[發(fā)明專利]一種診斷臺(tái)風(fēng)生成正壓能量來(lái)源的新方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011340259.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN112347715A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 哈瑤;朱益民;鐘中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06Q10/04;G06Q50/26;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京禾易知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32320
• 代理人: 張松云

本發(fā)明涉及一種診斷臺(tái)風(fēng)生成正壓能量來(lái)源的新方法，首先將氣象分析數(shù)據(jù)資料分為從大氣基本態(tài)分量、臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)分量和除臺(tái)風(fēng)之外的渦動(dòng)分量，在氣象分析數(shù)據(jù)資料中提取出臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)分量的數(shù)據(jù)；其次將臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)分量和大氣基本態(tài)分量帶入到線性化的渦動(dòng)動(dòng)能傾向方程方程式(1)至(3)中；最后分析線性化的渦動(dòng)動(dòng)能傾向方程方程式(1)和(3)中等號(hào)右端各項(xiàng)時(shí)空分布特征，進(jìn)一步診斷臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)能量來(lái)源位置與強(qiáng)度變化。本項(xiàng)發(fā)明所提出的方法從物理意義和計(jì)算方案上改進(jìn)和優(yōu)化了對(duì)臺(tái)風(fēng)生成的正壓能量來(lái)源，從而提高了對(duì)大氣環(huán)境場(chǎng)中轉(zhuǎn)化為臺(tái)風(fēng)擾動(dòng)動(dòng)能的正壓能量來(lái)源各項(xiàng)時(shí)空分布特征，為臺(tái)風(fēng)的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)奠定了理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及臺(tái)風(fēng)氣候?qū)W技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種診斷臺(tái)風(fēng)生成正壓能量來(lái)源的新方法。

背景技術(shù)

臺(tái)風(fēng)(又稱熱帶氣旋，用TC表示)是重要的熱帶天氣尺度系統(tǒng)，臺(tái)風(fēng)生成的主要能量來(lái)源是大氣環(huán)境中來(lái)源于大尺度流場(chǎng)變化的正壓能量轉(zhuǎn)化部分。特別是對(duì)于西北太平洋地區(qū)而言，赤道太平洋東風(fēng)或西風(fēng)異常引起季風(fēng)槽的變化以及西北太平洋夏季遙相關(guān)波列活動(dòng)異常，從而影響正壓能量向臺(tái)風(fēng)這一天氣尺度擾動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響臺(tái)風(fēng)生成頻數(shù)的多寡。

臺(tái)風(fēng)作為重要的熱帶天氣尺度系統(tǒng)，正壓能量是其生成和發(fā)展的主要能量來(lái)源之一，正壓能量轉(zhuǎn)化的演變特征和時(shí)空分布對(duì)臺(tái)風(fēng)的形成、發(fā)展、強(qiáng)度演變和存續(xù)時(shí)間都具有重要影響，因此客觀定量并且準(zhǔn)確地診斷臺(tái)風(fēng)生成正壓能量來(lái)源具有重要的科學(xué)和實(shí)用價(jià)值。

最相近的技術(shù)方案是從正壓渦動(dòng)和基本氣流相互作用的理論出發(fā)，利用線性化渦動(dòng)動(dòng)能傾向方程，診斷正壓能量向全部天氣尺度擾動(dòng)轉(zhuǎn)化的特征。

線性化的渦動(dòng)動(dòng)能傾向方程可以寫為以下的形式

其中

方程中的所使用的各種環(huán)境變量被分解為基本態(tài)(用“—”表示)和渦動(dòng)分量(用“ˊ”表示)，基本態(tài)為變量11天滑動(dòng)平均結(jié)果，渦動(dòng)分量為原變量和基本態(tài)的余差。K′是天氣尺度擾動(dòng)動(dòng)能(EKE)，等號(hào)左端表示天氣尺度擾動(dòng)動(dòng)能的轉(zhuǎn)化率，即大氣環(huán)境場(chǎng)中有多少動(dòng)能為包含臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)在內(nèi)的天氣尺度擾動(dòng)(臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)是一種重要的天氣尺度擾動(dòng)，但天氣尺度擾動(dòng)不僅限于臺(tái)風(fēng))提供了能量，u、v分別是大氣中的緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)，V是三維風(fēng)矢量，V_h是水平風(fēng)矢量，R是干空氣氣體常數(shù)，p是氣壓，ω是垂直速度，T是氣溫，Φ是位勢(shì)，D為天氣尺度擾動(dòng)動(dòng)能(EKE)的損耗率。

該方程右端第一項(xiàng)表示正壓能量向EKE的轉(zhuǎn)化(KmKe)，即正壓能量向天氣尺度擾動(dòng)的轉(zhuǎn)化率，第二項(xiàng)和第三項(xiàng)分別表示環(huán)境場(chǎng)和渦動(dòng)擾動(dòng)對(duì)EKE的平流貢獻(xiàn)，第四項(xiàng)表示渦動(dòng)有效位能向EKE的輻合，最后一項(xiàng)是殘差項(xiàng)。其中以第一項(xiàng)KmKe量級(jí)最大，因此最為重要，其他項(xiàng)量級(jí)較小，可不做分析。

KmKe項(xiàng)在笛卡爾坐標(biāo)系下可以進(jìn)一步表示為

等號(hào)右端主要包含了四個(gè)大尺度流場(chǎng)和擾動(dòng)場(chǎng)相互作用的動(dòng)力過(guò)程，分別是平均緯向氣流緯向輻合經(jīng)向切變平均經(jīng)向氣流的緯向切變和經(jīng)向輻合

現(xiàn)有方法在進(jìn)行臺(tái)風(fēng)正壓能量轉(zhuǎn)化的診斷時(shí)，直接利用氣象分析資料中的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，將其分解為基本態(tài)分量(帶“—”的要素)和渦動(dòng)分量(帶“ˊ”的要素)帶入方程(1)-(3)，計(jì)算得到KmKe及其分解的四個(gè)動(dòng)力過(guò)程項(xiàng)分布特征，并據(jù)此分析臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)生成的正壓能量來(lái)源以及轉(zhuǎn)化特征。

然而，上述傳統(tǒng)分析方式的問(wèn)題在于，此方法所得的KmKe及其四個(gè)分解項(xiàng)的結(jié)果針對(duì)的是大氣環(huán)境場(chǎng)中正壓能量向全部天氣尺度擾動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，盡管臺(tái)風(fēng)作為一種重要的天氣尺度擾動(dòng)是包含其中的，但并非所有的天氣尺度擾動(dòng)都會(huì)發(fā)展成臺(tái)風(fēng)。因此，使用這種分析方案將嚴(yán)重混淆臺(tái)風(fēng)這一研究對(duì)象的正壓能量轉(zhuǎn)化特征，分析方法和研究對(duì)象的不一致使得目前KmKe的診斷結(jié)果不能準(zhǔn)確解釋臺(tái)風(fēng)生成的正壓能量來(lái)源，造成正壓能量轉(zhuǎn)化與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系不一致，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的分析錯(cuò)誤與預(yù)報(bào)失敗。