120 / 2021-07-19 17:00:33

次千米至次百米水平分辨率对模拟台风边界层结构的影响

精细结构,大涡模拟,台风边界层

台风边界层的精细结构特征包括滚涡和龙卷尺度涡旋，这些小尺度环流系统能够影响近地面风场分布特征甚至影响台风强度，因此在数值模拟中准确解析台风边界层精细结构至关重要。近期研究表明，次百米尺度水平分辨率结合WRF (Weather Research and Forecasting)模式及LES (Large Eddy Simulation) 技术能够模拟出边界层精细结构特征。但是，次千米尺度至大涡尺度水平分辨率如何影响台风风暴尺度结构，模拟出的精细结构及台风强度存在何种差异仍然不清楚。本研究利用中尺度WRF模式结合边界层LES技术，采用333 m、111 m和37 m的水平分辨率探究模拟热带气旋边界层结构特征差异，初步结论如下：

(1) 比较不同分辨率试验发现，当水平网格尺度减小到111 m或37 m时，模拟台风边界层中的入流更强，边界层厚度及急流核高度更低，伴随更强的近地面垂直风速切变。此外，111 m和37 m试验模拟的边界层平均结构并无明显差异。

(2) 对比不同水平分辨率模拟热带气旋边界层精细结构发现，当水平分辨率提高到111 m或37 m，模拟的湍流动能垂直分布特征与观测研究一致，极端风速的统计分布特征与观测接近，这表明水平分辨率为百米或更小尺度时，台风边界层中的湍流特征可以得到更精确地解析。此外，只有111 m 与37 m水平分辨率试验可以模拟出边界层精细结构特征，包括伴随条带状风速带的滚涡以及与极端风速相联系的龙卷尺度涡旋。

(3) 和前人模拟结果一致，当水平分辨率从次千米尺度提高到次百米尺度, 台风最大风速强度增加，但是平均风速强度减小。此外，111 m 与 37 m水平分辨率试验中，台风的风速强度并没有显著差异，这可能是因为百米尺度水平分辨率已经能够解析出影响台风最大风速强度的精细结构特征。