中尺度海气耦合模式GRAPES_OMLM的建立及其在台风模拟中的应用

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台风过程中伴随着强烈的海气界面能量交换,海洋输送给大气的热通量显著影响着台风的发生发展过程。因此,在台风的模拟研究中考虑下边界海表温度的变化是必不可少的,于是海气耦合模式便成了台风模拟研究的有力工具。本文利用我国气象科学家自主开发和建立的新一代数值预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)大气模式和改进了的Mellor-Yamada型海洋混合层模块OMLM(Ocean Mixed Layer Model)进行耦合,建立了一个新的中尺度海气耦合模式GRAPES OMLM。并在此基础上对我国近海的两次台风个例进行了模拟试验。文中的工作为GRAPES模式的发展改进及其在台风业务中的应用提供一些有益的依据,同时也为国内海气耦合模式的发展提供一定的参考。   通过调试模式的各种参数化方案以及设计了三组合理的试验方案,利用GRAPES OMLM模式模拟了2006年发生于我国近海的Chanchu(0601)和Ewiniar(0603)两次台风过程,通过对比不同试验方案的模拟结果,检验了海气耦合模式GRAPES_OMLM对台风天气过程的模拟性能,也研究了局地海气相互作用对台风强度及路径、海表热通量以及台风降水的影响。综合两次台风个例的试验结果,初步表明了:(1)这个由简单的海洋模块和大气模式组成的海气耦合模式GRAPES OMLM基本能模拟出台风天气过程中的主要物理过程,并使模拟结果得到了明显的改善。(2)考虑了海气相互作用(SST变化)的耦合试验模拟的台风强度、近台风中心最大风速以及台风路径都比两组控制试验(单独的大气模式)的模拟结果要更接近于观测。采用逐日变化SST作为下边界条件的控制实验二的模拟结果也得到了一定改善。耦合试验中台风后期路径有显著改善,相对于控制试验一,台风Chanchu48h和72h路径误差分别减小了30km和136km,登陆点位置误差减小了96.5km。(3)中尺度海气耦合模式GRAPES OMLM能较好地模拟出台风过境SST的变化,在台风移动路径右侧出现最大的海面降温,其中台风Chanchu最大降温超过了4.0℃。分析表明SST的变化和海表风应力变化成反相关系,而且风应力的增大伴随着海洋TKE(Turbulent Kinetic Energy)的加强,大风夹卷是SST降低的主要原因。(4)SST的降低导致海洋向大气输送的潜热和感热通量减少,从而减弱了台风的暖湿中心,同时对流活动减弱,台风降水减少,最终削弱台风的强度。(5)两次台风个例路径的模拟结果显示海气相互作用对台风的移动路径也有一定影响,进一步分析表明SST的降低通过改变台风结构、垂直风切变以及台风周围凝结潜热释放的分布,进而影响位势涡度变化(PVT)的一波结构的分布形势,最终导致台风移动方向发生改变。
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