引用本文
陈华, 霍也. 台风变性过程中下游环流发展的个例对比研究[J]. 地球科学进展, 2016, 31(4): 409-421.
Chen Hua, Huo Ye. .Case Comparing Study of Downstream Circulation Development during Typhoon Extratropical Transition[J]. Advanced Earth Science, 2016, 31(4): 409-421.  
Doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2016.04.0409.
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Copyright©2016, 地球科学进展 编辑部
台风变性过程中下游环流发展的个例对比研究
陈华1, 霍也2
1.南京信息工程大学大气科学学院,江苏 南京 210044
2.长春市气象局,吉林 长春 130051

作者简介:陈华(1971-),男,湖北建始人,副教授,主要从事中尺度大气动力学研究.E-mail:huach@nuist.edu.cn

基金:国家自然科学基金项目“台风的变性过程对中纬度急流的作用及其下游影响”(编号:41175061)资助
摘要

台风在温带变性过程(Extratropical Transition,ET)中与中纬度系统的相互作用会引起下游环流的发展,选取3个台风个例,通过分析涡动动能收支和理想化模拟实验对其下游发展机制进行研究。3个台风的变性过程所引起的下游发展都具有共同的机制,即首先在上层下游有脊和槽先后发展,随后激发低层涡旋生成,并与之耦合,形成一个贯穿整个对流层的深厚气旋系统。促使下游脊生成和发展的非地转位势通量源于台风,高层系统向下输送的垂直非地转位势通量在低层辐合,使得涡旋在低层发展。模拟实验表明,台风出流向中纬度急流区域输送低位涡(Potential Vorticity,PV)空气,使得其PV梯度增大和斜压性增强,从而激发了Rossby波在急流中生成并沿之向下游传播,而下游槽脊对引起更下游波型的发展也是通过Rossby波的频散而达成。

关键词: 台风; 温带变性; 下游发展; 涡动动能; 位涡
中图分类号:P444 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2016)04-0409-13
Case Comparing Study of Downstream Circulation Development during Typhoon Extratropical Transition
Chen Hua1, Huo Ye2
1.College of Atmospheric Science, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
2.Changchun Meteorological Bureau, Changchun 130051, China

First author:Chen Hua(1971-), male, Jianshi County,Hubei Province, Associate Professor. Research areas include mesoscale atmospheric dynamics.E-mail:huach@nuist.edu.cn

Fund:Project supported by the National Natural Science Foundation of China “The effects of transforming typhoons on midlatitude jet and its downstream inpacts”(No.41175061)
Abstract

The interaction between extratropical transition process and the mid-latitude jet system stimulates the downstream development. In this paper, three typhoon cases were selected to study their downstream development mechanism through the analysis of the eddy kinetic energy budget and the idealized simulations. The results of Chen’s work to the Pacific region were examined. The results were consistent with the results of Chen’s Atlantic hurricane Case. ET downstream at the upper levels generated first eddies, and the disturbances triggered the low level eddy development. Then the upper and the lower coupled and formed a deep cyclone system throughout the whole troposphere. The ageostrophic geopotential flux promoted the formation and development of the downstream ridge from the typhoon. Vertical ageostrophic geopotential flux transferred energy from upper downward that convergence happened in lower, which stimulated the lower-level cyclone development. Simulation results showed that, in the process of ET, TC outflow transported low potential vorticity to mid-latitude jet, which enhanced the PV gradient and the baroclinic. Then, it is inspired the Rossby wave in the jet and propagated downstream. The formation of downstream ridge-trough couple and development of the further wave was the spread to the downstream through the Rossby wave.

Keyword: Hurricane; Extratropical transition; Downstream development; Eddy kinetic energy; Potential vorticity.
1 引 言

热带气旋(Tropical Cyclone, TC)的温带变性过程[1](Extratropical Transition, ET)会对中高纬度地区带来较为严重的灾害(甚至是TC没有直接影响到的城市), 有时不弱于TC在登陆时造成的危害。由于ET过程涉及中低纬度系统的复杂相互作用以及多尺度物理过程, 给ET预报带来了巨大困难。已知有2种机制会导致TC改变温带环流, 一是TC的位涡(Potential Vorticity, PV)与中纬度急流PV的绝热相互作用, 另外一种是非绝热修正的PV对中纬度环流的作用。第一种机制的一个简单的概念模式描述了这种相互作用[2], 即通过远距离的作用, 在TC的PV异常与急流相遇之前, 与TC相联系的环流在与急流相联系的上层PV梯度上激发Rossby波, Rossby波将在PV梯度上按Simmons等[3]讨论的方式扩散。第二种机制涉及到源于TC溢出流的低PV空气对温带上层结构的修正, 最近的很多研究描述了对流层顶附近PV的非绝热削减如何导致下游增强的脊, 增强的脊也可被视为对流层顶的变陡[4]。陈华等[5]的研究也证明在北移过程中TC的上层溢出流明显改变了中纬度急流的结构, 并使急流变得更不稳定, 进而显著增强, 而溢出流的作用又由于上游槽得到加强。

