李昱薇， 傅 剛

(中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院海洋氣象系，山東 青島 266100)

爆發(fā)性氣旋是指在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)展的強(qiáng)烈的氣旋，具有發(fā)展速度快、短時(shí)間內(nèi)氣旋中心氣壓迅速下降等特點(diǎn)，并伴有強(qiáng)降水、狂風(fēng)等劇烈天氣現(xiàn)象，往往會(huì)對(duì)海上船舶航行安全造成嚴(yán)重危害。

Sanders和Gyakum[1]首次給出了爆發(fā)性氣旋的定義：在24 h內(nèi)海表面中心氣壓值下降24 hPa以上，即氣旋的中心氣壓加深率大于1 hPa·h-1(定義為1個(gè)Bergeron)的溫帶氣旋為爆發(fā)性氣旋。隨著觀測資料時(shí)間分辨率的提高，Yoshida和Asuma[2]把爆發(fā)性氣旋定義中的時(shí)間間隔由24 h修改為12 h；Gyakum等[3]將45 °N作為爆發(fā)性氣旋定義中的地轉(zhuǎn)調(diào)整緯度。本文根據(jù)Zhang等[4]的研究，對(duì)北太平洋爆發(fā)性氣旋的定義如下：在12 h內(nèi)海表面中心氣壓值(地轉(zhuǎn)調(diào)整到45°N后)下降12 hPa以上，即：

對(duì)爆發(fā)性氣旋的季節(jié)變化特征研究發(fā)現(xiàn)，冷季為爆發(fā)性氣旋的頻繁發(fā)生季節(jié)[5-7]。許多研究[7-9]指出，西北太平洋是爆發(fā)性氣旋最活躍的地區(qū)之一，且西北太平洋爆發(fā)性氣旋多呈現(xiàn)為“孤立狀”的螺旋狀云系。然而大量觀測表明，也有爆發(fā)性氣旋是以“氣旋對(duì)”的形式出現(xiàn)的。

早在1920年代初期，F(xiàn)ujiwhara[10]就對(duì)“雙渦旋”的相互作用問題進(jìn)行了研究，分析發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的渦旋相對(duì)旋轉(zhuǎn)和靠近，這種現(xiàn)象被稱為“藤原效應(yīng)”。自此之后近一個(gè)世紀(jì)以來，關(guān)于“雙臺(tái)風(fēng)”的研究層出不窮，Brand[11]研究了22個(gè)北太平洋雙熱帶氣旋個(gè)例，指出雙熱帶氣旋實(shí)質(zhì)上是互旋和大尺度平流作用合成所致。盡管對(duì)“雙臺(tái)風(fēng)”現(xiàn)象已有許多研究，但迄今為止，對(duì)以“氣旋對(duì)”形式出現(xiàn)的爆發(fā)性氣旋研究仍然很少。本文擬對(duì)2014年12月15—18日西北太平洋上的一個(gè)爆發(fā)性“氣旋對(duì)”的演變過程及相互作用做深入分析。

該“氣旋對(duì)”由兩個(gè)氣旋組成，本文把這兩個(gè)氣旋分別稱為A氣旋和B氣旋。兩者先后在中國近海生成后，沿日本島的東西兩側(cè)向東北方向移動(dòng)。氣旋A在前期生成，在“氣旋對(duì)”的發(fā)展初期起主導(dǎo)作用，控制“氣旋對(duì)”周圍的環(huán)流形勢(shì)，并為后期氣旋B的生成發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。氣旋B生成后發(fā)展迅速，逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。氣旋A、B相互影響，在東移的過程中圍繞共同中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其中心連線逐漸由南北向轉(zhuǎn)為東西向。兩氣旋在“互旋”的過程中相互吸引，中心間距不斷減小，直至氣旋A完全衰亡。

