北上臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)變化的遙感定量特征指標(biāo)研究及應(yīng)用

曹治強(qiáng)，王新，黃慶妮

(國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京100081)

1 引 言

2020年8月下旬—9月上旬，接連3個(gè)北上臺(tái)風(fēng)影響我國(guó)東北地區(qū)，歷史罕見(jiàn)，給東北地區(qū)帶來(lái)了持續(xù)性的強(qiáng)降雨天氣過(guò)程。北上臺(tái)風(fēng)通常是指經(jīng)過(guò)黃海、渤海在華北、東北區(qū)域沿海登陸的熱帶氣旋，或是在我國(guó)東南沿海登陸后進(jìn)入華北、東北區(qū)域的熱帶氣旋[1]。是這些地區(qū)和海域的一種重要災(zāi)害性天氣系統(tǒng)[2-5]。曹鋼鋒等[6]把進(jìn)入30°N以北、135°E以西的臺(tái)風(fēng)定為北上臺(tái)風(fēng)，并進(jìn)一步細(xì)分為登陸類、近海類和遠(yuǎn)海類。

臺(tái)風(fēng)在北上的過(guò)程中，受到外界天氣系統(tǒng)和海溫變化的影響，往往導(dǎo)致其減弱消失或變性(ET，Extratropical Transition)，王佳琪等[7]指出臺(tái)風(fēng)在變性過(guò)程中其強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降水呈顯著非對(duì)稱性分布。李英等[8]對(duì)9711號(hào)臺(tái)風(fēng)ET過(guò)程的模擬分析表明ET與西風(fēng)帶高空槽的影響密切相關(guān)。孟智勇等[9]研究表明高空槽的影響非常顯著地表現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中的中尺度對(duì)流分布上。靜止氣象衛(wèi)星作為高時(shí)空分辨率探測(cè)工具，能靈敏地捕捉到臺(tái)風(fēng)云系和云中對(duì)流的變化。葉惠明等[10]總結(jié)了臺(tái)風(fēng)和西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用及產(chǎn)生強(qiáng)降水的衛(wèi)星云圖特征。Harr等[11]和Klein等[12]分別給出了ET階段的衛(wèi)星云圖，從中可以清楚地看出環(huán)流中心附近對(duì)流的消失和東北象限云系的發(fā)展。Kitabatake[13]結(jié)合衛(wèi)星圖像診斷了ET過(guò)程中鋒面的發(fā)展。

目前利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)診斷臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)方面仍然偏重于定性分析，本文嘗試從定量化應(yīng)用方面入手，根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)提出了兩個(gè)定量化的特征參數(shù)，再結(jié)合云圖綜合分析，據(jù)此來(lái)診斷北上臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)變化。其中，第2、3部分是本研究所使用的數(shù)據(jù)和北上臺(tái)風(fēng)個(gè)例選取，第4部分是研究建立的北上臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)變化的遙感定量特征指標(biāo)，第5部分是應(yīng)用這些指標(biāo)對(duì)典型北上臺(tái)風(fēng)個(gè)例的分析。

2 數(shù) 據(jù)

本研究采用的數(shù)據(jù)包括：風(fēng)云二號(hào)(FY-2)靜止氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)、臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)和衛(wèi)星降水估計(jì)數(shù)據(jù)。FY-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)為FY-2E和FY-2G的L1級(jí)水汽通道亮溫標(biāo)稱數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.05°，其中，2011—2014年使用的是FY-2E衛(wèi)星數(shù)據(jù)，2015—2020年使用的是FY-2G衛(wèi)星數(shù)據(jù)。臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)選用中國(guó)氣象局熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集(2011—2020年)[14]，統(tǒng)一采用6小時(shí)一次的臺(tái)風(fēng)定位和強(qiáng)度信息。再分析數(shù)據(jù)為歐洲中心ERA5再分析數(shù)據(jù)(https://cds.climate.copernicus.eu/)，主要應(yīng)用了其空間分辨率為0.25°的風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星降水估計(jì)數(shù)據(jù)采用GSMaP反演的1小時(shí)降水量產(chǎn)品，它是一套結(jié)合星載雷達(dá)和被動(dòng)微波遙感器等衛(wèi)星資料，并用地面雨量站點(diǎn)訂正得到的一套數(shù)據(jù)集，空間分辨率為0.1°。

