摘要 臺(tái)風(fēng)具有較強(qiáng)的致災(zāi)性，我國(guó)常受其影響，因此準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑十分重要。本文在WRF模式數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，結(jié)合高空環(huán)流和基本氣流的演變，對(duì)2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑突然發(fā)生近乎90°北折的原因進(jìn)行深入探究。結(jié)果表明：臺(tái)風(fēng)“煙花”出現(xiàn)突然北折的原因，一是臺(tái)風(fēng)接近臺(tái)灣島后，在增強(qiáng)的西太平洋副熱帶高壓的控制下逐漸向西移動(dòng)，但受到我國(guó)中高緯地區(qū)高空長(zhǎng)波槽的加深發(fā)展和日本附近低渦影響，臺(tái)風(fēng)西行受阻;二是越赤道氣流的北涌，使基本氣流從東北氣流轉(zhuǎn)為西南氣流，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)向北偏東的移動(dòng)趨勢(shì)加大;三是臺(tái)風(fēng)中心附近環(huán)境風(fēng)垂直切變出現(xiàn)不利于臺(tái)風(fēng)西行，而利于北行的條件分布（臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)出現(xiàn)低值區(qū)）;四是最大風(fēng)速水平結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，移動(dòng)到更利于北移的臺(tái)風(fēng)中心東側(cè)；五是不穩(wěn)定能量場(chǎng)中低能舌出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)西側(cè)，這使臺(tái)風(fēng)更容易向大氣層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)?？梢?jiàn)，此次“煙花”臺(tái)風(fēng)的突然北折是多種熱動(dòng)力因子共同造成的。

關(guān)鍵詞臺(tái)風(fēng)“煙花”;路徑北折;數(shù)值模擬;診斷分析

2024-02-04收稿，2024-05-18接受

國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目（42192553）

引用格式：羅斐然，閔錦忠，2024.臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑突然北折的熱動(dòng)力因子診斷與分析［J］.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，47（5）：767-777.

Luo F R，Min J Z，2024.Diagnosis and analysis of thermodynamic factors influencing the sudden northward turn of Typhoon In-Fa［J］.Trans Atmos Sci，47（5）：767-777.doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20240204001.（in Chinese）.

臺(tái)風(fēng)是形成于熱帶或副熱帶、溫度在26 ℃以上廣闊海面上的熱帶氣旋。我國(guó)地處亞歐大陸東部，緊鄰太平洋西北部，是全球臺(tái)風(fēng)發(fā)生最頻繁的地區(qū)，夏季7—9月幾乎每月都有臺(tái)風(fēng)生成（陳聯(lián)壽等，1997），平均每年有7個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸我國(guó)沿海地區(qū)，因此我國(guó)是全球受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一。西北太平洋廣闊的海面和適宜的海溫以及夏季西太平洋副熱帶高壓外圍氣流的影響，都使得我國(guó)東部沿海地區(qū)在夏季經(jīng)常受到臺(tái)風(fēng)的侵?jǐn)_（李澤椿等，2020），臺(tái)風(fēng)來(lái)襲時(shí)常帶來(lái)狂風(fēng)、暴雨、巨浪、風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害，對(duì)我國(guó)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大的威脅。因此對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑與強(qiáng)度進(jìn)行及時(shí)預(yù)報(bào)對(duì)減少臺(tái)風(fēng)登陸后所造成的破壞具有十分重要的意義。

