朱男男 左濤 蘇杭

(1 天津海洋中心氣象臺(tái)，天津 300074；2 天津市海洋氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300074)

引言

近年來(lái)隨著環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)北上臺(tái)風(fēng)影響的關(guān)注逐年提高，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)是北上臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。北上臺(tái)風(fēng)經(jīng)渤海強(qiáng)度變化有較大預(yù)報(bào)難度，例如2019年9號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”在萊州灣沿岸一帶打轉(zhuǎn)，進(jìn)入渤海后強(qiáng)度由熱帶風(fēng)暴減弱至熱帶低壓，其入渤海后帶來(lái)的風(fēng)雨影響比預(yù)報(bào)結(jié)論小許多；2018年14號(hào)臺(tái)風(fēng)“摩羯”停止編號(hào)后，移入渤海突然增強(qiáng)，給渤海帶來(lái)14級(jí)強(qiáng)風(fēng)、特大暴雨和強(qiáng)風(fēng)暴潮等災(zāi)害性天氣。此次漏報(bào)北上臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)渤海周邊港口、海上石油平臺(tái)作業(yè)及船舶運(yùn)輸產(chǎn)生較大影響，給環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的損失。

臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化與副熱帶高壓、低空急流、垂直風(fēng)切變、適度冷空氣侵入和海表溫度等環(huán)境因子相關(guān)[1-6]。張玲[7]認(rèn)為臺(tái)風(fēng)持續(xù)加強(qiáng)的動(dòng)力機(jī)制是對(duì)流層低層水平輻合和臺(tái)風(fēng)所處環(huán)境高層輻散，對(duì)流層偏東風(fēng)將邊界層水汽輸送到臺(tái)風(fēng)中心，水汽潛熱釋放有利于臺(tái)風(fēng)的維持。鄭艷[8]個(gè)例分析表明，弱的環(huán)境垂直風(fēng)切變和適宜的海面溫度，深厚的暖渦是“威馬遜”近海急劇加強(qiáng)的原因。于玉斌[9]通過(guò)數(shù)值模擬證明，海洋的暖濕氣流、低層氣旋性渦度并入臺(tái)風(fēng)和對(duì)流層中上層凝結(jié)加熱突然增強(qiáng)是臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)的主要原因。劉磊[10]通過(guò)海氣耦合模式模擬臺(tái)風(fēng)“格美”，結(jié)果表明SST決定了熱通量的輸送，熱力因子間接影響動(dòng)力結(jié)構(gòu)，其帶來(lái)的垂直上升氣流與臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度變化息息相關(guān)。許映龍[11]對(duì)臺(tái)風(fēng)“梅花”的路徑、強(qiáng)度和降水預(yù)報(bào)偏差進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)副熱帶高壓、西風(fēng)槽和雙臺(tái)風(fēng)均對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑造成影響，業(yè)務(wù)中不能忽略干冷空氣卷入和環(huán)境風(fēng)垂直切變的作用。DeMaria[12]通過(guò)在不同緯度區(qū)域內(nèi)發(fā)展的不同強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)的垂直切變和強(qiáng)度變化求相關(guān)，得出垂直切變和臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度之間有比較明顯的負(fù)相關(guān)。Klein[13]研究指出，臺(tái)風(fēng)外流的變化是臺(tái)風(fēng)發(fā)展、增強(qiáng)以及變性的重要判據(jù)。朱男男[14]研究發(fā)現(xiàn)影響渤海的臺(tái)風(fēng)具有明顯的斜壓特征，認(rèn)為非絕熱加熱作用對(duì)北上臺(tái)風(fēng)發(fā)展至關(guān)重要，潛熱加熱對(duì)臺(tái)風(fēng)入渤海增強(qiáng)有正反饋?zhàn)饔谩?/p>

前人研究往往是針對(duì)西北太平洋或者東南沿海臺(tái)風(fēng)，對(duì)影響渤海的臺(tái)風(fēng)研究甚少，但近年來(lái) “摩羯”、“利奇馬”等北上臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致渤海產(chǎn)生極端災(zāi)害性大風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮等災(zāi)害。這兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程均出現(xiàn)漏報(bào)，導(dǎo)致環(huán)渤海海上運(yùn)輸和平臺(tái)作業(yè)損失嚴(yán)重。臺(tái)風(fēng)進(jìn)入渤海后強(qiáng)度變化不僅是預(yù)報(bào)的難點(diǎn)，預(yù)報(bào)成敗對(duì)渤海沿海作業(yè)用戶(hù)服務(wù)有著關(guān)鍵的作用。