3 北上臺(tái)風(fēng)個(gè)例選取

本研究中選取2011—2020年共16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)，其中4個(gè)登陸北上臺(tái)風(fēng)，12個(gè)近海北上臺(tái)風(fēng)。每個(gè)臺(tái)風(fēng)的生命周期、最大強(qiáng)度等信息見(jiàn)表1。其中，起編時(shí)間為臺(tái)風(fēng)第一次達(dá)到熱帶風(fēng)暴以上強(qiáng)度(中心最大風(fēng)速大于等于18 m/s)的時(shí)間(世界時(shí)，下同)，停編時(shí)間為臺(tái)風(fēng)減弱到熱帶風(fēng)暴以下強(qiáng)度之前的時(shí)間。在125～135°E，10～20°N海域，是菲律賓以東季風(fēng)對(duì)流的活躍區(qū)。從這些北上臺(tái)風(fēng)的生成區(qū)域特點(diǎn)來(lái)看，本研究選取的這16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)全部生成于122°E以東，其中有12個(gè)臺(tái)風(fēng)集中或非常接近生成于上述海域。

表1 2011—2020年16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)表

4 北上臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)變化的遙感定量特征指標(biāo)

北上臺(tái)風(fēng)在北上的過(guò)程中跨越較大緯度范圍，因此不可避免地與西風(fēng)帶的高空槽或斜壓區(qū)發(fā)生相互作用。根據(jù)衛(wèi)星云圖動(dòng)畫(huà)的分析經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了以下相同和類似規(guī)律：北上臺(tái)風(fēng)在發(fā)展初期所處的緯度較低，南側(cè)和西南側(cè)往往和季風(fēng)云系相連，環(huán)流中心南側(cè)對(duì)流通常比較活躍。隨著其逐漸北上，南側(cè)逐漸與季風(fēng)云系脫離，北側(cè)逐漸受到西風(fēng)帶的高空槽或斜壓區(qū)影響，造成臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)云量減少和對(duì)流發(fā)展減弱，與此同時(shí)，中心北側(cè)的云量逐漸增多。北上臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)的變化直接影響強(qiáng)降雨區(qū)分布，并對(duì)其強(qiáng)度和所處的生命階段有一定的指示意義。因此，本研究旨在通過(guò)定量方法找出能反映臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵參數(shù)，以此來(lái)定量反映臺(tái)風(fēng)的云系結(jié)構(gòu)特征。

4.1 南北對(duì)稱度因子

研究發(fā)現(xiàn)以臺(tái)風(fēng)中心為圓心，500 km為半徑的圓形區(qū)域能較好代表臺(tái)風(fēng)核心影響區(qū)域，這一范圍內(nèi)的高度場(chǎng)被廣泛用來(lái)計(jì)算臺(tái)風(fēng)發(fā)展演變過(guò)程的相態(tài)參數(shù)，并依此來(lái)診斷臺(tái)風(fēng)的相態(tài)結(jié)構(gòu)[15-19]。在西北太平洋北上臺(tái)風(fēng)中，500 km基本上與5°相當(dāng)，它涵蓋了臺(tái)風(fēng)的主體云系。為了計(jì)算等經(jīng)緯度投影的衛(wèi)星數(shù)據(jù)方便起見(jiàn)，這里以5°作為臺(tái)風(fēng)核心影響區(qū)域。通過(guò)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)該圓形區(qū)域內(nèi)的FY-2衛(wèi)星紅外和水汽通道亮溫，發(fā)現(xiàn)南北半圓內(nèi)的紅外和水汽通道的平均亮溫能在一定程度上反映出臺(tái)風(fēng)的云系結(jié)構(gòu)特征，并且水汽通道優(yōu)于紅外通道。這一方面是因?yàn)樗ǖ赖臋?quán)重高度較高，不受下墊面變化影響，另一方面是因?yàn)樵谒ǖ缊D像上，云系較連續(xù)，對(duì)云系的整體特征反映較好。因此，利用水汽通道亮溫，定義“南北對(duì)稱度因子S1”，計(jì)算表達(dá)式如下：

圖1 臺(tái)風(fēng)核心區(qū)4個(gè)象限分布示意圖

圖2是表1中16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)的南北對(duì)稱度因子S1的分布圖，可看到S1<0的時(shí)候大部分出現(xiàn)在30°N以南，S1>0的時(shí)候大部分出現(xiàn)在30°N以北。也即在30°N以南，臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域的南半側(cè)云系較活躍，在30°N以北，臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域的北半側(cè)云系較活躍。這表明在臺(tái)風(fēng)北上過(guò)程中，南北對(duì)稱度因子S1能較好地反映臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)變化特征。