氣旋A、B以“氣旋對(duì)”的形式出現(xiàn)在西北太平洋上是不多見的，在向東北方向移動(dòng)過程中兩者都經(jīng)歷了“爆發(fā)性”發(fā)展更屬罕見。它們?cè)谘葑冞^程中具有怎樣的空間結(jié)構(gòu)？兩者是怎樣相互作用的？這一系列科學(xué)問題尚不清楚。加深對(duì)以上這些問題的理解是驅(qū)使我們開展對(duì)爆發(fā)性“氣旋對(duì)”研究的重要?jiǎng)訖C(jī)。

1 資料和方法

本文使用的資料和方法如下：

(1) 美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心NCEP (National Centers for Environmental Prediction) 提供的FNL (Final Analysis) 全球格點(diǎn)資料，其水平分辨率為1°×1°，垂直分為26 層, 在00 UTC、06 UTC、12 UTC和18 UTC有資料，下載地址為：http://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2。

(2) 日本氣象廳JMA (Japan Meteorological Agency) 提供的MTSAT-1R (Multi-functional Transport Satellites-1R) 衛(wèi)星紅外波段云頂亮溫資料，時(shí)間間隔為1 h，下載地址為：http://weather.is.kochi-u.ac.jp。

(3) HYSPLIT_4模式是由美國國家海洋與大氣管理局NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)下的空氣資源實(shí)驗(yàn)室ARL(Air Resources Laboratory)與澳大利亞墨爾本氣象研究中心共同研發(fā)的一個(gè)目的在于計(jì)算和分析追蹤氣團(tuán)輸送、擴(kuò)散軌跡的模式，訪問地址為：https://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php。該模式可用來追蹤氣流中空氣微團(tuán)的移動(dòng)路徑，同時(shí)可實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)風(fēng)場、分析降水、研究氣體移動(dòng)軌跡等。該模式可分別提供前向軌跡和后向軌跡，其中前向軌跡是指到達(dá)研究點(diǎn)之后的模擬運(yùn)行路徑。

2 “氣旋對(duì)”的演變過程

Lander 和Holland[12]的研究表明，雙氣旋從生成、發(fā)展，到長時(shí)間的“互旋”后會(huì)有一個(gè)迅速變化的階段。最終或其中一個(gè)消亡合并到另一個(gè)中去，或由于相互影響，二者迅速逃逸，相互作用停止。下面本文分別對(duì)該爆發(fā)性“氣旋對(duì)”中的兩個(gè)成員氣旋A、B的演變過程進(jìn)行分析。

2.1 氣旋A的演變過程

2014年12月15日00 UTC，氣旋A在中國渤海灣內(nèi)120°E，39°N附近生成，東移至朝鮮半島西側(cè)，隨后略微轉(zhuǎn)向東北方向移動(dòng)，穿過朝鮮半島后開始爆發(fā)性發(fā)展，至17日00 UTC，在139°E，45°N附近的日本海北部短暫逗留后衰亡(見圖1)。

圖1 2014年12月15日00 UTC至18日06 UTC氣旋A和B的移動(dòng)路徑Fig.1 Moving tracks of cyclones A and B from 00 UTC 15 to 06 UTC 18 December,2014

圖2(a)為氣旋A的海平面中心氣壓值和中心氣壓加深率隨時(shí)間變化曲線?？梢姡?014年12月15日00 UTC氣旋A的中心氣壓值為1 023.5 hPa，到15日12 UTC緩慢下降到1 018.8 hPa。15日12 UTC至16日12 UTC，其中心氣壓迅速下降，中心氣壓加深率約為1.53 Bergeron，最大值在16日00 UTC出現(xiàn)，為1.71 Bergeron。16日18 UTC氣旋中心氣壓達(dá)到最小值976.8 hPa，隨后氣旋A的中心氣壓略有升高，逐漸衰亡。

