途經(jīng)魯西地區(qū)兩類臺(tái)風(fēng)的多尺度環(huán)流對(duì)比分析

李瑞芬，趙久偉，郭衛(wèi)華

（1.山東省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250031；2.山東省濟(jì)寧市氣象局，山東濟(jì)寧272000；3.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044）

1 引言

臺(tái)風(fēng)（也稱“熱帶氣旋”）的生成與發(fā)展在不同時(shí)間尺度上會(huì)受到不同物理因素的控制[1]，不同路徑臺(tái)風(fēng)的高頻環(huán)流和低頻環(huán)流的作用是不一樣的[2-3]，同一臺(tái)風(fēng)不同階段的作用也存在較大差異[4]。周宜卿等[5]對(duì)移動(dòng)方向變化異常的熱帶氣旋的環(huán)境特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)天氣尺度對(duì)應(yīng)的引導(dǎo)氣流對(duì)臺(tái)風(fēng)異常右偏影響最為明顯。覃武等[6]發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)“尤特”登陸北上階段主要受大尺度環(huán)境場(chǎng)的引導(dǎo)氣流主導(dǎo)。鐘元等[7]對(duì)比分析了維持較短和較長(zhǎng)陸地路徑的兩類熱帶氣旋，發(fā)現(xiàn)其環(huán)境場(chǎng)變化對(duì)熱帶氣旋陸地路徑的維持有重要影響。同樣的，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度對(duì)移動(dòng)路徑有重要作用，不同強(qiáng)度的臺(tái)風(fēng)在相同環(huán)境場(chǎng)中的移動(dòng)路徑存在較大差異。各時(shí)間尺度上臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的變化與海洋熱力結(jié)構(gòu)、大氣不穩(wěn)定性及環(huán)境垂直風(fēng)切變有著密切聯(lián)系[8]。環(huán)境垂直風(fēng)切變減弱、海表溫度上升和高層反氣旋強(qiáng)輻散作用等因子均有利于臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)[9-11]。孫柏堂等[12]利用天氣預(yù)報(bào)模式（Weather Research and Forecasting，WRF）對(duì)西北太平洋上的一次爆發(fā)性氣旋過(guò)程進(jìn)行海溫敏感性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)海溫變化對(duì)氣旋發(fā)展強(qiáng)度影響明顯，但對(duì)氣旋路徑影響較小。

臺(tái)風(fēng)研究多集中在沿海地區(qū)，深入內(nèi)陸的臺(tái)風(fēng)研究相對(duì)較少。本文將1950—2017年途經(jīng)魯西地區(qū)的臺(tái)風(fēng)作為研究對(duì)象，將臺(tái)風(fēng)分為穿越型臺(tái)風(fēng)和溜邊型臺(tái)風(fēng)，分析兩類臺(tái)風(fēng)環(huán)流的差異，確定不同尺度環(huán)流場(chǎng)對(duì)兩類臺(tái)風(fēng)的不同作用，并對(duì)造成兩類臺(tái)風(fēng)環(huán)流差異的原因進(jìn)行分析，以期在今后預(yù)報(bào)影響魯西地區(qū)的臺(tái)風(fēng)時(shí)能有規(guī)律可尋。

2 資料和方法及臺(tái)風(fēng)選取

本文所用的資料：（1）中國(guó)氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所（China Meteorological Administration/Shanghai Typhoon Institute，CMA/STI）、聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心（Joint Typhoon Warning Center，JTWC）和東京區(qū)域?qū)I(yè)氣象中心（Tokyo Regional Specialized Meteorological Center，RSMC-Tokyo）提供的1950—2017年熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集；（2）美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心/美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research，NCEP/NCAR）提供的1950—2017年6 h一次的再分析資料，水平分辨率為2.5°×2.5°。所用方法包括：（1）動(dòng)態(tài)合成方法[13]：以臺(tái)風(fēng)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)計(jì)算和繪制物理量場(chǎng)；（2）濾波方法：利用低通Lanczos濾波方法[14-15]，得到10 d以上的低頻環(huán)流，然后用全要素場(chǎng)減去低頻環(huán)流得到天氣尺度環(huán)流；（3）環(huán)境垂直風(fēng)切變的計(jì)算：參照Paterson等[16]的方法，利用剔除了臺(tái)風(fēng)環(huán)流的低頻風(fēng)場(chǎng)計(jì)算以臺(tái)風(fēng)為中心、5°×5°正方形網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的850 hPa和200 hPa兩層之間區(qū)域的平均風(fēng)場(chǎng)矢量差，計(jì)算公式為：

