引言

热带气旋（简称TC）是来自于海洋的重要天气系统，带来明显的风雨天气。目前，TC路径预报比强度和风雨分布的预报遥遥领先。TC强度变化和风雨分布与很多因素有关^[1]。研究表明，中尺度对流系统发展^[2]以及南下的底层冷空气入侵^[3]可导致登陆TC强降水的发生，并常伴有中尺度特征^[4]。影响TC强度变化的关键外部动力因子是环境风垂直切变大小^[5]。在TC内核传播的涡旋罗斯贝波（简称VRWs）通过影响内核结构^[6-7]以及内螺旋雨带与眼壁的相互作用^[8]等内部动力过程也能引起TC强度变化。此外，台湾山脉地形破坏TC内核低层结构，导致干舌出现，TC发展受到抑制^[9]。除了内、外部动力过程，海面温度（简称SST）则是影响TC强度变化最重要的热力因子^[5]。Emanuel^[10]把TC当成受SST和边界层热力条件驱动的卡诺热机，并推算出理论最大可能强度（简称MPI）。然而，DeMaria和Kaplan^[11]对大西洋飓风的统计分析发现大多数TC只能达到MPI值的55%，只有20%的TC能达到MPI值的80%以上。在实际情况下，TC受诸多影响因子共同作用，使得强度预报变得较为复杂。

0801号台风浣熊（Neoguri）是1949年以来一年中登陆华南地区最早的一个台风，对当地造成严重影响。“浣熊”进入南海以后快速发展，此后出现强度变化。本文利用热带气旋定位和强度资料、NCEP全球最终分析资料、NOAA周平均海温再分析资料和卫星水汽图像分析“浣熊”的环境背景条件和其结构演变与强度变化的关系，发现环境风垂直切变逐渐增大和南海北部海表温度逐步减小是“浣熊”停止进一步加强的重要外部因素，而内核眼壁破裂和复原现象能精确地反映其强度变化。

1 资料及分析方法

热带气旋定位和强度资料取自国家气象中心（简称BABJ）和联合台风警报中心（简称JTWC，根据文献[12]，1min平均风速需乘以系数0.871转换为10min平均）。

使用NCEP全球最终分析资料（水平分辨率1°，间隔6h）计算环境风垂直切变（简称VWS），中心定位取自JTWC，对于U、V分量，首先减去风暴移动速度，然后将格点数据根据双线性方法插值到柱坐标，计算式^[13]如下：

$ \langle U\rangle = \frac{{\rm{1}}}{A}\sum\limits_{i = 1}^5 {\left\{ {\frac{{{{\overline U }_{i - 1}} + {{\overline U }_i}}}{2}} \right\}} {A_i} $

(1)

$ \langle V\rangle = \frac{{\rm{1}}}{A}\sum\limits_{i = 1}^5 {\left\{ {\frac{{{{\overline V }_{i - 1}} + {{\overline V }_i}}}{2}} \right\}} {A_i} $

(2)

其中符号＜＞表示距TC中心500km半径圆域内各层面积平均，i表示半径索引，A_i表示△r圆环面积，△r=100km，U和V表示轴对称处理，最后根据＜＞_200hPa-＜＞_850hPa得到VWS大小。

使用NOAA提供的周平均海温资料（水平分辨率1°）^[14]计算TC最大可能强度（MPI），计算式^[15]如下：

$ MPI = \min [X,85] $

(3)

其中X=A+B(exp)[C(SST-SST₀)]，A=34.2m·s^-1，B=55.8m·s^-1，C=0.1813℃和SST₀=30℃。

FY卫星水汽图像产品处理依据MICAPS系统灰度值对照表，可按照256个灰阶对应的亮温值数字化显示水汽图像，为了方便并且不失真地显示图像，采用26级渐变灰度表示水汽图像中的亮温值，效果与文献[16]相似（见图 5），其中256个灰阶归类为4个等级, 即深灰暗区54.69～-27℃，灰色暗区-31～-40℃，浅灰区-43～-52℃，白亮区-55～-95.0℃，并特别划分-15～-27℃亮温值暗区表示眼壁破裂特征，方便下文分析。

