[发明专利]一种诊断台风生成正压能量来源的新方法

说明书

本发明涉及一种诊断台风生成正压能量来源的新方法，首先将气象分析数据资料分为从大气基本态分量、台风风场分量和除台风之外的涡动分量，在气象分析数据资料中提取出台风风场分量的数据；其次将台风风场分量和大气基本态分量带入到线性化的涡动动能倾向方程方程式(1)至(3)中；最后分析线性化的涡动动能倾向方程方程式(1)和(3)中等号右端各项时空分布特征，进一步诊断台风系统能量来源位置与强度变化。本项发明所提出的方法从物理意义和计算方案上改进和优化了对台风生成的正压能量来源，从而提高了对大气环境场中转化为台风扰动动能的正压能量来源各项时空分布特征，为台风的精准预报预测奠定了理论基础。

技术领域

本发明涉及台风气候学技术领域，尤其涉及一种诊断台风生成正压能量来源的新方法。

背景技术

台风(又称热带气旋，用TC表示)是重要的热带天气尺度系统，台风生成的主要能量来源是大气环境中来源于大尺度流场变化的正压能量转化部分。特别是对于西北太平洋地区而言，赤道太平洋东风或西风异常引起季风槽的变化以及西北太平洋夏季遥相关波列活动异常，从而影响正压能量向台风这一天气尺度扰动系统的转化，进而影响台风生成频数的多寡。

台风作为重要的热带天气尺度系统，正压能量是其生成和发展的主要能量来源之一，正压能量转化的演变特征和时空分布对台风的形成、发展、强度演变和存续时间都具有重要影响，因此客观定量并且准确地诊断台风生成正压能量来源具有重要的科学和实用价值。

最相近的技术方案是从正压涡动和基本气流相互作用的理论出发，利用线性化涡动动能倾向方程，诊断正压能量向全部天气尺度扰动转化的特征。

线性化的涡动动能倾向方程可以写为以下的形式

其中

方程中的所使用的各种环境变量被分解为基本态(用“—”表示)和涡动分量(用“ˊ”表示)，基本态为变量11天滑动平均结果，涡动分量为原变量和基本态的余差。K′是天气尺度扰动动能(EKE)，等号左端表示天气尺度扰动动能的转化率，即大气环境场中有多少动能为包含台风系统在内的天气尺度扰动(台风系统是一种重要的天气尺度扰动，但天气尺度扰动不仅限于台风)提供了能量，u、v分别是大气中的纬向风和经向风，V是三维风矢量，V_h是水平风矢量，R是干空气气体常数，p是气压，ω是垂直速度，T是气温，Φ是位势，D为天气尺度扰动动能(EKE)的损耗率。

该方程右端第一项表示正压能量向EKE的转化(KmKe)，即正压能量向天气尺度扰动的转化率，第二项和第三项分别表示环境场和涡动扰动对EKE的平流贡献，第四项表示涡动有效位能向EKE的辐合，最后一项是残差项。其中以第一项KmKe量级最大，因此最为重要，其他项量级较小，可不做分析。

KmKe项在笛卡尔坐标系下可以进一步表示为

等号右端主要包含了四个大尺度流场和扰动场相互作用的动力过程，分别是平均纬向气流纬向辐合经向切变平均经向气流的纬向切变和经向辐合

现有方法在进行台风正压能量转化的诊断时，直接利用气象分析资料中的风场数据，将其分解为基本态分量(带“—”的要素)和涡动分量(带“ˊ”的要素)带入方程(1)-(3)，计算得到KmKe及其分解的四个动力过程项分布特征，并据此分析台风系统生成的正压能量来源以及转化特征。

然而，上述传统分析方式的问题在于，此方法所得的KmKe及其四个分解项的结果针对的是大气环境场中正压能量向全部天气尺度扰动系统的转化过程，尽管台风作为一种重要的天气尺度扰动是包含其中的，但并非所有的天气尺度扰动都会发展成台风。因此，使用这种分析方案将严重混淆台风这一研究对象的正压能量转化特征，分析方法和研究对象的不一致使得目前KmKe的诊断结果不能准确解释台风生成的正压能量来源，造成正压能量转化与台风活动的对应关系不一致，进而导致对台风活动的分析错误与预报失败。