廖君鈺，龔理卿，季 丹

(浙江省衢州市氣象局，浙江 衢州 324000)

兩次相似路徑臺(tái)風(fēng)對(duì)浙江降水影響的對(duì)比分析*

廖君鈺，龔理卿，季 丹

(浙江省衢州市氣象局，浙江 衢州 324000)

利用NCEP 1°×1°客觀再分析資料和地面自動(dòng)加密觀測(cè)資料，對(duì)2016年“莫拉蒂”和“鲇魚”兩次相似路徑臺(tái)風(fēng)從高空形勢(shì)、物理量場(chǎng)、鋒生函數(shù)3個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度越強(qiáng)，造成的短時(shí)降水越大，維持時(shí)間越長(zhǎng)，降水的持續(xù)時(shí)間也隨之增加；水汽輸送帶對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的形成有著至關(guān)重要的作用；鋒生帶與雨帶的分布是否一致主要受冷空氣影響時(shí)間的長(zhǎng)短影響，有穩(wěn)定冷空氣輸入的則較為一致，否則不一致；垂直螺旋度越大，越有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

莫拉蒂；鲇魚；水汽來(lái)源；垂直螺旋度；鋒生函數(shù)

1 引言

臺(tái)風(fēng)是一種強(qiáng)烈的氣旋性渦旋，往往伴有暴雨和大風(fēng)等災(zāi)害性天氣[1]。臺(tái)風(fēng)是對(duì)浙江影響最大的主要系統(tǒng)之一，每年有4～5個(gè)臺(tái)風(fēng)影響浙江省[2]，常常對(duì)影響地區(qū)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，而登陸臺(tái)風(fēng)造成的災(zāi)害往往是由暴雨直接引起或者引發(fā)的，因此加強(qiáng)對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的研究是十分必要的。

影響臺(tái)風(fēng)暴雨的因子有很多，對(duì)于預(yù)報(bào)員來(lái)說(shuō)，最常接觸的是各層的高空形勢(shì)以及各種數(shù)值模式提供的物理量，如何在現(xiàn)有的預(yù)報(bào)產(chǎn)品支持下準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出臺(tái)風(fēng)暴雨是一個(gè)需要攻克的難題。在對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨進(jìn)行診斷分析時(shí)，分析臺(tái)風(fēng)的水汽輸送以及高空流場(chǎng)和地面形勢(shì)[3]是較為有效的一種分析方法，同時(shí)也可以配合分析Q矢量、螺旋度、位渦以及位渦反演等近幾年來(lái)較為先進(jìn)的診斷方法[4]，對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的形成做進(jìn)一步分析。

在實(shí)際臺(tái)風(fēng)的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中常對(duì)比歷史上的相似臺(tái)風(fēng)，把相似臺(tái)風(fēng)的風(fēng)雨影響和移動(dòng)路徑作為預(yù)報(bào)依據(jù)之一。然而，即使移動(dòng)路徑相似的兩個(gè)臺(tái)風(fēng)，其造成的臺(tái)風(fēng)暴雨在強(qiáng)度和時(shí)空分布上也有不同之處，分析其中的成因是十分有意義的。1614號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫拉蒂”和1617號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”這兩個(gè)臺(tái)風(fēng)生成的時(shí)間近似，路徑也極其相似，但對(duì)浙江省造成降水的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間卻有很大的差異。本文利用Micaps常規(guī)觀測(cè)資料、分辨率為 1°×1°逐6h的NCEP格點(diǎn)資料和浙江省自動(dòng)氣象站加密資料，對(duì)2016年9月14—17日和9月28—29日影響浙江的“莫拉蒂”(1614號(hào))和“鲇魚”(1617號(hào))臺(tái)風(fēng)從天氣形勢(shì)、物理量場(chǎng)、鋒生作用3個(gè)方面進(jìn)行分析，以期加深對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的外部生存環(huán)境及內(nèi)部物理場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)降水強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的關(guān)系的認(rèn)識(shí)，提高預(yù)報(bào)能力。

