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基于浅水模型与准随机对流的台风生成模拟及其与木星极涡的类比

台风生成,浅水模型,木星极涡,对流

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.23 对流多尺度相互作用的数值模拟与基础理论

台风生成机理是当前中尺度动力学研究的一项难点，而构造简单的单层浅水模型是理解台风生成的重要方式。已有单层浅水模型只能重现台风自发生成的早期阶段，从生成到定常状态尚未有完整研究。为此，本研究设计了耦合准随机对流的浅水模型并进行长期模拟。在准随机对流方案中，对流以局地脉冲质量汇的形式设定，其发生概率依赖于局地涡度，使得涡旋区域具有更大的对流概率，模拟正反馈；同时设置了对流限制器和牛顿冷却来模拟负反馈。模拟实验从随机扰动出发，最终出现了准定常的类台风涡旋，并且多个稳态涡旋在周期平面上形成了准静止的晶格结构，与“TC world”类云解析模拟有诸多相似之处。

我们进一步将热带气旋与土星和木星的极地涡旋进行类比，由于木星与土星大气中存在可凝结气体成分，在内部热源的配合下，湿对流在其极地也相当普遍，而湿对流组织化过程在这类行星极涡的形成和维持中的作用尚未理解清楚，我们在前述研究的基础上，在浅水模型中设置了极地γ平面和海绵层以模拟极冠，成功重现了木星极冠的多涡旋结构。我们还对该模型的参数空间进行了初步探索，认为行星Burger数、Rossby变形半径、对流强度等参数在该模型中其关键作用。