圖2 16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)的南北對(duì)稱度因子分布圖

圖3a、3b分別是1909號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”核心區(qū)域南北半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫和南北對(duì)稱度因子隨時(shí)間變化圖，8月9日00時(shí)以前，“利奇馬”南半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫低于北半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱度因子S1<0，“利奇馬”南側(cè)云系發(fā)展活躍，逐漸加強(qiáng)到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等級(jí)。8月9日06時(shí)以后，“利奇馬”南半圓內(nèi)水汽通道平均亮溫高于北半圓內(nèi)水汽通道平均亮溫，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱度因子S1>0，從平均亮溫上來(lái)看，南北半圓內(nèi)的平均亮溫都是升高的，但南半圓內(nèi)升高得更快，表明南半圓內(nèi)對(duì)流減弱和高云量減少更快，對(duì)應(yīng)著“利奇馬”的強(qiáng)度快速減弱。

圖3c、3d分別是1913號(hào)臺(tái)風(fēng)“玲玲”核心區(qū)域南北半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫和南北對(duì)稱度因子隨時(shí)間變化圖，9月5日06時(shí)以前，“玲玲”南半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫低于北半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱度因子S1<0，“玲玲”南側(cè)云系發(fā)展活躍，并逐漸加強(qiáng)到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等級(jí)。9月5日06時(shí)—6日06時(shí)，“玲玲”南半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫與北半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫相差不大，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱度因子S1接近于0，“玲玲”維持超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等級(jí)，中心附近最大風(fēng)力達(dá)到55 m/s，強(qiáng)度是其生命史中最大強(qiáng)度。9月6日06時(shí)以后，“玲玲”南半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫快速升高，并高于北半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫約20 K，對(duì)應(yīng)的南北對(duì)稱度因子S1>0，表明“玲玲”南側(cè)云系快速減弱，對(duì)應(yīng)著其強(qiáng)度快速減弱。

圖3 1909號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”和1913號(hào)臺(tái)風(fēng)“玲玲”核心區(qū)域南北半圓內(nèi)的平均亮溫(a、c)和南北對(duì)稱度因子(b、d)

4.2 一三象限對(duì)稱度因子

北上臺(tái)風(fēng)這種結(jié)構(gòu)演變一般最開(kāi)始發(fā)生在臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域的第一象限和第三象限。在第一象限表現(xiàn)為臺(tái)風(fēng)東北側(cè)的云量增多和發(fā)展，并逐漸向暖鋒性質(zhì)的云型過(guò)渡；在第三象限表現(xiàn)為對(duì)流衰減和云量減少，這主要是由于與高空槽相伴的干空氣一般從西南側(cè)逐漸卷入到臺(tái)風(fēng)中，造成臺(tái)風(fēng)西南側(cè)的云系對(duì)流活動(dòng)逐漸減弱消失。

利用這兩個(gè)象限一增一減的差別，可更加提前反映臺(tái)風(fēng)在北上過(guò)程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變化。因此，定義“一三象限對(duì)稱度因子S2”，如式(2)：

圖4是表1中16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)的一三象限對(duì)稱度因子S2的分布圖，可看到S2<0的時(shí)候大部分出現(xiàn)在20°N以南，S2>0的時(shí)候大部分出現(xiàn)在20°N以北。在20～30°N之間，S2<0和S2>0均有較多的出現(xiàn)，并且S2>0的略多。這表明相對(duì)于南北對(duì)稱度因子S1來(lái)說(shuō)，一三象限對(duì)稱度因子S2轉(zhuǎn)為正值的位置偏南，確實(shí)在一定程度上提前反映了北上臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)。

圖4 16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)的一三象限對(duì)稱度因子S2分布圖

圖5a(見(jiàn)下頁(yè))是1909號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”核心區(qū)域南北半圓內(nèi)的一三象限對(duì)稱度因子S2及中心附近最大風(fēng)速隨時(shí)間變化圖。對(duì)于“利奇馬”來(lái)說(shuō)，從8月8日18時(shí)，一三象限對(duì)稱度因子S2轉(zhuǎn)為正值，并快速增加，至9日06時(shí)，S2增大到20 K以上，這一不對(duì)稱特征在時(shí)間上比南北對(duì)稱度因子提前了約12小時(shí)。

造成這一現(xiàn)象的主要原因是“利奇馬”西側(cè)受到干空氣卷入的影響，造成第三象限對(duì)流衰減和云量減少，同時(shí)在第一象限低層風(fēng)速加大，云量增加。