ET过程同时影响TC下游的环流形势, 给下游区域带来灾害性天气, 观测事实表明大西洋上的飓风会使欧洲地区产生风暴或强暴雨事件[6]。Riemer等[7, 8]在ET过程的下游影响领域做了大量研究, 他发现TC出流及其自身环流都对下游槽脊对的生成和增强有突出贡献。其他学者[9~12]通过目标观测方法发现, TC的出流扰动通过TC、急流和上游槽相互作用而得到加强, 随后在TC上层出流的作用下Rossby波能量在中纬度急流中向下游频散。Chen[13]用涡动动能分析和目标观测方法对大西洋飓风个例Fabian进行了研究, 发现Fabian的ET过程引起的下游斜压系统发展具有显著的上下层耦合和边界俘获的特征, 垂直非地转位势通量是一个关键的动力因子。由于Chen[13]研究的是大西洋飓风, 其结论未必适用于环流背景差异显著的太平洋地区, 而且针对单个个例的研究结果还不具有普适性, 未必适用于其他个例。为此本文选取3个西北太平洋ET个例进行涡旋动能收支的对比分析, 并结合理想化模式实验对下游斜压发展的机制进行研究。

2 资料和方法

本文所用数据为欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)每6小时1次, 水平分辨率为1° × 1° , 垂直方向分23层的风场、位势高度场和温度场资料。所选取的3个台风个例是2005年彩蝶、2009年彩云和2010年马勒卡, 这3个台风与中纬度流(尤其是上游槽)有明显的相互作用, 且在相互作用前后, 下游环流有明显变化, 有气旋在下游生成。本文对每个ET个例所引起的下游系统的发展进行涡动动能收支的诊断分析, 所用公式来自参考文献[14, 15]:

∂Ke∂t=-V3· ▽ Ke-(Ñ · v3φ )-ω α -v▽ (v3· ▽ Vm)+v· (v3·∇v)¯+diss (1)

式中:V为速度矢量, 下标m表示纬向平均; v为扰动速度, 下标3表示三维变量; Ke=1/2(u2+v2)为单位质量涡动动能, u和v分别是纬向和经向扰动速度; φ 为涡动位势, ω 为等压面上涡动垂直速度, α =- ∂φ∂p。大尺度平均有2种方案, 时间平均和纬向平均, 由于台风的时间尺度较短, 时间平均不利于做个例分析, 所以本文选取纬向平均, 纬向范围为80° E~120° W。等号左边 ∂Ke∂t是涡动动能的时间倾向; 等号右边第1项是涡动动能的平流项; 第2项是非地转位势通量散度项, 其中包括水平通量和垂直通量散度; 第3项是涡动位能向涡动动能的转换, 即通过斜压过程进行的能量转换; 第4项和第5项为纬向平均动能向涡动动能的转换, 即通过正压过程进行的能量转换; 最后一项diss为摩擦项, 摩擦项为小量, 在本文中忽略不计。

针对每个ET个例, 本文在覆盖各系统(如下游槽、脊)的体积薄层内(高层脊为棕色框、槽为红色、低层为蓝色, 中间层图略)计算各涡动动能收支项, 并在该体积内做体积平均, 如在高层用间隔25 hPa的等压面薄层(250, 225, 200, 175和150 hPa)计算平流项、非地转位势通量项、斜压转换项及正压转换项, 最后用薄层内体积平均的值代表高层的计算结果。

本文另外针对台风马勒卡个例设计了理想化实验, 初始时刻为23日0000 UTC, 初始场为平直的中纬度环流, 原有台风用Kurihara等[16]的滤波方法滤除, 再用王国民等[17]的Bogus方案设计人造台风。模拟部分所用数据为美国环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)每6小时1次, 分辨率1° × 1° 的FNL资料, 采用中尺度大气模式WRF进行模拟。

3 台风个例下游发展能量分析
3.1 彩蝶(Nabi)

