臺(tái)風(fēng)“威馬遜”（1409）在南海北部急劇增強(qiáng)的環(huán)境因子分析

呂心艷，許映龍，黃煥卿

（1.國家氣象中心，北京 100081；2.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

1 引言

近20年來，隨著模式的發(fā)展和模式釋用技術(shù)的應(yīng)用，臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)水平有了大幅度提高。但是，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)技巧卻一直沒有明顯的進(jìn)展[1-3]，預(yù)報(bào)誤差存在波動(dòng)。臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)一直是業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)難點(diǎn)，特別是對(duì)快速增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)能力有限。業(yè)務(wù)工作中臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)階段的強(qiáng)度預(yù)報(bào)速率均小于實(shí)際臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)速率，不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出快速增強(qiáng)過程[4]，臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)易進(jìn)入被動(dòng)局面。近海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏弱容易造成嚴(yán)重的災(zāi)害損失，尤其是南海北部，作為臺(tái)風(fēng)突然增強(qiáng)多發(fā)的海域[5]，大氣背景場(chǎng)復(fù)雜且海氣相互作用獨(dú)特，導(dǎo)致南海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)難度大，特別是若臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)發(fā)生在登陸前，預(yù)報(bào)預(yù)警不及時(shí)將可能導(dǎo)致嚴(yán)重的災(zāi)害損失。1409號(hào)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”就是典型的在南海近?？焖僭鰪?qiáng)的臺(tái)風(fēng)，雖然預(yù)報(bào)其將在南海北部海域增強(qiáng)，但是并沒有預(yù)報(bào)其在登陸前急劇增強(qiáng)的過程。通過對(duì)1409號(hào)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海急劇增強(qiáng)過程進(jìn)行深入分析，有望為今后南海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)提供參考。

環(huán)境因子是影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的重要原因[6]。其中，環(huán)境風(fēng)垂直切變（Vertical Wind Shear，VWS）是影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的重要環(huán)境因子之一[7-9]，常被作為主要預(yù)報(bào)因子之一應(yīng)用于熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）強(qiáng)度預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)動(dòng)力模式中[10-11]，也是業(yè)務(wù)中臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)關(guān)注的首要因子。通常以200 hPa和850 hPa兩層之間的切變表征VWS，一般認(rèn)為較大VWS不利于臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)[5，12]。但是，不同層次VWS的大小[13-14]和方向[14-15]對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化影響是不一樣的。Wang等[16]研究認(rèn)為低層VWS與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化相關(guān)關(guān)系更為密切；Onderlinde等[17]測(cè)試了熱帶氣旋強(qiáng)度變化對(duì)VWS深度的敏感性，結(jié)果表明：相對(duì)于VWS集中在對(duì)流層下部環(huán)境中的熱帶氣旋，VWS集中在對(duì)流層上部的熱帶氣旋更易增強(qiáng)；另外，近70%的西北太平洋熱帶氣旋增強(qiáng)發(fā)生在東風(fēng)切變環(huán)境下[18]。

海洋熱狀況也是影響TC強(qiáng)度變化的重要環(huán)境因子之一。Holliday等[19]對(duì)西北太平洋突然增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)分析表明，高于28℃的海表面溫度（Sea Surface Temperature，SST）是西北太平洋臺(tái)風(fēng)突然增強(qiáng)的必要條件，SST在27～30℃之間臺(tái)風(fēng)迅速增強(qiáng)速率最快[10，20]，且在SST高于29℃的洋面上，臺(tái)風(fēng)突然增強(qiáng)的頻率是非突然增強(qiáng)的4倍。李凡等[21]對(duì)南海臺(tái)風(fēng)“巨爵”（0915）近海強(qiáng)度突增進(jìn)行了診斷分析，指出臺(tái)風(fēng)“巨爵”經(jīng)過南海北部高海溫（28℃以上）區(qū)域時(shí)強(qiáng)度突然增強(qiáng)。充沛的低層水汽輸送條件有利于臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)，快速增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)對(duì)流層中下層的環(huán)境相對(duì)濕度比非快速增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)明顯偏高[10-11，22]。另外，臺(tái)風(fēng)對(duì)流層高層上有無明顯的輻散氣流或高層出流是臺(tái)風(fēng)能否繼續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志，也是近海臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)的關(guān)鍵原因[12，23-25]。

