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)報預(yù)警與評估協(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)的溫帶變性是臺風(fēng)北上時與中緯度系統(tǒng)相互作用，逐漸失去其熱帶屬性而出現(xiàn)溫帶氣旋特征的過程[1]。TC從暖海面蒸發(fā)及對流潛熱獲得能量，有明顯的暖心、對稱性的熱動力結(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，鋒面將暖濕、冷干氣團(tuán)隔開造成能量的不對稱分布[2]。無中緯度系統(tǒng)的影響，臺風(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，變性臺風(fēng)可能會重新獲得暖心結(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]通過對1994—1996年發(fā)生在西北太平洋上的變性臺風(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)報分析，幾乎所有變性臺風(fēng)都會因冷空氣入侵由暖核渦旋向斜壓的溫帶氣旋轉(zhuǎn)變，稱為變性階段，同時他還定義了第二階段為再發(fā)展階段。

濕位渦是一個包含熱力因子、動力因子、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。吳國雄等[11-12]指出，風(fēng)垂直切變或水平濕斜壓性的增加都會因?yàn)闈竦褥孛娴膬A斜而引起垂直渦度增長，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)。該理論在變性臺風(fēng)研究方面較少，因此可應(yīng)用于對臺風(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，但未選擇具體個例進(jìn)行研究。本文選取變性加強(qiáng)類臺風(fēng)“Winnie”和變性減弱類臺風(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、渦度收支對臺風(fēng)變性過程中強(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) 中國氣象局國家氣象信息中心提供的753氣象站的日降水資料，作為臺風(fēng)模擬降水的觀測對比；(3)日本國立情報學(xué)研究所(National Institute of Informatics，NII)提供的衛(wèi)星云圖資料用于模擬臺風(fēng)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；(4)熱帶雨量測量衛(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。

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)對變性后加強(qiáng)臺風(fēng)“Winnie”(9711)和變性后的減弱臺風(fēng)“Wipha”(0713)進(jìn)行模擬，初始場均采用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，方程簡化為：

(1)

2 臺風(fēng)“Winnie”和臺風(fēng)“Wipha”

2.1 個例選取

選取臺風(fēng)“Winnie”和“Wipha”作為對比分析對象，由于二者高空西風(fēng)槽明顯、路徑趨勢類似且變性前后強(qiáng)度變化顯著。18日18時(世界時，下同) “Winnie”開始變性，到22日00時停編，“Winnie”的模擬時間長達(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)變性臺風(fēng)強(qiáng)度變化不同階段特征，選取表征臺風(fēng)減弱階段、重新加強(qiáng)階段和變性完成后仍有所加強(qiáng)時刻，即20日00時、21日00時和21日12時作為研究時刻?！癢ipha”變性過程相對較短，18日18時為強(qiáng)臺風(fēng)級，20日00時變性完成，12時停編，模擬時間為36 h?！癢ipha”后期強(qiáng)度不斷減弱，故選取其變性完成時及其前后12 h作為研究時刻，即19日12時、20日00時和20日12時。

2.2 模式結(jié)果

2.2.1 臺風(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時云系主要在氣旋的北側(cè)，南側(cè)拖著一條細(xì)長的云帶，此時“Winnie”已喪失對稱性并向溫帶氣旋過渡，氣旋西北部也有因高空槽而產(chǎn)生的云系存在。21日12時，臺風(fēng)已變性成溫帶氣旋，其南側(cè)細(xì)長的云帶消失，北側(cè)的對流云系向南彎曲呈現(xiàn)半包圍的形態(tài)，環(huán)繞臺風(fēng)的對流區(qū)明顯增多，臺風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)，此時臺風(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)“無刷卡過閘”這一無感支付方式。乘客接近閘機(jī)時，閘機(jī)與手機(jī)建立藍(lán)牙連接，自動識別賬戶號、復(fù)合消費(fèi)文件及安全認(rèn)證等信息，將地鐵消費(fèi)信息通過藍(lán)牙通信寫入手機(jī)APP中，并從手機(jī)APP綁定的銀行卡賬戶或第三方支付賬戶中自動扣除費(fèi)用。