式中，vws為環(huán)境垂直風(fēng)切變；u200和u850分別為200 hPa和850 hPa上的緯向風(fēng)速；v200和v850分別為200 hPa和850 hPa上的經(jīng)向風(fēng)速。

選取的途經(jīng)魯西地區(qū)的臺(tái)風(fēng)為臺(tái)風(fēng)路徑經(jīng)過(guò)34°～38.5°N、114°～118°E區(qū)域范圍內(nèi)的臺(tái)風(fēng)。CMA/STI、JTWC和RSMC-Tokyo提供的最佳臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)集為研究臺(tái)風(fēng)時(shí)廣泛使用的資料，但3套數(shù)據(jù)在細(xì)節(jié)上存在一定差異[17-18]。在選取1950—2017年途經(jīng)魯西地區(qū)的臺(tái)風(fēng)時(shí)，利用CMA/STI選取臺(tái)風(fēng)14個(gè)，JTWC選取臺(tái)風(fēng)3個(gè)，RSMC-Tokyo選取臺(tái)風(fēng)17個(gè)，綜合3套數(shù)據(jù)共選取途經(jīng)魯西地區(qū)的臺(tái)風(fēng)22個(gè)。通過(guò)分析其環(huán)流形勢(shì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑記錄異常，剔除后剩余臺(tái)風(fēng)21個(gè)。

3 途經(jīng)魯西地區(qū)臺(tái)風(fēng)的特征分析

分析發(fā)現(xiàn)，21個(gè)臺(tái)風(fēng)途經(jīng)魯西的時(shí)間集中在7月和8月（見(jiàn)表1），其中7月有10個(gè)，8月有10個(gè)，而9月僅有1個(gè)，這可能與7、8月副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱“副高”北進(jìn)和9月副高南退有關(guān)。將1950—2017年途經(jīng)魯西地區(qū)的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)與副高指數(shù)求相關(guān)，發(fā)現(xiàn)副高脊線指數(shù)和副高北界指數(shù)與途經(jīng)魯西地區(qū)臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)分別為0.34和0.37，通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，表明副高西伸位置和北抬位置對(duì)途經(jīng)魯西地區(qū)的臺(tái)風(fēng)有重要作用，這與趙培娟等[19]研究得出的結(jié)論相一致。

表1 1950—2017年途經(jīng)魯西地區(qū)的21個(gè)臺(tái)風(fēng)概況

副高與臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑的關(guān)系可以分為兩種：一種是臺(tái)風(fēng)沿高壓的外圍移動(dòng)，稱之為溜邊型臺(tái)風(fēng)，另一種是臺(tái)風(fēng)穿越副高使高壓脊斷裂，稱之為穿越型臺(tái)風(fēng)。我們分析了21個(gè)臺(tái)風(fēng)的環(huán)流形勢(shì)發(fā)現(xiàn)，在臺(tái)風(fēng)北上過(guò)程中，有4個(gè)臺(tái)風(fēng)穿越副高北上，其余的17個(gè)臺(tái)風(fēng)沿副高外圍北上。穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度普遍偏強(qiáng)，且均未途經(jīng)臺(tái)灣（經(jīng)過(guò)臺(tái)灣后的臺(tái)風(fēng)減弱明顯[20]，不能與副高抗衡），登陸點(diǎn)偏北，均位于江浙一帶，移動(dòng)路徑多為西移路徑，溜邊型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度差異較大，移動(dòng)路徑多為轉(zhuǎn)向路徑。