本文利用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的ECMWF-interim逐6 h再分析資料（0.5°×0.5°）、中國氣象局臺(tái)風(fēng)最佳路徑資料和美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）的逐日最優(yōu)插值海表面溫度（Optimum Interpolation Sea Surface Temperature,OISST，0.25°×0.25°）等資料，并采用ARW-WRF（Advanced Research WRF-Weather Research and Forecast）中尺度數(shù)值模式，分析了臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海北部海域快速增強(qiáng)過程中的環(huán)境因子（包括大氣和海洋）的變化。分別討論了整層、高層和低層VWS、高層出流和低層水汽輸送以及SST等對(duì)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”強(qiáng)度變化的影響，并利用ARW-WRF中尺度數(shù)值進(jìn)行敏感性試驗(yàn)（共4組，10個(gè)試驗(yàn)），測(cè)試了臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海北部強(qiáng)度變化對(duì)SST的敏感性。本文研究結(jié)果將有望進(jìn)一步提高對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化物理過程的認(rèn)識(shí)，并為提高南海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)水平提供參考。

2 臺(tái)風(fēng)“威馬遜”（1409）基本概況

臺(tái)風(fēng)“威馬遜”（1409）于7月12日下午在菲律賓以東洋面生成（見圖1a），15日傍晚在菲律賓中部近海加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心附近最大風(fēng)速達(dá)55 m/s（16級(jí)，見圖1b），隨后在菲律賓中部沿海登陸。登陸后臺(tái)風(fēng)“威馬遜”穿過菲律賓中部，于16日上午移入南海東部并減弱為臺(tái)風(fēng)，中心附近最大風(fēng)速僅為33 m/s（12級(jí)）。其后，臺(tái)風(fēng)“威馬遜”向西北方向移動(dòng)逐漸向海南島東北部沿?？拷?，并于18日凌晨再次加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，下午14時(shí)（北京時(shí)，下同）在海南文昌東北部近海海面達(dá)到峰值強(qiáng)度，中心附近最大風(fēng)速達(dá)72 m/s（17級(jí)以上，見表1）；隨后于18日15時(shí)30分在海南省文昌市翁田鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)速達(dá)70 m/s（17級(jí)以上），中心最低氣壓為890 hPa，為1949年建國以來登陸我國（包括臺(tái)灣地區(qū)）最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，歷史罕見。

表1 臺(tái)風(fēng)“威馬遜”進(jìn)入南海后強(qiáng)度變化情況

圖1 超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”路徑圖和強(qiáng)度變化

臺(tái)風(fēng)“威馬遜”中心風(fēng)速由17日08時(shí)的40 m/s快速增強(qiáng)到18日14時(shí)的72 m/s，24 h中心最大風(fēng)速增強(qiáng)高達(dá)27 m/s，其中12 h強(qiáng)度變化為10～15 m/s，6 h強(qiáng)度變化5～8 m/s；中心最低氣壓由17日08時(shí)的960 hPa降低至18日14時(shí)的888 hPa，24 h中心氣壓降幅達(dá)72 hPa，是1949年以來在南海24 h強(qiáng)度增強(qiáng)最快的臺(tái)風(fēng)（熱帶風(fēng)暴級(jí)及以上）。另外，其強(qiáng)度變化符合Lyu等[5]快速增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)（12 h強(qiáng)度變化≥10 m/s，6 h強(qiáng)度變化≥3 m/s），同時(shí)也完全符合中國氣象局“八五”攻關(guān)辦專家組提出的有關(guān)近海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度突變（迅速加強(qiáng)：12 h強(qiáng)度增強(qiáng)≥10 m/s）的標(biāo)準(zhǔn)[2]以及美國關(guān)于颶風(fēng)迅速增強(qiáng)（Rapid Intensification，24 h強(qiáng)度增強(qiáng)≥30 kt）的定義[10]?？梢?，臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海北部海域出現(xiàn)了急劇增強(qiáng)，歷史罕見。

