2015年1月西北太平洋上一個(gè)爆發(fā)性氣旋“眼”的結(jié)構(gòu)分析*

陳蒞佳，傅 剛

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院海洋氣象系，山東 青島 266100)

大量觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，一些中緯度的溫帶氣旋能夠在短時(shí)間內(nèi)快速發(fā)展，在十幾小時(shí)至數(shù)十小時(shí)內(nèi)其中心氣壓急劇降低，強(qiáng)度急劇增強(qiáng)。Sanders和Gyakum[1]在前人研究的基礎(chǔ)上，把這類氣旋稱為爆發(fā)性氣旋(Explosive Cyclone)，并給出了明確的定義如下：

(1)

式中:P為氣旋中心氣壓;φ為氣旋中心所處緯度;下標(biāo)t-12和t+12分別為12 h前和12 h后的變量。若公式(1)中的加深率R大于1Bergeron(1 hPa·h-1)，則可定義該氣旋為爆發(fā)性氣旋。后人對(duì)公式(1)進(jìn)行了修正，如,把式中的60°調(diào)整為爆發(fā)性氣旋頻繁發(fā)生的緯度。由于更高時(shí)間分辨率數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，把24 h的氣壓變化修改為12 h的氣壓變化等[2]。

由于爆發(fā)性氣旋常發(fā)生在海上，在短時(shí)間內(nèi)快速發(fā)展，并且往往伴隨著大風(fēng)和強(qiáng)降水等惡劣天氣現(xiàn)象，對(duì)海上的船舶航行造成極大威脅，因此研究爆發(fā)性氣旋對(duì)減少生命財(cái)產(chǎn)損失具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。Yoshida和Asuma[2]對(duì)發(fā)生在西北太平洋海域的爆發(fā)性氣旋的結(jié)構(gòu)、海表面氣壓最大加深率位置、移動(dòng)路徑以及大尺度天氣形勢(shì)進(jìn)行了分析，根據(jù)爆發(fā)性氣旋的生成位置和海表面氣壓最大加深率位置對(duì)爆發(fā)性氣旋進(jìn)行了分類。他們指出，氣旋常在大氣斜壓性強(qiáng)的區(qū)域爆發(fā)，低空的溫度平流和高空的渦度平流是氣旋爆發(fā)性發(fā)展的重要因素。Murty等[3]對(duì)爆發(fā)性氣旋的天氣形勢(shì)進(jìn)行了分析，指出爆發(fā)性氣旋與500 hPa的槽以及低空急流有關(guān)。前人對(duì)幾個(gè)著名的爆發(fā)性氣旋有諸多分析，例如許多學(xué)者對(duì)1979年2月發(fā)生在大西洋上的“總統(tǒng)日”氣旋(The Presidents’ Day Cyclone)進(jìn)行了分析[4-6]；Gyakum[7-8]研究了1978年9月發(fā)生在大西洋上的Queen Elizabeth Ⅱ氣旋。眾多研究表明，上游的高空槽以及斜壓不穩(wěn)定是爆發(fā)性氣旋發(fā)展的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，部分氣旋在爆發(fā)性發(fā)展過程中會(huì)形成“眼”狀結(jié)構(gòu)，很容易使人聯(lián)想到熱帶氣旋的“眼”的結(jié)構(gòu)。諸多研究[9-12]表明，熱帶氣旋的眼區(qū)高空有暖心結(jié)構(gòu)，并且存在下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)。對(duì)于熱帶氣旋“眼”的形態(tài)特征，前人研究指出，并不是所有熱帶氣旋的“眼”都為規(guī)則的圓形或橢圓形。研究[13-14]發(fā)現(xiàn)，部分熱帶氣旋的“眼”由于氣旋內(nèi)部的非對(duì)稱渦旋結(jié)構(gòu)而形成“多邊形眼”。Lander[15]發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有正常臺(tái)風(fēng)眼數(shù)倍大小的眼的臺(tái)風(fēng)；而更多的研究[16-17]也發(fā)現(xiàn)部分熱帶氣旋在發(fā)展過程中形成了兩個(gè)同心圓型的“雙眼”。本文對(duì)2015年1月發(fā)生在西北太平洋上的一個(gè)爆發(fā)性氣旋進(jìn)行分析，旨在分析該氣旋的演變過程、大氣環(huán)流形勢(shì)以及該氣旋的物理結(jié)構(gòu)特征。

