姚小娟1, 2 黎偉標(biāo)1 陳淑敏1

?

利用TMI反演的水汽凝結(jié)物對(duì)熱帶氣旋潛熱結(jié)構(gòu)分布的探索研究

姚小娟黎偉標(biāo)陳淑敏

1中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院大氣科學(xué)系，廣州510275;2國(guó)家海洋局南海預(yù)報(bào)中心，廣州510310

本文利用熱帶測(cè)雨衛(wèi)星TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）微波成像儀TMI（TRMM Microwave Imager）2A12水汽凝結(jié)物（Hydrometeor）反演資料，對(duì)西北太平洋地區(qū)從1998～2009年的236個(gè)熱帶氣旋個(gè)例的1776個(gè)“快照”（snapshot）的水汽凝結(jié)物的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析，并探討了水汽凝結(jié)物的時(shí)空變化與熱帶氣旋強(qiáng)度演變聯(lián)系。研究結(jié)果表明：（1）TMI 2A12水汽凝結(jié)物資料顯示出了熱帶氣旋內(nèi)部的細(xì)致結(jié)構(gòu)及變化特征，水汽凝結(jié)物的峰值集中于數(shù)十公里到一百多公里的熱帶氣旋眼壁及云墻區(qū)；在熱帶氣旋發(fā)展過(guò)程中，隨著熱帶氣旋強(qiáng)度的增強(qiáng)，水汽凝結(jié)物增多且往其中心靠攏，從發(fā)展階段到成熟階段，水汽凝結(jié)物的大值中心基本上集中在距離熱帶氣旋中心約50 km區(qū)域，而且強(qiáng)度越強(qiáng)的熱帶氣旋，水汽凝結(jié)物的大值中心與熱帶氣旋中心的距離越近；在熱帶氣旋消亡的過(guò)程中，水汽凝結(jié)物不斷減弱且往外圍擴(kuò)散，逐漸擴(kuò)展到遠(yuǎn)離中心的區(qū)域；（2）熱帶氣旋強(qiáng)度與水汽凝結(jié)物的分布關(guān)系密切，熱帶氣旋強(qiáng)度變化與熱帶氣旋中心附近200 km范圍內(nèi)的水汽凝結(jié)物含量存在顯著的正相關(guān)，而200 km以外的外圍水汽凝結(jié)物含量存在負(fù)相關(guān)；（3）熱帶氣旋強(qiáng)度變化與水汽凝結(jié)物的變化存在時(shí)間差，水汽凝結(jié)物的變化超前于熱帶氣旋強(qiáng)度的變化，在熱帶氣旋迅速發(fā)展之前數(shù)小時(shí)，熱帶氣旋中心0～50 km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物含量就已經(jīng)提前增加了，在熱帶氣旋減弱前數(shù)小時(shí)到十?dāng)?shù)小時(shí)，即使熱帶氣旋還處于它強(qiáng)度的鼎盛時(shí)期，其中心0～50 km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物含量就已經(jīng)提前顯著減少了，這種水汽凝結(jié)物的變化超前于熱帶氣旋強(qiáng)度的變化的現(xiàn)象，可能是熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報(bào)的潛在線索。

熱帶氣旋結(jié)構(gòu) 熱帶氣旋強(qiáng)度 TMI反演

1 引言

熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)是熱帶氣旋研究十分重要的內(nèi)容，已有的研究表明，熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化及影響因子復(fù)雜，且往往會(huì)引起強(qiáng)度、路徑和降水等的變化（Chen and Luo，1995；賀海晏，1995；徐祥德等，1996；陳聯(lián)壽等，1997），從而使熱帶氣旋的預(yù)報(bào)變得更加困難。劉式適和楊大升（1980）、陳聯(lián)壽等（1997）分別從動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)的角度闡述了熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及其變化，并探討熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化對(duì)其活動(dòng)產(chǎn)生影響的物理機(jī)制。陳聯(lián)壽（2010）總結(jié)認(rèn)為熱帶氣旋結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化的原因可歸納為環(huán)境強(qiáng)迫作用、熱帶氣旋內(nèi)部動(dòng)力作用和海洋強(qiáng)迫作用這三方面的作用。熱帶氣旋的結(jié)構(gòu)特征也是國(guó)外科學(xué)家所關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，近年來(lái)也有一些新的進(jìn)展，比如：Rappin et al.（2011）指出，往外流出的環(huán)境流對(duì)熱帶氣旋的結(jié)構(gòu)有重要影響；Ma et al.（2013）還探討了海洋的熱力過(guò)程對(duì)熱帶氣旋結(jié)構(gòu)的反饋效應(yīng)，等等。由于缺乏足夠時(shí)空分辨率的觀測(cè)數(shù)據(jù)，過(guò)往的研究多限于動(dòng)力學(xué)及數(shù)值模擬分析，對(duì)熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)際觀測(cè)事實(shí)的分析，尤其是對(duì)于遠(yuǎn)海區(qū)域的熱帶氣旋的分析仍然較少。

關(guān)于熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀測(cè)研究，國(guó)外通常利用雷達(dá)或者是飛機(jī)的下投探空所獲得的資料來(lái)進(jìn)行。Marks（1985）利用探空雷達(dá)研究發(fā)現(xiàn)，在颶風(fēng)眼壁處的方位角平均降水率達(dá)11 mm h，約是眼壁以外111 km范圍的區(qū)域平均降水率的6倍。Houze et al.（1992）利用飛機(jī)偵察探測(cè)颶風(fēng)內(nèi)部冰粒子的分布情況，認(rèn)為冰粒子在眼壁處和層狀云降水集中的外雨帶較大，在眼壁處和層狀云降水集中的外雨帶之間的區(qū)域較小，而冰粒子的大小與颶風(fēng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)有關(guān)。Smith and Glatz（1998）利用飛機(jī)探測(cè)資料分析颶風(fēng)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)不同方位波動(dòng)是影響颶風(fēng)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的重要因子，它與穿過(guò)颶風(fēng)暴雨的平均環(huán)流共同對(duì)熱帶氣旋的暴雨過(guò)程產(chǎn)生影響。Rogers et al.（2013）最近利用數(shù)十個(gè)飛機(jī)下投探空的樣本，對(duì)熱帶氣旋的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合成分析，發(fā)現(xiàn)熱帶氣旋在不同的演變階段，其內(nèi)核結(jié)構(gòu)的特征很不相同。由于飛機(jī)探測(cè)的成本過(guò)高，這些資料多限于大西洋區(qū)域，對(duì)于西北太平洋區(qū)域的熱帶氣旋，人們對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)相對(duì)更少。