本文利用FY-4水汽云圖、NCEP/FNL資料、自動(dòng)站資料和ERA-Interim海溫資料分析臺(tái)風(fēng)“摩羯”和“利奇馬”經(jīng)渤海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化特征，通過(guò)水汽云圖和溫度距平分析北上臺(tái)風(fēng)的溫度特征，通過(guò)高空散度和垂直風(fēng)切變分析北上臺(tái)風(fēng)的動(dòng)力特征，通過(guò)水汽通量、水汽通量散度和凝結(jié)潛熱釋放分析北上臺(tái)風(fēng)的水汽特征，通過(guò)渤海海溫分析渤海下墊面的影響。為預(yù)報(bào)北上臺(tái)風(fēng)對(duì)渤海的災(zāi)害性天氣提供參考依據(jù)。

1 臺(tái)風(fēng)概況和渤海海溫變化

1.1 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化

2018年8月 12日11：35臺(tái)風(fēng)“摩羯”在浙江溫嶺沿海登陸(圖1a)，登陸時(shí)中心最大風(fēng)力10級(jí)。登陸后以熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度向西北移動(dòng)，14日05：00減弱并停止編號(hào)，14日23:00“摩羯”殘渦入渤海后增強(qiáng)，產(chǎn)生14級(jí)強(qiáng)風(fēng)、特大暴雨和強(qiáng)風(fēng)暴潮等災(zāi)害性天氣。15日20:00再次登陸山東半島后減弱消亡。“摩羯”進(jìn)入渤海前強(qiáng)度為熱帶低壓，入海后增強(qiáng)為熱帶風(fēng)暴。

2019年8月10日01：45超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”在浙江省溫嶺市城南鎮(zhèn)沿海首次登陸，登陸時(shí)中心最大風(fēng)力16級(jí)。10日20:00在湖州減弱為熱帶風(fēng)暴，在中心進(jìn)入渤海前一直維持熱帶風(fēng)暴向北行?！袄骜R”移動(dòng)緩慢，在渤海南部沿岸徘徊30 h之久，12日23:00移入渤海海面并逐漸減弱，8月13日14：00停止編號(hào)，“利奇馬”中心進(jìn)入渤海前為熱帶風(fēng)暴，入海后減弱為熱帶低壓。

臺(tái)風(fēng)“摩羯”和“利奇馬”北上后中心均經(jīng)過(guò)渤海，而臺(tái)風(fēng)中心入渤海后強(qiáng)度變化不同。“摩羯”中心經(jīng)過(guò)渤海強(qiáng)度顯著增強(qiáng)(圖1b)，臺(tái)風(fēng)中心氣壓由1000 hPa減小到992 hPa，最大風(fēng)速由13 m·s-1增大至23 m·s-1?！袄骜R”進(jìn)入渤海后強(qiáng)度減弱(圖1c)，中心氣壓由984 hPa增大到994 hPa，中心最大風(fēng)力由23 m·s-1減弱至15 m·s-1。從渤海海面自動(dòng)站來(lái)看，“摩羯”期間東營(yíng)石油平臺(tái)(54747)海平面氣壓在中心入海后降低至1000 hPa以下(圖1d)，2 min平均風(fēng)和極大風(fēng)出現(xiàn)陡升，平均風(fēng)達(dá)到了25 m·s-1，極大風(fēng)達(dá)到了37 m·s-1?！袄骜R”期間渤中13號(hào)石油平臺(tái)(54639)海平面氣壓在中心入海后氣壓持續(xù)升高(圖1e)，2 min平均風(fēng)和極大風(fēng)曲線在峰值處呈波動(dòng)式下降。

圖1 臺(tái)風(fēng)“摩羯”(空心圈)和臺(tái)風(fēng)“利奇馬”(實(shí)心圈)臺(tái)風(fēng)路徑(a)，“摩羯”(b)和“利奇馬”(c)中心氣壓和最大風(fēng)速隨時(shí)間變化，“摩羯”期間(d)東營(yíng)石油平臺(tái)(54747)氣象要素隨時(shí)間變化，“利奇馬”期間(e)渤中13號(hào)石油平臺(tái)(54639)氣象要素隨時(shí)間變化(豎線為臺(tái)風(fēng)中心入海時(shí)間)