3 臺(tái)風(fēng)“威馬遜”（1409）在南海快速增強(qiáng)原因

3.1 環(huán)境風(fēng)垂直切變

VWS是最常被認(rèn)為臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)的“不利條件”[9，16]，一般來說強(qiáng)VWS會(huì)抑制臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)。本文的VWS計(jì)算方法引用Lyu等的定義[5]，即：以距臺(tái)風(fēng)中心200～800 km圓環(huán)中風(fēng)的區(qū)域平均值作為臺(tái)風(fēng)在該層次的環(huán)境風(fēng)，200 hPa和850 hPa之間環(huán)境風(fēng)的矢量差代表整層或深層大氣的VWS，也是業(yè)務(wù)上最常用的VWS。200 hPa和500 hPa、500 hPa和850 hPa之間環(huán)境風(fēng)的矢量差分別代表高層和低層的VWS。圖2a給出臺(tái)風(fēng)“威馬遜”活動(dòng)期間VWS的變化情況。

7月17日后低層（500～850 hPa）VWS明顯減?。ㄒ妶D2a），且小于4 m/s，比臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)平均低層切變還略偏小[5]，且低層環(huán)境風(fēng)以東南風(fēng)為主（見圖2b），快速增強(qiáng)期間（17—18日）風(fēng)速為4～6 m/s，風(fēng)速梯度非常小，進(jìn)而說明低層VWS弱。根據(jù)Wang等[16]和Onderlinde等[17]的研究結(jié)果，強(qiáng)度變化與低層VWS關(guān)系更為密切，低層切變小有利于臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)。17日整層（200～850 hPa）VWS約由12 m/s減少至10 m/s左右，雖然明顯強(qiáng)于相對(duì)臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)整層切變的平均值5 m/s，但文獻(xiàn)也記錄了1995—2015年仍約有5%的臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)發(fā)生在≥10 m/s的強(qiáng)VWS下[5]。另外，高層（200～500 hPa）VWS不但沒有減少趨勢(shì)，還略有增加。由此可見，VWS主要集中在中高層。從圖2b可以清楚看到，中高層環(huán)境風(fēng)主要以東到東北風(fēng)為主，風(fēng)向變化不大，但是風(fēng)速梯度比較大，因此，中高層VWS主要表現(xiàn)為風(fēng)速的切變，且為偏東風(fēng)切變。進(jìn)一步分析對(duì)流層高層環(huán)境場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”的出流發(fā)生明顯非對(duì)稱，主要集中在其南側(cè)（見圖3），這是造成整層VWS偏大的主要原因。但是高層出流增強(qiáng)有利于臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)，在一定程度上抵消了VWS對(duì)臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)的抑制作用。綜上，臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南?？焖僭鰪?qiáng)階段，VWS呈現(xiàn)出整層和中高層偏強(qiáng)，但低層明顯變?nèi)醯奶卣鳌?/p>