臺(tái)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程十分復(fù)雜，其強(qiáng)度、路徑以及登陸點(diǎn)等的預(yù)報(bào)一直以來(lái)都是難點(diǎn)問(wèn)題（余錦華等，2012），如1013號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”具有強(qiáng)度強(qiáng)、路徑復(fù)雜、登陸時(shí)間晚、登陸后減弱速度快、影響大等多個(gè)特點(diǎn)，預(yù)報(bào)難度極大（卓立等，2020）。過(guò)去幾十年間，許多專家學(xué)者圍繞臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度、路徑以及登陸點(diǎn)的預(yù)報(bào)進(jìn)行了大量深入的研究。其中，臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題（Qian et al.，2013），臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的方向及移動(dòng)過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的地點(diǎn)與人民的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)路徑發(fā)生改變的因素和物理過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜（倪鐘萍等，2013），這是路徑發(fā)生突變的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)誤差較大的原因之一。影響臺(tái)風(fēng)運(yùn)動(dòng)的因子有很多，例如：不同尺度天氣系統(tǒng)之間的相互作用（王文波等，2014;段晶晶等，2019;梁軍等，2020）、環(huán)境基本引導(dǎo)氣流（王斌等，1998）、臺(tái)風(fēng)自身的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)（陳聯(lián)壽等，1997;陳麗英等，2011;王新偉等，2015）、不同下墊面條件（袁俊鵬和江靜，2009）等，都會(huì)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的移動(dòng)和偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。而對(duì)于不同的臺(tái)風(fēng)，影響其移動(dòng)的因子也各不相同，例如：臺(tái)風(fēng)“莫拉克”（0908）有著向正變渦區(qū)和暖濕區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì)（張建海等，2011;丁治英，2018）;臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向的對(duì)流層溫度脊線和500 hPa正渦度軸線對(duì)臺(tái)風(fēng)“摩羯”（1814）的移動(dòng)路徑有良好的指示作用（高留喜等，2019）;臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”（1013）受低層引導(dǎo)氣流影響顯著（許孌等，2015;郭興亮等，2019）。因此，嘗試不同種類以及多樣化的預(yù)報(bào)指標(biāo)將為臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)提供更多的依據(jù)與參考（劉德強(qiáng)等，2021）。隨著近年來(lái)氣象探測(cè)手段的增加和數(shù)值預(yù)報(bào)的不斷發(fā)展，臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)水平穩(wěn)步提高，路徑預(yù)報(bào)誤差也明顯減小，但目前對(duì)于移動(dòng)方向突然改變的臺(tái)風(fēng)路徑還不能進(jìn)行有效的預(yù)報(bào)（Wu et al.，2015），如上文提到的1013號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”，全球各家業(yè)務(wù)數(shù)值模式對(duì)其北翹路徑的預(yù)報(bào)均出現(xiàn)偏差，造成臺(tái)風(fēng)實(shí)際通過(guò)地區(qū)出現(xiàn)人員傷亡情況以及大量的財(cái)產(chǎn)損失。而2106號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”則是因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)兩次登陸浙江省以及登陸后自南向北影響我國(guó)東部地區(qū)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 d，是影響中國(guó)大陸地區(qū)時(shí)間最長(zhǎng)的臺(tái)風(fēng)之一（王海平等，2022），因此提高臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性就顯得十分重要。

目前，對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)影響較大的臺(tái)風(fēng)，其路徑突變有東海臺(tái)風(fēng)的西折和南海臺(tái)風(fēng)的北翹（戴高菊，2013），除此之外，臺(tái)灣島附近的臺(tái)風(fēng)移動(dòng)也需要重點(diǎn)關(guān)注（龔月婷，2017）。臺(tái)灣島地形復(fù)雜，東部地區(qū)以山脈為主，有貫穿南北的中央山脈，平均海拔可達(dá)2 000 m，這使得臺(tái)灣島附近區(qū)域的臺(tái)風(fēng)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜多變，異常路徑不時(shí)發(fā)生（文永仁等，2017）。而2106號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”正是在其附近區(qū)域發(fā)生了路徑的突然偏折，由西行路徑轉(zhuǎn)而向北移動(dòng)，從而登陸我國(guó)浙江?。?xiàng)素清等，2023）。因此，本文將先從大尺度環(huán)流場(chǎng)和渦度場(chǎng)等方面對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑的北折進(jìn)行診斷與分析，再通過(guò)WRF模式對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”進(jìn)行數(shù)值模擬，并利用模式輸出的高時(shí)空分辨率數(shù)據(jù)，從風(fēng)場(chǎng)、假相當(dāng)位溫場(chǎng)的分布特征等方面做進(jìn)一步分析，以期為今后預(yù)報(bào)此類臺(tái)風(fēng)提供一定的參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和個(gè)例簡(jiǎn)介

本文使用的資料包括中國(guó)氣象局提供的熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集資料、美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centeres for Environmental Prediction，NCEP）提供的再分析資料（水平分辨率為1°×1°）以及歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心提供的全球大氣再分析資料。