1 資料

本文使用的資料如下：

(1) 美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心NCEP的最終客觀分析(Final Analysis,簡(jiǎn)稱FNL)格點(diǎn)資料,水平格距為1(°)×1(°)，垂直分為26層等壓面，時(shí)間間隔為6 h，即每天00 UTC、06 UTC、12 UTC、18 UTC有資料，包括位勢(shì)高度、氣溫、經(jīng)向和緯向風(fēng)速、相對(duì)濕度等98個(gè)變量，主要用于氣旋的演變過程和天氣形勢(shì)分析。下載地址為https://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2/。

(2) NCEP氣候預(yù)報(bào)系統(tǒng)第二版CFSv2格點(diǎn)資料，水平格距為0.5(°)×0.5(°)，垂直分為37層等壓面，時(shí)間間隔為1 h，包括位勢(shì)高度、氣溫等127個(gè)變量，主要用于爆發(fā)性氣旋“眼”的結(jié)構(gòu)分析。下載地址為https://rda.ucar.edu/datasets/ds094.0/。

(3) 美國(guó)熱帶氣旋中心CIMSS的MTSAT衛(wèi)星紅外波段反照率資料，時(shí)間間隔為3 h，下載地址為http://tropic.ssec.wisc.edu/archive。

2 氣旋演變過程

如圖1和2所示，氣旋于2015年1月2日18 UTC 在日本以東(148°E，34°N)附近生成，此后24 h內(nèi)快速向東北方向移動(dòng)，中心氣壓也不斷降低，3日12 UTC中心氣壓加深率達(dá)到最大值2.98 Bergeron。4日00 UTC氣旋位于(165°E，45°N)附近，中心氣壓達(dá)到最低951.2 hPa，并向偏北方向移動(dòng),移動(dòng)速度有所減慢。2015年1月4日18 UTC 氣旋開始向西北方向移動(dòng)，中心氣壓不斷升高后填塞，并于2015年1月5日在勘察加半島東南海面(162°E，51°N)附近消亡。

圖1 2015年1月2日18 UTC至5日12 UTC 地面氣旋中心的移動(dòng)路徑Fig.1 The trajectory of surface cyclone center from 18 UTC 2 to 12 UTC 5 January,2015

圖2 氣旋中心氣壓值(實(shí)線，hPa)和中心氣壓加深率(虛線，hPa·h-1)Fig.2 Time series of central pressure (solid line，in hPa) and its deepening rate (dashed line，in hPa·h-1) of cyclone

圖3為2015年1月2日12 UTC至4日12 UTC的紅外衛(wèi)星云圖。為了對(duì)氣旋的發(fā)展做進(jìn)一步分析，根據(jù)紅外衛(wèi)星云圖和氣旋中心氣壓及中心氣壓加深率，可將氣旋的發(fā)展過程分為以下階段,即：Ⅰ.初始階段，Ⅱ.發(fā)展階段，Ⅲ.成熟階段,Ⅳ.衰亡階段。

Ⅰ.初始階段(2015年1月2日18 UTC至3日00 UTC)：在500 hPa圖上有一高空槽發(fā)展并東移，于2015年1月2日18 UTC地面圖上出現(xiàn)第一條閉合等壓線，相應(yīng)地氣旋生成。一個(gè)云團(tuán)從中國(guó)東北地區(qū)經(jīng)朝鮮半島東移至西北太平洋，云團(tuán)結(jié)構(gòu)松散，尚未見明顯的螺旋結(jié)構(gòu)。

Ⅱ.發(fā)展階段(2015年1月3日00 UTC至4日00 UTC)：氣旋在此階段爆發(fā)性發(fā)展,中心氣壓由初始的999.8 hPa降至951.2 hPa。3日12 UTC氣旋中心氣壓加深率達(dá)到最大值2.98 Bergeron。氣旋向東北移動(dòng)且速度減慢,云團(tuán)結(jié)構(gòu)緊密，輪廓清晰，螺旋結(jié)構(gòu)明顯，并出現(xiàn)了“眼”狀結(jié)構(gòu)。