本文主要研究台风ET过程对下游斜压发展的影响, 因此台风变性时刻是本章节研究的重要时间起始点。台风彩蝶于9月6日变性为温带气旋, 图1为彩蝶ET过程中200 hPa环流形势图, 图2为对应的1 000 hPa形势图。其中橙色框和红色框分别代表槽脊的计算区域, 低层的计算区域以蓝色框标识, 下文同。

图1表明在ET过程中自9月6日00∶ 00(文中所用时刻均为世界时)起, 在TC的下游有一上层脊生成, 该脊逐渐增强, 至9月8日00∶ 00振幅达到最大。9月6日12∶ 00至8日12∶ 00在脊的下游有槽生成并逐渐发展为深槽。上述下游脊和下游槽构成槽脊对, 然后一起向东移动。在下游脊生成的同时, 9月6日12∶ 00在对流层低层有涡旋生成, 位于40° N, 160° E (图2)。随后该涡旋快速发展增强, 向东移动并且速度快于高层的槽脊对, 于9月7日12∶ 00移动到了高层的下游槽下方。之后低层涡旋与高层下游槽耦合、发展并最终形成一个延伸至对整个对流层的气旋, 此气旋维持了近1天之久, 产生了强降水和大风天气。

图3是上层下游脊的涡动动能各收支项随时间的变化, 在下游脊发展的初始阶段各个量都较小。总能量从9月5日12∶ 00开始增加(图4a), 7日12∶ 00达到最大, 随后衰减, 与下游脊的发展同步。平流项于5日12∶ 00开始增大, 随后6日12∶ 00非地转位势通量项开始增大, 正压转换项的增长与非地转位势通量近似同步, 纬向平均动能向涡动动能转换。这说明非地转位势通量散度、正压转换和平流输送的涡动动能都对下游脊的发展起到了重要作用, 其中又以前两者为主。平流项在7日00∶ 00之前均为正, 之后迅速减小, 在8日12∶ 00有负的极值, 平流项为负表明该区域的涡动动能通过平流作用向外输出, 因而此时下游脊的涡动动能通过平流作用输送到下游槽, 导致槽的发展和脊的减弱。斜压转换则一直很小。

图1 台风彩蝶变性过程中200 hPa环流场Fig.1 The circulation at 200 hPa during ET process of Typhoon Nabi

图2 台风彩蝶变性过程中1 000 hPa环流场Fig.2 The circulation at 1 000 hPa during the ET process of Typhoon Nabi

图3 2005年9月5~10日彩蝶高层下游脊涡动动能各分量增长曲线(单位:m2/s3)Fig.3 Evolution of volume-mean eddy kinetic energy budget terms (m2/s3) for the downstream ridge in the Nabi case from 5 through 10 September 2005

图4 2005年9月5~10日彩蝶高层下游脊时间变化曲线
(a)总涡动动能Ke; (b)总涡动动能时间倾向 ∂Ke∂t(单位m2/s3)Fig.4 Evolution of the downstream ridge in the Nabi case from 5 through 10 September 2005
(a) Volume-mean eddy kinetic energy; (b) Time tendency of volume-mean eddy kinetic energy(m2/s3)

图5是9月6日00∶ 00的非地转位势通量矢量图, 可以明显看出强的位势通量矢量源于TC, 而非上游槽。箭头覆盖区域是TC的出流, 大部分都关联着下游脊。当TC向北移动时, 与高层槽相互作用, 槽前强劲的偏西南气流会加强TC出流, 出流将非地转位势通量输送到中纬度急流, 导致下游脊的发展。值得注意的是当位势通量增加的时候, 正压项也随之增加, 有可能是非地转位势通量导致脊发展的同时激发了正压转换。总能量(图4a)在9月8日00∶ 00前有个小降低的过程, 之后开始增长, 在7日12∶ 00有正的极大值。

下游槽的发展晚于脊, 从图6a可以看出平流项是下游槽发展的主要贡献者(9月8日00∶ 00开始为正), 该项于9月9日00∶ 00达到最大, 正压转换和斜压转换一直很小, 位势通量一直为负值。而在下游脊的发展过程中, 平流项自7日00∶ 00之后一直为负, 在8日12∶ 00有负极大值(图3), 领先于下游槽的平流项正的极大值半日, 说明下游脊通过平流作用输送涡动动能到更下游的区域, 引起槽的发展。脊输送涡动动能给下游槽, 但并未衰减, 因为非地转位势通量和正压转换同时使得脊增长。