2 “浣熊”的过程概况和强度变化特征

“浣熊”于2008年4月15日06时（世界时，下同）离开苏禄海后增强为热带风暴，并向西北方向移动，16日00时增强为强热带风暴，12时增强为台风，受副高南缘偏东气流引导，向西偏北方向移动。该时期“浣熊”发展较为迅速，中心附近最大风速（简称MaxSW）在30h内增加18m·s^-1左右（BABJ纪录值为18m·s^-1至35m·s^-1，JTWC纪录值为16m·s^-1至34m·s^-1）（图 1）。此后“浣熊”发展缓慢，强度略微增大（BABJ纪录MaxSW增加3m·s^-1）。18日14时30分，“浣熊”在海南省文昌市龙楼镇登陆，成为1949年以来一年中登陆华南地区最早的一个台风。登陆时中心附近最大风速30m·s^-1，受其影响，海南全省陆地普降暴雨到大暴雨。19日减弱为强热带风暴，稍后减弱为热带风暴后，在下午于广东省阳江市附近的东平镇再次登陆。其雨带横扫珠江口和粤东，对广东西部乃至珠三角和更大范围造成较严重的影响。JTWC记录的MaxSW比BABJ的略为偏大（图 1），且在17日06时—18时之间前者出现强度波动，即40m·s^-1减弱至38m·s^-1，随后重新加强为43m·s^-1。

南方刚进入汛期就迎来台风，台风来得如此之早、强度如此之大都是前所未有的。在“浣熊”发展过程中，达到台风强度级别后即不再明显加强，并出现强度变化过程，鉴于此，下文将对其强度变化作出分析。

3 环境背景与“浣熊”强度变化 3.1 环境风垂直切变

VWS大小是研究环境流场对TC强度影响的重点。由于JTWC未提供中心最低气压（简称MSLP），因此图 2只显示BABJ记录的MSLP和计算得到的VWS进行对比。可见，在“浣熊”发展为热带风暴以后，随着MaxSW增大，VWS也逐渐增大，由15日06时的2m·s^-1左右增加到16日06时10m·s^-1，该时期MSLP从998hPa下降至975hPa，降幅23hPa；6h后VWS出现波动，减小至7.5m·s^-1；16日18时，VWS再次增大至10m·s^-1；17日00时VWS达到极值（10.8m·s^-1），6h后VWS逐渐减小，MSLP仅下降了5hPa，达到极值（965hPa），说明“浣熊”停止发展；24h后VWS减小至3m·s^-1，此后VWS维持在4m·s^-1以下，“浣熊”在VWS低值情况下维持强度并逐渐减弱。

一般认为，由于“通风流”作用，较大的VWS值不利于TC发生发展^[17-18]。Zhu等^[17]根据飓风Bonnie（1998）的数值模拟发现当VWS增大的同时Bonnie也在迅速加强，当VWS达到极大值时，Bonnie停止加强。Wu等^[18]数值研究飓风Erin（2001）时也发现类似现象，当VWS达到极值并开始减弱后，Erin才停止加强。Zhu等^[17]认为该现象体现了VWS影响TC发展的时间差效应，随着VWS逐步增大至17m·s^-1，该时间差效应可能为24～36h。

可见，“浣熊”MaxSW和VWS演变验证上述研究的观点，即随着VWS增大，TC发展逐步受到抑制，体现一定的时间差效应。

3.2 海表面温度

TC在发展和维持过程中不断地从处于其下的海表面获取能量，它的强度与SST紧密相关^[10]。为了考察“浣熊”与SST的关系，绘制“浣熊”生命史内周平均SST（图 3）。可见热带低压发展为台风（16日12时）之前均在SST >28.5℃的洋面活动。“浣熊”继续北上并略微加强，而周围SST逐渐降低，18日00时以前“浣熊”在SST为27～28℃的洋面上活动。18日00时以后“浣熊”活动区域SST由27℃逐渐降低到25℃，强度减弱明显，24h之内即减弱为热带风暴。

DeMaria和Kaplan^[11]建立了SST和MPI的定量关系，即SST增大时，MPI也增加。为了进一步考察“浣熊”强度与SST的关系，图 4给出MPI和MaxSW的时间剖面，可见随着SST逐步降低，在16日12时以后，其所能支持的MPI呈近似线性递减，这也说明SST所能提供的热力条件在逐步减弱，因此SST降低是“浣熊”在17日以后强度逐步减弱的主要原因之一。

