林小紅 蔡義勇 韓美 郭弘 劉通易

(1.福建省災(zāi)害天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州350001；2.福建省氣象臺(tái)，福建 福州350001；3.福建省氣象科學(xué)研究所，福建 福州350001)

引言

福建是中國遭受臺(tái)風(fēng)影響嚴(yán)重的省份之一，每年平均有1—2個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸。2017年雙臺(tái)風(fēng)“納沙”和“海棠”24 h內(nèi)先后登陸福建福清，“納沙”(1709)以臺(tái)風(fēng)級(jí)別登陸后很快在福建中部減弱消亡，而“海棠”(1710)以熱帶風(fēng)暴級(jí)別登陸后繼續(xù)以該強(qiáng)度進(jìn)入江西省后才減弱。臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)度變化的不確定性增加了業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)難度，因此，加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)陸上強(qiáng)度變化的研究顯得尤為重要。

迄今為止，已有較多關(guān)于臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)度變化的研究成果。世界氣象組織技術(shù)文件(Chen L S.Decay after landfall，WMO/TD，1998)指出臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流在陸上維持不消的幾個(gè)條件:臺(tái)風(fēng)環(huán)流保持一定的水汽供應(yīng)；臺(tái)風(fēng)環(huán)流中存在活躍的中尺度對(duì)流活動(dòng)；弱冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)環(huán)流引起變性；移入一個(gè)高輻散區(qū)中。水汽輸入是影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的最重要因子[1－3]，其主要通過影響臺(tái)風(fēng)熱力結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度[4－5]。研究表明[6－7]，登陸臺(tái)風(fēng)若能從中緯度獲得斜壓能量，則其低壓能繼續(xù)在陸上維持。也有研究指出[8－10]，潛熱釋放和斜壓位能釋放是登陸臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)或維持的兩種主要能源。此外，動(dòng)量和渦度收支、下墊面飽和濕土、水面與大氣邊界層之間的多種交換對(duì)臺(tái)風(fēng)維持也起到一定作用。關(guān)于環(huán)境風(fēng)垂直切變對(duì)陸上臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的影響，世界氣象組織技術(shù)文件(Chen L S.Decay after landfall，WMO/TD，1998)指出，環(huán)境風(fēng)垂直切變與登陸臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的線性關(guān)系很小，風(fēng)切變對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的影響幾乎可以忽略；許映龍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，2004年“云娜”始終處于小于5 m·s－1的垂直風(fēng)切中，有利“云娜”環(huán)流在陸上維持不消；徐明等[12]對(duì)近15 a登陸中國臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度變化與垂直風(fēng)切進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)登陸過程中垂直風(fēng)切對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化有重要作用。

雙臺(tái)風(fēng)作用對(duì)強(qiáng)度的影響也受到一定關(guān)注。一般情況下當(dāng)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)之間的距離足夠近時(shí)，兩個(gè)強(qiáng)低值系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生吸附作用，合并成一個(gè)環(huán)流系統(tǒng)。從天氣學(xué)角度分析臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的機(jī)制發(fā)現(xiàn)，相鄰中尺度渦旋與臺(tái)風(fēng)渦旋的相互作用可以使臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)[13－14]。有研究表明[15－16]，臺(tái)風(fēng)“天鵝”向0908號(hào)“莫拉克”輸送大量的水汽、渦度和能量等可能是“莫拉克”維持和增強(qiáng)的主要原因。熱帶氣旋“寶霞”對(duì)0608號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”的影響研究表明[17－18]，水汽輸送和臺(tái)風(fēng)“寶霞”殘渦被卷入，是“桑美”在近海突然增強(qiáng)的重要原因。通過臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”對(duì)“蘇拉”的影響進(jìn)行分析[19]，發(fā)現(xiàn)“達(dá)維”的近距離存在，改變了“蘇拉”的水汽輸送、強(qiáng)度變化和結(jié)構(gòu)特征。

上述研究成果提高了對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)和預(yù)報(bào)，但就雙臺(tái)風(fēng)相互作用下強(qiáng)度變化的預(yù)報(bào)仍較困難，有必要繼續(xù)深入研究。因此，本文著重對(duì)2017年雙臺(tái)風(fēng)登陸后“納沙”快速減弱，“海棠”長久維持的強(qiáng)度變化成因進(jìn)行診斷對(duì)比分析，為臺(tái)風(fēng)陸上強(qiáng)度變化的預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文所用資料來源于美國國家環(huán)境預(yù)測中心(National Centers for Environmental Prediction，簡稱NCEP)1°×1°經(jīng)緯度網(wǎng)格再分析資料、中國國家衛(wèi)星氣象中心的風(fēng)云2號(hào)地球同步靜止衛(wèi)星(FY-2E)觀測的云頂亮溫(Temperature of Black Body at cloud top，TBB)資料以及上海臺(tái)風(fēng)研究所間隔6 h一次的臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度資料。