圖2 臺(tái)風(fēng)“威馬遜”強(qiáng)度變化過程中VWS和環(huán)境風(fēng)的垂直分布變化

3.2 高層輻散

臺(tái)風(fēng)“威馬遜”移至菲律賓中部近海時(shí)，南亞高壓東界約位于100°E以西地區(qū)（見圖3a），對(duì)流層高層100 hPa東風(fēng)急流核集中在70°～80°E附近，東風(fēng)急流核的強(qiáng)度可達(dá)44 m/s以上。但是，臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在穿越菲律賓中部過程中，高空東風(fēng)急流出現(xiàn)明顯的西退。本文為了定量分析臺(tái)風(fēng)高層出流強(qiáng)度，計(jì)算了以臺(tái)風(fēng)中心為中心的邊長8個(gè)緯距的正方形區(qū)域平均100 hPa散度。由圖4a可以清楚看出此時(shí)平均區(qū)域散度明顯減少，根據(jù)高斯定理，說明此時(shí)高層臺(tái)風(fēng)周圍出流呈現(xiàn)顯著減弱，不利于臺(tái)風(fēng)維持和增強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)迅速減弱。在臺(tái)風(fēng)“威馬遜”向西北移到南海北部過程中，南亞高壓開始東進(jìn)，17日20時(shí)前后，南亞高壓東界約到達(dá)120°E附近，對(duì)應(yīng)赤道以南的高壓也有所加強(qiáng)并東伸，兩個(gè)高壓之間高空東風(fēng)急流出現(xiàn)了明顯增強(qiáng)并東伸。臺(tái)風(fēng)“威馬遜”進(jìn)入南海北部近海附近，東風(fēng)急流核的強(qiáng)度再次增強(qiáng)到44 m/s以上（見圖3b），較同期30 a（1981—2010年）平均東風(fēng)急流核強(qiáng)度（僅約有35 m/s）明顯偏強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)南部高空的東北風(fēng)也出現(xiàn)明顯增強(qiáng)，其風(fēng)速接近30 m/s，有利于臺(tái)風(fēng)南側(cè)向西南方向出流迅速增強(qiáng)。臺(tái)風(fēng)中心區(qū)域平均高層散度較前期明顯增大（見圖5b），高層強(qiáng)烈的輻散氣流導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)周圍高層出流明顯增強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)抽吸作用加大，動(dòng)力強(qiáng)迫下臺(tái)風(fēng)次級(jí)環(huán)流快速增強(qiáng)，造成低層輻合和上升運(yùn)動(dòng)隨之增強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)環(huán)流低層迅速減壓，導(dǎo)致“威馬遜”強(qiáng)度出現(xiàn)急劇增強(qiáng)。由此可見，隨著臺(tái)風(fēng)“威馬遜”進(jìn)入南海北部，10°N以北高空東風(fēng)急流異常加強(qiáng)并東伸，使得臺(tái)風(fēng)高層形成了強(qiáng)勁的高空輻散流場(chǎng)，是臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海北部海域急劇增強(qiáng)的關(guān)鍵動(dòng)力因子。

圖3 100 hPa風(fēng)場(chǎng)和≥12 m/s的等風(fēng)速區(qū)（填色，單位：m/s）

3.3 水汽輸送

臺(tái)風(fēng)“威馬遜”活動(dòng)期間，南半球冷空氣活動(dòng)十分頻繁，勢(shì)力較強(qiáng)，導(dǎo)致南半球越赤道氣流較氣候平均明顯偏強(qiáng)。通過南半球逐日的海平面氣壓（圖略）和850 hPa風(fēng)場(chǎng)圖（見圖4a和4b）的分析，我們發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”進(jìn)入南海前南半球馬斯克林高壓勢(shì)力強(qiáng)大，印度半島北部至阿拉伯海北部一帶為強(qiáng)大的季風(fēng)低壓區(qū)控制，導(dǎo)致強(qiáng)勁的索馬里低空急流在越過赤道后，主要匯入該季風(fēng)低壓區(qū)內(nèi)（見圖3a），來自赤道西風(fēng)的水汽輸送在中印半島被中斷（見圖4c），到達(dá)不了我國南海海域；此時(shí)澳大利亞高壓尚未建立，110°～120°E附近未出現(xiàn)明顯的越赤道氣流。隨著臺(tái)風(fēng)“威馬遜”向西北移動(dòng)進(jìn)入南海后，南半球馬斯克林高壓勢(shì)力依然強(qiáng)大，而位于印度半島北部至阿拉伯海北部一帶強(qiáng)大的季風(fēng)低壓區(qū)開始明顯減弱，不利于水汽在印度半島附近匯集，強(qiáng)勁的索馬里低空急流在越過赤道后經(jīng)由印度半島和中南半島，轉(zhuǎn)換為西風(fēng)氣流直接進(jìn)入我國南海海域，即來自赤道西風(fēng)的水汽輸送通道完全被打通（見圖4d）；與此同時(shí)，澳大利亞高壓開始建立并明顯加強(qiáng)，110°～120°E附近出現(xiàn)明顯的越赤道氣流，并向北爆發(fā)涌進(jìn)，這樣兩支強(qiáng)勁的越赤道氣流與異常偏強(qiáng)、偏西副熱帶高壓南側(cè)的偏東氣流交匯于南海北部海域，并一起匯入臺(tái)風(fēng)“威馬遜”環(huán)流中。為了定量分析臺(tái)風(fēng)的水汽輸送，本文計(jì)算以臺(tái)風(fēng)中心為中心邊長為8個(gè)緯距的正方形區(qū)域地面—300 hPa平均水汽積分。17日14時(shí)后整層臺(tái)風(fēng)凈水汽輸送出現(xiàn)明顯增加（見圖5a）；同時(shí)，低層相對(duì)濕度均在85%以上（見圖5b），特別是18日后900 hPa以上相對(duì)濕度迅速增加，臺(tái)風(fēng)中心附近空氣濕度接近飽和，對(duì)流層中層500～600 hPa臺(tái)風(fēng)中心附近空氣濕度也接近飽和（相對(duì)濕度85%以上，見圖5b），對(duì)流層中層高相對(duì)濕度對(duì)臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)是非常必要的[10]。由此可見，隨著臺(tái)風(fēng)“威馬遜”移動(dòng)到南海北部，大尺度環(huán)流調(diào)整導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)凈水汽輸送明顯增大且中高層相對(duì)濕度迅速增加，有利于臺(tái)風(fēng)中心附近對(duì)流發(fā)展和潛熱釋放，最終導(dǎo)致其在南海北部海域迅速增強(qiáng)。

