台风内核与外
围能量发展的物理因子
郑
祖光夏友龙
北京气象学院,
北京,
提要
利
用
关于台风的区域划分以及物理量特征尺度的结果, 采用尺度分析方法导出了
台风
不同区域的控制方程组, 又用
方法得到各区的波能量方程并进行了讨论
指出影响
台风发展的物
理因子在各区的异同点
各区都有非定常因子,
同时, 台风内核及外围中层对
流层的因
子有涡度和切向风的垂直变化,
外围边界层有热成风及其偏差, 外围流出层有水平
位
温梯度, 这些因子与重力波适当的移向相配合,
可使台风能量发展, 强度增大。
关
键词台风内核与外围能量发展物理因子
引言
台风
是热带地区重要的灾害性天气系统, 国内外气象工作者十分重视并进行了大量
的
研究〔‘一‘〕。随着研究的深入, 人们把台风分成内核和外围两个区进行天气动力学分析, 特
别
注意其突然加强。指出,
对整个咫风只用一种简单的尺度分析是不可能的, 应
把
它分成几个区域, 各区的动力学有共性又有差别。魏鼎文和川根据实测资料的分
析证
实了这个看法,
并提出热带涡旋的多尺度组合的观点。
研
究表明, 台风与重力惯性波密切有关, 而且具有涡旋和螺旋的结构。基本气流的
非
定常性和不均匀性、
切向风的垂直
变化以及热成风偏差等物理因子, 对台风的不稳定
发展
有着重要的作用。总的看来,
台风不同区域的发展离不开这些因子, 但各因子在不
同
区域的重要性应有差别, 有必要作比较深入的分析。
本
文讨论的问题是,
把台风分成内核与外围之后, 不同区域的动力和热力性质各有
什
么特点又有哪些差别,
包括不同区域的控制方程、波能量方程以及影响发展的物理因
子等
方面的异同点。为此, 我们先从尺度分析的角度求得各区的控制方程组进而采用
方法导出各区的波能量方程,
据此分析各区的发展因子然后对内核与外围的主要
因
子作些讨论最后进行总结。
台风的区域划分和各区的控制方程
我们
参照文献〔, 把台风分成个区, 见图。图中区为中层对流层, 区为边
一一收到初稿洲一叫一收到修改稿本文由国家“ 八
·
五” 攻关项目一提供资助。
期郑祖光等台风内核与外围能量发展的物理因子
界层
, 区为眼壁, 区为流出层。本文把,
区称为台风内核, 、、区合称为外围。
各
区的差别体现在尺度参数上。我们以, , , △ ,
, 万,
, ,
和作为尺度分析参
数
, 分别表示切向、径向、
垂直方向的分速度
, 水平气压梯度, 密度, 长度尺度,
特征径向距
离
, 区域厚度和时间尺度。这些尺度参数的特征值见表。
〔〔二二
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一
, 一图把咫风分为四个区, 穿过虚线边界质量流入很显著, 穿过实线的可忽略不计引自文献〔〕·
班
一, 一, 一一, 一
, 一·
表
成熟热带气旋的尺度参数的特征值、一‘一‘, 引自文献仁〕廿、又一一‘, 〔〕尺度分析参数份区
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秒一,
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秒一, 千米
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秒一,
, 千米
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米一望
‘
火,
工又一月火一分析图和表可以看出个区的特点如下。台风内核区的特征半径约,
切向风大而
径向风小, 上升气流强, 强对流为其主要特征。台风外围中, 边界层区径向
风最大
, 加上摩擦而引起质量流人流出层区径向风大而切向风较其它个区最
小
, 有质量流出中层对流层区也是切向风大而径向风小, 和内核一样两区不同的是
区对流不强, 是相对不活跃区。这个区的特点为下面的尺度分析提供了依据。
参
照文献, 把台风近似地看成圆柱状涡旋, 采用轴对称的柱坐标下动力学方程进
行描
述, 其无摩擦无量纲形式为
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方程组(1) 括
号前的量是无量纲的特征量, 其中斤。一州fL
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分别为径
向
、
切向和
垂直方向的分速度, , 为气压,
0
为位温;心是非绝热加热因子, 奋~
0字C T 。, 其中
热带
气象学报10 卷
T
。是绝对温度, 心是单位空气质量的加热率,
C
,
为定压比热。文献「5] 中表2
给出台风各区
域的切向
和径向运动方程及热力学方程各项的无量纲系数的量级, 本文限于篇幅未予列
出
。
把表1
的尺度参数值以及文献巨5 ]中表2
的无量纲系数值代入方程组(1)
进行尺度分
析
, 取方程最低阶近似, 可导得各区的控制方程组, 这时的未知量已还原为有量纲量, 但仍
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