1.2 研究方法

應(yīng)用臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度急劇變化的兩種方法[20，21]，用每一時(shí)次6 h臺(tái)風(fēng)近中心海平面最低氣壓的變壓ΔP表示強(qiáng)度變化，當(dāng)ΔP＜－7.78 hPa時(shí)為臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)時(shí)刻，當(dāng)ΔP＞8.30 hPa時(shí)刻為臺(tái)風(fēng)急劇減弱時(shí)刻；用每一時(shí)次12 h臺(tái)風(fēng)近中心地面最大風(fēng)速變化ΔV表示強(qiáng)度變化，當(dāng)ΔV＞7.9 m·s－1時(shí)為臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)時(shí)刻，當(dāng)ΔV＜－12.9 m·s－1時(shí)為臺(tái)風(fēng)急劇減弱時(shí)刻。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)判定雙臺(tái)風(fēng)登陸后:1709號(hào)“納沙”急劇減弱時(shí)刻為7月30日14:00(ΔP＝8 hPa，ΔV＝－18 m·s－1)，1710號(hào)“海棠”并無急劇增強(qiáng)和減弱時(shí)刻，總體上氣壓與風(fēng)速變化幅度較緩(ΔV為－3～0 m·s－1)，強(qiáng)度維持。

計(jì)算垂直風(fēng)切變(Vertical Wind Shear，簡稱VWS)的算法和臺(tái)風(fēng)范圍，以登陸臺(tái)風(fēng)中心周圍10°×10°區(qū)域內(nèi)計(jì)算某兩層之間的平均風(fēng)場的VWS，公式[12]如下:

式(1)中，u為沿x方向的風(fēng)分量，單位為m·s－1；v為y方向風(fēng)分量，單位為m·s－1。ΔU為兩層的平均u風(fēng)差；ΔV為兩層的平均v風(fēng)差。本文計(jì)算了3種不同層差的VWS:用200 hPa與925 hPa兩層的區(qū)域平均的風(fēng)場矢量差來表示臺(tái)風(fēng)中心附近整層的VWS，500 hPa與925 hPa兩層的區(qū)域平均的風(fēng)場矢量差來表示中低層的VWS，200 hPa與500 hPa兩層的區(qū)域平均的風(fēng)場矢量差來表示中高層的VWS。

2 結(jié)果分析

2.1 雙臺(tái)風(fēng)概況

臺(tái)風(fēng)“納沙”于2017年7月29日19:40登陸中國臺(tái)灣宜蘭后，30日06:00再次登陸福建福清(12級(jí))，30日14:00在福建中部快速減弱為熱帶低壓(7級(jí))，30日20:00終止編報(bào)；臺(tái)風(fēng)“海棠”于7月30日17:30在臺(tái)灣屏東登陸(9級(jí))，31日02:50再次登陸福建福清(8級(jí))，之后維持該強(qiáng)度進(jìn)入江西省，31日23:00減弱為熱帶低壓(7級(jí))，8月1日08:00終止編報(bào)(圖1)?！凹{沙”以臺(tái)風(fēng)級(jí)強(qiáng)度登陸后歷時(shí)8 h減弱為熱帶低壓，而“海棠”以熱帶風(fēng)暴級(jí)強(qiáng)度登陸后在陸上維持該強(qiáng)度近20 h后減弱為熱帶低壓?？梢姡p臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)度變化差異顯著。

圖1 2017年7月雙臺(tái)風(fēng)“納沙”和“海棠”的移動(dòng)路徑和強(qiáng)度Fig.1 Map of moving path and intensity of“Nesat”and“Haitang”double typhoons in July of 2017

由圖2可知，臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸后，云頂亮溫TBB值迅速增大，相應(yīng)強(qiáng)度快速減弱，其本體云系松散并向四周外擴(kuò)，殘渦環(huán)流逐漸卷入“海棠”環(huán)流云系中(圖2a至圖2c)。臺(tái)風(fēng)“海棠”登陸前，亮溫低值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)，登陸后，TBB低值區(qū)轉(zhuǎn)向臺(tái)風(fēng)中心東南側(cè)并穩(wěn)定維持在福建省和廣東省沿岸，主體云團(tuán)逐漸遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)中心(圖2d至圖2f)。