上世紀(jì)90年代末，熱帶測(cè)雨衛(wèi)星（Tropical Rainfall Measuring Mission，簡(jiǎn)稱 TRMM）的發(fā)射以及有關(guān)資料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，為熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究提供了一種新的途徑。TRMM衛(wèi)星上安裝了測(cè)雨雷達(dá)（PR）、可見(jiàn)光/紅外掃描儀（VIRS）以及微波成像儀（TMI），這些儀器提供了功能強(qiáng)大的雨云觀測(cè)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用TRMM觀測(cè)資料對(duì)熱帶氣旋的結(jié)構(gòu)特征展開(kāi)研究。Masunaga et al.（2002）對(duì)比了TRMM PR降水與TMI 2A12產(chǎn)品中的可降水的估算值，發(fā)現(xiàn)在海洋區(qū)域，兩者的值非常一致，可見(jiàn)TMI 2A12中的水汽凝結(jié)物反映了降水的實(shí)際情況。他們對(duì)比了TMI和PR反演的陸地降水，認(rèn)為TMI在指示降水方面有較好的一致性，尤其是在熱帶洋面上。因此，利用TRMM衛(wèi)星探測(cè)資料研究熱帶氣旋將能夠更加直觀地反映熱帶氣旋內(nèi)部的主要特征。Cecil et al.（2002）利用TRMM中的 PR降水資料、TMI微波成像儀資料以及TRMM攜帶探測(cè)的LIS閃電資料定量分析了大西洋颶風(fēng)眼壁、颶風(fēng)內(nèi)雨帶以及外雨帶結(jié)構(gòu)及閃電特征。Lonfat et al.（2004）利用TRMM/TMI 2A12資料分析了不同海域不同強(qiáng)度的熱帶氣旋的地表降水強(qiáng)度及其分布特征，認(rèn)為熱帶氣旋降水的非對(duì)稱性隨熱帶氣旋強(qiáng)度和地理位置的不同而存在差異。Yokoyama and Takayabu（2008）利用TRMM衛(wèi)星資料統(tǒng)計(jì)分析了1997～2003年不同強(qiáng)度不同發(fā)展階段熱帶氣旋的降水類型、閃電的分布特征及其與熱帶氣旋降水關(guān)系，認(rèn)為熱帶氣旋中閃電多發(fā)生在對(duì)流降水強(qiáng)的內(nèi)核區(qū)域。層狀雨要比對(duì)流雨分布要多，強(qiáng)對(duì)流雨主要集中在熱帶氣旋內(nèi)核區(qū)域，而強(qiáng)層狀云降水主要集中在熱帶氣旋雨帶。最近，國(guó)外學(xué)者（Hence and Houze，2012；Jiang，2012；Jiang et al.，2013）利用TRMM資料對(duì)熱帶氣旋雨帶的垂直結(jié)構(gòu)、內(nèi)核的對(duì)流特征以及眼壁結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析。以上基于TRMM衛(wèi)星資料的研究多偏重于熱帶氣旋降水類型或者熱帶氣旋地表降水強(qiáng)度的研究，對(duì)熱帶氣旋內(nèi)部水汽的時(shí)空分布分析相對(duì)比較少。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者也針對(duì)西北太平洋臺(tái)風(fēng)進(jìn)行了相關(guān)的研究，馬雷鳴和端義宏（2005）利用TRMM資料對(duì)熱帶氣旋“威馬遜”的結(jié)構(gòu)及其降水特征進(jìn)行了分析。何會(huì)中等（2006）結(jié)合TRMM PR降水資料和TMI 2A12水汽凝結(jié)物資料分析研究了0302號(hào)（鯨魚）臺(tái)風(fēng)的降水和水汽凝結(jié)物在臺(tái)風(fēng)區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)特征，分析表明各種水汽凝結(jié)物含量隨著與臺(tái)風(fēng)中心距離的增加而減少。傅云飛等（2007）在研究0413號(hào)（云娜）臺(tái)風(fēng)時(shí)利用TMI 2A12資料分析其降水云中云水、冰水和雨水的空間分布，發(fā)現(xiàn)云冰的含量少且相對(duì)穩(wěn)定，而液態(tài)水含量變化大，認(rèn)為在臺(tái)風(fēng)生成前和初期其中心附近大量的冰、水粒子發(fā)生相變而釋放潛熱產(chǎn)生“暖心”，從而促進(jìn)臺(tái)風(fēng)形成。

上述基于TRMM衛(wèi)星資料對(duì)熱帶氣旋的結(jié)構(gòu)特征的分析研究，大多針對(duì)大西洋區(qū)域，且多著重于熱帶氣旋個(gè)例的分析，尚未有大樣本資料的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。另外，已有的研究并沒(méi)有系統(tǒng)分析熱帶氣旋各個(gè)發(fā)展階段的結(jié)構(gòu)變化特征。本文利用TRMM/TMI 2A12高分辨率的衛(wèi)星微波成像儀資料，對(duì)西北太平洋地區(qū)的1998～2009年共12年236個(gè)熱帶氣旋個(gè)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，著重探討不同類型的熱帶氣旋以及熱帶氣旋生命史中不同階段的水汽凝結(jié)物三維結(jié)構(gòu)特征，并分析熱帶氣旋內(nèi)部的水汽凝結(jié)物結(jié)構(gòu)與熱帶氣旋強(qiáng)度演變的聯(lián)系，以加深對(duì)熱帶氣旋結(jié)構(gòu)特征及與強(qiáng)度演變的認(rèn)識(shí)，為預(yù)報(bào)提供有用線索。

2 資料和方法

2.1 TRMM/TMI 2A12產(chǎn)品

TRMM衛(wèi)星是由美國(guó)國(guó)家宇航局（National Aeronautics and Space Administration）和日本國(guó)家空間發(fā)展局（National Space Development Agency）共同研制的專門用于定量測(cè)量熱帶、亞熱帶降水的氣象衛(wèi)星（Kummerow et al.，1998）。TRMM不僅能提供降落到地面的降水，同時(shí)也是首次提供降水在其下落過(guò)程中的變化情況。

