熱帶氣旋Meranti(2010)異常路徑的成因分析

王新偉,羅哲賢,馬革蘭,邵麗芳,倪東鴻

(1.氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué)),江蘇 南京 210044;2.南京信息工程大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210044;3.河北省氣候中心,河北 石家莊 050021)

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熱帶氣旋Meranti(2010)異常路徑的成因分析

王新偉1,羅哲賢1,馬革蘭2,邵麗芳3,倪東鴻1

(1.氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué)),江蘇 南京 210044;2.南京信息工程大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210044;3.河北省氣候中心,河北 石家莊 050021)

采用MTSAT2衛(wèi)星紅外云圖資料及NCEP/NCAR再分析資料,研究了熱帶氣旋Meranti(2010)異常路徑的成因。結(jié)果表明:Meranti的路徑由西行、打轉(zhuǎn)、北上三個(gè)階段組成。在西行、北上階段,環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)流起著主要作用,Meranti的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)對(duì)其也有一定影響,非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)的作用較弱。在打轉(zhuǎn)階段,環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)流和非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)均不能解釋Meranti打轉(zhuǎn)的原因,而非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)則起著主要作用。不同階段的Meranti外緣線(xiàn)的分形維數(shù)特征存在明顯區(qū)別。在西行、北上階段,其分形維數(shù)處于高值段且變化平緩;在打轉(zhuǎn)階段,則處于低值段且變化較大。

熱帶氣旋;異常路徑;分形維數(shù);Meranti

0 引言

環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)氣流、臺(tái)風(fēng)環(huán)流的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)是影響熱帶氣旋(Tropical cyclone,TC)移動(dòng)的三個(gè)基本因子(馬靜嫻等,1995;Carr and Elsberry,1995;Elsberry,1995;余暉,1999;代刊等,2008;周偉燦和王燦偉,2009;陶麗等,2013)。Dong and Neumamn(1986)最早提出了TC移動(dòng)與環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)流之間的聯(lián)系。后來(lái),Wu and Kurihara(1996)分析了臺(tái)風(fēng)和環(huán)境場(chǎng)相互作用對(duì)TC路徑的影響。Wu et al.(2010)研究了環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)流對(duì)TC Rachel路徑的作用。Chan and Williams(1987)闡明了二維平面TC非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)形成的物理原因。Fiorino and Elsberry(1989)提出了TC非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)均勻流理論。Tian and Luo(1994)將二維準(zhǔn)均勻流理論發(fā)展為三維準(zhǔn)均勻流理論。Chan et al.(2002)將Chan and Williams(1987)的工作擴(kuò)展為三維的結(jié)果。Chen and Luo(1995)指出,位于TC不同方位的中尺度渦,對(duì)TC路徑會(huì)有不同的影響。Holland and Lander(1993)認(rèn)為,一個(gè)中尺度系統(tǒng)與TC的相互作用可以引起TC路徑的大幅度擺動(dòng)。Luo et al.(2011)分析了相鄰中尺度渦與TC相互作用影響TC路徑變化的原因。

上述研究均著重分析影響TC移動(dòng)的三個(gè)基本因子之中某個(gè)因子的作用,屬于單因子的研究框架。Elsberry(2007)指出單因子研究框架的局限,認(rèn)為實(shí)際的TC路徑預(yù)報(bào)比單因子的理想框架要困難的多。原因是:1)單因子并不是固定的影響源,他們對(duì)路徑的影響隨時(shí)間變化,需要分析每個(gè)因子的時(shí)變特征和三個(gè)因子的共同作用;2)TC路徑預(yù)報(bào)是一個(gè)復(fù)雜的非線(xiàn)性問(wèn)題,非線(xiàn)性問(wèn)題處理起來(lái)較為復(fù)雜。

