袁方超，鄧兆青，陳德文

（國家海洋局廈門海洋預報臺,福建廈門361008）

1010號臺風“莫蘭蒂”近海強度突增診斷分析

袁方超，鄧兆青，陳德文

（國家海洋局廈門海洋預報臺,福建廈門361008）

利用常規(guī)天氣圖、衛(wèi)星云圖和雷達回波圖及NCEP再分析資料，對1010號臺風“莫蘭蒂”近海強度突然加強的原因進行診斷分析。結果表明：充足的水汽補充和溫暖的下墊面、高空槽東移和副高減弱、臺風中心附近增強的正渦度平流、強的低層輻合和高層輻散及適宜的環(huán)境風垂直切變是“莫蘭蒂”臺風近海強度突然加強的主要原因。

臺風；“莫蘭蒂”；強度；水汽；渦度

1 引言

臺風強度的突然加強，是臺風預報上的難題，而近海臺風強度的突然加強，還可能引發(fā)重大海洋災害，給沿海地區(qū)帶來極大威脅。在影響我國的熱帶氣旋（以下簡稱TC）中，平均有16%的TC移到中國沿海強度增強[1]，因此近海臺風突然加強的機理研究是當前臺風研究的重點課題之一，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。前人對中國近海TC強度突增的研究多集中于南海北部與華南沿海，如：胡春梅等[2]對華南沿岸TC登陸前強度突變的診斷分析表明突增的TC位于副高西側(cè)或西南側(cè)，低空有明顯的西南氣流卷入TC內(nèi)部。于玉斌等[3]對近海熱帶氣旋強度突變進行分析,認為臺風強度變化與南亞高壓、副熱帶高壓的強弱有關，環(huán)境風垂直切變小于5 m/s是南海近海熱帶氣旋突然增強的必要條件。李凡等[4]分析“巨爵”臺風近海強度突增時發(fā)現(xiàn)臺風中心附近正渦度增大和正渦度柱向?qū)α鲗又猩蠈由煺?臺風中心附近高層輻散、低層輻合的范圍和強度都在不斷增大。而在臺灣海峽和福建沿海的TC強度突增研究較少，本文試圖從大氣環(huán)流形勢、環(huán)境流場診斷、下墊面影響等方面對1010號臺風“莫蘭蒂”近海強度突增機理進行分析，找出影響其強度變化的一些因素，以期為今后的臺風預報積累經(jīng)驗。

2 數(shù)據(jù)和資料

本文分析所采用的數(shù)據(jù)和資料有：中央氣象臺網(wǎng)站所公布的每6 h一次臺風資料（未經(jīng)校核）、韓國高空500 hPa天氣圖、臺灣中央氣象局衛(wèi)星云圖和雷達回波圖、地面天氣圖及臺灣海峽海溫資料、美國NCEP再分析資料（水平空間分辨率為2.5°×2.5°，時間分辨率6 h）等。

3 1010號臺風“莫蘭蒂”概況

2010年第10號臺風“莫蘭蒂”于9月8日02時在臺灣東南巴士海峽海面生成，先向偏西方向移動；9月9日05時在南海北部打轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)向偏北方向移動，于9月9日14時加強為強熱帶風暴；9月10日02時在福建省晉江市近海海面加強為臺風，隨后于03時30分前后在福建省石獅市沿海登陸，登陸時中心最低氣壓為975 hPa，中心最大風速35 m/s?！澳m蒂”臺風路徑見圖1。

圖1 1010號臺風“莫蘭蒂”路徑圖

4 熱力條件分析

4.1 水汽分析

從加強衛(wèi)星云圖上看，在“莫蘭蒂”進入臺灣海峽后，由于大陸和臺灣島及菲律賓群島地形的摩擦作用，“莫蘭蒂”云團結構變得松散，但仍有源源不斷的水汽從南海進入臺風螺旋云帶（見圖2）。李英等[5]研究指出水汽輸送通過影響臺風的熱力結構來影響臺風強度?！澳m蒂”從南海源源不斷的獲取水汽能量補充，水汽凝結潛熱釋放是“莫蘭蒂”能量維持的一個主要原因，它抵消了因地形摩擦而損耗的一部分能量，充足的水汽輸送是“莫蘭蒂”強度增強的一個重要原因。