4 兩類臺(tái)風(fēng)的不同尺度環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析

4.1 兩類臺(tái)風(fēng)的全流場(chǎng)環(huán)流形勢(shì)分析

為對(duì)比穿越型臺(tái)風(fēng)與溜邊型臺(tái)風(fēng)環(huán)流特征的差異，我們對(duì)兩類臺(tái)風(fēng)的環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)合成，得到臺(tái)風(fēng)源地、臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)和途經(jīng)魯西地區(qū)3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的環(huán)流形勢(shì)合成圖（見(jiàn)圖1）。

圖1 兩類臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)合成的500 hPa高度場(chǎng)（實(shí)線，單位：dagpm）和850 hPa風(fēng)場(chǎng)（矢量，單位：m/s，填色：淺灰＞8 m/s，深灰＞12 m/s，橫縱坐標(biāo)表示相對(duì)臺(tái)風(fēng)中心的經(jīng)緯度，下同）

在臺(tái)風(fēng)源地，穿越型臺(tái)風(fēng)中心附近的500 hPa位勢(shì)高度較低，副高呈西北-東南走向，強(qiáng)度偏弱；溜邊型臺(tái)風(fēng)中心附近500 hPa位勢(shì)高度較高，副高呈東西走向，強(qiáng)度偏強(qiáng)。850 hPa風(fēng)場(chǎng)上表現(xiàn)為穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)，且穿越型臺(tái)風(fēng)西南側(cè)有大風(fēng)區(qū)存在，能夠?qū)⒌途暥扰瘽窨諝庀蚺_(tái)風(fēng)附近輸送，形成較好的熱力條件，有利于穿越型臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步增強(qiáng)。臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)時(shí)刻，穿越型臺(tái)風(fēng)500 hPa位勢(shì)高度繼續(xù)降低，副高明顯西伸，強(qiáng)度不強(qiáng)；溜邊型臺(tái)風(fēng)500 hPa位勢(shì)高度偏高，臺(tái)風(fēng)移至副高西南象限，副高東退。850 hPa風(fēng)場(chǎng)上，兩類臺(tái)風(fēng)西南側(cè)均出現(xiàn)越赤道氣流形成的低空急流，而該低空急流使得西南季風(fēng)加強(qiáng)形成季風(fēng)涌，并將高溫高濕的水汽注入臺(tái)風(fēng)中，使臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度得以維持，且穿越型臺(tái)風(fēng)的季風(fēng)涌強(qiáng)度強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)，有利于穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)。途經(jīng)魯西地區(qū)時(shí)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度明顯減弱，此時(shí)穿越型臺(tái)風(fēng)與溜邊型臺(tái)風(fēng)環(huán)流場(chǎng)最大的差異在于副高與高空槽的相對(duì)位置。穿越型臺(tái)風(fēng)高空槽位置明顯偏西偏北，位于臺(tái)風(fēng)中心40個(gè)經(jīng)距以西5個(gè)緯距以北（圖略），對(duì)臺(tái)風(fēng)影響不大，臺(tái)風(fēng)主要在副高西側(cè)東南偏南風(fēng)的影響下，在西移北上過(guò)程中途經(jīng)魯西地區(qū)；溜邊型臺(tái)風(fēng)已經(jīng)并入西風(fēng)槽中，位于高空槽前約5個(gè)經(jīng)距，在副高和高空槽共同作用下，在東移北上過(guò)程中途經(jīng)魯西地區(qū)。