考慮非線(xiàn)性問(wèn)題是TC移動(dòng)動(dòng)力學(xué)的新思路,目前相關(guān)研究尚不多見(jiàn)。非線(xiàn)性問(wèn)題一般幾乎不可能得到通解,一個(gè)常用的思路是從觀測(cè)事實(shí)中提取范例,對(duì)范例深入研究。羅哲賢和平凡(2012)以熱帶氣旋Dan為范例,分析了三個(gè)基本因子的時(shí)變特征和共同作用。但是,他們的工作沒(méi)有涉及非線(xiàn)性問(wèn)題。本文以Meranti(國(guó)內(nèi)編號(hào)1010)為范例,不僅分析影響TC移動(dòng)的三個(gè)基本因子的時(shí)變特征和共同作用,而且把TC路徑預(yù)報(bào)與非線(xiàn)性科學(xué)之一的分形理論結(jié)合起來(lái),以期加深對(duì)TC異常路徑的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

1 資料和方法

1.1 資料

1)2010年9月8日02時(shí)至10日08時(shí)(北京時(shí)間,下同)美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)提供的每6 h一次的再分析資料,該資料為1°×1°經(jīng)緯網(wǎng)格點(diǎn),水平方向共360×181個(gè)格點(diǎn)。變量為500 hPa位勢(shì)高度、經(jīng)向風(fēng)速、緯向風(fēng)速。

2)2010年9月8日02時(shí)至10日08時(shí)MTSAT2衛(wèi)星的IR1波段紅外云圖資料,該資料從日本高知大學(xué)網(wǎng)站(http://www.kochi-u.ac.jp)下載得到,資料空間范圍為70～160°E、70°N～20°S,紅外分辨率為4 km,時(shí)間分辨率為1 h。

3)中國(guó)氣象局(CMA)上海臺(tái)風(fēng)研究所提供的1010號(hào)TC(Meranti)的最佳路徑資料,從中國(guó)臺(tái)風(fēng)網(wǎng)(http://www.typhoon.gov.cn)下載得到。

1.2 方法

1)環(huán)境引導(dǎo)流

取500 hPa為引導(dǎo)層(王志烈和費(fèi)亮,1987)。以TC中心為圓心,分別以徑向距離r等于1個(gè)和3個(gè)經(jīng)度畫(huà)兩個(gè)圓周,分別計(jì)算兩個(gè)圓周之間圓環(huán)區(qū)每個(gè)格點(diǎn)的緯向和經(jīng)向風(fēng)速均值,這兩個(gè)均值即為引導(dǎo)氣流的緯向和經(jīng)向風(fēng)速(Elsberry,1995)。

2)非對(duì)稱(chēng)參數(shù)

在500 hPa位勢(shì)高度圖上,過(guò)TC中心點(diǎn)O畫(huà)一條正南正北方向的直線(xiàn)與587 dagpm閉合等值線(xiàn)的交點(diǎn)分別為S和N;類(lèi)似地,過(guò)TC中心點(diǎn)O畫(huà)一條正東正西方向的直線(xiàn),該直線(xiàn)與587 dagpm閉合等值線(xiàn)的交點(diǎn)分別為E和W。南北方向非對(duì)稱(chēng)參數(shù)KSN=IOMS/IOMN;東西方向非對(duì)稱(chēng)參數(shù)KEW=IOMW/IOME,若KSN>1.0,等值線(xiàn)呈北密南疏的分布。如從TC位勢(shì)高度場(chǎng)減去相應(yīng)的軸對(duì)稱(chēng)高度場(chǎng),其差值場(chǎng)為一個(gè)渦對(duì),渦對(duì)之間準(zhǔn)均勻流的方向指向西方,在弱環(huán)境場(chǎng)的條件下,預(yù)示著TC中心將向西移動(dòng)(Fiorino and Elsberry,1989)。若KEW>1.0,等值線(xiàn)呈東密西疏的分布,類(lèi)似地,TC中心向北移動(dòng)。

3)TC外緣線(xiàn)的分形維數(shù)

