高空槽對登陸臺風“麥德姆”的影響及其診斷分析

摘要利用NCEP/NCAR再分析資料，研究在臺風“麥德姆”登陸北上過程中對其產生重要影響的高空槽的位置、強度、槽上暖中心的變化，且對槽進行了渦度方程的診斷分析。結果表明，高空槽向東移動的過程中有暖中心與之配合，致使高空槽強度不斷增加。散度項、平流項和地轉平流項對渦度的局地變化貢獻較大，主要的正貢獻來源于散度項。高空槽達到最強時，“麥德姆”低壓環流和高空槽結合，受高空槽前部顯著輻散場的影響，臺風高層輻散、中心附近上升運動明顯增強，這是臺風“麥德姆”登陸后期強度得以維持的重要因素。

關鍵詞高空槽；“麥德姆”；渦度方程；暖中心；輻散場

中圖分類號P458.1+24文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）05-0189-04

AbstractThe location，the intensification and the warm core of the upper level trough were analyzed during Matmo moving northward after landfall by using NCEP/NCAR data.The method of vorticity equation was adopted to diagnose the upper level trough.Results showed that the upper level trough gradually strengthened affected by the warm core while moving eastward.The horizontal advection term，the divergence term and thegeostrophy term of the vorticity equation were the main dynamic conditions.And the divergence term made the positive contribution.The stronger divergence field in the front of the upper trough caused highlevel divergence and vertical motion of Matom，which play the major role of Matmo sustaining for a long period after landfall.

Key wordsUpper level trough；Matmo；Vorticity equation；Warm core；Divergence field

作者簡介杜春霞（1989—），女，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向：中尺度數值模擬。

收稿日期2016-12-02

熱帶氣旋登陸后，往往在海面水汽和潛熱通量被切斷以及路面摩擦能量耗散的情況下趨于衰亡，但有的熱帶氣旋可在登陸之后獲得新的能量而在陸上維持數天，甚至再度加強，釀成巨災[1]。2014年第10號臺風“麥德姆”即為一個典型的個例，臺風“麥德姆”于7月19日08：00在西北太平洋洋面上生成。23日15：00，臺風在福建省沿海登陸，強度隨之迅速減小。登陸18 h后，臺風強度反而減弱緩慢，在陸上維持約52 h，影響范圍遍及我國東部各省。

臺風“麥德姆”造成的災害嚴重，主要有2個方面的原因：一是臺風本身陸上維持時間較長，強度較大，影響范圍較廣；二是臺風登陸后強度及路徑預報不準，防御措施做不好，造成的災害比較嚴重。因此，了解臺風登陸后維持較久的原因，提高預報的準確性至關重要。Frank等[2]統計分析了1988、1989年生成的熱帶氣旋及其可能的觸發因子，發現75%颶風的產生受到高空槽的影響。Ritchie等[3]研究了在槽與熱帶氣旋同時存在和只有槽存在這2種情況下地面氣旋的發展，發現當中緯度高空槽與變性熱帶氣旋相配合時，地面氣旋強烈發展。李英等[4-5]在臺風Winnie的數值研究中發現，臺風陸上的變性加強過程與西風帶高空槽的強度密切相關。FNL資料分析表明，臺風“麥德姆”登陸后向北移動的過程中有高空槽活動。筆者重點分析高空槽對臺風“麥德姆”的影響，探討高空槽是否為臺風陸上長時間維持的主要機制。

1高空槽位置和強度的變化

由圖1可知，21日14：00，臺風“麥德姆”位于菲律賓呂宋島東面的太平洋上，300 hPa高空槽位于新疆西南部，槽線位于35° N以北，強度較弱，之后高空槽向東移動。隨著高空槽東移，“麥德姆”向西北方向移動，臺風強度逐漸增加。22日14：00，“麥德姆”移至臺灣半島的東南方，繼續向西北方向移動；高空槽東移至新疆東部，300 hPa槽線仍然位于35° N以北，強度仍然較弱，此后高空低槽東移速度加快，且強度有所增加。23日14：00，“麥德姆”越過臺灣半島，移至福建東南部，即將登陸福建；高空槽線傾斜呈東北北—西南南向，300 hPa槽線南端抵達35° N；此時臺風“麥德姆”轉向北上在福建沿海登陸，臺風登陸后，移速緩慢，高空槽在垂直方向上加深，槽底南伸并繼續東移，24 h內再次向東移動約10個緯度。24日14：00，“麥德姆”移至安徽、江西、浙江三省的交界處，高空槽再次加深，到達生命史中最強階段，槽上渦度平均值高達12×10-5s-1，300 hPa槽底向南伸至35° N以南；此時“麥德姆”到達高空槽底部，臺風低壓環流與高空槽結合，在槽前強烈的西南氣流引導下，進一步向東偏北方向移動，移動速度明顯增加。至25日14：00，“麥德姆”移入黃海，進入高空槽前部；高空槽強度稍有減弱，東移變緩，24 h內移動距離小于5個緯度。

