台风与海洋间的响应特征及反馈机制是理解台风的生成及发展机制和提升台风预报精度的关键要素。而模式的水平分辨率的高低是决定台风期间海气响应能否合理重现的关键所在。南海作为台风最频发的地区之一,在该海域进行台风与海洋响应特征的研究具有重要的科学意义和应用价值。本文基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)高分辨率模式比较计划(High Res MIP)中PRIMAVERA计划所提供的模拟数据探究水平分辨率对台风活动的影响特征;并在此基础上利用CROCO-WRF海气耦合模式对2018年台风“山竹”个例进行高分辨率数值模拟,对耦合模式性能进行评估并针对台风过境时的海气响应特征和机制进行分析。具体研究工作如下:本文首先针对热带气旋的模拟与水平分辨率的关系进行了探讨。发现采用高分辨率配置模拟出的热带气旋路径向中高纬地区移动。分辨率对于热带气旋影响最显著的特征便是气旋强度。水平分辨率的提高使得模式模拟的强度增大,使其更接近于实测且能够使得高纬度的最低平均海平面气压(Minimum Mean Sea Level Pressure,MSLP)异常高估减弱,使其峰值区域出现在更接近观测的中低纬度地区。水平分辨率对热带气旋判定快速增强(Rapid Intensification,RI)过程的阈值影响较大,随分辨率的增加,RI阈值也会显著增大。水平分辨率对(热带气旋生命史最大强度的平均位置)的95%分位趋势影响显著且未来西北热带气旋可能将继续极向迁移。低分辨率配置将放大的年际变化。针对台风“山竹”个例分析了南海海域与台风间的物理响应特征。结果发现WRF-CROCO耦合模式能够较为准确地模拟南海盆地台风的热力和动力过程。台风内核区热通量分布主要受海表面温度(SST)的影响。内核区下方SST每下降1℃,会导致热通量降低37%~44%,中心气压升高约9 h Pa。由于近惯性振荡的共振,台风过境时局部风矢量顺时针旋转,导致剧烈的SST冷却。南海海盆0~75 m深度之间会产生周期为1天的海流u分量和v分量的惯性振荡;台风“山竹”会在海洋上层产生高达2.28 m/s的强惯性流。研究结果初步阐明了水平分辨率对热带气旋活动特征模拟的相对重要性并详细探讨了南海盆地在台风影响下大气一侧对海洋的响应。
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