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目 录

1.引言 1

2.数据与方法 1

3.结果与分析 2

3.1 增强台风能量的获得 2

3.2 SST与台风结构的关系 5

4.总结与讨论 9

参考文献： 10

致谢 12

SST对“海葵”台风强度的影响

徐一树

, China

Abstract: Using NOAA 0.25 degree×0.25 degree global grid blended analysis of daily sea surface temperature and NCEP/NCAR 2.5 degree×2.5 degree global grid reanalysis of 4-times daily data, the case of typhoon ‘Haikui’ 1211 selected, the variation characteristics of the intensity and the relationship between the intensity and the sea surface temperature during the development of the typhoon are analyzed. The results show that the sea provides energy to the typhoon crossing over the warm sea surface in the way of the sensible and latent heat flux, which makes the intensity of the typhoon increase. At the beginning of the development of the typhoon, the moving velocity of typhoon is relatively high, and the sea surface temperature around the center of the typhoon has a certain elevation,and the maximum wind speed radius of the typhoon is slightly decreased, and the cyclone circulation at the low level is more closed and its scope is expanding. In the stage of the typhoon intensity increased rapidly, the moving velocity of typhoon decreases, and the sea surface temperature around the center of the typhoon begins to significantly decline, and the maximum wind speed radius of the typhoon gradually increases, and the anti-cyclone circulation at the upper level begins to form and to be more closed and its scope continues to expand.

Key Word: intensity of typhoon; sea surface temperature; energy gain; structure of typhoon

1.引言

台风作为热带气旋的一种，是形成在热带或副热带洋面上，具有有组织的对流和确定的气旋性地面风环流的非锋面性天气尺度系统，是地球上最强烈的自然灾害之一^[1]。中国是世界上受台风影响最严重的国家之一，台风所引起的强风、暴雨、巨浪给所经之处带来巨大的损失。2012年8月1日，台风“海葵”继“苏拉”和“达维”台风之后在西北太平洋洋面上生成，随后向西偏北方向移动，强度不断增强，最后在中国浙江登陆。这个生命史长、强度大、短时强风雨持续时间长且风暴潮强的“海葵”台风带来了大风、大暴雨，造成内涝、交通受阻、房屋倒塌、农作物受灾等严重影响，使得浙江、安徽、江苏、上海等省市数百万人受灾或被迫转移。因此，台风强度和移动路径的准确预报对于我国有效的防灾减灾有着重大的意义。

最近20年，数值模式的不断完善使得台风的路径预报水平逐步提高，但对台风强度的预报能力却进展缓慢。过去的研究表明，影响台风强度变化的因子主要来自台风内部结构的变化以及台风和环境的相互作用^[2]。近年来海气相互作用的理论正越来越受到人们的重视，很多的观测和数值模式的研究也都说明了海洋和大气之间的相互作用对台风强度变化的影响非常重要。Zeng等^[3]的研究表明较高的移速和强的垂直风切变不利于台风的加强。Cione等^[4]通过浮标观测数据的研究表明在中至低层的大尺度垂直风切变的方向可以影响近表面的大气水汽条件。而作为海-气交界面上的重要变量，SST控制着海气相互作用的能量交换，同时SST的变化也从侧面反映了海气相互作用的过程，而这种相互作用的过程则会在一定程度上影响台风强度的变化。Emanuel^[5]发现热带气旋的最大强度与SST密切相关。Bender等^[6]则通过高分辨率的模式对多个台风进行数值模拟，总结了台风经过海洋所引起的海表面温度的降低情况。此外，Holland^[7]又发展了一个热带气旋最大可能强度的理论。随着海气相互作用理论的不断完善，将影响台风强度变化的物理过程弄清楚，再用有效的物理过程参数化的方法代入数值模式，那么对于台风强度的变化的模式预报准确度也将稳步提升。然而，台风是通过怎样复杂的物理过程从海洋中获取能量并将其转化为动能的问题至今还没有完全被解释清楚。本文主要从热力条件的角度，以SST为着眼点，利用台风“海葵”个例来研究分析台风通过海气相互作用从海洋获取能量并增强自身的过程。

