AIRS观测的西北太平洋热带气旋暖心结构外文翻译资料

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

AIRS观测的西北太平洋热带气旋暖心结构

Si Gao^a,lowast;, Baiqing Chen^a, Tim Li^a,b , Naigeng Wu^c, Wenjian Deng^d

^a Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education/Joint International Research Laboratory on Climate and Environment Change/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing, China

^b International Pacific Research Center, and Department of Atmospheric Sciences, University of Hawaii at Manoa, Honolulu, USA

^c Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology, China Meteorological Administration, Guangzhou, China

^d Guangzhou Central Meteorological Observatory, Guangzhou, China

摘 要

本文利用2003-2013年大气红外探测器（AIRS）温度廓线产品研究西北太平洋（WNP）热带气旋（TCs）的形成和发展时的暖心结构演变特征。热带风暴形成前24小时，300-500 hPa高度层出现稳定的1.5-K的暖中心结构。热带风暴形成后，眼心明显增暖，且向上向下分别延伸到对流层上部和近地表。TC强度与暖心强度呈现明显正相关，与暖心高度相关性较弱但仍具有显着的正相关性（较弱的相关性主要由弱TC的暖心高度比较分散所引起）。 TC未来24小时强度变化与暖心高度几乎没有相关性，但与暖心强度具有显著的负相关。500-200 hPa的适中的暖心强度可能是TC快速增强的必要条件。结合AIRS观测到的暖心结构与其他环境因素，有助于提高WNP TC形成和快速增强预测能力。

1 引言

暖心结构是区分热带气旋（TCs）和变性热带气旋的最重要特征之一。表征暖心结构的两个最常见的变量是其强度（即最高温度异常的大小）和高度（即最大异常值所在的高度）（Stern和Nolan，2012）。TCs的径向温度梯度与热风平衡的切向风密切相关（Schubert等，2007）。由于静力平衡，较高层增暖效应振幅更大，所以与较低层暖心相比，较高层的暖心结构可以引起表面压力较大幅度的下降（即，更高的强度增长率）（Hirschberg和Fritsch，1993; Chen和Zhang，2013）。因此，详细了解暖心结构有利于提高我们对TC形成，强度和强度变化的了解。

正如Stern和Nolan（2012）以及Durden（2013）所述，我们对TC暖心结构的了解来自20世纪50年代和60年代使用飞机数据的三次风暴研究（Hawkins和Imbembo，1976; Hawkins和Rubsam1968年; La Seur和Hawkins，1963年）。自1990年以来，Durden（2013）在各种场地活动中获得了9个TC的下降探测器数据，结果表明，暖核高度在760和250 hPa之间变化，风暴强度与暖核的高度和强度呈正相关。这种暖核强度与风暴强度之间的关系与张等人一致。2007），张等人2004年使用了12个TC的高级微波探测单元（AMSU）温度数据，2012年以及朱和翁（2013）使用了从先进技术微波探测器（ATMS）获得的10个TC的温度曲线。然而，朱和翁（2013）没有发现暖核高度和风暴强度之间的显着关系。因此，是否暖核高度与TC强度有关仍然是一个悬而未决的问题。

对两个飓风个例的成功模拟表明，中间和上层形成的球形暖心结构与飓风Wilma（2005年）和飓风Earl（2010年）开始快速增强同时发生（Chen和Gopalakrishnan，2015; Chen和Zhang，2013; Zhang和Chen，2012）。Kieu等人（2014）也表明，飓风天气研究和预报（HWRF）模型中TC快速增强的开始对中层对流层暖心结构有特定约束。然而，没有研究说明变化（特别是快速增强）与暖心结构特征之间的关系。因此，基于11年的大气红外探测器（AIRS）温度曲线，本研究旨在调查西北太平洋（WNP）TC的暖心结构及其与风暴形成，强度和强度变化的关系（特别是快速增强）。

2 数据和方法

自2002年8月以来，Aqua / AIRS已观测到全球温度曲线。此处使用的仪器包括AIRS和AMSU。AIRS仪器可在4个近红外和可见光通道以及2378个红外通道中观察大气。

