孫柏堂， 李鵬遠， 時曉曚

(1. 萊西市氣象局， 山東 青島 266622； 2. 中國海洋大學海洋與大氣學院海洋氣象系， 山東 青島 266100；3. 青島市氣象局， 山東 青島 266003)

0 引言

溫帶氣旋是中緯度地區(qū)最重要的天氣系統(tǒng)之一，對它的研究可以追溯到19世紀中葉。在20世紀初，挪威的卑爾根學派提出了氣旋模式以及氣旋生命史結構[1-2]。20世紀中后葉，研究者發(fā)現有一類氣旋可以像“炸彈”(Bomb)一樣快速發(fā)展，中心氣壓迅速降低，Sanders和Gyakum[3]稱這種氣旋為“爆發(fā)性氣旋”(Explosive cyclone)，并給出了定義，即：地轉調整到60°N，24 h內平均中心海表面氣壓加深率達到1 hPa (即1 Bergeron)及以上的氣旋稱為“爆發(fā)性氣旋”。氣旋中心氣壓的加深率計算公式為：

式中：DR為氣旋中心氣壓加深率；P代表氣旋中心海表面氣壓；φ代表氣旋中心在對應的24 h內的平均緯度；t-12和t+12分別是12 h前和12 h后氣旋的海表面中心氣壓值。在Sanders和Gyakum[3]發(fā)表對爆發(fā)性氣旋的研究以后，眾多的學者開展了對其的詳細研究[4-6]。由于此類氣旋多伴有強降水、大風等惡劣天氣，往往會導致巨大的生命財產損失[7-8]，因而被認為是最危險的天氣系統(tǒng)之一，故開展對爆發(fā)性氣旋的研究是十分有必要的。

近年來對爆發(fā)性氣旋的研究日趨深入。在氣候學分析方面，Iwao等[9]指出，西北太平洋地區(qū)爆發(fā)性氣旋發(fā)生頻數增加的主要原因是日本東部中低空斜壓性增強，水汽也相對增加。Seiler和 Zwiers[10]指出，黑潮和墨西哥灣暖流區(qū)爆發(fā)性氣旋較多，高空急流變化可能與爆發(fā)性氣旋年代際變化有關。Isobe和Kako[11]的研究表明，東海和黃海上空的強烈西風帶對氣旋加深不利，加強黃海和東海低空斜壓性需要弱西北氣流條件，而這種斜壓性可能有助于促進日本附近氣旋的發(fā)展。Büeler和Pfahl[12]對潛熱釋放在不同氣候條件，特別是更溫暖和更濕潤的氣候條件下如何影響氣旋強度進行系統(tǒng)和定量的研究。結果表明，氣旋強度隨著潛熱釋放的不斷升高而增大，在較暖的氣候條件下達到最大值，同時未來對極端氣旋路徑的預測可能對潛熱釋放特別敏感。Raveh-Rubin和Flaounas[13]對大西洋氣旋與強烈的地中海氣旋之間的聯系機制進行了研究，結果表明，聯系機制通過是暖輸送帶脊的放大來實現的，并且隨著大西洋溫帶氣旋的發(fā)展，暖流輸送帶可增強羅斯貝波波裂(Rossby wave breaking)作用，而波裂往往導致地中海氣旋的發(fā)展。Bentley等[14]對導致寒冷季節(jié)的極端天氣事件的氣旋進行了分析，認為這些氣旋通常形成于美國中南部落基山脈的背風處，以及北美東海岸，導致極端天氣事件的氣旋相對于普通溫帶氣旋表現出向赤道偏移的軌跡，這可能與副熱帶或極鋒急流的位置向赤道偏移有關。

在對爆發(fā)性氣旋的診斷分析方面，Fu等[15]對2011年1月中旬的一次雙爆發(fā)性氣旋過程進行分析，認為對流層頂折疊對雙氣旋的加深貢獻最大，而雙氣旋發(fā)展的差異主要由低層溫度平流和與降水相關的潛熱釋放，且高層強迫對氣旋的大尺度環(huán)流有影響，中低層強迫在氣旋中心附近影響較大。Black和Pezza[16]對爆發(fā)性氣旋進行了能量學分析，指出在氣旋發(fā)展前48 h會有較強的能量轉換并一直持續(xù)，這個能量轉換與大氣斜壓能增長有關。Binder等[17]對北半球暖輸送帶對爆發(fā)性氣旋的影響研究表明，暖輸送帶中非絕熱位渦的產生對很多爆發(fā)性氣旋的加強是必不可少的，暖輸送帶對氣旋發(fā)展的重要性取決于產生的位渦正異常和氣旋中心的相對位置。Tamarin和Kaspi[18]通過對位勢渦度(PV)趨勢詳盡分析，證實了上層PV和非絕熱加熱對氣旋向極傳播的重要性。Heo等[19]對2016年5月朝鮮半島上的一次爆發(fā)性氣旋過程進行了分析，結果表明，地表氣旋的快速加深受對流層上層的PV異常和非絕熱過程(與冷凝加熱有關的低層PV異常)的影響，對流層下層的斜壓過程的影響最小，同時高空強迫是氣旋路徑演化中最重要的因素。

在爆發(fā)性氣旋的數值模擬分析方面，Roebber和Schumann[20]利用MM5(Mesoscale Model 5)全球模式對海上爆發(fā)性氣旋進行研究，結果表明存在強烈的大氣斜壓強迫，但在沒有充足的水汽和由此產生的潛熱的情況下氣旋不會快速加深。Joos和Wernli[21]使用了COSMO (Consortium for Small Scale Modeling)模式對微物理過程在暖輸送帶中PV增長的影響進行了研究，發(fā)現水汽凝結和積雪增長對總潛熱的貢獻較大，進而影響了PV的改變。Hirata等[22]使用CReSS (Cloud-resolving Storm Simulator)模式對2013年1月中旬的一次爆發(fā)性氣旋過程進行數值模擬，指出感熱釋放對氣旋中心氣壓的降低、冷輸送帶的發(fā)展、以及后彎鋒區(qū)潛熱的加強有利。其中感熱使沿冷輸送帶的大氣邊界層內產生對流不穩(wěn)定，進而使后彎鋒附近強迫抬升增強，也增強了潛熱釋放。此外，感熱還使水汽增加，有助于潛熱的激活。Doyle等[23]利用COAMPS(Coupled Ocean-Atmosphere Mesoscale Prediction System )模式，對北大西洋和英國附近造成顯著影響的溫帶氣旋進行分析發(fā)現，氣旋在初始階段對中尺度的水汽分布非常敏感，且中尺度水汽和位渦結構對氣旋發(fā)展有很大影響。

西北太平洋地區(qū)的爆發(fā)性氣旋有多種分類方法。例如，Yoshida和Asuma[6]將該區(qū)域的爆發(fā)性氣旋按照氣旋發(fā)生的位置以及中心氣壓最大降低率位置分成了OJ (Okhotsk-Japan Sea cyclones)型，也即發(fā)生在日本海-鄂霍次克海上的爆發(fā)性氣旋；PO-L (Pacific Ocean-land cyclones)型，也即發(fā)生在東亞大陸和西北太平洋上的爆發(fā)性氣旋；PO-O (Pacific Ocean-ocean cyclones)型，也即全過程發(fā)生在西北太平洋上的爆發(fā)性氣旋三類。根據這種分類方法，本文選擇了OJ型、PO-O型以及PO-L型三類爆發(fā)性氣旋的各一個個例進行研究，分別是2007年11月18—21日個例，2012年1月10—13日個例和2014年3月28—31日個例，以對比研究發(fā)生在不同區(qū)域爆發(fā)性氣旋個例的特征與異同。

1 資料和方法

1.1 資料

本文主要使用的資料：美國國家環(huán)境預報中心NCEP(National Centers for Environment Prediction)提供的最終再分析(Final Analyses，簡稱FNL)格點資料，水平方向分辨率為1° × 1°，每日00、06、12、18 UTC資料，垂直方向從1 000～10 hPa分為26層，包括位勢高度、海表面氣壓、氣溫、經向風速和緯向風速等物理量，下載地址為https://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2/。

1.2 WRF數值模擬試驗及分析方法

WRF (Weather Research and Forecasting Modeling System)模式[24]是由NCAR (National Center for Atmospheric Research)、NCEP以及美國FSL (Forecast Systems Laboratory)等多家研究機構聯合研制開發(fā)的中尺度天氣預報和數據同化模式。WRF模式是有限區(qū)域、可壓的非靜力大氣數值模式。水平方向采用 Arakawa-C型網格配置，垂直方向使用地形跟隨的靜力氣壓垂直坐標，時間積分上采用三階或四階Runge-Kutta積分方案，主要包括2套動力框架，分別是用以科研的ARW (Advanced Research WRF)和用以業(yè)務預報的NMM (Nonhydrostatic Mesoscale Model)模塊。由于其完全開放、高效方便的特點，因而廣泛應用于各類天氣系統(tǒng)的數值模擬研究中。

2 氣旋個例簡介

為了對比分析OJ型、PO-O型以及PO-L型三種爆發(fā)性氣旋的特征，本文選取了三類爆發(fā)性氣旋的各一個個例進行研究，分別是2007年11月18—21日個例(OJ型)，2012年1月10—13日個例(PO-O型)和2014年3月28—31日個例(PO-L型)。

就OJ型氣旋個例而言，2007年11月18日12 UTC，在蒙古東部(110.0°E, 46.0°N)附近有低壓生成，此后在高空氣流引導下向東南方向移動，中心氣壓逐漸下降，低壓不斷加強，19日12 UTC—18 UTC氣旋經過長白山進入日本海西南部(132°E, 42.0°N)，之后轉向東北方向移動，并迅速發(fā)展。20日06 UTC，氣旋移動至庫頁島南側(142.0°E, 45.0°N)附近，21日06 UTC，氣旋移動至庫頁島以東洋面(146.0°E, 51.0°N)，并最終消散(見圖1)。從氣旋中心氣壓及其加深率(見圖2(a))來看，20日00 UTC氣旋中心氣壓加深率大于1 Bergeron開始爆發(fā)性發(fā)展，20日06 UTC氣旋中心氣壓加深率達到最大值1.3 Bergeron，根據Zhang等[25]對爆發(fā)性氣旋強度的分類，此次氣旋過程為中等爆發(fā)性氣旋。20日12 UTC氣旋中心氣壓加深率小于1 Bergeron爆發(fā)性發(fā)展結束，21日06 UTC中心氣壓達到最小值976.7 hPa，之后氣旋逐漸消亡。

就PO-O型氣旋個例而言，2012年1月10日18 UTC氣旋位于日本本州島以東洋面(143°E, 35°N)上，之后氣旋向東北偏東方向移動，移動速度較快，1月11日18 UTC發(fā)生第一次折向，折向位置為(161°E, 40°N)，方向變?yōu)闁|北偏北，移動速度略有下降，12日00 UTC氣旋中心氣壓加深率達到最大，之后速度明顯減慢，12日06 UTC第二次折向，位置為(164°E, 48°N)，方向折向西北偏北，移動緩慢。氣旋最后在堪察加半島南側(161°E, 52°N)逐漸減弱消亡(見圖1)。從氣旋中心氣壓及其加深率(見圖2(b))可以看出，11日00 UTC氣旋中心氣壓加深率大于1 Bergeron開始爆發(fā)性發(fā)展，此時刻至11日12 UTC氣旋發(fā)展較為平穩(wěn)，中心氣壓加深率約為1.6 Bergeron，之后氣旋進一步發(fā)展，在12日00 UTC中心氣壓加深率達到最大的2.7 Bergeron，為強爆發(fā)性氣旋級[26]，此時氣旋發(fā)展最為劇烈。12日18 UTC氣旋中心氣壓加深率小于1 Bergeron爆發(fā)性發(fā)展結束，同時氣旋中心氣壓達到最小值944.9 hPa，隨后氣旋逐漸消亡。

(實心圓代表爆發(fā)過程，空心圓為未爆發(fā)過程。Solid circles with solid lines denote explosive developing stage. Open circles with dashed lines denote initial and dissipating stage.)

就PO-L型氣旋個例而言，2014年3月28日18 UTC在中國長江中下游平原附近(115.0°E, 29.0°N)有氣旋性風切變加強形成閉合等壓線，氣旋生成，受到高空引導氣流的影響，氣旋開始向東北偏東方向移動并不斷加強。29日06 UTC以后氣旋中心移動至海上(122.0°E, 30.0°N)，較強的表面熱通量和較小的表面摩擦為氣旋的爆發(fā)準備了條件。30日00 UTC氣旋中心移動至日本島西側(135.0°E, 36.0°N)，隨后經過日本本州島，于30日12 UTC到達日本以東近海(143.0°E, 38.0°N)，之后氣旋繼續(xù)向東北偏東方向移動，最后在日本北海道島以東洋面上逐漸填塞消亡(見圖1)。從氣旋中心氣壓及其加深率來看(見圖2(c))，30日00 UTC氣旋中心氣壓加深率大于1 Bergeron開始爆發(fā)，30日12 UTC達到最大加深率為1.5 Bergeron。根據Zhang等[25]對爆發(fā)性氣旋的強度分類，此次爆發(fā)性氣旋為中等爆發(fā)性氣旋級。30日18 UTC氣旋中心氣壓加深率小于1 Bergeron爆發(fā)性發(fā)展結束。31日06 UTC達到最低中心氣壓，為971.3 hPa，最后氣旋不斷消亡。

圖2 氣旋個例中心氣壓 (黑色實線，hPa) 及中心氣壓加深率 (紅色實線：hPa·h-1) 隨時間變化圖

3 氣旋個例對比分析

為了研究爆發(fā)性氣旋發(fā)展的影響因子，接下來對OJ型，PO-O型以及PO-L型三個氣旋個例進行對比分析。

3.1 天氣形勢對比分析

三個爆發(fā)性氣旋個例發(fā)生的區(qū)域有所不同，但其對應的高低空天氣形勢配置比較相似。對OJ型、PO-O型以及PO-L型氣旋個例而言，在加深率最大時刻，也即分別在2007年11月20日06 UTC，2012年1月12日00 UTC和2014年3月30日12 UTC氣旋中心附近高空500 hPa位勢高度上(見圖3(a)，圖4(a)和圖5(a))位于高空大槽的槽前，槽前顯著的正渦度平流對氣旋發(fā)展有利，同時溫壓場的配置使高空槽繼續(xù)發(fā)展，為氣旋提供有利的大尺度環(huán)流條件。850 hPa位勢高度場上(見圖3(b)，圖4(b)和圖5(b))氣旋中心附近形成閉合的低壓中心，其中閉合中心的位勢高度值與氣旋最大加深率或者爆發(fā)性氣旋的強度呈正相關；而等溫線比較密集且與等高線交錯，其中OJ型以及PO-L型氣旋個例等溫線密集程度及交錯程度更明顯，說明冷平流十分明顯，而PO-L型氣旋個例由于所處緯度更加偏南使大氣斜壓性稍有減弱，等溫線密集程度以及交錯程度較弱。海表面氣壓場中(見圖3(c)，圖4(c)和圖5(c))，三個爆發(fā)性氣旋氣旋直徑達到或超過2 000 km，低緯度偏南暖濕氣流被源源不斷地輸送到氣旋中心，使氣旋迅速發(fā)展。對OJ型和PO-L型氣旋個例而言，其直徑大小相對于PO-O型氣旋個例比較小，可能是這兩個氣旋在發(fā)展階段更靠近陸地的影響。

(實心圓點表示地面氣旋中心位置。 Black dots represent the location of the surface cyclone center.)

(實心圓點表示地面氣旋中心位置。Black dots represent the location of the surface cyclone center.)

(實心圓點表示地面氣旋中心位置。 Black dots represent the location of the surface cyclone center.)

綜合來看在三個爆發(fā)性氣旋天氣形勢發(fā)展比較相似，高空槽前正渦度平流、中低層的較強的冷平流和大氣斜壓性(見圖3(b)，圖4(b)和圖5(b)，850 hPa氣旋中心附近等溫線和等高線互相交錯)以及低緯度的水汽輸送對氣旋發(fā)展有利，而由于所處經緯度位置以及海陸位置的差異使三個爆發(fā)性氣旋的天氣形勢還是存在一定的差異。

3.2 水平結構對比分析

根據三個氣旋天氣形勢存在的一定差異，推測三個氣旋的水平結構也有著明顯不同。對高空急流以及高層的PV分析對比可以看出，在最大加深率時刻，OJ型(見圖6(a))和PO-O型(見圖6(b))爆發(fā)性氣旋位于300 hPa位勢高度場中高空急流的北側，正渦度平流對氣旋發(fā)展有利。但OJ型氣旋個例中心位于急流主軸的西北側，PO-O型氣旋個例中心明顯位于急流主軸的東北側。而PO-L型氣旋個例氣旋(見圖6(c))中心位于呈斷裂的高空急流的中心斷裂區(qū)，即偏西段急流的出口區(qū)左側，偏東段急流入口區(qū)右側，同樣對應正渦度平流區(qū)而有利于氣旋發(fā)展；OJ型氣旋個例(見圖6(a))的高空PV呈較弱的帶狀結構，其向氣旋中心卷入的程度較弱，說明PV由高層下傳比較弱，而PO-O型(見圖6(b))和PO-L型(見圖6(c))氣旋個例高空位渦呈氣旋式向氣旋中心卷入，呈現鉤狀特征。根據Hoskins等[26]的理論，高層PV下傳會引起低層氣旋式環(huán)流的發(fā)展，對氣旋發(fā)展有利。

對比濕以及低空急流分布的對比分析可以看出，在最大加深率時刻，OJ型(見圖7(a))和PO-O型(見圖7(b))個例比濕大值區(qū)集中在氣旋的東南偏南一側，也即暖輸送帶一側，而PO-L型氣旋個例(見圖7(c))比濕大值區(qū)基本覆蓋了整個氣旋。根據三個氣旋個例的強度和低層水汽分布推測二者似乎沒有十分明確的對應關系。根據低空急流的分布來看，靠近陸地的OJ型(見圖7(a))和PO-L型氣旋個例(見圖7(c))低空急流發(fā)展相比在海上發(fā)展的PO-O型氣旋個例(見圖7(b))偏弱，其中OJ型氣旋個例明顯受到東亞大陸的影響，陸上部分急流較弱，PO-L型氣旋個例低空急流則主要環(huán)繞氣旋中心附近，從低緯度向氣旋中心輸送的偏南向氣流較弱，制約其進一步發(fā)展。PO-O型氣旋個例在其東西兩側存在十分強力的偏南和偏西北的低空急流，使位勢不穩(wěn)定增加[27]，同時間接增加了中低層的潛熱釋放，為氣旋發(fā)展源源不斷的提供能量。

(實心圓點表示地面氣旋中心位置。 Black dot represents the location of the surface cyclone center. )

(L表示氣旋中心位置，直線EF用于后文的垂直剖面分析。Capital letter L represents the location of the surface cyclone center, and line EF is used for later cross section analysis.)

3.3 垂直結構對比分析

氣旋發(fā)展過程中垂直結構的改變也反映了氣旋發(fā)展狀態(tài)的變化，三個氣旋個例的發(fā)展狀態(tài)也存在一定差異。故本文選取了以爆發(fā)性氣旋中心為中心，沿緯向左右各13個經度的垂直剖面圖(見圖7)來對比分析不同個例的垂直結構。研究表明，非絕熱加熱可以改變對流層PV的垂直分布，其中中低層潛熱釋放會使加熱中心下層出現PV大值區(qū)。高層PV大值區(qū)的下傳可以引起地面氣旋式環(huán)流發(fā)展，從而影響爆發(fā)性氣旋的發(fā)展[26]，而影響中低層PV分布的原因有三個，分別是平流層高層入侵，中低層的非絕熱加熱以及表面位溫正異常。所以本文主要通過對比不同個例的PV垂直分布來分析氣旋的特征。

在最大加深率時刻，從PV的垂直分布上可以明顯看出，OJ型氣旋個例(見圖8(a))中底層沒有出現明顯的PV大值區(qū)，綜合前文的分析可以得到此個例高層下傳比較弱(見圖6(a))，同時非絕熱加熱對氣旋發(fā)展的影響可能比較小。而PO-L型(見圖8(b))和PO-O型氣旋個例(見圖8(c))氣旋中心附近低層都出現了明顯的大值區(qū)，和高層PV大值區(qū)連通形成比較明顯的PV塔結構，此結構形成與高層PV下傳以及中低層的非絕熱加熱過程有關，而低層PV大值區(qū)形成對氣旋發(fā)展十分有利。為進一步探究PV結構的發(fā)展特征與非絕熱加熱過程的關系，本文將使用敏感性試驗對其進行進一步研究。

(箭頭和L代表氣旋中心所在位置。 Arrows and capital letter L represent the location of the surface cyclone center.)

4 敏感性試驗

4.1 WRF模式模擬結果驗證

表1是三個個例的WRF模式主要參數設置。要使用WRF模式的結果要對WRF模式模擬結果進行驗證。OJ型氣旋個例WRF模式控制試驗(cntl_test_2007)結果與FNL再分析資料得到的氣旋較移動路徑相比(見圖9(a))，發(fā)現在氣旋生成到進入日本海之前的階段，cntl_test_2007試驗得到的氣旋移動路徑整體略偏南，而進入日本海之后整體略偏西。氣旋中心氣壓方面(見圖9(b))，cntl_test_2007試驗結果比FNL再分析資料結果略偏低，也就是氣旋強度略偏強。PO-O型氣旋個例WRF模式控制試驗(cntl_test_2012)與FNL再分析資料得到的移動路徑相比(見圖9(c))，cntl_test_2012試驗比再分析資料得到的路徑整體相對偏東，氣旋中心氣壓方面(見圖9(d))，cntl_test_2012試驗結果比FNL再分析資料得到的結果整體略偏低，也就是氣旋強度略偏強。PO-L型氣旋個例WRF模式控制試驗(cntl_test_2014)與FNL再分析資料得到的移動路徑相比(見圖9(e))，cntl_test_2014試驗比再分析資料得到的路徑整體相對偏西北，氣旋中心氣壓方面(見圖9(f))，cntl_test_2014試驗結果在氣旋發(fā)展前期比FNL再分析資料得到的結果略偏低，也就是氣旋強度略偏強，在后期略偏高，也即氣旋強度偏弱。綜合比較三個氣旋個例的WRF模式控制試驗結果和FNL再分析資料的結果，可以看出二者相差不大，可以認為模式較好地模擬了此次氣旋的演變過程。

表1 WRF模式主要參數設置

4.2 非絕熱加熱敏感性試驗

根據非絕熱加熱的作用以及WRF模式特點，本文將非絕熱加熱試驗共分為4組試驗，分別是控制試驗(cntl_test)、無潛熱釋放試驗(noLHR)、無表面熱通量試驗(noSFLX)、無潛熱釋放且無表面熱通量試驗(noLHR+SFLX)。對于cntl_test試驗和noSFLX試驗，水平分辨率為30 km，而noLHR試驗和noLHR+SFLX兩個試驗，水平分辨率改為10 km，同時關閉了積云對流參數化方案。

對三個氣旋個例非絕熱加熱試驗結果進行分析發(fā)現，OJ型氣旋個例中noLHR+SFLX_2007試驗和noSFLX_2007試驗在氣旋發(fā)展前期的移動路徑方面(見圖9(a))比cntl_test_2007試驗偏南，而在氣旋發(fā)展后期更偏北；PO-O型氣旋個例中不同試驗的路徑結果相差比較小，其中noLHR+SFLX_2012試驗和noSFLX_2012試驗在氣旋發(fā)展前期移動路徑(見圖9(c))比cntl_test_2012試驗偏南，而隨著氣旋發(fā)展整個路徑更偏西，noLHR_2012試驗在整個發(fā)展過程中路徑更偏西；PO-L氣旋個例中不同試驗的路徑結果相差比較明顯，其中noLHR+SFLX_2014試驗和noLHR_2014試驗在氣旋發(fā)展過程中的移動路徑(見圖9(e))比cntl_test_2014試驗更偏北，noSFLX_2014試驗在整個發(fā)展過程中路徑和cntl_test_2014試驗的結果十分接近。中心氣壓變化方面，OJ型氣旋個例(見圖9(a))中noLHR+SFLX_2007試驗和noSFLX_2007試驗中，氣旋中心氣壓降低很小，氣旋未出現爆發(fā)性發(fā)展。而相比于關閉表面熱通量的noSFLX_2007試驗，關閉潛熱釋放的noLHR_2007試驗氣旋中心氣壓出現了明顯下降，說明此氣旋在關閉表面熱通量的條件下受到的影響更明顯，而關閉潛熱釋放影響比較小。而PO-O型氣旋個例(見圖9(b))與PO-L型氣旋個例(見圖9(c))與OJ型氣旋個例不同，二者的noLHR+SFLX試驗和noLHR試驗中心氣壓降低很小，相對而言，反而是關閉表面熱通量的noSFLX試驗氣旋中心氣壓出現了較明顯的下降，也即關閉表面熱通量的條件下氣旋發(fā)展受到的影響比較小，而關閉潛熱釋放影響很明顯。

根據OJ型氣旋個例2007年11月20日06 UTC PV的垂直剖面分析表明，noSFLX_2007試驗中對流層低層的PV顯著減小(見圖10(b))，比cntl_test_2007試驗(見圖10(a))中小得多，說明關閉表面熱通量條件下氣旋發(fā)展會受到很大影響；而在noLHR_2007試驗中(見圖10(c))，盡管中低層PV大值區(qū)范圍比較小，但是存在比較明顯的大值區(qū)，說明關閉潛熱釋放后對氣旋有一定的影響，但是相比于關閉表面熱通量而言氣旋發(fā)展受到的影響要小很多，也就是此次過程對潛熱釋放比較不敏感，而對表面熱通量更敏感。同時在noLHR+SFLX_2007試驗中(見圖10(d))，大值區(qū)總體上和noSFLX_2007試驗(見圖10(b))的PV大值區(qū)相當，也就是說noLHR+SFLX_2007試驗雖然多加了一個關閉潛熱釋放的條件，但是結果和noSFLX_2007試驗相當，進一步說明潛熱釋放在氣旋發(fā)展中的作用確實比較有限。

表2 OJ型、PO-O型和PO-L型氣旋個例對比

((a)、(c)和(e)分別為OJ型、PO-O型和PO-L型氣旋個例中心移動路徑，(b)、(d)和(f)分別為中心氣壓變化。黑色表示FNL資料的結果，深藍色分別表示cntl_test_2007、cntl_test_2012、cntl_test_2014試驗結果，綠色分別表示noLHR_2007、noLHR_2012、noLHR_2014試驗結果，紅色分別表示noSFLX_2007、noSFLX_2012、noSFLX_2014試驗結果，淺藍色分別表示noLHR+SFLX_2007、noLHR+SFLX_2012、noLHR+SFLX_2014試驗結果。(a), (c) and (e) donate the trajectory of cyclone center as determined from the FNL sea level pressure data and diabatic sensitivity tests in OJ type, PO-O type and PO-L type cyclone,respectively. (b), (d) and (f) same as with (a), (c) and (e) but for time evolution of the central sea level pressure. Black lines denote FNL data. Blue lines denote the cntl_test_2007, cntl_test_2007 and cntl_test_2014 run, respectively. Green lines denote the noLHR_2007, noLHR_2012 and noLHR_2014 run, respectively. Red lines denote the noSFLX_2007, noSFLX_2012 and noSFLX_2014 run, respectively. Light blue lines denote the noLHR+SFLX_2007, noLHR+SFLX_2012 and noLHR+SFLX_2014 run, respectively.)

((a)cntl_test_2007試驗，(b)noSFLX_2007試驗，(c)noLHR_2007試驗，(d)noLHR+SFLX_2007試驗。箭頭和L代表氣旋中心所在位置。(a) The cntl_test_2007 run. (b) The noSFLX_2007 run. (c) The noLHR_2007 run. (d) The noLHR+SFLX_2007 run. Arrows and capital letter L denote the location of the surface cyclone center.)

相對于OJ型氣旋個例，PO-O型氣旋個例和PO-L型氣旋個例中潛熱釋放和表面熱通量的影響出現了明顯的不同。根據這兩個個例分別在2012年1月12日00 UTC和2014年3月30日12 UTC的非絕熱加熱試驗中PV的垂直剖面(見圖11和12)對比來看，noLHR_2012(2014)試驗、noSFLX_2012(2014)試驗和noLHR+SFLX_2012(2014)試驗的氣旋中心附近PV大值區(qū)比cntl_test_2012(2014)試驗中小一些，說明關閉非絕熱加熱的相關條件下氣旋發(fā)展會受到一定影響；同時，2012年1月12日00 UTC和2014年3月30日12 UTC中低層PV大值區(qū)noLHR+SFLX_2012(2014)試驗(見圖11(d)和12(d))最小，noLHR_2012(2014)試驗見(見圖11(c)和圖12(c))結果次之，而noSFLX_2012(2014)試驗(見圖11(b)和圖12(b))PV大值區(qū)最大，也和cntl_test_2012(2014)相對最接近。同時在noLHR+SFLX_2012(2014)試驗中(見圖11(c)和圖12(c))，PV大值區(qū)總體上和noLHR_2012(2014)試驗(見圖11(d)和圖12(d))的PV大值區(qū)相當，也進一步證明了表面熱通量的影響比較小。所以PO-O型氣旋個例和PO-L型氣旋個例對潛熱釋放更加敏感，反而對表面熱通量不太敏感。