由雙臺(tái)風(fēng)距離變化可見(圖3)，“海棠”生成后與“納沙”之間的距離小于1000 km。前人的觀測研究和數(shù)值模擬表明[22－25]，雙臺(tái)風(fēng)是否存在相互作用主要依賴于它們的中心距離大小，中心臨界距離通常取10—15個(gè)緯距；當(dāng)雙臺(tái)風(fēng)的距離越小，其相互作用將超過環(huán)境流場的影響，變得越來越突出[26－28]?！凹{沙”與“海棠”中心距離隨時(shí)間遞減，雙臺(tái)風(fēng)效應(yīng)隨時(shí)間越發(fā)顯著。30日17:00，雙臺(tái)風(fēng)距離達(dá)到522 km，30日14:00—19:00，受到雙臺(tái)風(fēng)效應(yīng)顯著影響，該時(shí)段“納沙”減弱后的殘渦環(huán)流逐漸并入“海棠”環(huán)流，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)靠近及合并，使得“海棠”強(qiáng)度得到增強(qiáng)，其特征與前人研究結(jié)論一致[13－14]。可見，雙臺(tái)風(fēng)之間的相互作用及合并，是導(dǎo)致“海棠”獲得能量使之登陸后強(qiáng)度繼續(xù)維持的原因之一。

圖2 2017年7月30日08:00(a)、30日14:00(b)、31日02:00(c)、31日08:00(d)、31日16:00(e)及8月1日08:00(f)臺(tái)風(fēng)區(qū)域TBBFig.2 Spatial distributions of temperature of black body(TBB)at 08:00(a)and 14:00(b)on July 30，02:00(c)，08:00(d)，and 16:00(e)on July 31 and 08:00(f)on August 1，2017

圖3 2017年7月雙臺(tái)風(fēng)距離和臺(tái)風(fēng)近中心風(fēng)速的時(shí)序演變Fig.3 Variation of time series evolution of the distance between double typhoons and the wind speed near the center

2.2 大尺度天氣特征

2.2.1 水汽輸入

2017年7月雙臺(tái)風(fēng)“納沙”、“海棠”先后登陸過程，低空水汽輸入差異顯著。由圖4可見，雙臺(tái)風(fēng)登陸前，85°E和105°E兩支越赤道氣流均較弱，水汽輸送通道主要來源于孟加拉灣到中國南海一帶?！凹{沙”登陸前其眼區(qū)外圍為水汽通量大值區(qū)，且明顯高于“海棠”(圖4a)，隨著“納沙”登陸后臺(tái)風(fēng)下墊面由海洋轉(zhuǎn)為陸地(圖4b)，其四周水汽通量明顯減弱，而此時(shí)“納沙”南面的“海棠”南側(cè)水汽通量值卻明顯增加了10—15 g·cm－1·hPa－1·s－1，主要原因是其截留自南海輸送的水汽，因而，受水汽輸入的減弱及陸面摩擦影響，“納沙”能量耗散是其登陸后強(qiáng)度快速減弱的原因之一。7月31日08:00和20:00(圖4c和圖4d)，越赤道氣流開始活躍并增強(qiáng)，A區(qū)域和B區(qū)域兩支越赤道氣流將南半球水汽向北半球輸送，這兩支越赤道水汽在南海匯合后繼續(xù)向深入內(nèi)陸的“海棠”環(huán)流內(nèi)輸入，盡管“海棠”登陸后下墊面改變，但其東南側(cè)即沿海一帶水汽通量大值一直維持，為沿海上空深對(duì)流的長久維持提供有利的水汽和能量條件。此外，“海棠”北側(cè)上空的東風(fēng) 增強(qiáng)使其北側(cè)的水汽輸送得以增加(水汽通量值增大了20 g·cm－1·hPa－1·s－1)，這有利于將南風(fēng)輸送過來的水汽轉(zhuǎn)為由東風(fēng)輸進(jìn)“海棠”環(huán)流內(nèi)使其陸上強(qiáng)度維持。

圖4 2017年7月29日20:00(a)、30日14:00(b)、31日08:00(c)及31日20:00(d)臺(tái)風(fēng)區(qū)域925 hPa水汽通量和風(fēng)場Fig.4 Composite graphs of water vapor flux and wind field at 925 hPa at 20:00(a)on July 29，14:00(b)on July 30，08:00(c)and 20:00(d)on July 31，2017

由2017年7月29—31日水汽變化可知(圖5)，臺(tái)風(fēng)區(qū)域的平均水汽通量大值區(qū)位于低空850 hPa以下，臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸過程水汽通量值快速減弱，登陸后風(fēng)速值相應(yīng)較小，30日20:00前后起水汽通量值又再次增強(qiáng)，相應(yīng)南風(fēng)值也明顯增大，其大值一直維持至出福建省后才減弱。

