2006年7—9月西北太平洋熱帶氣旋季節(jié)活動(dòng)的數(shù)值模擬

曹劍，吳立廣，潘維玉

(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210044)

0 引言

西北太平洋地區(qū)是全球熱帶氣旋(tropical cyclone，包括熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)，以下簡記TC)發(fā)生頻率最高的地區(qū)，TC活動(dòng)嚴(yán)重地威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全(楊慧娟等，2007;Zhang et al.，2009;張嬌艷等，2011)。隨著臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)時(shí)效的延長、數(shù)值預(yù)報(bào)模式的不斷改進(jìn)和評(píng)估全球氣候變化對(duì)TC活動(dòng)影響的需要(Wu and Wang，2004)，TC生成和TC季節(jié)預(yù)報(bào)的研究已經(jīng)成為TC領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一(Vitart et al.，2003;Feser and von Storch，2008a;Larow et al.，2008)。但是，目前對(duì)TC生成機(jī)理和可預(yù)報(bào)性的認(rèn)識(shí)還很少，這是因?yàn)門C往往生成于遠(yuǎn)離陸地的大洋深處，且缺乏實(shí)際TC觀測(cè)資料。近年來國際上進(jìn)行了一些外場(chǎng)試驗(yàn)，例如2006年美國在大西洋進(jìn)行的NAMMA(National Aeronautics and Space Administration African Monsoon Multidisciplinary Analysis)(Reale et al.，2009)，試圖獲取更多的大西洋颶風(fēng)生成的觀測(cè)資料。此外對(duì)TC生成機(jī)理和可預(yù)報(bào)性的認(rèn)識(shí)還可以通過另一種方法，即分析模式中的TC活動(dòng)(Frank and Roundy，2006)。

Manabe et al.(1970)指出大氣環(huán)流模式可以模擬出與觀測(cè)類似的TC活動(dòng)的氣候特征。Vitart and Stockdale(2001)也證實(shí)了全球模式能夠模擬出TC的一些結(jié)構(gòu)特征，如低層輻合運(yùn)動(dòng)、高層反氣旋性環(huán)流和輻散運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)、高空氣飽和度等。Bengtsson et al.(1995)利用ECMWF(European Center for Medium-Range Weather Forecasts)模擬發(fā)現(xiàn)，TC往往生成于海溫超過26℃的海域，這與Gray(1975)提出的TC生成的海表溫度閾值相一致。Vitart and Stockdale(2001)也利用ECMWF的季節(jié)預(yù)報(bào)系統(tǒng)有效地模擬了北大西洋和西北太平洋海域TC的年際變化，但是在低分辨率的全球模式中模擬的TC頻數(shù)比觀測(cè)的TC頻數(shù)少。Camargo et al.(2005)利用觀測(cè)海溫驅(qū)動(dòng)的3個(gè)全球大氣模式模擬了1961—2000年全球7個(gè)海域的TC季節(jié)活動(dòng)情況，結(jié)果表明，模式能較好地模擬TC活動(dòng)相對(duì)活躍海域和累積氣旋能量(accumulated cyclone energy)的年際變化，但是模擬的TC頻數(shù)明顯偏少，且生成位置偏向赤道。另一方面粗分辨率的全球模式描述的TC往往缺少明顯的TC結(jié)構(gòu)特征，如臺(tái)風(fēng)眼、眼墻或螺旋雨帶等系統(tǒng)。

很多學(xué)者的研究表明西北太平洋TC活動(dòng)與季風(fēng)活動(dòng)有密切聯(lián)系，而季風(fēng)包含多種時(shí)間尺度的大氣振蕩。Lin et al.(2006)研究表明，全球模式很難模擬好大氣季節(jié)內(nèi)振蕩，導(dǎo)致不同全球模式之間TC的活動(dòng)情況存在很大差異。Vitart et al.(2007)認(rèn)為，當(dāng)前的ECMWF模式雖然能夠較好地模擬出MJO(Madden-Julian oscillation)的傳播特性，但是其振幅要比觀測(cè)小很多，從而導(dǎo)致模式中TC頻數(shù)偏少。Fudeyasu et al.(2008)也指出，在全球模式中想要合理地模擬TC活動(dòng)特征，不但要模擬好MJO、越赤道氣流等大尺度系統(tǒng)的特征，還要求模式合理地模擬中尺度對(duì)流復(fù)合體的發(fā)展、合并和對(duì)稱化過程。Wu et al.(2011)通過分析觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，TC移動(dòng)的異常路徑可能是由多時(shí)間尺度系統(tǒng)相互作用引起的。因此，TC季節(jié)活動(dòng)的模擬不僅要較好地模擬與TC活動(dòng)有關(guān)的對(duì)流活動(dòng)和邊界層過程，還要較好地模擬這些大氣振蕩。

由于目前低分辨率的全球再分析資料不能很好地描述TC活動(dòng)，全球模式對(duì)TC內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模擬上也存在缺陷。近年來，動(dòng)力降尺度方法被應(yīng)用于研究依賴高分辨率模式的天氣系統(tǒng)。高分辨率的區(qū)域模式中的水汽和邊界層方案可以更好用于模擬TC的對(duì)流活動(dòng)和邊界層過程，因此由全球模式或觀測(cè)資料提供模式大尺度背景場(chǎng)，用區(qū)域模式來模擬像TC這樣的極端天氣系統(tǒng)，能夠達(dá)到更好的模擬效果。Camargo et al.(2007)在動(dòng)力降尺度的區(qū)域模式中，進(jìn)行了TC季節(jié)模擬可行性的研究，結(jié)果表明，在TC季節(jié)活動(dòng)的模擬中，區(qū)域模式比全球模式更有效。

為了給模式提供逼真的大尺度環(huán)流形勢(shì)，很多學(xué)者在區(qū)域模式加入了張弛逼近(Nudging)技術(shù)。Weisse et al.(2000)進(jìn)一步完善了張弛逼近技術(shù)，在長時(shí)間的氣候模擬中用全球再分析資料中的大氣長波作為區(qū)域模式中大尺度形勢(shì)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)條件，而不限制中小尺度擾動(dòng)的產(chǎn)生和發(fā)展。因而，在接近實(shí)際的大尺度背景場(chǎng)下，用高分辨率的區(qū)域模式來模擬中尺度系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)非常有效的方法。Knutson et al.(2007)利用分辨率為18 km的區(qū)域模式，模擬了1980—2006年大西洋颶風(fēng)的活動(dòng)情況，結(jié)果表明模式不僅能模擬出颶風(fēng)活動(dòng)頻數(shù)的年際變化，而且模擬的4級(jí)颶風(fēng)頻數(shù)和與觀測(cè)結(jié)果很接近，但是在颶風(fēng)生成位置和5級(jí)颶風(fēng)頻數(shù)的模擬上仍然存在缺陷。研究還表明，模式中TC生成與否和Nudging系數(shù)的選取有密切關(guān)系，較大的Nudging系數(shù)會(huì)降低模式中TC的頻數(shù);而模式中如果不采用Nudging技術(shù)會(huì)導(dǎo)致熱力學(xué)垂直廓線非常不穩(wěn)定，導(dǎo)致TC頻數(shù)異常增加。Feser and von Storch(2008b)利用區(qū)域模式對(duì)2004年西北太平洋TC進(jìn)行模擬表明，模式中諸如季風(fēng)系統(tǒng)、副熱帶高壓等大尺度系統(tǒng)的模擬質(zhì)量對(duì)TC活動(dòng)的模擬至關(guān)重要，而且采用合適的Nudging技術(shù)不僅提高了TC路徑的模擬性能，而且在近地面風(fēng)速、最低中心氣壓和降水分布上也有改進(jìn)。