2021年7月18日02時(shí)（北京時(shí)間，下同），2106號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”在西北太平洋海面上生成，25日12時(shí)30分臺(tái)風(fēng)在浙江舟山普陀區(qū)首次登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)速為38 m／s（13級(jí)），臺(tái)風(fēng)中心最低氣壓為965 hPa。臺(tái)風(fēng)“煙花”移速慢，自南向北影響我國(guó)東部地區(qū)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 d（7月22—31日），導(dǎo)致風(fēng)雨影響范圍廣、累計(jì)降雨量大，是有氣象記錄以來(lái)影響我國(guó)大陸地區(qū)時(shí)間最長(zhǎng)的臺(tái)風(fēng)（唐飛等，2021）。根據(jù)浙江省風(fēng)雨影響綜合評(píng)估結(jié)果，有37個(gè)縣（區(qū)、市）382個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）的致災(zāi)等級(jí)為“特重”，11個(gè)縣（市、區(qū)）47個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）的致災(zāi)等級(jí)為“嚴(yán)重”（沈曉玲和李鋒，2022）。而臺(tái)風(fēng)“煙花”能夠登陸我國(guó)浙江省并帶來(lái)持續(xù)的暴雨天氣，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為其在臺(tái)灣島附近由西行突然轉(zhuǎn)向向北移動(dòng)，因此研究臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑的突然北折有重要的意義。

由臺(tái)風(fēng)“煙花”的移動(dòng)路徑和強(qiáng)度（圖1）可以看出，臺(tái)風(fēng)“煙花”的路徑主要可以劃分為4個(gè)階段：西行路徑、轉(zhuǎn)向路徑、西北行路徑、北行路徑。而其中最值得關(guān)注的就是轉(zhuǎn)向路徑，轉(zhuǎn)向時(shí)間在23日00時(shí)左右，原本可能在臺(tái)灣登陸的“煙花”突然北翹，最終在浙江省登陸。這個(gè)階段內(nèi)臺(tái)風(fēng)中心氣壓達(dá)到最低，風(fēng)速也達(dá)到最大，說(shuō)明“煙花”是在發(fā)展達(dá)到最強(qiáng)盛的時(shí)候發(fā)生了路徑的突然偏轉(zhuǎn)。這其中的原因值得深入地研究。

2 數(shù)值模式方案設(shè)計(jì)

采用中尺度WRF-ARW模式（version 4.0）對(duì)2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬的起始時(shí)間為2021年7月21日00時(shí)，結(jié)束時(shí)間為2021年7月25日00時(shí)，共96 h，每小時(shí)輸出一次模式結(jié)果。模式的初始場(chǎng)由水平分辨率為1°×1°的NCEP再分析資料提供，模式采用雙重嵌套網(wǎng)格，分辨率分別為30 km與10 km，垂直方向分層為35層。微物理過(guò)程采用WSM3方案，長(zhǎng)波輻射采用RRTM方案，短波輻射采用Dudhia方案。邊界層方案和積云對(duì)流參數(shù)化方案經(jīng)過(guò)前人的研究，通過(guò)對(duì)比多個(gè)方案的結(jié)果，最終選擇采用無(wú)邊界層方案（WU）和Betts-Miller-Janjic（BMJ）積云對(duì)流參數(shù)化方案（Exp1），以及YSU邊界層方案和BMJ積云對(duì)流參數(shù)化方案（Exp2）進(jìn)行對(duì)比研究。此外，Exp1臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向時(shí)間為22日00時(shí)，Exp2臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向時(shí)間為23日03時(shí)。

從兩個(gè)方案的模擬結(jié)果（圖2）可以看出，Exp1臺(tái)風(fēng)的路徑屬于緩翹的類型，西行路徑與實(shí)況也基本吻合，轉(zhuǎn)向路徑相比實(shí)況提前，而Exp2臺(tái)風(fēng)的路徑則具有明顯的急翹特征，轉(zhuǎn)向階段相比實(shí)況地點(diǎn)偏西，盡管模擬轉(zhuǎn)向后續(xù)路徑偏西但在轉(zhuǎn)向階段模擬效果都較好，且相比實(shí)況，一個(gè)提前、一個(gè)滯后，有很好的對(duì)比研究意義。此外，Exp2模擬路徑在臺(tái)風(fēng)北折處出現(xiàn)打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而Exp1并未出現(xiàn)打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，再綜合考慮模擬臺(tái)風(fēng)與實(shí)況中心氣壓及風(fēng)速的貼合程度，選擇這兩個(gè)方案進(jìn)行下一步對(duì)比研究。