圖5b是9日00時(shí)水汽通道圖像，圖像采取等經(jīng)緯度投影方式，圓圈表示臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域。此時(shí)“利奇馬”已經(jīng)呈現(xiàn)出不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其中第1象限顏色較白亮，云量較多，第3象限顏色較灰暗，云量較少。在核心區(qū)外圍的西側(cè)是較大范圍暗區(qū)，并與第3象限的暗灰色區(qū)域相連接。由于水汽通道權(quán)重較高，暗區(qū)通常與高層干空氣相對(duì)應(yīng)，由圖5c可看出這一暗區(qū)與300 hPa相對(duì)濕度低值區(qū)對(duì)應(yīng)較好，在第三象限存在相對(duì)濕度低值區(qū)與暗區(qū)相對(duì)應(yīng)。500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)的疊合圖(圖5d)顯示，此時(shí)“利奇馬”處于副高的西南側(cè)，低層風(fēng)場(chǎng)也呈現(xiàn)出了明顯不對(duì)稱狀態(tài)，在第一象限風(fēng)速最大，第三象限風(fēng)速最小。在接下來(lái)的時(shí)次里，“利奇馬”的強(qiáng)降雨中心轉(zhuǎn)移到環(huán)流中心北側(cè)(圖5e)。

圖5 a.1909號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”核心區(qū)域南北半圓內(nèi)的一三象限對(duì)稱度因子及中心附近最大風(fēng)速隨時(shí)間變化圖，實(shí)線表示一三象限對(duì)稱度因子，虛線表示臺(tái)風(fēng)中心附近最大風(fēng)速；b.9日00時(shí)水汽通道圖像(圓圈表示以臺(tái)風(fēng)中心為圓心，5°為半徑的臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域(下同))；c.9日00時(shí)300 hPa相對(duì)濕度；d.9日00時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)疊合圖；e.9日03時(shí)GSMaP反演的1小時(shí)降水量。

統(tǒng)計(jì)這16個(gè)臺(tái)風(fēng)一三象限對(duì)稱度因子由負(fù)轉(zhuǎn)正的時(shí)間和位置，發(fā)現(xiàn)它比南北對(duì)稱度因子轉(zhuǎn)正的平均時(shí)間提前14.6小時(shí)，位置偏南2.3個(gè)緯距。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后，強(qiáng)降雨中心通常由環(huán)流中心南側(cè)轉(zhuǎn)移到環(huán)流中心北側(cè)。

5 北上臺(tái)風(fēng)遙感定量特征指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的云圖特征

將上述研究中兩類特征指標(biāo)，與衛(wèi)星云圖結(jié)合起來(lái)，可從客觀和主觀兩個(gè)方面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)北上臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)演變。

因此，具體分析每一個(gè)北上臺(tái)風(fēng)對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星圖像，發(fā)現(xiàn)典型的北上臺(tái)風(fēng)在其生命史中一般經(jīng)歷2種特征云型：“9”字型特征結(jié)構(gòu)云型和“6”字型特征結(jié)構(gòu)云型。在S1<0的北上發(fā)展階段，其云型往往呈現(xiàn)出“9”字型結(jié)構(gòu)，即臺(tái)風(fēng)南側(cè)和西南側(cè)云量較多，常與一條長(zhǎng)長(zhǎng)的云帶相聯(lián)系，可形象地表征成大寫的數(shù)字“9”。隨著臺(tái)風(fēng)繼續(xù)北上，S1和S2逐漸增大，表明其南側(cè)的云帶逐漸減弱，當(dāng)S2變?yōu)檎挡⒖焖僭龃髸r(shí)，通常表明臺(tái)北與西風(fēng)帶的高空槽云系或斜壓區(qū)發(fā)生相互作用時(shí)，使得北側(cè)的云帶向東北方向伸展，形成看起來(lái)像大寫的數(shù)字“6”的特征云型。

5.1 北上發(fā)展階段的“9”字型特征結(jié)構(gòu)

圖6分別是1105、1215、1410和1909號(hào)臺(tái)風(fēng)的北上發(fā)展階段的水汽圖像，此時(shí)這4個(gè)臺(tái)風(fēng)的S1<0。在臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域的南半圓內(nèi)，對(duì)流發(fā)展較旺盛，在核心區(qū)域的北半圓內(nèi)，對(duì)流發(fā)展相對(duì)較弱。另外，連續(xù)時(shí)次的云圖(圖略)分析表明：在臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域的南半圓外的南側(cè)和西南側(cè)，有較多白亮的強(qiáng)對(duì)流云從低層不斷卷入臺(tái)風(fēng)核心區(qū)，表明在這一側(cè)臺(tái)風(fēng)與季風(fēng)云系相連。同時(shí)在高層存在大量往西南方向伸展的卷云羽。