圖2 “莫蘭蒂”臺風紅外云圖（來自臺灣中央氣象局網(wǎng)站）

從“莫蘭蒂”臺風雷達回波（見圖3）可看出，強回波以“莫蘭蒂”西南側(cè)為主，說明強水汽對流主要發(fā)生在“莫蘭蒂”中心西南側(cè)。熱帶氣旋中心區(qū)附近發(fā)生強對流可以驅(qū)動中低層的正渦度產(chǎn)生【6-7】。在“莫蘭蒂”中心附近生成強的正渦度平流區(qū)，有利于“莫蘭蒂”強度加強。

圖3 臺風“莫蘭蒂”雷達回波圖(引自臺灣中央氣象局網(wǎng)站）

4.2 海溫分析

暖濕的下墊面也是臺風發(fā)生和發(fā)展的一個必要條件，暖的海面，其蒸發(fā)旺盛，通過海氣間的湍流輸送，使擾動層所在低層大氣獲得大量暖而濕的空氣，加大氣層間的條件不穩(wěn)定性，為積云對流提供有力條件。大量研究表明，下墊面海溫必須在26°—27℃以上，這是擾動形成暖心結構的基礎。分析“莫蘭蒂”期間臺灣海峽表層海溫分布（見圖4）發(fā)現(xiàn)，臺灣海峽南部海溫呈緯向分布，維持在28℃以上，較高的海溫，保證了“莫蘭蒂”臺風能從海洋獲取更多的熱量，不至于因地形摩擦而能量耗散過快?！澳m蒂”臺風夜間在近海強度突增與閻俊岳的研究“臺風迅速加強的頻率夜間較白天為高，它與熱帶海洋上對流發(fā)展強烈的時間相一致”是相符的。

圖4 臺灣海峽海溫分析圖（引用臺灣中央氣象局網(wǎng)站）

5 環(huán)流形勢分析

5.1 500hPa形勢特征分析

從500 hPa高空圖分析，在“莫蘭蒂”臺風生成初期，副高分裂為東、西兩環(huán)，臺風在兩環(huán)副高控制中間區(qū)域海面生成，并在東側(cè)副高西南側(cè)偏東南氣流引導下向西北方向移動，9日08時起，受中緯度西風槽東移影響，副高開始減弱（見圖5），此時“莫蘭蒂”臺風轉(zhuǎn)受海上副高西側(cè)偏南氣流引導向偏北方向移動。由于西風槽的東移，加大了“莫蘭蒂”臺風環(huán)流北側(cè)的氣壓梯度，偏東分量增大，有利于“莫蘭蒂”臺風環(huán)流氣流輻合，使得“莫蘭蒂”臺風在這段時間強度慢慢加強。陳聯(lián)壽等[8]研究指出西風槽與TC的相對位置對TC的發(fā)展有極大的影響。20時，“莫蘭蒂”臺風位于東移的西風槽前，在高空槽前正渦度平流作用下，高空有明顯的輻散，反氣旋風切變加強其高層的反氣旋流出，有利于“莫蘭蒂”強度加強。

圖5 500 hPa歐亞高空圖（引自韓國氣象局網(wǎng)站）

5.2 低層流場分析

“莫蘭蒂”進入臺灣海峽后，不斷有越赤道氣流和西南季風氣流卷入“莫蘭蒂”環(huán)流中，增強“莫蘭蒂”環(huán)流（見圖6）。利用臺灣地面天氣圖資料分析，9日08時起，小股弱冷空氣侵入“莫蘭蒂”外側(cè)環(huán)流，弱冷空氣侵入臺風環(huán)流北側(cè)有利于氣流抬升和潛熱釋放，進一步加強“莫蘭蒂”的斜壓結構，斜壓能進而激發(fā)對流加強，是導致“莫蘭蒂”臺風近海突然加強的一個原因。