氣旋A的演變過程大體可劃分成四個(gè)階段：

Ⅰ. 初始階段(15日00 UTC—12 UTC)：15日00 UTC，氣旋A生成于中國渤海灣內(nèi)，中心氣壓值為1 023.5 hPa，隨后緩慢下降到1 018.8 hPa，中心氣壓加深率為0.44 Bergeron。與氣旋A伴隨的云團(tuán)向東北方向移動(dòng)，且云團(tuán)整體相對(duì)后一階段較為松散，無明顯形狀(見圖3(a))。

Ⅱ. 發(fā)展階段(15日12 UTC—16日12 UTC)：氣旋A進(jìn)入日本海，并沿東北方向緩慢移動(dòng)，氣旋中心氣壓值迅速下降，中心氣壓加深率較大，至16日00 UTC達(dá)到最大值1.71 Bergeron。在此階段，氣旋A不斷發(fā)展加強(qiáng)，積云對(duì)流強(qiáng)烈，有云區(qū)和無云區(qū)之間有明顯的邊界，形成“逗號(hào)狀”(comma-shaped)云系(見圖3(c))。

圖2 氣旋A、B的海平面中心氣壓(藍(lán)線，單位：hPa)及中心氣壓加深率(紅線，單位：Bergeron)隨時(shí)間變化Fig.2 Time series of central sea level pressures of cyclones A and B (blue line, unit: hPa) and their deepening rates (red line, unit: Bergeron) of cyclones A and B

((a) 12 UTC 15; (b) 18 UTC 15; (c) 00 UTC 16; (d) 12 UTC 16; (e) 18 UTC 16; (f) 06 UTC 17.)圖3 2014年12月MTSAT-1R紅外衛(wèi)星紅外云圖和海平面氣壓場(實(shí)線，間隔4 hPa)Fig.3 MTSAT-1R infrared satellite imagery and sea level pressure (solid, 4 hPa interval) in December，2014

Ⅲ. 成熟階段(16日12 UTC1 —18 UTC)：此階段氣旋A逐漸達(dá)到成熟狀態(tài)，中心氣壓于16日18 UTC下降至最小值976.8 hPa。云團(tuán)呈螺旋結(jié)構(gòu)，與氣旋B所伴隨的云團(tuán)匯合，“螺旋狀”(spiral-shaped)云尾在兩個(gè)云團(tuán)匯合過程中變得松散(見圖3(e))。

Ⅳ. 衰亡階段(16日18 UTC—17日00 UTC)：氣旋A在日本海北部逗留了約6 h，其中心氣壓略有回升。云團(tuán)短暫停留后變得松散，隨后與下游氣旋B伴隨的云團(tuán)融合并逐漸消失。

2.2 氣旋B的演變過程

2014年12月15日12 UTC，氣旋B在中國東海126°E，28°N附近生成，隨后向東北方向移動(dòng)，后開始爆發(fā)性發(fā)展，穿越日本列島東南岸，于17日06 UTC突然反向南下，繼而向東南方向移動(dòng)，至18日06 UTC在太平洋西北部152°E，43°N附近衰亡(見圖1)。

圖2(b)為氣旋B的海表面中心氣壓值和中心氣壓加深率隨時(shí)間變化曲線?？梢?，2014年12月15日12 UTC，氣旋B的中心氣壓值為1 018.5 hPa，至17日06 UTC，中心氣壓顯著下降至最小值958.8 hPa。15日18 UTC至16日18 UTC期間氣旋中心氣壓下降迅速，其加深率約為2.06 Bergeron，16日12 UTC達(dá)到最大值2.83 Bergeron。17日06 UTC 后，氣旋中心氣壓開始上升，氣旋B填塞后緩慢衰亡。

氣旋B的演變過程大體可劃分成四個(gè)階段：

Ⅰ. 初始階段(15日12 UTC—18 UTC):2014年12月15日12 UTC，氣旋B在126°E，28°N附近的中國東海海面上生成，中心氣壓值為1 018.5 hPa。與氣旋B伴隨的云團(tuán)大體覆蓋日本島上空，呈東北-西南走向，且云團(tuán)結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，無明顯邊界(見圖3(b))。