1.2 渤海海溫變化

文中利用ERA-Interim海溫資料分析臺(tái)風(fēng)北上期間渤海海溫變化，時(shí)間分辨率為6 h，空間分辨率為0.125°×0.125°。同為8月中旬北上臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)“摩羯”和“利奇馬”的海溫有一定差異，圖2給出了兩個(gè)臺(tái)風(fēng)進(jìn)入渤海前后海溫變化，“摩羯”海溫整體高于“利奇馬”海溫，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入渤海后海溫降低，“摩羯”北上期間渤海灣和遼東灣的海溫接近30 ℃(圖2a)，“利奇馬”北上期間渤海海溫比“摩羯”期間海溫偏小約2 ℃(圖2c)。“摩羯”期間渤海洋面在28.5～30 ℃之間(圖2b),海面較高溫度有利于臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)。“利奇馬”在萊州灣打轉(zhuǎn)后入渤海，向渤海海峽移動(dòng)，渤海海峽海溫為26 ℃(圖2d)，不利于臺(tái)風(fēng)的發(fā)展。

圖2 2018年8月14日08:00(a)、15日08:00(b)黃渤海海溫，2019年8月12日08:00(c)、13日08:00(d)黃渤海海溫(色斑圖為海溫)

2 熱力結(jié)構(gòu)特征分析

2.1 FY-4水汽云圖特征和高空形勢(shì)

圖3a～d給出了2018年8月14日08:00、14日20:00、15日08:00、15日20:00 FY-4水汽云圖，臺(tái)風(fēng)“摩羯”經(jīng)過(guò)渤海前結(jié)構(gòu)比較分散，14日08:00偏北象限有色調(diào)較淺的暗區(qū)，說(shuō)明臺(tái)風(fēng)入渤海前北側(cè)有較弱冷空氣，500 hPa高度場(chǎng)僅有范圍較小的單圈環(huán)流(圖3i)。14日20:00北部暗區(qū)色調(diào)加深，冷空氣及其帶來(lái)的下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度快速增強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)云系呈渦旋結(jié)構(gòu)并出現(xiàn)明顯的對(duì)流特征。15日08:00冷空氣從北部侵入臺(tái)風(fēng)內(nèi)部，暗區(qū)成東北西南走向，臺(tái)風(fēng)500 hPa環(huán)流明顯加強(qiáng)(圖3j)，15日20:00東北部冷空氣更加清晰，暗區(qū)色調(diào)變成深黑色，冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)中心，臺(tái)風(fēng)云系減弱并逐漸消散。

2019年8月12日08:00臺(tái)風(fēng)“利奇馬”水汽云圖上暗區(qū)侵入臺(tái)風(fēng)中心區(qū)域(圖3e、f)，臺(tái)風(fēng)云系內(nèi)側(cè)與暗區(qū)相接處出現(xiàn)對(duì)流云。臺(tái)風(fēng)500 hPa位勢(shì)高度由568增大到572 dagpm(圖3k、l)。隨著暗區(qū)不斷深入臺(tái)風(fēng)中心(圖3g、h)，暗區(qū)色調(diào)變得更深，臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)松散，臺(tái)風(fēng)減弱消散。

圖3 臺(tái)風(fēng)“摩羯”2018年8月14日08:00(a)、14日20:00(b)、15日08:00(c)、15日20:00(d)FY-4水汽衛(wèi)星云圖(色斑圖為云頂亮溫，單位：℃)，臺(tái)風(fēng)“利奇馬”2019年8月12日08:00(e)、12日14:00(f)、12日20:00(g)、13日08:00(h)FY-4水汽衛(wèi)星云圖，2018年8月14日08:00(i)、15日08:00(j)，2019年8月12日08:00(k)、13日08:00(l)500 hPa高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)和風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)向桿,大寫(xiě)字母D表示暗區(qū)位置)

冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)云帶初期，暗區(qū)與云帶相接處形成對(duì)流云，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)，冷空氣深入臺(tái)風(fēng)渦旋中心，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱并逐漸消亡?！澳︳伞比牒Ｔ鰪?qiáng)伴隨冷空氣侵入，臺(tái)風(fēng)入海增強(qiáng)過(guò)程也是冷空氣侵入過(guò)程，冷空氣深入臺(tái)風(fēng)中心則“摩羯”強(qiáng)度減弱?！袄骜R”入渤海前冷空氣已經(jīng)深入臺(tái)風(fēng)中心，“利奇馬”入海后則強(qiáng)度減弱。因此，通過(guò)水汽云圖形態(tài)和色調(diào)判斷臺(tái)風(fēng)強(qiáng)弱變化有一定的指示意義。