Ⅲ.成熟階段(2015年1月4日00 UTC至4日06 UTC)：氣旋中心氣壓值達(dá)到最小值，在衛(wèi)星云圖上呈現(xiàn)出向內(nèi)部螺旋多圈的云團(tuán)結(jié)構(gòu)。

圖3 2015年1月2日12 UTC至4日12 UTC的MTSAT紅外衛(wèi)星云圖Fig.3 MTSAT satellite infrared imagery from 12 UTC 2 to 12 UTC 4 January，2015

Ⅳ.衰亡階段(2015年1月4日06 UTC至5日18 UTC)：氣旋開始減弱填塞，中心氣壓值慢慢升高。氣旋緩慢向西北方向移動(dòng)并在(163°E，52°N)附近旋轉(zhuǎn)，云團(tuán)結(jié)構(gòu)開始疏散，輪廓開始變模糊并最終消亡。

3 天氣形勢(shì)分析

本節(jié)對(duì)氣旋的發(fā)展過程的300、500和850 hPa的天氣形勢(shì)進(jìn)行分析，分別如圖4、5和6所示。

在氣旋生成前6 h(2日12 UTC)，500 hPa上的位勢(shì)高度場(chǎng)上在日本的北部和南部有兩個(gè)短波槽(見圖5(a)藍(lán)線標(biāo)注)，在貝加爾湖以東有一個(gè)向東北伸展的脊。脊前的偏北氣流將高緯度地區(qū)的冷空氣向南輸運(yùn)使得日本地區(qū)的兩個(gè)短波槽合并成為一個(gè)東亞大槽。在850 hPa上，日本地區(qū)為冷平流區(qū)，有利于日本地區(qū)生成鋒面系統(tǒng)，為地面氣旋的生成提供了有利條件。300 hPa上，從日本以西和西北的兩支急流在日本上空匯合，在日本地區(qū)形成氣旋式風(fēng)切變，促進(jìn)了地面氣旋的生成。

氣旋生成以后向東移動(dòng)并且快速發(fā)展，3日12 UTC中心氣壓加深率達(dá)到最大值2.98 Bergeron。如圖4所示500 hPa上的位勢(shì)高度場(chǎng)上，東亞大槽向東移動(dòng)并呈西北-東南向。貝加爾湖以東的脊北伸加強(qiáng)，使得更多的冷空氣向前部的槽輸運(yùn)，大氣的斜壓性進(jìn)一步增強(qiáng)。850 hPa地面氣旋中心的南側(cè)出現(xiàn)了兩個(gè)溫度平流中心，其中西側(cè)的冷平流強(qiáng)度達(dá)到-1.2×10-3K·s-1，東側(cè)的暖平流強(qiáng)度為8×10-4K·s-1。此處對(duì)應(yīng)地面的冷鋒和暖鋒，氣旋內(nèi)部有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)和潛熱釋放。300 hPa上氣旋中心處于急流軸的出口區(qū)北側(cè)，在高空產(chǎn)生了強(qiáng)烈的輻散，使得氣旋快速加強(qiáng)。

((a)2015年1月2日12 UTC；(b)3日12 UTC；(c)4日00 UTC和(d)5日00 UTC的風(fēng)矢量(風(fēng)速大于50 m·s-1)，散度(填色，間隔2×10-5s-1)。實(shí)心圓點(diǎn)表示地面氣旋中心位置。Wind vector (wind speed larger than 50 m·s-1) and divergence (shaded，2×10-5s-1interval) at (a)12 UTC 2，(b)12 UTC 3，(c)00 UTC 4 and (d)00 UTC 5 January，2015.The location of the cyclone center is indicated by solid circle.)

