袁方超，鄧兆青，陳德文

（國(guó)家海洋局廈門(mén)海洋預(yù)報(bào)臺(tái),福建廈門(mén)361008）

1010號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”近海強(qiáng)度突增診斷分析

袁方超，鄧兆青，陳德文

（國(guó)家海洋局廈門(mén)海洋預(yù)報(bào)臺(tái),福建廈門(mén)361008）

利用常規(guī)天氣圖、衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波圖及NCEP再分析資料，對(duì)1010號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”近海強(qiáng)度突然加強(qiáng)的原因進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：充足的水汽補(bǔ)充和溫暖的下墊面、高空槽東移和副高減弱、臺(tái)風(fēng)中心附近增強(qiáng)的正渦度平流、強(qiáng)的低層輻合和高層輻散及適宜的環(huán)境風(fēng)垂直切變是“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)近海強(qiáng)度突然加強(qiáng)的主要原因。

臺(tái)風(fēng)；“莫蘭蒂”；強(qiáng)度；水汽；渦度

1 引言

臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的突然加強(qiáng)，是臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)上的難題，而近海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的突然加強(qiáng)，還可能引發(fā)重大海洋災(zāi)害，給沿海地區(qū)帶來(lái)極大威脅。在影響我國(guó)的熱帶氣旋（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TC）中，平均有16%的TC移到中國(guó)沿海強(qiáng)度增強(qiáng)[1]，因此近海臺(tái)風(fēng)突然加強(qiáng)的機(jī)理研究是當(dāng)前臺(tái)風(fēng)研究的重點(diǎn)課題之一，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。前人對(duì)中國(guó)近海TC強(qiáng)度突增的研究多集中于南海北部與華南沿海，如：胡春梅等[2]對(duì)華南沿岸TC登陸前強(qiáng)度突變的診斷分析表明突增的TC位于副高西側(cè)或西南側(cè)，低空有明顯的西南氣流卷入TC內(nèi)部。于玉斌等[3]對(duì)近海熱帶氣旋強(qiáng)度突變進(jìn)行分析,認(rèn)為臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化與南亞高壓、副熱帶高壓的強(qiáng)弱有關(guān)，環(huán)境風(fēng)垂直切變小于5 m/s是南海近海熱帶氣旋突然增強(qiáng)的必要條件。李凡等[4]分析“巨爵”臺(tái)風(fēng)近海強(qiáng)度突增時(shí)發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)中心附近正渦度增大和正渦度柱向?qū)α鲗又猩蠈由煺?臺(tái)風(fēng)中心附近高層輻散、低層輻合的范圍和強(qiáng)度都在不斷增大。而在臺(tái)灣海峽和福建沿海的TC強(qiáng)度突增研究較少，本文試圖從大氣環(huán)流形勢(shì)、環(huán)境流場(chǎng)診斷、下墊面影響等方面對(duì)1010號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”近海強(qiáng)度突增機(jī)理進(jìn)行分析，找出影響其強(qiáng)度變化的一些因素，以期為今后的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)積累經(jīng)驗(yàn)。

2 數(shù)據(jù)和資料

本文分析所采用的數(shù)據(jù)和資料有：中央氣象臺(tái)網(wǎng)站所公布的每6 h一次臺(tái)風(fēng)資料（未經(jīng)校核）、韓國(guó)高空500 hPa天氣圖、臺(tái)灣中央氣象局衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波圖、地面天氣圖及臺(tái)灣海峽海溫資料、美國(guó)NCEP再分析資料（水平空間分辨率為2.5°×2.5°，時(shí)間分辨率6 h）等。

3 1010號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”概況

2010年第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”于9月8日02時(shí)在臺(tái)灣東南巴士海峽海面生成，先向偏西方向移動(dòng)；9月9日05時(shí)在南海北部打轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)向偏北方向移動(dòng)，于9月9日14時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴；9月10日02時(shí)在福建省晉江市近海海面加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，隨后于03時(shí)30分前后在福建省石獅市沿海登陸，登陸時(shí)中心最低氣壓為975 hPa，中心最大風(fēng)速35 m/s。“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)路徑見(jiàn)圖1。

