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地形追随坐标系下静力位涡的计算和应用分析(英文)

曹洁  Qin Xu  
【摘要】:本文从回顾地形追随坐标系下静力平衡位涡(HPV)计算表达式出发,鉴于静力位涡是物质,具有守恒的物理特性,指出其普适的表达式以及位涡守恒性质在高度坐标系、气压坐标系以及等熵坐标系都广泛适用。在此基础上,以WRF中尺度数值模式的地形追随坐标系为例,直接在此地形追随坐标系下推导静力位涡表达式,发现,表达式中多出的地形影响因子对位涡守恒性起重要作用,并且给出了其他地形追随坐标系模式(如美国海军COAMPS模式、美国CAPS中心ARPS模式等)下的普适形式。这一理论发现的应用价值在于,使用模式输出资料对位涡相关项做诊断分析时,可以直接用普适形式计算,而无须为使用高度或者气压或者等熵坐标系下对应的位涡形式做插值运算。为证明地形追随坐标系下位涡计算表达式的应用性和重要性,本文先从理论上对比:(1)把模式输出的地形追随资料插值到气压坐标系再计算、(2)使用WRF后处理模块(RIP4)中静力位涡计算程序、以及(3)使用普适表达式直接计算,这三种方案的物理解释和计算代价;接着,使用一次实际飓风个例(Hurricane Isabel)的数值模拟结果对这三种方法进行诊断分析。结果表明,本文提出的地形追随坐标系下的普适表达式可以有效避免插值方法引入的计算误差,精度和WRF后处理模块一致,但在资料准备和物理解释上也明显优于WRF后处理模块。文章最后指出,地形追随坐标系下静力位涡表达式的另一广泛应用在于位涡守恒性质在灾害天气中的诊断分析。

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