圖4 300 hPa上的天氣圖
Fig.4 Weather map at 300 hPa

((a)2015年1月2日12 UTC，(b)3日12 UTC，(c)4日00 UTC和(d)5日00 UTC的位勢(shì)高度(實(shí)線，間隔100 gpm)，氣溫(虛線，間隔10 ℃)。實(shí)心圓點(diǎn)表示地面氣旋中心位置。Geo-potential height (solid line，100 gpm interval) and air temperature (dashed line，10 ℃ interval) at (a)12 UTC 2，(b)12 UTC 3，(c)00 UTC 4 and (d)00 UTC 5 January,2015.The location of the cyclone center is indicated by solid circle.)

圖5 500 hPa上的天氣圖
Fig.5 Weather map at 500 hPa

((a)2015年1月2日12 UTC；(b)3日12 UTC；(c)4日00 UTC和(d)5日00 UTC的位勢(shì)高度(實(shí)線，間隔80 gpm)，溫度平流(填色，間隔2×10-4K·s-1)。Geo-potential height (solid line，80 gpm interval) and advection of air temperature (shaded line，2×10-4K·s-1interval) at (a)12 UTC 2，(b)12 UTC 3，(c)00 UTC 4 and (d) 00 UTC 5 January，2015.)

圖6 850 hPa上的天氣圖
Fig.6 Weather map at 850 hPa

氣旋的中心氣壓于4日00 UTC達(dá)到最小值，意味著氣旋已經(jīng)步入成熟階段。500 hPa上的位勢(shì)高度場(chǎng)上，地面氣旋中心不再位于槽前，而是進(jìn)入冷渦內(nèi)部，無法從槽前的正渦度平流中獲取維持旋轉(zhuǎn)的能量而開始消散。同時(shí)也表明氣旋和冷渦融合形成了自地面至500 hPa乃至更高的一個(gè)深厚的渦旋系統(tǒng)。貝加爾湖以東的脊由于后部的冷平流而減弱南退，從而使氣旋南部的經(jīng)向風(fēng)減弱，緯向風(fēng)增強(qiáng)，經(jīng)向風(fēng)減弱，從氣旋南部向氣旋中心的水汽輸送減弱，氣旋開始消亡。850 hPa在氣旋的東南部冷平流區(qū)和暖平流區(qū)呈西北-東南向并列的帶狀分布，并且溫度平流中心的強(qiáng)度明顯減弱。300 hPa氣旋中心遠(yuǎn)離急流軸，沒有較好的高空動(dòng)力條件支持氣旋的繼續(xù)發(fā)展。5日 00 UTC地面氣旋中心已完全位于高空冷渦內(nèi)部，結(jié)構(gòu)變得松散，850 hPa氣旋內(nèi)部也已沒有了溫度平流，大氣的斜壓性已不足以使得氣旋維持。

總體而言，本文研究的氣旋在生成時(shí)，500 hPa上游有一個(gè)長(zhǎng)波槽，隨著槽的不斷發(fā)展東移，槽前部的氣旋從正渦度平流中獲取能量而快速發(fā)展。更多的研究[18-19]也表明氣旋的爆發(fā)與中緯度鋒區(qū)有關(guān)，強(qiáng)烈的冷暖平流導(dǎo)致大氣的強(qiáng)斜壓性是氣旋爆發(fā)性發(fā)展的重要條件。在氣旋成熟時(shí)刻氣旋和槽的相對(duì)位置發(fā)生了變化，地面氣旋中心位于高空冷渦內(nèi)部而非東亞大槽的前部，從而開始減弱最終消亡。

4 氣旋的“眼”

4.1 衛(wèi)星云圖特征

3日18 UTC，氣旋處于爆發(fā)性發(fā)展的階段(見圖7(a))，云團(tuán)呈“逗號(hào)”狀。在云團(tuán)中心附近有輪廓清晰的無云區(qū)，為氣旋的“眼”區(qū)。4日00 UTC氣旋達(dá)到成熟時(shí)(見圖7(b))，云團(tuán)在“眼”區(qū)內(nèi)部形成向內(nèi)旋轉(zhuǎn)多圈的螺旋結(jié)構(gòu)。在氣旋成熟后(見圖7(c))，4日09 UTC氣旋的“眼”區(qū)逐漸擴(kuò)大，內(nèi)部多圈螺旋的結(jié)構(gòu)也不再清晰。