圖1 1010號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”路徑圖

4 熱力條件分析

4.1 水汽分析

從加強(qiáng)衛(wèi)星云圖上看，在“莫蘭蒂”進(jìn)入臺(tái)灣海峽后，由于大陸和臺(tái)灣島及菲律賓群島地形的摩擦作用，“莫蘭蒂”云團(tuán)結(jié)構(gòu)變得松散，但仍有源源不斷的水汽從南海進(jìn)入臺(tái)風(fēng)螺旋云帶（見(jiàn)圖2）。李英等[5]研究指出水汽輸送通過(guò)影響臺(tái)風(fēng)的熱力結(jié)構(gòu)來(lái)影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度?！澳m蒂”從南海源源不斷的獲取水汽能量補(bǔ)充，水汽凝結(jié)潛熱釋放是“莫蘭蒂”能量維持的一個(gè)主要原因，它抵消了因地形摩擦而損耗的一部分能量，充足的水汽輸送是“莫蘭蒂”強(qiáng)度增強(qiáng)的一個(gè)重要原因。

圖2 “莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)紅外云圖（來(lái)自臺(tái)灣中央氣象局網(wǎng)站）

從“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)雷達(dá)回波（見(jiàn)圖3）可看出，強(qiáng)回波以“莫蘭蒂”西南側(cè)為主，說(shuō)明強(qiáng)水汽對(duì)流主要發(fā)生在“莫蘭蒂”中心西南側(cè)。熱帶氣旋中心區(qū)附近發(fā)生強(qiáng)對(duì)流可以驅(qū)動(dòng)中低層的正渦度產(chǎn)生【6-7】。在“莫蘭蒂”中心附近生成強(qiáng)的正渦度平流區(qū)，有利于“莫蘭蒂”強(qiáng)度加強(qiáng)。

圖3 臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”雷達(dá)回波圖(引自臺(tái)灣中央氣象局網(wǎng)站）

4.2 海溫分析

暖濕的下墊面也是臺(tái)風(fēng)發(fā)生和發(fā)展的一個(gè)必要條件，暖的海面，其蒸發(fā)旺盛，通過(guò)海氣間的湍流輸送，使擾動(dòng)層所在低層大氣獲得大量暖而濕的空氣，加大氣層間的條件不穩(wěn)定性，為積云對(duì)流提供有力條件。大量研究表明，下墊面海溫必須在26°—27℃以上，這是擾動(dòng)形成暖心結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。分析“莫蘭蒂”期間臺(tái)灣海峽表層海溫分布（見(jiàn)圖4）發(fā)現(xiàn)，臺(tái)灣海峽南部海溫呈緯向分布，維持在28℃以上，較高的海溫，保證了“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)能從海洋獲取更多的熱量，不至于因地形摩擦而能量耗散過(guò)快。“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)夜間在近海強(qiáng)度突增與閻俊岳的研究“臺(tái)風(fēng)迅速加強(qiáng)的頻率夜間較白天為高，它與熱帶海洋上對(duì)流發(fā)展強(qiáng)烈的時(shí)間相一致”是相符的。