2.2 “摩羯”和“利奇馬”入海前后暖心結(jié)構(gòu)變化

結(jié)構(gòu)完整的臺(tái)風(fēng)往往具有清晰的暖心結(jié)構(gòu)，溫度距平暖心結(jié)構(gòu)特征變化能夠反映臺(tái)風(fēng)溫度特征變化[15-17]。溫度距平以臺(tái)風(fēng)中心為中心取2°×2°正方形區(qū)域的平均溫度與取10°×10°正方形區(qū)域平均溫度的差值。文中選取臺(tái)風(fēng)登陸后、入海前和入海后的3個(gè)時(shí)次暖心結(jié)構(gòu)變化。文中沿臺(tái)風(fēng)中心做緯向剖面，2018年8月13日08:00臺(tái)風(fēng)中心上空具有清晰的暖心結(jié)構(gòu)(圖4a)，臺(tái)風(fēng)上空溫度距平為正距平，主要集中在200～400 hPa之間，溫度場(chǎng)具有正壓結(jié)構(gòu)。2018年8月14日08:00(圖4b)臺(tái)風(fēng)“摩羯”入海前上空暖心結(jié)構(gòu)不清晰，溫度距平為0.5 ℃。2018年8月15日14:00(圖4c)臺(tái)風(fēng)中心移到渤海后，300～400 hPa溫度距平升高到3 ℃，低層有清晰的溫度負(fù)距平，冷空氣已侵入到低層臺(tái)風(fēng)中心。

2019年8月10日08:00臺(tái)風(fēng)“利奇馬”暖心結(jié)構(gòu)非常清晰(圖4d)，從近地面層到100 hPa有較強(qiáng)的溫度正距平中心，可達(dá)6 ℃。12日08:00在進(jìn)入渤海前(圖4e)，暖心結(jié)構(gòu)已經(jīng)松散，冷空氣從西側(cè)侵入臺(tái)風(fēng)，正距平最大值高度降低，正距平為4 ℃。13日08:00臺(tái)風(fēng)中心進(jìn)入渤海后(圖4f)，暖心結(jié)構(gòu)的正距平減弱至2 ℃，臺(tái)風(fēng)中心低層有冷空氣侵入。

圖4 2018年8月13日08:00(a)、14日08:00(b)和2018年8月15日14:00(c)沿臺(tái)風(fēng)“摩羯”溫度距平緯向剖面；2019年8月10日08:00(d)、12日08:00(e)和13日08:00(f)沿臺(tái)風(fēng)“利奇馬”溫度距平緯向剖面(色斑圖為溫度距平，圖中▲為臺(tái)風(fēng)中心位置)

臺(tái)風(fēng)中心的暖心結(jié)構(gòu)被破壞，對(duì)稱(chēng)的溫度正距平結(jié)構(gòu)變得不對(duì)稱(chēng)。對(duì)流層中高層暖中心高度降低，臺(tái)風(fēng)低層有清晰的斜壓特征。冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)低層,臺(tái)風(fēng)逐漸減弱消亡。

3 動(dòng)力結(jié)構(gòu)特征分析

3.1 高空散度和低空流場(chǎng)

高空散度是影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的重要因子之一[18-20]，文中給出了臺(tái)風(fēng)“摩羯”和“利奇馬”中心經(jīng)過(guò)渤海前后200 hPa散度和850 hPa流場(chǎng)，如圖5a所示，2018年8月14日08：00臺(tái)風(fēng)“摩羯”200 hPa高空為輻合場(chǎng)，低空環(huán)流強(qiáng)度較弱，其下游渤海上空有較強(qiáng)輻散。2018年8月15日08:00(圖5b)臺(tái)風(fēng)中心入海后，臺(tái)風(fēng)偏北象限200 hPa高空出現(xiàn)強(qiáng)輻散，高空強(qiáng)烈的輻散導(dǎo)致低空輻合環(huán)流加強(qiáng)，“摩羯”向渤海移動(dòng)過(guò)程中，強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，24 h臺(tái)風(fēng)中心氣壓減小了8 hPa，中心最大風(fēng)速增大10 m·s-1(圖1b)。

