On the instabilities of tropical cyclones generated by cloud resolving models
On the instabilities of tropical cyclones generated by cloud resolving models
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云解析模型产生的热带气旋的不稳定性
DOI：
10.1080/16000870.2018.1525245
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Schecter, David A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schecter, David A.
本文提出了一种由云分解数值模拟得到基本状态的热带气旋主要不稳定模态的近似分析方法。该方法是基于一个线性化的扰动动力学模型，该模型明显结合了翻转二次环流的涡，空间不均匀的涡扩散，非绝热强迫与扰动湿对流。虽然后者提供了一个通用的公式，只有参数化的非绝热强迫成比例的本地垂直速度扰动和调制的基本状态的本地云量在这里实施。不稳定性分析主要说明了一个成熟的热带气旋的代表性的4级飓风。对于涡扩散率与相当传统的配置的模拟，产生的基本状态，扰动增长是由低方位角波数不稳定性具有最大的不对称动能密度在对流层较低的区域的涡的内核占主导地位。不稳定模式的特点是不充分的非发散二维动力学解释。此外，增长率和模态结构是敏感的合理变化的非绝热强迫。对一个在较弱水平扩散条件下生成的成熟热带气旋进行了第二次不稳定性分析。在这种情况下，线性模型预测一个相对快速的高波数不稳定性，是不敏感的非绝热强迫的参数化。的预测是在非常好的定量协议与先前发表的分析，如何在云解析模型的不稳定性发展的方式，以创建中涡略向内的中央部分的眼壁。
An approximate method is developed for finding and analysing the main instability modes of a tropical cyclone whose basic state is obtained from a cloud resolving numerical simulation. The method is based on a linearised model of the perturbation dynamics that distinctly incorporates the overturning secondary circulation of the vortex, spatially inhomogeneous eddy diffusivities, and diabatic forcing associated with disturbances of moist convection. Although a general formula is provided for the latter, only parameterisations of diabatic forcing proportional to the local vertical velocity perturbation and modulated by local cloudiness of the basic state are implemented herein. The instability analysis is primarily illustrated for a mature tropical cyclone representative of a category 4 hurricane. For eddy diffusivities consistent with the fairly conventional configuration of the simulation that generates the basic state, perturbation growth is dominated by a low azimuthal wavenumber instability having greatest asymmetric kinetic energy density in the lower tropospheric region of the inner core of the vortex. The characteristics of the instability mode are inadequately explained by nondivergent 2D dynamics. Moreover, the growth rate and modal structure are sensitive to reasonable variations of the diabatic forcing. A second instability analysis is conducted for a mature tropical cyclone generated under conditions of much weaker horizontal diffusion. In this case, the linear model predicts a relatively fast high-wavenumber instability that is insensitive to the parameterisation of diabatic forcing. The prediction is in very good quantitative agreement with a previously published analysis of how the instability develops in a cloud resolving model on the way to creating mesovortices slightly inward of the central part of the eyewall.
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