AMSU A1和A2在23和90 GHz之间的15个通道中运行（Chahine等，2006）。在当地时间01:30和13:30AIRS温度检索覆盖大约1300公里的区域，水平分辨率约为45公里。结合AIRS AMSU 2级温度检测的第6版（V6），在2003至2013年期间1000至100 hPa 12个压力层下具有良好或最佳质量，最佳质量数据分别满足设计精度要求（即绝对精度，在对流层中1千米厚的层中的1K）并且当在时间上和/或空间上平均时，高质量数据仅满足精度要求。一些研究证实了不同大气条件下的温度反演。 AIRS温度与飞机数据有很好的一致性（Gettelman，2004），运行无线电探空仪测量（Divakarla等，2006）以及晴朗的天空条件下在热带海洋上空现场观测（Tobin et al。，2006）。多云地区的AIRS温度曲线总体均方根误差（RMSE）接近或在设计预期内（Wong et al，2015; Wu，2009; Yue等2013）。特别是对于具有深对流云的TC区域，AIRS V6温度曲线显示更大的RMSE（高达3.5K）并且在850 hPa一下有较冷偏差（高达-2K）而较高层的误差要小得多（Wong等，2015）暖核高度通常位于此。因此，有人认为AIRS温度误差略低估了对流层低层暖心结构的强度，对温度核心强度和高度的检测影响不大。

2003 - 2013年来自联合台风警报中心（JTWC）的TC最佳路径数据，包括TC强度（最大风速，Vmax），最大风速所在位置和半径（RMW），它们都是线性的插值以匹配AIRS的观测时间。JTWC数据中的近表面10 m处Vmax和RMW近似使用地球静止红外卫星图像和先进的Dvorak技术（Kossin等，2007; Olander和Velden，2007年）。

与Zhu和Weng（2013）类似，并遵循Stern和Nolan（2012）的建议，温度异常定义为观测到的温度与参考环境温度剖面之间的差异，参考环境温度剖面平均在风暴中心600公里范围内，但RMW内部区域除外。如果在RMW内有有效的温度异常廓线，RMW内的温度异常的平均分布用于表示TC暖核。也就是说，TC暖核仅在RMW相对较大时出现，因此AIRS至少可以部分解析RMW，尽量减少AIRS有限的水平分辨率对暖核的影响。此外，仅使用在850和100 hPa之间层次具有有效暖心结构廓线的那些卫星通道，正确地检测RMW内的最高温度异常及其高度（即，暖核的强度和高度）。通过这种方式，总共获得了来自200多个TC的821个样品。

3 结果

3.1 TC暖心结构的时间演变

图1显示了在2003-2013WNP TCs期间RMW和Vmax内合成温度异常的时间演变。

相对于热带风暴（TS）形成时间（为起始0时刻），从-48小时到72小时每间隔3小时做一次合成， TC首先被分为TS（Vmax达到17.3 m s-1），与之前的一些研究一致（傅等人，2007; 李，2012; 李和富，2006; 吴等人，2013; 宗和吴，2015a; 宗和吴，2015b）。 温度异常Vmax和Vmax通常从-24小时（即形成前24小时）增加到第5天结束。在对流层中上层（约500-300 hPa）首先发生明显变暖（ge;1.5K），然后向上延伸至~150 hPa，在72小时向下渗透到近地面，类似于Wang等人（2010）对Hurricane Felix（2007）的模拟，以及Kerns和Chen（2015）观察的Typhoons Fanapi（2010）和Megi（2010）。对流层中上层变暖可能是由与深对流相关的潜热释放引起的（Chen和Frank，1993; Zhang和Zhu，2012），较低对流层变暖可能是由有组织的中尺度对流系统引起的中尺度下沉增暖引起的（Kerns和Chen，2015）。

一个值得注意的特征是在TS形成之前约24小时出现稳定的1.5-K正文区，这可能是TS形成的前兆。检测TS形成的这个接近24小时的提前时间非常接近Bessho等（2010）人发现的27.7小时的提前期，除了他们在300-200 hPa层中使用0.9 K的阈值来表示4°times;4°的平均温度异常。