可見隨著區(qū)域模式中Nudging技術(shù)的廣泛應(yīng)用和模式分辨率的提高，模式對(duì)TC活動(dòng)的整體特征模擬能力有一定的提高。但是區(qū)域模式中TC強(qiáng)度的模擬還沒有達(dá)到很好的效果，對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的模擬往往效果不好;而且區(qū)域模式是否能有效模擬TC的生成，特別是模擬的生成過程是否與觀測(cè)一致等方面的研究很少。近年來，WRF(Weather Research and Forecasting)模式廣泛用于研究TC活動(dòng)，很多學(xué)者已經(jīng)將WRF模式應(yīng)用于TC個(gè)例的研究，表明模式不僅能夠模擬出合理的TC路徑，也能重現(xiàn)TC的精細(xì)結(jié)構(gòu)和發(fā)展過程(閔穎等，2010)，而很少有學(xué)者將WRF模式應(yīng)用于TC季節(jié)活動(dòng)模擬。本研究將利用WRF模式對(duì)2006年TC盛季(7—9月)西北太平洋TC活動(dòng)進(jìn)行模擬，研究WRF模式對(duì)TC季節(jié)模擬的可行性，以及模式對(duì)TC生成過程的模擬能力。

1 數(shù)值試驗(yàn)設(shè)計(jì)和模式熱帶氣旋識(shí)別方法

1.1 模式試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用了非靜力中尺度模式WRF v3.0，利用來自NCEP每6 h一次1°×1°的FNL(final)資料作為初始場(chǎng)、邊界條件和Nudging場(chǎng)，對(duì)2006年7月1日至10月1日西北太平洋的TC進(jìn)行模擬。7—9月是西北太平洋TC活動(dòng)的盛季，全年大部分TC都發(fā)生在這段時(shí)間;且登陸我國的TC集中在7—9月發(fā)生，約占登陸TC總數(shù)的80%(朱乾根等，2000;陳玉林等，2005)。本實(shí)驗(yàn)的模式區(qū)域不僅包括了2006年7—9月所有觀測(cè)TC的活動(dòng)區(qū)域，還充分考慮了西南季風(fēng)、越赤道氣流等對(duì)TC生成的影響，選定如圖1所示的模擬區(qū)域。數(shù)值試驗(yàn)采用兩重網(wǎng)格雙向嵌套(圖1)，水平分辨率分別是27 km(D01)和9 km(D02)，水平格點(diǎn)數(shù)分別是351×349和691×355，所對(duì)應(yīng)的模擬區(qū)域分別是(96°E～166°W，20°S～60°N)、(104～168.5°E，0°～31°N)，模擬區(qū)域中心定于(145°E，27°N)，模式垂直分為38層，頂層氣壓為50 hPa。模式積分從7月1日00:00開始，連續(xù)積分92 d，積分步長為75 s，每6 h輸出一次結(jié)果。

圖1 模式兩重網(wǎng)格的模擬區(qū)域Fig.1 The double-nested domains used in the simulation

為了使模式中大尺度場(chǎng)與觀測(cè)資料比較接近，在27 km格距的粗網(wǎng)格中采用了Nudging技術(shù)。試驗(yàn)選取從1.5×10－4s－1到3×10－4s－1(間隔0.5×10－4s－1)共4個(gè)Nudging系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定模式中選用的Nudging系數(shù)為1.5×10－4s－1。在粗網(wǎng)格中，每6 h對(duì)邊界層以上的風(fēng)場(chǎng)采用Nudging技術(shù)，而不對(duì)邊界層以下的風(fēng)場(chǎng)采用Nudging技術(shù)。同時(shí)利用觀測(cè)的海溫，為模式每6 h更新一次下邊界強(qiáng)迫。

Vitart and Stockdale(2001)指出，不同對(duì)流參數(shù)化方案所引起熱帶地區(qū)背景場(chǎng)的熱力差異會(huì)導(dǎo)致模式中TC生成頻數(shù)不同。Larow et al.(2008)在利用不同參數(shù)化方案模擬大西洋颶風(fēng)的研究中也指出，在TC季節(jié)模擬中，參數(shù)化方法會(huì)影響到大尺度場(chǎng)的演變，不同的參數(shù)化方案可能會(huì)引起模式中TC引導(dǎo)氣流的改變和登陸TC的巨大差異。因此，在本次模擬中采用了Goddard微物理方案，這種參數(shù)化方案包含水汽、云水、雨、云冰、雪、霰6種水狀態(tài)，而忽略了融化、蒸發(fā)、升華過程。模式粗網(wǎng)格選用了由Betts-Miller改進(jìn)后的Betts-Miller-Janjic方案，在這種方案中對(duì)深對(duì)流和淺對(duì)流用了不同的參數(shù)化閾值，并且對(duì)上升氣流與環(huán)境的相互作用和云頂?shù)拇_定做了進(jìn)一步改進(jìn);細(xì)網(wǎng)格中沒有選用積云參數(shù)化方案。兩重網(wǎng)格均采用YSU(Yonsei University)邊界層方案、RRTM(Rapid Radiation Transfer Model)長波輻射方案和Dudhia短波輻射方案。