圖4 850 hPa風(fēng)場(chǎng)和水汽通量

圖5 臺(tái)風(fēng)中心附近區(qū)域高層出流、整層水汽凈流入和相對(duì)濕度的變化

3.4 海洋熱狀況

臺(tái)風(fēng)是生成于熱帶或副熱帶洋面上具有有組織的對(duì)流和確定的氣旋性環(huán)流的非鋒面性渦旋，其能量主要來源于海洋。許多研究指出，海洋熱狀況對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化具有十分重要的作用和影響[19-21]。分析臺(tái)風(fēng)“威馬遜”進(jìn)入南海前（16日）的SST分布狀況，發(fā)現(xiàn)15°N以北的南海SST均在29.5°C以上（見圖6a），SST超過28.5°C以上時(shí)臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)出現(xiàn)概率明顯高于緩慢增強(qiáng)和一般強(qiáng)度[5]，并且較常年同期SST明顯偏高0.5°～2°C（見圖6b）。由此可見，南海北部異常偏暖海洋有利于臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海近海強(qiáng)度的快速增強(qiáng)。

為了考察南海海域異常的海洋狀況對(duì)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”強(qiáng)度急劇增強(qiáng)的影響，利用美國國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）和美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）共同開發(fā)的中尺度數(shù)值模式ARW-WRF（3.5.1版本）、簡單的海洋混合層模式（Rhines and Thompson，1972）、NCEP-FNL逐6 h 1.0°×1.0°再分析場(chǎng)資料和NCEP-RTG全球逐日實(shí)時(shí)0.5°×0.5°的海表溫度分析資料進(jìn)行1 km高分辨率數(shù)值模擬和敏感性試驗(yàn)。模式采用三重嵌套模式，模式水平分辨率分別為9 km、3 km和1 km，模式格點(diǎn)數(shù)分別為601×541、781×661和541×541。其中，1 km分辨率區(qū)域采用移動(dòng)網(wǎng)格，垂直方向?yàn)?1層，模式層頂取50 hPa，模式積分時(shí)間為60 h，即2014年7月16日20時(shí)—19日08時(shí)；物理參數(shù)方案分別為Lin微物理方案、新一代GFS-SAS積云對(duì)流參數(shù)化方案、YSU行星邊界層參數(shù)化方案、RRTM長波輻射方案、Dudhia短波輻射方案以及Monin-Obukhov（Janjic）和thermal diffusion地表參數(shù)方案，模式積分時(shí)間步長為45 s。其中，積云對(duì)流參數(shù)化方案僅對(duì)9 km區(qū)域使用，3 km和1 km的區(qū)域未使用積云對(duì)流參數(shù)化方案。臺(tái)風(fēng)初始化Bogus方案為兩次模式積分的結(jié)果，一次為“威馬遜”位于菲律賓以東海域的36 h模式積分結(jié)果，積分時(shí)間為7月13日08時(shí)—14日20時(shí)；另一次為“威馬遜”位于菲律賓中部近海至移入南海東部海域的48 h模式積分結(jié)果，積分時(shí)間為7月14日20時(shí)—16日20時(shí)。