圖4 臺(tái)灣海峽海溫分析圖（引用臺(tái)灣中央氣象局網(wǎng)站）

5 環(huán)流形勢(shì)分析

5.1 500hPa形勢(shì)特征分析

從500 hPa高空?qǐng)D分析，在“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)生成初期，副高分裂為東、西兩環(huán)，臺(tái)風(fēng)在兩環(huán)副高控制中間區(qū)域海面生成，并在東側(cè)副高西南側(cè)偏東南氣流引導(dǎo)下向西北方向移動(dòng)，9日08時(shí)起，受中緯度西風(fēng)槽東移影響，副高開(kāi)始減弱（見(jiàn)圖5），此時(shí)“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)受海上副高西側(cè)偏南氣流引導(dǎo)向偏北方向移動(dòng)。由于西風(fēng)槽的東移，加大了“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)環(huán)流北側(cè)的氣壓梯度，偏東分量增大，有利于“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)環(huán)流氣流輻合，使得“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)在這段時(shí)間強(qiáng)度慢慢加強(qiáng)。陳聯(lián)壽等[8]研究指出西風(fēng)槽與TC的相對(duì)位置對(duì)TC的發(fā)展有極大的影響。20時(shí)，“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)位于東移的西風(fēng)槽前，在高空槽前正渦度平流作用下，高空有明顯的輻散，反氣旋風(fēng)切變加強(qiáng)其高層的反氣旋流出，有利于“莫蘭蒂”強(qiáng)度加強(qiáng)。

圖5 500 hPa歐亞高空?qǐng)D（引自韓國(guó)氣象局網(wǎng)站）

5.2 低層流場(chǎng)分析

“莫蘭蒂”進(jìn)入臺(tái)灣海峽后，不斷有越赤道氣流和西南季風(fēng)氣流卷入“莫蘭蒂”環(huán)流中，增強(qiáng)“莫蘭蒂”環(huán)流（見(jiàn)圖6）。利用臺(tái)灣地面天氣圖資料分析，9日08時(shí)起，小股弱冷空氣侵入“莫蘭蒂”外側(cè)環(huán)流，弱冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)環(huán)流北側(cè)有利于氣流抬升和潛熱釋放，進(jìn)一步加強(qiáng)“莫蘭蒂”的斜壓結(jié)構(gòu)，斜壓能進(jìn)而激發(fā)對(duì)流加強(qiáng)，是導(dǎo)致“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)近海突然加強(qiáng)的一個(gè)原因。

圖6 9月9日20時(shí)（左）和10日02時(shí)（右）低層流場(chǎng)圖

6 物理量場(chǎng)分析

6.1 渦度和散度場(chǎng)特征分析

從850 hPa渦度場(chǎng)（見(jiàn)圖7）分析，在“莫蘭蒂”進(jìn)入臺(tái)灣海峽后，其最大渦度平流區(qū)受地形影響較小，最大正渦度中心位置與“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)中心位置基本一致，在其強(qiáng)度突增階段，最大正渦度范圍和渦度中心值迅速增大。進(jìn)一步對(duì)“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)中心進(jìn)行渦度緯向垂直剖面分析（見(jiàn)圖8），臺(tái)風(fēng)中心附近自下而上為深厚的正渦度平流區(qū)，在“莫蘭蒂”中心附近有一個(gè)明顯的正渦度柱，柱狀正渦度區(qū)從底層到高層呈鉛直分布，最大正渦度區(qū)位于700 hPa以下，最大正渦度中心為50×10-6/s。渦度方程表明，正渦度平流越大，表明輻合上升運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，越有利于“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的加強(qiáng)，強(qiáng)的正渦度平流在“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度加強(qiáng)過(guò)程中起重要作用。而“莫蘭蒂”進(jìn)入臺(tái)灣海峽后，最大風(fēng)圈半徑較小，近中心環(huán)流不至于因地形摩擦而過(guò)快損耗，同時(shí)在“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)中心附近強(qiáng)水汽對(duì)流活動(dòng)持續(xù)，激發(fā)產(chǎn)生正渦度，從而在“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)中心附近始終維持強(qiáng)的正渦度平流區(qū)。持續(xù)的正渦度平流在“莫蘭蒂”近海強(qiáng)度增強(qiáng)過(guò)程中起重要作用，是其與其他熱帶氣旋（TC）在中國(guó)近海強(qiáng)度變化的作用機(jī)理的一個(gè)不同之處，其他TC在中國(guó)近海強(qiáng)度變化期間，正渦度平流區(qū)出現(xiàn)不同程度的斷續(xù)。至于“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)近海強(qiáng)度突增期間渦度平流與其強(qiáng)度變化的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