圖6 9月9日20時（左）和10日02時（右）低層流場圖

6 物理量場分析

6.1 渦度和散度場特征分析

從850 hPa渦度場（見圖7）分析，在“莫蘭蒂”進入臺灣海峽后，其最大渦度平流區(qū)受地形影響較小，最大正渦度中心位置與“莫蘭蒂”臺風中心位置基本一致，在其強度突增階段，最大正渦度范圍和渦度中心值迅速增大。進一步對“莫蘭蒂”臺風中心進行渦度緯向垂直剖面分析（見圖8），臺風中心附近自下而上為深厚的正渦度平流區(qū)，在“莫蘭蒂”中心附近有一個明顯的正渦度柱，柱狀正渦度區(qū)從底層到高層呈鉛直分布，最大正渦度區(qū)位于700 hPa以下，最大正渦度中心為50×10-6/s。渦度方程表明，正渦度平流越大，表明輻合上升運動越強烈，越有利于“莫蘭蒂”臺風強度的加強，強的正渦度平流在“莫蘭蒂”臺風強度加強過程中起重要作用。而“莫蘭蒂”進入臺灣海峽后，最大風圈半徑較小，近中心環(huán)流不至于因地形摩擦而過快損耗，同時在“莫蘭蒂”臺風中心附近強水汽對流活動持續(xù)，激發(fā)產(chǎn)生正渦度，從而在“莫蘭蒂”臺風中心附近始終維持強的正渦度平流區(qū)。持續(xù)的正渦度平流在“莫蘭蒂”近海強度增強過程中起重要作用，是其與其他熱帶氣旋（TC）在中國近海強度變化的作用機理的一個不同之處，其他TC在中國近海強度變化期間，正渦度平流區(qū)出現(xiàn)不同程度的斷續(xù)。至于“莫蘭蒂”臺風近海強度突增期間渦度平流與其強度變化的機制還有待進一步研究。

圖7 “莫蘭蒂”臺風850 hPa渦度場圖

圖8 臺風中心渦度緯向垂直剖面圖

對“莫蘭蒂”臺風中心散度進行緯向垂直剖面分析（見圖9），在“莫蘭蒂”臺風強度突增期間，低層輻合及高層輻散的強度和范圍都在不斷增大，低層輻合區(qū)的范圍增大尤為明顯，850 hPa層以下為強的輻合中心，輻合中心為-20×10-6/s,而在300 hPa層以上均為強的輻散區(qū)，輻散中心為25×10-6/s。

圖9 臺風中心散度緯向垂直剖面圖

對“莫蘭蒂”臺風中心的渦度和散度垂直剖面分析表明，在“莫蘭蒂”臺風強度加強過程中，臺風中心出現(xiàn)了強的正渦度平流，高空輻散和低層輻合的強度和范圍不斷增大，這種配置有利于上升運動，使得“莫蘭蒂”中心對流發(fā)展旺盛，臺風強度加強。

6.2 垂直速度特征場分析

垂直速度ω的垂直分布與散度是相配合的，在臺風中心附近低層輻合、高空輻散，中心附近整層都是上升運動。臺風形成的CISK理論認為整層氣層的抬升有助于不穩(wěn)定能量的釋放，為大尺度擾動提供熱能，而大尺度擾動又產(chǎn)生積云對流所需的濕空氣輻合，如此循環(huán)，從而導致擾動不斷發(fā)展。在“莫蘭蒂”強度突然增強期間，中心垂直速度迅速加強，整層上升運動范圍加大，垂直上升運動柱由底層伸展至100 hPa附近（見圖10）?？梢姶怪彼俣仍鰪姴牡蛯酉蛏蟼鞑?，使得“莫蘭蒂”在近海強度發(fā)生突增。

圖10 臺風中心垂直上升速度剖面圖

6.3 垂直風切變分析

適當?shù)拇怪憋L切變是臺風發(fā)生和發(fā)展的一個必要條件，強的垂直風切變會將對流凝結潛熱迅速帶離加熱區(qū)，不利于臺風中心的進一步增暖，而弱的垂直風切變則不足以加強擾動能量。環(huán)境風垂直切變通過計算“莫蘭蒂”850 hPa和200 hPa之間距其中心5個緯距半徑的全風速得到（全風速見圖11）。計算分析“莫蘭蒂”發(fā)展期間垂直風切變發(fā)現(xiàn)，在強度突增前，垂直風切變增大，在強度突增期間，垂直風切變維持在5—10 m/s，這個切變值有利于“莫蘭蒂”臺風強度的增強。