針對(duì)10°～25°N、105°～125°E的海域，共設(shè)計(jì)4組試驗(yàn)方案，包括10個(gè)不同的海表溫度試驗(yàn)（見表2）。第一組為SST不變，即為控制試驗(yàn)（CON）；第二組為SST升高（2個(gè)試驗(yàn)）：將上述試驗(yàn)海域所有格點(diǎn)的SST增加1.0℃（SST+1.0℃）和增加1.5℃（SST+1.5℃）；第三組為SST降低（6個(gè)試驗(yàn)）：將上述試驗(yàn)海域所有格點(diǎn)的SST分別減去1.0℃（SST-1.0℃）、減去1.5℃（SST-1.5℃）、減去2.0℃（SST-2.0℃）、減去3.0℃（SST-3.0℃）、減去3.5℃（SST-3.5℃）和減去4.0℃（SST-4.0℃）；第四組是臺(tái)風(fēng)“海鷗”期間SST試驗(yàn)：將上述區(qū)域的SST替換為9月14日的臺(tái)風(fēng)“海鷗”SST（見圖6c），即替換為1415號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海鷗”移入南海前的SST。方案設(shè)計(jì)中，將試驗(yàn)區(qū)域的SST替換為臺(tái)風(fēng)“海鷗”移入南海前的SST，是因?yàn)榕_(tái)風(fēng)“海鷗”進(jìn)入南海前后路徑以及加強(qiáng)前的強(qiáng)度與臺(tái)風(fēng)“威馬遜”十分相似[26]，且強(qiáng)度變化均發(fā)生在較大切變、較好高空輻散和水汽輸送的環(huán)境下，但其強(qiáng)度并未出現(xiàn)明顯增強(qiáng)；臺(tái)風(fēng)“海鷗”和臺(tái)風(fēng)“威馬遜”中心經(jīng)過SST存在較大差別（見圖6），臺(tái)風(fēng)“海鷗”的SST條件明顯比臺(tái)風(fēng)“威馬遜”偏冷（見圖6c），臺(tái)風(fēng)“海鷗”活動(dòng)期間SST也較歷史同期平均偏低0.5℃以上。本組試驗(yàn)以臺(tái)風(fēng)“海鷗”的海洋熱狀況進(jìn)一步測(cè)試海洋熱狀況對(duì)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”強(qiáng)度變化的影響。

圖6 兩次臺(tái)風(fēng)過程下的全球?qū)崟r(shí)海表溫度和海表溫度距平（單位:℃）

表2 1409號(hào)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”不同SST分布數(shù)值模擬敏感性試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

圖7給出了不同SST敏感性試驗(yàn)中臺(tái)風(fēng)“威馬遜”路徑模擬情況。由圖可見，不同的SST試驗(yàn)方案模擬出的路徑與臺(tái)風(fēng)“威馬遜”實(shí)況路徑相差不大，表明不同的SST對(duì)其移動(dòng)路徑影響不大，大尺度大氣環(huán)流背景是決定臺(tái)風(fēng)“威馬遜”移動(dòng)路徑的主要因素。

圖7 不同SST試驗(yàn)方案下模擬的臺(tái)風(fēng)

