王 帥,張 干,傅 聃

(中國海洋大學(xué)海洋氣象系,山東青島266100)

西北太平洋臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)特征分析

王 帥,張 干,傅 聃＊＊

(中國海洋大學(xué)海洋氣象系,山東青島266100)

利用Best Track資料與衛(wèi)星遙感圖像資料,對2001—2009年西北太平洋共計(jì)131個(gè)臺(tái)風(fēng)眼的形態(tài)特征進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明,當(dāng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到峰值時(shí),臺(tái)風(fēng)眼各形態(tài)的出現(xiàn)頻率由高到低依次為圓形、開放形與多邊形。在臺(tái)風(fēng)生命周期內(nèi),臺(tái)風(fēng)眼的各形態(tài)可能交替出現(xiàn),并對臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化具有較強(qiáng)的指示意義。此外還對部分類型臺(tái)風(fēng)眼的時(shí)空分布特征進(jìn)行了討論。

西北太平洋;臺(tái)風(fēng)眼;衛(wèi)星云圖

臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在西太平洋熱帶洋面上的1種強(qiáng)列的氣旋性渦旋,常伴有大風(fēng)、暴雨等極為強(qiáng)烈的天氣,是一種破壞性極強(qiáng)的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。在臺(tái)風(fēng)中心附近,通?？梢杂^測到部分相對平靜的區(qū)域,該區(qū)域一般被稱為“臺(tái)風(fēng)眼”(Eye)。在結(jié)構(gòu)方面,臺(tái)風(fēng)眼的外側(cè)多有眼壁(Eyewall)結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為發(fā)展旺盛的環(huán)狀或近環(huán)狀雷暴帶。眼的外限為眼壁的內(nèi)緣,臺(tái)風(fēng)眼的形態(tài)實(shí)質(zhì)上是指臺(tái)風(fēng)眼壁內(nèi)緣的形狀。

在對熱帶氣旋的研究中,臺(tái)風(fēng)眼較早受到了人們的注意。Haurwitz[1]利用地面觀測資料估算了臺(tái)風(fēng)眼暖心結(jié)構(gòu)的高度,并對臺(tái)風(fēng)眼區(qū)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。Kuo[2],Malkus[3]等人初步探討了眼區(qū)形成、維持過程中的一些基本問題,為早期的熱帶氣旋研究做出了重要貢獻(xiàn)。

隨著氣象觀測技術(shù)的不斷進(jìn)步,一些新的臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。Fortner[4]利用雷達(dá)觀測資料首先對同心眼(Concentric eye)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述,此后該結(jié)構(gòu)一直被認(rèn)為是特殊個(gè)例而未引起廣泛注意。Willoughby[5]分析了1969—1971年的機(jī)載雷達(dá)探測資料,指出同心眼通常在臺(tái)風(fēng)峰值強(qiáng)度后出現(xiàn),并強(qiáng)調(diào)其個(gè)例數(shù)目很可能被低估。Houze等人[6]探討了颶風(fēng)①由于研究海域的不同,在熱帶西太平洋稱為臺(tái)風(fēng)、在熱帶大西洋稱為颶風(fēng),特此說明。強(qiáng)度與眼區(qū)替代循環(huán)(Eyewall replacement cycle)過程的關(guān)系,同心眼被認(rèn)為是該過程的反映。

Knaff和Kossin[7-8]對大西洋、東太平洋熱帶氣旋的眼區(qū)特征進(jìn)行了研究,引入了環(huán)形颶風(fēng)(Annular hurricanes)概念,并指出其強(qiáng)度偏高、持續(xù)時(shí)間偏長的特征。隨后他們與Cram等人[9]提出了該類颶風(fēng)的客觀識(shí)別方案。Musgrave等人[10]分析了1989—2006年大西洋上生成的颶風(fēng),給出一類以快速增強(qiáng)發(fā)展為特征的小眼區(qū)(Pinhole eye)熱帶氣旋的定義。

觀測表明,形成眼區(qū)的熱帶氣旋通常有迅速增強(qiáng)的現(xiàn)象,而氣旋的組織性也會(huì)得到加強(qiáng)。理論和數(shù)值研究同樣指出,眼區(qū)與眼壁結(jié)構(gòu)對熱帶氣旋狀態(tài)的維持及強(qiáng)度變化有重要作用[11]。針對熱帶氣旋的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù),Dvorak[12]提出了一套經(jīng)典的方案,作為重要的界定依據(jù),眼區(qū)的有無、大小、完整與否等特征被特別說明。Dvorak[12]的研究表明臺(tái)風(fēng)眼區(qū)結(jié)構(gòu)與熱帶氣旋強(qiáng)度間存在密切的聯(lián)系。