2.数据与方法

本研究中主要用到CMA热带气旋最佳路径数据集的台风“海葵”的数据（包括台风“海葵”的移动路径、中心最低气压、近中心最大风速等）、NOAA高分辨率（0.25°×0.25°）的全球SST日值资料^[8]以及NCEP/NCAR全球（2.5°×2.5°）的再分析资料^[9]。台风“海葵”在海洋上充分得到加强，至登陆前强度不断增大，强度最强时已属于强台风，在中国浙江宁波登陆后才逐渐减弱。因此选取台风“海葵”能更直接地考虑海洋通过SST来影响台风强度的变化，具有一定的代表性。台风“海葵”的数据的时间分辨率为一天四次，而SST更高时间分辨率的资料不易获得，考虑到海洋的热容量大，24小时内的SST变化不会太大，因此采用日值的SST资料。

如图1，SST在台风“海葵”于海洋上发生发展至登陆前的一周时间段内取平均值，显示了台风“海葵”在通过海洋的过程中台风强度的变化与SST的总体分布情况。但是，显然经

图1 台风“海葵”的移动路径与强度变化及SST分布情况图。圆实心点为6小时一次的“海葵”台风中心的观测位置，不同颜色代表不同的台风强度，台风强度用近中心最大风速表示，单位为m/s；SST为2012年8月1日至8月7日的7天平均值，单位为℃；横轴为经度（东经）；纵轴为纬度（北纬）；图右侧的色标为SST的色标。

过时间平均的SST不能直接地反映其对台风强度变化影响的即时性。后面的分析中，将采用即时的沿台风路径上的SST值和大气对流层中的变量值（即台风移动路径上对应台风中心位置的SST和大气变量）。这样能更直接地体现SST对台风强度变化的作用。而台风移动路径上对应台风中心周围的SST所反映的是台风强度变化后对海洋的反馈，这在Cione和Uhlhorn^[10]的研究中可以见到，本研究将不对此进行详细讨论。

3.结果与分析

3.1 增强台风能量的获得

台风强度在暖的洋面上不断增大，必然要通过某种机制持续不断地获得能量。前人通过大量的观测事实、天气学和动力学分析以及数值模拟的研究，提出了许多关于台风发展的理论。Charney等人^[11]提出的CISK理论认为台风发展的机制是积云对流和低压环流之间的相互作用，并把其中积云对流过程中水汽凝结释放潜热作为台风发展的主要能量来源。近些年来海气相互作用的理论越来越被人们所重视，海洋也被认为是台风发展所需要能量的来源之一。众所周知，台风形成于暖性洋面（SSTgt;26.5℃），因此较高的SST也成为台风从海洋获取能量的一个条件。显然，较高的SST给近洋面的大气层提供了向上的感热通量存在的可能性，另一方面，海洋表面充足的水汽同样给近洋面的大气层提供了向上的潜热通量存在的可能性，这两部分通量所共同形成的焓通量就成为了台风从海洋获得能量的主要途径。

由于台风是移动的，于是把台风登陆前沿台风路径上每个观测点（图1中位于海洋上的圆点）所在的经纬度坐标作为各个时刻的台风中心的坐标，然后计算每个台风中心对应的瞬时的感热通量H_S和潜热通量H_L，以及它们的和焓通量H_T，见式（1）。

其中ρ是空气密度，U是10m高度的风速，T_A是10m高度空气温度，c_p是空气的定压比热，L_v是T_A温度对应的蒸发潜热，C_h和C_e分别是10m高度无量纲的热交换系数和无量纲的水分交换系数，q_SST和q_A则分别是SST的饱和混合比和10m高度空气的实际混合比。对比沿台风移动路径上的累计感热通量、累计潜热通量、累计焓通量、SST、台风强度（近中心最大风速）以及台风移速的变化，可以发现台风在通过海气相互作用从海洋表面获取能量时这些变量的变化特征及它们之间的相关关系（见表1、图2和图3）。

表1显示了计算的累计通量值和SST、台风近中心最大风速、台风移速之间的相关关系。从中可以发现累计焓通量与台风近中心最大风速呈高的正相关，这是因为随着感热和潜热通量的输送，台风不断获取海洋所提供的能量，因此台风强度不断增大，这种通过近中心最大风速表现出的强度增大的原因是显而易见的。另一方面，累计焓通量与SST却呈负相关，这是由于随着能量不断地从海洋输送给台风，海洋则在不断地损失能量，因此SST逐渐降低，

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