TMI（TRMM Microwave Imager）微波成像儀為TRMM衛(wèi)星搭載的與降水測(cè)量密切相關(guān)的3種科學(xué)測(cè)量?jī)x器的其中一種。本文使用的TRMM/TMI 2A12產(chǎn)品是TRMM衛(wèi)星資料一級(jí)產(chǎn)品TMI 1B11用一種輻射記數(shù)據(jù)和云模式混合的廓線算法加工生成的產(chǎn)品（Kummerow et al.，2000）。TRMM/TMI 2A12探測(cè)的其中一個(gè)目的就是通過(guò)對(duì)水汽凝結(jié)物的空間分布結(jié)構(gòu)的探測(cè)來(lái)獲取大氣中潛熱釋放或吸收的信息。TMI 2A12中的四種水汽凝結(jié)物是GPROF算法（Wilheit et al.，1977；劉奇和傅云飛，2007）中云模式的微物理過(guò)程部分對(duì)降水云系統(tǒng)中水汽凝結(jié)物分類的最終輸出結(jié)果。TMI 2A12是一種軌道產(chǎn)品，每天約掃過(guò)16條軌道，掃描范圍從38°N至38°S之間區(qū)域，掃描寬度為750 km，其水平分辨率為6.9 km×4.6 km。該產(chǎn)品提供了像元的地表瞬時(shí)降水強(qiáng)度、地表瞬時(shí)對(duì)流降水強(qiáng)度、降水區(qū)域及其水汽凝結(jié)物、潛熱的三維結(jié)構(gòu)信息。TMI 微波低頻發(fā)射信號(hào)和高頻散射信號(hào)可以較好地指示大氣中的水汽凝結(jié)物信息，微波信號(hào)反映的是各層氣柱水汽凝結(jié)物的積分信息。為了分析熱帶氣旋內(nèi)部水汽結(jié)構(gòu)，本文采用TMI 2A12產(chǎn)品中的水汽凝結(jié)物資料，水汽凝結(jié)物包含了云水（Cloud liquid water）、云冰（Cloud ice water）、可降水（Precipitable water）、可降冰（Precipitable ice）。TMI 2A12產(chǎn)品記錄了垂直方向上從地表至18 km不等距高度總共14層氣柱中的水汽凝結(jié)物的積分信息，這14層氣柱高度分別為：地表至0.5 km、0.5～1.0 km、1.0～1.5 km、1.5～2.0 km、2.0～2.5 km、2.5～3.0 km、3.0～3.5 km、3.5～4.0 km、4.0～5.0 km、5.0～6.0 km、6.0～8.0 km、8.0～10.0 km、10.0～14.0 km、14.0～18.0 km。

2.2 CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集

CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集是中國(guó)上海研究所受中國(guó)氣象局委托，在全國(guó)各級(jí)氣象臺(tái)站的支持下，在每年熱帶氣旋季節(jié)過(guò)后根據(jù)所收集到的常規(guī)和非常規(guī)氣象觀測(cè)資料整編而成，可網(wǎng)上下載（http://www.typhoon.gov.cn/[2011-06-01]）。CMA- STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集較為準(zhǔn)確的記錄了熱帶氣旋每6小時(shí)的中心經(jīng)緯度、強(qiáng)度標(biāo)記、中心最低氣壓值以及近中心最大風(fēng)速值等信息。

2.3 方法

CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集是根據(jù)《熱帶氣旋等級(jí)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T19201-2006）將熱帶氣旋分為熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)六個(gè)等級(jí)。

本論文根據(jù)CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集對(duì)熱帶氣旋的分類，以最低中心氣壓值和近中心最大風(fēng)速值表征臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，僅研究強(qiáng)度在熱帶風(fēng)暴以上的熱帶氣旋，并參考Yokoyama and Takayabu（2008）對(duì)熱帶氣旋分類的做法，將上述的熱帶風(fēng)暴與強(qiáng)熱帶風(fēng)暴歸類為熱帶風(fēng)暴，亦即將TRMM/ TMI 2A12 衛(wèi)星資料探測(cè)到的熱帶氣旋分成四種類型，近中心最大風(fēng)速值為17.2～32.6 m s的為熱帶風(fēng)暴，近中心最大風(fēng)速值為32.7～41.4 m s的為臺(tái)風(fēng)，近中心最大風(fēng)速值為41.5～50.9 m s的為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，近中心最大風(fēng)速值≥51.0 m s的為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。然后將每種類型的熱帶氣旋發(fā)展過(guò)程分成發(fā)展、成熟和消亡階段，根據(jù)Yokoyama and Takayabu（2008）介紹的分類方法，如果近中心最大風(fēng)速值達(dá)到該臺(tái)風(fēng)所有近中心最大風(fēng)速值中的最大值的80%以上，則此階段定義為成熟階段，成熟階段之前和之后分別定義為發(fā)展階段和消亡階段。最后分別研究各類熱帶氣旋的水汽凝結(jié)物在各個(gè)發(fā)展階段的徑向分布、垂直分布以及其隨時(shí)間變化情況。在分析熱帶氣旋水汽凝結(jié)物徑向分布時(shí)，以熱帶氣旋中心為原點(diǎn)，在徑向方向上500 km范圍內(nèi)，每隔10 km的環(huán)狀區(qū)域?yàn)橐粰n，共分成50檔，分別計(jì)算各檔中四種水汽凝結(jié)物在單位面積空氣柱的總含量，然后分析其徑向方向上的分布情況。

為統(tǒng)計(jì)分析TMI 2A12水汽凝結(jié)物與熱帶氣旋強(qiáng)度關(guān)系，本論文使用了CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集定義的近中心最低氣壓值。由于CMA- STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集為每6小時(shí)記錄一次，而TMI 2A12資料所捕捉到的熱帶氣旋“快照”（snapshots）時(shí)間并非與CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)的時(shí)間一一對(duì)應(yīng)，因此需要根據(jù)掃描到熱帶氣旋個(gè)例的TMI 2A12軌道資料的時(shí)間與CMA- STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間進(jìn)行訂正。參考Lonfat et al.（2004）以及Jiang et al.（2011）的做法，利用熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)，用線性插值的方法將其時(shí)間插值成與TRMM/TMI 2A12軌道資料的時(shí)間一致，以便分析TRMM降水與熱帶氣旋強(qiáng)度的關(guān)系。本文將近中心最低氣壓值線性插值得到TMI 2A12捕捉到的熱帶氣旋在該時(shí)刻的近中心最低氣壓值，然后利用該時(shí)刻的近中心最低氣壓值、該時(shí)刻后24小時(shí)的變壓值，進(jìn)而分別研究這兩種定義的熱帶氣旋強(qiáng)度與TMI 2A12捕捉到的熱帶氣旋三維結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 熱帶氣旋三維結(jié)構(gòu)特征

3.1 選取的西太平洋熱帶氣旋個(gè)例概況

本文普查并統(tǒng)計(jì)了1998～2009年12年間，TRMM/TMI 2A12捕捉到的西太平洋地區(qū)236個(gè)熱帶氣旋1776個(gè)“快照”瞬間。這里給出其中的一個(gè)例子，圖1是TMI 2A12掃描到的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“暹芭”Chaba（0416）的“快照”情況。

由于不同強(qiáng)度的熱帶氣旋，其水汽凝結(jié)物的分布在不同發(fā)展階段的徑向分布、垂直分布存在差異，為了更好地描述熱帶氣旋的內(nèi)部水汽凝結(jié)物結(jié)構(gòu)，根據(jù)CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集中的近中心最大風(fēng)速?gòu)?qiáng)度的差異，將熱帶氣旋分成四種類型，分別為：熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。所研究的236個(gè)熱帶氣旋中，熱帶風(fēng)暴有75個(gè)，臺(tái)風(fēng)有65個(gè)，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)有57個(gè)，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)有39個(gè)。TMI 2A12所捕捉到的1776個(gè)“快照”瞬間中，熱帶風(fēng)暴的有364個(gè)，臺(tái)風(fēng)的有447個(gè)，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的有552個(gè)，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的有413個(gè)，如表1所示，這些熱帶氣旋的地理位置分布見(jiàn)圖2。