臺(tái)風(fēng)眼的形態(tài)與結(jié)構(gòu)對臺(tái)風(fēng)具有重要意義,但從上述的研究可以看出,目前的工作大多局限于北大西洋與東太平洋海域。由于各海域在地理位置等多方面存在明顯差異,故將其它海域的研究成果直接應(yīng)用于西北太平洋顯然是不合適的。針對這一問題,本文將利用Best Track資料與衛(wèi)星遙感圖像資料,對2001年1月1日～2009年12月31日發(fā)生于100°E～180°E間北半球太平洋、南海海域(以下簡稱西北太平洋海域)的臺(tái)風(fēng)眼的形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 資料

臺(tái)風(fēng)Best Track資料由日本氣象廳(JMA)下屬的專業(yè)區(qū)域氣象中心(RSMC)提供②http://www.jma.go.jp/JMA_HP/jma/jma-eng/jma-center/rsmc-hp-pub-eg/RSMC_HP.htm,依據(jù)最大10 min持續(xù)風(fēng)速,熱帶氣旋被劃分為臺(tái)風(fēng)(>32.7 m/s)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(24.7～32.7 m/s)、熱帶風(fēng)暴(<16.9 m/s)3類。聯(lián)合臺(tái)風(fēng)預(yù)警中心(J TWC)的分類標(biāo)準(zhǔn)有所不同,依據(jù)最大1 min持續(xù)風(fēng)速,熱帶氣旋被劃分為超級(jí)臺(tái)風(fēng)(>69.2 m/s)、臺(tái)風(fēng)(34.6～69.2 m/s)、熱帶風(fēng)暴(18.4～34.6 m/s)3類。由于遙感分析數(shù)據(jù)主要由美國各研究機(jī)構(gòu)獲取,其熱帶氣旋分類多采用J TWC標(biāo)準(zhǔn),且該標(biāo)準(zhǔn)與JMA標(biāo)準(zhǔn)無法互相替代,為避免混淆,下文在使用時(shí)將分別以JMA-BT、J TWC-BT加以注明。

日本國立情報(bào)學(xué)研究所(NII)提供了靜止氣象衛(wèi)星資料①http://agora.ex.nii.ac.jp/digital-typhoon。靜止氣象衛(wèi)星空間分辨率偏低,臺(tái)風(fēng)眼區(qū)圖像的細(xì)節(jié)模糊,為解決該問題,采用美國宇航局(NASA)提供的中等成像光譜儀(MODIS)圖像②http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/realtime/?calendar作為補(bǔ)充。

美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)蒙特利海洋氣象部(MMMD)提供了85-GHz附近通道的被動(dòng)微波遙感圖像資料③http://www.nrlmry.navy.mil/TC.html。在本文所采用的資料中,深厚的對流系統(tǒng)表現(xiàn)為明顯的亮溫低值區(qū)域[13]。因此,即便臺(tái)風(fēng)眼上部有高層卷云覆蓋,依然可以利用85 GHz附近通道的微波遙感圖像資料判別臺(tái)風(fēng)眼的形態(tài)?；谝陨峡紤],微波圖像在本文的研究中,與紅外和可見光云圖一同被作為重要的資料被使用。

此外,為更細(xì)致地描述臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度并與某些資料保持一致,本文借用了薩菲爾-辛普森颶風(fēng)等級(jí)評定標(biāo)準(zhǔn)(SSHS)。

2 臺(tái)風(fēng)眼的分類

長期以來,臺(tái)風(fēng)眼的分類工作多通過主觀分析方法進(jìn)行,即首先確定容易操作的分類標(biāo)準(zhǔn),再對衛(wèi)星遙感資料進(jìn)行人工歸類分析。以往對同心眼颶風(fēng)[5]、環(huán)形颶風(fēng)[7-8]、小眼區(qū)熱帶氣旋[10]的研究均采用了這種方法。在主觀分析方法的基礎(chǔ)上,Knaff等人[7]發(fā)展了環(huán)形颶風(fēng)的客觀識(shí)別方法,其研究利用稍早的主觀分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果,與數(shù)值模擬結(jié)果,建立了經(jīng)驗(yàn)概率模型并取得了較好的預(yù)報(bào)效果。盡管如此,對于形態(tài)更復(fù)雜的眼區(qū),客觀分析法的應(yīng)用在目前仍具有相當(dāng)?shù)睦щy。因此,本文的眼區(qū)分類仍通過主觀分析完成,而對于分類標(biāo)準(zhǔn)的確定,也在保證系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上力求與前人工作相承續(xù)。