Ⅱ. 發(fā)展階段(15日18 UTC—16日18 UTC):氣旋 B在日本島東南岸向東北方向移動(dòng)，中心氣壓加深率在16日12 UTC達(dá)到最大值2.83 Bergeron，在此期間，氣旋B迅速發(fā)展加深。與氣旋 B 相伴隨的云團(tuán)面積顯著增大，呈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)“逗號(hào)狀”結(jié)構(gòu)(見圖3(d))。

Ⅲ. 成熟階段(16日18 UTC—17日12 UTC):17日06 UTC，氣旋B的中心氣壓下降至最小值958.8 hPa，后略有回升。云團(tuán)不斷逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有明顯的螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋云系眼區(qū)出現(xiàn)“雙眼皮”結(jié)構(gòu)，隨后便衰減并維持“半眼”狀態(tài)，同時(shí)在其東南方甩出長約3 000 km粗壯的“尾巴”?？傮w來說，云團(tuán)眼區(qū)結(jié)構(gòu)清晰，“尾”狀結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，可見云體中的細(xì)微部分(見圖3(f))。

Ⅳ. 衰亡階段(17日12 UTC—18日06 UTC):氣旋B進(jìn)入衰亡狀態(tài)，中心氣壓上升，氣旋發(fā)生填塞。氣旋中心附近的云團(tuán)迅速衰減，螺旋結(jié)構(gòu)消失，尾端云團(tuán)快速向東北方向移出170°E以東，云體逐漸崩潰。

3 “氣旋對(duì)”的相互作用

3.1 環(huán)流背景

在“氣旋對(duì)”向東北方向的移動(dòng)過程中，氣旋A在高空為氣旋B的發(fā)展提供了有利的背景渦度場，在低空通過環(huán)流將冷平流輸送到氣旋B內(nèi)部，使氣旋B低層的大氣斜壓性增加，促使氣旋B發(fā)展迅速。其中16日12 UTC可以看作氣旋A對(duì)氣旋B作用的代表時(shí)刻，此時(shí)氣旋A逐漸發(fā)展成熟，氣旋B的中心氣壓加深率達(dá)到最大值，氣旋B位于氣旋A東南部下游的位置。

200 hPa上西風(fēng)急流較強(qiáng)，兩氣旋位于槽前(見圖4(a))，且氣旋B位于急流出口區(qū)左側(cè)，對(duì)應(yīng)上升運(yùn)動(dòng)，高空為強(qiáng)輻散區(qū)。氣旋B位于氣旋A下游，氣旋A達(dá)到成熟階段，系統(tǒng)較深厚。兩氣旋位于500 hPa上游大槽前(見圖4(b))，槽后緯向動(dòng)量通量向槽輸送，有利于槽的加強(qiáng)，東亞大槽加深，溫度槽落后于位勢(shì)高度槽。兩氣旋中心附近伴隨著大于1.2×10-8s-2的正渦度平流，有利于氣旋的發(fā)展。值得注意的是，此正渦度平流可能和大槽呈現(xiàn)“疏散槽”結(jié)構(gòu)有關(guān)。850 hPa的“暖舌”與兩氣旋的中心連線方向一同扭轉(zhuǎn)，氣旋B西南部和東南部的等溫線與等位勢(shì)高度線幾乎垂直(見圖4(c))，大氣斜壓性進(jìn)一步增強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)隨著高度升高向西傾斜。此外，有大于6×10-4K·s-1冷平流自氣旋A西側(cè)輸送到氣旋B中心附近，兩氣旋中心附近的等溫線變得更為緊密，溫度梯度增大。海表面氣壓場圖上，1 010.0 hPa閉合等壓線包圍氣旋A、B，呈西北-東南向，南北跨度約20個(gè)緯度(見圖4(d))。鋒面對(duì)應(yīng)著明顯的冷鋒式風(fēng)切變，冷鋒前南風(fēng)分量增大，有利于輸送暖濕空氣。受氣旋A驅(qū)動(dòng)南下的西北氣流和南部洋面上的暖濕空氣交匯在氣旋B附近。