2.2.2 高空出流

雙臺(tái)風(fēng)先后登陸過程，200 hPa東亞中高緯度地區(qū)為副熱帶高壓(以下簡稱副高)和西風(fēng)槽系統(tǒng)影響，雙臺(tái)風(fēng)位于副高的西南側(cè)，副高西北側(cè)為西風(fēng)槽，副高北側(cè)有大于30 m·s－1的西風(fēng)急流(圖6)。臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸后西移，處于副高西南側(cè)偏東氣流下的單通道出流區(qū)中，西風(fēng)槽位置穩(wěn)定少動(dòng)，副高北側(cè)西風(fēng)急流略有減弱(由36 m·s－1減小至32 m·s－1)，使得西風(fēng)急流右側(cè)副高區(qū)內(nèi)相對(duì)負(fù)渦度減小，從而導(dǎo)致副高減弱(副高環(huán)流中心向東撤退5個(gè)經(jīng)度)；相應(yīng)副高南側(cè)與“納沙”北側(cè)之間的東風(fēng)也減弱了4—6 m·s－1(圖6a和圖6b)，臺(tái)風(fēng)流出氣流減弱，高層輻散值減弱，導(dǎo)致“納沙”強(qiáng)度減弱。而臺(tái)風(fēng)“海棠”登陸后，副高強(qiáng)度及西風(fēng)急流均增強(qiáng)。“海棠”西移中，北側(cè)西風(fēng)槽逐漸東移，副高北側(cè)西風(fēng)急流顯著增強(qiáng)(急流核由40 m·s－1增大至64 m·s－1)并有所南壓，西風(fēng)急流的增強(qiáng)使其右側(cè)副高區(qū)內(nèi)相對(duì)負(fù)渦度增加，從而導(dǎo)致副高強(qiáng)度增強(qiáng)，且副高環(huán)流西伸并北擴(kuò)(圖6c和圖6d)，有利于副高南側(cè)“海棠”流出氣流的增強(qiáng)，“海棠”周圍輻散值可見其值有所增大。另外，距“海棠”中心200 km的東南側(cè)存在反氣旋式多通道出流，輻散氣流東南側(cè)強(qiáng)于中心四周，導(dǎo)致“海棠”呈現(xiàn)空心化的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。高層輻散流出氣流的增強(qiáng)，利于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度維持或降低臺(tái)風(fēng)登陸引起的強(qiáng)度衰減速度。

圖5 2017年7月29日至8月1日臺(tái)風(fēng)區(qū)域(110°—125°E，20°—30°N)平均水汽通量和風(fēng)速的高度—時(shí)間剖面Fig.5 Height-time profile of average water vapor flux and wind speed over typhoon region(110°-125°E，20°-30°N)from July 29 to August 1，2017

圖6 2017年7月30日08:00(a)、30日14:00(b)、31日08:00(c)及31日20:00(d)200 hPa臺(tái)風(fēng)區(qū)域流場和散度場Fig.6 Composite graphs of flow and divergence fields at 200 hPa at 08:00(a)and 14:00(b)on July 30，08:00(c)and 20:00(d)on July 31，2017

2.2.3 副熱帶西風(fēng)急流對(duì)中低層?xùn)|風(fēng)影響

2017年7月30—31日臺(tái)風(fēng)“納沙”、“海棠”臺(tái)風(fēng)中心緯向風(fēng)和渦度隨高度變化見圖7。圖7中，臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)東風(fēng)和副熱帶西風(fēng)急流之間白色區(qū)域?yàn)轱L(fēng)速不大于5 m·s－1的東風(fēng)或西風(fēng)區(qū)，這是副高的脊線或中心區(qū)域[29]。臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸后，副高北側(cè)400—100 hPa西風(fēng)急流變化不大(急流核均大于30 m·s－1)，但400—800 hPa西風(fēng)有所減弱，伴隨副高南側(cè)和臺(tái)風(fēng)北側(cè)之間的中低空東風(fēng)明顯減弱(東風(fēng)核由25 m·s－1減小至15 m·s－1)；同時(shí)臺(tái)風(fēng)南北兩側(cè)緯向風(fēng)的風(fēng)速值快速減小，可見“納沙”的氣旋式環(huán)流在快速減弱，由渦度變化可見，其上空渦度值相應(yīng)大幅減小(圖7a和圖7b)。臺(tái)風(fēng)“海棠”深入內(nèi)陸中，副高北側(cè)800 hPa以上西風(fēng)增強(qiáng)且南壓，尤其是200 hPa附近40°N以北西風(fēng)明顯增強(qiáng)(25 m·s－1范圍增大)，中層500—700 hPa東風(fēng)減弱，低層800 hPa以下東風(fēng)明顯增大，同時(shí)東風(fēng)北界向北擴(kuò)展約4個(gè)緯距(圖7c和圖7d)，低層800 hPa以下臺(tái)風(fēng)南北側(cè)緯向風(fēng)不對(duì)稱性增強(qiáng)，北側(cè)東風(fēng)大于南側(cè)西風(fēng)，即“海棠”低層氣旋式環(huán)流有所增強(qiáng)，從渦度值變化來看，總體值基本維持，但在低層臺(tái)風(fēng)兩側(cè)可見渦度值相應(yīng)有所增加。副高北側(cè)西風(fēng)急流與副高南側(cè)中低空風(fēng)場強(qiáng)弱變化一致性對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的影響究其原因與副高南北側(cè)氣壓梯度力變化有關(guān)，這一特征與張玲等[29]分析結(jié)果一致。

