引言

热带气旋(以下简记为TC)是对中国天气产生重要影响的一类热带天气系统。它的生消、移动及变化的多样性，能够造成形式不同的灾害性天气，其中以强降水和强风为主要代表。研究TC的灾害性天气问题实质上是研究TC的垂直运动场和水平运动场的结构变化。在对TC产生影响的诸多环境场因子中，高空急流的作用越来越受到关注。丁治英、张兴强等^[1]通过对非纬向高空急流与远距离台风暴雨的相关统计，得出90%的暴雨发生时，高空急流为东北——西南方向，在高空急流右后方有垂直对流增长。张兴强、丁治英等^[2]进一步研究西风槽前的急流与TC的相互作用时发现，高空急流入口区右侧的负涡度区引导产生次级垂直环流，从而诱生了TC西侧和北侧的对流增长。陈联寿、徐祥德等^[3]研究指出，当TC趋近于高空急流时可迅猛发展。发展的主要标志是水平风速的增大。以上相关研究主要针对TC的垂直或水平运动结构分别的变化，对两者进行的综合分析并不多见。

本文选择黄渤海登陆TC作为研究对象，对中高纬度环境场中高空急流和TC水平运动场和垂直运动场的结构进行综合分析，旨在找出高空急流对TC产生影响的机制并尝试建立概念模型。

1 研究对象和方法

根据中国台风年鉴^①，1949——2003年TC在黄渤海沿岸登陆的仅有37个。虽然数量很少，但其中36个是在其生命史中达到台风(TY)强度级的，它们能够在海上北上到高纬度，并对华东、华北和东北地区天气产生重要的影响。如在辽宁发生的暴雨过程中，有30%与黄渤海登陆TC有着直接的关系^[4]。利用年鉴资料，对37个黄渤海登陆热带气旋进行研究，并以在黄渤海海区内气旋行进的主要方向为标准，将它们划分为4类：西北行、北行、东北行和东行^[5]。这其中以北行和东北行类所占比例最大，分别为19和11个。限于资料原因，从中选择1980年代以来的全部6个北行个例和4个东北行个例，对其从穿越30°N线至最后一次登陆后12小时的特点进行研究(见表 1)。

①   中国气象局上海台风研究所的光盘台风数据集中的1949——1988年台风年鉴和1988——2003的热带气旋年鉴。

应用ECMWF的全球1°×1°的再分析资料，并选取40°N、120°E为中心点，水平格距30km，水平网格点数139×131，垂直方向上分为23层，经过Cressman插值形成有限区域的客观分析场(水平4140km×3900km，垂直方向由海平面至50hPa)。

2 离空急流的分布与TC路径的关系

本文所指的高空急流是发生在200hPa附近的中心风速大于30m·s^-1的强风速带^[6]。对每一类TC越过30°N后第一个常规观测整点时200hPa高空风速分别作合成分析，将结果连同该类TC从这一时刻起在黄渤海及沿岸的移动路径绘于图 1。在本研究中，为了更全面地表征急流的特征，将风速大于16m·s^-1的等值线的中轴线作为急流的轴线。由图1a可见，北行类TC的路径均在急流轴的右侧，趋向于最大风速中心的入口区右侧。其环境场中合成的急流轴线主要是西南——东北方向，地理区域从我国华北至俄罗斯的远东地区，在45°N左右出现轻微的反气旋性弯曲。

由图1b可见，东北行类的TC个例所处的环境场中高空急流由两部分组成，位于45°N左右的近纬向主急流轴和从我国华中至东北地区中部的西南——东北向副急流轴。TC均在副急流轴的右侧移动并趋向于主急流轴最大风速中心的右后侧，即高空急流最大中心入口区的右侧。与北行类环境场相比较，急流的最大中心风速差别不大，但风速切变明显小于前者。

综合分析北行类和东北行类的黄渤海登陆TC的合成环境场可知：当高空为一致的非纬向高空急流型时，TC的路径一般为偏北行并一直在高空急流轴的右侧，TC有向急流中心入口区右侧靠近的趋势；当在40~50°N之间有近纬向主急流，在30~40°N之间有非纬向的副急流时，TC的路径接近东北行并一直在高空副急流轴的右侧，TC的路径有向主急流最大风速中心入口区右侧靠近的趋势。

3 高空急流与TC水平和垂直运动结构的变化

受环境场的影响，TC的结构通常会具有非对称的特征^[7]。在本研究中，近地面层水平风场的分布表现出较明显的非对称特性。如图 2所示，北行类TC个例进入中高纬度后，强风速首先出现在TC中心的北部和东北部，在其中心附近及其西侧风速很小，这种结构的形成是因为在TC的东部是强盛的西太平洋副热带高压，它与TC中心之间有较强的气压梯度。其后，随着TC的北上，在靠近高空急流处逐渐出现一个强风速的次中心。这一次中心随着环境场的系统配置不同而有所区别，有的是原来已存在的风速中心加强而来，有的是在气旋北上过程中新生成的，而且水平尺度也从4个经距至10个经距以上不等。在东北行类的个例中(见图 2)，这种双中心结构并不十分明显，但在TC中心处有弱风速中心存在，具有形成次中心的趋势。最强风速中心位于TC的东和东南两个象限。