2019年8月12日08:00臺(tái)風(fēng)“利奇馬”位于渤海的邊緣(圖5c)，臺(tái)風(fēng)偏北象限200 hPa高空有較強(qiáng)輻散，渤海上空有弱輻合場(chǎng)，850 hPa低空環(huán)流較強(qiáng)。2019年8月13日08:00高空輻散強(qiáng)度明顯減弱(圖5d)，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入渤海上空弱輻合區(qū)，低空環(huán)流強(qiáng)度減弱。24 h臺(tái)風(fēng)中心氣壓增大了10 hPa，中心最大風(fēng)速減小了8 m·s-1(圖1c)。

圖5 2018年8月14日08:00(a)、15日08:00(b)200 hPa散度(色斑圖)和850 hPa流場(chǎng)(流線表示風(fēng)場(chǎng))，2019年8月12日08:00(c)、13日08:00(d)200 hPa散度和850 hPa流場(chǎng)

臺(tái)風(fēng)“摩羯”北上經(jīng)過(guò)渤海后進(jìn)入強(qiáng)輻散區(qū)，臺(tái)風(fēng)偏北象限高空輻散明顯加強(qiáng)，高空輻散促使臺(tái)風(fēng)低層環(huán)流輻合，這是臺(tái)風(fēng)低空環(huán)流在渤?？焖偌訌?qiáng)的主要?jiǎng)恿υ?。臺(tái)風(fēng)“利奇馬”入海前北部輻散較強(qiáng)，渤海上空為弱輻合場(chǎng)，臺(tái)風(fēng)中心進(jìn)入渤海后高空輻散場(chǎng)減弱，臺(tái)風(fēng)偏北象限出現(xiàn)弱輻合場(chǎng)。因此，臺(tái)風(fēng)北上前進(jìn)方向出現(xiàn)高空輻散有利于臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)。

3.2 垂直風(fēng)切變

垂直風(fēng)切變的大小與臺(tái)風(fēng)密切相關(guān)，文中采用DeMaria[21]的算法:計(jì)算以臺(tái)風(fēng)中心為圓心，200～800 km為半徑環(huán)形區(qū)域的平均風(fēng)作為環(huán)境風(fēng)，200～850 hPa之間環(huán)境風(fēng)矢量差為整層垂直風(fēng)切變，200～500 hPa之間環(huán)境風(fēng)矢量差為高層垂直風(fēng)切變，500～850 hPa之間環(huán)境風(fēng)矢量差為低層垂直風(fēng)切變。圖6a中列出臺(tái)風(fēng)“摩羯”200～850 hPa、200～500 hPa、500～850 hPa風(fēng)速差和臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)速時(shí)序變化。選取時(shí)段是臺(tái)風(fēng)在近海未登陸前直到臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱消亡的時(shí)段，“摩羯”未登陸時(shí)3層風(fēng)速差小于5 m·s-1，與徐明[22]等統(tǒng)計(jì)西北太平洋臺(tái)風(fēng)垂直風(fēng)切變結(jié)論一致。但其登陸北上后風(fēng)速差逐漸增大，最大值在15～20 m·s-1之間。風(fēng)場(chǎng)特征由熱帶氣旋轉(zhuǎn)變成溫帶氣旋特征。14日夜間到15日上午氣旋入海快速增強(qiáng)時(shí)段，垂直風(fēng)切變和臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度幾乎同步出現(xiàn)峰值，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱時(shí)垂直風(fēng)切變也減弱?！袄骜R”登陸前3層風(fēng)速差較小(圖6b)，臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速較大，北上過(guò)程中風(fēng)速差逐漸增大，“利奇馬”入海減弱，3層風(fēng)速差則減小。

圖6 臺(tái)風(fēng)“摩羯”(a)和臺(tái)風(fēng)“利奇馬”(b)200～850 hPa、200～500 hPa、500～850 hPa風(fēng)速差和臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)速時(shí)間序列(橫坐標(biāo)為北京時(shí)間，豎線標(biāo)注臺(tái)風(fēng)入海時(shí)間)

北上臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化，臺(tái)風(fēng)登陸前垂直風(fēng)切變曲線與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度曲線呈反相分布，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度大而垂直風(fēng)切變小。臺(tái)風(fēng)北上后垂直風(fēng)切變與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度呈同位相分布。臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)伴隨著垂直風(fēng)切變?cè)龃?，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減小伴隨著垂直風(fēng)切變減小。