圖7 2017年7月30日08時(shí)(a)、30日14時(shí)(b)、31日08時(shí)(c)及31日20時(shí)(d)過臺(tái)風(fēng)中心的緯向風(fēng)和渦度隨高度變化Fig.7 Composite graphs of zonal wind and vorticity over the typhoon center varying with height at 08:00(a)and 14:00(b)on July 30，08:00(c)and 20:00(d)on July 31，2017

圖8 2017年7—8月臺(tái)風(fēng)區(qū)域(118°—121°E，22°—28°N)平均垂直速度和散度的高度—時(shí)間剖面Fig.8 Height-time profile of average vertical velocity and divergence over the region(118°-121°E，22°-28°N)during July to August of 2017

2017年7月臺(tái)風(fēng)區(qū)域平均垂直速度和散度的高度—時(shí)間剖面見圖8。由圖8可知，東南沿海上空呈現(xiàn)高空強(qiáng)輻散和邊界層強(qiáng)輻合的有利動(dòng)力配置，強(qiáng)輻合中心位于925—950 hPa，強(qiáng)輻散中心位于200—100 hPa，150 hPa附近輻散最大。臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸前，東南沿海上空散度層深厚，大氣垂直上升運(yùn)動(dòng)顯著區(qū)在800—700 hPa；“納沙”登陸后，7月30日08:00，東南沿海上空低層輻合及垂直上升運(yùn)動(dòng)均減弱明顯；30日14:00，“納沙”移至閩中，低空輻合、高空輻散及垂直上升運(yùn)動(dòng)均顯著減弱，此時(shí)“納沙”強(qiáng)度快速減弱為熱帶低壓。隨著臺(tái)風(fēng)“海棠”靠近并登陸，30日20時(shí)起東南沿海上空低層輻合高層輻散及上升運(yùn)動(dòng)又再次增大，31日08—20時(shí)“海棠”深入內(nèi)陸，上升運(yùn)動(dòng)增大且大值區(qū)移至400—500 hPa，高層散度值達(dá)到最大，整層大氣存在兩次輻合和輻散交替過程，加劇了邊界層水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)，高低空動(dòng)力耦合作用加強(qiáng)了東南沿海上空對(duì)流云團(tuán)旺盛發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)臺(tái)風(fēng)“海棠”強(qiáng)度維持不減。

上述分析表明，臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸后快速減弱，與南風(fēng)快速減弱及水汽輸送被“海棠”截留有關(guān)，也與副高北側(cè)高層西風(fēng)急流減弱下副高南側(cè)各層?xùn)|風(fēng)減小及弱動(dòng)力有關(guān)。臺(tái)風(fēng)“海棠”登陸后長久維持與越赤道氣流活躍及整個(gè)邊界層南風(fēng)再次增大有關(guān)，同時(shí)還與副熱帶西風(fēng)急流增強(qiáng)南壓、副高西伸增強(qiáng)北擴(kuò)、副高南側(cè)對(duì)流層低層?xùn)|風(fēng)增強(qiáng)以及高低空強(qiáng)動(dòng)力耦合抽吸條件密切相關(guān)，高空反氣旋式多通道輻散出流條件也促使“海棠”強(qiáng)度維持不減。

2.3 雙臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化

2.3.1 雙臺(tái)風(fēng)吸引及合并對(duì)強(qiáng)度變化

圖9 2017年7月30日臺(tái)風(fēng)區(qū)域14:00(a)、30日20:00(b)、31日08:00(c)和31日14:00(d)850 hPa渦度場和流場疊加Fig.9 850 hPa vorticity field and flow field superposition at 14:00(a)，20:00(b)on July 30 and 08:00(c)，14:00(d)on July 31，2017