2 臺(tái)風(fēng)實(shí)況

1614號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫拉蒂”于2016年9月10日14時(shí)在西北太平洋洋面上生成，生成后強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，至12日上午加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；14日掠過(guò)臺(tái)灣南部，于15日03時(shí)05分，在福建省廈門市翔安區(qū)沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力15級(jí)(48 m/s，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí))；之后強(qiáng)度逐漸減弱并向東北方向移動(dòng)，15日下午減弱為熱帶低壓；穿過(guò)江西、安徽、江蘇三省并于17日凌晨在黃海南部海域變性為溫帶氣旋(圖1a)。

1617號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”于9月23日08時(shí)在西北太平洋生成，生成后向西偏北方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，至27日上午加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；27日14時(shí)許在臺(tái)灣花蓮市登陸，之后穿過(guò)臺(tái)灣海峽，于28日04時(shí)40分前后在福建省泉州市惠安縣沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力12級(jí)(33 m,/s，臺(tái)風(fēng)級(jí))，之后向偏西方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸減弱，28日夜里減弱為熱帶低壓，之后在江西省境內(nèi)進(jìn)一步減弱并消散(圖1a)。

2016年“莫拉蒂”和“鲇魚”臺(tái)風(fēng)對(duì)浙江省的降水影響如圖1b、1c，據(jù)浙江省自動(dòng)站資料統(tǒng)計(jì)，9月14日20時(shí)—17日02時(shí)過(guò)程雨量在300 mm以上的站點(diǎn)有87個(gè)，400 mm以上有12個(gè)，其中極大風(fēng)在10級(jí)以上的共有32個(gè)站，4個(gè)在11級(jí)以上，強(qiáng)降水區(qū)主要集中在寧波、溫州、臺(tái)州等沿海地區(qū)，呈西南—東北走向。9月28日08時(shí)—29日20時(shí)過(guò)程雨量在300 mm以上的站點(diǎn)有74個(gè)，400 mm以上有18個(gè)，500 mm以上有6個(gè),其中極大風(fēng)在10級(jí)以上的有22個(gè)站，4個(gè)在11級(jí)，強(qiáng)降水區(qū)主要集中在浙南南部地區(qū)。從兩者的過(guò)程降水分布看，“莫拉蒂”降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)降水區(qū)域較廣，主要集中在浙江沿海地區(qū)，而“鲇魚”對(duì)浙江強(qiáng)降水影響時(shí)間較“莫拉蒂”短，降水強(qiáng)度大，強(qiáng)降水地區(qū)集中，主要位于浙南地區(qū)，呈東南—西北走向。本文將著重分析造成此次臺(tái)風(fēng)暴雨的成因。

圖1 臺(tái)風(fēng)“莫拉蒂”和“鲇魚”路徑(a)，9月14日20時(shí)—17日02時(shí)(b:“莫拉蒂”)和9月28日08時(shí)—29日20時(shí) (c:“鲇魚”)降水累計(jì)圖Fig.1 Typhoon "MERANTI" and "MEGI" track(a), 14 September 20 o'clock to 17 September 02 o'clock (b:MERANTI) and 28 September 08 o'clock to 29 September 20 o'clock (c: MEGI) cumulative precipitation map

3 天氣形勢(shì)和水汽條件

3.1 天氣形勢(shì)

熱帶氣旋的移動(dòng)一般受副高和西風(fēng)帶環(huán)流影響，同時(shí)可以分析200 hPa的流場(chǎng)分布來(lái)判斷高空的輻散情況，有助于分析臺(tái)風(fēng)的發(fā)生發(fā)展以及強(qiáng)度的變化[5]。因此可以通過(guò)分析200 hPa和500 hPa的平均位勢(shì)高度場(chǎng)分布來(lái)找出這兩次臺(tái)風(fēng)的路徑以及維持時(shí)間的差異。