4.2 兩類臺(tái)風(fēng)的高低頻環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析

在不考慮科氏參數(shù)變化的情況下，當(dāng)臺(tái)風(fēng)渦旋為正壓對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)，臺(tái)風(fēng)將嚴(yán)格的沿大尺度引導(dǎo)氣流運(yùn)動(dòng)。但臺(tái)風(fēng)在北上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，科氏參數(shù)隨緯度不斷變化，北側(cè)的地轉(zhuǎn)偏向力大于南側(cè)，氣旋性輻合的臺(tái)風(fēng)就產(chǎn)生了指向西北側(cè)的內(nèi)力，且在實(shí)際環(huán)流中，臺(tái)風(fēng)不是嚴(yán)格的正壓對(duì)稱結(jié)構(gòu)，不對(duì)稱的臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)形成的臺(tái)風(fēng)內(nèi)力也不盡相同。臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑主要受大尺度引導(dǎo)氣流和臺(tái)風(fēng)環(huán)流及相互作用的共同影響。通過(guò)分析兩類臺(tái)風(fēng)的環(huán)流形勢(shì)發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、副高強(qiáng)度及分布形態(tài)和高空槽的相對(duì)位置對(duì)兩類臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑影響顯著。副高和高空槽主要表現(xiàn)為低頻環(huán)流變化，臺(tái)風(fēng)則屬于天氣尺度環(huán)流。為了分析不同尺度環(huán)流場(chǎng)對(duì)兩類臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑的不同作用，將環(huán)流場(chǎng)進(jìn)行尺度分離，分別分析低頻環(huán)流和天氣尺度環(huán)流對(duì)兩類臺(tái)風(fēng)的不同作用。

4.2.1 兩類臺(tái)風(fēng)的低頻環(huán)流形勢(shì)分析

對(duì)比分析兩類臺(tái)風(fēng)的低頻環(huán)流形勢(shì)合成圖（見(jiàn)圖2），我們發(fā)現(xiàn)，兩類臺(tái)風(fēng)的背景場(chǎng)存在較大差異。在臺(tái)風(fēng)源地，穿越型臺(tái)風(fēng)副高強(qiáng)度偏弱，臺(tái)風(fēng)生成于500 hPa低頻高度場(chǎng)低值區(qū)環(huán)流內(nèi)部；溜邊型臺(tái)風(fēng)副高呈東西走向，強(qiáng)度偏強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)生成于副高外圍，850 hPa低頻風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)為穿越型臺(tái)風(fēng)稍強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)。臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)時(shí)刻，穿越型臺(tái)風(fēng)副高明顯西伸呈東西向，臺(tái)風(fēng)附近850 hPa低頻風(fēng)場(chǎng)上依然存在氣旋性環(huán)流中心，風(fēng)速較大，季風(fēng)涌依然存在；溜邊型臺(tái)風(fēng)副高減弱東退，臺(tái)風(fēng)附近風(fēng)場(chǎng)氣旋性環(huán)流較弱，850 hPa風(fēng)速明顯減小。途經(jīng)魯西地區(qū)時(shí)，兩類臺(tái)風(fēng)的低頻環(huán)流形勢(shì)與全要素場(chǎng)較為類似，不同的是臺(tái)風(fēng)附近的850 hPa風(fēng)場(chǎng)，穿越型臺(tái)風(fēng)在其東北側(cè)有明顯的東南風(fēng)，相較于其全要素場(chǎng)和溜邊型臺(tái)風(fēng)均多了東風(fēng)分量；溜邊型臺(tái)風(fēng)相較于其全要素場(chǎng)僅風(fēng)速上減小，風(fēng)向上沒(méi)有太大的變化。

圖2 同圖1，但為低頻環(huán)流場(chǎng)