图5 200 hPa上2005年9月6日00时彩蝶的非地转位势通量矢量场Fig.5 The ageostrophic geopotential flux vectors at 200 hPa at 0000 UTC 06 September 2005

图6 2005年彩蝶中各涡旋的涡动动能各分量增长曲线(单位:m2/s3)
(a) 高层下游槽; (b) 中层下游脊; (c) 低层涡旋; (d) 低层非地转位势通量散度分解: 总通量散度(实线), 水平分量(虚线), 垂直分量(点线)Fig.6 Evolution of volume-mean eddy kinetic energy budget terms for individual eddies in the Nabi case in 2005(unit:m2/s3)
(a) The upper level downstream trough; (b) The midlevel downstream ridge; (c) The low level vortex; (d) Decomposition for lower-level flux divergence: Total (solid line), horizontal component (dashed line), vertical component (dotted line)

ω 涡动垂直速度在边界很小, 使得涡动位能向涡动动能的斜压转换在对流层顶附近很小(图3), 但在中间层斜压转换项比较大。图6b是中间层下游脊的能量分析图, 可以看出斜压转换是下游脊发展的主要能量源, 而位势通量项是能量的汇。在对流层上层, TC出流输送低PV空气到中纬度急流中, 使得急流增强, 急流区域的不稳定性也会增加, 致使急流中正压转换起到重要作用[5, 13]。而上层的斜压转换项很小, 涡动位能很难直接转换为涡动动能, 但是位能可以先转换成纬向平均动能, 平均动能再通过正压转换转变成涡动动能。

通过垂直非地转位势通量的剖面图, 我们可以推断低层涡旋发展的主因是高层系统(即高层下游槽脊)向下输送垂直非地转位势通量。垂直位势通量也是低层涡旋与高层槽耦合并强烈发展的重要动力因子。根据与高层槽耦合的低层涡旋的能量分析(图6c), 其总能量在6日00∶ 00开始为正, 随后缓慢增长, 在与高层下游槽耦合后迅速增强。其中涡动动能的主要增量为非地转位势通量项, 其他各项均很小, 贡献不大。为了分析导致低层涡旋发展的非地转位势通量散度项中起主要作用的部分, 对其进行水平和垂直分解, 得到图6d。可以看出水平分量一直较小, 甚至在8日12∶ 00之后减小成为负值, 而垂直分量一直为较大的正值, 构成了非地转位势通量散度项的主要部分。因而低层涡旋生成和发展的主因是高层系统向下输送垂直非地转位势通量, 这与Chen[13] 的结论是一致的。

图7 台风彩云变性过程中200 hPa 环流场Fig.7 The circulation at 200 hPa during ET process of Choi-wan case

3.2 彩云(Choi-wan)

台风彩云是2009年9月12日06∶ 00 UTC在西北太平洋上生成的热带气旋, 20日减弱为强热带风暴, 然后转变为温带气旋直至消散。9月18日00∶ 00在彩云下游的中纬度地区出现一脊, 但由于距离较远TC对其影响较弱, 因而发展缓慢, 随着台风移向东北, 下游脊逐渐增强, 在9月21日00∶ 00振幅达到最大, 随后开始衰减。在脊生成之后12小时在脊的下游形成一浅槽, 与脊构成槽脊对, 在强脊形成之后24小时加深成深槽(图7)。在高层槽脊对形成的过程中, 脊的下方有涡旋生成, 不过低层涡旋生成时间较晚, 9月21日12∶ 00才出现较明显的环流(162° W, 45° N附近)。随后涡旋快速发展, 迅速向东移动并超过高层脊, 12小时后到了高层的下游槽下方。此时低层涡旋与高层槽耦合、发展并最终形成一个延伸至对整个对流层的气旋。

由图7计算区域计算得到彩云ET过程中的能量分析(图8), 彩云个例中下游槽脊的发展基本与彩蝶类似, 不同的只有位势通量项为下游脊发展的主要能量源。下游槽发展的主导因子是平流项(图9a), 与高层槽耦合的低层涡旋发展的主要能量源是非地转位势通量散度项(图9c), 对位势通量的水平和垂直分解(图9d)表明低层涡旋的发展来自于高层槽脊对向下的垂直非地转位势通量的输送。

图8 2009年9月17~23日彩云高层下游脊涡动动能各分量增长曲线(单位:m2/s3)Fig.8 Evolution of volume-mean eddy kinetic energy budget terms (m2/s3) for the downstream ridge in the Choi-wan case from 17 through 23 September 2009