借助衛(wèi)星遙感資料,本文將臺(tái)風(fēng)中心附近出現(xiàn)較為明顯的天氣相對平靜區(qū)域,同時(shí)該區(qū)域外圍環(huán)狀對流區(qū)間斷相對其中心角度<180(°)的條件,作為判斷眼區(qū)存在的準(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)上,作者分析了2001年1月1日～2009年12月31日的西北太平洋海域資料,從眼壁內(nèi)緣形態(tài)的角度,將131例臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)眼分為封閉眼、開放眼與同心眼3類。

2.1 封閉眼(Closed eye)

封閉眼是外圍眼壁為單層結(jié)構(gòu)且眼壁環(huán)繞眼區(qū)中心角度≥270(°)的臺(tái)風(fēng)眼。結(jié)合外圍眼壁的情況,封閉眼可進(jìn)一步分為圓眼、類圓眼及多邊形眼3個(gè)子類。

2.1.1 圓眼(Ring eye) 圓眼(見圖1)呈圓形,眼壁內(nèi)緣光滑,無明顯的直線或折角部分。該類臺(tái)風(fēng)眼出現(xiàn)時(shí),其外圍云系可呈對稱環(huán)狀、逗點(diǎn)狀等多種形態(tài)。分析發(fā)現(xiàn),該結(jié)構(gòu)存續(xù)時(shí)間多大于12 h,是一種較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

圖1 臺(tái)風(fēng)KROSA于2007年10月5日00 UTC的紅外云圖(a)及85 GHz微波圖像(b)。臺(tái)風(fēng)HAITANG于2005年7月16日12時(shí)的紅外云圖(c)及85GHz微波圖像(d)。Fig.1 IR images(a)and 85GHz microwave image(b)of typhoon KROSA at 00 UTC 5 October,2007.IR images(c) and 85GHz microwave image(d)of typhoon HAITANG at 12 UTC 16 July,2005

圖2 臺(tái)風(fēng)SINLAKU于2008年9月12日00 UTC的紅外云圖(a)及91 GHz微波圖像(b)。臺(tái)風(fēng)KOPPU于2009年9月14日18 UTC的紅外云圖(c)及89GHz微波圖像(d)Fig.2 IR images(a)and 91GHz microwave image(b)of typhoon KROSA at 00 UTC 12 September,2008.IR images (c)and 91GHz microwave image(d)of typhoon KOPPU at 18 UTC 14 September,2009

2.1.2 類圓眼(Oval eye) 類圓眼(見圖2)呈橢圓形或卵形,內(nèi)眼壁較為光滑,無明顯的直線或折角。研究發(fā)現(xiàn),類圓眼的存在時(shí)間一般<8 h。該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,多數(shù)情況下作為一種過渡形態(tài)出現(xiàn)。

2.1.3 多邊形眼(Polygon eye) 多邊形眼(見圖3)形態(tài)不規(guī)則,眼壁內(nèi)緣粗糙,存在折角或直線。紅外與可見光云圖中,多邊形眼內(nèi)部可出現(xiàn)明顯的對流區(qū)域,眼壁內(nèi)緣有時(shí)呈鋸齒狀;部分眼區(qū)上空有卷云覆蓋,須借助微波遙感圖像識(shí)別。

圖3 臺(tái)風(fēng)KIROGI于2005年10月17日12··00UTC的紅外云圖(a)及91 GHz微波圖像(b)。臺(tái)風(fēng)MORAKOT于2009年8月7日00··00的紅外云圖(c)及91GHz微波圖像(d)Fig.3 IR images(a)and 91GHz microwave image(b)of typhoon KIROGI at 12 UTC 17 October,2005.IR images (c)and 91GHz microwave image(d)of typhoon KOPPU at 00 UTC 7 August,2009

2.2 開放眼(Open eye)