4.2.2 兩類臺(tái)風(fēng)的天氣尺度環(huán)流場(chǎng)分析

對(duì)比分析兩類臺(tái)風(fēng)的天氣尺度環(huán)流形勢(shì)合成圖（見(jiàn)圖3），我們發(fā)現(xiàn)，在臺(tái)風(fēng)源地，穿越型臺(tái)風(fēng)生成于500 hPa天氣尺度高度場(chǎng)負(fù)擾動(dòng)區(qū)，850 hPa天氣尺度風(fēng)場(chǎng)上擾動(dòng)存在氣旋性環(huán)流，有利于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)；溜邊型臺(tái)風(fēng)生成于500 hPa天氣尺度高度場(chǎng)正擾動(dòng)區(qū)，且850 hPa天氣尺度風(fēng)場(chǎng)氣旋性環(huán)流不明顯，不利于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)。臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)時(shí)刻，穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度較強(qiáng)，在臺(tái)風(fēng)的西北和東南兩側(cè)500 hPa天氣尺度高度場(chǎng)有正擾動(dòng)存在，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)西北側(cè)和東南側(cè)氣壓梯度力較大，850 hPa風(fēng)速大值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)兩側(cè)，西北側(cè)的風(fēng)速略大于東南側(cè)，東北側(cè)的風(fēng)速大于西南側(cè)，又因地轉(zhuǎn)參數(shù)隨緯度增加即β效應(yīng)的作用，導(dǎo)致西北側(cè)和東北側(cè)的地轉(zhuǎn)偏向力大于東南側(cè)和西南側(cè)，最終產(chǎn)生指向偏北方向的臺(tái)風(fēng)內(nèi)力，使得臺(tái)風(fēng)向北移動(dòng)；溜邊型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度偏弱，850 hPa風(fēng)速大值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)兩側(cè)，此時(shí)副高趨于東退減弱，臺(tái)風(fēng)東南側(cè)偏南氣流在副高外圍西南氣流耦合下，風(fēng)速高于臺(tái)風(fēng)西北側(cè)，但因β效應(yīng)相對(duì)減弱了兩側(cè)地轉(zhuǎn)偏向力的差異，臺(tái)風(fēng)更趨向于沿引導(dǎo)氣流運(yùn)動(dòng)。途經(jīng)魯西地區(qū)時(shí)，穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度明顯減弱，850 hPa天氣尺度風(fēng)場(chǎng)呈現(xiàn)對(duì)稱分布，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向主要受引導(dǎo)氣流影響；溜邊型臺(tái)風(fēng)850 hPa天氣尺度風(fēng)場(chǎng)和500 hPa天氣尺度高度場(chǎng)均表現(xiàn)為明顯的不對(duì)稱分布，東側(cè)西南風(fēng)和東南風(fēng)大于西側(cè)，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下有利于臺(tái)風(fēng)向東移動(dòng)。

圖3 兩類臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)合成的500 hPa天氣尺度高度場(chǎng)（實(shí)線，單位：gpm）和850 hPa天氣尺度風(fēng)場(chǎng)（矢量，單位：m/s，填色：淺灰＞6 m/s，深灰＞8 m/s）

5 造成兩類臺(tái)風(fēng)環(huán)流差異的原因分析

兩類臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑受低頻引導(dǎo)氣流和天氣尺度引導(dǎo)氣流的共同影響，穿越型臺(tái)風(fēng)的天氣尺度引導(dǎo)氣流在臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)階段有利于臺(tái)風(fēng)向北運(yùn)動(dòng)穿越副高；溜邊型臺(tái)風(fēng)的天氣尺度引導(dǎo)氣流較弱使得臺(tái)風(fēng)主要沿低頻引導(dǎo)氣流移動(dòng)，這與臺(tái)風(fēng)自身強(qiáng)度和高低頻引導(dǎo)氣流的相互作用有關(guān)。在天氣尺度環(huán)流中，β效應(yīng)對(duì)兩類臺(tái)風(fēng)的不同作用與臺(tái)風(fēng)風(fēng)速大值區(qū)的分布有關(guān)，臺(tái)風(fēng)風(fēng)速大值區(qū)又與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和臺(tái)風(fēng)外圍的負(fù)渦度緊密聯(lián)系[2]。兩類臺(tái)風(fēng)環(huán)流差異的主要原因最終歸結(jié)到臺(tái)風(fēng)自身強(qiáng)度和臺(tái)風(fēng)外圍渦度變化上。臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的影響因子包括熱力條件、初始擾動(dòng)、一定的地轉(zhuǎn)偏向力作用、對(duì)流層弱垂直風(fēng)切變、較高的相對(duì)濕度、對(duì)流不穩(wěn)定和高層輻散[21]。本文所研究的臺(tái)風(fēng)的生成位置均在5°N以北，滿足一定的地轉(zhuǎn)偏向力，兩類臺(tái)風(fēng)的對(duì)流不穩(wěn)定表現(xiàn)為穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)。下面對(duì)影響兩類臺(tái)風(fēng)環(huán)流的其他因子進(jìn)行分析。