4 FY-2C卫星观测与强度变化

以上分析表明VWS大小和南海北部SST趋冷是“浣熊”加强趋缓并减弱的重要原因，但不能精确反映其加强趋缓以及MaxSW（JTWC记录）所体现的强度变化。陈联寿等^[1]指出TC内部中小尺度系统的发展能显著影响强度变化。Zeng等^[5]和Wu等^[18]认为，TC强度与内部动力过程有密切关系。由于水汽图像可以很好的表征云团垂直运动，近年来，水汽图像常被用于中纬度天气系统的研究和预报^[19]，对干侵入的研究^[16]表明，水汽图像在研究天气系统演变过程中有着形象直观、时间分辨率高的特点，能够显示出精细的特征。通常，水汽图像的白亮区为水汽区域或云团所在，与大气中的上升运动区域相匹配^[19]，反之，灰暗区为较干区，对应下沉运动。

本文试图以FY卫星水汽图像产品演示“浣熊”内核的演变过程。16日00时是“浣熊”加强为强热带风暴的情形（图 5），南海中部的风暴云团已较为紧密，中心温暖，眼区稍微暗淡，从中心区域旋出的是白亮的深厚对流云团，对流旺盛，反映了TC的内核区域所在。内核以外，亮温趋暖，云团高度降低，对流减弱，表现为卷云特征。1小时后，“浣熊”内核云团可以模糊地辨识眼心（图 6），MaxSW进一步增加，风暴增强。东北象限分离出来的的云团由于失去水汽输送等外部条件的支持，逐渐消散。

16日12时，“浣熊”加强为台风，可见主体云团收缩明显。1小时后，在内核东北象限（图 6，黑实线方框）云团趋暖，原本闭合的眼壁云团破裂出现暖的“缺口”。随后2小时内冷的眼壁云团逐渐填补该“缺口”，趋于闭合。16时“缺口”扩大，1小时后“缺口”处亮温增暖至-27℃以上，该亮温值暗区表明存在着眼壁破裂现象。18时，“缺口”被冷云团填补，眼壁闭合。至22时，可以发现风暴中心有小而清晰的眼，同时东北象限逐渐开始分离出另一块白亮云团。

17日00时，东北象限云团完成分离，内核再次出现稍暖的“缺口”，2小时后闭合（图 6）。10时，内核眼壁出现明显的亮温值暗区暖“缺口”，在随后的3h，随着外部气流卷入，暗区“缺口”不断扩大。至14—15时，“缺口”闭合。

17日21时起，风暴主体逼近海南岛，外围螺旋云带受到地形影响，云团变得松散，覆盖范围扩大，亮温趋暖，“浣熊”逐渐减弱。

对照JTWC记录的MaxSW（图 1），可以发现存在某种对应关系：15日12时至16日12时MaxSW增加明显，“浣熊”发展迅速；16日13时内核眼壁破裂，加强趋缓，16时“缺口”扩大，18时完全闭合，MaxSW随后增大到34m·s^-1；17日00时眼壁再次破裂，02时闭合，MaxSW随后（17日06时）增大到40m·s^-1；17日10时第三次破裂，出现较大的暖“缺口”，15时闭合，MaxSW先是在12时减弱到38m·s^-1，闭合后增加至43m·s^-1（17日12时）。即第一次眼壁破裂中止加强过程，眼壁闭合之后强度都略有增加。

近年来，在理想数值试验^[8]，卫星云图以及雷达观测分析^[20]均发现眼壁破裂现象，均认为眼区和眼壁区发生了某种涡旋混合。由于南海洋面上观测站的地理位置受限，不能反映“浣熊”破裂和复原时眼区的物理参数，因此无法根据更详细的实况观测资料进一步分析。但是，我们可以从近期研究找到可能的解释，关于TC内核结构演变如何影响强度变化主要有以下两方面：

（1）眼壁破裂意味着非对称涡旋混合过程^[20]。Kossin等^[21]认为当涡度和相当位温（θ_e）从眼壁向眼心混合，眼壁θ_e梯度减小，正压稳定度将增加，这种混合过程起到中断TC快速发展过程的作用。反之，如果TC眼壁附近θ_e面陡立，则湿斜压性增强诱发倾斜涡度发展，导致中心附近大部分区域垂直涡度显著增长，TC则会迅速发展^[22]。因此，眼壁破裂（16日13时）可能起到中断“浣熊”迅速发展过程的作用。