研究表明，高空槽具有明顯的正渦度特征，它的發生發展以渦度的變化加以表述[6-7]。采用P坐標系下的渦度方程[8]對300 hPa高空槽進行診斷分析。

從圖2可看出，渦度的局地變化項很好地反映了圖1b中300 hPa渦度的變化趨勢，從初始時刻21日14：00，槽線上渦度逐漸增加，至23日14：00達到第1個渦度極值，由于渦度局地變化采用的是后差值方法，所以23日08：00渦度局地變化項達到第1個極值。之后渦度繼續緩慢增加，渦度局地變化項為較小的正值。24日14：00之后，渦度開始減小，渦度的局地變化項為負值。渦度平流項分布顯示，300 hPa槽線上為較強的負渦度平流，并有逐漸減小的趨勢，表明渦度平流項對渦度的變化為負貢獻，尤其是在高空槽強度較大時，平流項的負貢獻也較大。由散度項分布可見，從初始時刻開始，散度項逐漸增大，為主要的正值分布，表明300 hPa高空槽線上有較強的氣流輻合，造成局地渦度增加。地轉項整體分布為負值，與散度項一個量級，且變化不大，即地轉項對渦度變化為負貢獻，使高空槽槽線上渦度減小。垂直輸送項對渦度的局地變化為正貢獻，有利于槽線上渦度的增加。渦管扭曲項為負值，表示其對渦度的局地變化為負貢獻。從渦度局地變化項和H分布可以看出，21日14：00—22日08：00，H略小于渦度局地變化項；22日08：00—24日08：00，H與渦度局地變化曲線走勢非常相似，雖然仍有些誤差，但很好地再現了渦度局地變化各個時刻的特點以及23日08：00的極大值和23日14：00的極小值。24日14：00，H與渦度局地變化項偏差較大，之后渦度局地變化項和H均呈上升趨勢，誤差逐漸減小。

整體而言，在渦度方程的各項收支中，散度項和垂直輸送項為正貢獻，渦度平流項、地轉項和渦管扭曲項為負貢獻。其中散度項、平流項和地轉平流項對渦度的局地變化貢獻較大。主要的正貢獻來源于散度項，高空槽線上氣流的輻合是渦度增大的主要因素。

2高空槽熱力場結構分析

分析發現，在高空槽東移過程中，200 hPa有較為明顯的暖中心伴隨。由靜力平衡原理可知，溫度升高，空氣塊密度必然增大，導致等壓面向下延伸曲率增大，這種熱力結構的配置必然促進高空槽增強。同時，在垂直方向上隨著高度降低，暖中心南移，高空槽向南加深。

從圖3可以看出，22日14：00，高層暖中心伸展至300 hPa左右，將有利于300 hPa 高空槽的發展，400 hPa以下轉為冷平流，400 hPa高空槽的發展受到一定的阻礙；23日14：00，200 hPa暖中心已伸展至500 hPa，將有利于500 hPa高空槽的發展；24日14：00、25日14：00，高空槽上暖中心均維持在500 hPa。由此可知，隨著高空槽東移，暖中心在垂直高度上向低層延伸，促進了高空槽的發展加深。21日14：00和22日14：00高空槽在垂直高度上僅發展至300 hPa，但23日14：00高空槽已發展至500 hPa。表明有利的熱力場條件是高空槽在東移過程中加強的主要原因。

3高空槽對臺風動力結構的影響

從300 hPa散度場（圖4）可以看出，臺風登陸后期高層輻散明顯增強。24日14：00臺風中心周圍輻散場較弱；25日02：00，臺風已進入高空槽內部，受槽前顯著輻散場的影響，臺風高層輻散增強，成為臺風結構得以維持的機制；25日14：00，高層輻散再度減弱，臺風已接近消亡。

從過臺風中心所在經度的經向剖面（圖5）可以看出，24日14：00，900～150 hPa均有弱的上升氣流，臺風中心南側上升速度較北側強，最大值出現在400～300 hPa，垂直速度為13 m/s。之后，臺風環流與高空槽結合，受到高空槽帶來的冷空氣入侵，層結溫度下降，使對流得到迅速發展。25日02：00，臺風北側的垂直速度有所減弱，而臺風南側的垂直速度明顯增強，最大值位于500 hPa，達27 m/s。25日14：00，上升速度有所減弱北移，上升速度最大值在400 hPa，為12 m/s，臺風中心南側500 hPa以下已轉為下沉氣流，垂直速度的增大過程趨于結束。

由以上分析可知，“麥德姆”北上與高空槽結合的過程中，高空槽前強輻散場加強了臺風中上層的上升運動，上升運動又加強了低層的輻合，在一定程度上彌補了地面摩擦造成的能量損耗，從而使臺風“麥德姆”在陸上得以維持而沒有很快消亡。

4小結

（1）臺風“麥德姆”登陸過程中，存在一高空低槽自西向東移動。在高空槽東移的過程中，高空槽強度逐漸增大，24日14：00達到最強，通過高空槽的熱力場結構發現，高空槽強度的增加主要與槽上暖中心有關，在高空槽向東移動的過程中有暖中心與之配合。對高空槽線上的渦度收支診斷分析表明，散度項和垂直輸送項為正貢獻，渦度平流項、地轉項和渦管扭曲項為負貢獻，其中散度項、平流項和地轉平流項對渦度的局地變化貢獻較大，主要的正貢獻來源于散度項，高空槽槽線上氣流的輻合是其渦度增大的主要因素。

（2）高空槽達到最強時，臺風“麥德姆”低壓環流和高空槽結合，開始受到高空槽的影響。受到高空槽前部顯著輻散場的影響，臺風登陸后期其高層輻散、中心附近上升運動明顯增強，成為臺風“麥德姆”登陸后期強度得以維持的重要因素。

參考文獻

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