5.1 熱力和水汽條件

在分析影響臺(tái)風(fēng)的熱力因子時(shí)通常使用海表面溫度（Sea Surface Temperature，SST），但SST通常為逐日時(shí)間分辨率，低于本文所采用的大氣數(shù)據(jù)，不便進(jìn)行動(dòng)態(tài)合成。海表皮溫（Skin Temperature）可體現(xiàn)海面熱力與動(dòng)力的高頻變化綜合特征，所以本文選用其作為表面溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。

圖4 為兩類臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的表面溫度場(chǎng)和水汽通量場(chǎng)特征。在熱力條件方面，從臺(tái)風(fēng)生成至途經(jīng)魯西，穿越型臺(tái)風(fēng)附近的表面溫度場(chǎng)均高于溜邊型臺(tái)風(fēng)，差值大于1℃。臺(tái)風(fēng)對(duì)溫度較為敏感，即使很小的溫度變化都可能產(chǎn)生明顯影響[22]。較高的表面溫度使得穿越型臺(tái)風(fēng)在發(fā)生發(fā)展過(guò)程中不斷獲得能量供應(yīng)，有利于其強(qiáng)度增強(qiáng)。在水汽條件方面，從臺(tái)風(fēng)源地至臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)階段，臺(tái)風(fēng)西南側(cè)均存在明顯的西南急流。該急流為越赤道氣流在地轉(zhuǎn)偏向力作用下形成的季風(fēng)涌，穿越型臺(tái)風(fēng)的水汽通量大小強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)，偏強(qiáng)的季風(fēng)涌向臺(tái)風(fēng)輸送高溫高濕的水汽，持續(xù)高溫高濕的洋面有利于臺(tái)風(fēng)中心附近凝結(jié)潛熱的釋放，儲(chǔ)存不穩(wěn)定能量，通過(guò)第二類條件不穩(wěn)定（Conditional Instability of Second Kind，CISK）機(jī)制使得臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展[23]。此外，在臺(tái)風(fēng)源地和臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)階段，臺(tái)風(fēng)西北側(cè)的表面溫度均高于溜邊型臺(tái)風(fēng)，有利于副高西伸。

圖4 兩類臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)合成的表面溫度場(chǎng)（實(shí)線，單位：℃）、850 hPa水汽通量（矢量，單位：g/（s·hPa·cm））和850 hPa水汽通量大?。ㄌ钌?/p>

5.2 低層擾動(dòng)和高層輻散

要使大氣的不穩(wěn)定能量得以釋放，就必須有低層的初始擾動(dòng)作為能量釋放的啟動(dòng)機(jī)制。從圖1a和1d可以看出，穿越型臺(tái)風(fēng)較溜邊型臺(tái)風(fēng)附近高度場(chǎng)偏低且低層風(fēng)場(chǎng)偏強(qiáng)，有明顯的氣旋性環(huán)流。圖5的850 hPa渦度場(chǎng)顯示，初始階段兩臺(tái)風(fēng)中心的低層渦度相差不大，但穿越型臺(tái)風(fēng)的范圍較大，最強(qiáng)時(shí)刻渦度明顯增強(qiáng)，穿越型臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度和范圍均大于溜邊型臺(tái)風(fēng)。從臺(tái)風(fēng)源地到臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)均存在負(fù)渦度區(qū)，且穿越型臺(tái)風(fēng)負(fù)渦度強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)，有利于副高西伸。200 hPa上穿越型臺(tái)風(fēng)表現(xiàn)為比溜邊型臺(tái)風(fēng)更強(qiáng)的輻散氣流，更有利于穿越型臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)。較強(qiáng)的低層輻合和高層輻散有利于穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)。

圖5 兩類臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)合成的850 hPa渦度場(chǎng)（填色，單位：10-5/s）和200 hPa風(fēng)場(chǎng)（矢量，單位：m/s）

