計算熱 帶氣旋的 最大潛在強度
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計算熱 帶氣旋的 最大潛在強度. 講員:何秋鋆. Holland, G. J., 1997: The Maximum Potential Intensity of Tropical Cyclones. J. Atmos. Sci., 54 , 2519–2541. 大綱. 關鍵字 前言 過去研究與研究目的 MPI 的計算 假說、方法、敏感度 與觀測比較 結論. Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA) 海洋陸地大氣研究中心 2006/03/29 的 MPI 分布圖. 關鍵字. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
計算熱帶氣旋的最大潛在強度講員:何秋鋆
Holland, G. J., 1997: The Maximum Potential Intensity of Tropical Cyclones. J. Atmos. Sci., 54, 2519–2541.
關鍵字• MPI : Maximum Potential Intensity (最大潛在強度 )
是指熱帶氣旋在某個區域內,給定的大氣與海洋的條件,熱帶氣旋可以達到的最大強度 (最低氣壓、最大切向風 )。
這個指標是從熱力學層面出發,分析的資料包括實際洋面溫度、垂直大氣溫度及氣壓等。
MPI的用途:強度預報、氣候變遷對於 TC的影響。
Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA) 海洋陸地大氣研究中心 2006/03/29的MPI分布圖
關鍵字• Entropy : S (熵 )
熵是指熱力狀態的變化,熵的變化量與加熱後熱量變化及溫度有關。
T
Q
dt
dS
S :熵Q :可逆過程的熱量變化率T :絕對溫度
constPRTCS dp lnln
constT
ql
CS v
pe
11ln
lnθ
濕
S θe q
TC
qLExp
p
ve
濕
前言
• Riehl(1948, 1954):TC局部的潛熱釋放只能降低 TC氣壓約 20-40hPa,不足以產生觀測看到的低壓與風速。
• Byers(1944); Riehl(1948, 1954); Kleinschmidt(1951); Malkus and Riehl (1960); Emanuel(1986) :海氣交互作用提供的能量相當重要。
MPI研究回顧• Miller (1958):熱力模型。能量來自眼心的下沉增溫,氣壓的下降量根據靜力平衡關係得到。缺點:沒有考慮與海洋的交互作用。
• Malkus and Riehl (1960):熱力、動力模型。討論 TC底部入流的空氣塊軌跡之能量關係。發現: TC底下的moist entropy改變會導致氣壓下降很多。缺點:完全忽略眼心的部份。
• Emanuel (1987,1991):熱力、動力模型。延續M. & R. 研究,能量來自底部的入流區以增加 moist entropy,能量消耗於外流區的輻射冷卻及邊界層摩擦的消散。缺點:沒有考慮氣壓下降後,對moist entropy也有回饋作用。
前言 (續 )
• 本文將藉著單純的熱力條件,以靜力平衡關係式為基礎、假設眼牆為飽和並加入一些眼心設定、結合前人的研究,發展新的估計方法。
• 在此MPI由氣旋的中心氣壓決定,透過經驗公式,由氣壓值算出最大風速。
• 除此之外,本研究將顯示估計暖心結構的能力。
估計MPI的示意圖
估計表面空氣的相對溼度(RH)及海溫 (SST)
假設 TC為對稱結構。
眼心的相當位溫(θE,Eye)為定值。
環境
地面氣壓的下降量由靜力平衡決定
忽略冰相過程的影響及中層從環境進入眼牆的逸入作用。
眼牆、眼心利用單一探空來代表環境場的溫度 (Tenv) 、
環境場的氣壓 (Penv) 、地面氣壓 (Ps)、地面溫度 (Ts)。
TC眼牆的飽和相當位溫 (θES)為定值。
眼牆的溫度升高是由海面空氣沿濕絕熱上升所造成;眼心的溫度升高是由於眼牆逸入之下沉氣流增溫造成。
忽略外區雲的效應。
假說能量來源
重新分配TC底下已存在的moist entropy,增加積雲柱的moist entropy使氣旋加強。
Moist entropy增加,導致溫度增加。
底層氣壓下降又使 moist entropy增加。
根據靜力平衡關係,溫度改變使氣壓下降
T
Q
dt
dS
S :熵Q :可逆過程的熱量變化率T :絕對溫度
1
2
30
計算地面相當位溫使用 Bolton(1980)的經驗公式 :
0
SST RH
Tenv Penv Tenv Penv
Ps TsSST RH
計算眼牆的溫度距平△T eyewall(P):
1
計算地面氣壓下降量△P s
2
算出新的氣壓值則可得到新的地面相當位溫 (θes)
3
計算直到地面氣壓收斂(氣壓變化小於 1hPa ),再計算眼心的溫度剖面及中心氣壓
4
RH = 相對溼度
T = 溫度
Teye = 眼心溫度
Teyewall = 眼牆溫度
Tenv = 環境溫度
TL= 舉升凝結層溫度
TV= 虛溫
p = 氣壓
pS=地面氣壓
pT=TC 頂層氣壓
e = 水氣壓θ = 位溫
θE = 相當位溫
θES = 地面相當位溫
θEC* = 眼牆飽和相當位溫
= θES*
q = 水氣的混合比q*= 水氣的飽和混合比
MPI = PSenv − ΔPSmax
參數的標準
環境場 (溫度、壓力 )由單一探空所決定。
Tsfc = SST-1 (Pudov and Pertichenko 1988)
Psfc = TC所處洋面的氣壓月平均值 RHeyewall = 90%RHeye=
風速 = Dvorak 關係式 νm = 3.4(Penv − Pc)0.644
與觀測比較• 個案研究
Kerry (1979):為熱帶氣旋觀測最低氣壓 = 995hPa計算的MPI = 958 hPa
Flo(1990):為超級颱風觀測最低氣壓 = 885hPa本法計算MPI = 890hPa
Merrill, Robert T., Velden, Christopher S.A Three-Dimensional Analysis of the Outflow Layer of Supertyphoon Flo (1990)Monthly Weather Review 1996 124: 51
結論• 本文整理過去的熱帶氣旋模型,發展新的MPI估計方法。
• 分析發現此方法對相對濕度 (RH)、海溫 (SST)與暖心高度敏感。
• 比較眼牆與眼心的增溫貢獻:250hPa以上對流層的增溫是由眼牆的貢獻, 300hPa 則加入眼牆的增溫作用。結合兩者的效應,使得溫度最高的地方出現在 300hPa。