開放眼(見圖4)是外圍眼壁為單層結(jié)構(gòu)且眼壁環(huán)繞眼區(qū)中心角度<270(°)且>180(°)的臺(tái)風(fēng)眼。開放眼出現(xiàn)時(shí),臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)組織性較差,強(qiáng)度一般較弱。在紅外與可見光云圖中,眼區(qū)附近有螺旋云帶旋卷,但其外圍沒有厚實(shí)且有組織的眼壁,有時(shí)螺旋環(huán)流可達(dá)一圈以上。

2.3 同心眼(Concentric eye)

同心眼(見圖5)是眼壁為雙層或多層同心嵌套結(jié)構(gòu)、任一層眼壁環(huán)繞眼區(qū)中心角度>180(°)且不存在2層或多層眼壁環(huán)繞中心角度<270(°)的臺(tái)風(fēng)眼。同心眼出現(xiàn)時(shí),臺(tái)風(fēng)多具有高度對稱性,眼壁間往往是天氣相對平靜的區(qū)域。

以上分類涵蓋了研究資料中涉及的所有臺(tái)風(fēng)眼區(qū)形態(tài),分類過程中參考了Kodama和Yamada(2005)從降水分布角度提出的分類標(biāo)準(zhǔn)。需要說明的是,對于生成或衰亡中的臺(tái)風(fēng),出現(xiàn)無眼狀態(tài)是一種非常普遍的現(xiàn)象,為便于識(shí)別和區(qū)分,圖6給出圖例參考。

圖4 臺(tái)風(fēng)KAEMI于2006年7月22日06··00UTC的紅外云圖(a)及85 GHz微波圖像(b)。臺(tái)風(fēng)KAI-TAK于2005年10月31日18··00的紅外云圖(c)及85GHz微波圖像(d)Fig.4 IR images(a)and 91GHz microwave image(b)of typhoon KAEMI at 06 UTC 22 July,2006.IR images(c)and 85GHz microwave image(d)of typhoon KOPPU at 18 UTC 31 October,2005

圖5 臺(tái)風(fēng)YAGI于2006年9月20日06··00UTC的紅外云圖(a)及85 GHz微波圖像(b)。臺(tái)風(fēng)CHOI-W AN于2009年9月18日00UTC的紅外云圖(c)及89GHz微波圖像(d)Fig.5 IR images(a)and 85GHz microwave image(b)of typhoon YAGI at 06 UTC 20 September,2006.IR images (c)and 89GHz microwave image(d)of typhoon a at 00 UTC 18 September,2009

圖6 臺(tái)風(fēng)HAGIBIS于2006年11月27日03 UTC的紅外云圖(a)及91 GHz微波圖像(b)。臺(tái)風(fēng)SOULIK于2006年10月10日18UTC的紅外云圖(c)及85GHz微波圖像(d)Fig.6 IR images(a)and 91GHz microwave image(b)of typhoon HAGIBIS at 03 UTC 27 November,2007.IR images(c)and 85GHz microwave image(d)of typhoon SOULIK at 18 UTC 10 October,2006

3 不同形態(tài)間的聯(lián)系

對衛(wèi)星遙感資料的分析表明,大多數(shù)臺(tái)風(fēng)的眼區(qū)會(huì)出現(xiàn)多種形態(tài)交替出現(xiàn)的現(xiàn)象;同時(shí),各形態(tài)間的交替往往與臺(tái)風(fēng)的發(fā)展變化有良好的關(guān)聯(lián)性。以2007年臺(tái)風(fēng)圣帕(Sepat)為例,該臺(tái)風(fēng)于格林尼治時(shí)間(下同)2007年8月11日06U TC在北馬里亞納群島(Northern Mariana Islands)以西洋面生成,隨后逐漸向菲律賓群島移動(dòng),12日06U TC的微波圖像(見圖7)顯示此時(shí)臺(tái)風(fēng)眼為開放形態(tài),中心附近最大風(fēng)速為19 m/s(J TWC-BT,下同)。緩慢發(fā)展42 h后,臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A形(見圖8),中心附近最大風(fēng)速達(dá)到42 m/s。隨后圣帕經(jīng)歷了一個(gè)迅速增強(qiáng)的過程,16日06 U TC臺(tái)風(fēng)眼出現(xiàn)同心結(jié)構(gòu)(見圖9),此時(shí)中心附近最大風(fēng)速已達(dá)到73 m/s。此后的17 h中,圣帕的臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為圓形(見圖10),該過程中其移動(dòng)方向由西向轉(zhuǎn)為西北向,中心附近最大風(fēng)速結(jié)束增強(qiáng)過程并維持在76 m/s附近。臺(tái)風(fēng)在臺(tái)灣島登陸后,其強(qiáng)度逐漸下降,至19日00 U TC已為無眼狀態(tài)(見圖11),中心附近最大風(fēng)速同時(shí)降至30 m/s。

