利用大涡模拟技术研究台风内核区风雨演变规律

The extreme weather events of wind and rainfall usually occur in the inner-core region of typhoons (within two times of the radius of maximum wind). Strong wind and heavy rainfall in this region evolve very fast with uneven spatial distribution. In order to mitigate typhoon disasters, it is very important to study the mechanisms of the formation and evolution of extreme weather events. The objective of the proposed study is to understand extreme weather events and the associated evolution and distributions of strong wind and heavy rainfall in the inner-core region of typhoons using the large eddy simulation technique and observational data obtained during the last typhoon research project. The focus of this study will be on the mesoscale systems in the inner-core region such as rolling vortices in the planetary boundary, eyewall vortices and inner spiral rainbands.

台风活动伴随的最剧烈狂风和暴雨等天气通常发生在台风的内核区（两倍台风最大风速半径内的区域），台风内核区中小尺度系统导致强风暴雨具有局地分布不均和快速演变的特征，为了有效地防御台风灾害必须加强对台风内核区中小尺度系统的发生机制和演变规律的研究。本项目将利用大涡模拟技术模拟和“台风973项目”期间获得的台风登陆过程中的详细观测资料，深入认识台风登陆我国沿海过程中台风内核的风雨变化特点，并且着重关注台风内核区的中小尺度现象，如边界层滚涡、眼墙涡旋和螺旋雨带等，揭示台风登陆前后内核区风雨结构的演变规律。

台风内核区存在一些精细尺度环流特征，如眼墙中尺度涡旋、对流爆发和边界层滚涡等，这些精细结构对理解台风强度结构变化非常重要。本项目的研究任务是利用先进的中尺度WRF模式，通过一系列高分辨率数值试验，研究我国沿海地区台风登陆过程中内核区的风雨精细分布和演变规律。研究内容包括下列三个方面：1）研究大涡试验中登陆台风内核风雨分布特点和结构变化；2）比较分析大涡试验和中尺度试验中模拟的台风内核风雨结构和演变规律；3）深入分析台风内核区小尺度系统对台风尺度强度和结构演变的影响。项目的执行期间，对两个登陆台风个例进行大涡模拟研究，两个试验最高分辨率分别为37m和74m。主要研究成果有：1）揭示了龙卷尺度涡旋（TSV）在台风内核区的分布和三维结构特征；2）揭示了台风眼墙中极端上升气流的的分布特征和相联系的小尺度结构；3）发现眼墙高层出流层下方存在一支干冷的入流，它进一步限制台风内雨带在垂直方向上的发展。