4 水汽特征分析

4.1 水汽通量和水汽通量散度

水汽輸送是臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度維持的重要因素，文中給出兩個(gè)臺(tái)風(fēng)中心入渤海前后的水汽通量和水汽通量散度，臺(tái)風(fēng)“摩羯”2018年8月14日08:00水汽通量上有完整的東南風(fēng)水汽通道(圖7a)，臺(tái)風(fēng)中心水汽輻合較弱(圖7e)，15日08:00“摩羯”入海后水汽通道被切斷(圖7b)，水汽通量散度在渤海區(qū)域增強(qiáng)(圖7f)。

2019年8月12日08:00臺(tái)風(fēng)“利奇馬”入海前中心附近有范圍較大的水汽通量(圖7c)，有多處水汽通量散度中心(圖7g)。13日08:00“利奇馬”入渤海后減弱，水汽通量明顯減弱(圖7d)，臺(tái)風(fēng)中心水汽通量散度為正(圖7h)，水汽輻合中心消失。從水汽通量散度沿臺(tái)風(fēng)中心剖面看，“摩羯”入海前強(qiáng)水汽輻合區(qū)集中在900 hPa以下(圖略)，“摩羯”中心進(jìn)入渤海后，強(qiáng)水汽輻合區(qū)提高到700 hPa?！袄骜R”強(qiáng)水汽輻合中心比較分散，主要集中在對(duì)流層低層，對(duì)流層中層有分散的水汽輻合區(qū)?！袄骜R”中心進(jìn)入渤海后，其上空的強(qiáng)水汽輻合區(qū)減弱。

圖7 2018年8月14日08:00、15日08:00，2019年8月12日08:00、13日08:00水汽通量和風(fēng)場(chǎng)(a～d)以及水汽通量散度和風(fēng)場(chǎng)(e～h)

臺(tái)風(fēng)“摩羯”入海后水汽條件并不好，水汽通道出現(xiàn)斷裂，因此，其入海增強(qiáng)更多依賴(lài)于熱力條件和動(dòng)力條件。臺(tái)風(fēng)“利奇馬”北上后水汽通道出現(xiàn)斷裂，自身的環(huán)流強(qiáng)度和范圍大于“摩羯”，其較強(qiáng)水汽通量和水汽通量散度源于自身環(huán)流的貢獻(xiàn)，自身環(huán)流減弱后水汽通量和水汽通量散度隨之減小。

4.2 非絕熱加熱作用

臺(tái)風(fēng)北上過(guò)程有較強(qiáng)降水產(chǎn)生，因此考慮非絕熱加熱作用中凝結(jié)潛熱釋放對(duì)北上臺(tái)風(fēng)的影響，本文采用Emanuel[23]的潛熱加熱率計(jì)算公式，其為：

(1)

其中，γm為濕絕熱遞減率，γd為干絕熱遞減率，θ為位溫，θe為相當(dāng)位溫，ω為垂直速度，p為氣壓，t為時(shí)間。

選取“摩羯”和“利奇馬”入海前后幾個(gè)時(shí)次的潛熱加熱率，圖8a～c分別為2018年8月14日08:00、15日08:00、15日14:00“摩羯”加熱率垂直剖面，14日08:00臺(tái)風(fēng)中低層加熱率較小，最大值為9×10-4K·s-1(圖8a)。15日08:00臺(tái)風(fēng)入渤海后整層加熱率顯著增大(圖8b)，400～600 hPa達(dá)到140×10-4K·s-1，最大值中心集中在對(duì)流層中上層。潛熱加熱率激增過(guò)程伴隨著降水增強(qiáng)(圖略)。15日14:00臺(tái)風(fēng)加熱率降低為40×10-4K·s-1，最大值中心高度為700 hPa(圖8c)。

2019年8月12日08:00“利奇馬”500～700 hPa潛熱加熱率中心達(dá)到90×10-4K·s-1(圖8d), 800～900 hPa有一個(gè)潛熱加熱率次中心，為40×10-4K·s-1。12日20：00上層潛熱加熱率中心消失(圖8e)，下層的加熱率仍存在。13日08:00低層潛熱加熱率中心減弱消失(圖8f)。