图9 2009年彩云中各涡旋的涡动动能各分量增长曲线(单位:m2/s3)
(a) 高层下游槽; (b) 中层下游脊; (c) 低层涡旋; (d) 低层非地转位势通量散度分解: 总通量散度(实线), 水平分量(虚线), 垂直分量(点线)Fig.9 Evolution of volume-mean eddy kinetic energy budget terms (m2/s3) for individual eddies in the Choi-wan case in 2009(unit:m2/s3)
(a) The upper level downstream trough; (b)The midlevel downstream ridge; (c) The low level vortex; (d)Decomposition for lower-level flux divergence: Total (solid line), horizontal component (dashed line), vertical component (dotted line)

3.3 马勒卡(Malaks)

台风马勒卡在其转向变性过程中, 初期缓慢移向中纬度, 到达中纬度后移速增加。马勒卡对高层下游环流的影响分为2个阶段, 第一阶段形成一对槽脊对, 由于此时马勒卡距离中纬度急流较远, 向下游的移速较慢, 此槽脊对迅速脱离马勒卡出流的影响范围, 并逐渐消亡, 这一阶段马勒卡逐渐变性为温带气旋。之后, 在马勒卡的继续影响下, 于25日12∶ 00其下游又出现一个新的脊, 逐渐增强并在27日00∶ 00达到极值, 并与在26日12∶ 00生成的槽一起组成第二对槽脊对(图10)。需要说明的是, 在彩云和彩蝶台风个例中, 由于这2个台风转向较快, 能持续作用于初始形成的槽脊对, 使其持续增强, 因而并没出现马勒卡个例中的情况。图11是由图10的计算区域计算得到的马勒卡ET过程中的下游脊能量分析图, 图12是下游槽、中层脊和低层涡旋的能量分析图, 可以看出马勒卡下游的槽脊对以及中低层系统的发展基本与彩蝶类似。

图10 台风马勒卡变性过程中200 hPa 环流场Fig.10 The circulation at 200 hPa during ET process of Malakas

图11 2010年9月22~29日马勒卡高层下游脊涡动动能各分量增长曲线(单位:m2/s3)Fig.11 Evolution of volume-mean eddy kinetic energy budget terms (m2/s3) for the downstream ridge in the Malakas from 22 through 29 September 2010

图12 2010年马勒卡中各涡旋的涡动动能各分量增长曲线(单位:m2/s3)
(a) 高层下游槽; (b) 中层下游脊; (c) 低层涡旋; (d) 低层非地转位势通量散度分解: 总通量散度(实线), 水平分量(虚线), 垂直分量(点线)Fig.12 Evolution of volume-mean eddy kinetic energy budget terms (m2/s3) for individual eddies in the Malakas case in 2010(unit:m2/s3)
(a) The upper level downstream trough; (b)The midlevel downstream ridge; (c) The low level vortex; (d)Decomposition for lower-level flux divergence: Total (solid line), horizontal component (dashed line), vertical component (dotted line)

4 理想化模拟实验

数值模拟是研究ET过程及其下游影响的有利工具, 近年来, 无论是对TC的外场观测还是数值模式的构建有较大的进步[18, 19]。前面利用涡动动能分析对太平洋区域在ET过程作用下下游环流发展的机制进行了验证和个例对比研究, 但下游环流的发展与TC的联系并没有直接的体现, 因此本文设计理想化的初始场, 中纬度环流用叠加有急流的平直未受扰动的西风带代替, 然后用包含全物理过程的WRF中尺度数值模式模拟热带气旋与中纬度环流的相互作用, 以检验当TC接近中纬度时下游环流的发展和变化。首先对个例的原始初始场做纬向平均和滤波处理, 以获取平直的中纬度环流场, 然后用二次滤波方法滤除原分析场中的台风, 再采用Bogus方案构造一个人造的对称台风(最低气压为975 hPa)。实验采用中尺度模式WRF3.5, 单层网格, 网格分别率为30 km, 网格中心位于40° N。垂直方向上有31层, 顶层气压50 hPa。模式中微物理过程采用Lin等的方案, YSU边界层方案, 以及Kain-Fritsch积云参数化方案。