圖1 TMI 2A12掃描到的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“暹芭”Chaba（0416）的部分“快照”

表1 TMI 2A12捕捉到的1998～2009年西北太平洋地區(qū)的熱帶氣旋數(shù)目統(tǒng)計(jì)情況

3.2 熱帶氣旋內(nèi)部水成物的徑向分布特征

下面我們首先分析四種類型熱帶氣旋在不同的發(fā)展階段，水汽凝結(jié)物（云水、云冰、可降水、可降冰）的徑向分布特征。圖3是四種類型熱帶氣旋在不同發(fā)展階段，與熱帶氣旋中心距離為500 km范圍內(nèi)，單位面積空氣柱的可降水總含量中的最大值在各數(shù)值分段的數(shù)目占各個(gè)發(fā)展階段“快照”數(shù)目的百分比分布情況，四種類型熱帶氣旋各自在不同的發(fā)展階段，可降水最大值的數(shù)值分布不同，處于成熟階段的四種類型熱帶氣旋各自的可降水在大值區(qū)都較發(fā)展階段的要增加，而處于消亡階段的四種類型熱帶氣旋各自的可降水最大值大大減少。而且不同類型的熱帶氣旋在同一發(fā)展階段，可降水最大值的數(shù)值分布也會(huì)存在差異。

在發(fā)展階段，熱帶風(fēng)暴的可降水最大值在1～2 g m的數(shù)值分布最多，臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在2～3 g m的數(shù)值分布最多，而強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在大于3 g m的數(shù)值分布較臺(tái)風(fēng)的要多，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在3～4 g m的數(shù)值分布最多。在成熟階段，熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在2～3 g m的數(shù)值分布最多，而臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在大于3 g m的數(shù)值分布又較熱帶風(fēng)暴的要多，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在4～5 g m的數(shù)值分布最多，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在5～6 g m的數(shù)值分布最多。在消亡階段，熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在1～2 g m的數(shù)值分布最多，而臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在大于2 g m的數(shù)值分布較熱帶風(fēng)暴的要多，而強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在2～3 g m的數(shù)值分布最多，而超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的可降水最大值在大于3 g m的數(shù)值分布又較強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的要多。由此可見(jiàn)，熱帶氣旋區(qū)域的水成物的大值區(qū)分布與熱帶氣旋強(qiáng)度有著密切聯(lián)系，不同強(qiáng)度的熱帶氣旋在不同的發(fā)展階段，四種水汽凝結(jié)物的不同之處主要表現(xiàn)在較大值區(qū)的分布上，說(shuō)明水汽凝結(jié)物與熱帶氣旋強(qiáng)度變化息息相關(guān)。下面從徑向方向上分別分析各種類型熱帶氣旋在各個(gè)發(fā)展階段的水汽凝結(jié)物的空間分布。

圖3 各種類型熱帶氣旋在各個(gè)發(fā)展階段，與熱帶氣旋中心距離為500 km范圍內(nèi)，單位面積空氣柱的可降水（Precipitable water）總含量中的最大值在各數(shù)值分段的數(shù)目占各個(gè)發(fā)展階段“快照”數(shù)目的百分比分布：（a）熱帶風(fēng)暴；（b）臺(tái)風(fēng)；（c）強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；（d）超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。標(biāo)記菱形曲線代表發(fā)展階段，標(biāo)記實(shí)心方框曲線代表成熟階段，標(biāo)記三角形曲線代表消亡階段

不同類型的熱帶氣旋在其生命史的不同階段，水汽凝結(jié)物的徑向分布特征有很大的差異，下面以可降水的情形展開(kāi)分析，另外三種水汽凝結(jié)物（云水、云冰、可降冰）的特征和可降水類似（圖略）。圖4是四種不同類型的熱帶氣旋在其發(fā)展（綠色虛線）、成熟（黑色實(shí)線）和消亡（藍(lán)色短虛線）階段的可降水在單位面積空氣柱中的總含量隨與熱帶氣旋中心距離的變化分布圖。由圖可見(jiàn)，水汽凝結(jié)物的峰值集中于數(shù)十公里到一百多公里的熱帶氣旋眼壁及云墻區(qū)。在熱帶氣旋發(fā)展過(guò)程中，隨著各種類型的熱帶氣旋各自強(qiáng)度的增強(qiáng)，水汽越往中心位置靠攏，當(dāng)其發(fā)展到成熟階段，水汽凝結(jié)物的大值中心基本上集中在距離熱帶氣旋中心約50 km區(qū)域，而且強(qiáng)度越強(qiáng)的熱帶氣旋，水汽凝結(jié)物的大值中心與熱帶氣旋中心的距離越近，其最大值隨著熱帶氣旋強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加。在距離熱帶氣旋中心約50 km以外的區(qū)域，水汽凝結(jié)物隨著與熱帶氣旋中心距離的增加而逐步減少。

圖4 （a）熱帶風(fēng)暴、（b）臺(tái)風(fēng)、（c）強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、（d）超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在發(fā)展（綠色虛線）、成熟（黑色實(shí)線）和消亡（藍(lán)色短虛線）階段的可降水在單位面積空氣柱中的總含量隨與熱帶氣旋中心距離的變化曲線

3.3 熱帶氣旋內(nèi)部水成物的垂直分布特征

上一小節(jié)分析了水成物在單位面積空氣柱中總含量的徑向分布，為了能更深入地反映水成物在空間上的分布情況，此節(jié)著重從垂直方向分析水成物的空間分布。為了探討熱帶氣旋區(qū)域中各種水汽凝結(jié)物在空氣中的分布情況，根據(jù)CFADs（Contoured frequency by altitude diagrams）方法（Yuter and Houze，1995），對(duì)熱帶氣旋區(qū)域半徑為500 km范圍的四種水汽凝結(jié)物在各層高度的數(shù)值大小所占的比例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。由于各類熱帶氣旋水汽凝結(jié)物比例分布在各個(gè)發(fā)展階段都有比較好的相似性，于是將所有熱帶氣旋合成。圖5是熱帶風(fēng)暴在發(fā)展、成熟和消亡階段的四種水汽凝結(jié)物隨與熱帶風(fēng)暴中心距離變化的垂直分布圖，由圖5可見(jiàn)，在發(fā)展階段水汽凝結(jié)物的大值區(qū)位于距離中心位置50～150 km范圍?？山邓畲笾灯骄鶠?.21 g m以上，位于2 km高度以下，可降冰最大值平均為0.24 g m以上，位于約6 km高度上，云水最大值平均為0.035 g m以上，位于約4 km高度上，云冰最大值平均為0.018 g m，大值中心位于10～13 km高度上。而在成熟階段，四種水汽凝結(jié)物在數(shù)量上要比發(fā)展階段的普遍要增加，大值中心穩(wěn)定在50～100 km范圍，可降水最大值平均可達(dá)0.24 g m以上，可降冰最大值平均可達(dá)0.24 g m以上，云水最大值平均為0.035 g m，云冰最大值平均可達(dá)0.018 g m以上，圖中還發(fā)現(xiàn)四種水汽凝結(jié)物能夠到達(dá)的最高高度較發(fā)展階段要稍微抬升。水汽凝結(jié)物的不斷增加以及能夠到達(dá)的高度有所抬升說(shuō)明了熱帶風(fēng)暴向中心的風(fēng)速增加，垂直上升運(yùn)動(dòng)也加劇，因此向內(nèi)流入和向上輸送的水汽不斷增多，釋放的潛熱也不斷增多，從而保障了熱帶風(fēng)暴發(fā)展所需的水汽和熱量條件以及暖心結(jié)構(gòu)。當(dāng)熱帶風(fēng)暴進(jìn)入消亡階段，各種水汽凝結(jié)物含量較發(fā)展和成熟階段都大大減少，同時(shí)能夠到達(dá)的高度也降低，云冰的大值中心更是從約14 km減至10 km左右，而且水成物大值中心在與中心距離更遠(yuǎn)的區(qū)域也有出現(xiàn)。說(shuō)明在此階段，熱帶風(fēng)暴的上升區(qū)垂直運(yùn)動(dòng)大大減弱，向內(nèi)和向上輸送的水汽大大減少，高層水汽隨著高層輻散氣流輸送到更遠(yuǎn)地方而慢慢消盡。

