由都卜勒風場反演熱動力場的新方法 ——TAMEX IOP#2颮線個案應用分析

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鍾高陞(Gao-Xin Zhung ) 查詢紙本館藏

畢業系所

大氣物理研究所

論文名稱

由都卜勒風場反演熱動力場的新方法 ——TAMEX IOP#2颮線個案應用分析

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摘要(中)

本研究提供一個反演熱動力場的新方法。藉由完整的動量方程式(momentum equation)與熱動力方程式(thermodynamic equation)的結合，利用3D-VAR的變分方式，一旦知道風場在空間上的分佈便能夠反演出壓力與溫度的擾動場。
首先，使用數值模擬資料，由一個冷池(cold pool)的中尺度現象來檢驗本方法的可行性。反演所需的輸入場由模式提供。比較模式與反演獲得的壓力與位溫擾動場，在定性及定量上皆有不錯的的結果。
接著利用TAMEX計畫在1987年5月17日（IOP#2）觀測到的颮線系統在海上時期進行個案分析。從雙都卜勒雷達合成的三維風場反演壓力與浮力擾動場。由反演的熱動力場可以進一步分析氣壓梯度力、浮力、垂直淨加速度項(dw/dt)在空間上的分佈，探討颮線在對流區與層狀區熱力結構上的不同。而在垂直結構上，比較本反演方式與傳統反演的方法發現，由於後者反演出來的是相對於水平平均的偏差量，在不曉得每一層水平平均值的情形下，解釋垂直結構時可能會發生誤判！最後，藉由可信度參數(reliability parameter)、地面測站的觀測資料、斜溫圖、物理解釋上的合理性以及比較過去數值模擬對颮線的研究等種種間接證據證明，此反演方式可以應用到真實個案，對於瞭解中尺度天氣系統有一定的幫助。

摘要(英)

This research presents a new method whereby one can apply the 3D-Var technique to momentum equations and thermodynamic equation to simultaneously retrieve pressure and potential temperature perturbations from Doppler wind measurements.
First, a set of artificial data produced by a model-generated cold pool is used to verify this method. The retrieved results are found to be in good agreement with their model-generated counterparts both qualitatively and quantitatively.
Then, the newly designed method is utilized to study a squall line system observed during TAMEX IOP#2. The major focus is placed on the structure of the pressure gradient force, buoyancy force, and net acceleration along the vertical direction. The validity of the retrievals is decided based on the reliability parameter, TAMEX surface observation, pre-squall sounding data at Makung , as well as the concept model of a squall line. It is also found in some vertical cross sections that the traditional thermodynamic retrieval algorithm may lead to erroneous interpretation of the thermodynamic field.

關鍵字(中)

★ 值函數
★ 分法
★ 力擾動場
★ 動力方程式
★ 反演
★ 線
★ 量方程式

關鍵字(英)

論文目次

摘要………………………………………………………………………i
英文摘要…………………………………………………………………ii
誌謝……………………………...…………………………………...iii
目錄……………………………………………………………….…….iv
圖表說明…………………………………………………….………….vii
第一章前言……………………………………………………………1
1.1研究動機……………………………………………………….1
1.2論文回顧……………………………………………………….1
1.3研究方向………………………………...……………………3
第二章反演的原理與方法……………………………………………4
2.1動量方程式…………………………………………………….4
2.2熱動力方程式………………………………………………….5
2.3價值函數的形式……………………………………………….5
第三章使用數值模式資料的驗證…………………………………..11
3.1數值模式與反演之說明……………………………………….11
3.2反演結果與模擬之比較……………………………………….12
第四章資料處理與個案描述………………………………………..14
4.1個案選取……………………………………………………….14
4.2資料來源與處理……………………………………………….14
4.3個案天氣現象描述…………………………………………….16
4.3.1綜觀尺度方面…………………………………………….16
4.3.2雷達回波………………………………………………….17
4.4三維風場運動結構…………………………………………….17
第五章反演結果……………………………………………………..20
5.1壓力與浮力擾動場…………………………………………….20
5.1.1水平結構………………………………………………….20
5.1.2垂直結構………………………………………………….21
5.2反演熱動力結構之探討與分析……………………………….22
5.2.1壓力與浮力擾動場……………………………………….22
5.2.2加速度場的分析………………………………………….23
5.2.3GC78垂直結構的誤判…………………………………….25
5.3反演結果之佐證……………………………………………….26
5.3.1可信度參數……………………………………………….26
5.3.2地面觀測資料…………………………………………….27
5.3.3斜溫圖提供的資訊……………………………………….27
5.3.4過去模擬颮線個案的研究……………………………….28
第六章結論與未來展望…………………………………………… .29
參考文獻………………………………………………………………..32
附圖……………………………………………………………………..35

參考文獻

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大學大氣物理研究所碩士論文，100pp。
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Characteristics of a subtropical squall line determined from
TAMEX dual-Doppler data. PartⅠ: Kinematic structure. J.
Atmos. Sci., 47, 2357-2381.

指導教授

廖宇慶(Yu-Chieng Liou)

審核日期

2001-7-11

推文