圖7(c)中方框內(nèi)為該氣旋的“眼”區(qū)，由一條云帶向氣旋內(nèi)部螺旋而成。其東西跨度約為380 km，南北跨度約為390 km。云帶在氣旋內(nèi)部再次旋轉(zhuǎn)一圈，形成“內(nèi)眼”，其直徑約為100 km。同時(shí)，一條狹長(zhǎng)的無云帶從“眼”區(qū)的東南部向內(nèi)逆時(shí)針延伸而入，在“眼”區(qū)的東部，無云帶寬度約為150 km，在“眼”區(qū)的北部寬度為80 km，在“眼”區(qū)的西部寬度約為40 km。這種明暗相間的螺旋結(jié)構(gòu)看起來類似于“盤蜷的蛇”形狀。由于氣旋的云團(tuán)是由水滴、冰晶等組成，因此用可降水量來診斷氣旋內(nèi)部的水汽分布情況?？山邓吭跉庑墒旌?，其水平分布也呈現(xiàn)出與衛(wèi)星云圖相類似的分布特征。

單位面積上的可降水量可由以下公式得到：

(2)

其中：ρ為空氣密度(kg·m-3)；q為比濕(kg·kg-1)；PW表示單位面積氣柱中所含有水汽的質(zhì)量，單位為kg·m-2。

((a)2015年1月3日18 UTC；(b)4日00 UTC和(c) 4日09 UTC的可降水量(實(shí)線，間隔0.5 kg·m-2)。線AB和線CD用于做后面的垂直剖面分析。Precipitable water (solid line，0.5 kg·m-2interval) at (a)18 UTC 3，(b) 00 UTC 4 and (c) 09 UTC 4 January，2015.Lines AB and CD are used for vertical cross section analyses later.)

圖7 MTSAT紅外衛(wèi)星云圖和可降水量
Fig.7 MTSAT satellite infrared images and precipitable water

4.2 350 hPa上位渦的水平分布特征

位勢(shì)渦度是用來綜合表征大氣的動(dòng)力學(xué)特征和熱力學(xué)特征的物理量，文中對(duì)位勢(shì)渦度的計(jì)算采用式(3)，即絕對(duì)渦度與靜力穩(wěn)定度的乘積。

(3)

其中：PV表示位勢(shì)渦度；g為重力加速度；ζ為相對(duì)渦度；f為牽連渦度；θ為位溫。

圖8為3日18 UTC至4日12 UTC在350 hPa上的位渦場(chǎng)的水平分布。3日18 UTC氣旋處于爆發(fā)性發(fā)展的階段，地面氣旋中心位于高空的低位渦區(qū)的西南部，高位渦區(qū)在此處向低位渦區(qū)伸入，形成一個(gè)位渦“舌”，地面氣旋中心位于舌的尖端。隨著氣旋發(fā)展，3日22 UTC位渦舌呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)其東側(cè)的高位渦區(qū)向北凸起，4日00 UTC氣旋達(dá)到成熟時(shí)，低位渦區(qū)呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并在位渦舌的西側(cè)以“楔形”刺入，5 PVU等值線將位渦舌分成了東西兩個(gè)中心，其一位于靠近地面氣旋中心以西，另一個(gè)則位于氣旋的東南部。4日04 UTC低位渦區(qū)已深入舌的南部，使位渦舌呈反向的“C”型分布，但地面氣旋中心附近的高位渦區(qū)仍保持橢圓形。4日09 UTC 3 PVU等值線已環(huán)繞地面氣旋中心一周，其頂端位于地面氣旋中心的北側(cè)。相對(duì)于04 UTC時(shí)刻，09 UTC和12 UTC時(shí)的位渦舌呈帶狀分布，形如“盤蜷的蛇”，而以3 PVU等值線為界，高位渦區(qū)和低位渦區(qū)呈相互咬合的形態(tài)。