圖11 臺風中心垂直風切變緯向剖面圖

7 結論

利用常規(guī)天氣圖、衛(wèi)星云圖、雷達回波圖和NCEP再分析資料，對1010號臺風“莫蘭蒂”近海強度突然增強進行分析，得到如下結論：

（1）“莫蘭蒂”臺風近海加強期間，從南海源源不斷的水汽補充，臺灣海峽南部表層海溫呈緯向分布，且水溫都在28℃以上，充足的水汽能量補充是“莫蘭蒂”近海加強的一個必要條件；

（2）“莫蘭蒂”臺風加強時位于西風槽前，槽前正渦度平流有利于臺風高層輻散，槽后弱冷空氣侵入臺風內(nèi)部，增強臺風斜壓結構，有利于臺風強度加強；

（3）在“莫蘭蒂”近海強度突增階段，垂直風切變維持在5—10 m/s，這個切變值有利于“莫蘭蒂”臺風強度的增強；

（4）在“莫蘭蒂”強度突然增強階段，臺風中心出現(xiàn)強烈的低層輻合和高空輻散，輻合輻散范圍和強度不斷增大；臺風中心強的正渦度平流區(qū)在臺風突然增強期間受地形影響較小，臺風中心強的正渦度平流可能是“莫蘭蒂”臺風近海突然增強的一個重要原因，也是其區(qū)別于其他近海TC強度變化的一個作用機理，正渦度平流的維持及其如何影響“莫蘭蒂”強度變化的機制還有待于進一步研究。

[1]閻俊岳.近海熱帶氣旋迅速加強的氣候特征[J].應用氣象學報, 1996,7(1):28-35.

[2]胡春梅,端義宏,余暉,等.華南地區(qū)熱帶氣旋登陸前強度突變的大尺度環(huán)境診斷分析[J].熱帶氣象學報,2005,21(4):377-382.

[3]于玉斌,楊昌賢,姚秀萍.近海熱帶氣旋強度突變的垂直結構特征分析[J].大氣科學,2007,31(5):876-886.

[4]李凡,鄭艷,李勛.0915號臺風“巨爵”近海強度突增的診斷分析[J].氣象水文海洋儀器,2010,3:87-93.

[5]李英,陳聯(lián)壽,徐祥德.水汽輸送對登陸熱帶氣旋維持機制的數(shù)值試驗[C].第十三屆全國熱帶氣旋科學討論會會議文集，2004.

[6]仲榮根.臺風加（減）速運動的診斷預報方法及路徑預報[J].海洋學報,1995,17:55-62.

[7]賀海晏.臺風移動規(guī)律的研究Ⅰ—非絕熱加熱與水平溫度分布[J].熱帶氣象學報,1995,11:1-9.

[8]陳聯(lián)壽,丁一匯.西太平洋臺風概論[M].北京:科學出版社,1979.

[9]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學原理和方法[M].北京:氣象出版社,2000.

Diagnostic analysis of sudden intensity of typhoon "Meranti"（1010）near offshore

YUAN Fang-chao DENG Zhao-qing CHEN De-wen
（Marine Forecast Station Of Xiamen，Xiamen Fujian 361008 China)

Based on general weather charts,satellite cloud images,radar echo images and NCEP reanalysis data, the diagnostic analysis is done for the sudden intensify of typhoon Meranti near offshore.The results show that the following factors could cause the sudden change,including the plenty of water vapor,warm underlying surface,the eastward moving of the high level trough,the weakening of the subtropical high,the increasing of vorticity advection near the typhoon center,the extending and strengthening of convergence on lower level and divergence on upper level,and favorable vertical wind shear.

typhoon;meranti;intensity;water vapor;vorticity

book=58,ebook=58

P444

：A

：1003-0239（2012）04-0035-07

2011-08-25

袁方超（1984-），男，助理工程師，主要從事海洋預報工作。E-mail:yuanfc2712@163.com