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认识台风雨带中尺度结构及其伴随产生的龙卷等台风特征,对研究南海台风路径和致灾有重要意义。本论文围绕2006年8月3日-4日在广东阳江和茂名之间登陆的0606号台风(派比安)资料,分别利用广东新一代多普勒天气雷达进行组网拼图研究,分析南海台风登陆过程雨带的三维降水结构特征变化;利用广州和深圳多普勒雷达,采用ODD双多普勒雷达风场反演技术,分析台风“派比安”登陆期间8月3日14:30-17:30雨带的三维风场结构特征变化;利用广州多普勒雷达资料、地面自动站和探空资料分析“派比安”登陆后雨带中龙卷的中尺度特征。主要结论如下:
(1)雷达资料的拼图大致分为基于图像产品的平面拼图和基于基数据的格点化拼图两类,它能有效延伸单部雷达的探测范围和减轻由雷达波束几何学引起的“静锥区”等问题;拼图首要做的是投影到笛卡儿坐标系网格点的插值处理,其中径向和方位上的最近邻居法和垂直线性内插法(NVI)适用于分析大多数雷达反射率资料,它既能得到空间比较连续的反射率分析场,同时也较好地保留了体扫资料中原有的反射率结构特征;多部雷达探测重叠区也有多种处理方法,最近邻居法会在等距离圈连线上出现不连续现象,平均值法会出现强回波被消弱的现象,目前最有效的是权重函数法,包括指数权重函数和Cressman权重函数。
(2)几种双多普勒雷达风场反演的方法各有优缺点,各有一定的适用范围,经典的笛卡儿坐标系下迭代法风场反演技术(IR)运算简单,计算量小,但垂直风场反演误差较大,无法反演雷达基线附近的区域;共面反演技术COPLAN是解决同时同点问题的最好的途径,斜面上的两个正交速度分量可直接求解,但垂直速度仍需通过连续方程求解;综合和连续调整技术MUSCAT采用变分技术,一步完成三维风场的求解,避免了大多数反演技术中由于使用迭代算法求解带来的反演误差和方程的缺陷,引入质量连续方程的二次平方项作为约束条件,在一定程度上克服了求解高层速度的不稳定性,却滤去了水平风场的小尺度变化。
(3)用ODD双多普勒雷达风场反演技术分析台风雨带结构发现,台风雨带成熟时期,内流场结构呈现明显的三维特征,但雨带上游和下游气流结构明显不同,造成这种差异的主要原因是海陆摩擦差异,以及雨带上游台风的切向速度同雨带走向夹角大于下游;台风雨带内的气流结构也表明其上游和下游上升运动的维持机制明显不同,在上游主要是透过雨带外侧内流减速、以及内外流的辐合效应,而下游为内流在雨带内减速所产生的辐合效应;其中,由倾斜上升在雨带外侧下沉转化成的内流,对于雨带上下游内流的加强和维持都具有重要作用。
(4)伴随台风产生的龙卷,低层垂直风切变是其出现的至关重要的因子,低层风切变的产生与海岸带海陆摩擦差异有关,摩擦作用造成低层风力减弱,但稍高层风速仍很大,从而造成强切变。本例中龙卷的发生机理与普通龙卷不同,虽然背景物理量场和湿度场都不具备非常理想的发生条件,但强烈的低层垂直风切变弥补了这一不足。