用紅外云圖的灰度資料可以求出紅外亮溫(Black Body Temperature,TBB)(邵麗芳等,2013)。在TBB高于-32 ℃的區(qū)域,或者無(wú)對(duì)流,或者對(duì)流很弱(Maddox,1980)。本文用TBB等于-32 ℃的等值線(xiàn)作為T(mén)C的外緣線(xiàn),選用改變觀察尺度求維數(shù)的圓規(guī)法來(lái)計(jì)算TC邊緣線(xiàn)的分形維數(shù)(曾文曲和王向陽(yáng),2001)。具體計(jì)算公式如下:

(1)

式中:D是分規(guī)法計(jì)算出來(lái)的分形維數(shù),在不同的步長(zhǎng)δi(標(biāo)度)下,測(cè)量分形曲線(xiàn)得到不同的步數(shù)Ni(δi),在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中,擬合數(shù)據(jù)(-lnδi,lnNi(δi))所得直線(xiàn)斜率即為D的值。

圖2 Meranti的緯向(a)和經(jīng)向(b)引導(dǎo)流隨時(shí)間的變化(a—c:西行階段;c—f:打轉(zhuǎn)階段;f—j:北上階段;虛線(xiàn)mn表示引導(dǎo)流零值線(xiàn))

2 主要結(jié)果

Meranti的路徑圖顯示,9月8日02—14時(shí)Meranti向偏西方向移動(dòng);8日14時(shí)以后,Meranti逆時(shí)針打轉(zhuǎn);9日8時(shí)以后向偏北方向移動(dòng)(圖1)。為便于討論,記8日02—14時(shí)為西行階段,8日14時(shí)—9日08時(shí)為打轉(zhuǎn)階段,9日08時(shí)—10日08時(shí)為北上階段。

圖1 Meranti的移動(dòng)路徑(a—c:西行階段;c—f:打轉(zhuǎn)階段;f—j:北上階段)

2.1 環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)流對(duì)Meranti路徑的影響

在Meranti西行階段,經(jīng)向引導(dǎo)流在-5.0～-10.0 m·s-1之間(圖2a,階段a—c),意味著環(huán)境場(chǎng)氣流引導(dǎo)Meranti向偏西方向移動(dòng);緯向引導(dǎo)流均為負(fù)值(圖2b,階段a—c),意味著環(huán)境場(chǎng)氣流引導(dǎo)Meranti向偏南方向移動(dòng)。這些與Meranti路徑圖(圖1)是定性一致的。

在Meranti打轉(zhuǎn)階段,經(jīng)向引導(dǎo)流均為負(fù)值(圖2a,階段c—f),引導(dǎo)流的作用使Meranti向西移動(dòng)。事實(shí)上,從8日20時(shí)—9日02時(shí),Meranti向西移動(dòng),但9日02—08時(shí),Meranti向東移動(dòng)(圖1),說(shuō)明緯向引導(dǎo)流的作用不能解釋Meranti的打轉(zhuǎn)東移。緯向引導(dǎo)流由負(fù)轉(zhuǎn)正(圖2b,階段c—f),這種轉(zhuǎn)換會(huì)造成Meranti移動(dòng)方向從向南轉(zhuǎn)為向北,這與Meranti路徑也是定性一致的。

在Meranti北上階段,經(jīng)向引導(dǎo)流為微弱的負(fù)值(圖2a,階段f—j),緯向引導(dǎo)流為正值(圖2b,階段f—j),意味著Meranti在環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)下將向正北偏西的方向移動(dòng),這與Meranti路徑相符(圖1)。

概括而言,在西行和北上階段,環(huán)境場(chǎng)對(duì)Meranti的引導(dǎo)作用是主要的,但是不能用環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)解釋Meranti路徑的逆時(shí)針打轉(zhuǎn)。