（2）Wang^[8]认为，在成熟TC眼壁传播的VRWs（涡旋罗斯贝波）受到外螺旋雨带的扰动可导致眼壁破裂，同时眼壁和眼区出现明显的干性涡旋混合，眼壁位涡向眼心输送，导致最大风速半径处切向风减弱，眼区风速增大，并通过轴对称化过程恢复眼壁。这种眼壁破裂（复原）过程导致TC减弱（增强）。总结已有研究，虽然“浣熊”发展过程缺少更为详细的观测资料确认其中的VRWs传播特征，但根据卫星水汽图像揭示其经历三次眼壁破裂和复原过程，对应着MaxSW强度变化，尤其是17日06时—18时之间“浣熊”出现的强度波动，在一定程度上验证了Wang的观点。

5 其他南海发展的TC个例卫星观测特征

为了避免由个例分析所引起的特殊性，更好地揭示某些普遍意义，根据异常路径强台风珍珠（0601）急翘过程^[23]和台风派比安（0606）在北抬期间^[24]的卫星微波亮温水平结构也显示类似眼壁破裂过程，加强趋缓并逐步减弱。

另外，注意到以上3个台风都是在转向过程（“浣熊”16日12时左右转为偏北）出现眼壁破裂，加强趋缓。Riehl^[25]曾根据1957—1968年66个转向台风统计强度变化，这类台风一般先西行，随后转向为北和东北行，大部分台风都在转向点或稍微提前一些达到其强度的极值。依据前文分析，卫星图像显示的TC转向期间出现内核结构变化可能是其强度变化的重要原因。

另外，选取同样给海南带来严重灾害性天气的0518号台风达维（Damrey）作为研究对象。根据BABJ和JTWC资料（图 8）发现“达维”在登陆前6h出现加强过程中断的情况。FY卫星水汽图像显示由于外围云团受到地形摩擦作用，导致内核眼壁破裂，对应着加强中断（图 9），这也表明近海TC也可以依据卫星水汽图像进行强度变化评估。

6 小结与讨论

TC强度变化受到外部环境背景的动力和热力过程影响，以及内部动力过程的制约。实际情况下，诸多影响因子的共同作用使得TC强度预报变得较为复杂^[26]。通过分析表明：环境风垂直切变增大至10m·s^-1左右，与南海北部海表温度逐步减小导致最大可能强度不断降低等环境背景条件是“浣熊”迅速发展过程中断和减弱的重要因素，但是环境背景影响强度变化都有一定的时间差响应，使得TC强度预报不够精确。

FY卫星水汽图像具有较高的时空分辨率，显示“浣熊”内核结构存在眼壁破裂和复原现象，该现象精确地反映其强度变化，即眼壁破裂（复原）过程对应“浣熊”减弱（增强），表明TC内部动力过程，即可能存在内核非对称涡旋混合过程和涡旋罗斯贝波（VRWs）传播影响“浣熊”强度变化。

诚然，要验证“浣熊”内核是否确实存在非对称涡旋混合过程和VRWs传播需要时空分辨率较高的观测资料，如飞机探空资料^[21]或者雷达观测^[6，20]，南海尚缺少上述观测。本文仅是可供参考的观测事实，即可能由VRWs传播引起的内核结构演变和强度变化。更细致的分析有待于数值模拟研究。

通过卫星图像观测其他南海发展的TC个例如“达维”、“珍珠”和“派比安”，也发现类似内核结构演变与强度变化的关系，表明加强TC内核的卫星和其他加密观测对于强度预报有着重要意义。

TC的内部动力过程较为复杂。在TC发展过程中，眼壁环流和外螺旋雨带的波—流相互作用仍处于探索阶段，难以确定眼壁破裂与复原的时刻。研究表明^[7]，即使台风涡旋始终处于环境风场和柯氏力场的非轴对称的强迫下，叠加在TC圆形基流上的扰动能量仍然会稳定地向基流输送，而导致扰动减弱，体现了轴对称化趋势。然而在“浣熊”演变过程中，眼壁破裂与复原的周期长短不一，这也给实际预报带来一定的不确定性。总之，通过FY卫星水汽图像探讨TC强度变化只是初步尝试，未来需要通过更详细观测资料加以分析，如内核热力与动力因子的观测。TC强度变化受诸多因素的影响，仍然有进一步深入研究的必要。