1.2 模擬熱帶氣旋的識(shí)別

已經(jīng)有很多學(xué)者研究了動(dòng)力模式中識(shí)別TC中心和路徑的方法。Vitart and Stockdale(2001)將850 hPa上局地渦度的最大值附近最低海平面氣壓所在的格點(diǎn)定義為TC中心，此中心滿足“2個(gè)緯度內(nèi)500～200 hPa層出現(xiàn)暖心且溫度距平超過0.5℃，且在離此中心2個(gè)緯度內(nèi)1 000～200 hPa的空氣最大厚度與8個(gè)緯度內(nèi)空氣厚度之差超過50 m”的條件。Camargo and Zebiak(2002)提出滿足下列條件的格點(diǎn)選定為TC中心，即:850 hPa上渦度超過閾值、8.4個(gè)緯度內(nèi)出現(xiàn)最低海平面氣壓、近地面風(fēng)速超過閾值、700～300 hPa出現(xiàn)暖心且溫度距平超過閾值、850 hPa的溫度異常和平均風(fēng)速都大于300 hPa。這兩種方法都是在全球模式中識(shí)別TC中心，而區(qū)域模式模擬了更加精細(xì)的TC結(jié)構(gòu)，為了更好地識(shí)別區(qū)域模式中的TC，本文在這兩種方法的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，充分考慮了細(xì)分辨率模式中TC的結(jié)構(gòu)，避免了Camargo and Zebiak(2002)方法中TC中心依賴于模式分辨率與模式區(qū)域，以及Vitart and Stockdale(2001)的方法中沒有考慮近地面風(fēng)速的弊端。本研究將模式中同時(shí)滿足以下條件的網(wǎng)格點(diǎn)定義為TC的中心:

1)在海平面上有一個(gè)閉合的低氣壓區(qū)域;

2)低氣壓區(qū)域最低氣壓小于1 000 hPa，并選定氣壓最低點(diǎn)為TC中心;

3)在此中心周圍360 km內(nèi)10 m高度的風(fēng)速大于17.2 m/s;

4)在此中心上空500～300 hPa層之間有暖心形成;

5)在此中心240 km內(nèi)低層的平均相對(duì)渦度大于中層平均相對(duì)渦度，且中層平均相對(duì)渦度值為正。

Vitart and Stockdale(2001)用TC移動(dòng)距離小于800 km/d的閾值來確定之后一天的TC中心是否為同一個(gè)熱帶氣旋，但是忽略了TC移動(dòng)速度在中緯度轉(zhuǎn)向后加快的情況。在本研究中，隨TC中心緯度不同而改變移速閾值，并按照以下方法來確定每條TC的路徑:對(duì)于每6 h一次的模式資料，當(dāng)TC中心緯度在0～30°N時(shí)，TC移動(dòng)距離小于324 km(移速小于15 m/s);當(dāng)TC中心緯度在30～40°N時(shí)，TC移動(dòng)距離小于540 km(移速小于25 m/s);當(dāng)TC中心緯度在40°N以北時(shí)，熱帶氣旋移動(dòng)距離小于756 km(移速小于35 m/s)。在長時(shí)間的模式積分中，由于模式的計(jì)算不穩(wěn)定和模式中參數(shù)化方案引起的短時(shí)間中尺度系統(tǒng)被誤識(shí)別為TC，因此在確定TC資料時(shí)，去掉了生命期短于2 d的TC。

1.3 濾波方法

西北太平洋TC活動(dòng)與多尺度季風(fēng)環(huán)流有密切關(guān)系，為了分別研究它們對(duì)TC生成、移動(dòng)路徑等的作用，本研究利用了Duchon(1979)提出的lanczos濾波方法對(duì)風(fēng)場(chǎng)資料進(jìn)行時(shí)間濾波。這種方法是通過調(diào)整截?cái)囝l率和權(quán)重系數(shù)來修正響應(yīng)函數(shù)，從而有效減小吉布斯振蕩的振幅。它可以應(yīng)用于1維和2維空間的要素場(chǎng)濾波，而且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在熱帶氣象研究中(Aiyyer and Monlinari，2008;蘇源和吳立廣，2011)。在本研究中對(duì)10 d以下天氣尺度高頻信號(hào)采取了81個(gè)權(quán)重系數(shù)的高通lanczos濾波，20 d以上的信號(hào)采取了161個(gè)權(quán)重系數(shù)的低通lanczos濾波，除去10 d以下(天氣尺度)和20 d以上(MJO)信號(hào)的剩余部分為10～20 d(quasi-biweekly oscillation;QBWO)信號(hào)。利用此方法將觀測(cè)資料和模式資料進(jìn)行20 d以上、10～20 d和10 d以下濾波后，分離出MJO尺度、QBWO尺度和天氣尺度系統(tǒng)。

2 模擬結(jié)果分析

2.1 模擬大尺度形勢(shì)場(chǎng)

很多學(xué)者認(rèn)為大尺度環(huán)流形勢(shì)對(duì)TC生成、移動(dòng)路徑和強(qiáng)度變化等有重要影響。Gray(1975，1998)最先指出了有利于TC生成的大尺度條件。Chen and Weng(1998)認(rèn)為季風(fēng)活動(dòng)會(huì)增加對(duì)流層低層相對(duì)渦度、減小垂直切變等，從而使大尺度環(huán)境場(chǎng)更有利于TC生成。在季風(fēng)槽東進(jìn)(西退)過程中，影響TC生成的天氣尺度系統(tǒng)也會(huì)隨季風(fēng)槽東進(jìn)(西退);在有利于TC生成的大尺度條件下，季風(fēng)環(huán)流的緩慢變化也會(huì)對(duì)TC活動(dòng)帶來影響。Harr and Elsberry(1995)認(rèn)為，西北太平洋季風(fēng)的活躍(間歇)期與TC活動(dòng)的活躍(間歇)期相對(duì)應(yīng)，同時(shí)西北太平洋季風(fēng)槽強(qiáng)度和位置的變化會(huì)對(duì)TC生成和移動(dòng)路徑都會(huì)產(chǎn)生重要影響。因此模式對(duì)副熱帶高壓、季風(fēng)系統(tǒng)等主要大尺度系統(tǒng)的活動(dòng)特征的模擬質(zhì)量，不僅會(huì)影響TC生成的模擬，對(duì)TC路徑的模擬也會(huì)產(chǎn)生重要影響。