圖9為350 hPa上的相對(duì)渦度和位溫隨高度變化的分布。對(duì)比圖7可以看出，350 hPa上相對(duì)渦度的水平分布與位勢(shì)渦度的水平分布非常相似，也呈向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的形態(tài)。而位溫隨高度變化的水平分布僅在氣旋達(dá)到成熟前呈“鉤”狀分布，在成熟后未見與位勢(shì)渦度相似的分布。由此可知，造成氣旋中心附近350 hPa上位勢(shì)渦度場(chǎng)似“盤蜷的蛇”的形態(tài)的主要因素為動(dòng)力學(xué)因素，即渦度的水平分布，而非熱力學(xué)因素，即位溫隨高度的變化。

((a)2015年1月3日 18 UTC；(b)4日 00 UTC；(c)4日 04 UTC；(d)4日09 UTC；(e)4日11 UTC和(f) 4日12 UTC的位勢(shì)渦度(實(shí)線，間隔1×10-6K·m-2kg-1·s-1,陰影區(qū)域表示位勢(shì)渦度大于3×10-6K·m-2kg-1·s-1)。Potential vorticity (solid line，1×10-6K·m-2kg-1·s-1interval) at (a)18 UTC 3，(b)00 UTC 4，(c)04 UTC 4，(d) 09 UTC 4，(e) 11 UTC 4 and (f) 12 UTC 4 January,2015.The areas above 3×10-6K·m-2kg-1·s-1are shaded.)

圖8 350 hPa上的位勢(shì)渦度
Fig.8 Potential vorticity at 350 hPa

((a)2015年1月3日 18 UTC；(b)4日 00 UTC；(c)4日 04 UTC；(d)4日09 UTC；(e)4日11 UTC和(f)4日12 UTC的相對(duì)渦度(實(shí)線，間隔1×10-4s-1,陰影區(qū)域表示相對(duì)渦度大于1×10-4s-1)，位溫隨高度變化(虛線，間隔4×10-4K·Pa-1)。Relative vorticity (solid line，1×10-4s-1interval) and static stability (dashed line，4×10-4K·Pa-1) at (a)18 UTC 3，(b)00 UTC 4，(c)04 UTC 4，(d) 09 UTC 4，(e)11 UTC 4 and (f)12 UTC 4 January，2015.The shaded region indicates the area where relative vorticity is greater than 1×10-4s-1.)

圖9 350 hPa上的相對(duì)渦度，位溫隨高度變化分布
Fig.9 Relative vorticity，vertical variation of potential temperature at 350 hPa

((a)和(c)相對(duì)渦度(實(shí)線，間隔1×10-4s-1)和位溫(虛線，間隔4 K)；(b)和(d)垂直運(yùn)動(dòng)速度(實(shí)線和填色，間隔0.3 m·s-1)。(a) and (c) for relative vorticity (solid line，1×10-4s-1interval) and potential temperature (dashed line，4 K interval)，(b) and (d) for vertical velocity (solid line and shaded，0.3 m·s-1interval).)

圖10 2015年1月3日18 UTC 沿線AB和CD的垂直剖面圖
Fig.10 The cross section analyses along the lines AB and CD at 18 UTC 3 January，2015

結(jié)合衛(wèi)星云圖可見，在氣旋達(dá)到成熟時(shí)，首先在衛(wèi)星云圖上出現(xiàn)了清晰的多圈螺旋的眼結(jié)構(gòu)，此時(shí)位勢(shì)渦度場(chǎng)在氣旋中心仍然為一個(gè)團(tuán)狀高值區(qū)。而在接下來的10 h內(nèi)，隨著眼結(jié)構(gòu)云系逐漸變松散模糊，位勢(shì)渦度場(chǎng)上才逐漸形成了與衛(wèi)星云圖相似的螺旋結(jié)構(gòu)，即高位勢(shì)渦度的分布不再集中于氣旋的中心，而是形成自外向內(nèi)的螺旋帶狀分布。這也就表明，當(dāng)高位勢(shì)渦度集中于氣旋中心時(shí)，由于位勢(shì)渦度的動(dòng)力學(xué)作用，衛(wèi)星云圖上才呈現(xiàn)了向內(nèi)多圈螺旋的眼結(jié)構(gòu)。而隨著氣旋的發(fā)展，大量干空氣被卷入到氣旋內(nèi)部，使得位勢(shì)渦度場(chǎng)也形成多圈螺旋的結(jié)構(gòu)，高位勢(shì)渦度不再集中于氣旋中心，因此衛(wèi)星云圖上的眼結(jié)構(gòu)也難以維持。也即，衛(wèi)星云圖上出現(xiàn)的特殊的眼結(jié)構(gòu)，可能是高空位勢(shì)渦度分布的反映。