圖8給出了不同SST試驗(yàn)方案中臺(tái)風(fēng)“威馬遜”強(qiáng)度變化情況。強(qiáng)度變化曲線明顯不同，說明不同的SST試驗(yàn)方案對(duì)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”強(qiáng)度的數(shù)值模式結(jié)果影響較大。SST升高時(shí)：在SST+1.0℃試驗(yàn)中，模擬的極值中心氣壓由884 hPa下降至873 hPa（見表2），下降達(dá)11 hPa；SST+1.5℃試驗(yàn)中，模擬的中心氣壓由884 hPa下降至857 hPa，下降達(dá)27 hPa。這表明隨著試驗(yàn)區(qū)域SST的上升，其強(qiáng)度增強(qiáng)更加明顯，SST增加1℃，氣壓可下降11～18 hPa；另外，當(dāng)SST升高時(shí)，臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)階段中心最低氣壓降低速率隨之增加（見圖8a）；SST+1.5℃試驗(yàn)中，中心附近最大風(fēng)速較控制試驗(yàn)增長偏快，到達(dá)峰值時(shí)間偏早。SST降低時(shí)：在SST-1.0℃試驗(yàn)中，模擬的中心氣壓則由884 hPa上升至899 hPa，上升達(dá)15 hPa；SST-1.5℃試驗(yàn)中，模擬的中心氣壓由884 hPa上升至916 hPa，上升達(dá)32 hPa；SST-2.0℃試驗(yàn)中，模擬的中心氣壓由884 hPa上升至926 hPa，上升達(dá)42 hPa。這表明隨著試驗(yàn)區(qū)域SST降低，其強(qiáng)度減弱明顯，SST降低1℃，其氣壓增加15～21 hPa；同時(shí)，當(dāng)SST降低時(shí)，臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)階段中心最低氣壓降低速率隨之下降（見圖8a），而中心最大風(fēng)速增加速率隨之減小（見圖8b），特別是SST降低2～4℃時(shí)，7月17日20時(shí)之前中心風(fēng)速基本沒有增長，之后中心附近風(fēng)速緩慢增加，強(qiáng)度變化不大，且在SST-4.0℃試驗(yàn)中時(shí)，即試驗(yàn)區(qū)域SST為26～27℃時(shí)，模擬強(qiáng)度略有減小。此外，臺(tái)風(fēng)“海鷗”期間SST試驗(yàn)：模擬的中心氣壓與SST-2.0℃試驗(yàn)的模擬強(qiáng)度變化基本一致?？梢?，臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海北部海域的強(qiáng)度變化與SST關(guān)系十分密切，且當(dāng)大尺度大氣環(huán)流背景相似時(shí)，SST對(duì)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度發(fā)展起著決定性的作用，這與臺(tái)風(fēng)能量主要來源于海洋的理論認(rèn)識(shí)基本一致。當(dāng)SST升高時(shí)，極值中心最低氣壓明顯減小，強(qiáng)度增強(qiáng)明顯；當(dāng)SST降低時(shí)，極值中心附近風(fēng)速（最低氣壓）明顯減弱（增大），其增長（或減?。┧俾食尸F(xiàn)減小趨勢(shì)，即增強(qiáng)減慢或不增強(qiáng)。

圖8 不同SST試驗(yàn)方案模擬的臺(tái)風(fēng)“威馬遜”變化曲線

4 小結(jié)與討論

（1）高低空環(huán)流的有利配置是臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海北部海域急劇增強(qiáng)的主要?jiǎng)恿?。即隨著臺(tái)風(fēng)“威馬遜”移向南海北部近海時(shí)，高空東風(fēng)急流異常偏強(qiáng)，有利于臺(tái)風(fēng)高層出流增強(qiáng)，南半球冷空氣活動(dòng)異常頻繁，赤道西風(fēng)氣流和110°～120°E越赤道氣流加強(qiáng)，有利于增大臺(tái)風(fēng)低層水汽輸送。

（2）臺(tái)風(fēng)進(jìn)入南海北部海域后強(qiáng)度變化因子復(fù)雜，低層受到西南季風(fēng)氣流控制，臺(tái)風(fēng)水汽輸送充沛，但高層常受到南亞高于南側(cè)東風(fēng)急流影響，臺(tái)風(fēng)高層出流強(qiáng)，有利于臺(tái)風(fēng)在南海增強(qiáng)。這種高低層環(huán)流配置容易造成業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)中200～850 hPa之間的VWS偏強(qiáng)。臺(tái)風(fēng)“威馬遜”增強(qiáng)期間的大尺度環(huán)流就呈現(xiàn)出這種獨(dú)有的特點(diǎn)，即高層VWS較大，低層VWS偏小，高層出流強(qiáng)勁和低層水汽輸送充沛。

（3）臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在南海北部的強(qiáng)度變化對(duì)海洋熱狀況非常敏感。SST升高時(shí)，臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)速率明顯偏快，且其極值強(qiáng)度偏強(qiáng)；當(dāng)SST降低時(shí)，臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)速率明顯減弱或者不增強(qiáng)，其極值強(qiáng)度明顯偏弱，因此，南海北部海洋異常偏暖是造成臺(tái)風(fēng)“威馬遜”強(qiáng)度極端性增強(qiáng)的決定性因素之一。