為了檢驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?duì)大尺度形勢(shì)場(chǎng)的模擬能力，對(duì)觀測(cè)和模式粗網(wǎng)格中月平均的大尺度形勢(shì)進(jìn)行分析。圖2是各月850 hPa的月平均風(fēng)場(chǎng)。在模擬的7月風(fēng)場(chǎng)中(圖2a)，副熱帶高壓控制了整個(gè)西北太平洋，菲律賓以西地區(qū)被西南季風(fēng)控制。越赤道氣流、西南季風(fēng)以及副熱帶高壓南側(cè)的偏東風(fēng)在赤道輻合帶(Intertropical Convergence Zone，ITCZ)附近匯合，東北—西南向的季風(fēng)槽為TC生成提供了有利條件。8月，大尺度形勢(shì)場(chǎng)發(fā)生了變化。850 hPa風(fēng)場(chǎng)中(圖2c、d)，模擬的越赤道氣流有所加強(qiáng)，與中南半島的偏西風(fēng)氣流在菲律賓附近輻合，同時(shí)在中國南海附近形成了直徑約2 500 km的季風(fēng)渦旋(monsoon gyre)。模式較好地模擬了與觀測(cè)場(chǎng)相似的季風(fēng)槽演變和南海季風(fēng)渦旋的形成。在9月的大尺度風(fēng)場(chǎng)中(圖2e、f)，模擬的副熱帶高壓控制了中太平洋洋面，越赤道氣流和西南季風(fēng)減弱，季風(fēng)槽也開始西退，這可能是導(dǎo)致這個(gè)時(shí)期TC活動(dòng)減少的原因，而在中南半島和南海附近弱氣旋性環(huán)流繼續(xù)存在，為細(xì)網(wǎng)格模擬的9月南海TC提供了適宜的生成條件。由此可見，在長達(dá)3個(gè)月的連續(xù)積分中，主要環(huán)流系統(tǒng)的位置及其演變特征與觀測(cè)資料基本相符，這與選擇了足夠大的模擬區(qū)域和適當(dāng)?shù)腘udging系數(shù)有一定的關(guān)系。

圖2 粗網(wǎng)格中未濾波的850 hPa月平均觀測(cè)風(fēng)場(chǎng)(a，c，e)和模擬風(fēng)場(chǎng)(b，d，f)(單位:m·s－1)a，b.7月;c，d.8月;e，f.9月Fig.2 Comparison of the monthly 850 hPa(a，c，e)observed and(b，d，f)simulated wind fields in the coarse model domain(units:m·s－1)a，b.July;c，d.August;e，f.September

在夏季，西北太平洋地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩最顯著的是MJO和QBWO，它們起源于赤道地區(qū)并向北和西北方向傳播，共同制約著東亞夏季風(fēng)的活躍和中斷，也影響西北太平洋TC的發(fā)生和移動(dòng)登陸情況。Maloney and Hartmann(2001)指出，MJO的活躍位相會(huì)增強(qiáng)海表輻合和季風(fēng)槽的氣旋性切變，從而有利于TC生成。Chen and Sui(2010)也認(rèn)為，QBW(quasi-biweekly)波動(dòng)的活躍相位有利于Ross by赤道混合波向TD(tropical depression)型波動(dòng)轉(zhuǎn)變而引起TC生成。Wu et al.(2011)指出，多時(shí)間尺度系統(tǒng)和TC的相互作用會(huì)影響TC的移動(dòng)路徑。MJO活躍位相在不同地理位置時(shí)也會(huì)影響西北太平洋TC的登陸情況。因此細(xì)網(wǎng)格中MJO、QBWO的模擬質(zhì)量將直接影響到TC季節(jié)活動(dòng)的模擬。

為了充分考慮赤道輻合帶對(duì)西北太平洋TC活動(dòng)的重要性，分析了細(xì)網(wǎng)格中MJO尺度125～135°E平均緯向風(fēng)的時(shí)間—緯度剖面(圖3)?？梢钥闯?，模擬風(fēng)場(chǎng)(圖3b)出現(xiàn)了與觀測(cè)(圖3a)相似的緯向風(fēng)的季節(jié)內(nèi)振蕩特征。在模擬的7月初、8月中旬和9月末的風(fēng)場(chǎng)中，低緯度地區(qū)都出現(xiàn)了西風(fēng)的極大值，這與觀測(cè)風(fēng)場(chǎng)形勢(shì)十分一致;在中緯度地區(qū)，模式也模擬出了東風(fēng)氣流的低頻振蕩特征。在7—8月MJO的活躍期，有超過80%的模擬TC生成;而在9月，不活躍的TC活動(dòng)與MJO的非活躍期相一致。但是，由于模擬的西風(fēng)氣流較弱，低頻振蕩出現(xiàn)的位置比觀測(cè)偏向赤道，從而使得細(xì)網(wǎng)格中TC生成位置比觀測(cè)資料偏南。這種模式中的MJO活動(dòng)振幅弱于觀測(cè)MJO活動(dòng)，可能是當(dāng)前模式在季節(jié)模擬中的一個(gè)共同缺陷(Vitart et al.，2007)。模式中較弱的MJO活動(dòng)可能會(huì)減弱TC活動(dòng)，而模式為何能夠重現(xiàn)觀測(cè)中TC活動(dòng)情況，可能與模式中活躍的QBW振蕩有關(guān)系。

圖4是細(xì)網(wǎng)格中準(zhǔn)兩周渦度場(chǎng)在125～135°E上平均的時(shí)間—緯度剖面?？梢钥闯?，模式模擬出了觀測(cè)資料中QBW振蕩隨時(shí)間向西(圖略)向北的傳播特征，這與Chen and Sui(2010)的研究一致;雖然模擬的QBW振蕩位相與觀測(cè)資料存在差異，但模式還是很好地重現(xiàn)了與觀測(cè)相似的QBW振蕩特征，QBW振蕩主要出現(xiàn)在5°N以北地區(qū)，在7—9月中大約有7個(gè)準(zhǔn)雙周波動(dòng)出現(xiàn);而且與觀測(cè)的QBW振蕩相比，模擬中較強(qiáng)的QBW振蕩更有助于赤道Rossby波動(dòng)轉(zhuǎn)為TD型波動(dòng)而導(dǎo)致TC生成。在8月，觀測(cè)和模擬結(jié)果都顯示，5°N以北出現(xiàn)了QBW振蕩的活躍區(qū)域，這也TC活動(dòng)的活躍期相一致;而9月弱的MJO和弱的QBW振蕩特征也可能是這段時(shí)間TC生成較少的原因。

2.2 模擬熱帶氣旋活動(dòng)

圖3 細(xì)網(wǎng)格中MJO尺度125～135°E平均緯向風(fēng)的時(shí)間—緯度剖面a.觀測(cè)風(fēng)場(chǎng)(紅色陰影表示≥6 m·s－1的西風(fēng)，綠色陰影表示≥4 m·s－1的東風(fēng));b.模擬風(fēng)場(chǎng)(紅色陰影表示≥6 m·s－1的西風(fēng)，綠色陰影表示≥6 m·s－1的東風(fēng))Fig.3 Time-latitude profiles of(a)the observed and(b)simulated MJO-scale zonal wind averaged over 125—135°E averaged in the inner domain(The red shading indicates westerly≥6 m·s－1，and the green shading easterly≥4 m·s－1and 6 m·s－1for the observation and simulation，respectively)

圖4 細(xì)網(wǎng)格中準(zhǔn)兩周渦度場(chǎng)在125～135°E上平均的時(shí)間—緯度剖面(紅色陰影表示渦度≥6×10－6s－1，綠色陰影表示渦度≤－6×10－6s－1，間隔6×10－6s－1)a.觀測(cè)渦度場(chǎng);b.模擬渦度場(chǎng)Fig.4 Time-latitude profiles of(a)observed and(b)simulated QBWO-scale vorticity(10－6s－1)averaged over 125—135°E in the inner domain(The red shading indicates vorticity≥6×10－6s－1，and the green shading≤－6×10－6s－1;the interval is 6×10－6s－1)