((a)200 hPa位勢(shì)高度場(實(shí)線，間隔150 gpm)，輻散場(藍(lán)色虛線，間隔4×10-5 s-1)和急流(箭頭，大于100 m·s-1，單位：m·s-1)；(b)500 hPa位勢(shì)高度場(實(shí)線，間隔80 gpm)、氣溫場(虛線，間隔5 ℃)和渦度平流(填色，大于4×10-9 s-2，間隔4×10-9 s-2)；(c)850 hPa位勢(shì)高度場(實(shí)線，間隔50 gpm)、氣溫場(虛線，間隔6 ℃)和溫度平流(填色，小于-2×10-4 K·s-1，間隔2×10-4 K·s-1)；(d)海平面氣壓場(實(shí)線，間隔4 hPa)，水平風(fēng)場(箭頭，大于10 m·s-1，單位：m·s-1)，線EF為氣旋A和B中心的連線，用于垂直剖面分析。(a)Geopotential height (solid, 150 gpm interval), horizontal divergence (blue dashed, 4×10-5 s-1 interval) and jet stream (arrows, greater than 100 m·s-1, unit: m·s-1) at 200 hPa; (b)Geopotential height (solid, 80 gpm interval), air temperature (dashed, 5 ℃ interval) and advection of relative vorticity (shaded, greater than 4×10-9 s-2, 4×10-9 s-2 interval) at 500 hPa; (c)Geopotential height (solid, 50 gpm interval), air temperature (dashed, 6 ℃ interval) and advection of air temperature (shaded, less than -2×10-4 K·s-1,2×10-4 K·s-1 interval) at 850 hPa; (d)Sea level pressure (solid, 4 hPa interval) and wind vectors (arrows, greater than 10 m·s-1, unit: m·s-1). EF is the line between cyclone centers of A and B which will be used for vertical cross section analyses later.)

3.2 能量及渦度傳遞

徐洪雄等[13]對(duì)2009年的發(fā)生在太平洋上的雙臺(tái)風(fēng)“天鵝”和“莫拉克”互旋過程的研究中指出了兩者的水汽、動(dòng)能相互影響，發(fā)現(xiàn)渦旋結(jié)構(gòu)變化存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)。本文所研究的爆發(fā)性“氣旋對(duì)”的兩個(gè)成員氣旋A、B在中后期存在能量的傳遞和相對(duì)渦度的反向變化。

3.2.1 能量通道 本節(jié)分析動(dòng)能和濕焓來檢驗(yàn)“氣旋對(duì)”的成員A和B之間的能量傳遞。其中濕焓可很好地反映空氣熱能的累積狀況，高濕焓區(qū)往往對(duì)應(yīng)高溫、高濕大氣，是強(qiáng)的能量聚集區(qū)[14]。單位質(zhì)量空氣的濕焓通常用hm表示[15]：

hm=h+EL=CpT+Lq。

其中：h為單位質(zhì)量空氣的顯熱能，即比焓(J·kg-1)；EL為單位質(zhì)量空氣的潛熱能(J·kg-1)；Cp為定壓比熱容，對(duì)于理想氣體Cp=1.006 J·(kg·K)-1；L為相變潛熱，其中汽化熱為2 501×103J·kg-1；q為空氣比濕(kg·kg-1)。

為了分析氣旋A、B之間的能量傳遞，利用HYSPLIT模式進(jìn)行軌跡追蹤，若有大量的空氣微團(tuán)從氣旋A進(jìn)入氣旋B，則可以判定氣旋A和B之間有能量通道。圖5給出的16日18 UTC的前向軌跡追蹤結(jié)果表明，在“氣旋對(duì)”發(fā)展中后期，中低層有大量的空氣微團(tuán)從氣旋B進(jìn)入氣旋A，由此可以判定氣旋A和B之間存在能量通道。