2.2 非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)對(duì)Meranti路徑的作用

一個(gè)初始圓形軸對(duì)稱(chēng)渦旋,在柯氏力場(chǎng)的作用下,由于Rossby波能量頻散,會(huì)失去渦旋的軸對(duì)稱(chēng)性質(zhì),形成非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。從非對(duì)稱(chēng)環(huán)流減去相應(yīng)的軸對(duì)稱(chēng)環(huán)流后,其差值呈β渦旋對(duì)的形態(tài)。在兩個(gè)β渦之間,有一支準(zhǔn)均勻流,這支準(zhǔn)均勻流預(yù)示著渦旋中心未來(lái)的移動(dòng)方向和速度。在此場(chǎng)合,即使環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)流為零,渦旋也會(huì)移動(dòng)。上述分析對(duì)一個(gè)TC而言也是成立的。所以非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)是影響TC移動(dòng)的第二個(gè)因子。

在Meranti 西行階段(9日8日02—14時(shí)),500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上,等值線(xiàn)呈北密南疏的形態(tài)(圖3)。南北方向的非對(duì)稱(chēng)參數(shù)KSN均大于1.0(圖4a,階段a—c)。東西方向的非對(duì)稱(chēng)參數(shù)KEW取值情況有些不同(圖4b,階段a—c)。9月8日02時(shí),KEW=1.31,均大于1.0,呈東密西疏分布;9月8日08時(shí),KEW=0.76,呈西密東疏分布。與Meranti路徑(圖1)對(duì)比發(fā)現(xiàn):南北方向非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)與Meranti向西移動(dòng)是定性一致的,但是東西方向非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)與實(shí)際Meranti的移動(dòng)并不一致。

圖3 2010年9月8日02時(shí)(a)、08時(shí)(b)和14時(shí)(c)Meranti西行階段的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(單位:dagpm)

在Meranti打轉(zhuǎn)階段(9月8日20時(shí)—9日08時(shí)),位勢(shì)高度等值線(xiàn)基本上呈南密北疏分布(圖5),南北方向非對(duì)稱(chēng)參數(shù)KSN的階段均值為0.90(圖4a,線(xiàn)段d—f),意味著Meranti向東移動(dòng)。東西方向非對(duì)稱(chēng)參數(shù)KEW均大于1.0(圖4b,階段d—f)。其中,9月8日20時(shí),KEW=1.44,預(yù)示Meranti向北移動(dòng),但實(shí)際上向南移動(dòng)(圖1)。其后,9日02時(shí),KEW=1.50;9日08時(shí),KEW=3.55;非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)預(yù)示向北移動(dòng),與實(shí)際路徑定性一致(圖1)。

在Meranti Meranti北上階段(9月9日14時(shí)—10日02時(shí)),500 hPa位勢(shì)高度分布的一個(gè)主要特征是南北方向疏密程度接近,東密西疏十分明顯(圖6)。KSN階段均值為0.94(圖4a,階段g—i);KEW的階段均值為2.90(圖4b,階段g—i)。這些與Meranti路徑圖(圖1)基本上是定性一致的。

綜合上述,非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)對(duì)Meranti路徑的影響概括如下:第一,西行階段,南北方向非對(duì)稱(chēng)性對(duì)Meranti西行的影響與實(shí)際路線(xiàn)定性一致,但東西方向非對(duì)稱(chēng)性與Meranti向南移動(dòng)的關(guān)系不穩(wěn)定。類(lèi)似地,東西方向非對(duì)稱(chēng)性對(duì)Meranti北上的影響與實(shí)際路徑定性一致,但南北方向非對(duì)稱(chēng)性與Meranti向正北方向移動(dòng)的關(guān)系不能成立。第二,西行階段和北上階段。非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的影響比較清楚,但是用非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的變化還不能解釋Meranti的打轉(zhuǎn)路徑。

圖4 南北方向(a)和東西方向(b)的非對(duì)稱(chēng)參數(shù)隨時(shí)間的變化(a—c:西行階段;c—f:打轉(zhuǎn)階段;f—j:北上階段)

