Μοντέλο για το οριακό στρώμα κινούμενων τροπικών κυκλώνων

A. Langousis, D. Veneziano, and S. Chen, Boundary layer model for moving tropical cyclones, Hurricanes and Climate Change, edited by J. Elsner and T. Jagger, 265–286, Springer, 2008.

[Μοντέλο για το οριακό στρώμα κινούμενων τροπικών κυκλώνων]

[doc_id=1023]

[Αγγλικά]

Στην παρούσα εργασία αναπτύσσουμε ένα απλό θεωρητικό μοντέλο για το οριακό στρώμα (ΟΣ) κινούμενων τροπικών κυκλώνων. Το μοντέλο εκτιμά την οριζόντια και κατακόρυφη συνιστώσα της ταχύτητας του ανέμου εντός του ΟΣ κάνοντας χρήση των βασικών χαρακτηριστικών του τροπικού κυκλώνα: την μέγιστη εφαπτομενική ταχύτητα ανέμου Vmax, την ακτινική απόσταση Rmax του μεγίστου από το κέντρο του κυκλώνα και την παράμετρο Β του Holland (τα οποία εκτιμώνται μακριά από το στερεό όριο όπου η τριβή μπορεί να θεωρηθεί αμελητέα), σε συνδυασμό με την ταχύτητα μεταγωγής Vt της καταιγίδας, τον συντελεστή σύρσης στο στερεό όριο CD και τον συντελεστή κατακόρυφης διαχύσεως της οριζόντιας ποσότητας κίνησης Κ. Το φυσικομαθηματικό προσομοίωμα βασίζεται στην μοντελοποίηση του Smith (1968) για στάσιμους και, συνεπώς, συμμετρικούς τροπικούς κυκλώνες. Αρχικά, το εν λόγω μοντέλο τροποποιείται και επεκτείνεται ώστε να συνυπολογίζει την ταχύτητα κίνησης του κυκλώνα, και στην συνέχεια επιλύεται με χρήση της τεχνικής ολοκληρώσεως της ποσότητας κίνησης. Το προτεινόμενο αριθμητικό σχήμα είναι υπολογιστικά γρήγορο και ευσταθές ακόμα και για υψηλές τιμές της παραμέτρου B και για ταχέως κινούμενους κυκλώνες. Τα αποτελέσματα του μοντέλου συγκρίνονται με αυτά άλλων εργασιών (Shapiro, 1983; Kepert, 2001) και επαληθεύονται με χρήση του αριθμητικού μοντέλου μεσοκλίμακας 5ης γενεάς ΜΜ5 (Fifth Generation Pennsylvania State University/NCAR Mesoscale Model). Συμπεραίνουμε ότι το μοντέλο Kepert (2001) υποεκτιμά τις ακτινικές και κατακόρυφες ροές ανέμου, ενώ το μοντέλο Shapiro (1983) εκτιμά ακτινικές και κατακόρυφες ταχύτητες που είναι περίπου 2 φορές μεγαλύτερες από αυτές που προβλέπονται από το μοντέλο ΜΜ5. Το πεδίο ταχυτήτων που εκτιμάται από το προτεινόμενο μοντέλο είναι συνεπές τόσο με το μοντέλο ΜΜ5 όσο και με εμπειρικά δεδομένα από παρατηρηθέντες τροπικούς κυκλώνες. Το προτεινόμενο μοντέλο χρησιμοποιείται για την μελέτη ευαισθησίας της συμμετρικής και αντισυμμετρικής συνιστώσας του πεδίου ταχυτήτων στις παραμέτρους του τροπικού κυκλώνα. Σε συμφωνία με εμπειρικές παρατηρήσεις, συμπεραίνουμε ότι μεγαλύτερες τιμές της παραμέτρου Β και μικρότερες τιμές της ακτινικής αποστάσεως Rmax οδηγούν σε πεδία οριζοντίων ταχυτήτων που είναι πιο αιχμηρά κοντά στο κέντρο του κυκλώνα. Επίσης, συμπεραίνουμε ότι όταν οι τροπικοί κυκλώνες κινούνται στο Βόρειο Ημισφαίριο, η κατακόρυφη και η ακτινική συνιστώσα του πεδίου ταχυτήτων σε κινούμενο σύστημα συντεταγμένων εντατικοποιούνται στο εμπρός-δεξιά τμήμα του κυκλώνα, ενώ η εφαπτομενική συνιστώσα του αυτού πεδίου (σε κινούμενο σύστημα συντεταγμένων) ισχυροποιείται στην εμπρός-αριστερά περιοχή. Τέλος, η ασυμμετρία του πεδίου ταχυτήτων είναι μεγαλύτερη για ταχέως κινούμενους κυκλώνες και για υψηλότερες τιμές του συντελεστή σύρσης CD στο στερεό όριο.

PDF Συμπληρωματικό υλικό: