王晶晶 王詠青 廖玥

(1 南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心/氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/大氣科學(xué)學(xué)院， 南京 210044；2 南京大氣科學(xué)聯(lián)合研究中心，南京 210019；3 福建省氣象宣傳科普教育中心，福州 350001)

引 言

熱帶氣旋(Tropical Cyclone, TC)的溫帶變性是臺(tái)風(fēng)北上時(shí)與中緯度系統(tǒng)相互作用，逐漸失去其熱帶屬性而出現(xiàn)溫帶氣旋特征的過(guò)程[1]。TC從暖海面蒸發(fā)及對(duì)流潛熱獲得能量，有明顯的暖心、對(duì)稱(chēng)性的熱動(dòng)力結(jié)構(gòu)以及近地面強(qiáng)風(fēng)，而溫帶氣旋由較大的溫濕梯度所驅(qū)動(dòng)，鋒面將暖濕、冷干氣團(tuán)隔開(kāi)造成能量的不對(duì)稱(chēng)分布[2]。無(wú)中緯度系統(tǒng)的影響，臺(tái)風(fēng)變性后通常趨于消亡或完全成為溫帶氣旋，而在中緯度系統(tǒng)影響下，變性臺(tái)風(fēng)可能會(huì)重新獲得暖心結(jié)構(gòu)而再次加強(qiáng)或繼續(xù)失去熱帶屬性而持續(xù)減弱[3]。Klein[4]通過(guò)對(duì)1994—1996年發(fā)生在西北太平洋上的變性臺(tái)風(fēng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不論是基于紅外云圖還是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)分析，幾乎所有變性臺(tái)風(fēng)都會(huì)因冷空氣入侵由暖核渦旋向斜壓的溫帶氣旋轉(zhuǎn)變，稱(chēng)為變性階段，同時(shí)他還定義了第二階段為再發(fā)展階段。

濕位渦是一個(gè)包含熱力因子、動(dòng)力因子、水汽因子的綜合物理量，主要應(yīng)用于暴雨生成機(jī)制的研究[9]。牛寶山等[10]在分析爆發(fā)性氣旋的發(fā)展與濕位渦關(guān)系時(shí)將濕位渦分解為濕位渦正壓項(xiàng)和濕位渦斜壓項(xiàng)，認(rèn)為高低層濕位渦斜壓項(xiàng)負(fù)值區(qū)的上下連通有利于氣旋的發(fā)展，且大氣斜壓性越強(qiáng)，氣旋發(fā)展越快。吳國(guó)雄等[11-12]指出，風(fēng)垂直切變或水平濕斜壓性的增加都會(huì)因?yàn)闈竦褥孛娴膬A斜而引起垂直渦度增長(zhǎng)，等濕熵面越陡峭，由濕斜壓性增強(qiáng)所導(dǎo)致的渦旋發(fā)展越強(qiáng)烈，即傾斜渦度發(fā)展理論(Slantwise Vorticity Development, SVD)。該理論在變性臺(tái)風(fēng)研究方面較少，因此可應(yīng)用于對(duì)臺(tái)風(fēng)變性后的強(qiáng)度變化的研究。

LIAO, et al[13]指出在熱帶氣旋變性過(guò)程中存在變性加強(qiáng)和變性減弱兩種情況，并利用合成分析得出高空槽帶來(lái)的冷空氣強(qiáng)弱引起變性強(qiáng)度變化的不同，但未選擇具體個(gè)例進(jìn)行研究。本文選取變性加強(qiáng)類(lèi)臺(tái)風(fēng)“Winnie”和變性減弱類(lèi)臺(tái)風(fēng)“Wipha”進(jìn)行數(shù)值模擬，并利用模擬資料分析高空槽、大尺度環(huán)境場(chǎng)、渦度收支對(duì)臺(tái)風(fēng)變性過(guò)程中強(qiáng)度變化的影響。

1 資料與方法

1.1 資料

本文所用資料為：(1)中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心(CMA Tropical Cyclone Data Center)提供的西北太平洋熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集；(2) 中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心提供的753氣象站的日降水資料，作為臺(tái)風(fēng)模擬降水的觀(guān)測(cè)對(duì)比；(3)日本國(guó)立情報(bào)學(xué)研究所(National Institute of Informatics，NII)提供的衛(wèi)星云圖資料用于模擬臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；(4)熱帶雨量測(cè)量衛(wèi)星(Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM)的3B42數(shù)據(jù)集，空間分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為3 h。該數(shù)據(jù)集是利用紅外亮溫資料借助3B42算法得到的準(zhǔn)全球降水估量數(shù)據(jù)，用于模式降水結(jié)果的驗(yàn)證；(5)歐洲中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)提供的每日4次的再分析資料，水平分辨率為0.5°×0.5°，用于為WRF模式數(shù)值模擬提供初始場(chǎng)。

1.2 模式

數(shù)值模擬采用完全可壓縮的非靜力中尺度模式ARW-WRF (Advanced Research Weather Research and Forecast)對(duì)變性后加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“Winnie”(9711)和變性后的減弱臺(tái)風(fēng)“Wipha”(0713)進(jìn)行模擬，初始場(chǎng)均采用ECMWF提供的0.5°×0.5°的每日4次再分析資料，兩次模擬過(guò)程參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 WRF模擬“Winnie”和“Wipha”的主要模式參數(shù)Table 1 Main parameters of Winnie and Wipha simulated by WRF

1.3 全型垂直渦度傾向方程

根據(jù)吳國(guó)雄等[14]推導(dǎo)出的全型垂直渦度傾向方程，不考慮非絕熱和摩擦，方程簡(jiǎn)化為：

(1)

2 臺(tái)風(fēng)“Winnie”和臺(tái)風(fēng)“Wipha”

2.1 個(gè)例選取

選取臺(tái)風(fēng)“Winnie”和“Wipha”作為對(duì)比分析對(duì)象，由于二者高空西風(fēng)槽明顯、路徑趨勢(shì)類(lèi)似且變性前后強(qiáng)度變化顯著。18日18時(shí)(世界時(shí)，下同) “Winnie”開(kāi)始變性，到22日00時(shí)停編，“Winnie”的模擬時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60 h[15]?！癢innie”在變性階段和變性成溫帶氣旋后均加強(qiáng)，為了更好地體現(xiàn)變性臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化不同階段特征，選取表征臺(tái)風(fēng)減弱階段、重新加強(qiáng)階段和變性完成后仍有所加強(qiáng)時(shí)刻，即20日00時(shí)、21日00時(shí)和21日12時(shí)作為研究時(shí)刻?！癢ipha”變性過(guò)程相對(duì)較短，18日18時(shí)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，20日00時(shí)變性完成，12時(shí)停編，模擬時(shí)間為36 h?！癢ipha”后期強(qiáng)度不斷減弱，故選取其變性完成時(shí)及其前后12 h作為研究時(shí)刻，即19日12時(shí)、20日00時(shí)和20日12時(shí)。

2.2 模式結(jié)果

2.2.1 臺(tái)風(fēng)“Winnie”

從路徑(圖1a)上看，模擬路徑與實(shí)況路徑擬合較好?！癢innie”先向西北方向移動(dòng)約6 h后發(fā)生轉(zhuǎn)向，后18 h由東北轉(zhuǎn)向偏東。從最低氣壓(圖1b)看,“Winnie”強(qiáng)度先減弱后增強(qiáng)，強(qiáng)度減弱階段模擬氣壓比實(shí)況偏高2 hPa左右，加強(qiáng)階段模擬值較實(shí)況偏低2～4 hPa，最后12 h實(shí)況氣壓趨于平穩(wěn)，模擬氣壓先降低后增加。在降水方面(圖略)，模擬與實(shí)況的累積降水的分布和降水最大值中心吻合，位于山東、遼寧、吉林北部和黑龍江南部，大值中心位于遼寧南部和遼寧西北部至吉林西北部。在結(jié)構(gòu)方面(圖略)，20日12時(shí)云系主要在氣旋的北側(cè)，南側(cè)拖著一條細(xì)長(zhǎng)的云帶，此時(shí)“Winnie”已喪失對(duì)稱(chēng)性并向溫帶氣旋過(guò)渡，氣旋西北部也有因高空槽而產(chǎn)生的云系存在。21日12時(shí)，臺(tái)風(fēng)已變性成溫帶氣旋，其南側(cè)細(xì)長(zhǎng)的云帶消失，北側(cè)的對(duì)流云系向南彎曲呈現(xiàn)半包圍的形態(tài)，環(huán)繞臺(tái)風(fēng)的對(duì)流區(qū)明顯增多，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)，此時(shí)臺(tái)風(fēng)與高空槽云系更加接近。

在城軌交通領(lǐng)域，今后可探索利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)“無(wú)刷卡過(guò)閘”這一無(wú)感支付方式。乘客接近閘機(jī)時(shí)，閘機(jī)與手機(jī)建立藍(lán)牙連接，自動(dòng)識(shí)別賬戶(hù)號(hào)、復(fù)合消費(fèi)文件及安全認(rèn)證等信息，將地鐵消費(fèi)信息通過(guò)藍(lán)牙通信寫(xiě)入手機(jī)APP中，并從手機(jī)APP綁定的銀行卡賬戶(hù)或第三方支付賬戶(hù)中自動(dòng)扣除費(fèi)用。

圖1 臺(tái)風(fēng)“Winnie”在19日12時(shí)—22日00時(shí)模擬和觀(guān)測(cè)同時(shí)段內(nèi)的移動(dòng)路徑對(duì)比(a)；模擬和觀(guān)測(cè)同時(shí)段內(nèi)海平面最低氣壓隨時(shí)間的演變(b)Fig.1 (a)Comparison diagram of movement path between the simulated and observed simultaneous periods; (b) evolution of the lowest sealevel pressure over time during both simulation and observation periods during 1200 UTC on 19 to 0000 UTC on 22 of typhoon Winnie

2.2.2 臺(tái)風(fēng)“Wipha”

從路徑(圖2a)看，模擬路徑和中心位置擬合較好，“Wipha”前18 h先向北行，后東北行，最后12 h模擬較實(shí)況稍偏北。從最低氣壓(圖2b)看，“Wipha”在變性過(guò)程及變性后不斷減弱，前12 h模擬比實(shí)況氣壓較高4～14 hPa。在降水方面 (圖略)，累積降水與實(shí)況降水基本吻合，落區(qū)呈東北—西南走向，自山東東部穿過(guò)渤海灣向遼寧與朝鮮邊境延伸，模擬的降水大值整體較實(shí)況偏北，可能與后期模擬的路徑偏北有關(guān)。在結(jié)構(gòu)方面(圖略)，19日12時(shí)臺(tái)風(fēng)逐漸失去對(duì)稱(chēng)性，主要云系集中在其北側(cè)，有弱臺(tái)風(fēng)眼存在。20日06時(shí)，氣旋南側(cè)云系減少，完全喪失對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)變性成溫帶氣旋。與“Winnie”相比，“Wipha”的高空槽處并沒(méi)有云系出現(xiàn)，這或許是造成兩例臺(tái)風(fēng)變性過(guò)程強(qiáng)度變化不一致的原因之一。

圖2 臺(tái)風(fēng)“Wipha”在19日00時(shí)—20日12時(shí)模擬和觀(guān)測(cè)同時(shí)段內(nèi)移動(dòng)路徑對(duì)比(a)和模擬和觀(guān)測(cè)同時(shí)段內(nèi)海平面最低氣壓隨時(shí)間的演變(b)Fig.2 Same as Fig.1,but for typhoon Wipha from 0000 UTC on 19 to 1200 UTC on 20

3 兩類(lèi)臺(tái)風(fēng)環(huán)境形勢(shì)場(chǎng)分析

3.1 臺(tái)風(fēng)“Winnie”

20日00時(shí)，“Winnie”西北部有東北—西南向的高空槽，與臺(tái)風(fēng)獨(dú)立，象征冷性系統(tǒng)的位渦大值區(qū)位于槽區(qū)及更北側(cè)的冷性低壓中。從垂直結(jié)構(gòu)看，“Winnie”具有相對(duì)暖中心，其西側(cè)中低層有相對(duì)較大的相當(dāng)位溫梯度，源于臺(tái)風(fēng)北上時(shí)周?chē)芯暥拳h(huán)境與其自身殘余的暖性系統(tǒng)溫差對(duì)比，“Winnie”西側(cè)高空濕位渦值較小，高空槽距其仍有一段距離，所攜帶的冷空氣無(wú)法影響“Winnie”，且“Winnie”未處于輻散區(qū)內(nèi)(圖3a、d、g)。21日00時(shí)，高空槽與“Winnie”接近且在高空槽附近約45°N處衍生出一個(gè)新的小槽，濕位渦大值向小槽轉(zhuǎn)移。南亞高壓不會(huì)影響槽的東移。在垂直方向上，臺(tái)風(fēng)西側(cè)200 hPa有濕位渦大值區(qū)，濕位渦沿著等濕熵面攜帶冷空氣不斷向臺(tái)風(fēng)傳輸，350 hPa以下的相當(dāng)位溫線(xiàn)密集，冷空氣加強(qiáng)，此時(shí)“Winnie”處于強(qiáng)的溫度梯度中，斜壓性顯著增強(qiáng)，有利于臺(tái)風(fēng)再加強(qiáng)。此時(shí)臺(tái)風(fēng)西南側(cè)又發(fā)展出一個(gè)新的急流帶，與原急流帶合并(圖3b、e、h)。21日12時(shí)，新生的小槽進(jìn)一步向臺(tái)風(fēng)中心靠近，大的濕位渦值延伸至臺(tái)風(fēng)上空，不斷沿等濕熵面向低層輸送冷空氣，斜壓性較12 h前減弱。由于新生小槽的發(fā)展促進(jìn)下游脊的加強(qiáng)，槽前幾乎呈經(jīng)向的南風(fēng)使急流帶發(fā)生斷裂，而此時(shí)“Winnie”位于南支急流出口區(qū)的左側(cè)和北支急流入口區(qū)的右側(cè)，高層兩個(gè)輻散區(qū)的疊加產(chǎn)生的抽吸作用使低層減壓，臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步加強(qiáng)(圖3c、f、i)。

圖3 臺(tái)風(fēng)“Winnie”在200 hPa濕位渦(陰影，單位：PVU)、位勢(shì)高度(等值線(xiàn)，單位：gpm)的水平分布(a—c)；相應(yīng)時(shí)刻過(guò)TC中心的濕位渦(陰影，單位：PVU)、相當(dāng)位溫(等值線(xiàn)，單位：K)的緯向垂直剖面(d—f)和相應(yīng)時(shí)刻200 hPa高空急流(陰影，單位：m·s-1)、散度(藍(lán)線(xiàn)，≥2×10-5s-1，間隔2×10-5s-1)和風(fēng)矢(箭矢，單位：m·s-1)的水平分布(g—i)：(a、d、g) 20日00時(shí); (b、e、h) 21日00時(shí); (c、f、i) 21日12時(shí) Fig.3 (a-c) The horizontal distribution of 200 hPa MPV (shaded, unit: PVU) and potential height (isoline, unit: gpm); (d-f) the zonalvertical section of MPV (shadow, unit: PVU) and the equivalent potential temperature (isoline, unit:K) through TC center;(g-i) horizontal distribution of 200 hPa upper level jet (shaded, unit: m·s-1), divergence (blue line, ≥2×10-5s-1, interval of 2×10-5s-1) and wind sector (arrow, unit: m·s-1) at: (a, d, g) 0000 UTC on 20; (b, e, h) 0000 UTC on 21; (c, f, i) 1200 UTC on 21

20日00時(shí)只有一條閉合等值線(xiàn)的臺(tái)風(fēng)與中緯度環(huán)境場(chǎng)相融合。臺(tái)風(fēng)氣旋性環(huán)流弱，由于仍是一個(gè)暖性低壓且未受較強(qiáng)冷空氣的影響，冷暖平流均不明顯。隨著臺(tái)風(fēng)北移，其東側(cè)攜帶暖濕空氣的向北氣流使得臺(tái)風(fēng)北側(cè)的暖鋒初步形成(圖4d、g)。21日00時(shí)，臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步深入到中緯度環(huán)流中，高空槽帶來(lái)的冷空氣促使南側(cè)相當(dāng)位溫梯度迅速增大，冷鋒鋒生，冷鋒后有顯著冷平流，臺(tái)風(fēng)北側(cè)暖鋒也有所加強(qiáng)，低層鋒區(qū)的強(qiáng)烈發(fā)展使變性氣旋以鋒面氣旋的形式再度發(fā)展。臺(tái)風(fēng)中心及東側(cè)低層有大范圍水汽輻合，中高層有水汽輻散，有利于提高不穩(wěn)定性并為臺(tái)風(fēng)的發(fā)展提供潛熱能(圖4b、e、h)。21日12時(shí)，500 hPa臺(tái)風(fēng)周?chē)]合的等值線(xiàn)增多，形成了一個(gè)深厚的系統(tǒng)。氣旋式環(huán)流加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)由橢圓形向圓形轉(zhuǎn)變，風(fēng)場(chǎng)也相應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步將冷空氣從臺(tái)風(fēng)西北側(cè)氣旋式地向東南側(cè)引導(dǎo)，冷鋒移至臺(tái)風(fēng)東南側(cè)，鋒后的冷平流半包圍式環(huán)繞著臺(tái)風(fēng)，暖平流也向臺(tái)風(fēng)后部彎曲包圍著臺(tái)風(fēng)，形成了冷空氣包圍暖空氣的形勢(shì)，臺(tái)風(fēng)中心為相對(duì)暖中心，暖核再度出現(xiàn)。此外冷暖鋒區(qū)上空均對(duì)應(yīng)有明顯的暖平流，促進(jìn)鋒區(qū)的垂直運(yùn)動(dòng)。水汽場(chǎng)與12 h前類(lèi)似，低層水汽輻合范圍較小，但仍能為臺(tái)風(fēng)發(fā)展提供能量(圖4c、f、i)。

圖4 臺(tái)風(fēng)“Winnie”在(a—c)500 hPa位勢(shì)高度(等值線(xiàn)，單位：gpm)；(d—f)相應(yīng)時(shí)刻700 hPa溫度平流(陰影，單位：10-4 K·s-1)、風(fēng)矢(箭矢，單位：m·s-1)和800 hPa相當(dāng)位溫(等值線(xiàn)，單位：K)的水平分布和(g—i)相應(yīng)時(shí)刻水汽通量散度緯向垂直剖面(陰影，單位：10-1·g·s-1·cm-2·hPa-1)：(a、d、g) 20日00時(shí); (b、e、h) 21日00時(shí); (c、f、i) 21日12時(shí)Fig.4 (a-c) 500 hPa potential height (isoline, unit: gpm); (d-f) horizontal distribution of 700 hPa temperature advection(shadow, unit: 10-4 K·s-1), wind vector (arrow, unit: m·s-1) and 800 hPa equivalent potential temperature (isoline, unit: K); (g-i) water vapor flux divergence across the TC center(shadow, unit：10-1·g·s-1·cm-2·hPa-1) of typhoon Winnie at: (a,d,g) 0000 UTC 20; (b,e,h) 0000 UTC 21; (c,f,i) 1200 UTC 21

3.2 臺(tái)風(fēng)“Wipha”

19日12時(shí)，與“Winnie”相比，南亞高壓強(qiáng)度強(qiáng)且位于“Wipha”偏東北方向。從垂直結(jié)構(gòu)看臺(tái)風(fēng)西側(cè)的濕位渦值較小。由于高空槽深厚且隨緯度向東傾斜程度較“Winnie”小，因此“Wipha”下游的高壓脊深厚，形成了偏經(jīng)向型的西南急流(圖5a、d、g)。20日00時(shí)，強(qiáng)大的南亞高壓使高空槽東移緩慢，濕位渦大值區(qū)有向極撤退的趨勢(shì)。北上的臺(tái)風(fēng)與高空槽較前12 h進(jìn)一步接近。從垂直剖面上看，臺(tái)風(fēng)西側(cè)300 hPa左右的濕位渦增強(qiáng)但并沒(méi)有與臺(tái)風(fēng)相接，相當(dāng)位溫梯度大值區(qū)在臺(tái)風(fēng)以西約270 km的600 hPa附近，水平上距離臺(tái)風(fēng)較遠(yuǎn)，垂直上未能將冷空氣帶至低層，斜壓性不足以促進(jìn)“Wipha”重新加強(qiáng)(圖5b、e)。20日12時(shí)，“Wipha”東側(cè)進(jìn)一步加強(qiáng)的南亞高壓使高空槽停滯不前。相較于前12 h，6 PVU的濕位渦區(qū)已退至50°N以北，槽及其攜帶的冷空氣強(qiáng)度減弱。在垂直剖面上，正位渦開(kāi)始沿等濕熵面向下輸送但未與臺(tái)風(fēng)相接，輸送強(qiáng)度較“Winnie”更弱，但也引起了低層斜壓性的增大(相當(dāng)位溫漸趨變密)，由于強(qiáng)度較弱不足以激發(fā)其再次加強(qiáng)(圖5c、f)?！癢ipha”始終沒(méi)有處于高空急流的輻散區(qū)，未能為“Wipha”提供有利的抽吸環(huán)境(圖5g、h、i)。

圖5 臺(tái)風(fēng)“Wipha”在(a—c)不同時(shí)刻200 hPa濕位渦(陰影，單位：PVU)、位勢(shì)高度(等值線(xiàn)，單位：gpm)的水平分布；(d—f)相應(yīng)時(shí)刻過(guò)TC中心的濕位渦(陰影，單位：PVU)、相當(dāng)位溫(等值線(xiàn)，單位：K)的緯向垂直剖面和(g—i)相應(yīng)時(shí)刻200 hPa高空急流(陰影，單位：m·s-1)、散度(藍(lán)線(xiàn)，≥2×10-5s-1，間隔 2×10-5s-1)和風(fēng)矢(箭矢，單位：m·s-1)的水平分布：(a、d、g) 19日12時(shí); (b、e、h) 20日00時(shí); (c、f、i) 20日12時(shí)Fig.5 Same as fig.3,but for typhoon Wipha at (a,d,g) 1200 UTC on 19; (b,e,h) 0000 UTC on 20; (c,f,i) 1200 UTC on 20

19日12時(shí)，“Wipha”在500 hPa大尺度環(huán)流場(chǎng)同“Winnie”類(lèi)似。此時(shí)低層的臺(tái)風(fēng)環(huán)流相對(duì)較弱，冷暖平流也均不明顯，臺(tái)風(fēng)中心附近水汽輻合輻散較弱。隨著臺(tái)風(fēng)的北移，其北側(cè)也呈現(xiàn)出相對(duì)密集的相當(dāng)位溫帶(圖6a、d、g)。19日18時(shí)，“Wipha”并入位于其西北側(cè)的槽，閉合等值線(xiàn)消失(圖略)，20日00時(shí)，強(qiáng)大的副高阻塞槽的東移，臺(tái)風(fēng)開(kāi)始偏離槽并繼續(xù)向東北方向移動(dòng)，此時(shí)500 hPa中層仍有象征槽的濕位渦存在。臺(tái)風(fēng)北側(cè)的暖鋒逐漸發(fā)展起來(lái)，但高空槽和中層槽均沒(méi)能為“Wipha”帶來(lái)明顯的冷空氣，促進(jìn)冷鋒鋒生。臺(tái)風(fēng)東部的水汽輻合區(qū)延伸至400 hPa，強(qiáng)度與范圍與“Winnie”相比較弱，且中高層無(wú)明顯水汽輻散區(qū)(圖6b、e、h)。20日12時(shí)，槽受副高的影響隨緯度進(jìn)一步東傾，臺(tái)風(fēng)逐漸與槽脫離，處于槽前的西南氣流中。在臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度不斷減弱的基礎(chǔ)上，已相對(duì)較弱并呈東北—西南走向的橢圓形環(huán)流不能充分地將冷空氣引導(dǎo)至臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的其他方位，臺(tái)風(fēng)周?chē)睦淦搅饕裁黠@較“Winnie”更弱，斜壓區(qū)面積和強(qiáng)度都受到限制。臺(tái)風(fēng)中心附近中低層為水汽輻散，不能為臺(tái)風(fēng)的發(fā)展提供能量，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度不斷減弱(圖6c、f、i)。

4 渦度收支分析

利用全型垂直渦度傾向方程[14]對(duì)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行渦度收支分析。LIAO, et al[13]通過(guò)合成分析說(shuō)明層結(jié)項(xiàng)在兩類(lèi)變性臺(tái)風(fēng)對(duì)比中無(wú)明顯差別，所以?xún)H考慮渦度水平平流、垂直平流及斜壓項(xiàng)對(duì)渦度收支進(jìn)行分析。

4.1 臺(tái)風(fēng)“Winnie”

20日00時(shí)減弱的臺(tái)風(fēng)中心已無(wú)明顯垂直運(yùn)動(dòng)，渦度的垂直輸送也接近零。高空槽未影響臺(tái)風(fēng)，造成的斜壓項(xiàng)對(duì)垂直渦度的貢獻(xiàn)不明顯，只在臺(tái)風(fēng)西側(cè)850 hPa附近有少量的正貢獻(xiàn)(圖7a、d)。21日00時(shí)，臺(tái)風(fēng)中心附近再度有垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，有利于將低層渦度向上輸送，使中高層渦度增加。上一節(jié)環(huán)境場(chǎng)的分析已表明此時(shí)高空槽與臺(tái)風(fēng)已發(fā)生相互作用，臺(tái)風(fēng)渦度隨高度向西傾斜與高空槽渦度相連，斜壓項(xiàng)對(duì)垂直渦度的貢獻(xiàn)分布在臺(tái)風(fēng)西側(cè)500 hPa以下的中低層和300 hPa以上的高層，并且與傾斜的濕熵面走向一致同時(shí)對(duì)應(yīng)著渦度大值區(qū)，說(shuō)明高空槽攜帶的冷空氣沿等濕熵面下傳使斜壓性大幅度增強(qiáng)，從而激發(fā)了垂直渦度(圖7b、e)。變性完成后，臺(tái)風(fēng)中心500 hPa以上出現(xiàn)了正渦度平流，高層正渦度平流增加了局地渦度，引起低層降壓，促進(jìn)“Winnie”加強(qiáng)。雖然低層也有負(fù)渦度平流存在，但可與渦度的垂直輸送相抵消。隨著高空槽東移至“Winnie”上空，渦度柱又轉(zhuǎn)呈直立狀并較20日00時(shí)發(fā)展更加旺盛。由垂直風(fēng)場(chǎng)可以看到冷空氣向下傳輸減弱，斜壓項(xiàng)的貢獻(xiàn)范圍減小，強(qiáng)度也減弱，但仍在臺(tái)風(fēng)中心附近對(duì)渦度有正貢獻(xiàn)并對(duì)應(yīng)著渦度大值區(qū)(圖7c、f)。

4.2 臺(tái)風(fēng)“Wipha”

臺(tái)風(fēng)“Wipha”變性完成前后12 h渦度水平平流及渦度垂直輸送作用不明顯，雖然在20日12時(shí)臺(tái)風(fēng)中心300 hPa以上有正的渦度平流，但強(qiáng)度和范圍都不及臺(tái)風(fēng)“Winnie”(圖8a—c)。從斜壓性上看，19日12時(shí)500 hPa槽后冷空氣與殘余臺(tái)風(fēng)的暖性結(jié)構(gòu)使臺(tái)風(fēng)以西500 hPa左右斜壓性略微增大。隨著高空槽、中層槽與臺(tái)風(fēng)的相互接近，槽帶來(lái)的冷空氣使得槽與臺(tái)風(fēng)的渦度相接處對(duì)應(yīng)著斜壓項(xiàng)的正貢獻(xiàn)，但距臺(tái)風(fēng)較遠(yuǎn)，對(duì)臺(tái)風(fēng)本身渦度的貢獻(xiàn)不大。之后，因南亞高壓和副熱帶高壓的阻擋，高空槽和中層槽相對(duì)于臺(tái)風(fēng)的位置幾乎不變，臺(tái)風(fēng)本身渦度柱高度降低，隨高度向西傾斜，并且此時(shí)中低層出現(xiàn)了斜壓項(xiàng)的負(fù)貢獻(xiàn)，不利于垂直渦度的增長(zhǎng)(圖8d—f)。

圖8 臺(tái)風(fēng)“Wipha”在(a—c)不同時(shí)刻的渦度水平平流(陰影，單位:10-9 s-1)和渦度垂直平流(黑線(xiàn)，等值線(xiàn)間隔3×10-9 K·s-2·m-1)過(guò)TC中心的緯向垂直剖面，(d—f)為相應(yīng)時(shí)刻的垂直渦度(陰影，10-5 s-1)、相當(dāng)位溫(黑線(xiàn)，單位：K)、斜壓項(xiàng)(藍(lán)線(xiàn)，等值線(xiàn)間隔1×10-12 K·s-2·m-1)過(guò)TC中心的緯向垂直剖面：(a、d)19日20時(shí); (b、e)20日00時(shí); (c、f)20日12時(shí)Fig.8 Same as fig.7,but for typhoon Wipha at (a, d)1200 UTC on 19; (b, e)0000 UTC on 20; (c、f)1200 UTC on 20

5 結(jié)論

利用9711號(hào)臺(tái)風(fēng)“Winnie”和0713號(hào)臺(tái)風(fēng)“Wipha”的WRF模擬資料分析了大尺度環(huán)境場(chǎng)及渦度收支場(chǎng)，對(duì)引起變性強(qiáng)度不同變化的原因進(jìn)行討論。主要結(jié)論如下:

(1)在“Winnie”重新加強(qiáng)階段，南亞高壓對(duì)槽移動(dòng)的阻塞作用小，高位渦的小槽與臺(tái)風(fēng)不斷接近并向臺(tái)風(fēng)輸送正位渦氣塊攜帶著冷空氣下傳，使350 hPa以下的整層斜壓性增強(qiáng)。低層環(huán)境場(chǎng)有明顯的冷暖鋒結(jié)構(gòu)，鋒區(qū)發(fā)展強(qiáng)烈使“Winnie”以鋒面氣旋的形式發(fā)展起來(lái)。渦度收支的斜壓項(xiàng)對(duì)垂直渦度貢獻(xiàn)大。斜壓性強(qiáng)表現(xiàn)在溫度梯度的增大，導(dǎo)致氣壓梯度力增大，有利于增加對(duì)流，促使臺(tái)風(fēng)再加強(qiáng)?！癢innie”東側(cè)的低層水汽輻合，中高層水汽輻散，不穩(wěn)定能量增強(qiáng)并為臺(tái)風(fēng)的發(fā)展提供潛熱能。

(2)在“Winnie”變性完成后，水汽輻合輻散的強(qiáng)度和范圍較重新加強(qiáng)階段弱，但仍為臺(tái)風(fēng)的發(fā)展提供能量。高空槽進(jìn)一步與臺(tái)風(fēng)靠近，向臺(tái)風(fēng)輸送冷空氣，冷空氣環(huán)狀包圍時(shí)臺(tái)風(fēng)形成相對(duì)暖中心，暖中心與周?chē)淇諝獾臏囟葘?duì)比使臺(tái)風(fēng)斜壓性增強(qiáng)，系統(tǒng)增強(qiáng)。臺(tái)風(fēng)“Winnie”恰處于高層兩個(gè)輻散區(qū)的疊加區(qū)域，抽吸作用使低層減壓，臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步加強(qiáng)。高空的正渦度平流和垂直渦度平流和中低層的垂直渦度平流也為“Winnie”的加強(qiáng)起到一定的貢獻(xiàn)。

(3)“Wipha”西北側(cè)也存在著東北—西南走向的深厚的高空槽，由于受到強(qiáng)大的南亞高壓和副高的影響，槽穩(wěn)定少動(dòng)，槽在緯向上始終距離臺(tái)風(fēng)較遠(yuǎn)，高空槽和中層槽均沒(méi)能為“Wipha”帶來(lái)明顯的冷空氣，不能為“Wipha”提供不穩(wěn)定能量，而且沒(méi)有明顯的冷鋒鋒生，斜壓區(qū)的面積和強(qiáng)度受到限制。20日00時(shí)，“Wipha”東部有水汽輻合，強(qiáng)度和范圍比“Wipha”小，且中高層無(wú)水汽的輻散，帶來(lái)的潛熱能不足以增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的發(fā)展。20日12時(shí)，臺(tái)風(fēng)處于水汽輻散區(qū)內(nèi)。臺(tái)風(fēng)“Wipha”變性前后12 h渦度的水平平流及垂直渦度輸送作用始終不明顯。因此，“Wipha”強(qiáng)度持續(xù)減弱。