一般而言,當(dāng)熱帶氣旋強(qiáng)度較高時(shí),眼區(qū)無云或少云覆蓋,臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)以圓形為主,外圍的眼壁高度發(fā)展、結(jié)構(gòu)對稱;強(qiáng)度較弱時(shí),眼區(qū)界限模糊,可能被高而厚的對流云蓋遮蔽,云蓋下的臺(tái)風(fēng)眼往往呈多邊形;對于更弱或消散中的臺(tái)風(fēng),臺(tái)風(fēng)眼多因眼壁結(jié)構(gòu)不完整而呈現(xiàn)開放的狀態(tài);而無眼特征通常則意味著氣旋形成不久或即將消失,強(qiáng)度十分有限。而由于維持時(shí)間相對有限,類圓形和同心結(jié)構(gòu)被視作過渡性的臺(tái)風(fēng)眼形態(tài),其出現(xiàn)多與明顯的強(qiáng)度、路徑等變化相聯(lián)系。

圖7 臺(tái)風(fēng)SEPAT于2007年8月12日06 UTC的91 GHz微波圖像Fig.7 91GHz microwave image of typhoon SEPAT at 06 UTC 12 August,2007

圖8 臺(tái)風(fēng)SEPAT于2007年8月14日00 UTC的91 GHz微波圖像Fig.8 91GHz microwave image of typhoon SEPAT at 06 UTC 14 August,2007

圖9 臺(tái)風(fēng)SEPAT于2007年8月14日00 UTC的91 GHz微波圖像Fig.9 91GHz microwave image of typhoon SEPAT at 00 UTC 14 August,2007

圖10 臺(tái)風(fēng)SEPAT于2007年8月16日23 UTC的85 GHz微波圖像Fig.10 85GHz microwave image of typhoon SEPAT at 06 UTC 16 August,2007

4 同心結(jié)構(gòu)

Chen曾對1949—1983年間在西北太平洋發(fā)生的1268個(gè)臺(tái)風(fēng)和熱帶氣旋進(jìn)行統(tǒng)計(jì),指出其中的76例有同心雙眼結(jié)構(gòu)出現(xiàn),占樣本總數(shù)的6.0%,平均每年同心雙眼臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)2.2個(gè)。該結(jié)果與Willoughby等人[5]利用飛機(jī)探測資料所得結(jié)果存在較大出入,而后者研究受到資料來源的限制,時(shí)間跨度僅為3 a,亦存在相當(dāng)?shù)牟淮_定性。

圖11 臺(tái)風(fēng)SEPAT于2007年8月19日00 UTC的85 GHz微波圖像Fig.11 91GHz microwave image of typhoon SEPAT at 00 UTC 19 August,2007

前文的論述已提到,在對臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)的遙感觀測中,傳統(tǒng)的紅外與可見光遙感明顯受限,微波遙感資料具有不可替代的優(yōu)勢。利用微波圖像資料對131例樣本的篩選(見表1)表明:該時(shí)期內(nèi)曾出現(xiàn)同心結(jié)構(gòu)的臺(tái)風(fēng)共有37例(由紅外與可見光圖像資料僅能得到4例),占樣本總體的28.3%,其中34例為4級(jí)或5級(jí)(SSHS)臺(tái)風(fēng)。Hawkins等人[4]研究了1997—2007年間西北太平洋海域72例中心風(fēng)速達(dá)到65 m/s的熱帶氣旋,發(fā)現(xiàn)其中81%的個(gè)例出現(xiàn)過同心結(jié)構(gòu)。這里的一些不同主要由定義方面的差異導(dǎo)致,但同心結(jié)構(gòu)眼區(qū)與高強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)具有很好的關(guān)聯(lián)性是毫無疑問的。

表1 臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)同心結(jié)構(gòu)時(shí)的相關(guān)要素列表Table 1 Information for all concentric cases analyzed