4.3 海溫敏感性試驗

針對影響PV分布的另一個因素表面位溫，本文設計了海溫敏感性試驗。從海溫試驗的結果來看，三個個例對海溫的反應比較一致，相對而言，海溫對氣旋的移動路徑影響比較小(見圖13(a)、(c)和(e))，而對氣旋中心氣壓的變化(見圖13(b)、(d)和(f))影響比較大。海溫升高時，相對控制試驗而言表面位溫出現正異常，氣旋中心氣壓更低，強度更強，而當海溫降低時，表面位溫出現負異常，氣旋中心氣壓偏高，強度減弱。

((a)cntl_test_2012試驗，(b)noSFLX_2012試驗，(c)noLHR_2012試驗，(d)noLHR+SFLX_2012試驗。箭頭和L代表氣旋中心所在位置。 (a) The cntl_test_2012 run, (b) The noSFLX_2012 run, (c) The noLHR_2012 run, (d) The noLHR+SFLX_2012 run. Arrows and capital letter L denote the location of the surface cyclone center.)

(a)cntl_test_2014試驗，(b)noSFLX_2014試驗，(c)noLHR_2014試驗，(d)noLHR+SFLX_2014試驗。箭頭和L代表氣旋中心所在位置。(a) The cntl_test_2014 run, (b) The noSFLX_2014 run, (c) The noLHR_2014 run, (d) The noLHR+SFLX_2014 run. Arrows and capital letter L denote the location of the surface cyclone center.)

((a)、(c)和(e)分別為OJ型、PO-O型和PO-L型氣旋個例中心移動路徑，(b)、(d)和(f)分別為中心氣壓變化。深藍色分別表示cntl_test_2007、cntl_test_2012、cntl_test_2014試驗結果，綠色分別表示sst-2K_2007、sst-2K_2012、sst-2K_2014試驗結果，紅色分別表示sst+2K_2007、sst+2K_2012、sst+2K_2014試驗結果。(a), (c) and (e) donate the trajectory of cyclone center as determined from the FNL sea level pressure data and diabatic sensitivity tests in OJ type, PO-O type and PO-L type cyclone,respectively. (b), (d) and (f) same as with (a), (c) and (e) but for time evolution of the central sea level pressure. Blue lines denote the cntl_test_2007, cntl_test_2007 and cntl_test_2014 run, respectively. Green lines denote the sst-2K_2007, sst-2K_2012 and sst-2K_2014 run, respectively. Red lines denote the sst+2K_2007, sst+2K_2012 and sst+2K_2014 run, respectively. )

5 結論

本文利用NCEP提供的FNL資料等，使用診斷分析和WRF敏感性試驗等方法，對西北太平洋上發(fā)生的三個爆發(fā)性氣旋個例進行對比分析，分別是OJ型(a) 2007年11月18—21日經過長白山脈并在日本海-鄂霍次克海上發(fā)生發(fā)展的爆發(fā)性氣旋，PO-O型(b) 2012年1月10—12日發(fā)生在日本以東洋面上的爆發(fā)性氣旋以及PO-L型(c) 2014年3月28—31日在長江中下游平原-日本以東洋面上發(fā)生發(fā)展的爆發(fā)性氣旋，得到的主要結論包括：

(1)高空槽前正渦度平流和高空強輻散對氣旋的發(fā)展十分有利，但是由于不同類型氣旋發(fā)生位置不同，同時受到的陸地部分影響也有差別，高空急流場的形態(tài)分布以及高層PV的向下傳遞、低空急流以及水汽分布等都存在一定差異。

(2)從PV垂直分布角度來看，低層PV影響了氣旋的發(fā)展，同時也一定程度上反應了中低層非絕熱加熱中的潛熱釋放和表面熱通量作用的大小對比。當低層出現顯著的PV大值區(qū)時，中底層的潛熱釋放的影響往往比較明顯。

(3)非絕熱加熱試驗結果進一步證實了不同個例中潛熱釋放和表面熱通量的貢獻可能不同，在一些個例中潛熱釋放的作用更顯著，而另一些個例中表面熱通量可能作用更明顯。

(4)海溫改變在不同個例中的反應比較一致，其中一定條件下海溫升高或者降低對氣旋移動路徑影響比較小，而海溫升高會使氣旋強度加強，海溫降低則使氣旋強度減弱。

致謝：本文所使用的FNL再分析數據由美國國家環(huán)境預報中心NCEP提供，在此謹表感謝！