圖8 2018年8月14日08:00(a)、15日08:00(b)、15日14:00(c)臺(tái)風(fēng)“摩羯”潛熱加熱率剖面；2019年8月12日08:00(d)、12日20:00(e)、13日08:00(f)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”潛熱加熱率剖面(圖中▲為臺(tái)風(fēng)中心位置，等值線為潛熱加熱率，單位：10-4K·s-1)

臺(tái)風(fēng)“摩羯”入渤海后潛熱加熱率激增，隨著臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)整層加熱率大幅度增加。臺(tái)風(fēng)較強(qiáng)時(shí)對(duì)流層中上層潛熱加熱較大，臺(tái)風(fēng)減弱時(shí)對(duì)流層高層的潛熱加熱率中心減弱，低層維持弱加熱率中心直至臺(tái)風(fēng)消亡(表1)。

表1 摩羯和利奇馬入海前后物理量變化

5 結(jié)論與討論

本文利用FY-4水汽云圖、NCEP/FNL資料、自動(dòng)站資料和ERA-Interim海溫資料分析臺(tái)風(fēng)“摩羯”和“利奇馬”經(jīng)渤海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化特征，結(jié)論如下：

(1)臺(tái)風(fēng)“摩羯”入海增強(qiáng)過(guò)程伴隨著對(duì)流層中高層冷空氣侵入，水汽圖像暗區(qū)與云帶相接處形成對(duì)流云，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)冷空氣深入“摩羯”云帶中心，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱并逐漸消亡。臺(tái)風(fēng)“利奇馬”入海前冷空氣就已經(jīng)侵入臺(tái)風(fēng)中心，云圖上具有渦旋結(jié)構(gòu)，“利奇馬”入海后強(qiáng)度減弱。通過(guò)衛(wèi)星云圖形態(tài)判斷臺(tái)風(fēng)強(qiáng)弱變化有一定的指示意義。兩個(gè)臺(tái)風(fēng)北上渤海后均出現(xiàn)暖心結(jié)構(gòu)被破壞，對(duì)流層中高層暖中心高度降低，臺(tái)風(fēng)低層出現(xiàn)清晰的斜壓特征等減弱現(xiàn)象。

(2)臺(tái)風(fēng)“摩羯”中心入渤海后高空輻散明顯加強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)低層輻合環(huán)流加強(qiáng)，這是臺(tái)風(fēng)在渤?？焖偌訌?qiáng)的主要?jiǎng)恿υ??！袄骜R”入海前渤海上空為弱輻合場(chǎng)，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入渤海后高空輻合區(qū)強(qiáng)度減弱。因此，臺(tái)風(fēng)在北上過(guò)程中，其前進(jìn)方向出現(xiàn)高空輻散是有利于臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)的。臺(tái)風(fēng)登陸前垂直風(fēng)切變曲線與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度曲線呈反位相分布，北上后臺(tái)風(fēng)垂直風(fēng)切變與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度呈同位相分布。

(3)臺(tái)風(fēng)“摩羯”入海后水汽通道出現(xiàn)斷裂，其入海增強(qiáng)更多依賴(lài)于熱力條件和動(dòng)力條件?！袄骜R”北上后水汽通道就出現(xiàn)斷裂，自身的環(huán)流強(qiáng)度和范圍大于“摩羯”，其較強(qiáng)水汽通量和水汽通量散度源于自身環(huán)流的貢獻(xiàn)，自身環(huán)流減弱后水汽通量和水汽通量散度隨之減小?！澳︳伞比氩澈：鬂摕峒訜崧始ぴ觥Ｅ_(tái)風(fēng)較強(qiáng)時(shí)對(duì)流層中上層潛熱加熱較大，臺(tái)風(fēng)減弱時(shí)從對(duì)流層高層的加熱率中心減弱，低層維持弱加熱率中心直至臺(tái)風(fēng)消亡。

臺(tái)風(fēng)“摩羯”和“利奇馬”都是8月中旬的北上臺(tái)風(fēng)，所經(jīng)過(guò)的渤海下墊面主要差異在于海溫，臺(tái)風(fēng)“摩羯”北上期間渤海海溫在28.5～30 ℃之間，臺(tái)風(fēng)“利奇馬”北上期間渤海海溫比“摩羯”期間海溫偏低約2 ℃，“利奇馬”期間渤海大部分面積的海溫不利于臺(tái)風(fēng)的發(fā)展。