3 臺(tái)風(fēng)“煙花”突然北折的原因

3.1 氣壓場(chǎng)特征

大尺度環(huán)流場(chǎng)是研究臺(tái)風(fēng)路徑的一個(gè)關(guān)鍵因素，臺(tái)風(fēng)外圍的天氣系統(tǒng)以及環(huán)流形勢(shì)會(huì)對(duì)臺(tái)風(fēng)的路徑產(chǎn)生不小的影響（林金凎等，2012）。從臺(tái)風(fēng)“煙花”生命史中500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)演變（圖3）可以看到臺(tái)風(fēng)“煙花”在移動(dòng)過(guò)程中周?chē)蟪叨拳h(huán)流場(chǎng)的演變特征。20日12時(shí)（圖3a），西太平洋副高強(qiáng)度增強(qiáng)，控制范圍也不斷擴(kuò)大，其西側(cè)到達(dá)蒙古高原以及華北平原東側(cè)，控制了整個(gè)黃海區(qū)域。副高整體呈東西向帶狀分布，而臺(tái)風(fēng)“煙花”處于一個(gè)東西向延伸的狹長(zhǎng)低值區(qū)中，受到副高南側(cè)邊緣的偏東氣流以及臺(tái)風(fēng)南側(cè)的西風(fēng)急流影響，臺(tái)風(fēng)沿著低值區(qū)向偏西方向移動(dòng)，即處于西行路徑。

到23日00時(shí)（圖3b），可以發(fā)現(xiàn)西太平洋副高的控制范圍相比20日大幅縮小，主要控制范圍縮小至朝鮮半島東側(cè)、日本海一帶。同時(shí)對(duì)比圖3a、b可以發(fā)現(xiàn)，20至23日，在我國(guó)東北平原附近，西風(fēng)帶上有一長(zhǎng)波槽不斷發(fā)展，并于23日00時(shí)左右發(fā)展至120°E附近，槽底南伸至40°N附近，槽前與副高西南側(cè)的偏南氣流共同影響了臺(tái)風(fēng)“煙花”，為臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)提供了偏北分量。此外，臺(tái)風(fēng)南側(cè)的位勢(shì)高度高值區(qū)也東退，西風(fēng)急流減弱，一股越赤道氣流沿著菲律賓群島東側(cè)北涌至臺(tái)風(fēng)南側(cè)，同樣為臺(tái)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)提供了偏北分量。臺(tái)風(fēng)“煙花”在這多個(gè)因子的作用下，路徑發(fā)生偏折，轉(zhuǎn)而向北移動(dòng)。

3.2 位勢(shì)渦度場(chǎng)特征

臺(tái)風(fēng)的路徑變化與天氣尺度環(huán)流密切相關(guān)，而天氣尺度環(huán)流對(duì)臺(tái)風(fēng)的影響又能通過(guò)渦度與其緊密聯(lián)系，因此可以通過(guò)位勢(shì)渦度場(chǎng)來(lái)具象化顯示臺(tái)風(fēng)“煙花”周?chē)奶鞖庀到y(tǒng)對(duì)臺(tái)風(fēng)的影響。圖4展示了22日00時(shí)和23日00時(shí)臺(tái)風(fēng)“煙花”500 hPa位勢(shì)渦度隨時(shí)間的演變。由圖4及臺(tái)風(fēng)中心附近位勢(shì)渦度平流場(chǎng)（圖略）可以看出，臺(tái)風(fēng)“煙花”在22日00時(shí)，其中心附近的正位勢(shì)渦度中心和正位勢(shì)渦度平流中心均偏向臺(tái)風(fēng)的西側(cè)，而其周?chē)膊⒉淮嬖谄渌^大范圍的正位勢(shì)渦度中心，正位勢(shì)渦度平流也從臺(tái)風(fēng)中心西北側(cè)進(jìn)行逆時(shí)針輸送，整體位渦趨勢(shì)呈現(xiàn)沿臺(tái)風(fēng)中心由東向西發(fā)展，對(duì)應(yīng)臺(tái)風(fēng)“煙花”轉(zhuǎn)向前的西行運(yùn)動(dòng)。

