区域气候模式模拟的热带气旋暖心特征



热带气旋TC的暖心结构是内核区最重要的特征之一。由于TC切向风(一级环流)一般随高度递减,为了维持热成风平衡,从而存在负的径向温度梯度,即中心温度向外递减,形成暖心结构根据静力平衡与梯度风平衡,TC上层大气温度的变化又与内核区地面气压(台风强度)的变化密切相关TC暖心结构有两个重要衡量指标:一个是暖心强度,即最大温度异常;另一个是暖心高度位置通常定义最大温度异常所在的高度。一般认为,TC暖心强度越强,其强度也越强,但是TC暖心高度与TC强度之间的关系仍存在一定争议。鉴于模式分辨率的限制,目前有关TC气候模拟与预报的研究主要侧重于影响TC活动的大尺度环境场与年际年代际变化、以及TC生成频数、移动路径等方面,较少有针对TC暖心特征的研究工作。

1. 不同试验暖心强度演变特征0表示TC的平均LMI时刻。

本文评估采用不同对流参数化方案的区域气候模拟的TC暖心结构特征,并与新一代再分析资料ERA5中的TC暖心结构特征进行了对比研究。尽管ERA5再分析数据集具有与区域模式相当的模式分辨率,ERA5中的TC暖心强度要远远小于区域气候模拟的TC暖心强度(图1)。与最佳路径观测相比,ERA5再分析资料也显著地低估了TC的强度。与理论研究与观测研究一致,在本文所有数据集中,TC的暖心强度均与TC强度显著正相关。与此相反,TC暖心高度与TC强度之间并没有显著的相关关系。此外,不同的对流参数化方案模拟的TC暖心高度具有显著差Kain-Fritsch类方案模拟的TC暖心高度要显著高于Arakawa-Schubert方案及ERA5数据集中的TC暖心高度(图2

2. 不同试验暖心高度分布特征。


不同对流参数化方案模拟的TC中心附近对流活动的差异主要导致了TC暖心强度和高度的差异。KF方案模拟的地面感热和潜热通量比SAS方案更强,有利于TC内核区深对流的发展,深对流所造成的潜热释放有利于次级环流的增强,并形成更强的眼内下沉气流,通过绝热增温最终造成更强、更高的TC暖心。

该工作以Characteristics of warm cores of tropical cyclones in a 25kmmesh regional climate simulation over CORDEX East Asia domain 为题发表在 Climate Dynamics 研究工作受到国家重点研发计划项目"台风强度/结构变化的关键动力-热力过程及预报理论研究"的资助论文第一作者席大智时为南京大学大气科学学院本科生(目前普林斯顿大学博士在读),通讯作者为南京大学大气科学学院储可宽副教授。

论文信息

Xi, D., Chu, K., Tan, ZM., Gu, JF., Shen, W., Zhang, Y. and Tang, J. Characteristics of warm cores of tropical cyclones in a 25-km-mesh regional climate simulation over CORDEX East Asia domain. Clim Dyn (2021). https://doi.org/10.1007/s00382-021-05806-9 .