圖5 2006年7—9月熱帶氣旋路徑a.JTWC資料;b.模式粗網(wǎng)格資料;c.模式細(xì)網(wǎng)格資料Fig.5 Tropical cyclone tracks during July—September 2006 from(a)the JTWC best track data，(b)the simulated data in the coarse domain，and(c)the simulated data in the inner domain

本文所用的臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度資料是由美國聯(lián)合颶風(fēng)警報(bào)中心(Joint Typhoon Warming Center，簡記JTWC)提供的2006年熱帶氣旋最佳路徑資料。它包括每6 h一次的臺(tái)風(fēng)中心經(jīng)緯度和臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度資料。圖5是2006年7—9月西北太平洋JTWC的TC路徑與模擬的TC路徑。在JTWC的TC路徑資料中(圖5a)，2006年7—9月西北太平洋海域共有12個(gè)TC達(dá)到熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度，而模式粗網(wǎng)格模擬出了17個(gè)TC(圖5b)，細(xì)網(wǎng)格中有12個(gè)TC生成(圖5c)。可見，細(xì)網(wǎng)格比較準(zhǔn)確地模擬了觀測(cè)的TC頻數(shù)。粗網(wǎng)格與細(xì)網(wǎng)格中對(duì)流參數(shù)化方案和分辨率的差異，以及兩重網(wǎng)格模擬區(qū)域的不同，可能是模式粗網(wǎng)格與細(xì)網(wǎng)格中TC頻數(shù)差異的原因。基于細(xì)網(wǎng)格模式較好地模擬出TC頻數(shù)，則對(duì)細(xì)網(wǎng)格中TC生成位置與JTWC資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)JTWC資料的12個(gè)TC中有11個(gè)在菲律賓以東洋面上生成;細(xì)網(wǎng)格中菲律賓以東洋面生成了10個(gè)TC，這就說明模式能模擬出TC的大致生成位置;但與觀測(cè)資料相比，模式中TC的生成位置相對(duì)集中。模式不僅模擬出TC的大致生成位置，也模擬出了西北太平洋TC的西行盛行路徑。在2006年7—9月登陸中國大陸的TC頻數(shù)上，JTWC資料中共有5個(gè)TC登陸了中國大陸，其中在福建登陸的TC有3個(gè)，另外2個(gè)在廣東登陸;在細(xì)網(wǎng)格中有6個(gè)TC登陸中國，福建有3個(gè)TC登陸，廣東有2個(gè)TC登陸，海南有1個(gè)TC登陸?？梢姡还苁荰C生成位置、盛行路徑，還是登陸中國大陸的TC頻數(shù)，細(xì)網(wǎng)格都表現(xiàn)出與觀測(cè)相似的TC活動(dòng)特征。模式較好地模擬了大尺度流場(chǎng)以及副熱帶高壓和西南季風(fēng)的位置和演變特征，它們共同提供了TC移動(dòng)的大尺度引導(dǎo)氣流，模式才能比較準(zhǔn)確地模擬出TC的盛行路徑、登陸中國的TC頻數(shù)及其登陸位置。

由于在TC季節(jié)模擬中，目前不太可能做到單個(gè)TC的路徑都與實(shí)況相吻合，因此模擬出的TC頻數(shù)和登陸頻數(shù)成為驗(yàn)證模式模擬能力的主要方面。在本研究的兩重網(wǎng)格的TC路徑資料中，無論是模擬出的生成TC頻數(shù)還是登陸TC頻數(shù)，都與觀測(cè)資料十分接近。

在本研究的模式細(xì)網(wǎng)格TC資料中(表1)，生命期在5 d以上的TC有8個(gè)，強(qiáng)度達(dá)到中央氣象臺(tái)定義的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的有8個(gè);而在JTWC的資料中(表2)，生命期在5 d以上的TC有8個(gè)，達(dá)到臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的有7個(gè)，可見細(xì)網(wǎng)格模式能夠合理地模擬出生命期較長、強(qiáng)度較強(qiáng)的TC。在超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)上，觀測(cè)資料中超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)有3個(gè)，近中心最大風(fēng)速為72 m/s，最低海平面氣壓為898 hPa;而在模式中，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)只有1個(gè)，近中心最大風(fēng)速只有53 m/s，最低海平面氣壓為925 hPa。可見，使用9 km的細(xì)網(wǎng)格模式能夠模擬出超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，但是模擬的強(qiáng)度仍然偏弱、頻數(shù)偏少。研究表明，當(dāng)模式水平網(wǎng)格在1 km左右時(shí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)才能模擬好。

表1 細(xì)網(wǎng)格中熱帶氣旋資料Table 1 The simulated TCs in the 9 km domain

表2 2006年7—9月JTWC熱帶氣旋資料Table 2 The observed TCs in the JTWC dataset during July—September 2006

為了驗(yàn)證模式對(duì)TC結(jié)構(gòu)的模擬能力，圖6給出了模式中一個(gè)成熟TC的水平和垂直結(jié)構(gòu)特征。在其溫度距平場(chǎng)上(圖6a)可以看出，TC的暖心結(jié)構(gòu)從近地面層一直延伸到對(duì)流層頂，超過8℃的正溫度異常中心位于300 hPa附近。在沿TC中心的經(jīng)向剖面中可以看到，TC中心500 km內(nèi)均是較強(qiáng)的氣旋性風(fēng)場(chǎng)，低層最大風(fēng)速出現(xiàn)在850 hPa左右，約為60 m/s，最大風(fēng)半徑約為50 km。在850 hPa的雷達(dá)回波和風(fēng)場(chǎng)中(圖6b)，可以看出臺(tái)風(fēng)眼直徑約為50 km，在眼墻中有大片雷達(dá)回波超過40 dBZ的強(qiáng)對(duì)流區(qū)，其中對(duì)流最強(qiáng)處超過了50 dBZ。從模擬TC的暖心、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)、低層風(fēng)速和雷達(dá)回波都可以看出，數(shù)值模式能夠模擬出成熟TC及其合理的TC結(jié)構(gòu)。

通過對(duì)TC路徑、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)利用上述設(shè)置的WRF模式能夠較好地模擬2006年7—9月的西北太平洋TC活動(dòng)。雖然模擬TC路徑與觀測(cè)資料不能一一對(duì)應(yīng)，但是TC生成頻數(shù)、盛行路徑、登陸TC頻數(shù)、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)等都與觀測(cè)資料較接近。