而在23日00時(shí)，由于我國(guó)中高緯西風(fēng)帶上長(zhǎng)波槽的不斷發(fā)展、副高的東退以及越赤道氣流的影響，相比22日，在臺(tái)風(fēng)北側(cè)形成了一個(gè)明顯的正位勢(shì)渦度中心，而臺(tái)風(fēng)中心偏北側(cè)也形成了正位勢(shì)渦度平流中心，偏北側(cè)的氣旋性環(huán)流加強(qiáng)，正位勢(shì)渦度平流輸送范圍也擴(kuò)大，有利于臺(tái)風(fēng)向北運(yùn)動(dòng)，臺(tái)風(fēng)中心附近位勢(shì)渦度場(chǎng)的結(jié)構(gòu)改變，西行逐漸放緩，轉(zhuǎn)而向北運(yùn)動(dòng)。

3.3 引導(dǎo)氣流特征

對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)起引導(dǎo)作用的氣流是分析臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折的重要因素之一（曾瑾瑜等，2022）。引導(dǎo)氣流的計(jì)算方法是：以格點(diǎn)所在位置為中心，在3°×3°的正方形網(wǎng)格內(nèi)將所有格點(diǎn)u、v的平均值作為各格點(diǎn)的引導(dǎo)氣流。對(duì)比圖5a、c可以發(fā)現(xiàn)，在200 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)中，Exp1臺(tái)風(fēng)周?chē)囊龑?dǎo)氣流比實(shí)況風(fēng)速更大，風(fēng)力更強(qiáng)，同時(shí)流場(chǎng)更加密集，對(duì)臺(tái)風(fēng)影響更大，且提前受到西風(fēng)帶急流及其長(zhǎng)波槽和日本南部、我國(guó)東部沿海附近低渦外圍的流場(chǎng)影響，臺(tái)風(fēng)中心附近多為氣旋性渦旋的引導(dǎo)氣流，與臺(tái)風(fēng)逆時(shí)針環(huán)流同向，它們之間的夾角也較小，這是Exp1相比實(shí)況路徑提前轉(zhuǎn)向的原因。

再對(duì)比圖5b、c，此時(shí)段內(nèi)實(shí)況與Exp1均處在轉(zhuǎn)向階段，可以看到實(shí)況與Exp1一樣受到日本南部附近低渦的影響，臺(tái)風(fēng)中心附近多為向北氣流，且我國(guó)華北地區(qū)也有長(zhǎng)波槽發(fā)展，這是Exp1臺(tái)風(fēng)的路徑與實(shí)況臺(tái)風(fēng)路徑均發(fā)生北折的原因。而相比實(shí)況臺(tái)風(fēng)，模擬臺(tái)風(fēng)的200 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)中西風(fēng)帶長(zhǎng)波槽底部位置相對(duì)偏北，且臺(tái)風(fēng)東側(cè)有一高壓逐漸發(fā)展，范圍逐步擴(kuò)大，迫使臺(tái)風(fēng)在北折過(guò)程中西移，這也是Exp1臺(tái)風(fēng)路徑在向北轉(zhuǎn)向后，路徑與實(shí)況臺(tái)風(fēng)相比逐漸偏西的原因。

通過(guò)比較圖5b、d，可以發(fā)現(xiàn)雖然實(shí)況與Exp2均處在轉(zhuǎn)向階段，但Exp2臺(tái)風(fēng)中心周?chē)龑?dǎo)氣流相比實(shí)況轉(zhuǎn)向時(shí)刻風(fēng)速較小，流場(chǎng)密集程度也不如實(shí)況，且可以看到實(shí)況臺(tái)風(fēng)東側(cè)的高壓西進(jìn)時(shí)間更早，西進(jìn)幅度也更為明顯，而Exp2臺(tái)風(fēng)東側(cè)高壓的西進(jìn)的時(shí)間相對(duì)滯后，且西進(jìn)幅度不大，這是Exp2臺(tái)風(fēng)的模擬路徑相比實(shí)況路徑延后轉(zhuǎn)向的原因。