從圖2可以看出臺(tái)風(fēng)“莫拉蒂”影響浙江期間，浙江處于200 hPa槽前，高空輻散，有利于系統(tǒng)的維持和發(fā)展，而“鲇魚”影響期間，浙江基本處于均壓場(chǎng)中，輻散不明顯。從500 hPa上看，“莫拉蒂”、“鲇魚”期間副高強(qiáng)度中心可達(dá)590～592 dagpm，2個(gè)臺(tái)風(fēng)均位于588線的西側(cè)，高壓脊線的位置位于28～30°N之間，受東南引導(dǎo)氣流作用，臺(tái)風(fēng)主體移動(dòng)方向以西北向?yàn)橹鳌６澳佟逼陂g浙江處于副高邊緣，從16日08時(shí)500 hPa(圖略)和路徑圖(圖1a)看，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度已減弱至低壓并入西風(fēng)槽系統(tǒng)中，并且有新的臺(tái)風(fēng)西移北上使得西風(fēng)槽向東北方向移動(dòng)，并且強(qiáng)度減弱。當(dāng)臺(tái)風(fēng)與中低緯其他系統(tǒng)結(jié)合時(shí)會(huì)使降水持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，說(shuō)明“莫拉蒂”在影響浙江期間，強(qiáng)度較弱，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，與實(shí)況較為對(duì)應(yīng)，從“鲇魚”的500 hPa平均環(huán)流形勢(shì)看，臺(tái)風(fēng)中心強(qiáng)度較“莫拉蒂”強(qiáng)，說(shuō)明其影響浙江期間強(qiáng)度較強(qiáng)，但是高空無(wú)明顯輻散，使得低層輻合明顯超過(guò)高層輻散，因而臺(tái)風(fēng)迅速減弱[6]，不能繼續(xù)保持低壓系統(tǒng)的強(qiáng)度。

結(jié)合實(shí)況降水及以上分析，可以得出臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度越強(qiáng)，造成的短時(shí)降水越大，維持時(shí)間越長(zhǎng)，降水的持續(xù)時(shí)間也隨之增加。

圖2 “莫拉蒂”9月14日20時(shí)—17日02時(shí)200 hPa(a)和500 hPa平均環(huán)流形勢(shì)(c)及“鲇魚”9月28日08時(shí)—29日20時(shí) 200 hPa(b)和500 hPa(d)平均環(huán)流形勢(shì)(單位：dagpm，陰影區(qū)為200 hPa平均散度場(chǎng))Fig.2 "MERANTI" in S14 September 20 o'clock to 17 September 02 o'clock average circulation situation on 200 hPa (a) & 500 hPa (c) and "MEGI" in 28 September 08 o'clock to 29 September 20 o'clock average circulation situation on 200 hPa (b) & 500hPa (d) (unit:dagpm, the shadow region being 200 hPa average divergence situation)

3.2 水汽條件

充沛的水汽是產(chǎn)生暴雨的三大重要因素之一，低層水汽輸送是暴雨的主要水汽來(lái)源。可以利用水汽通量場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的結(jié)合來(lái)分析暴雨的水汽來(lái)源。

從圖3看，14日20時(shí)在臺(tái)灣海峽南部海面上有一個(gè)90 g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量的大值中心，28日08時(shí)在浙江南部、福建與廣東交界處有≥40 g·cm-1·hPa-1·s-1的大值區(qū)，其中前者水汽通量為后者的兩倍甚至偏多，但是在“莫拉蒂”活動(dòng)期間，位于其東南側(cè)有1616號(hào)臺(tái)風(fēng)“馬勒卡”生成并加強(qiáng)，并截?cái)嗥渫鈬斔蛶?，因此在登陸福建后迅速減弱。