在“氣旋對(duì)”的生命歷程中，氣旋A、B由初始階段兩個(gè)獨(dú)立的渦旋“單體”，逐漸有了跨越日本島的動(dòng)能“連體”通道。在“氣旋對(duì)”發(fā)展強(qiáng)烈的階段，二者可看作存在一個(gè)“環(huán)形動(dòng)能通道”的渦旋系統(tǒng)，在該階段兩氣旋發(fā)生“互旋”，并且它們?cè)凇盎バ钡倪^程中相互吸引，中心距離由1 100 km不斷縮小到560 km(見表1)。最后隨著氣旋A衰亡，二者之間的動(dòng)能通道消失。

圖5 HYSPLIT模式給出的2014年12月16日18 UTC各層24 h的前向軌跡追蹤Fig.5 The analysis result of 24 h with HYSPLIT forward trajectory simulation at 18 UTC 16 December，2014

(藍(lán)色實(shí)線：925 hPa；綠色實(shí)線：850 hPa；黑色實(shí)線：700 hPa；紅色實(shí)線；600 hPa。Blue solid lines：925 hPa； Green solid lines：850 hPa； Black solid lines：700 hPa and Red solid：600 hPa.)

表1 氣旋A、B中心連線的距離和方向隨時(shí)間的變化Table 1 Variations of the line distances and directions between cyclones A and B with time

綜合分析流線與軌跡追蹤結(jié)果，可以看到16日18 UTC氣旋A、B在不同高度上動(dòng)能和濕焓的分布以及“氣旋對(duì)”之間的動(dòng)能通道(見圖6)。此時(shí)動(dòng)能大值區(qū)在氣旋B東側(cè)堆積，空氣微團(tuán)沿軌跡從氣旋B向氣旋A傳遞，且濕焓隨著動(dòng)能通道從南到北向氣旋A、B中心傳遞，此時(shí)刻為氣旋A中心氣壓最低時(shí)刻，氣旋B發(fā)展成熟。

在925 hPa流場圖(見圖6(a))和850 hPa流場圖(見圖6(b))上，動(dòng)能隨流場有一半閉合的環(huán)形傳輸通道，從氣旋B南部開始環(huán)繞“氣旋對(duì)”逆時(shí)針傳遞。動(dòng)能大值區(qū)集中在氣旋B東部，空氣微團(tuán)沿軌跡從氣旋B向氣旋A傳遞，二者相互影響，使“氣旋對(duì)”系統(tǒng)得以維持。此外，濕焓大值區(qū)隨著動(dòng)能通道從南到北向氣旋A、B中心傳遞，氣旋A、B附近分別有超過270×103和285×103J·kg-1的濕焓。

在700 hPa流場圖(見圖6(c))和600 hPa流場圖(見圖6(d))上，由于中緯度西風(fēng)帶的影響，相對(duì)于低層“氣旋對(duì)”動(dòng)能通道的環(huán)形結(jié)構(gòu)已經(jīng)不明顯了，但是渦旋系統(tǒng)動(dòng)能傳遞通道依然明顯可見。動(dòng)能大值區(qū)主要分布在氣旋B東部和南部，綜合分析流線與軌跡追蹤結(jié)果，動(dòng)能由此出發(fā)逆時(shí)針圍繞“氣旋對(duì)”傳遞至氣旋A中心附近，再向氣旋B中心附近傳遞。濕焓大值區(qū)仍明顯從南到北向氣旋A、B中心傳遞。

3.2.2 相對(duì)渦度反向變化 氣旋A、B演變過程中的相對(duì)渦度先增大后減小，在成熟階段，相對(duì)渦度達(dá)到最大值。

“氣旋對(duì)”中低層相對(duì)渦度隨時(shí)間的變化列表(見表2)中可見，16日12 UTC之后，氣旋B不斷發(fā)展加強(qiáng)，其中低層的相對(duì)渦度不斷加強(qiáng)，氣旋A已經(jīng)成熟，相對(duì)渦度基本呈減小趨勢(shì)。在“氣旋對(duì)”發(fā)展中后期，兩者渦旋強(qiáng)度呈反向變化。其中在850 hPa上氣旋A、B的渦度變化最明顯，在12 h內(nèi)，氣旋A的相對(duì)渦度由4.87×10-4s-1減小到2.66×10-4s-1，減少近一半，而氣旋B的相對(duì)渦度由3.23×10-4s-1增至5.86×10-4s-1，增強(qiáng)近一倍。

