卡特里娜飓风（2005）.第一部分：强烈热带气旋的复杂生命周期外文翻译资料

 2022-11-22 11:11

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卡特里娜飓风（2005）.第一部分：强烈热带气旋的复杂生命周期

摘要

卡特里娜飓风（2005）对美国墨西哥湾沿岸的破坏性影响之大，是在最近几次在北美的自然灾害中没有能与之相比的。超过1800人死亡，损失近400亿美元（美元），卡特里娜被列为最昂贵的和历史上最致命的大西洋飓风之一。这项研究记录了卡特里娜的复杂生命周期，这是一场由热带过渡事件引发的风暴。卡特里娜加强为一级飓风前袭击了迈阿密，佛罗里达；然而，当系统越过佛罗里达半岛，我们观察到系统发生了小的弱化。模拟气候学表明此行为与风暴穿越半岛最南端的历史记录一致。在温暖的墨西哥湾水域，卡特里娜经历了两次与一个温暖的洋流核心相关的快速增强的阶段。这些 阶段，风暴的规模增加了一倍，导致功耗单调增加，直到卡特里娜飓风9月28日达到了一个超级激烈的状态。在路易斯安那州，一对极具毁灭性的崩塌后的系统在大陆架海域弱化。尽管其具有飓风强度，卡特里娜并没有激化其以下温带过渡。然而风暴的流出反气旋的演变，

导致影响了相关研究为2周期的北半球所示的纬度流的扰动。对卡特里娜复杂演化的不同组成部分的理解对进一步发展分析和预报技术是必要的，因为它们适用于在北美大陆附近形成的风暴，并在墨西哥湾迅速加剧的风暴中。鉴于自1990年代中期以来观察到大西洋飓风活动的总体增长，对此类事件的增强的重视可能有助于减轻类似严重的飓风在未来的影响。

1．简介

飓风卡特里娜（2005年的8-9月）是美国在最近几次发生的自然灾害中是最致命的和损失最大的自然灾害。它着陆在佛罗里达州和路易斯安那，导致在路易斯安那，密西西比，佐治亚，阿拉巴马和佛罗里达等几大洲1800多人死亡(科纳等人. 2005)，380亿（＄）-440亿的经济损失（Churney 2006）。显然，像这种重大的灾害事件是值得详细研究，特别是在20世纪90年代中期以来的数据显示飓风频率的频频增加。特别是沿海基础设施的脆弱导致卡特丽娜对新奥尔良和路易斯安那附近登陆，造成的破坏性影响。卡特丽娜飓风的迅速增强，对于进一步加强关键性的早期预警系统是十分必要的，在这个高风险的环境中预测经验至少面临一个飓风活动的整体增加(Goldenberg et al. 2001; Emanuel 2005; Bell andChelliah 2006)。

美国飓风中心预报员首次被认定为12号热带低压的卡特丽娜飓风，2005年8月23日在巴哈马东南部。 (Fig. 1) 开始向北移动，然后转向西边，风暴在迈阿密、佛罗里达附近登陆，飓风卡特里娜根据雷达测量在离海平面气压983hPa上，风速达到35m/s的系统。卡特里娜在其通过佛罗里达半岛的简短路径中有稍稍的减弱迹象，但在8月26日早晨当它移入墨西哥湾后没过多久强度便开始增强。26号和28号两次快速强化，加强到级别-5，近地表风强度达到77m/s 和最低海平面902 hPa上 (Fig. 1)。继续加速向北，减弱到级别-3（风速为55m/s中心气压强度为923hPa）在路易斯安那海岸上崩塌。其中最致命的是风暴在世界时间29号1430 着陆于新奥尔良以东35km，从而这导致新奥尔良市堤防的破坏和严重的洪水，以及密西西比海岸沿线的广泛的破坏。飓风卡特丽娜登陆后迅速减弱，之后由于上游的槽相互作用转向东北，导致系统的快速变性 [ET; see Jones etal.(2003) for a comprehensive review]。尽管在美国东北部和加拿大东南部产生大暴雨，但是卡特里娜没有继续强化并在9月7号被格陵兰岛南端附近原有的温带低压吸收从而结束其生命周期。