4.3 “眼”的垂直剖面特征

圖10為3日18 UTC沿線AB和CD的垂直剖面圖。在地面氣旋中心偏西的位置，從地面至500 hPa有直徑約為330 km的高渦度柱，而對(duì)應(yīng)地面氣旋中心附近的等位溫線向下彎曲形成一個(gè)暖心結(jié)構(gòu)，表明從地面至400 hPa 高度在地面氣旋中心都有潛熱釋放。垂直運(yùn)動(dòng)速度分析表明，在地面氣旋中心的東西兩側(cè)各有一個(gè)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最大上升速度約為1.5 m·s-1，在偏北部存在一個(gè)下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，最大下沉速度約為-0.6 m·s-1。這種在“眼”區(qū)外圍有上升運(yùn)動(dòng)中心，而“眼”區(qū)內(nèi)部為下沉運(yùn)動(dòng)的空間分布與熱帶氣旋的“眼”區(qū)結(jié)構(gòu)非常相似。

5 總結(jié)與討論

本文對(duì)2015年1月發(fā)生在西北太平洋上的一個(gè)爆發(fā)性氣旋的“眼”狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。天氣形勢(shì)分析表明，在該氣旋發(fā)展過程中，地面氣旋中心位于500 hPa一個(gè)長(zhǎng)波槽的槽前，正渦度平流和較強(qiáng)的大氣斜壓性使該氣旋得以快速發(fā)展。在氣旋發(fā)展過程中，氣旋逐漸進(jìn)入槽北部的冷渦中，無法從槽前獲得氣旋維持旋轉(zhuǎn)的能量而減弱消亡。

研究表明，熱帶氣旋由于其內(nèi)部強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)往往在氣旋中心生成一個(gè)圓形的無云區(qū)，稱之為“眼”區(qū)。在本文研究的爆發(fā)性氣旋達(dá)到成熟時(shí)，氣旋中心也出現(xiàn)了類似的“眼”區(qū)，與熱帶氣旋的“眼”狀結(jié)構(gòu)很相似，在該氣旋的“眼壁”處有上升區(qū)，在“眼”區(qū)內(nèi)有下沉區(qū)并且有暖心結(jié)構(gòu)。與熱帶氣旋的“眼”不同的是，本文研究的氣旋的“眼”并沒有像衛(wèi)星云圖上熱帶氣旋的“眼”有一個(gè)閉合的圓形，而是呈現(xiàn)出云團(tuán)向氣旋內(nèi)部旋轉(zhuǎn)形成“盤蜷的蛇”的形態(tài)。這種水平分布在氣旋達(dá)到成熟后10 h，在350 hPa上位勢(shì)渦度場(chǎng)和渦度場(chǎng)上也呈現(xiàn)出類似的表現(xiàn)?？紤]到熱帶氣旋在熱帶地區(qū)生成發(fā)展，其環(huán)境近似為正壓大氣，潛熱釋放主導(dǎo)的CISK機(jī)制是其發(fā)展的重要作用，易于形成對(duì)稱的圓形“眼”結(jié)構(gòu)；而爆發(fā)性氣旋多發(fā)生在中高緯度的斜壓大氣內(nèi)，大氣的斜壓性是其發(fā)展的重要因素，各氣象要素分布不對(duì)稱，所以其內(nèi)部會(huì)形成不對(duì)稱的“眼”結(jié)構(gòu)。形成這種向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的“眼”結(jié)構(gòu)的原因還需要更進(jìn)一步的分析。

致謝：本文第一作者感謝李昱薇同學(xué)在論文寫作過程中提出了許多建設(shè)性意見；本文所用數(shù)據(jù)由NCEP(National Centers for Environmental Prediction)和CIMSS(Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies)提供，在此表示感謝。