綜上所述，氣旋A、B相互影響，在“氣旋對(duì)”發(fā)展中后期，兩者之間在中低層存在動(dòng)能傳輸通道，空氣微團(tuán)沿軌跡從氣旋B向氣旋A傳遞，且濕焓沿動(dòng)能通道從南到北向氣旋A、B中心傳遞，動(dòng)能和濕焓的大值在氣旋中心附近堆積。在發(fā)展中后期，兩者的中低層渦旋強(qiáng)度呈反向變化，氣旋A的渦度減小，氣旋B的渦度不斷增大。

3.3 剖面分析

沿氣旋 A、B 中心的連線EF做垂直剖面 (見圖4(d))，簡要分析氣旋A、B的空間結(jié)構(gòu)及兩者的相互作用。

假相當(dāng)位溫及溫度剖面圖上，氣旋B的西北側(cè)等假相當(dāng)位溫線在400 hPa高度以下幾乎呈鉛直分布，水平梯度較大(見圖7(a))，且等溫線在鋒區(qū)有明顯的突變，溫度自西北至東南驟升，可見此處為一冷鋒。來自西北方向的冷空氣沿氣旋A的西南側(cè)南下，輸送冷平流至氣旋B附近，為氣旋B的發(fā)展提供了有利條件。此外，在氣旋B附近假相當(dāng)位溫隨高度升高而降低，表明存在對(duì)流不穩(wěn)定，有利于地面氣旋發(fā)展加強(qiáng)。

((a) 925 hPa; (b) 850 hPa; (c) 700 hPa； (d) 600 hPa. 動(dòng)能(填色，大于50 m2·s-2，間隔100 m2·s-2 )，濕焓(實(shí)線，間隔5×103 J·kg-1)，帶箭頭的實(shí)線為動(dòng)能通道。Kinetic energy (shaded, greater than 50 m2·s-2, 100 m2·s-2 interval,); Enthalpy of moist air (solid, 5×103 J·kg-1 interval); Solid lines with arrows are kinetic energy channel.)

表2 不同高度上氣旋A、B的最大渦度(單位：10-4s-1)隨時(shí)間變化Table 2 Variations of the maximum vorticity (unit: 10-4s-1) related to cyclones A and B at different height with time

((a)假相當(dāng)位溫等值線(實(shí)線，間隔4 K)和溫度等值線(虛線，間隔為8 ℃)；(b)PV等值線(實(shí)線，間隔為1 PVU，1 PVU=10-6 K·kg-1·m2·s-1)；(c) 全風(fēng)速(實(shí)線，間隔4 m·s-1)；(d)垂直速度(實(shí)線，間隔為0.7 Pa·s-1)和比濕(虛線，間隔為1 g·kg-1)。(a)Equivalent potential temperature (solid lines, 4 K interval) and air temperature (dashed lines, 8 ℃ interval)； (b)Potential vorticity (solid lines, 1 PVU interval, 1 PVU=10-6 K·kg-1·m2·s-1)； (c)Total wind speed (solid lines, 4 m·s-1 interval)； (d)Vertical velocity (solid lines, 0.7 Pa·s-1 interval) and specific humidity (dashed lines, 1 g·kg-1 interval).)