為了更清楚地看到水汽凝結(jié)物垂直分布的 演變狀況，我們還進(jìn)行了個(gè)例分析。圖6為TMI 2A12掃描到的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“彩云”Choi-wan（0914）的7個(gè)“快照”其可降水隨與中心距離變化的垂直分布，7個(gè)“快照”分別處于熱帶氣旋生命史的不同階段。由圖6可見(jiàn)，在Choi-wan（0914）發(fā)展加強(qiáng)階段（“快照”1～4），可降水大值區(qū)逐漸往中心靠攏，且水汽凝結(jié)物增多。“快照”4 處于 該熱帶氣旋中心氣壓值最低的階段，其對(duì)應(yīng)的水汽凝結(jié)物大值中心離氣旋中心的距離最近，只有25 km左右。而在減弱階段（“快照”5～7），可降水大值區(qū)又沿著徑向方向逐漸向四周消散，到了“快照”7的階段，水汽凝結(jié)物離散分布于離氣旋中心50～500 km的范圍內(nèi)，且水汽凝結(jié)物的數(shù)值也大大地減少。其他水汽凝結(jié)物的變化情況類似于可降水（圖略）。

圖5 熱帶風(fēng)暴在發(fā)展（左）、成熟（中）和消亡（右）階段的四種水汽凝結(jié)物含量（單位：g m?3）隨與熱帶風(fēng)暴中心距離變化的垂直分布：（a）可降水（Precipitable water）；（b）可降冰（Precipitable ice）；（c）云水（Cloud liquid water）；（d）云冰（Cloud ice water）

4 熱帶氣旋結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度演變聯(lián)系

4.1 熱帶氣旋徑向結(jié)構(gòu)與其強(qiáng)度的聯(lián)系

為了能夠更精確地反映熱帶氣旋三維結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的聯(lián)系，本節(jié)著重利用水汽凝結(jié)物與對(duì)應(yīng)的熱帶氣旋最低中心氣壓值來(lái)探討熱帶氣旋內(nèi)部云水結(jié)構(gòu)與熱帶氣旋演變聯(lián)系。參照Dvorak（1984）以及Rao and Macarthur（1994）的做法，本節(jié)利用CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集中熱帶氣旋的最低中心氣壓作插值，得到“快照”中掃描到的熱帶氣旋在該時(shí)刻的最低中心氣壓值，然后再利用“快照”所掃描到的熱帶氣旋在該時(shí)刻的最低中心氣壓值定量化分析4種水汽凝結(jié)物與熱帶氣旋強(qiáng)度演變的關(guān)系。本節(jié)分別普查對(duì)比了TMI 2A12所捕捉到的熱帶風(fēng)暴364個(gè)“快照”，臺(tái)風(fēng)447個(gè)“快照”，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)552個(gè)“快照”以及超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)413個(gè)“快照”，觀察4種水汽凝結(jié)物單位面積空氣柱 中的總含量的徑向分布，為了研究方便，分別在與熱帶氣旋中心距離為0～50 km、50～100 km、100～200 km、200～300 km、300～400 km、400～500 km的環(huán)狀區(qū)域作平均。

首先，我們計(jì)算了徑向水汽凝結(jié)物和熱帶氣旋中心氣壓值的相關(guān)，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中各環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物與對(duì)應(yīng)時(shí)刻最低中心氣壓的相關(guān)系數(shù)分別見(jiàn)如表2和表3所示，粗體的為未通過(guò)可信度檢驗(yàn)。由表2、3可以看到，離熱帶氣旋中心距離越近，水汽凝結(jié)物與熱帶氣旋強(qiáng)度的關(guān)系越顯著，熱帶氣旋強(qiáng)度變化與熱帶氣旋中心附近200 km范圍內(nèi)的水汽凝結(jié)物含量存在顯著的正相關(guān)，而200 km以外的外圍水汽凝結(jié)物含量存在一定程度的負(fù)相關(guān)。為了能夠清晰的體現(xiàn)4種水汽凝結(jié)物與熱帶氣旋強(qiáng)度的聯(lián)系，下面用對(duì)應(yīng)時(shí)刻的最低中心氣壓值來(lái)分析其與4種水汽凝結(jié)物大值區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖6 TMI 2A12中所掃描到的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“彩云”Choi-wan（0914）的7個(gè)“快照”的可降水（Precipitable water）含量隨與中心距離變化的垂直分布。右下角的插圖為各“快照”所對(duì)應(yīng)熱帶氣旋中心氣壓值

圖7 可降水大值中心在單位面積空氣柱中的總含量（單位：g m?2）和最低中心氣壓值（單位：hPa）的對(duì)應(yīng)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析圖：（a）熱帶風(fēng)暴；（b）臺(tái)風(fēng)；（c）強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；（d）超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)

圖7是與各種類型熱帶氣旋中心距離為0～50 km或50～100 km的可降水大值區(qū)，可降水在單位面積空氣柱的總含量與最低中心氣壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。由圖7可見(jiàn)，可降水隨著熱帶氣旋最低中心氣壓值的降低而逐漸增加，強(qiáng)度越強(qiáng)的熱帶氣旋，可降水與最低中心氣壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系越密切。當(dāng)最低中心氣壓值約低于960 hPa時(shí)，可降水大值區(qū)隨著最低中心氣壓值的不斷降低而呈現(xiàn)明顯的線性增加，其中以超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)最為明顯。對(duì)應(yīng)的熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的最低中心氣壓值與可降水大值中心的相關(guān)系數(shù)分別為－0.23、－0.39、－0.49和－0.63?？山当?、云水以及云冰的計(jì)算結(jié)果與可降水相似（圖略），但它們和熱帶氣旋強(qiáng)度的關(guān)系稍微弱于可降水。