圖1 臺風(fēng)“Winnie”在19日12時—22日00時模擬和觀測同時段內(nèi)的移動路徑對比(a)；模擬和觀測同時段內(nèi)海平面最低氣壓隨時間的演變(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時臺風(fēng)逐漸失去對稱性，主要云系集中在其北側(cè)，有弱臺風(fēng)眼存在。20日06時，氣旋南側(cè)云系減少，完全喪失對稱結(jié)構(gòu)變性成溫帶氣旋。與“Winnie”相比，“Wipha”的高空槽處并沒有云系出現(xiàn)，這或許是造成兩例臺風(fēng)變性過程強(qiáng)度變化不一致的原因之一。

圖2 臺風(fēng)“Wipha”在19日00時—20日12時模擬和觀測同時段內(nèi)移動路徑對比(a)和模擬和觀測同時段內(nèi)海平面最低氣壓隨時間的演變(b)Fig.2 Same as Fig.1,but for typhoon Wipha from 0000 UTC on 19 to 1200 UTC on 20

3 兩類臺風(fēng)環(huán)境形勢場分析

3.1 臺風(fēng)“Winnie”

20日00時，“Winnie”西北部有東北—西南向的高空槽，與臺風(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”具有相對暖中心，其西側(cè)中低層有相對較大的相當(dāng)位溫梯度，源于臺風(fēng)北上時周圍中緯度環(huán)境與其自身殘余的暖性系統(tǒng)溫差對比，“Winnie”西側(cè)高空濕位渦值較小，高空槽距其仍有一段距離，所攜帶的冷空氣無法影響“Winnie”，且“Winnie”未處于輻散區(qū)內(nèi)(圖3a、d、g)。21日00時，高空槽與“Winnie”接近且在高空槽附近約45°N處衍生出一個新的小槽，濕位渦大值向小槽轉(zhuǎn)移。南亞高壓不會影響槽的東移。在垂直方向上，臺風(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風(fēng)傳輸，350 hPa以下的相當(dāng)位溫線密集，冷空氣加強(qiáng)，此時“Winnie”處于強(qiáng)的溫度梯度中，斜壓性顯著增強(qiáng)，有利于臺風(fēng)再加強(qiáng)。此時臺風(fēng)西南側(cè)又發(fā)展出一個新的急流帶，與原急流帶合并(圖3b、e、h)。21日12時，新生的小槽進(jìn)一步向臺風(fēng)中心靠近，大的濕位渦值延伸至臺風(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“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)，高層兩個輻散區(qū)的疊加產(chǎn)生的抽吸作用使低層減壓，臺風(fēng)進(jìn)一步加強(qiáng)(圖3c、f、i)。

圖3 臺風(fēng)“Winnie”在200 hPa濕位渦(陰影，單位：PVU)、位勢高度(等值線，單位：gpm)的水平分布(a—c)；相應(yīng)時刻過TC中心的濕位渦(陰影，單位：PVU)、相當(dāng)位溫(等值線，單位：K)的緯向垂直剖面(d—f)和相應(yīng)時刻200 hPa高空急流(陰影，單位：m·s-1)、散度(藍(lán)線，≥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; (b、e、h) 21日00時; (c、f、i) 21日12時 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時只有一條閉合等值線的臺風(fēng)與中緯度環(huán)境場相融合。臺風(fēng)氣旋性環(huán)流弱，由于仍是一個暖性低壓且未受較強(qiáng)冷空氣的影響，冷暖平流均不明顯。隨著臺風(fēng)北移，其東側(cè)攜帶暖濕空氣的向北氣流使得臺風(fēng)北側(cè)的暖鋒初步形成(圖4d、g)。21日00時，臺風(fēng)進(jìn)一步深入到中緯度環(huán)流中，高空槽帶來的冷空氣促使南側(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)定性并為臺風(fēng)的發(fā)展提供潛熱能(圖4b、e、h)。21日12時，500 hPa臺風(fēng)周圍閉合的等值線增多，形成了一個深厚的系統(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)場也相應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步將冷空氣從臺風(fēng)西北側(cè)氣旋式地向東南側(cè)引導(dǎo)，冷鋒移至臺風(fēng)東南側(cè)，鋒后的冷平流半包圍式環(huán)繞著臺風(fēng)，暖平流也向臺風(fēng)后部彎曲包圍著臺風(fēng)，形成了冷空氣包圍暖空氣的形勢，臺風(fēng)中心為相對暖中心，暖核再度出現(xiàn)。此外冷暖鋒區(qū)上空均對應(yīng)有明顯的暖平流，促進(jìn)鋒區(qū)的垂直運(yùn)動。水汽場與12 h前類似，低層水汽輻合范圍較小，但仍能為臺風(fēng)發(fā)展提供能量(圖4c、f、i)。