图.1 美国国家飓风中心跟踪卡特里娜飓风的强度获得报告。在右上角插图显示的估计最小海平面气压（单位：hPa；实线）和最大持续风速（单位：k/h；虚线）

本研究的重点是记录复杂生命周期的飓风卡特丽娜，和重点解释风暴的演变过程中的动力和热力结构的特征和作用。其中包括初始旋涡的发展和后续热带过渡 (TT; Davis and Bosart 2004)，穿越佛罗里达半岛的风暴，集中到墨西哥湾之后着陆。因此作为一个此研究的介绍人员 [McTaggart-Cowan et al. (2007)hereafter referred to as Part II]调查这种强烈的热带气旋的半球影响，后者将强调衰减系统在中纬度中的影响。

虽然早期的研究认识到一般都在中海拔起源的，上升低压槽的存在是形成热带气旋事件的潜在最重要的成分(Sadler 1976, 1978; Bosart 和 Bartlo 1991; Ferreira 和 Schubert 1999; Bracken和 Bosart 2000; Hanley et al. 2001)。但最近对TT形成了一个概念性的模型(Davis 和

Bosart 2004)。这个模型由两个分离的通道组成，这两个通道使得TT基于不同初始的低水平气旋而形成。在强烈温带气旋期间，一个具有足够的风速的低水平气旋触发WISHE界面(Emanuel 1987)，无规则地与逆流的低压槽或正流的气旋。以对流的形式在气旋内重新分布着质量和动量，剪切作用关系到对流中心附近最低（Zehr 1992）的气旋局部下降速率低于10m/s。总的规模上升作用，导致加强对流深层的作用和温核系统的形成。

弱的温带气旋通道使得TT能被初始气旋近表面速度小于10m/s，这一速度是启动WISHE过程所需的速度。诱发性的低压槽的上升和剪切作用促进最先的气旋内局部环境的对流作用。一旦气旋以足够的紧密度触发到WISHE，TT的接收表示优先于SEC事件。

局部环境的对流一旦形成，对TC的强度和自然状态有着持续的影响，尤其是如果这种变化发生在低边界区。这一过程涉及到飓风着陆后有时与摩擦拽力结合抵抗缩颈下旋，从而降低温度的梯度和灵敏度，以及与山地的间的作用。海平面温度在决定TC的强度中所起作用小于界定的，虽然已经存在极限值，即26.5°C 海表温度。Shay et al. (2000) 提出一个WCR结合分喷气和低压槽的动态，从而减弱飓风Opal (1995)在墨西哥湾上部的快速强化。 作者假设在WCR内部温水的深度减弱了飓风引起的冷的混合驱动力，一个冷的海平面温度过程低于6℃或更高(e.g.,Bender et al. 1993; among others).。

一个测定环境的扰乱对TC的影响比起表面属性的变化更具有戏剧性。在其最大的密度区，低海拔热带作用导致风暴的ET形成，这是一个热带区末端生命系统循环的信号。ET的过程在气候学（Hart 和 Evans 2001）形成方面的研究文献[Jones et al. (2003) 发表了有关ET流动研究的概述性报告，这种研究主要包括事件研究(Atallah 和 Bosart 2003; Abraham et al. 2004; Atallah et al. 2007)和模型研究(McTaggart-Cowan et al. 2003; Colle 2003).两种]上受到了极大的关注。最近Anwender et al. (2006)和 Harr et al. (2006)的研究工作表明对ET事件，尤其是指那些重复形成的，目前在其确定性和预报系统两个方面都存在重大的挑战。Harr et al. (2006) 解释这种不确定性关系到转换系统在北太平洋的西部通过刺激Rossby波，很容易影响中等范围的预报越过北美。我们在第二部分将提出，这些在中海拔流动的扰乱会持续几个星期，甚至导致ET事件的滞后，最终导致在热带区和温带区之间进一步的作用。

本文研究从数据的描述和利用文献在section 2中讲飓风卡特里娜 的复杂生命循环。在Section 3 研究卡特里娜随着WEC通道形成过程。对风暴随后的追踪和演化，包括它对佛罗里达半岛和路易斯安那的最终着陆时的影响，在section 4 中进行探讨。卡特里娜 生命循环的ET阶段的文献在section 5 中表述。本次研究的结论通过对所发现的内容进行讨论后简洁地在section 6 中提出。

2.数据和方法

卡特里娜飓风的基本信息和佛罗里达的风暴初见陆地气候学（第4b条）已经从NHC最佳轨道档案（路径和强度）和美国国家飓风中心公告（风暴半径）得知。从环境预报中心全球预报系统在本研究中全球0.5°网格分析数据用于计算大气诊断。探析海表温度一直使用美国国家海洋进行和大气管理局（NOAA）最佳插值海表温度（第2版）数据集1°网格间距（可在网上http://www.cdc.noaa.gov/cdc/data.noaa.oisst.v2.html）。注释摘要在整个文本中使用的表1中提供。