圖7 “莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)850 hPa渦度場(chǎng)圖

圖8 臺(tái)風(fēng)中心渦度緯向垂直剖面圖

對(duì)“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)中心散度進(jìn)行緯向垂直剖面分析（見(jiàn)圖9），在“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度突增期間，低層輻合及高層輻散的強(qiáng)度和范圍都在不斷增大，低層輻合區(qū)的范圍增大尤為明顯，850 hPa層以下為強(qiáng)的輻合中心，輻合中心為-20×10-6/s,而在300 hPa層以上均為強(qiáng)的輻散區(qū)，輻散中心為25×10-6/s。

圖9 臺(tái)風(fēng)中心散度緯向垂直剖面圖

對(duì)“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)中心的渦度和散度垂直剖面分析表明，在“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度加強(qiáng)過(guò)程中，臺(tái)風(fēng)中心出現(xiàn)了強(qiáng)的正渦度平流，高空輻散和低層輻合的強(qiáng)度和范圍不斷增大，這種配置有利于上升運(yùn)動(dòng)，使得“莫蘭蒂”中心對(duì)流發(fā)展旺盛，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度加強(qiáng)。

6.2 垂直速度特征場(chǎng)分析

垂直速度ω的垂直分布與散度是相配合的，在臺(tái)風(fēng)中心附近低層輻合、高空輻散，中心附近整層都是上升運(yùn)動(dòng)。臺(tái)風(fēng)形成的CISK理論認(rèn)為整層氣層的抬升有助于不穩(wěn)定能量的釋放，為大尺度擾動(dòng)提供熱能，而大尺度擾動(dòng)又產(chǎn)生積云對(duì)流所需的濕空氣輻合，如此循環(huán)，從而導(dǎo)致擾動(dòng)不斷發(fā)展。在“莫蘭蒂”強(qiáng)度突然增強(qiáng)期間，中心垂直速度迅速加強(qiáng)，整層上升運(yùn)動(dòng)范圍加大，垂直上升運(yùn)動(dòng)柱由底層伸展至100 hPa附近（見(jiàn)圖10）?？梢?jiàn)垂直速度增強(qiáng)并從低層向上傳播，使得“莫蘭蒂”在近海強(qiáng)度發(fā)生突增。

圖10 臺(tái)風(fēng)中心垂直上升速度剖面圖

6.3 垂直風(fēng)切變分析

適當(dāng)?shù)拇怪憋L(fēng)切變是臺(tái)風(fēng)發(fā)生和發(fā)展的一個(gè)必要條件，強(qiáng)的垂直風(fēng)切變會(huì)將對(duì)流凝結(jié)潛熱迅速帶離加熱區(qū)，不利于臺(tái)風(fēng)中心的進(jìn)一步增暖，而弱的垂直風(fēng)切變則不足以加強(qiáng)擾動(dòng)能量。環(huán)境風(fēng)垂直切變通過(guò)計(jì)算“莫蘭蒂”850 hPa和200 hPa之間距其中心5個(gè)緯距半徑的全風(fēng)速得到（全風(fēng)速見(jiàn)圖11）。計(jì)算分析“莫蘭蒂”發(fā)展期間垂直風(fēng)切變發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)度突增前，垂直風(fēng)切變?cè)龃?，在?qiáng)度突增期間，垂直風(fēng)切變維持在5—10 m/s，這個(gè)切變值有利于“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)。

圖11 臺(tái)風(fēng)中心垂直風(fēng)切變緯向剖面圖

7 結(jié)論

利用常規(guī)天氣圖、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖和NCEP再分析資料，對(duì)1010號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”近海強(qiáng)度突然增強(qiáng)進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

（1）“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)近海加強(qiáng)期間，從南海源源不斷的水汽補(bǔ)充，臺(tái)灣海峽南部表層海溫呈緯向分布，且水溫都在28℃以上，充足的水汽能量補(bǔ)充是“莫蘭蒂”近海加強(qiáng)的一個(gè)必要條件；