图1. 2003 - 2013年期间WNP TC中RMW（顶部，轮廓为0.5-K间隔）和最大风速（底部）的复合时间序列的温度异常的复合时间 - 高度横截面。时间与TS形成的发生有关。

3.2暖心结构和TC强度

对于不同强度的WNP TC，有RMW内温度异常的合成剖面（图2），即热带低压（TD），TS和1-5类（CAT 1-5）TCs（Saffir-Simpson尺度），它们具有增暖最大值分别约1.5,3,6,8,11,12和13K，表明暖心强度和风暴强度之间存在正相关关系。随着风暴强度的增加，暖心高度似乎上升。

对于TD，TS和CAT 1 TC出现最大的变暖位于400 hPa，CAT 2-4 TC位于300 hPa和CAT 5 TC位于250 hPa。为了验证上述关系，温暖的核心强度和风暴强度显示出0.89的强烈正相关，其在99.9％的水平上显著。暖心高度和风暴强度之间的相关性为0.31，弱得多但在99.9％的信度检验水平上仍然具有统计学意义。两种关系都与Durden（2013）一致。然而对于弱TC（Vmax lt;40 m s-1），最高温度异常可位于850至100 hPa的任何层次，对于更强烈的TC（Vmaxge;40m s-1），高温异常大多数位于对流层中上层（400-200 hPa），表明风暴强度与暖心结构高度之间的关系较弱。大多数TC样本的眼心增温最高在400-300 hPa，准确地解释了暖心合成高度的位置。

图2. 从AIRS数据得出的2003 - 2013年WNP TC不同阶段RMW内的复合温度异常。

图3. RMW内（顶部）最高温度异常与最大温度异常的Vmax和（底部）高度的散点图

2003 - 2013年WNP TC的RMW与Vmax。还示出了相关系数（r）和线性拟合（红线）。

3.3暖心结构和TC强度变化

与Gao（2016a）等人相同，根据未来24小时Vmax的变化确定了四个TC强度变化类别（△V24）：强度减弱（W，V24 lt;-5.1 m s^-1），强度稳定（N，-5.1 m s-1le;V24 lt;5.1 m s^-1），强度缓慢增强（SI，5.1 m s^-1le;V24 lt;15.3 m s^-1）强度快速增强（RI，V24ge;15.3m s^-1）。图4显示，以647个试样为例，给出了Delta;V24相对于暖心强度和高度的散点图，（103个W样品，322个N样品，197个SI样品和25个RI样品），因为并非所有821个样本都有可用的Delta;V24数据。暖心结构高度和Delta;V24之间的相关性非常弱-0.06，而暖心强度与与Delta;V24在99.9％的显着性水平上呈负相关-0.46的。

图4. RMW内（顶部）最高温度异常与24小时强度变化和最高温度高度的散点图

在2003 - 2013年期间，RMW内的异常与WNP TC的24小时强度变化相比。相关系数（r）和线性拟合（黑线）所示。四种颜色（品红色，蓝色，绿色和红色）分别表示W，N，SI和RI的四种强度变化类别。通过TC的初始强度，确定圆的大小。

如图所示，在图5中反映了风暴初始强度和强度变化之间的显著负相关，与先前的统计研究一致（Gao和Chiu，2012; Gao等，2016b; Knaff等，2005）。RI TC的初始强度弱至中等（14-44 m s^-1），基本上与先前的统计结果一致（Gao等，2016a;陶和江，2015;徐和王，2015; Zagrodnik和Jiang，2014）。

值得注意的是，值得注意的是，当初始暖核强度弱至中等（1-9 K）且初始核心高度位于500 hPa（即500-200hPa）以上时，才会发生快速强化。，这可被认为是必要的但不充分RI风暴的初始条件。这一观察证据证实了陈和Gopalakrishnan（2015）的模拟研究并且在某种程度上与其他模型结果一致（Chen

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[19400]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word