表2 強(qiáng)臺(tái)風(fēng)最低中心氣壓值和離中心距離為0～50 km、50～100 km、100～200 km、200～300 km、300～400 km、400～500 km的各個(gè)環(huán)狀區(qū)域4種水汽凝結(jié)物含量的相關(guān)系數(shù)（粗體為未通過(guò)可信度檢驗(yàn)）

4.2 熱帶氣旋垂直結(jié)構(gòu)與其強(qiáng)度的聯(lián)系

上述的分析已經(jīng)指出，熱帶氣旋在離中心0～50 km或50～100 km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物大值中心與最低中心氣壓值關(guān)系最為密切，為了能描述水汽在熱帶氣旋區(qū)域的具體空間分布與熱帶氣旋強(qiáng)度的聯(lián)系情況，后邊將主要從垂直方向上來(lái)分析水汽凝結(jié)物與熱帶氣旋強(qiáng)度關(guān)系。

表3 同表2，但針對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)

圖8是以超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)為例，計(jì)算得到的熱帶氣旋中心距離為0～50 km的環(huán)狀區(qū)域不同最低中心氣壓值所對(duì)應(yīng)的4種水汽凝結(jié)物的垂直廓線。由圖8可見(jiàn)，隨著熱帶氣旋中心氣壓值的降低，水汽凝結(jié)物的含量也迅速增多。可降水的增多集中在4 km以下的對(duì)流層低層；可降冰的增多集中在4～9 km對(duì)流層中上層，峰值區(qū)位于6 km處；云水的增多集中在對(duì)流層的中層（4～7 km），峰值區(qū)位于5 km處；而云冰的增加主要發(fā)生在對(duì)流層高層，峰值區(qū)位于14 km處。值得注意的是，水汽凝結(jié)物隨著熱帶氣旋中心氣壓值下降的增加率不是線性增長(zhǎng)，當(dāng)熱帶氣旋發(fā)展到較為強(qiáng)盛的階段時(shí)，中心氣壓值每下降20 hPa水汽凝結(jié)物的增量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱帶氣旋處于較弱階段時(shí)水汽凝結(jié)物的增量。

圖8 熱帶氣旋中心距離為0～50km的環(huán)狀區(qū)域不同最低中心氣壓值所對(duì)應(yīng)的4種水汽凝結(jié)物含量（單位：g m?3）的垂直廓線：（a）可降水；（b）可降冰；（c）云水；（d）云冰

為了更清楚地了解熱帶氣旋中水汽凝結(jié)物的變化與熱帶氣旋強(qiáng)度變化的關(guān)系，我們對(duì)熱帶氣旋的個(gè)例進(jìn)行了分析。圖9為2001年的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“蝴蝶”（Wutip）離中心距離為0～50 km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物在單位面積空氣柱的總含量隨時(shí)間變化狀況，由圖可見(jiàn)，熱帶氣旋的中心氣壓值和其核心部位的水汽凝結(jié)物是反位相變化的，亦即當(dāng)熱帶氣旋強(qiáng)度加強(qiáng)時(shí)，水汽凝結(jié)物的含量也是增加的，反之亦然。值得注意的是，水汽凝結(jié)物含量的變化超前于熱帶氣旋強(qiáng)度的變化，在熱帶氣旋強(qiáng)度迅速加強(qiáng)之前數(shù)小時(shí)，水汽凝結(jié)物的濃度首先迅速增加，而且在熱帶氣旋強(qiáng)度減弱之前十幾小時(shí)，水汽凝結(jié)物的含量就已經(jīng)開(kāi)始明顯下降了。這或許預(yù)示著熱帶氣旋的水汽輸送以及潛熱釋放過(guò)程對(duì)熱帶氣旋強(qiáng)度的變化有指示作用，這是一個(gè)十分有趣的現(xiàn)象。如果能弄清楚這種水汽凝結(jié)物和熱帶氣旋強(qiáng)度變化的時(shí)間差現(xiàn)象的規(guī)律和機(jī)理，將會(huì)對(duì)熱帶氣旋強(qiáng)度的預(yù)報(bào)提供有用的線索。目前為止，尚無(wú)查找到這方面研究有關(guān)文獻(xiàn)。有一些間接證據(jù)，或許能一定程度上佐證了這種有趣的現(xiàn)象：潘倫湘等（2010）分析閃電活動(dòng)和熱帶氣旋強(qiáng)度變化的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，在TC加強(qiáng)前數(shù)小時(shí)至十?dāng)?shù)小時(shí)不等，其中心附近80 km半徑范圍內(nèi)，閃電會(huì)加大。而這些閃電其實(shí)是跟的垂直運(yùn)動(dòng)以及水汽凝結(jié)物是有關(guān)聯(lián)的。這種現(xiàn)象，值得我們深入的探討。

圖9 2001年的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“蝴蝶”（Wutip）（0112）離中心距離為0～50 km環(huán)狀區(qū)域內(nèi)單位面積空氣柱的水汽凝結(jié)物含量（單位：g m?2）隨時(shí)間的變化：（a）可降水；（b）可降冰；（c）云水；（d）云冰。圖中點(diǎn)虛線為熱帶氣旋中心氣壓值的變化

圖10為2004年的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“暹芭”Chaba（0416）離中心距離為0～50 km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物8個(gè)“快照”的垂直分布廓線。“快照”1到“快照”2是屬于熱帶氣旋的緩慢發(fā)展階段；“快照”3到“快照”4是屬于熱帶氣旋的迅速加強(qiáng)階段；“快照”4到“快照”7是屬于熱帶氣旋在最大強(qiáng)度的維持階段；“快照”7到“快照”8是屬于熱帶氣旋的減弱階段。由圖可見(jiàn)，在熱帶氣旋的迅速增強(qiáng)之前的緩慢發(fā)展階段，4種水汽凝結(jié)物就已經(jīng)呈現(xiàn)出較大幅度的增長(zhǎng)，這種增長(zhǎng)一直持續(xù)到“快照”5的階段而達(dá)到峰值。可降水的增長(zhǎng)主要位于4 km以下的大氣邊界層內(nèi)，可降冰和云水的增長(zhǎng)的峰值層約位于5 km的對(duì)流層中層，云冰增長(zhǎng)的峰值層位于14 km的對(duì)流層上層。值得注意的是，在熱帶氣旋減弱之前處于鼎盛時(shí)期的“快照”5～7階段，4種水汽凝結(jié)物均已經(jīng)迅速的減少，超前于熱帶氣旋強(qiáng)度的變化。

圖10 2004年的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“暹芭”Chaba（0416）離中心距離為0～50km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物含量（單位：g m?3）8個(gè)“快照”的垂直分布廓線：（a）可降水；（b）可降冰；（c）云水；（d）云冰。（e）為8個(gè)“快照”所對(duì)應(yīng)熱帶氣旋中心氣壓值