位勢(shì)渦度剖面圖上(見圖7(b))，PV大值區(qū)集中在氣旋A及氣旋A、B之間的上空，并向東南向下傳遞，整體呈現(xiàn)向西北傾斜的結(jié)構(gòu)，且在氣旋B中心上空有大于2 PVU正異常區(qū)。由于氣旋B位于氣旋A的東南側(cè)，氣旋A生成發(fā)展的過程中，PV向下游下傳，促進(jìn)了氣旋B發(fā)展。

水平風(fēng)場剖面圖上(見圖7(c))，有中心風(fēng)速超過的88 m·s-1高空急流位于氣旋B的東南側(cè)上空，結(jié)合圖4(a)可知，“氣旋對(duì)”位于高空急流出口區(qū)左側(cè)，有利于氣旋發(fā)展。氣旋B東南側(cè)有風(fēng)速大于36 m·s-1的低空急流，有利于東南洋面上的暖濕空氣向氣旋B輸送，為其發(fā)展提供了良好的水汽條件。

垂直速度及渦度剖面圖上，氣旋A、B中心的西北側(cè)有絕對(duì)值大于3.5 Pa·s-1的上升運(yùn)動(dòng)，且比濕相對(duì)較大(見圖7(d))，結(jié)合云圖(見圖3(a)～(f))可知，此處云團(tuán)較厚。

4 結(jié)語

本文對(duì)2014年12月15—18日西北太平洋上的一個(gè)爆發(fā)性“氣旋對(duì)”的演變過程及相互作用進(jìn)行了分析。

從天氣形勢(shì)上看，在氣旋A、B的爆發(fā)性發(fā)展階段，200 hPa高空有強(qiáng)輻散區(qū)，500 hPa氣旋位于上游大槽前，有較強(qiáng)正渦度平流，850 hPa氣旋中心附近有冷平流輸送，海表面風(fēng)場上來自氣旋西北側(cè)的干冷空氣與南部洋面上暖濕空氣在氣旋中心附近相遇，整個(gè)系統(tǒng)隨高度升高向西傾斜，有利于氣旋加深發(fā)展。總體上，氣旋A在高空為氣旋B的發(fā)展提供了有利的背景渦度場，在低空通過環(huán)流將冷平流輸送到氣旋B內(nèi)部，使氣旋B低層斜壓性增加，氣旋B生成后發(fā)展迅速。

氣旋A、B相互影響，在“氣旋對(duì)”發(fā)展中后期，兩者“互旋”過程中存在中低層的動(dòng)能傳輸通道，空氣微團(tuán)沿軌跡從氣旋B向氣旋A傳遞，且濕焓沿動(dòng)能通道從南到北向氣旋A、B中心傳遞，動(dòng)能大值和濕焓能大值在氣旋中心附近堆積。兩者的中低層渦旋強(qiáng)度反向變化，氣旋A的渦度減小，氣旋B的渦度不斷加強(qiáng)。

沿氣旋 A、B 中心的連線做垂直剖面分析可知，氣旋A、B中心附近低層的假相當(dāng)位溫值隨高度升高而減小，大氣呈不穩(wěn)定狀態(tài)。氣旋B位于氣旋A的東南側(cè)下游，氣旋A先生成，PV自上游向下游下傳，促進(jìn)了氣旋B發(fā)展。此外，氣旋B東南側(cè)的高、低空急流為氣旋B發(fā)展提供了有利條件。

通過對(duì)該“氣旋對(duì)”演變過程、空間結(jié)構(gòu)、能量傳遞和相互作用的分析發(fā)現(xiàn)，該“氣旋對(duì)”雖與雙熱帶氣旋有明顯差別，例如強(qiáng)度較弱、無明顯“暖心”結(jié)構(gòu)等，但在“互旋”階段與雙氣旋發(fā)展過程的一般特征類似。至于西北太平洋上為數(shù)不多的爆發(fā)性“氣旋對(duì)”是否都具有這樣演變及相互作用特征，需要更進(jìn)一步的研究。對(duì)于“氣旋對(duì)”的渦旋結(jié)構(gòu)變化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，例如相對(duì)渦度反向變化的原因等，還需要更加深入的研究。