5.3 環(huán)境垂直風(fēng)切變

弱的環(huán)境垂直風(fēng)切變有利于將臺(tái)風(fēng)生成過(guò)程中釋放的凝結(jié)潛熱聚集在有限的范圍內(nèi)，很快地形成暖心結(jié)構(gòu)成為臺(tái)風(fēng)。計(jì)算不同階段的環(huán)境垂直風(fēng)切變發(fā)現(xiàn)，從臺(tái)風(fēng)生成至強(qiáng)度最強(qiáng)，穿越型臺(tái)風(fēng)的垂直風(fēng)切變均大于溜邊型臺(tái)風(fēng)。生成階段穿越型臺(tái)風(fēng)的環(huán)境垂直風(fēng)切變?yōu)?.73 m/s，溜邊型臺(tái)風(fēng)的垂直風(fēng)切變?yōu)?.06 m/s。雖然穿越型臺(tái)風(fēng)的環(huán)境垂直風(fēng)切變大于溜邊型臺(tái)風(fēng)，但均小于臨界值10 m/s，屬于較弱的環(huán)境垂直風(fēng)切變，有利于臺(tái)風(fēng)的發(fā)生發(fā)展。在臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)過(guò)程中環(huán)境垂直風(fēng)切變明顯減小，有利于熱量的堆積，臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)。

5.4 高頻渦度分析

研究指出，高頻渦度的局地變化主要受天氣尺度風(fēng)場(chǎng)對(duì)低頻渦度的平流和低頻風(fēng)場(chǎng)對(duì)高頻渦度的平流影響[2]。臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)時(shí)刻，兩類臺(tái)風(fēng)的天氣尺度環(huán)流在臺(tái)風(fēng)的西北和東南兩側(cè)均存在正的高度場(chǎng)擾動(dòng)，對(duì)應(yīng)負(fù)的渦度變化。臺(tái)風(fēng)東南側(cè)的負(fù)渦度變化可以用Carr等[24]提出的Rossby波能量頻散解釋，Rossby波能量頻散會(huì)在臺(tái)風(fēng)的東側(cè)或東南側(cè)激發(fā)出反氣旋性環(huán)流，臺(tái)風(fēng)環(huán)流與反氣旋環(huán)流之間梯度的增加使西南風(fēng)得到加強(qiáng)。另外，在兩類臺(tái)風(fēng)的天氣尺度風(fēng)場(chǎng)對(duì)低頻渦度的平流和低頻風(fēng)場(chǎng)對(duì)高頻渦度的平流中（見(jiàn)圖6），臺(tái)風(fēng)的東南側(cè)均存在負(fù)的渦度平流，且穿越型臺(tái)風(fēng)的負(fù)渦度平流強(qiáng)于溜邊型臺(tái)風(fēng)。兩者均可以解釋臺(tái)風(fēng)東南側(cè)大風(fēng)區(qū)的形成原因。臺(tái)風(fēng)西北側(cè)大風(fēng)區(qū)主要是由天氣尺度風(fēng)場(chǎng)對(duì)低頻渦度的平流引起的，即臺(tái)風(fēng)與低頻環(huán)流的相互作用使臺(tái)風(fēng)西北側(cè)形成負(fù)渦度區(qū)，從而產(chǎn)生正的高度場(chǎng)擾動(dòng)，形成臺(tái)風(fēng)西北側(cè)的大風(fēng)速區(qū)。此外，穿越型臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)正高度場(chǎng)擾動(dòng)還可以引導(dǎo)副高西伸，而此時(shí)臺(tái)風(fēng)處于副高主體和西伸部分的中間偏副高主體一側(cè)，有指向西北的引導(dǎo)氣流，且穿越型臺(tái)風(fēng)的天氣尺度環(huán)流有利于臺(tái)風(fēng)向北移動(dòng)，最終使得臺(tái)風(fēng)穿越副高北上。雖然溜邊型臺(tái)風(fēng)西北側(cè)也存在負(fù)的天氣尺度風(fēng)場(chǎng)對(duì)低頻渦度的平流，但強(qiáng)度較弱且位置相對(duì)偏東，副高西伸不明顯，臺(tái)風(fēng)移來(lái)時(shí)趨于東縮。

圖6 兩類臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)合成的最強(qiáng)時(shí)刻850 hPa天氣尺度風(fēng)場(chǎng)對(duì)低頻渦度的平流和低頻風(fēng)場(chǎng)對(duì)高頻渦度的平流（填色和等值線為渦度平流，單位：10-10/s2；矢量為850 hPa風(fēng)場(chǎng)，單位：m/s）