3.4 環(huán)境風(fēng)垂直切變特征

一般情況下，環(huán)境風(fēng)垂直切變反映了大尺度環(huán)境場(chǎng)水平緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)隨高度的變化，是大尺度環(huán)境場(chǎng)中水平風(fēng)的垂直切變情況（Wu et al.，2019），而通過(guò)計(jì)算200～850 hPa之間的環(huán)境風(fēng)垂直切變，可以研究其時(shí)空分布演變特征及其對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”移動(dòng)路徑的影響（李勛等，2010）。

圖6為模擬臺(tái)風(fēng)850 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)及垂直風(fēng)切變?chǔ)氐难葑兦闆r，可用來(lái)分析臺(tái)風(fēng)“煙花”移動(dòng)過(guò)程中各時(shí)次垂直風(fēng)切變的分布情況。圖6a中的Exp1臺(tái)風(fēng)正處在增強(qiáng)發(fā)展的西行移動(dòng)階段，臺(tái)風(fēng)中心附近ω高低值區(qū)的分布基本呈東北-西南向分布，低值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心的南側(cè)，高值區(qū)位于北側(cè)，且臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)及黃海區(qū)域附近有明顯的風(fēng)切變?chǔ)馗咧抵行挠晌鞅碧窖笪魃於鴣?lái)，臺(tái)風(fēng)受北部高ω的壓迫作用，持續(xù)西行。而在22日00時(shí)（圖6b），臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)有強(qiáng)垂直風(fēng)切變?chǔ)馗咧祬^(qū)北抬，致使臺(tái)風(fēng)中心附近的低值區(qū)也北抬，高低值區(qū)持續(xù)呈東北-西南向分布，在其作用下臺(tái)風(fēng)中心逐漸轉(zhuǎn)向北移，有利于臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)而向北運(yùn)動(dòng)。

Exp2的垂直風(fēng)切變場(chǎng)（圖6d）與Exp1較為一致，但在其發(fā)生轉(zhuǎn)向時(shí)（圖6e），臺(tái)風(fēng)北側(cè)強(qiáng)垂直風(fēng)切變?chǔ)馗咧祬^(qū)未有明顯北抬，而中心附近的垂直風(fēng)切變也并沒(méi)有減小，反而有所增強(qiáng)，且持續(xù)發(fā)展為多個(gè)小的強(qiáng)垂直風(fēng)切變中心，這是Exp2臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向時(shí)發(fā)生打轉(zhuǎn)現(xiàn)象的原因之一。

3.5 風(fēng)速水平分布特征

臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)中不對(duì)稱風(fēng)區(qū)的轉(zhuǎn)移，將造成臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的改變，從而引起臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑的改變，圖7展示了兩個(gè)模擬試驗(yàn)高層500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)及水平風(fēng)速場(chǎng)的演變。可以看到，21日12時(shí)（圖7a），當(dāng)Exp1臺(tái)風(fēng)還處在西行階段時(shí)，高層500 hPa最大風(fēng)速區(qū)均偏于臺(tái)風(fēng)中心西側(cè)，而在22日00時(shí)（圖7b），臺(tái)風(fēng)中心東側(cè)及北側(cè)風(fēng)速的強(qiáng)度和范圍逐漸超過(guò)了西側(cè)，且西行過(guò)程中始終有明顯的風(fēng)速不對(duì)稱。再分析低層850 hPa（圖略），Exp1風(fēng)速大值中心位置整體未發(fā)生明顯變化，風(fēng)速大值中心一直處于臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)，但強(qiáng)度和范圍都略有增大。

而由圖7d—f可以發(fā)現(xiàn)，Exp2臺(tái)風(fēng)中心周?chē)L(fēng)速的強(qiáng)度與范圍都比Exp1更大且更廣，主要表現(xiàn)為東北-西南向最大風(fēng)速?gòu)?qiáng)度和范圍的減小以及西北-東南向最大風(fēng)速?gòu)?qiáng)度和范圍的增大。此外，Exp2臺(tái)風(fēng)高層500 hPa在23日00時(shí)（圖7e）之后，臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)及西南側(cè)周?chē)L(fēng)速也較大，逐漸形成了一個(gè)小的風(fēng)速大值中心，而低層850 hPa風(fēng)速大值中心又一直處于臺(tái)風(fēng)中心東側(cè)（圖略），這是導(dǎo)致Exp2在轉(zhuǎn)向階段發(fā)生打轉(zhuǎn)現(xiàn)象以及延遲轉(zhuǎn)向的原因。