5 結(jié)論

本文利用TRMM測(cè)雨衛(wèi)星中的TMI 2A12微波成像儀資料分析了西北太平洋地區(qū)各種類型熱帶氣旋其內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)，并且結(jié)合熱帶氣旋強(qiáng)度來(lái)分析熱帶氣旋內(nèi)部水汽凝結(jié)物的時(shí)空分布，試圖揭示熱帶氣旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的聯(lián)系。所得主要結(jié)論如下：

（1）TMI 2A12水汽凝結(jié)物資料顯示出了熱帶氣旋內(nèi)部的細(xì)致結(jié)構(gòu)及變化特征。水汽凝結(jié)物的峰值集中于數(shù)十公里到一百多公里的熱帶氣旋眼壁及云墻區(qū)。在熱帶氣旋發(fā)展過(guò)程中，隨著熱帶氣旋強(qiáng)度的增強(qiáng)，水汽凝結(jié)物增多且往其中心靠攏，從發(fā)展階段到成熟階段，水汽凝結(jié)物的大值中心基本上集中在距離熱帶氣旋中心約50 km區(qū)域，而且強(qiáng)度越強(qiáng)的熱帶氣旋，水汽凝結(jié)物的大值中心與熱帶氣旋中心的距離越近。在熱帶氣旋消亡的過(guò)程中，水汽凝結(jié)物不斷減弱且往外圍擴(kuò)散，逐漸擴(kuò)展到遠(yuǎn)離中心的區(qū)域。

（2）熱帶氣旋內(nèi)部水汽凝結(jié)物的空間分布與熱帶氣旋強(qiáng)度密切相關(guān)。4種水汽凝結(jié)物的徑向分布和垂直分布由于熱帶氣旋強(qiáng)度的不同，其分布特征而存在差異。不同強(qiáng)度的熱帶氣旋在不同的發(fā)展階段，水汽凝結(jié)物分布的不同之處主要表現(xiàn)在大值區(qū)的分布上。熱帶氣旋強(qiáng)度變化與熱帶氣旋中心附近200 km范圍內(nèi)的水汽凝結(jié)物含量存在顯著的正相關(guān)，而200 km以外的外圍水汽凝結(jié)物含量存在負(fù)相關(guān)。

（3）熱帶氣旋強(qiáng)度變化與水汽凝結(jié)物的變化存在時(shí)間差，在熱帶氣旋迅速發(fā)展之前數(shù)小時(shí)，熱帶氣旋中心0～50 km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物含量就已經(jīng)提前增加了；在熱帶氣旋減弱前數(shù)小時(shí)到十?dāng)?shù)小時(shí)，即使熱帶氣旋還處于它強(qiáng)度的鼎盛時(shí)期，其中心0～50 km環(huán)狀區(qū)域的水汽凝結(jié)物含量就已經(jīng)提前顯著減少了。這種水汽凝結(jié)物的變化超前于熱帶氣旋強(qiáng)度變化的現(xiàn)象，可能是熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報(bào)的潛在線索。

Cecil D J, Zipser E J, Nesbitt S W. 2002. Reflectivity, ice scattering, and lightning characteristics of hurricane eyewalls and rainbands. Part I: Quantitative description [J]. Mon. Wea. Rev., 130: 769–784.

陳聯(lián)壽. 2010. 熱帶氣象災(zāi)害及其研究進(jìn)展[J]. 氣象, 36 (7): 101–110. Chen Lianshou. 2010. Tropical meteorological calamities and its research evaluation [J]. Meteorological Monthly, 36 (7): 101–110.

Chen Lianshou, Luo Zhexian. 1995. Some relations between asymmetric structure and motion of typhoons [J]. Acta Meteorologica Sinica, 9 (4): 412–419.

陳聯(lián)壽, 徐祥德, 解以揚(yáng), 等. 1997. 臺(tái)風(fēng)異常運(yùn)動(dòng)及其外區(qū)熱力不穩(wěn)定非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的影響效應(yīng)[J]. 大氣科學(xué), 21: 83–90. Chen Lianshou, Xu Xiangde, Xie Yiyang, et al. 1997. The effect of tropical cyclone asymmetric thermodynamic structure on its unusual motion [J]. Chinese J. Atmos. Sci. (in Chinese), 21: 83–90.

Dvorak V F. 1984. Tropical cyclone intensity analysis using satellite data [R]. NOAA Technical Report. NESDIS 11, 47.

傅云飛, 劉棟, 王雨, 等. 2007. 熱帶測(cè)雨衛(wèi)星綜合探測(cè)結(jié)果之“云娜”臺(tái)風(fēng)降水云與非降水云特征[J]. 氣象學(xué)報(bào), 65: 316–328. Fu Yunfei, Liu Dong, Wang Yu, et al. 2007. Characteristics of precipitating and non-precipitating clouds in typhoon Ranan as viewed by TRMM combined measurements [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 65: 316– 328.

賀海晏. 1995. 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的影響[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 11: 1–9. He Haiyan. 1995. A study on typhoon movement. I. The effect of diabatic heating and horizontal temperature distribution [J]. J. Trop. Meteor. (in Chinese), 11: 1–9.

何會(huì)中, 程明虎, 周鳳仙. 2006. 0302號(hào)(鯨魚) 臺(tái)風(fēng)降水和水粒子空間分布的三維結(jié)構(gòu)特征[J]. 大氣科學(xué), 30: 491–503. He Huizhong, Cheng Minghu, Zhou Fengxian. 2006. 3D structure of rain and cloud hydrometeors for typhoon Kujira (0302) [J]. Chinese J. Atmos. Sci. (in Chinese), 30: 491–503.

Hence D A, Houze R A Jr. 2012. Vertical structure of tropical cyclone rainbands as seen by the TRMM precipitation radar [J]. J. Atmos. Sci., 69: 2644–2661.

Houze R A Jr, Marks F D Jr, Black R A. 1992. Dual-aircraft investigation of the inner core of Hurricane Norbert. Part II: Mesoscale distribution of ice particles [J]. J. Atmos. Sci., 49: 943–962.

Jiang Haiyan. 2012. The relationship between Tropical cyclone intensity change and the strength of inner-core convection [J]. Mon. Wea. Rev., 140: 1164–1176.

Jiang Haiyan, Liu Chuntao, Zipser E J. 2011. A TRMM-based tropical cyclone cloud and precipitation feature database [J]. J. Appl. Meteor. Climatol., 50: 1255–1274.

Jiang Haiyan, Ramirez E M, Cecil D J. 2013. Convective and rainfall properties of tropical cyclone inner cores and rainbands from 11 years of TRMM data [J]. Mon. Wea. Rev., 141: 431–450.

Kummerow C, Barnes W, Kozu T, et al. 1998. The Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) sensor package [J]. J. Atmos. Oceanic Technol., 15: 809–817.