2.3 非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)對(duì)Meranti路徑的作用

在TC周?chē)鷧^(qū)域,往往能夠觀測(cè)到一個(gè)或幾個(gè)中尺度云團(tuán)或中尺度渦。這些中尺度系統(tǒng)大多出現(xiàn)在TC環(huán)流的某個(gè)方位,有時(shí)會(huì)在兩個(gè)方位各出現(xiàn)一個(gè)中尺度系統(tǒng)。因?yàn)橹谐叨认到y(tǒng)相對(duì)于TC中心是非軸對(duì)稱(chēng)分布的,稱(chēng)之為非對(duì)稱(chēng)的對(duì)流系統(tǒng)。非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)的出現(xiàn),往往使TC路徑復(fù)雜化。

圖7是9月8日17時(shí)—9月9日08時(shí)的紅外云圖,除8日17時(shí)之外,均屬于Meranti打轉(zhuǎn)階段的云圖。在Meranti西行和北上階段,Meranti周?chē)淮嬖诿黠@的對(duì)流系統(tǒng)。

由圖7可知:

1)8日17時(shí)(圖7a),在Meranti中心西北方向,有一個(gè)中尺度云團(tuán)VM1;8日20時(shí)(圖7b),VM1加強(qiáng);8日23時(shí)(圖7c),VM1向南伸展,同時(shí),在Meranti中心的SEE方向出現(xiàn)另一個(gè)中尺度云團(tuán)VM2;9日02時(shí)(圖7d),Meranti云團(tuán)和VM1的尺度都變大;9日05時(shí)(圖7e)和9日08時(shí)(圖7f),Meranti和VM1逆時(shí)針互旋。

2)8日20時(shí)(圖7b),Meranti和VM1兩者中心連線(xiàn)呈NW-SE走向。中尺度云團(tuán)在對(duì)流層中層往往以中尺度渦的形式出現(xiàn),為討論方便,以下中尺度云團(tuán)用中尺度渦表示。由于雙渦逆時(shí)針互旋,8日23時(shí)(圖7c)兩中心連線(xiàn)走向?yàn)镹WW-SEE。注意到8日23時(shí)在Meranti中心偏東方向又出現(xiàn)一個(gè)中尺度渦系統(tǒng)VM2,雙渦旋變?yōu)槿郎u旋相互作用。VM1使Meranti向北,VM2使Meranti向南,所以9日02時(shí)(圖7d)Meranti中心沒(méi)有向偏北方向移動(dòng)。從9日02時(shí),VM2消失,又呈現(xiàn)雙渦互旋。如所知,雙渦互旋可以分三類(lèi)情況。第一,互旋過(guò)程中雙渦中心之間準(zhǔn)定常。第二,一邊互旋一邊靠近最后合并。第三,一邊互旋一邊排斥,最后逃逸。這里屬于逃逸的類(lèi)型(圖7d—f)。

3)雙渦互旋、三渦相互作用以及雙渦互旋逃逸,這些過(guò)程共同決定了Meranti中心的位置。8日20時(shí),Meranti中心位置為(119.7°E,19.8°N);9日02時(shí),Meranti中心位置為(119.3°E,19.7°N);9日08時(shí),Meranti中心位置為(120.8°E,21.0°N),這些位置變化說(shuō)明,8日20時(shí)—9日02時(shí),Meranti中心向西南方向移動(dòng);9日02時(shí),Meranti中心向東北方向移動(dòng)。這些與Meranti打轉(zhuǎn)路徑(圖1)是一致的。

綜上所述,在Meranti打轉(zhuǎn)階段,非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)對(duì)路徑變化起主要作用。