3.6 假相當(dāng)位溫與相對(duì)濕度特征

假相當(dāng)位溫的水平分布反映了大氣中能量的分布以及層結(jié)穩(wěn)定度，而水汽的分布也會(huì)影響臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)（李超等，2019）。由圖8可以看出，Exp1臺(tái)風(fēng)不論是假相當(dāng)位溫場(chǎng)還是相對(duì)濕度場(chǎng)，在臺(tái)風(fēng)的西側(cè)都有一個(gè)低值區(qū)在不斷地向臺(tái)風(fēng)南側(cè)延伸，即在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向前后有低能舌逐漸向南伸展，說(shuō)明該低值區(qū)域的大氣層結(jié)逐漸趨于穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量減弱，水汽含量也在不斷減少，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)西行受阻，發(fā)生轉(zhuǎn)向。而Exp2臺(tái)風(fēng)西側(cè)并不存在假相當(dāng)位溫的低值區(qū)（圖略），而相對(duì)濕度低值區(qū)的南伸程度以及范圍相比Exp1也不大，說(shuō)明該區(qū)域大氣層結(jié)一直較為穩(wěn)定，這可能是導(dǎo)致Exp2臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向滯后以及轉(zhuǎn)向時(shí)打轉(zhuǎn)的原因之一。因此，在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向時(shí)，若有低能舌從臺(tái)風(fēng)外側(cè)西南部進(jìn)入臺(tái)風(fēng)內(nèi)側(cè)，會(huì)使臺(tái)風(fēng)西南側(cè)的大氣不穩(wěn)定度降低，有利于臺(tái)風(fēng)路徑向北偏折。

4 結(jié)論

利用NCEP再分析資料和WRF模式等對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”開(kāi)展實(shí)況分析與高分辨率數(shù)值模擬，設(shè)置了兩組不同的試驗(yàn)方案，分別是采用無(wú)邊界層方案（WU）和BMJ積云對(duì)流參數(shù)化方案的Exp1，以及YSU邊界層方案和BMJ積云對(duì)流參數(shù)化方案的Exp2，對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑北折的原因及模擬路徑偏差原因進(jìn)行診斷研究，得到以下主要結(jié)論：

1）“煙花”接近臺(tái)灣島后，路徑發(fā)生向北轉(zhuǎn)折。主要是由于西太平洋副熱帶高壓增強(qiáng)并向西移，以及我國(guó)中高緯地區(qū)高空長(zhǎng)波槽的加深發(fā)展和日本附近低渦影響，使臺(tái)風(fēng)西行受阻，逐漸轉(zhuǎn)為北移。同時(shí)越赤道氣流的北涌，使基本氣流從東北氣流轉(zhuǎn)為西南氣流，北偏東移動(dòng)趨勢(shì)加大。此外，由于我國(guó)中高緯長(zhǎng)波槽的不斷東移以及副高的東退，在臺(tái)風(fēng)“煙花”中心北側(cè)形成了一個(gè)明顯的正位勢(shì)渦度中心，且該中心西北側(cè)也形成了逆時(shí)針的正位勢(shì)渦度平流輸送，使得臺(tái)風(fēng)中心附近位勢(shì)渦度場(chǎng)的結(jié)構(gòu)改變，西行放緩，逐漸轉(zhuǎn)為北行路徑。

2）兩個(gè)試驗(yàn)方案的模式模擬都較好地再現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)“煙花”突然北折的路徑，僅在轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置上出現(xiàn)了提前和滯后的現(xiàn)象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Exp1臺(tái)風(fēng)相比實(shí)況路徑提前轉(zhuǎn)向是因?yàn)槠渲車(chē)囊龑?dǎo)氣流相比實(shí)況風(fēng)速更大，風(fēng)力更強(qiáng)，且提前受到西風(fēng)帶急流、長(zhǎng)波槽和低渦外圍的流場(chǎng)影響。而200 hPa西風(fēng)帶長(zhǎng)波槽底部位置相對(duì)偏北以及臺(tái)風(fēng)東側(cè)有一影響范圍逐步擴(kuò)大的高壓，是Exp1臺(tái)風(fēng)在向北轉(zhuǎn)向后，路徑與實(shí)況臺(tái)風(fēng)相比逐漸偏西的原因。此外，Exp2臺(tái)風(fēng)路徑相比實(shí)況路徑延后轉(zhuǎn)向是由于其臺(tái)風(fēng)中心周?chē)龑?dǎo)氣流相比實(shí)況風(fēng)速較小，其東側(cè)高壓西進(jìn)的時(shí)間滯后，且西進(jìn)幅度也不大。