雙臺(tái)風(fēng)登陸前后強(qiáng)度變化除了受到大尺度形勢影響外，還與它們距離靠近，兩個(gè)渦旋吸引，“納沙”殘余環(huán)流并入“海棠”為其輸送動(dòng)力與能量有關(guān)。吳中海[30]指出，當(dāng)兩個(gè)渦旋相距較近時(shí)，大尺度流場的“引導(dǎo)”差異比較小，此時(shí)主要以相互間的作用力為主。2017年7月30日14:00的850 hPa渦度場和流場見圖9a，雙臺(tái)風(fēng)各有獨(dú)立的正渦度渦旋，此時(shí)二者并未建立渦度相互輸送的連接通道。30日20:00(圖9b)，“納沙”減弱停止編號(hào)，其殘余環(huán)流開始卷入“海棠”西南側(cè)環(huán)流中，二者渦度輸送通道建立；“納沙”渦度迅速減弱，此時(shí)“海棠”中心附近渦度明顯增大，30日14:00—20:00，“海棠”強(qiáng)度由20 m·s－1增至23 m·s－1，該現(xiàn)象與羅哲賢[31]和周秀驥等[32]的理想試驗(yàn)結(jié)論一致:渦合并過程往往是一個(gè)強(qiáng)度不斷增大的過程，可見雙臺(tái)風(fēng)靠近相吸作用下，“納沙”向“海棠”輸送渦度因子使其強(qiáng)度有所增強(qiáng)。31日08:00—14:00，“海棠”登陸后深入內(nèi)陸(圖9c和圖9d)，持續(xù)將“納沙”殘余環(huán)流及渦度值卷入，低層正渦度得到補(bǔ)充是“海棠”陸上強(qiáng)度維持不減的原因之一。由風(fēng)廓線風(fēng)場及雷達(dá)回波演變可知(圖略)，“納沙”殘余螺旋雨帶持續(xù)卷入“海棠”西南側(cè)過程，與渦度場變化相一致?！凹{沙”殘余卷入過程也是向“海棠”輸入斜壓能量過程(圖10)，“海棠”登陸前后，減弱的“納沙”左側(cè)有弱冷空氣南下隨著殘余環(huán)流卷入“海棠”后側(cè)環(huán)流中，使得“海棠”登陸后獲得斜壓能量。

圖10 2017年7月31日臺(tái)風(fēng)區(qū)域02:00(a)和31日08:00(b)925 hPa溫度場和風(fēng)場Fig.10 Composite graphs of temperature and flow fields at 925 hPa at 02:00(a)and 08:00(b)on July 31，2017

2.3.2 環(huán)境風(fēng)垂直切變作用

圖11 三種不同層差環(huán)境風(fēng)垂直切變與臺(tái)風(fēng)“納沙”(a)和“海棠”(b)中心氣壓的時(shí)序演變Fig.11 Variations of time series evolution of three different vertical wind shears and pressure at the center of＂Nesat＂(a)and＂Haitang＂(b)typhoons

垂直風(fēng)切變(VWS)對(duì)海上臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展的影響已有較多研究，VWS與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化之間存在較明顯的負(fù)相關(guān)，但它對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的影響機(jī)制方面的研究并不多。對(duì)2017年雙臺(tái)風(fēng)登陸過程尤其是陸上階段強(qiáng)度變化與VWS相關(guān)性進(jìn)行分析。由圖11可知，雙臺(tái)風(fēng)在登陸前后VWS值均小于15 m·s－1，登陸后VWS值總體要小于登陸前。臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸過程(圖11a)，中高層(200 hPa—500 hPa)VWS變化呈現(xiàn)先減小后增大趨勢，與臺(tái)風(fēng)中心氣壓先減小后增大的演變趨勢基本一致，而整層(200 hPa—925 hPa)、中低層(500 hPa—925 hPa)VWS與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化趨勢并無一定規(guī)律，總體上看中高層VWS變化對(duì)臺(tái)風(fēng)“納沙”強(qiáng)度變化的可預(yù)報(bào)性有參考意義，但在“納沙”急劇減弱時(shí)刻(2017年7月30日14:00)，三種不同層差VWS值卻為減小或維持，對(duì)陸上強(qiáng)度的突變轉(zhuǎn)折并無預(yù)報(bào)參考性。臺(tái)風(fēng)“海棠”登陸前與登陸后VWS表現(xiàn)不同(圖11b)，登陸前三種不同層差VWS變化與臺(tái)風(fēng)中心氣壓變化較一致，即VWS值減小相應(yīng)臺(tái)風(fēng)中心氣壓減小，反之VWS值增大氣壓也增大；登陸后，三種VWS值均表現(xiàn)一致的下降(小于6 m·s－1)，在31日14:00達(dá)到最低值，之后值基本小于3 m·s－1，而該階段“海棠”中心6 h變壓值較小。徐明等[12]對(duì)高低空VWS與登陸中國111個(gè)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中指出，較弱的VWS(0—6 m·s－1)對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的削弱作用較小，有利于登陸臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的維持?！昂Ｌ摹钡顷懞笕N不同層差的VWS減小趨勢表現(xiàn)一致性且值均小于6 m·s－1，有利于“海棠”登陸后長久維持，而“納沙”登陸后三種不同層差的VWS變化趨勢并不一致，值有小于6 m·s－1，也有大于6 m·s－1，無規(guī)律可尋，因此，VWS對(duì)“納沙”陸上強(qiáng)度快速減弱并無參考性。