表1 文本中使用的符号参考

符号 描述 章节 图

A 墨西哥湾沿岸 4a, 4c 8

反气旋

B 百慕大反气旋 4a 8

C 冷上层空气 3a 4

G 低纬度槽 3a, 4a 4, 8

K 卡特里娜飓风 3a, 3b, 5 4, 6, 8, 15

O 从卡特里娜流出 4c, 5 8, 15

R 残TD-10涡 3b 6

U 上游槽 4c, 5 8

V 东风波 3b 6

本次调查还大量使用卫星亮度温度从地球同步运行环境红外卫星（GOES）Unidata获得本地数据管理器（可在网上http://www.unidata.ucar.edu/software/ldm）大约0.2°网化数据，亮度由GOES记录的温度密切相关的温度最高的云层，或在无云区域的表面温度。从卫星贾森-1数据，海洋地形实验（TOPEX）/海神，环境卫星（Envisat）提供，并GEOSAT后续合并创造了使用的测高数据卡特里娜飓风在第4C迅速激化（Scharroo等，2005）的分析。

该罗斯贝穿透深度（ARE）第3A提到的计算方法：

其中，N的平方是布朗特-维萨拉频率的平方，f0为基准科里奥利参数（5105秒1在这项研究中，较靠近20°N行星值），并且L是该系统的特性水平长度尺度（在这里拍摄为1000公里）。影响PV异常带（1/2）R的垂直刻度衰减（霍斯金斯等人1985;苏里塔和2001年林德曾）。

在第4D描述的功耗（PD）是基于由伊曼纽尔（2005）中的公式轴对称形式瞬间：

其中，r是从飓风的中心的半径，CD是阻力系数，是空气密度，V是表面附近的风速为仅r的函数，并且r0是外风暴半径。由于近地面风场的三维结构粗分析数据不佳代表，我们采用一个标准的朗肯涡模型，其中

其中R是最大风速（的Vmax）的半径。将（3）代入（2）得到以下形式的解析解：

这是仅基于容易观察到的参数的最大风速（最佳轨道强度数据），R（从卫星图像和大西洋海洋学和气象学的NOAA飓风研究部提供的机载多普勒雷达数据眼墙半径

实验室）和R0（从NHC公告热带风暴（TS）风力半径）。密度为1.2公斤米3设定为常数以及由Powell等人所述光盘的Vmax弱而变化。 （2003）。

3. Tropical transition 热带过渡

飓风卡特里娜 是八月23日第一次被NHC 通过TD 12 在离巴哈马群岛的拿索市300公里的1800 UTC发现。Davis和 Bosart (2004)描述说这个风暴最先是随着WEC通道形成的。这通道里原先存在的低—中水平的气旋与从低海拔上升低气压间相互作用，形成原始的热带转换带。这些特征在这一章中通过图2作为参考详细地描述。数据体现在西大西洋和加勒比海地区7天内超过平均条件就会导致飓风Katrina的形成。中海拔低气压是通过某个区域对流层顶部气压动态上升【pDT, 这里流层顶部气压动态通过2-PVU面鉴别（1PVU=

】，而低水平气压（在t 0000 UTC 17 August in the Fig. 2 inset上呈现，在3b中进行探讨）是从一个区域到加勒比海的永久性对流的追踪得到的。

  1. 中海拔低气压

中海拔低气压或PV 的跟踪对Davis和 Bosart (2004)的热带转换模型非常关键。Katrina形成的初期，低气压提供三个分离的力促进其源起过程。第一，它弱科里奥利的低海拔区提供最底层旋转着的气旋。它关系到气旋被对流作用的拉伸促使其上升。第二，对流顶部气压动态的最大值表示目前中-高对流层低气压下面的冷槽同时稳定地减弱区域的气柱。第三，高对流顶部动态气压在水平方向上的对流大于低水平区的静流，从而导致不同的气旋在水平方向的对流促使形成一个向热带方向上升的低压槽轴。这种最基层形成的梯度使得在低水平PV处的斜压或原始对流间造成干扰，从而形成一个多重激烈的系统。(Eady 1949; Hoskins et al. 1985)

上述的低压槽的特征在Cu

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