的臺風(fēng)在主眼墻外側(cè)可以產(chǎn)生閉合的外眼墻(SEF),形成所謂的臺風(fēng)雙眼墻結(jié)構(gòu)。在外眼墻階段,最大風(fēng)速半徑顯著外擴,主眼墻開始逐漸瓦解崩潰,臺風(fēng)強度受到抑制甚至減弱。伴隨著外眼墻向內(nèi)收縮,外眼墻最終替換主眼墻并組織發(fā)展,使得臺風(fēng)強度再次得到加強,完成一次眼墻替換過程(ERC)。
最近,中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員陳光華通過數(shù)值模擬考察了臺風(fēng)內(nèi)核區(qū)不同云系(對流云與層云)非絕熱過程對臺風(fēng)結(jié)構(gòu)和強度的影響,研究發(fā)現(xiàn)層云非絕熱冷卻的增加,有利于臺風(fēng)發(fā)展成雙眼墻結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果發(fā)表于近期的國際期刊《大氣科學(xué)雜志》。
為了進一步深入考察臺風(fēng)結(jié)構(gòu)和強度變化對于內(nèi)核區(qū)非絕熱冷卻的響應(yīng),陳光華在敏感實驗中將臺風(fēng)主眼墻外的內(nèi)核區(qū)非絕熱冷卻增加30%,可在內(nèi)核區(qū)低層誘發(fā)低熵空氣和輻散下沉運動,而在臺風(fēng)外核區(qū)產(chǎn)生顯著輻合及其活躍對流雨帶,這有利于內(nèi)核風(fēng)場的外擴。伴隨著內(nèi)核區(qū)地面熱通量的增加,以及有利的動力條件和邊界層結(jié)構(gòu),誘發(fā)外眼墻形成并完成一次眼墻替換過程。隨后發(fā)展的切向氣流可以驅(qū)動向外的非梯度力和邊界層上方出流,最終產(chǎn)生眼墻外傾的大眼臺風(fēng)結(jié)構(gòu)。
陳光華說:“SEF和ERC對于非絕熱冷卻位置及其強度的敏感性試驗顯示,如果將內(nèi)核區(qū)非絕熱冷卻增加20%或者徑向向內(nèi)移動10 千米,內(nèi)眼墻外并未形成顯著的下沉區(qū),沒有發(fā)生明顯的SEF和ERC過程。”
內(nèi)核區(qū)非絕熱增加40%或者徑向向外移動10 千米將使得活躍的外雨帶發(fā)生在較大半徑處,前者由于邊界層上方深層的徑向出流,使得大的外傾眼墻收縮緩慢,產(chǎn)生大眼的臺風(fēng)結(jié)構(gòu);而后者的同心外眼墻形成較晚,但強的徑向入流使得外眼墻快速收縮。以上研究結(jié)果可以為臺風(fēng)模式積云和微物理參數(shù)化在模擬誤差方面的改進提供科學(xué)指導(dǎo)。
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