2.4 Meranti外緣線(xiàn)分形維數(shù)的演變

在Meranti西行階段(9日8日02—14時(shí)),t=02時(shí),05時(shí),08時(shí),11時(shí),14時(shí),分形維數(shù)D分別等于1.381,1.365,1.296,1.302,1.349,均值DW=1.339,D的變化平緩(圖8,階段ab)。在打轉(zhuǎn)階段(9月8日20時(shí)—9日08時(shí)),t=20時(shí),23時(shí),D分別為1.347,1.351,均值Dt1=1.349;t=02時(shí),05時(shí),08時(shí),D分別為1.209,1.211,1.214,均值Dt2=1.211。打轉(zhuǎn)階段分形維數(shù)的均值Dt=1.266,分形維數(shù)經(jīng)歷了一個(gè)由高向低的轉(zhuǎn)變(圖8,階段cd)。在北上階段(9月9日14時(shí)—10日02時(shí)),t=14時(shí),17時(shí),23時(shí),02時(shí),D分別為1.352,1.383,1.313,1.385,均值DN=1.358,D的變化也是平緩的(圖8,階段e—f)。

由圖8可見(jiàn):1)在Meranti西行和北上階段,分形維數(shù)均變化平緩;在打轉(zhuǎn)階段,分形維數(shù)變化顯著。2)在西行階段和北上階段,分形維數(shù)處于高值段,在打轉(zhuǎn)階段,分形維數(shù)處于低值段。

Ng et al.(2011)研究了空氣和六氟化硫兩種氣體之間界面形狀在沖擊波作用下的演變過(guò)程。結(jié)果指出:界面從初始層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。這種轉(zhuǎn)換可以用界面分形維數(shù)從初始值1.08增長(zhǎng)為終態(tài)值1.39來(lái)描述。這里,分形維數(shù)的增長(zhǎng)量為0.31。也就是說(shuō),分形維數(shù)增長(zhǎng)量為0.31可以描述層流到湍流的急劇變化。與文獻(xiàn)的結(jié)果對(duì)比,在Meranti打轉(zhuǎn)階段,分形維數(shù)的變化值ΔD=0.1387(ΔD=Dt1-Dt2),相當(dāng)于層流向湍流的轉(zhuǎn)換時(shí)分形維數(shù)變化值的45%。西行階段與打轉(zhuǎn)階段分形維數(shù)兩個(gè)階段均值差為0.073,相當(dāng)于層流向湍流轉(zhuǎn)換分形維數(shù)變化值的24%;北上階段與打轉(zhuǎn)階段分形維數(shù)均值相差0.092,相當(dāng)于層流向湍流轉(zhuǎn)換分形維數(shù)變化值的30%。說(shuō)明:無(wú)論是打轉(zhuǎn)階段內(nèi)分形維數(shù)的變化幅度,還是西行階段—打轉(zhuǎn)階段兩個(gè)階段分形維數(shù)的差別,或打轉(zhuǎn)—北上階段兩個(gè)分形維數(shù)的差別,均比較顯著。

圖5 2010年9月8日20時(shí)(a)、9日02時(shí)(b)和9日08時(shí)(c)Meranti打轉(zhuǎn)階段的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(單位:dagpm)

圖6 2010年9月9日14時(shí)(a)、9日20時(shí)(b)和10日02時(shí)(c)Meranti北上階段的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(單位:dagpm)

圖7 2010年9月8日17時(shí)—9日08時(shí)Meranti及鄰近區(qū)域的紅外衛(wèi)星云圖 a.8日17時(shí);b.8日20時(shí);c.8日23時(shí);d.9日02時(shí);e.9日05時(shí);f.9日08時(shí)

圖8 2010年9月8日02時(shí)—10日02時(shí)Meranti外緣線(xiàn)分形維數(shù)的變化(a—b、c—d、e—f分別表示臺(tái)風(fēng)西行、打轉(zhuǎn)和北上階段;虛線(xiàn)mn、rt、pq分別為三階段分形維數(shù)的均值;因9日20時(shí)數(shù)據(jù)缺測(cè),故9日17—23時(shí)之間連線(xiàn)用虛線(xiàn)表示)