3）臺(tái)風(fēng)中心附近環(huán)境風(fēng)垂直切變高低值區(qū)的分布對(duì)臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)產(chǎn)生影響，臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)容易偏向低值區(qū)，而不易穿越高值區(qū)。此外，最大風(fēng)速區(qū)的水平結(jié)構(gòu)也會(huì)影響臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的路徑，臺(tái)風(fēng)容易偏向風(fēng)速大值中心一側(cè)氣流方向移動(dòng)。而假相當(dāng)位溫和相對(duì)濕度所代表的不穩(wěn)定能量場(chǎng)中低能舌的分布也是影響臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的因子，臺(tái)風(fēng)不易向著低能舌延伸區(qū)域移動(dòng)。

綜上所述，本文的研究結(jié)論初步揭示了臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑突然北折的原因，并在此基礎(chǔ)上探討了模擬臺(tái)風(fēng)路徑偏差的原因，為今后科學(xué)預(yù)報(bào)路徑突然北折臺(tái)風(fēng)提供了一定的參考依據(jù)。但本文對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”的分析大都是基于熱動(dòng)力因子的定性分析，想要更好地理解臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑突然北折的深層原因，還需要對(duì)影響臺(tái)風(fēng)路徑的各因素分別設(shè)計(jì)敏感性試驗(yàn)進(jìn)行討論，并開(kāi)展更深入的工作。

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·ARTICLE·

Diagnosis and analysis of thermodynamic factors influencing the sudden northward turn of Typhoon In-Fa

LUO Feiran，MIN Jinzhong

School of Atmospheric Sciences，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China

Abstract Typhoons can cause significant damage，and accurate forecasting of their paths is crucial for mitigating their impact.This study investigates the sudden northward turn of Typhoon In-Fa （2021），which veered nearly 90 degrees northward，using the WRF model to perform accurate numerical simulations combined with analyses of upper atmospheric circulation and basic airflow patterns.The findings indicate that the northward turn of Typhoon In-Fa was driven by several key factors：1） As Typhoon In-Fa approached Taiwan，its track shifted northward due to the strengthening and westward expansion of the western pacific Subtropical high，combined with the deepening of the upper-level long-wave trough over China and the blocking influence of a low-pressure vortex near Japan，which prevented further westward movement.Concurrently，the northward surge of cross-equatorial flow altered the basic airflow from a northeasterly to a southwesterly direction，enhancing the northward movement trend.2） The continuous eastward shift of the mid-latitude longwave trough over China and the eastward retreat of the subtropical high led to the formation of a significant positive potential vorticity center north of the center of Typhoon In-Fa，accompanied by counterclockwise positive potential vorticity advection on the northwest side of the center.This altered the structure of the potential vorticity field near the typhoon center，slowing its westward trajectory and steering it northward.3） The vertical shear of the ambient wind near the typhoon center was unfavorable for westward movement but facilitated northward movement due to the distribution of high and low values，with lower values north of the typhoon center.4） Both simulation experiments indicated persistent wind speed asymmetry around the typhoon center，with the 500 hPa wind speed maximum shifting from the west to the east side of the typhoon center.The presence of southerly winds on the right side of the typhoon increased the northward component of its movement，significantly contributing to its abrupt northward turn.5） In the unstable energy field，a low-energy tongue developed on the west side of the typhoon，promoting movement into the unstable atmospheric junction region.These findings highlight that the sudden northward turn of Typhoon In-Fa was driven by a combination of thermodynamic factors，providing valuable insights for improving typhoon track forecasts.

Keywords Typhoon In-Fa;northward track shift;numerical simulation;diagnostic analysis

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20240204001

（責(zé)任編輯：袁東敏）