高空槽對登陸臺風(fēng)“麥德姆”的影響及其診斷分析

摘要利用NCEP/NCAR再分析資料，研究在臺風(fēng)“麥德姆”登陸北上過程中對其產(chǎn)生重要影響的高空槽的位置、強(qiáng)度、槽上暖中心的變化，且對槽進(jìn)行了渦度方程的診斷分析。結(jié)果表明，高空槽向東移動的過程中有暖中心與之配合，致使高空槽強(qiáng)度不斷增加。散度項、平流項和地轉(zhuǎn)平流項對渦度的局地變化貢獻(xiàn)較大，主要的正貢獻(xiàn)來源于散度項。高空槽達(dá)到最強(qiáng)時，“麥德姆”低壓環(huán)流和高空槽結(jié)合，受高空槽前部顯著輻散場的影響，臺風(fēng)高層輻散、中心附近上升運(yùn)動明顯增強(qiáng)，這是臺風(fēng)“麥德姆”登陸后期強(qiáng)度得以維持的重要因素。

關(guān)鍵詞高空槽；“麥德姆”；渦度方程；暖中心；輻散場

中圖分類號P458.1+24文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）05-0189-04

AbstractThe location，the intensification and the warm core of the upper level trough were analyzed during Matmo moving northward after landfall by using NCEP/NCAR data.The method of vorticity equation was adopted to diagnose the upper level trough.Results showed that the upper level trough gradually strengthened affected by the warm core while moving eastward.The horizontal advection term，the divergence term and thegeostrophy term of the vorticity equation were the main dynamic conditions.And the divergence term made the positive contribution.The stronger divergence field in the front of the upper trough caused highlevel divergence and vertical motion of Matom，which play the major role of Matmo sustaining for a long period after landfall.

Key wordsUpper level trough；Matmo；Vorticity equation；Warm core；Divergence field

作者簡介杜春霞（1989—），女，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向：中尺度數(shù)值模擬。

收稿日期2016-12-02

熱帶氣旋登陸后，往往在海面水汽和潛熱通量被切斷以及路面摩擦能量耗散的情況下趨于衰亡，但有的熱帶氣旋可在登陸之后獲得新的能量而在陸上維持?jǐn)?shù)天，甚至再度加強(qiáng)，釀成巨災(zāi)[1]。2014年第10號臺風(fēng)“麥德姆”即為一個典型的個例，臺風(fēng)“麥德姆”于7月19日08：00在西北太平洋洋面上生成。23日15：00，臺風(fēng)在福建省沿海登陸，強(qiáng)度隨之迅速減小。登陸18 h后，臺風(fēng)強(qiáng)度反而減弱緩慢，在陸上維持約52 h，影響范圍遍及我國東部各省。

臺風(fēng)“麥德姆”造成的災(zāi)害嚴(yán)重，主要有2個方面的原因：一是臺風(fēng)本身陸上維持時間較長，強(qiáng)度較大，影響范圍較廣；二是臺風(fēng)登陸后強(qiáng)度及路徑預(yù)報不準(zhǔn)，防御措施做不好，造成的災(zāi)害比較嚴(yán)重。因此，了解臺風(fēng)登陸后維持較久的原因，提高預(yù)報的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。Frank等[2]統(tǒng)計分析了1988、1989年生成的熱帶氣旋及其可能的觸發(fā)因子，發(fā)現(xiàn)75%颶風(fēng)的產(chǎn)生受到高空槽的影響。Ritchie等[3]研究了在槽與熱帶氣旋同時存在和只有槽存在這2種情況下地面氣旋的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)當(dāng)中緯度高空槽與變性熱帶氣旋相配合時，地面氣旋強(qiáng)烈發(fā)展。李英等[4-5]在臺風(fēng)Winnie的數(shù)值研究中發(fā)現(xiàn)，臺風(fēng)陸上的變性加強(qiáng)過程與西風(fēng)帶高空槽的強(qiáng)度密切相關(guān)。FNL資料分析表明，臺風(fēng)“麥德姆”登陸后向北移動的過程中有高空槽活動。筆者重點(diǎn)分析高空槽對臺風(fēng)“麥德姆”的影響，探討高空槽是否為臺風(fēng)陸上長時間維持的主要機(jī)制。