溜邊型臺(tái)風(fēng)途經(jīng)魯西地區(qū)時(shí)在臺(tái)風(fēng)東北側(cè)和東南側(cè)形成大風(fēng)區(qū)（見(jiàn)圖3f），東南側(cè)的大風(fēng)區(qū)可由Rossby波能量頻散解釋；東北側(cè)的大風(fēng)區(qū)主要由于臺(tái)風(fēng)并入西風(fēng)槽使得槽加深增強(qiáng)，因上下游效應(yīng)使得下游的副高有所加強(qiáng)，形成正的高度場(chǎng)擾動(dòng)，使得東側(cè)風(fēng)速大于西側(cè)，有利于臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向東移。

6 結(jié)論

利用CMA/STI、JTWC和RSMC-Tokyo提供的最佳臺(tái)風(fēng)路徑資料和相應(yīng)的環(huán)流形勢(shì)選取途經(jīng)魯西地區(qū)的21個(gè)臺(tái)風(fēng)，將臺(tái)風(fēng)分為穿越型和溜邊型，對(duì)比分析不同尺度環(huán)流場(chǎng)對(duì)兩類臺(tái)風(fēng)的不同作用，并對(duì)造成兩類臺(tái)風(fēng)環(huán)流差異的原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：

（1）穿越型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度較強(qiáng)，副高呈東西走向，臺(tái)風(fēng)穿越副高北上，在西移北上過(guò)程中途經(jīng)魯西地區(qū)，不需要高空槽的配合；溜邊型臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度相對(duì)較弱，臺(tái)風(fēng)沿副高外圍北上，需在高空槽的配合下，在轉(zhuǎn)向東移北上過(guò)程中途經(jīng)魯西地區(qū)。

（2）兩類臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑受低頻引導(dǎo)氣流和天氣尺度引導(dǎo)氣流的共同影響，穿越型臺(tái)風(fēng)的低頻環(huán)流和天氣尺度環(huán)流均有利于臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)和副高西伸。在臺(tái)風(fēng)最強(qiáng)階段天氣尺度引導(dǎo)氣流中的β效應(yīng)有利于臺(tái)風(fēng)向北運(yùn)動(dòng)穿越副高；溜邊型臺(tái)風(fēng)的低頻環(huán)流和天氣尺度環(huán)流不利于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度加強(qiáng)，且天氣尺度引導(dǎo)氣流中的β效應(yīng)使得臺(tái)風(fēng)兩側(cè)地轉(zhuǎn)偏向力的差異減小，臺(tái)風(fēng)主要沿低頻引導(dǎo)氣流運(yùn)動(dòng)。

（3）穿越型臺(tái)風(fēng)的表面溫度、季風(fēng)涌強(qiáng)度和低層擾動(dòng)的活躍程度均優(yōu)于溜邊型臺(tái)風(fēng)，雖然穿越型臺(tái)風(fēng)的環(huán)境垂直風(fēng)切變大于溜邊型臺(tái)風(fēng)，但均屬于較弱的環(huán)境垂直風(fēng)切變，有利于臺(tái)風(fēng)的發(fā)生發(fā)展，且200 hPa上穿越型臺(tái)風(fēng)表現(xiàn)為比溜邊型臺(tái)風(fēng)更強(qiáng)的輻散氣流，更有利于穿越型臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)。

（4）天氣尺度引導(dǎo)氣流中，兩類臺(tái)風(fēng)在最強(qiáng)時(shí)刻西北側(cè)和東南側(cè)均出現(xiàn)的大風(fēng)速區(qū)，東南側(cè)的大風(fēng)速區(qū)可以用Rossby波能量頻散解釋，西北側(cè)的大風(fēng)速區(qū)則主要取決于天氣尺度風(fēng)場(chǎng)對(duì)低頻渦度的平流，溜邊型臺(tái)風(fēng)途經(jīng)魯西地區(qū)時(shí)東北側(cè)的正擾動(dòng)則是由上下游效應(yīng)引起的。