如图13所示, 在动力对流层顶, 随着TC移近中纬度, 其出流作用于中纬度环流。在预报时刻18小时(图13a), TC增强, 中心气压为953 hPa(降低22 hPa), TC周围的白色区域为出流。此时可以看到TC的对称暖心结构开始遭到破坏, 说明TC已经进入变性阶段。24小时后(图13b)ET过程显著增强(中心气压932 hPa), 并且中纬度急流轴和下游弱槽脊对都已发展到比较明显。此后12小时TC达到最强, 而原有下游槽脊对逐渐东进衰减, 24小时后TC下游又有新的脊生成, 48小时后(图13c)下游第二对槽脊对形成, 并发展得更强, 此时急流进一步发展, 急流面积进一步扩大, 下游最大风速达70 m/s。接下来24小时下游槽脊对和急流继续加深加强, 到预报时刻114 h(图13d), 槽脊对已发展得非常强盛, 中高纬度环流经向发展非常显著, 急流也显著增强, 面积显著扩展。此时TC中心气压为953 hPa, 已进入衰减阶段。

图13 理想实验中不同预报时刻的动力对流层顶图(2PVU面上θ 场)Fig.13 The dynamic tropopause (θ at 2PVU surface) at different times in the idealized simulation experiment The color shading is the potential temperature interpolated into 2PVU surface

根据PV思想, Rossby波的生成和传播是初始扰动在PV梯度上激发和传播的过程。在理想实验中, 随着TC向中纬度环流移近, 其强度得到进一步增强, 其高层出流向中纬度输送低PV空气, 热带气旋下游的出流区域面积和PV绝对值都在增大, 使得中纬度急流处的PV梯度增大和斜压性增强。由此激发Rossby波列在急流中发展, 并沿之向下游和低层传播, 导致下游的斜压发展进一步增强, 同时下游槽脊的经向发展也增强, 从而改变下游环流。因此, 高层中纬度下游发展主要是ET系统与中纬度环流相互作用的结果, 是在ET系统的作用下Rossby波的激发和传播的过程, 也称为下游效应。由于中纬度急流处存在很大的PV 梯度, 使之类似一条波导, 使得Rossby波沿急流传播, 而Hovmö ller图是分析Rossby波列下游发展效应的一个有效工具。图14为理想实验的沿35° ~45° N平均的200 hPa经向风时间— 经度剖面图, 可以看到第3天在135° E处有一个高空槽发展, 第5~6天175° W高空槽加深, 第8天有弱高空槽发展。同时, 第4天150° W处和第7天135° W处先后有高空脊发展。图14中粗点线的斜率可以用来表示高空槽向下游传播的速度, 通过斜率可以看到高空槽的移动速度较缓慢, 图中有2个明显的高空槽线, 大约9个经度/天。而南北风中心连线的斜率表示Rossby波列向下游频散的速度(群速, 由箭头表示)可达20~30个经度/天。由于Rossby波列向下游频散的速度大约是天气系统移速的3倍, 远远快于后者, 这就使得下游槽脊在上游天气系统到来之前就开始强烈发展。

图14 理想实验中在35° ~45° N内平均的200 hPa经向风时间— 经度Hovmö ller图(单位:m/s)Fig.14 Time-longitude Hovmö ller of 200 hPa meridional wind (m/s)averaged at 35° ~45° N in the idealized experiment

5 结 语

本文选取3个台风个例, 对在台风的温带变性过程影响下下游环流发展的机制进行了涡动动能收支的比较分析研究, 另外, 还通过理想化模拟实验进行了研究。本文的工作表明, 在太平洋区域所有的台风ET过程所引起的下游发展具有共同的机制, 与Chen[13]的大西洋飓风个例的结果一致, 这样就将Chen[13]的研究成果推广到太平洋区域并使之具有普遍的意义。在高层, 源于台风的非地转位势通量在中纬度的辐合促使了下游脊的形成和发展, 由于急流区域具有强水平风切变, 正压转换也有一定的贡献。高层的下游槽脊对发展之后, 向下输送垂直非地转位势通量, 并在低层辐合, 使得涡旋在低层发展。最后高低层系统相互耦合, 形成一个贯穿整个对流层的深厚气旋系统。

根据PV理论, 在ET过程作用下, 中纬度下游斜压发展的强弱由2个方面决定的, 即台风出流输送低PV空气的强弱, 以及中纬度急流的PV梯度被扰动的强弱。理想模拟实验表明, 随着ET过程的增强, 台风出流不断输送低PV空气到中纬度急流区域, 而上游槽加强了这一过程, 使得中纬度急流处的PV梯度增大和斜压性增强。从而激发了Rossby波在急流中生成并沿之向下游传播, 而下游槽脊对引起更下游波型的发展也是通过Rossby波的传播而达成。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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