2.3 模擬熱帶氣旋生成過程

Gray(1998)提出了有利于TC生成的6個(gè)氣候?qū)W條件，分別是低層大氣有較大的氣旋性渦度、生成位置離赤道有一定距離、較弱的垂直風(fēng)切變、大氣中低層相對(duì)濕度較大、海表溫度超過26℃、中層大氣條件性不穩(wěn)定。在有TC活動(dòng)的季節(jié)中，后3個(gè)熱力學(xué)條件往往都是滿足的，而TC生成與否主要取決于前3個(gè)條件，即動(dòng)力學(xué)條件。同時(shí)也有很多學(xué)者研究了季風(fēng)系統(tǒng)等大尺度場(chǎng)對(duì)TC生成的作用，他們認(rèn)為在具備這幾個(gè)條件的大尺度環(huán)境場(chǎng)中，非對(duì)稱的中小尺度擾動(dòng)成為TC生成的觸發(fā)因素。Gray(1998)指出，從TC初始擾動(dòng)發(fā)展成TC的過程中，一般會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)快速發(fā)展階段:1)在初始擾動(dòng)中心附近大氣輻合、對(duì)流發(fā)展合并，使渦旋周圍空氣接近飽和狀態(tài)，而形成一個(gè)強(qiáng)烈的對(duì)流核;2)風(fēng)涌激發(fā)對(duì)流內(nèi)核發(fā)展，使海平面氣壓開始下降而增加流入氣流，之后氣旋性渦旋擴(kuò)展至整層大氣，暖心逐漸形成(田洪軍和羅哲賢，2002;黃新晴等，2007)。初始渦旋在垂直層上出現(xiàn)的位置不同，TC生成的過程會(huì)出現(xiàn)一些差異，Ritchie and Holland(1997)和Bister and Emanuel(1997)研究了初始渦旋出現(xiàn)在對(duì)流層中層時(shí)TC的發(fā)展過程，提出了Top-Down理論;Montgomery and Enagonio(1998)研究了初始渦旋出現(xiàn)在對(duì)流程低層時(shí)發(fā)展成TC的生成過程，提出了Bottom-Up理論。Ge and Li(2011)通過理想試驗(yàn)研究了兩種類型的初始渦旋發(fā)展成為TC的過程，指出在TC生成效率上Bottom-Up類型更具有優(yōu)勢(shì)?；诖耍疚囊訠ottom-Up生成類型的TC為例，研究TC生成過程中初始渦旋的演變特征，包括其海平面氣壓場(chǎng)、渦度場(chǎng)、雷達(dá)回波場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)等發(fā)展過程。

圖6 模式中成熟熱帶氣旋的結(jié)構(gòu)特征a.沿?zé)釒庑行臋M截面的溫度距平(陰影表示溫度距平超過2 K)和經(jīng)向風(fēng)(等值線，單位:m·s－1)(參考溫度為熱帶氣旋中心半徑為300 km內(nèi)的平均值);b.850 hPa上的雷達(dá)回波(陰影表示雷達(dá)回波超過0 dBZ，間隔是5 dBZ)和風(fēng)場(chǎng)(矢量，單位:m·s－1)Fig.6 Simulated TC structurea.temperature anomalies(the shaded area denotes the temperature anomalies exceeding 2 K)and meridional wind(contour;m·s－1)along the latitude of the TC center;b.simulated radar reflectivity(the shaded area denotes the radar reflectivity exceeding 0 dBZ and the interval is 5 dBZ)and wind field(vector;m·s－1)at 850 hPa

在具備了有利的氣候條件的洋面上，大氣中的天氣尺度系統(tǒng)為TC生成提供了豐富的初始渦旋。如果不分別考慮各種時(shí)間尺度系統(tǒng)對(duì)TC生成的影響，會(huì)給TC初始渦旋的定位、發(fā)展、演變過程的分析帶來諸多困難。本研究利用時(shí)間濾波的模式資料，將天氣尺度系統(tǒng)(時(shí)間尺度小于10 d的系統(tǒng))中850 hPa出現(xiàn)氣旋性渦旋，在風(fēng)速較小的渦旋中零星分布有發(fā)展較弱的對(duì)流單體，隨高度增加氣旋性風(fēng)場(chǎng)緩慢減弱，直至高層仍沒有明顯反氣旋出現(xiàn)的渦旋確定為TC的初始渦旋，并取其環(huán)流中心為初始渦旋的中心。圖7是從TC初始渦旋經(jīng)歷了一次短暫停息和兩次快速發(fā)展過程，發(fā)展為成熟TC的過程中各物理量的演變情況。在TC形成前4 d初始擾動(dòng)出現(xiàn)在季風(fēng)槽中，季風(fēng)環(huán)流與擾動(dòng)的非線性相互作用，給擾動(dòng)發(fā)展提供能量(Kuo et al.，2001);零散的對(duì)流單體開始合并發(fā)展，對(duì)流區(qū)域增大;中低層接近飽和的大氣中強(qiáng)對(duì)流迅速發(fā)展(圖7a);此時(shí)低層大氣氣旋性風(fēng)速加大，相對(duì)渦度開始增大，隨后海平面氣壓也開始下降(圖7b);并且在初始渦旋中心形成直徑大約100 km的近飽和的對(duì)流旺盛區(qū)(圖7c)。在經(jīng)過大約1 d的發(fā)展后，中心附近垂直風(fēng)切變開始加大。在此后的約2 d內(nèi)，對(duì)流層中層空氣濕度減少，對(duì)流發(fā)展不再加強(qiáng)，低層氣旋性風(fēng)場(chǎng)減弱，850 hPa渦度減小，最低海平面氣壓經(jīng)過下降之后再緩慢上升。降水在低層的蒸發(fā)和海面通量加大使渦旋中心附近空氣接近飽和，這就為后一階段的快速發(fā)展做好了準(zhǔn)備。在TC形成前36 h，初始渦旋移動(dòng)到季風(fēng)槽中和QBWO環(huán)流的中心，這可能給初始渦旋的再次發(fā)展提供了較好的條件(Gray，1998)。此時(shí)中尺度對(duì)流向環(huán)流中心發(fā)展，近飽和空氣擴(kuò)展至中層，環(huán)流中心附近對(duì)流再次增強(qiáng)。隨著海平面氣壓的下降，低層輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，這就為旺盛對(duì)流提供了上升運(yùn)動(dòng)和水汽條件。最初高層的暖心增強(qiáng)并且向低層發(fā)展，同時(shí)海平面氣壓下降，初始渦旋就這樣發(fā)展成為TC。

