理想热带气旋快速增强过程中眼墙轴对称与非对称结构的动能学特征
编号:382
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更新:2026-08-03 21:48:23 浏览:0次
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摘要
热带气旋快速增强伴随眼墙动能快速增长及显著的多尺度相互作用,但眼墙非对称结构对轴对称环流的净作用仍缺乏统一认识。本文在气旋中心柱坐标系中建立新的方位波数域水平动能谱收支方程,严格分离守恒的非线性能量串级项,并显式表征垂直气压梯度功、气压横向通量散度、水平动能横向通量散度及耗散等过程。该方程应用于一例无背景风理想热带气旋的高分辨率WRF模拟,重点分析40–80 h快速增强阶段眼墙轴对称模态与非对称模态之间的相互作用。结果表明,快速增强期间眼墙水平动能持续增加并向内收缩,轴对称模态在低、中、高层均占主导,低层非对称动能占比最高可达16.7%。在轴对称模态上,垂直气压梯度功几乎在整个对流层提供正贡献;气压横向环流通量散度将中高层生成的能量向下输送,而水平动能横向环流通量散度又将低层能量向上再分配。低层非线性串级构成显著负贡献,其累积幅度超过垂直气压梯度功的正贡献;同时,轴对称-非对称耦合引起的涡动通量也进一步移除轴对称眼墙动能。对非线性串级项的分解表明,方位分量和垂直分量主要产生较弱的升尺度能量串级,从而为眼墙轴对称水平动能提供能量;而径向分量则产生更强的降尺度能量串级,从而消耗眼墙轴对称水平动能。进一步分析表明,快速增强末期形成的最大风速半径可作为一个动力边界,将其内外两侧不同的能量串级区域分隔开来。研究表明,在本理想化个例中,眼墙非对称结构总体上消耗轴对称动能,且发展的水平动能谱收支方程为认识热带气旋快速增强过程中眼墙多尺度动力作用提供了新的诊断框架。
关键词
热带气旋,快速增强,水平动能谱收支方程,轴对称与非对称,非线性能量串级
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