從風(fēng)場(chǎng)看，低層的東南急流后者較前者偏強(qiáng)，出口區(qū)主要位于浙南地區(qū)，而前者可影響至浙江沿海地區(qū)。隨著時(shí)間的推移，“馬勒卡”臺(tái)風(fēng)不斷加強(qiáng)，并不斷裹挾“莫拉蒂”外圍大量水汽，使得“莫拉蒂”外圍環(huán)流云系迅速減弱，同時(shí)中心附近風(fēng)力迅速減弱，在沒有水汽輸送帶持續(xù)不斷的輸送水汽后，水汽通量大值區(qū)也迅速減弱，至15日14時(shí)減小至20～40 g·cm-1·hPa-1·s-1之間并向東北移動(dòng)，從實(shí)況降水看，強(qiáng)降水區(qū)域由浙南地區(qū)移至浙東北，同時(shí)強(qiáng)度由6 h 300 mm雨強(qiáng)降至150 mm，降水強(qiáng)度明顯減弱，兩者發(fā)生時(shí)間較為配合。隨后低層引導(dǎo)氣流受“馬勒卡”影響轉(zhuǎn)為偏南氣流，水汽通量大值區(qū)向偏北方向移動(dòng)并繼續(xù)減弱，同時(shí)對(duì)浙江的影響區(qū)域也不斷減小，至16日08時(shí)并入西風(fēng)槽中，受槽前西南暖濕氣流影響，影響區(qū)域有所突增并向東北移動(dòng)，但水汽通量強(qiáng)度并未增強(qiáng)，這與浙江的強(qiáng)降水分布地區(qū)以及不斷減弱的降水強(qiáng)度較為吻合。隨后水汽通量場(chǎng)繼續(xù)東移北抬，至17日02時(shí)完全移至海上，對(duì)浙江降水的影響逐漸減弱消失。

圖3 “莫拉蒂”(a)和“鲇魚”(b)850 hPa水汽通量場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)(單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)Fig.3 "MERANTI" (a) and "MEGI" (b) water vapor flux field and wind field on 850hPa level (unit:g·cm-1·hPa-1·s-1)

而“鲇魚”外圍云系在登陸后前期較“莫拉蒂”減弱較慢，同時(shí)水汽通量大值區(qū)也較之分布廣，并受東南和偏東氣流影響，大值區(qū)向偏西方向移動(dòng)，因此在對(duì)浙江的影響中主要集中在浙南地區(qū)。水汽通量大值區(qū)和低空急流范圍近乎重合，充分體現(xiàn)了強(qiáng)勁東南低空急流輸送水汽的特征，為大暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了充足水汽條件，而從兩者的重疊區(qū)域的演變看(圖略)，也較為符合實(shí)況強(qiáng)降水區(qū)域的分布，從風(fēng)場(chǎng)的演變看(圖略)，“鲇魚”的低層?xùn)|南急流雖然偏強(qiáng)，但減弱速度也非常迅速，至29日02時(shí)已無(wú)明顯強(qiáng)盛的東南氣流，位于海上的水汽無(wú)法及時(shí)輸送至浙江地區(qū)，實(shí)況降水強(qiáng)度也迅速減弱，至29日14時(shí)，水汽通量大值區(qū)基本移出浙江省，同時(shí)浙江地區(qū)的降水也迅速減弱。

從以上分析可以得出，強(qiáng)盛有力的水汽輸送帶能為形成臺(tái)風(fēng)暴雨提供充沛的水汽，當(dāng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，則暴雨持續(xù)時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)，反之，則無(wú)法維持長(zhǎng)時(shí)間的暴雨天氣；當(dāng)水汽輸送帶弱時(shí)，則暴雨強(qiáng)度將有所下降，反之，則加強(qiáng)。

4 中尺度特征分析

4.1 鋒生函數(shù)