以1105號(hào)臺(tái)風(fēng)為例，圖7給出了與圖6a對(duì)應(yīng)時(shí)刻的高低層物理量場(chǎng)。從850 hPa風(fēng)場(chǎng)和600～900 hPa厚度場(chǎng)的疊合圖(圖7a)上可看出，在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心南側(cè)和西南側(cè)有一支較強(qiáng)的低層西南氣流，它與西南季風(fēng)相對(duì)應(yīng)，是有利于臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)的重要因子。600～900 hPa厚度場(chǎng)表明此時(shí)環(huán)流中心北側(cè)的低層厚度較大，它表明在900～600 hPa這兩層之間，環(huán)流中心北側(cè)的平均溫度較大，臺(tái)風(fēng)熱力結(jié)構(gòu)具有明顯的不對(duì)稱性。從200 hPa風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)的疊合圖(圖7b)上可看出，在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心南側(cè)和西南側(cè)有一支較強(qiáng)的高層?xùn)|北氣流，它與850 hPa風(fēng)向正好相反，是有利于臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)的重要高空輻散因子。而在環(huán)流中心的北側(cè)，則是一支西北風(fēng)輻合氣流，它抑制了北側(cè)對(duì)流云系發(fā)展，使臺(tái)風(fēng)呈現(xiàn)出了這種不對(duì)稱的“9”字型特征結(jié)構(gòu)。

圖6 1105、1215、1410和1909號(hào)臺(tái)風(fēng)的北上發(fā)展階段的水汽圖像 a.1105號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2E，2011年6月23日00時(shí)；b.1215號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2E，2012年8月23日00時(shí)；c.1410號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2E，2014年7月21日18時(shí)；d.1909號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2G，2019年8月7日18時(shí)。

圖7 2011年6月23日00時(shí)低層和高層物理量場(chǎng)圖 a.850 hPa風(fēng)場(chǎng)和和900～600 hPa厚度場(chǎng)疊合圖；b.200 hPa高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)疊合圖。

5.2 與西風(fēng)帶發(fā)生相互作用階段的“6”字型特征結(jié)構(gòu)

隨著臺(tái)風(fēng)北上，其環(huán)流中心南側(cè)逐漸與季風(fēng)云系脫離，環(huán)流中心北側(cè)逐漸與西風(fēng)帶高空槽云系或斜壓區(qū)發(fā)生相互作用。這樣就造成了臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心南側(cè)云系逐漸減弱，臺(tái)風(fēng)北側(cè)云系向東北方向伸展，使其在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出數(shù)字“6”的外形特征。在這個(gè)過(guò)程中S2值一般先于S1值快速增大并轉(zhuǎn)為正值，提前反映臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)變化。

圖8分別是1109、1825、1909和2009號(hào)臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)帶高空槽云系或斜壓區(qū)發(fā)生相互作用的水汽圖像。此時(shí)這4個(gè)臺(tái)風(fēng)的S1和S2均大于0，在臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域的南半圓內(nèi)，對(duì)流發(fā)展相對(duì)較弱或幾乎消失，在核心區(qū)域的北半圓內(nèi)及外圍，云系向東北方向伸展，其核心區(qū)域?qū)α鞯陌l(fā)展也不像北上發(fā)展階段時(shí)南側(cè)對(duì)流云那么強(qiáng)，而是表現(xiàn)為嵌入云系之中的帶狀對(duì)流形態(tài)，呈現(xiàn)出一定結(jié)構(gòu)的暖鋒云系特征。

以1109號(hào)臺(tái)風(fēng)為例，圖9給出了與圖8a對(duì)應(yīng)時(shí)刻的高低層物理量場(chǎng)。從850 hPa風(fēng)場(chǎng)和600～900 hPa厚度場(chǎng)的疊合圖(圖9a)上可看出，在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心東側(cè)和東南側(cè)有一支較強(qiáng)的偏南氣流，它主要流向臺(tái)風(fēng)的第1象限的外圍，在臺(tái)風(fēng)東北側(cè)形成輻合，結(jié)合600～900 hPa厚度場(chǎng)可見(jiàn)，在這一側(cè)具有暖鋒生的有利條件。從200 hPa風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)的疊合圖(圖9b)上可看出，此時(shí)臺(tái)風(fēng)的高層已經(jīng)嵌入到高空槽前的西南氣流里，與高空斜壓區(qū)產(chǎn)生了明顯相互作用。