3 結(jié)論

環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)氣流、臺(tái)風(fēng)非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)被認(rèn)為是影響TC的三個(gè)基本因子。以往的TC移動(dòng)動(dòng)力學(xué)的工作大多著重分析三個(gè)因子中的一個(gè)因子,本文以Meranti為范例,分析了三個(gè)基本因子對(duì)Meranti路徑的作用。該Meranti路徑可區(qū)分為西行、打轉(zhuǎn)和北上三個(gè)階段。在Meranti的西行階段和北上階段,環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)對(duì)Meranti路徑起主要作用,非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)與對(duì)Meranti移動(dòng)也有影響,非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)的作用并不明顯。但是,環(huán)境場(chǎng)引導(dǎo)流和非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)均不能解釋Meranti路徑的打轉(zhuǎn),打轉(zhuǎn)路徑可以用非對(duì)稱(chēng)對(duì)流系統(tǒng)的作用來(lái)解釋。具體而言,三渦相互作用(圖7c)以及雙渦互旋過(guò)程中Meranti向東北方向的逃逸(圖7e,7f),是形成路徑打轉(zhuǎn)的主要原因。由此可以認(rèn)為,三個(gè)因子均具有時(shí)變特征,實(shí)際Meranti路徑是三者共同作用形成的。

論文還運(yùn)用非線(xiàn)性科學(xué)中的分形理論分析了Meranti的路徑。結(jié)果表明:在西行、北上階段,Meranti外緣線(xiàn)的分形維數(shù)均處于高值段;在打轉(zhuǎn)階段分形維數(shù)處于低值段。同時(shí),打轉(zhuǎn)階段內(nèi)分形維數(shù)的變化明顯。

研究中還存在部分問(wèn)題需要進(jìn)一步分析,如分形維數(shù)與TC路徑之間的聯(lián)系只是初步結(jié)果,離應(yīng)用還有一段距離;非對(duì)稱(chēng)參數(shù)可以大致定量描述臺(tái)風(fēng)環(huán)流的形狀,最外圈等值線(xiàn)的取值目前在學(xué)界還沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定。在計(jì)算引導(dǎo)流時(shí),也有類(lèi)似情況,可以取1～3°(經(jīng)緯度),也可取5～7°,如何科學(xué)規(guī)范地取值值得進(jìn)行深入研究。

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(責(zé)任編輯：孫寧)

Cause analysis on abnormal track of tropical cyclone Meranti(2010)

WANG Xin-wei1,LUO Zhe-xian1,MA Ge-lan2,SHAO Li-fang3,NI Dong-hong1

(1.Key Laboratory of Meteorological Disaster(NUIST),Ministry of Education,Nanjing 210044,China;2.School of Environmental Science and Engineering,NUIST,Nanjing 210044,China;3.Hebei Climate Center,Shijiazhuang 050021,China)

Based on the infrared satellite images of MTSAT2 and NCEP/NCAR reanalysis data,this paper studies the cause of abnormal track of tropical cyclone Meranti(2010).The track of Meranti consists of three stages:the westward moving phase,the rotating phase and the northward moving phase.Results show that the environmental steering flow plays a key role in the westward moving phase and the northward moving phase,and the asymmetric structure of Meranti also has a certain influence,whereas the influence of asymmetric convection system is weak.The asymmetric convection system plays a main role in the rotating phase,including interaction of Meranti with two neighboring meso-scale vortices,the Meranti escaping northeastward in the binary vortex process and so on.It also shows that the fractal dimension of Meranti border line in the rotating phase is obviously different from that in the westward or northward moving phase,which is significantly lower with notable fluctuations.

tropical cyclone;abnormal track;fractal dimension;Meranti

2012-12-21；改回日期：2013-04-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40975036)

羅哲賢,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)闇u旋動(dòng)力學(xué),luozxma@yeah.net.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121221001.

1674-7097(2015)01-0037-09

P4

A

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121221001

王新偉,羅哲賢,馬革蘭，等.2015.熱帶氣旋Meranti(2010)異常路徑的成因分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),38(1):37-45.

Wang Xin-wei,Luo Zhe-xian,Ma Ge-lan,et al.2015.Cause analysis on abnormal track of tropical cyclone Meranti(2010)[J].Trans Atmos Sci,38(1):37-45.(in Chinese)