通過(guò)鋒生函數(shù)(圖4a、4b)表明，“莫拉蒂”14日20時(shí)850 hPa在浙閔沿海地區(qū)有較為明顯的鋒生作用，主要有兩個(gè)中心，分別位于浙南以及閩南，至15日02時(shí)(圖略)，兩個(gè)中心向東北方向移動(dòng)，至15日20時(shí)，在浙江的東部沿海地區(qū)一直有大值中心的存在，表明期間一直有較強(qiáng)的鋒生作用在影響該地區(qū)，結(jié)合圖4c，實(shí)況降水最大值位于浙江中東部的大部分地區(qū)以及閩南地區(qū)，兩者配合較為一致。而從“鲇魚”的鋒生函數(shù)看，其大值區(qū)與實(shí)況降水的大值區(qū)分布并不一致，從圖4b看浙閔交界處有一大值區(qū)，但從實(shí)況降水看，降水主要位于浙東南地區(qū)，福建北部無(wú)明顯降水。對(duì)比兩者的溫度平流演變(圖略)，可以發(fā)現(xiàn)“莫蘭蒂”在影響降水期間，一直有連續(xù)不斷的冷空氣輸入，但“鲇魚”影響期間，雖然有冷空氣影響，但是持續(xù)時(shí)間較短。因此考慮鋒生帶與雨帶的分布是否一致主要受冷空氣影響時(shí)間的長(zhǎng)短，有穩(wěn)定冷空氣輸入的則較為一致，否則不一致。

4.2 垂直速度和垂直螺旋度

垂直速度可以反映水汽凝結(jié)的速度，是形成暴雨的關(guān)鍵因子[7]。垂直螺旋度能反映出大氣在垂直空間上的旋轉(zhuǎn)上升和運(yùn)動(dòng)特征。研究表明垂直方向的螺旋度比水平方向的螺旋度更有意義，數(shù)值越大，表明垂直風(fēng)切變?cè)酱?，越有利于?qiáng)天氣發(fā)生[8]。

圖4 “莫拉蒂”(a)和“鲇魚”(b)850 hPa鋒生函數(shù)(單位：10-10℃·m-1·s-1) 以及14日20時(shí)—15日20時(shí)(c)和28日08時(shí)—29日08時(shí)降水(d)(單位：mm)Fig.4 "MERANTI" (a) and "MEGI" (b) frontogenesis function on 850hPa (unit:10-10℃·m-1·s-1) and the rainfall of 14∶20-15∶20 (c) & 28∶08-29∶08 (d) (unit:mm)

圖5 “莫拉蒂”(a)和“鲇魚”(b)垂直速度(陰影，單位：10 Pa/s)和垂直螺旋度 (黑線，單位：10-5Pa/s2)沿120°E垂直剖面圖Fig.5 "MERANTI" (a) and "MEGI" (b) vertical speed (shadow, unit:10Pa / s) and Vertical spiral (black line, unit:10-5Pa/s2) along 120°E vertical section

從垂直速度沿120°E經(jīng)向剖面圖上(圖5)可以看到，15日02時(shí)垂直上升速度大值區(qū)(≥-3Pa/s)集中在27～28°N(暴雨區(qū))附近，28日08時(shí)垂直上升速度大值區(qū)(≥-6Pa/s)也集中在27°N附近，對(duì)比兩者的分布看，“莫拉蒂”的底層垂直速度明顯小于“鲇魚”，且后者的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)最高可達(dá)200 hPa，這為水汽的快速凝結(jié)乃至降雨的形成提供了很好的動(dòng)力條件，十分容易形成短時(shí)強(qiáng)降水，隨后垂直上升速度大值區(qū)略有北抬至28°N，從降水實(shí)況看后者的強(qiáng)降水區(qū)域主要集中在浙南地區(qū)，并且強(qiáng)度大、時(shí)間短，這與實(shí)況較一致。綜上所述，垂直上升運(yùn)動(dòng)中心區(qū)域和暴雨中心基本一致的，垂直速度大小與降水強(qiáng)度也有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