圖4 臺風(fēng)“Winnie”在(a—c)500 hPa位勢高度(等值線，單位：gpm)；(d—f)相應(yīng)時刻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，單位：K)的水平分布和(g—i)相應(yīng)時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; (b、e、h) 21日00時; (c、f、i) 21日12時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 臺風(fēng)“Wipha”

19日12時，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，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。北上的臺風(fēng)與高空槽較前12 h進(jìn)一步接近。從垂直剖面上看，臺風(fēng)西側(cè)300 hPa左右的濕位渦增強(qiáng)但并沒有與臺風(fēng)相接，相當(dāng)位溫梯度大值區(qū)在臺風(fēng)以西約270 km的600 hPa附近，水平上距離臺風(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，“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，正位渦開始沿等濕熵面向下輸送但未與臺風(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)。“Wipha”始終沒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 臺風(fēng)“Wipha”在(a—c)不同時刻200 hPa濕位渦(陰影，單位：PVU)、位勢高度(等值線，單位：gpm)的水平分布；(d—f)相應(yīng)時刻過TC中心的濕位渦(陰影，單位：PVU)、相當(dāng)位溫(等值線，單位：K)的緯向垂直剖面和(g—i)相應(yīng)時刻200 hPa高空急流(陰影，單位：m·s-1)、散度(藍(lán)線，≥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; (b、e、h) 20日00時; (c、f、i) 20日12時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，“Wipha”在500 hPa大尺度環(huán)流場同“Winnie”類似。此時低層的臺風(fēng)環(huán)流相對較弱，冷暖平流也均不明顯，臺風(fēng)中心附近水汽輻合輻散較弱。隨著臺風(fēng)的北移，其北側(cè)也呈現(xiàn)出相對密集的相當(dāng)位溫帶(圖6a、d、g)。19日18時，“Wipha”并入位于其西北側(cè)的槽，閉合等值線消失(圖略)，20日00時，強(qiáng)大的副高阻塞槽的東移，臺風(fēng)開始偏離槽并繼續(xù)向東北方向移動，此時500 hPa中層仍有象征槽的濕位渦存在。臺風(fēng)北側(cè)的暖鋒逐漸發(fā)展起來，但高空槽和中層槽均沒能為“Wipha”帶來明顯的冷空氣，促進(jìn)冷鋒鋒生。臺風(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，且中高層無明顯水汽輻散區(qū)(圖6b、e、h)。20日12時，槽受副高的影響隨緯度進(jìn)一步東傾，臺風(fēng)逐漸與槽脫離，處于槽前的西南氣流中。在臺風(fēng)強(qiáng)度不斷減弱的基礎(chǔ)上，已相對較弱并呈東北—西南走向的橢圓形環(huán)流不能充分地將冷空氣引導(dǎo)至臺風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的其他方位，臺風(fēng)周圍的冷平流也明顯較“Winnie”更弱，斜壓區(qū)面積和強(qiáng)度都受到限制。臺風(fēng)中心附近中低層為水汽輻散，不能為臺風(fēng)的發(fā)展提供能量，臺風(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]對兩個臺風(fēng)進(jìn)行渦度收支分析。LIAO, et al[13]通過合成分析說明層結(jié)項(xiàng)在兩類變性臺風(fēng)對比中無明顯差別，所以僅考慮渦度水平平流、垂直平流及斜壓項(xiàng)對渦度收支進(jìn)行分析。

4.1 臺風(fēng)“Winnie”