（2）“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)時(shí)位于西風(fēng)槽前，槽前正渦度平流有利于臺(tái)風(fēng)高層輻散，槽后弱冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)內(nèi)部，增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)斜壓結(jié)構(gòu)，有利于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度加強(qiáng)；

（3）在“莫蘭蒂”近海強(qiáng)度突增階段，垂直風(fēng)切變維持在5—10 m/s，這個(gè)切變值有利于“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)；

（4）在“莫蘭蒂”強(qiáng)度突然增強(qiáng)階段，臺(tái)風(fēng)中心出現(xiàn)強(qiáng)烈的低層輻合和高空輻散，輻合輻散范圍和強(qiáng)度不斷增大；臺(tái)風(fēng)中心強(qiáng)的正渦度平流區(qū)在臺(tái)風(fēng)突然增強(qiáng)期間受地形影響較小，臺(tái)風(fēng)中心強(qiáng)的正渦度平流可能是“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)近海突然增強(qiáng)的一個(gè)重要原因，也是其區(qū)別于其他近海TC強(qiáng)度變化的一個(gè)作用機(jī)理，正渦度平流的維持及其如何影響“莫蘭蒂”強(qiáng)度變化的機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

[1]閻俊岳.近海熱帶氣旋迅速加強(qiáng)的氣候特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 1996,7(1):28-35.

[2]胡春梅,端義宏,余暉,等.華南地區(qū)熱帶氣旋登陸前強(qiáng)度突變的大尺度環(huán)境診斷分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2005,21(4):377-382.

[3]于玉斌,楊昌賢,姚秀萍.近海熱帶氣旋強(qiáng)度突變的垂直結(jié)構(gòu)特征分析[J].大氣科學(xué),2007,31(5):876-886.

[4]李凡,鄭艷,李勛.0915號(hào)臺(tái)風(fēng)“巨爵”近海強(qiáng)度突增的診斷分析[J].氣象水文海洋儀器,2010,3:87-93.

[5]李英,陳聯(lián)壽,徐祥德.水汽輸送對(duì)登陸熱帶氣旋維持機(jī)制的數(shù)值試驗(yàn)[C].第十三屆全國(guó)熱帶氣旋科學(xué)討論會(huì)會(huì)議文集，2004.

[6]仲榮根.臺(tái)風(fēng)加（減）速運(yùn)動(dòng)的診斷預(yù)報(bào)方法及路徑預(yù)報(bào)[J].海洋學(xué)報(bào),1995,17:55-62.

[7]賀海晏.臺(tái)風(fēng)移動(dòng)規(guī)律的研究Ⅰ—非絕熱加熱與水平溫度分布[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),1995,11:1-9.

[8]陳聯(lián)壽,丁一匯.西太平洋臺(tái)風(fēng)概論[M].北京:科學(xué)出版社,1979.

[9]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京:氣象出版社,2000.

Diagnostic analysis of sudden intensity of typhoon "Meranti"（1010）near offshore

YUAN Fang-chao DENG Zhao-qing CHEN De-wen
（Marine Forecast Station Of Xiamen，Xiamen Fujian 361008 China)

Based on general weather charts,satellite cloud images,radar echo images and NCEP reanalysis data, the diagnostic analysis is done for the sudden intensify of typhoon Meranti near offshore.The results show that the following factors could cause the sudden change,including the plenty of water vapor,warm underlying surface,the eastward moving of the high level trough,the weakening of the subtropical high,the increasing of vorticity advection near the typhoon center,the extending and strengthening of convergence on lower level and divergence on upper level,and favorable vertical wind shear.

typhoon;meranti;intensity;water vapor;vorticity

book=58,ebook=58

P444

：A

：1003-0239（2012）04-0035-07

2011-08-25

袁方超（1984-），男，助理工程師，主要從事海洋預(yù)報(bào)工作。E-mail:yuanfc2712@163.com