2.3.3 沿岸對(duì)流發(fā)展對(duì)強(qiáng)度變化影響

海岸鋒屬于邊界層的中尺度鋒，具有密度流特征，它的形成與局地地形的動(dòng)力和熱力作用有關(guān)，是產(chǎn)生中尺度對(duì)流性天氣的重要原因。海岸鋒常穩(wěn)定活動(dòng)在海岸附近，并和海岸線近似平行。許吟隆[33]對(duì)中國東南沿海地區(qū)的海岸鋒生與降水分布進(jìn)行模擬研究指出，在有利的大尺度背景作用下，東南沿岸在夜間可以形成海岸鋒生，鋒生區(qū)域降水量明顯增大。由圖12可見，臺(tái)風(fēng)“納沙”減弱到停止編號(hào)階段，溫度等值線密集區(qū)位于臺(tái)灣海峽南部一帶(圖12a)，邊界層臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)鋒生較弱，導(dǎo)致鋒生動(dòng)力抬升弱，進(jìn)而臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度減弱；臺(tái)風(fēng)“海棠”深入內(nèi)陸，溫度等值線密集區(qū)位于福建省和廣東省沿岸一帶，且夜間鋒生加強(qiáng)(圖12b)，等值線密集區(qū)和鋒生區(qū)與海岸近似平行，海岸鋒生的形成促使東南沿岸對(duì)流得以持續(xù)發(fā)展，加劇了“海棠”非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，環(huán)流右側(cè)中小尺度對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展促使“海棠”強(qiáng)度維持不減。

海表潛熱和感熱通量是海氣能量平衡和水汽收支的重要方面[34]。海氣相互作用影響的機(jī)制就是通過海氣界面的熱通量來完成。由圖13可見，海洋向大氣輸送的潛熱通量遠(yuǎn)大于感熱通量的輸送，而潛熱通量隨時(shí)間變化特征與10 m風(fēng)速變化趨勢相一致。臺(tái)風(fēng)“納沙”登陸后，潛熱通量與10 m風(fēng)速顯著減小，2017年7月30日14:00達(dá)到最低值，表明來自海洋下墊面的潛熱輸送顯著減弱，進(jìn)入臺(tái)風(fēng)環(huán)流的水汽迅速減少，對(duì)流結(jié)構(gòu)松散，氣旋性環(huán)流減弱，強(qiáng)度快速減弱。隨著臺(tái)風(fēng)“海棠”北上靠近，30日20:00之后潛熱通量與10 m風(fēng)速經(jīng)歷了兩次波峰過程，一次是登陸前后，另一次為“海棠”進(jìn)入福建省西北部。表明福建省和廣東省海域海面風(fēng)增大，導(dǎo)致海面蒸發(fā)率增大，即海面熱通量增大，使大 氣邊界層獲得水汽增多趨向飽和，福建省和廣東省沿岸水汽輻合增大，對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，促使對(duì)流強(qiáng)度增大，氣旋性環(huán)流得到加強(qiáng)，是“海棠”登陸后能夠維持熱帶風(fēng)暴級(jí)強(qiáng)度近20 h的熱力因素。

圖12 2017年7月30日20:00臺(tái)風(fēng)“納沙”(a)和8月1日02:00臺(tái)風(fēng)“海棠”(b)1000 hPa溫度與總鋒生函數(shù)分布Fig.12 Spatial distributions of temperature and total frontogenesis function at 1000 hPa for＂Nesat＂typhoon at 20:00 on July 30(a)and for＂Haitang＂typhoon at 02:00 on August 1(b)，2017