20日00時減弱的臺風(fēng)中心已無明顯垂直運(yùn)動，渦度的垂直輸送也接近零。高空槽未影響臺風(fēng)，造成的斜壓項(xiàng)對垂直渦度的貢獻(xiàn)不明顯，只在臺風(fēng)西側(cè)850 hPa附近有少量的正貢獻(xiàn)(圖7a、d)。21日00時，臺風(fēng)中心附近再度有垂直運(yùn)動的發(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)境場的分析已表明此時高空槽與臺風(fēng)已發(fā)生相互作用，臺風(fēng)渦度隨高度向西傾斜與高空槽渦度相連，斜壓項(xiàng)對垂直渦度的貢獻(xiàn)分布在臺風(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對應(yīng)著渦度大值區(qū)，說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時發(fā)展更加旺盛。由垂直風(fēng)場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，但仍在臺風(fēng)中心附近對渦度有正貢獻(xiàn)并對應(yīng)著渦度大值區(qū)(圖7c、f)。

4.2 臺風(fēng)“Wipha”

臺風(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時臺風(fēng)中心300 hPa以上有正的渦度平流，但強(qiáng)度和范圍都不及臺風(fēng)“Winnie”(圖8a—c)。從斜壓性上看，19日12時500 hPa槽后冷空氣與殘余臺風(fēng)的暖性結(jié)構(gòu)使臺風(fēng)以西500 hPa左右斜壓性略微增大。隨著高空槽、中層槽與臺風(fēng)的相互接近，槽帶來的冷空氣使得槽與臺風(fēng)的渦度相接處對應(yīng)著斜壓項(xiàng)的正貢獻(xiàn)，但距臺風(fēng)較遠(yuǎn)，對臺風(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于臺風(fēng)的位置幾乎不變，臺風(fēng)本身渦度柱高度降低，隨高度向西傾斜，并且此時中低層出現(xiàn)了斜壓項(xiàng)的負(fù)貢獻(xiàn)，不利于垂直渦度的增長(圖8d—f)。

圖8 臺風(fēng)“Wipha”在(a—c)不同時刻的渦度水平平流(陰影，單位:10-9 s-1)和渦度垂直平流(黑線，等值線間隔3×10-9 K·s-2·m-1)過TC中心的緯向垂直剖面，(d—f)為相應(yīng)時刻的垂直渦度(陰影，10-5 s-1)、相當(dāng)位溫(黑線，單位：K)、斜壓項(xiàng)(藍(lán)線，等值線間隔1×10-12 K·s-2·m-1)過TC中心的緯向垂直剖面：(a、d)19日20時; (b、e)20日00時; (c、f)20日12時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號臺風(fēng)“Winnie”和0713號臺風(fēng)“Wipha”的WRF模擬資料分析了大尺度環(huán)境場及渦度收支場，對引起變性強(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，南亞高壓對槽移動的阻塞作用小，高位渦的小槽與臺風(fēng)不斷接近并向臺風(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。渦度收支的斜壓項(xiàng)對垂直渦度貢獻(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，有利于增加對流，促使臺風(fēng)再加強(qiáng)。“Winnie”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，但仍為臺風(fēng)的發(fā)展提供能量。高空槽進(jìn)一步與臺風(fēng)靠近，向臺風(fēng)輸送冷空氣，冷空氣環(huán)狀包圍時臺風(fēng)形成相對暖中心，暖中心與周圍冷空氣的溫度對比使臺風(fēng)斜壓性增強(qiáng)，系統(tǒng)增強(qiáng)。臺風(fēng)“Winnie”恰處于高層兩個輻散區(qū)的疊加區(qū)域，抽吸作用使低層減壓，臺風(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，槽在緯向上始終距離臺風(fēng)較遠(yuǎn)，高空槽和中層槽均沒能為“Wipha”帶來明顯的冷空氣，不能為“Wipha”提供不穩(wěn)定能量，而且沒有明顯的冷鋒鋒生，斜壓區(qū)的面積和強(qiáng)度受到限制。20日00時，“Wipha”東部有水汽輻合，強(qiáng)度和范圍比“Wipha”小，且中高層無水汽的輻散，帶來的潛熱能不足以增強(qiáng)臺風(fēng)的發(fā)展。20日12時，臺風(fēng)處于水汽輻散區(qū)內(nèi)。臺風(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。