1高空槽位置和強(qiáng)度的變化

由圖1可知，21日14：00，臺風(fēng)“麥德姆”位于菲律賓呂宋島東面的太平洋上，300 hPa高空槽位于新疆西南部，槽線位于35° N以北，強(qiáng)度較弱，之后高空槽向東移動。隨著高空槽東移，“麥德姆”向西北方向移動，臺風(fēng)強(qiáng)度逐漸增加。22日14：00，“麥德姆”移至臺灣半島的東南方，繼續(xù)向西北方向移動；高空槽東移至新疆東部，300 hPa槽線仍然位于35° N以北，強(qiáng)度仍然較弱，此后高空低槽東移速度加快，且強(qiáng)度有所增加。23日14：00，“麥德姆”越過臺灣半島，移至福建東南部，即將登陸福建；高空槽線傾斜呈東北北—西南南向，300 hPa槽線南端抵達(dá)35° N；此時臺風(fēng)“麥德姆”轉(zhuǎn)向北上在福建沿海登陸，臺風(fēng)登陸后，移速緩慢，高空槽在垂直方向上加深，槽底南伸并繼續(xù)東移，24 h內(nèi)再次向東移動約10個緯度。24日14：00，“麥德姆”移至安徽、江西、浙江三省的交界處，高空槽再次加深，到達(dá)生命史中最強(qiáng)階段，槽上渦度平均值高達(dá)12×10-5s-1，300 hPa槽底向南伸至35° N以南；此時“麥德姆”到達(dá)高空槽底部，臺風(fēng)低壓環(huán)流與高空槽結(jié)合，在槽前強(qiáng)烈的西南氣流引導(dǎo)下，進(jìn)一步向東偏北方向移動，移動速度明顯增加。至25日14：00，“麥德姆”移入黃海，進(jìn)入高空槽前部；高空槽強(qiáng)度稍有減弱，東移變緩，24 h內(nèi)移動距離小于5個緯度。

研究表明，高空槽具有明顯的正渦度特征，它的發(fā)生發(fā)展以渦度的變化加以表述[6-7]。采用P坐標(biāo)系下的渦度方程[8]對300 hPa高空槽進(jìn)行診斷分析。

從圖2可看出，渦度的局地變化項很好地反映了圖1b中300 hPa渦度的變化趨勢，從初始時刻21日14：00，槽線上渦度逐漸增加，至23日14：00達(dá)到第1個渦度極值，由于渦度局地變化采用的是后差值方法，所以23日08：00渦度局地變化項達(dá)到第1個極值。之后渦度繼續(xù)緩慢增加，渦度局地變化項為較小的正值。24日14：00之后，渦度開始減小，渦度的局地變化項為負(fù)值。渦度平流項分布顯示，300 hPa槽線上為較強(qiáng)的負(fù)渦度平流，并有逐漸減小的趨勢，表明渦度平流項對渦度的變化為負(fù)貢獻(xiàn)，尤其是在高空槽強(qiáng)度較大時，平流項的負(fù)貢獻(xiàn)也較大。由散度項分布可見，從初始時刻開始，散度項逐漸增大，為主要的正值分布，表明300 hPa高空槽線上有較強(qiáng)的氣流輻合，造成局地渦度增加。地轉(zhuǎn)項整體分布為負(fù)值，與散度項一個量級，且變化不大，即地轉(zhuǎn)項對渦度變化為負(fù)貢獻(xiàn)，使高空槽槽線上渦度減小。垂直輸送項對渦度的局地變化為正貢獻(xiàn)，有利于槽線上渦度的增加。渦管扭曲項為負(fù)值，表示其對渦度的局地變化為負(fù)貢獻(xiàn)。從渦度局地變化項和H分布可以看出，21日14：00—22日08：00，H略小于渦度局地變化項；22日08：00—24日08：00，H與渦度局地變化曲線走勢非常相似，雖然仍有些誤差，但很好地再現(xiàn)了渦度局地變化各個時刻的特點(diǎn)以及23日08：00的極大值和23日14：00的極小值。24日14：00，H與渦度局地變化項偏差較大，之后渦度局地變化項和H均呈上升趨勢，誤差逐漸減小。

整體而言，在渦度方程的各項收支中，散度項和垂直輸送項為正貢獻(xiàn)，渦度平流項、地轉(zhuǎn)項和渦管扭曲項為負(fù)貢獻(xiàn)。其中散度項、平流項和地轉(zhuǎn)平流項對渦度的局地變化貢獻(xiàn)較大。主要的正貢獻(xiàn)來源于散度項，高空槽線上氣流的輻合是渦度增大的主要因素。