Kummerow C, Simpson J, Thiele O, et al. 2000. The status of the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) after two years in orbit [J]. J. Appl. Meteor., 39: 1965–1982.

劉奇, 傅云飛. 2007. 基于TRMM/TMI的亞洲夏季降水研究[J]. 中國(guó)科學(xué)D輯, 37: 111–122. Liu Qi, Fu Yunfei. 2007. Research on Asian summer rain based on TRMM/TMI [J]. Science in China (Series D) (in Chinese), 37: 111–122.

劉式適, 楊大升. 1980. 臺(tái)風(fēng)的螺旋結(jié)構(gòu)[J]. 氣象學(xué)報(bào), 38: 193–204. Liu Shikuo Yang Dasheng. 1980. The spiral structure of the tropical cyclone [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 38: 193–204.

Lonfat M, Marks F D Jr, Chen S S. 2004. Precipitation distribution in tropical cyclones using the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) microwave imager: A global perspective [J]. Mon. Wea. Rev., 132: 1645– 1660.

馬雷鳴, 端義宏. 2005. 利用TRMM資料對(duì)熱帶氣旋“威馬遜”結(jié)構(gòu)及其降水特征的研究[J]. 海洋學(xué)報(bào), 27: 36–44. Ma Leiming, Duan Yihong. 2005. Study on structure and rainfall feature of TC RAMMASUN (2002) using TRMM products [J]. Acta Ocean Sinica, 27: 36–44.

Ma Zhanhong, Fei Jianfang, Liu Lei, et al. 2013. Effects of the cold core eddy on tropical cyclone intensity and structure under idealized air–sea interaction conditions [J]. Mon. Wea. Rev., 141: 1285–1303.

Marks F D Jr. 1985. Evolution of the structure of precipitation in Hurricane Allen (1980) [J]. Mon. Wea. Rev., 113: 909–930.

Masunaga H, Iguchi T, Oki R, et al. 2002. Comparison of rainfall products derived from TRMM microwave imager and precipitation radar [J]. J. Appl. Meteor., 41: 849–862.

潘倫湘, 郄秀書, 劉冬霞, 等. 2010. 西北太平洋地區(qū)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的閃電活動(dòng)特征[J]. 中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué), 40: 252–260. Pan Lunxiang, Qie Xiushu, Liu Dongxia, et al. 2010. Characteristics of lighting activities for strong typhoon in Northwest Pacific [J]. Science in China: Earth Science, 40: 252–260.

Rao G V, Macarthur P D. 1994. The SSM/I estimated rainfall amounts of tropical cyclones and their potential in predicting the cyclone intensity changes [J]. Mon. Wea. Rev., 122: 1568–1574.

Rappin E D, Morgan M C, Tripoli G J. 2011. The impact of outflow environment on tropical cyclone intensification and structure [J]. J. Atmos. Sci., 68: 177–194.

Rogers R, Reasor P, Lorsolo S. 2013. Airborne Doppler observations of the inner-core structural differences between intensifying and steady-state tropical cyclones [J]. Mon. Wea. Rev., 141: 2970–2991.

Smith R K, Glatz A. 1998. The detection of hurricane asymmetries from aircraft reconnaissance flight data: Some simulation experiments [J]. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 124: 2715–2728.

Wilheit T T, Chang A T C, Rao M S V, et al. 1977. A satellite technique for quantitatively mapping rainfall rates over the oceans [J]. J. Appl. Meteor., 16: 551–560.

徐祥德, 陳聯(lián)壽, 解以揚(yáng), 等. 1996. TCM-90現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)FLO “?陀螺”“通風(fēng)流”非對(duì)稱動(dòng)力結(jié)構(gòu)特征[J]. 氣象學(xué)報(bào), 54: 536–543. Xu Xiangde, Chen Lianshou, Xie Yiyang, et al. 1996. The asymmetric and dynamic structure of the “?-TOP” diploe and “ventilation flow” of the target typhoon FLO during TCM-90 field experiment [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 54: 536–543.

Yuter S E, Houze R A Jr. 1995. Three-dimensional kinematic and microphysical evolution of Florida cumulonimbus. Part I: Spatial distribution of updrafts, downdrafts, and precipitation [J]. Mon. Wea. Rev., 123: 1921–1940.

Yokoyama C, Takayabu Y N. 2008. A statistical study on rain characteristics of tropical cyclones using TRMM satellite data [J]. Mon. Wea. Rev., 136: 3848–3862.

姚小娟, 黎偉標(biāo), 陳淑敏. 2014. 利用TMI反演的水汽凝結(jié)物對(duì)熱帶氣旋潛熱結(jié)構(gòu)分布的探索研究 [J]. 大氣科學(xué), 38 (5): 909?923, doi:10.3878/j.issn. 1006-9895.1401.13188. Yao Xiaojuan, Li Weibiao, Chen Shumin. 2014. Research on latent heat distributions in tropical cyclones from hydrometeor TMI retrieval data [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 38 (5): 909?923.

Research on Latent Heat Distributions in Tropical Cyclones from Hydrometeor TMI Retrieval Data

YAO Xiaojuan, LI Weibiao, and CHEN Shumin

1,,510275;2,510310

The three-dimensional structure of tropical cyclones (TC) and its relationship to intensity changes are statistically examined, using Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) TMI (TRMM Microwave Imager) retrieval data from 1998 to 2009. A total of 236 TCs over the western North Pacific were observed, providing 1776 “snapshots” of instantaneous TC precipitation.

Four types of hydrometeors (precipitable water, precipitable ice, cloud liquid water, cloud ice water) are mainly located around a TC’s eyewall areas and the inner edge of the rainbands (＜150 km from TC center). During the intensification stage, the hydrometeor contents around TCs are increasing and high-value areas move closer to their center. Maximum hydrometeor content is common at about 50 km from the TC center in its mature stage. The stronger the TC intensity, the closer to the TC center is the maximum hydrometeor content. During the decay stage, the hydrometeor content around the TC decreases and spreads to the outer regions of the TC.

There is a close relationship between TC structure and intensity change. The correlations between TC intensity and hydrometeor content over the inner regions (＜200 km from TC center) are positive, however, the correlations between TC intensity and hydrometeor content over a TC’s outer regions (＞200 km from TC center) are negative.

Hydrometeor variability seems to occur earlier than changes in the TC intensity. The hydrometeor content around the eyewall areas (＜50 km from TC center) increases several hours earlier than the rapid intensification of TCs, and decrease several or tens of hours earlier than TC decay.

Structure of tropical cyclone, Intensity of tropical cyclone, TMI retrieval

1006?9895(2014)05?0909?15

P447

A

10.3878/j.issn.1006-9895.1401.13188

2013?06?03，2014?01?23收修定稿

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目2011CB403500，國(guó)家自然基金項(xiàng)目41375050、40875020

姚小娟，女，1985年出生，碩士，主要從事熱帶氣旋研究。E-mail: yxjenjoy@163.com

黎偉標(biāo)，E-mail: eeslwb@mail.sysu.edu.cn