近地面层强风速中心的分布与高空急流的分布形式在现象上看具有走向相近性，而且由于位于两个不同层次，所以应当寻求立体结构上的联系从而探寻相互影响的规律。根据Uccellini的理论：高空急流入口区左侧辐合、右侧辐散，形成一垂直次级环流，左侧下沉、右侧上升^[8]。在本研究中，所有TC都在上升区中运行，而上升最强的中心应位于急流入口区的右侧。对两类个例的200hPa的散度场和风场进行合成分析可以发现(图略)，在高空急流的右后侧风速梯度最大处和TC中心附近均有高层的强辐散中心，随着TC向急流轴的趋近，两个辐散中心逐渐接近并都有了一定程度的加强，其中北上类型表现得尤其明显，两个散度中心最终合并为一个。考察各层次的上升运动中心的演变发现，这些TC在刚进入黄海海域时，上升运动较弱且集中在TC中心附近，在700hPa和500hPa层表现明显。在北上过程中，TC周围出现较多新生的上升运动中心，在边界层内主要还是以TC为中心分布的，但到了700hPa以上，如500hPa层，新生的上升运动中心便偏离了TC中心，且有增强的趋势(图 3)。这种对流偏心增长现象与环境场的配置有明显的对应关系。北行类个例中的对流中心位于TC的西北部，东北行类个例的对流中心则局限于TC中心的东部。

沿着图 3中“I”所在位置分别作上述两类个例的25~55°N经向剖面(图 4)，可以看到，北行类个例中，由于急流的存在，在高层急流轴的南侧存在一个较强的上升运动区，其中心在500hPa左右。在这个上升运动区的南侧存在一个从200hPa到地面，中心为15.37m·s^-1的较强水平风速通道(图 4a)。随着TC向偏北移动靠近急流轴，原来的上升运动出现了较强的增长，位置仍在急流轴南侧，这与其处高层的辐散中心是相对应的，同时促进了急流的增强，而前述的水平风速通道略有减弱并北移(图 4b)。当对流减弱后，急流轴的形状南北向拉长，非纬向性增强，上升运动区分为两部分，偏南部分对应TC中心外围的上升对流运动中心，偏北部分对应于主急流轴南端的高层辐散区，水平风速通道得到增强(图 4c)。

在东北行个例中(参见图 1b)，急流的非纬向部分强度普遍较弱，而纬向部分的中心位置又较偏东偏北。因此，在TC的东象限，由于与急流轴相距较远，在初期并未产生直接的相互作用，由于与副热带高压西侧的东南气流汇合而产生的上升运动和由于纬向急流存在产生的入口区右后侧(南侧)的高层辐散引起的上升运动各自存在，其间存在一个类似于图 4a中的较强水平风速通道(图 4d)。当TC向东北方向行进时，虽然同样产生了上升运动和急流轴的加强现象，但上升运动并未合并成为一个强中心，同时水平风速通道也出现了明显增强，其中心增长了10.15m·s^-1(图 4e)。对流减弱后，两个上升运动区的中心均下移，其间出现了狭窄的下沉运动区域。纬向高空急流轴同样出现了向南的扩展(图 4f)。归纳两类个例的垂直运动演变情况可以看到，较强的高空急流与TC的相互作用引起了TC外围对流的增强，当急流与TC距离较近时，会出现对流中心合并的现象，同时高空动量借助于对流中心伴生的下沉运动区向近地面层传递，使该层的水平风速出现加强的现象。

4 讨论

根据上述分析可以看到，高空急流对于TC的水平风场变化和垂直运动中心分布有着明显的影响。为清晰可见，上述关于高空急流背景下TC三维运动结构演变可以归纳为如图 5的概念模型。如图 5所示，急流入口区右侧是高空辐散区，近地面层相应具有气旋性环流；当TC移向高空急流时，TC自身的近地面层气旋性环流与环境气流在急流右侧产生风向的辐合。随着TC趋向急流的运动，高空散度逐渐增强，地面辐合也相应增强，根据质量守恒原理，该处的垂直上升运动也得到发展；另外，近地面层辐合的增强对应着气压的降低，根据柱坐标下梯度风平衡式，，v_θ为切向速度分量。当对流中心至外围环境气流增大，水平切向速度v_θ增大，于是在TC中心至对流中心连线的向外延长线上，水平风速得到增长，有利于产生水平风速副中心或加强原有的风速中心。基于以上分析，可以认为高空急流入口区右侧的高层辐散及相应的上升运动区是TC上升运动得以加强的先期条件。上升运动的加强又导致了中低层的水平风场的变化。正是由于急流的存在而引起的对流运动的偏心增长，进而改变了TC水平运动场结构。

综上，黄渤海登陆TC可以按照其在黄渤海域的运动趋势进行分类。路径的趋势不同反映出不同的中高纬度环境场对TC运动的影响。非纬向高空急流可以作为环境场对TC施加作用的一个具体形式。(1)高空急流的非纬向性强弱与TC在北上过程中的路径趋势有直接的对应关系。当急流非纬向性强时，TC的运动趋势是北行并向急流轴最大风速中心靠近；当急流纬向性强时，其运动趋势是东北行并向纬向急流轴最大风速中心靠近。(2)北行类TC在北上过程中，近地面层水平风场出现强风速双中心结构；东北行类TC的近地面层水平风场出现强风速单中心非对称结构。(3)强上升运动中心对应于两类TC中心有不同的分布，东北行类的位置偏东，北行类的位置偏北。(4)TC水平运动结构的变化与TC与急流相互作用产生垂直运动的偏心增长有关。水平运动的风速中心出现在TC中心与上升运动中心线的延长线上。

高空急流与TC的相互作用，特别是TC向急流最大风速中心靠近的移动趋势，体现了高空急流的引导作用，具有明显的预报意义。在本例研究中未出现路径的突变和环境场的剧烈调整，因而结论可用于一般情况下黄渤海TC路径和三维运动结构的分析与预测。