圖8 1109、1825、1909和2009號(hào)臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)發(fā)生相互作用階段的水汽圖像a.1109號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2E，2011年8月8日06時(shí)；b.1825號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2G，2018年10月5日06時(shí)；c.1909號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2G，2019年8月10日06時(shí)；d.2009號(hào)臺(tái)風(fēng)，F(xiàn)Y-2G，2020年9月2日12時(shí)。

圖9 2011年8月8日06時(shí)低層和高層物理量場(chǎng)圖 a.850 hPa風(fēng)場(chǎng)和和900～600 hPa厚度場(chǎng)疊合圖；b.200 hPa高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)疊合圖。

6 結(jié)論與討論

本研究選取2011—2020年共16個(gè)北上臺(tái)風(fēng)，通過(guò)定量分析臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域南北半圓內(nèi)的水汽通道平均亮溫，定義了“南北對(duì)稱度因子S1”作為反映臺(tái)風(fēng)云系整體結(jié)構(gòu)變化的指示因子。當(dāng)S1<0時(shí)，通常臺(tái)風(fēng)南側(cè)云系相對(duì)活躍，其南側(cè)和西南側(cè)的云量較多，并常常與季風(fēng)云系相連，臺(tái)風(fēng)一般表現(xiàn)為“9”字型特征結(jié)構(gòu)；當(dāng)S1>0，通常臺(tái)風(fēng)南側(cè)云系逐漸減弱，其北側(cè)云系向東北方向伸展，臺(tái)風(fēng)一般表現(xiàn)為“6”字型特征結(jié)構(gòu)。北上臺(tái)風(fēng)通常經(jīng)歷由S1<0向S1>0轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變時(shí)S1快速增大，表明南側(cè)云系快速減弱，臺(tái)風(fēng)一般處于減弱階段。

北上臺(tái)風(fēng)由“9”字型特征結(jié)構(gòu)向“6”字型特征結(jié)構(gòu)演變一般最開(kāi)始表現(xiàn)為臺(tái)風(fēng)核心區(qū)域內(nèi)第一象限的云量增多并向東北方向伸展和第三象限對(duì)流衰減和云量減少。因此定義“一三象限對(duì)稱度因子S2”作為反映這一現(xiàn)象的指示因子。當(dāng)臺(tái)風(fēng)受到西風(fēng)帶高空槽云系或斜壓區(qū)影響時(shí)，S2>0，并快速增大，表明其有快速減弱趨勢(shì)。與南北對(duì)稱度因子S1相比較，一三象限對(duì)稱度因子S2一般可提前反映臺(tái)風(fēng)在北上過(guò)程中產(chǎn)生的云系結(jié)構(gòu)變化，并對(duì)臺(tái)風(fēng)將要發(fā)生的快速減弱有指示意義。

上述研究能夠涵蓋典型北上臺(tái)風(fēng)的演變規(guī)律，但是有一些非典型的北上臺(tái)風(fēng)，比如1905號(hào)臺(tái)風(fēng)在北上的過(guò)程中，拖帶著季風(fēng)云系北上，其東南側(cè)一直與季風(fēng)云系相連，這樣就造成了南北對(duì)稱度因子S1在30°N以北的位置仍然為正值，不能準(zhǔn)確反映其結(jié)構(gòu)的變化。另外，有的臺(tái)風(fēng)由于其自身對(duì)流發(fā)展的波動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)S1或S2在0值附近上下波動(dòng)，這需要結(jié)合云圖綜合分析，而不能單單依賴這2個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行判斷。

本研究在計(jì)算S1或S2時(shí)，計(jì)算區(qū)域是以臺(tái)風(fēng)中心為圓心，5°為半徑的圓形區(qū)域，這一區(qū)域基本上包含了臺(tái)風(fēng)的主體云系，計(jì)算結(jié)果較合理。但臺(tái)風(fēng)的尺度有大有小，根據(jù)臺(tái)風(fēng)尺度動(dòng)態(tài)設(shè)置圓形區(qū)域的大小會(huì)不會(huì)是更優(yōu)的選擇？該圓形區(qū)域擴(kuò)大一點(diǎn)或縮小一點(diǎn)對(duì)結(jié)果又有怎樣的影響？這需要在未來(lái)的研究中進(jìn)一步評(píng)估和優(yōu)化。