圖13 2017年7月30日至8月1日福建省、廣東省海域(114°—118°E，20°—25°N)平均海表通量和10 m風(fēng)速隨時(shí)間變化Fig.13 Variation of average surface flux and 10 m wind speed with time over Fujian-Guangdong sea area(114°-118°E，20°-25°N)from July 30 to August 1，2017

3 結(jié)論與討論

(1)低緯水汽輸入的強(qiáng)弱變化是造成2017年7月雙臺(tái)風(fēng)“納沙”和“海棠”強(qiáng)度變化差異的重要原因之一。南海輸送的水汽部分被“海棠”截留供其發(fā)展加強(qiáng)，水汽輸入的減弱導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)“納沙”陸上快速變?nèi)?；而越赤道水汽通道的連接促使水汽又源源不斷向“海棠”環(huán)流內(nèi)輸入，是維持其陸上強(qiáng)度不減的關(guān)鍵條件。

(2)臺(tái)風(fēng)“納沙”北側(cè)西風(fēng)急流減弱導(dǎo)致副熱帶高壓減弱、高層輻散減弱；西風(fēng)急流減弱還伴隨中低層?xùn)|風(fēng)減弱，造成氣旋式環(huán)流減弱，促使“納沙”強(qiáng)度減弱。臺(tái)風(fēng)“海棠”北側(cè)西風(fēng)急流顯著增強(qiáng)下副熱帶高壓強(qiáng)度增強(qiáng)，同時(shí)伴隨中低空東風(fēng)增強(qiáng)，其氣旋式環(huán)流有所增強(qiáng)，使得“海棠”強(qiáng)度維持不減。副熱帶西風(fēng)急流與中低空風(fēng)場強(qiáng)弱變化一致性對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的影響在于西風(fēng)槽與副熱帶高壓之間氣壓梯度力增減強(qiáng)度，將導(dǎo)致各層氣壓梯度力強(qiáng)弱變化，從而影響到各層水平風(fēng)速變化。

(3)臺(tái)風(fēng)“海棠”環(huán)流右側(cè)即東南沿海上空呈現(xiàn)高空強(qiáng)輻散和邊界層強(qiáng)輻合的有利動(dòng)力配置，加劇了邊界層水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)了東南沿海上空對(duì)流云團(tuán)旺盛發(fā)展，促使“海棠”強(qiáng)度維持不減；而臺(tái)風(fēng)“納沙”高低空耦合作用顯著減弱，導(dǎo)致強(qiáng)度快速減弱。

(4)雙臺(tái)風(fēng)效應(yīng)對(duì)強(qiáng)度變化有重要作用。雙臺(tái)風(fēng)靠近相吸作用下，“納沙”殘余環(huán)流卷入“海棠”環(huán)流，為其輸送正渦度因子及斜壓能量，是“海棠”強(qiáng)度維持的原因之一。臺(tái)風(fēng)“海棠”登陸后其上空三種不同層差的垂直風(fēng)切變(VWS)減小趨勢表現(xiàn)一致性且值均小于6 m·s－1，有利“海棠”登陸后長久維持，而“納沙”登陸后三種不同層差的VWS變化趨勢并不一致，無規(guī)律可尋，因此，VWS對(duì)“納沙”陸上強(qiáng)度快速減弱并無參考性。

(5)沿岸對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展也影響著臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的變化。臺(tái)風(fēng)“海棠”環(huán)流右側(cè)邊界層內(nèi)海岸鋒生因子促使對(duì)流運(yùn)動(dòng)持續(xù)發(fā)展，使得“海棠”強(qiáng)度得以維持不減；而臺(tái)風(fēng)“納沙”環(huán)流邊界層內(nèi)鋒生較弱，對(duì)流發(fā)展弱，導(dǎo)致強(qiáng)度快速減弱。臺(tái)風(fēng)“海棠”氣旋性環(huán)流得到加強(qiáng)還受到海面熱通量增大的作用影響，而臺(tái)風(fēng)“納沙”快速減弱與海面熱通量迅速減小有關(guān)。

(6)提高臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)仍然是大氣科學(xué)領(lǐng)域面臨解決的重要科學(xué)問題，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的機(jī)理研究仍在不斷深入探索。本文僅對(duì)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)度變化差異進(jìn)行成因分析，得出幾個(gè)可能影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的關(guān)鍵因子，該結(jié)論也有待更多類似臺(tái)風(fēng)個(gè)例來驗(yàn)證。對(duì)于臺(tái)風(fēng)個(gè)例強(qiáng)度變化的影響因子可能是多個(gè)因子的綜合作用，其機(jī)理也將通過今后的數(shù)值試驗(yàn)來進(jìn)一步分析和論證。