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热带气旋在强度-尺寸相空间中的演变特征

热带气旋,相空间,结构演变

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.20 灾害性天气的资料同化与发生发展机理

  热带气旋的致灾性与尺度、强度有关，然而，现有常用气旋指标，如34节风速半径（r₃₄）、最大风速半径（RMW），往往同时包含强度和尺寸信息，这一定程度上影响了热带气旋的分析和预报。我们采用了一种将变量投影至正交空间的方法以解决该问题，核心步骤如下：（1）对数据进行标准化和中心化处理（2）进行经验正交分析，提取前两个主要组分（3）分析各变量的贡献率，逐时刻完成构建。

  我们发现，热带气旋的相空间轨迹大致可分为三段区域：（1）强度增长区：表现为低EOF2变率与高EOF1变率（2）强度-尺度耦合区：表现为强度-尺度的混合增长（3）减弱变性区：表现为EOF2的快速增长与EOF1的减小；其中，高风速组的中值轨迹强度增长区更显著，而在强度-尺度耦合区，轨迹斜率也小于中低风速组。就个例而言，我们对“艾奥塔”（图2a）“玛利亚”（图2b）“丹尼斯”（图2c）三个极端气旋进行了研究。“艾奥塔”起源于东风波，初始环流大，背景风切强，在进入有利环境后迅速整合增强，其相空间轨迹呈“回形针”形，即随着环流整合，尺度先减小，其后强度迅速增强，并在达到峰值后进入减弱变性区；“玛利亚”在增强过程中经历了眼壁置换，强度短暂减弱，该过程在图中已被圈出；“丹尼斯”则是一个在登陆后迅速减弱的五级飓风，相空间显示，其并未出现尺度快速扩大的轨迹。