2高空槽熱力場結(jié)構(gòu)分析

分析發(fā)現(xiàn)，在高空槽東移過程中，200 hPa有較為明顯的暖中心伴隨。由靜力平衡原理可知，溫度升高，空氣塊密度必然增大，導(dǎo)致等壓面向下延伸曲率增大，這種熱力結(jié)構(gòu)的配置必然促進(jìn)高空槽增強(qiáng)。同時，在垂直方向上隨著高度降低，暖中心南移，高空槽向南加深。

從圖3可以看出，22日14：00，高層暖中心伸展至300 hPa左右，將有利于300 hPa 高空槽的發(fā)展，400 hPa以下轉(zhuǎn)為冷平流，400 hPa高空槽的發(fā)展受到一定的阻礙；23日14：00，200 hPa暖中心已伸展至500 hPa，將有利于500 hPa高空槽的發(fā)展；24日14：00、25日14：00，高空槽上暖中心均維持在500 hPa。由此可知，隨著高空槽東移，暖中心在垂直高度上向低層延伸，促進(jìn)了高空槽的發(fā)展加深。21日14：00和22日14：00高空槽在垂直高度上僅發(fā)展至300 hPa，但23日14：00高空槽已發(fā)展至500 hPa。表明有利的熱力場條件是高空槽在東移過程中加強(qiáng)的主要原因。

3高空槽對臺風(fēng)動力結(jié)構(gòu)的影響

從300 hPa散度場（圖4）可以看出，臺風(fēng)登陸后期高層輻散明顯增強(qiáng)。24日14：00臺風(fēng)中心周圍輻散場較弱；25日02：00，臺風(fēng)已進(jìn)入高空槽內(nèi)部，受槽前顯著輻散場的影響，臺風(fēng)高層輻散增強(qiáng)，成為臺風(fēng)結(jié)構(gòu)得以維持的機(jī)制；25日14：00，高層輻散再度減弱，臺風(fēng)已接近消亡。

從過臺風(fēng)中心所在經(jīng)度的經(jīng)向剖面（圖5）可以看出，24日14：00，900～150 hPa均有弱的上升氣流，臺風(fēng)中心南側(cè)上升速度較北側(cè)強(qiáng)，最大值出現(xiàn)在400～300 hPa，垂直速度為13 m/s。之后，臺風(fēng)環(huán)流與高空槽結(jié)合，受到高空槽帶來的冷空氣入侵，層結(jié)溫度下降，使對流得到迅速發(fā)展。25日02：00，臺風(fēng)北側(cè)的垂直速度有所減弱，而臺風(fēng)南側(cè)的垂直速度明顯增強(qiáng)，最大值位于500 hPa，達(dá)27 m/s。25日14：00，上升速度有所減弱北移，上升速度最大值在400 hPa，為12 m/s，臺風(fēng)中心南側(cè)500 hPa以下已轉(zhuǎn)為下沉氣流，垂直速度的增大過程趨于結(jié)束。

由以上分析可知，“麥德姆”北上與高空槽結(jié)合的過程中，高空槽前強(qiáng)輻散場加強(qiáng)了臺風(fēng)中上層的上升運(yùn)動，上升運(yùn)動又加強(qiáng)了低層的輻合，在一定程度上彌補(bǔ)了地面摩擦造成的能量損耗，從而使臺風(fēng)“麥德姆”在陸上得以維持而沒有很快消亡。

4小結(jié)

（1）臺風(fēng)“麥德姆”登陸過程中，存在一高空低槽自西向東移動。在高空槽東移的過程中，高空槽強(qiáng)度逐漸增大，24日14：00達(dá)到最強(qiáng)，通過高空槽的熱力場結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，高空槽強(qiáng)度的增加主要與槽上暖中心有關(guān)，在高空槽向東移動的過程中有暖中心與之配合。對高空槽線上的渦度收支診斷分析表明，散度項和垂直輸送項為正貢獻(xiàn)，渦度平流項、地轉(zhuǎn)項和渦管扭曲項為負(fù)貢獻(xiàn)，其中散度項、平流項和地轉(zhuǎn)平流項對渦度的局地變化貢獻(xiàn)較大，主要的正貢獻(xiàn)來源于散度項，高空槽槽線上氣流的輻合是其渦度增大的主要因素。

（2）高空槽達(dá)到最強(qiáng)時，臺風(fēng)“麥德姆”低壓環(huán)流和高空槽結(jié)合，開始受到高空槽的影響。受到高空槽前部顯著輻散場的影響，臺風(fēng)登陸后期其高層輻散、中心附近上升運(yùn)動明顯增強(qiáng)，成為臺風(fēng)“麥德姆”登陸后期強(qiáng)度得以維持的重要因素。

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