圖7 熱帶氣旋生成過程中各天氣尺度物理量的演變a.在環(huán)流中心300 km內(nèi)，雷達(dá)回波超過20 dBZ(空心圓)和40 dBZ(實(shí)心圓)的格點(diǎn)數(shù);b.最低海平面氣壓(空心圓，單位:hPa)與在環(huán)流中心300 km內(nèi)平均的850 hPa渦度(實(shí)心圓，單位:10－5s－1);c.在環(huán)流中心50 km內(nèi)平均的相對(duì)濕度(陰影表示相對(duì)濕度≥80%，間隔為5%)Fig.7 Time-pressure cross section on the synoptic-scale a.the grid number of radar reflectivity exceeding 20 dBZ(open circles)and 40 dBZ(closed circles)within a radius of 300 km from the circulation center;b.MSLP(opened circle;units:hPa)and averaged 850h Pavorticity(openedcircle;units:10－5s－1)within a radius of 300 km from the circulation center;c.relative humidity(%)with the shaded area indicating≥80%averaged over a radius of 50 km from the circulation center

Montgomery and Enagonio(1998)指出80%的TC生成于季風(fēng)槽、赤道輻合帶周圍。圖8是TC生成前96 h各時(shí)間尺度系統(tǒng)風(fēng)場(chǎng)和初始渦旋周圍300 km的平均渦度廓線。從MJO尺度風(fēng)場(chǎng)(圖8a)可以看出，天氣尺度的TC初始擾動(dòng)(用臺(tái)風(fēng)符號(hào)表示天氣尺度環(huán)流中心)出現(xiàn)在季風(fēng)槽附近;也在QBWO尺度環(huán)流的西南側(cè)(圖8b)，它們給初始渦旋發(fā)展提供了所需的大范圍正渦度、較弱的垂直風(fēng)切變和適宜的空氣濕度(Ritchie and Holland，1999)。初始渦旋出現(xiàn)時(shí)，在天氣尺度的中小尺度對(duì)流單體為渦旋的有組織發(fā)展和合并提供了重要的渦度來源(Ge and Li，2011)，零散分布的積云尺度的對(duì)流單體開始發(fā)展合并(圖8c)。在每6 h的雷達(dá)回波和風(fēng)場(chǎng)中(圖9)可以看到，在氣旋性渦度和接近飽和的環(huán)境下，對(duì)流單體快速合并發(fā)展，在環(huán)流中心西北方向形成中尺度對(duì)流系統(tǒng)(圖9b)，隨后低層風(fēng)速加大，整層渦度增加，海平面氣壓開始下降，但是500 hPa還沒有明顯的氣旋性渦旋出現(xiàn)，短暫的對(duì)流發(fā)展也不足以在垂直結(jié)構(gòu)上形成暖心。Gary(1998)認(rèn)為，此時(shí)在中尺度對(duì)流系統(tǒng)中心已經(jīng)形成了尺度為100 km的對(duì)流核，這種水平尺度較小、生命力旺盛的渦旋系統(tǒng)，能夠在不利的環(huán)境場(chǎng)中夠維持更長的時(shí)間。

當(dāng)初始渦旋在第一次外部強(qiáng)迫作用下形成一個(gè)強(qiáng)烈的對(duì)流區(qū)后，如果沒有第二次外部強(qiáng)迫作用，它維持一段時(shí)間后開始減弱甚至衰亡，只有在足夠強(qiáng)的第二次擾動(dòng)之后，初始渦旋才會(huì)再次發(fā)展。此前強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)消耗大量中層水汽，邊界層摩擦等作用也使低層風(fēng)速減小，而雨滴等在低層的蒸發(fā)和海氣通量的加大，使對(duì)流層低層大氣接近飽和。在一個(gè)對(duì)流維持的渦旋中，對(duì)流層低層是否出現(xiàn)向渦旋中心輻合的風(fēng)涌是TC形成和發(fā)展與否的關(guān)鍵因素。從初始渦旋出現(xiàn)開始，它一直在季風(fēng)槽中(圖10a);而在第二次快速發(fā)展之前6～12 h內(nèi)，初始渦旋移入QBW振蕩的中心附近(圖10b)可能激發(fā)天氣尺度擾動(dòng)發(fā)展成TC。這種激發(fā)作用為初始渦旋的第二次發(fā)展提供能量，加強(qiáng)中尺度對(duì)流系統(tǒng)中的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)渦旋自維持機(jī)制(self-sustaining)的形成。此后初始渦旋在季風(fēng)槽和季風(fēng)環(huán)流圈的影響下，開始迅速發(fā)展。

在TC形成前36 h(圖11a、b)，天氣尺度環(huán)流中出現(xiàn)大片對(duì)流云系，云團(tuán)開始向渦旋中心發(fā)展。在600 hPa以上(下)出現(xiàn)冷(暖)溫度異常，這可能是由于熱成風(fēng)平衡引起的(Ge and Li 2011)，此后大風(fēng)區(qū)向渦旋中心靠攏，并逐漸呈對(duì)稱分布，低層氣旋性渦旋向上發(fā)展。在前24 h(圖11c、d)，對(duì)流區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)將低層水汽向上輸送，在環(huán)流中心周圍形成了近飽和的水汽柱，中低層大氣接近飽和促進(jìn)對(duì)流激烈發(fā)展，環(huán)流中心500 km范圍內(nèi)的中尺度對(duì)流系統(tǒng)向中間靠攏，在環(huán)流中心附近開始出現(xiàn)眼墻雛形;在溫度場(chǎng)上，中高層冷溫度異常開始減弱，在其上方開始出現(xiàn)暖溫度異常。而此時(shí)海平面氣壓開始下降，氣壓梯度力的加大促進(jìn)風(fēng)場(chǎng)增加，并加速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶來的大量水汽維持對(duì)流的發(fā)展，這樣就形成了一種自維持機(jī)制(self-sustaining)(Gray，1998)。12 h之后(圖11e、f)，之前對(duì)流層中高層的冷溫度異常區(qū)已經(jīng)消失、甚至被大片的暖心替代，此時(shí)暖心的發(fā)展導(dǎo)致了海平面氣壓明顯下降。在環(huán)流場(chǎng)中，周圍云團(tuán)明顯向中心發(fā)展，云系拉伸呈螺旋狀，環(huán)流中心也被一片發(fā)展旺盛的對(duì)流區(qū)占據(jù)。在TC生成時(shí)的風(fēng)場(chǎng)和雷達(dá)回波圖中(圖11g)可以看到，環(huán)流中心附近已經(jīng)出現(xiàn)未閉合的臺(tái)風(fēng)眼;在其南面，由于風(fēng)場(chǎng)輻合作用，大片弱對(duì)流系統(tǒng)向中心發(fā)展，這二者將共同發(fā)展為臺(tái)風(fēng)的眼墻。由于激烈的對(duì)流活動(dòng)，促使低層氣旋性風(fēng)場(chǎng)向中層發(fā)展，中低層渦度增大。在溫度場(chǎng)中(圖11h)，中高層暖心有所加強(qiáng)。這樣海平面氣壓下降，中低層氣旋性風(fēng)場(chǎng)加強(qiáng)和暖心結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，就標(biāo)志著TC的形成。