從圖5看，“莫拉蒂”暴雨區(qū)上空螺旋呈低層正螺旋度，高層為弱的負(fù)螺旋度，高層負(fù)螺旋度與低層正螺旋度重疊，使得流體能量耗散減慢，是觸發(fā)暴雨的動(dòng)力機(jī)制[9]，有利于臺(tái)風(fēng)螺旋結(jié)構(gòu)的維持，為浙江地區(qū)帶來(lái)持續(xù)性的強(qiáng)降水天氣?！蚌郁~”低層的正螺旋度大值區(qū)可達(dá)80×10-5Pa/s2，并且與垂直速度上升區(qū)相重疊，有利于形成短時(shí)強(qiáng)降水，隨后在28日14時(shí)重疊區(qū)北抬且中心強(qiáng)度均有所減弱，與“鲇魚”影響過(guò)程期間強(qiáng)降水區(qū)分布一致，同時(shí)在29°N低層有負(fù)螺旋度大值區(qū)形成，使得臺(tái)風(fēng)“鲇魚”螺旋結(jié)構(gòu)減弱，降水減弱。

5 總結(jié)

本文利用NCEP1°×1°客觀再分析資料和地面自動(dòng)加密觀測(cè)資料，對(duì)2016年臺(tái)風(fēng)“莫拉蒂”和“鲇魚”兩次相似路徑系統(tǒng)對(duì)影響浙江的強(qiáng)降水進(jìn)行診斷分析，初步得到以下結(jié)論：

①此次“莫拉蒂”對(duì)浙江降水影響主要表現(xiàn)在持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)降水分布廣，過(guò)程雨量大，“鲇魚”對(duì)浙江降水影響主要表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間短，強(qiáng)降水落區(qū)集中，降水強(qiáng)度大。

②臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度越強(qiáng)，造成的短時(shí)降水越大，維持時(shí)間越長(zhǎng)，降水的持續(xù)時(shí)間也隨之增加。

③強(qiáng)盛有力的水汽輸送帶能為形成臺(tái)風(fēng)暴雨提供充沛的水汽，當(dāng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，則暴雨持續(xù)時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)，反之，則無(wú)法維持長(zhǎng)時(shí)間的暴雨天氣，當(dāng)水汽輸送帶弱時(shí)，則暴雨強(qiáng)度將有所下降，反之，則加強(qiáng)。

④鋒生帶與雨帶的分布是否一致主要受冷空氣影響時(shí)間的長(zhǎng)短，有穩(wěn)定冷空氣輸入的則較為一致，否則不一致。

⑤垂直螺旋度越大，越有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生，同時(shí)只有在低層正螺旋配合高層負(fù)螺旋度才有利于臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)的維持。

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Comparative analysis of the effects of typhoon "MERANTI" and "MEGI"with similar track on precipitation in Zhejiang Province

LIAO Junyu, GONG Liqing, JI Dan

(Quzhou Meteorological Office of Zhejiang Province, Quzhou 324000, China)

Based on NCEP 1°×1°objective reanalysis data and ground automatic encryption observation data,typhoon "MERANTI" and "MEGI" with similar track in 2016 were compared and analyzed from three aspects: altitude situation, physical quantity field and frontogenesis in this study. The results show that: the stronger the intensity of the typhoon is, the shorter the precipitation is, the longer the duration is, the longer the duration of precipitation is.Water vapor transport belt plays an important role in the formation of typhoon rainstorm. The consistence between frontogenesis and precipitation belt is mainly affected by the duration of cold air influence. With stable input of cold air, there is consistence, or there will be inconsistence. The greater the vertical helicity is, the more favorable condition will occur for precipitation.

MERANTI; MEG; moisture sources; vertical helicity; the frontogenesis function

2016-12-03

廖君鈺(1991—)，女，助工，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)工作，E-mail：liaojunyu0602@163.com。

1003-6598(2017)03-0035-06

P458.1+24

B