續(xù)表1

同心雙眼臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)頻數(shù)最高的區(qū)域?yàn)榱鹎蛉簫u西南洋面,其他兩處高頻數(shù)區(qū)域分別位于馬里亞納群島西側(cè)和小笠原群島附近(見圖12)。其中,琉球群島西南存在廣闊的高溫洋面,途經(jīng)此區(qū)域的臺(tái)風(fēng)往往獲得迅速加強(qiáng);另兩處為典型的熱帶高溫洋面,同時(shí)也是經(jīng)常發(fā)生臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向事件的區(qū)域。時(shí)間分布上,具有同心眼的臺(tái)風(fēng)個(gè)例多發(fā)生于8月至10月間(見表2),占該類臺(tái)風(fēng)的62.2%;該時(shí)間范圍內(nèi)的資料中,觀測到同心結(jié)構(gòu)的次數(shù)(見表3)在全部次數(shù)中比例也達(dá)到47.7%。8月至10月間,同心結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的區(qū)域集中于17°N～28°N、120°E～140°E洋面,而其它月份雙眼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)區(qū)域則明顯偏南。從以上的時(shí)空分布特征可以看出,較高的海溫及臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度,與同心結(jié)構(gòu)眼區(qū)的出現(xiàn)有良好的關(guān)聯(lián)性。此外,作者還嘗試對一些可能的相關(guān)因子進(jìn)行初步篩選,但該工作仍存在相當(dāng)?shù)睦щy。

圖12 出現(xiàn)同心結(jié)構(gòu)時(shí)的臺(tái)風(fēng)位置散點(diǎn)圖Fig.12 Location scatter figure of typhoon which a concentric ring exists in

圖13 觀察到同心結(jié)構(gòu)的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)Fig.13 The number of typhoon observed with a concentric ring

圖14 觀察到臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)同心結(jié)構(gòu)的次數(shù)Fig.14 The number of times of typhoon observed with a concentric ring

眼區(qū)替代循環(huán)過程在分析中同樣有所體現(xiàn)(見表1),研究涉及的時(shí)間范圍內(nèi)共有12例臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)過2次同心雙眼結(jié)構(gòu),其中0416號(hào)臺(tái)風(fēng)Chaba出現(xiàn)了3次同心雙眼結(jié)構(gòu),但沒有臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)3層或更多同心眼壁的情況。從分析結(jié)果看,同心眼的持續(xù)時(shí)間一般在15 h以下,多在8～10 h,眼壁在向內(nèi)收縮過程中容易發(fā)生間斷。Houze等人[6]對颶風(fēng)的眼區(qū)替代循環(huán)過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并強(qiáng)調(diào)了其對颶風(fēng)強(qiáng)度變化過程中的作用。在對西北太平洋臺(tái)風(fēng)的研究中,作者也注意到類似的情況。眼區(qū)替代循環(huán)過程中,同心結(jié)構(gòu)眼區(qū)的出現(xiàn)往往標(biāo)志著一個(gè)增強(qiáng)周期接近完結(jié),隨著內(nèi)眼壁逐漸消失,臺(tái)風(fēng)整體強(qiáng)度多會(huì)逐漸減弱;但如果眼壁繼續(xù)收縮,臺(tái)風(fēng)仍有增強(qiáng)的可能,甚至再次出現(xiàn)同心眼。

5 強(qiáng)度極大時(shí)的臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)

依據(jù)前文給出的分類方法,作者借助微波遙感圖像資料對強(qiáng)度達(dá)到最大值前后的臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(見表2),又借助JAM-BT資料對各類臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度等級(jí)、中心最低氣壓、最大風(fēng)速、移動(dòng)路程、臺(tái)風(fēng)時(shí)長和平均移速等要素進(jìn)行了平均計(jì)算(見表3),并繪制了各類臺(tái)風(fēng)眼分布的散點(diǎn)圖(見圖15)。需要注意的是,臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到極大的時(shí)間段內(nèi),如果眼區(qū)形態(tài)發(fā)生變化,則選取維持時(shí)間較長的形態(tài);同時(shí),存續(xù)時(shí)間較短的類圓眼與同心眼不列入統(tǒng)計(jì)范圍。

從臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到極大時(shí)的眼區(qū)形態(tài)的分析中可得到以下結(jié)果:(1)各眼區(qū)形態(tài)出現(xiàn)頻數(shù)由高到低依次為圓眼、開放眼、多邊形眼;(2)圓形與多邊形眼在強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間上均表現(xiàn)出一定相近性,但在移動(dòng)速度等方面存在明顯差別;(3)圓眼個(gè)例集中于17°N～28°N, 120°E～140°E的范圍內(nèi),開放形與多邊形眼個(gè)例的出現(xiàn)與臺(tái)風(fēng)所在海域無明顯關(guān)系。

注意到圓眼的個(gè)例分布與同心眼分布非常一致,這是后者中的大多數(shù)個(gè)例在強(qiáng)度峰值時(shí)形成圓眼的緣故。再考慮到于強(qiáng)度峰值時(shí)段出現(xiàn)圓眼的臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度往往較大,以及同心結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)常表示臺(tái)風(fēng)正在進(jìn)行眼壁替代過程,于是可以得出以下結(jié)論:同心雙眼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)可以作為臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)并將達(dá)到峰值的信號(hào)。以上結(jié)果仍稍顯簡單,但對臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)可能仍有一定意義。

圖15 不同眼區(qū)形態(tài)特征的臺(tái)風(fēng)在強(qiáng)度達(dá)到峰值時(shí)的位置散點(diǎn)圖Fig.15 Location scatter figure of typhoon with different pattern of eye at peak point of intensity

表2 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到峰值時(shí)的眼區(qū)形態(tài)統(tǒng)計(jì)及相關(guān)要素列表Table 2 Information for all cases analyzed at the peak point of intensity

續(xù)表1

續(xù)表2

表3 各眼區(qū)類型的相關(guān)要素平均值表Table 3 Mean value of relative elements for each pattern

6 結(jié)論

本文利用Best Track數(shù)據(jù)與衛(wèi)星遙感資料,對2001—2009年西北太平洋共計(jì)131個(gè)臺(tái)風(fēng)個(gè)例進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì),并對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了初步分析,可歸納如下:

(1)從眼區(qū)及其外圍眼壁形態(tài)角度,將所涉及的131例臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)過的臺(tái)風(fēng)眼形態(tài)為3類,分別為封閉眼、開放眼和同心眼,封閉眼又可細(xì)分為圓眼、類圓眼和多邊形眼。以上分類方法涵蓋了觀測到的所有臺(tái)風(fēng)眼形態(tài);

(2)在以上分類方法的基礎(chǔ)上,通過對眼區(qū)形態(tài)交替出現(xiàn)過程的描述,指出了各眼區(qū)形態(tài)對臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的指示意義;

(3)簡要討論了具有某些獨(dú)特的統(tǒng)計(jì)特征的同心結(jié)構(gòu)與多邊形眼區(qū),并證實(shí)前者與強(qiáng)度在4級(jí)(SSHS)或以上的臺(tái)風(fēng)具有密切的相關(guān)性;

(4)分析了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到極大時(shí)眼區(qū)形態(tài)的統(tǒng)計(jì)特征,對不同形態(tài)的臺(tái)風(fēng)眼的時(shí)空分布進(jìn)行了初步探討。

致謝:本文在寫作過程中得到中國海洋大學(xué)郭曉霞同學(xué)的幫助,在此表示忠心感謝。

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Abstract: In this paper,the Best Track data and satellite remote sensing data are used to study the morphological characteristics of the typhoon eye over the Northwestern Pacific.Based upon detailed examination of various types of typhoon eyes,131 eyes of typhoon occurring over the Northwestern Pacific during the period from 2001 to 2009 were classified into 3 categories.It is shown that when the typhoons reached their mature stages,the typhoon eyes exhibit the round,open and polygon shapes,respectively from the high to low frequency.During the life cycle of some typhoons,their eyes may exhibit different shapes alternatively,which suggested the change of typhoon intensity.Particularly,the concentric structure of typhoon eye was investigated.In addition,the temporal and spatial distribution of some type of typhoons was examined.

Key words: the Northwestern Pacific;typhoon eye;satellite imagery

責(zé)任編輯 龐 旻

Morphological Characteristics of Typhoon Eye over the Northwestern Pacific

WANG Shuai,ZHANG Gan,FU Dan
(College of Physical and Environmental Oceanography,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

P457.8

A

1672-5174(2010)09Ⅱ-031-11

中國海洋大學(xué)本科生研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(0911010102)資助

2010-07-12;

2010-09-02

王 帥(1988-),男,本科生。E-mail:WS1988626@hotmail.com

E-mail:fudan1991@yahoo.com