圖8 在熱帶氣旋形成前96 h的MJO尺度風(fēng)場(chǎng)(a)、QBWO尺度風(fēng)場(chǎng)(b)、天氣尺度風(fēng)場(chǎng)(單位:m·s－1)和雷達(dá)回波(陰影表示雷達(dá)回波超過0 dBZ，間隔為5 dBZ)(c)以及環(huán)流中心周圍300 km平均的天氣尺度各層的渦度(d;單位:10－5s－1)(圖8a—c中臺(tái)風(fēng)符號(hào)表示天氣尺度環(huán)流中心)Fig.8 (a)MJO-scale wind field(m·s－1)，(b)QBWO-scale wind field(m·s－1)，(c)synoptic-scale wind field(vector，m·s－1)and radar reflectivity(the shaded area denotes the radar reflectivity exceeding 0 dBZ with intervals of 5 dBZ)，and(d)synoptic-scale vorticity(10－5s－1)averaged over an radius of 300 km from the circulation center，at－96 h(The marks indicate the synopticscale circulation center in Fig.8a—c)

3 結(jié)論

TC季節(jié)活動(dòng)一直是當(dāng)今TC研究的一大熱點(diǎn)。很多學(xué)者研究指出，區(qū)域模式能更加合理地模擬出TC季節(jié)活動(dòng)特征，但對(duì)區(qū)域模式中TC生成過程關(guān)注很少。為了進(jìn)一步研究區(qū)域模式中TC季節(jié)活動(dòng)特征和TC生成過程，本文利用WRF區(qū)域模式，對(duì)2006年7—9月西北太平洋TC進(jìn)行了高分辨率的數(shù)值模擬，并將模式輸出結(jié)果與FNL資料、JTWC最佳路徑資料以及已有的理論結(jié)果進(jìn)行了比較驗(yàn)證。

圖9 第一次發(fā)展時(shí)天氣尺度風(fēng)場(chǎng)和雷達(dá)回波(陰影區(qū)域表示雷達(dá)回波超過0 dBZ，間隔為5 dBZ)的演變a.－90 h;b.－84 h;c.－78 h;d.－72 hFig.9 Synoptic-scale winds and radar reflectivity(shaded areas denote the radar reflectivity exceeding 0 dBZ with intervals of 5 dBZ)during the first development processa.－90 h;b.－84 h;c.－78 h;d.－72 h

圖10 第二次發(fā)展前(－36 h)大尺度風(fēng)場(chǎng)形勢(shì)(單位:m·s－1)a.MJO尺度風(fēng)場(chǎng);b.QBWO尺度風(fēng)場(chǎng)Fig.10 Large-scale wind fields(m·s－1)at－36 h，before the second development processa.MJO-scale wind fields;b.QBWO-scale wind fields

結(jié)果表明:在長時(shí)間的模式積分中，粗網(wǎng)格較好地抓住了大尺度環(huán)流特征，對(duì)影響TC活動(dòng)的副熱帶高壓、西南季風(fēng)和季風(fēng)槽等主要大尺度系統(tǒng)模擬得較好，為細(xì)網(wǎng)格的精細(xì)模擬提供了良好的背景條件;在細(xì)網(wǎng)格中成功地模擬了MJO、QBW振蕩的活動(dòng)情況，這對(duì)TC生成位置、移動(dòng)路徑和強(qiáng)度等的模擬提供了有利條件，細(xì)網(wǎng)格中模擬的TC頻數(shù)與觀測(cè)資料十分接近，也很好地重現(xiàn)了TC的大致生成位置以及登陸中國大陸的TC。在TC結(jié)構(gòu)的分析中發(fā)現(xiàn)，細(xì)網(wǎng)格模式能夠很好地模擬出成熟TC的溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)和對(duì)流發(fā)展形勢(shì)，以及成熟TC的大風(fēng)半徑和臺(tái)風(fēng)眼、眼墻等TC結(jié)構(gòu)。

圖11 第二次發(fā)展中的風(fēng)場(chǎng)(箭矢;單位:m·s－1)、雷達(dá)回波(單位:dBZ)和溫度距平(單位:K)演變(a，c，e，g表示風(fēng)場(chǎng)和雷達(dá)回波發(fā)展情況，陰影表示雷達(dá)回波≥0 dBZ，間隔為5 dBZ;b，d，f，h表示暖心發(fā)展過程，實(shí)線表示正溫度距平，虛線表示負(fù)溫度距平)a，b.－36 h;c，d.－24 h;e，f.－12 h;g，h.0 h(TC生成時(shí))Fig.11 (a，c，e，g)Winds(vector;units:m·s－1)and radar reflectivity with intervals of 5 dBZ(shaded areas denote the radar reflectivity exceeding 0dBZ)and(b，d，f，h)temperature anomalies(units:K;the right panels indicate the process of warm core formation with solid and dashed lines denoting positive and negative anomalies，respectively)during the second development processa，b.－36 h;c，d.－24 h;e，f.－12 h;g，h.0 h

WRF模式不僅能夠模擬出TC季節(jié)活動(dòng)特征，也能詳細(xì)地反映出TC的整個(gè)生成過程。對(duì)天氣尺度渦旋發(fā)展過程分析后發(fā)現(xiàn)，在有利的環(huán)流場(chǎng)下，天氣尺度初始渦旋經(jīng)過兩次快速發(fā)展后形成TC，這與Gray(1998)提出的TC生成過程非常一致。有利的大尺度形勢(shì)給初始渦旋提供所需的非對(duì)稱風(fēng)涌，在天氣尺度環(huán)流中對(duì)流單體發(fā)展合并成中尺度對(duì)流系統(tǒng)，在環(huán)流中心形成強(qiáng)對(duì)流內(nèi)核。在第一次快速發(fā)展完成之后，對(duì)流層中層空氣濕度下降，而雨水的蒸發(fā)作用和邊界層海氣通量的加大使低層大氣逐漸飽和。第一次快速發(fā)展后形成的對(duì)流核為自維持機(jī)制的產(chǎn)生提供了內(nèi)部條件;在初始渦旋經(jīng)過大約2 d的緩慢減弱后，天氣尺度渦旋與季風(fēng)槽、季風(fēng)環(huán)流圈合并產(chǎn)生的非對(duì)稱風(fēng)涌激發(fā)渦旋的第二次發(fā)展。此后海平面氣壓迅速下降，低層輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，這就為旺盛對(duì)流提供了上升運(yùn)動(dòng)和水汽條件，加速TC的形成。

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