台风Megi和低频季风涡旋的互动外文翻译资料

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台风Megi和低频季风涡旋的互动

MINGYU BI

气候与环境变化国际实验室和气象灾害重点实验室教育部，南京信息工程大学，南京，中国，和国际太平洋研究中心，和大气科学系夏威夷大学在马诺阿，火奴鲁鲁，夏威夷

TIM LI

国际太平洋研究中心，大气科学系，夏威夷大学在马诺阿，火奴鲁鲁，夏威夷

MELINDA PENG

海军研究所，蒙特利，加利福利亚

XINYONG SHEN

气候与环境变化国际实验室和气象重点实验室灾害教育部，南京信息工程大学，南京，中国

（2014年9月21日收到的稿件，最终形式是2015年3月3日）

摘要ARW模式被用作调查超级台风Megi在西移并经过菲律宾之后的突然北移。NCEP在这个阶段分析的东西被分成不同背景流场的不同成分，一个10到60天的低频尺度分量代表季风涡旋，和一个十天的高通滤成分代表Megi和其他天气尺度运动。很明显，低频季风涡旋和Megi相互作用，并影响他的路径。为了调查低频系统对Megi的影响，设计了很多实验。在对照试验中，分析的领域被限制在初值和边值条件，模式可以模拟Megi的突然北抬。在第二个试验中，10到60天的季风涡旋被从初值和边值中移除，Megi西移，轻微的向西北移，没有转北。Megi和季风涡旋之间的相关位置关系表明Fujiwhare效应可能存在在季风涡旋和Megi之间。当Megi和季风涡旋靠近彼此，beta漂移加强，两个系统向北转。

做了涡度收支分析。值得注意的是Megi移向最大涡度趋向。轨道前后最大涡度趋势方向的急剧变化转折主要是由水平涡度平流的变化引起的。进一步的诊断分析表明低频气流的转向对水平平流趋势的变化非常重要。

1引言

热带气旋的移动很大程度上和环境引导气流有关（Chan和Gray 1982），与此同时beta影响和热带气旋自身结构也起一定作用（Fiorino和Elsberry 1989;Li和Zhu 1991）。尽管有盛行的大规模环境气流的控制和在路径预测中的巨大改进，因为热带气旋和其他尺度的系统比如低频系统的复杂的相互作用，一些大的路径预测错误仍会出现。

在预报热带气旋路径中最大的错误，出现在热带气旋突然转向和折返的情况下。之前的研究考察了中纬度波和热带气旋折返之间的关系。例如，George和Gray（1997）发现如果高空西风风速大于25m/s，并且在20度内有南北走向的台风，台风可能折返。Hodanish和Gray（1993）比较了迅速回转和逐渐回转的案例，当对流层上部的西风气流渗透到离台风中心六度以内，发现台风开始转向。Haolland和Wang（1995）发现当一个天气尺度槽从东亚移到副热带海洋时，台风会转到中纬度地区。

图1 JTWC从2010年10月13到24

一些在热带西北太平洋的台风有时会突然北折，Megi就是一个例子，多数的数值模式没有正确预测出突然北折的正确时间（第二部分有这个超级台风的更详细描述）。Carr和Elsberry（1995）用正压模式调查了接近大尺度季风涡旋的气旋的北折。这表明了罗斯被波能量频散和季风涡旋的结合对引起台风北折有重要作用。

台风在WNP经常伴随多尺度波，包括季内震荡，天气尺度干扰。季风涡旋是一个经典的在WNP上的低频系统。Li等人在3D模型中证明了季风涡旋对台风产生的影响。季内震荡在热带WNP中最大的影响是他和天气尺度波和扰动的相互作用。一方面季内震荡能影响天气尺度扰动的发展，另一方面，天气尺度扰动可能通过非线性表面潜热通量，非绝热加热，和涡动量输送反馈季内震荡。大体上，季内震荡在WNP上展现了两个光谱上的在30-60天和10-20天的锋，发现在季节时间尺度内台风路径在西行和折回之间交替变化。Kim（2008）揭示了登陆的在WNP的台风和MJO阶段之间的密切关系。因此季内震荡可能不仅影响台风的形成还会影响台风路径。

现在研究的目的是调查台风Megi是如何与季风涡旋气流相互作用的，以及这种作用如何导致它的突然北折。这篇论文的其他部分安排如下。在第二部分，我们提供台风Megi和附近的低频环流的发展的概论。在第三部分，我们描述了实验设计和模拟结果。在第四部分，我们调查了造成台风突然北折的的机制。在第五部分，给出了涡度趋势的诊断。在第六部分，使用不同初值的额外实验来验证我们的假设。结论和讨论在最后一部分。

图2 在5-23N，113-130E区域的从2010年8月1日到2011年1月1日的微波光谱（10⁵W²m^-4），黑色廓线是显著性水平，红线是Megi转向的时间。

图3 10-60天过滤风（箭头）的演化和涡度（阴影）场是300到850hpa的平均。黑色点是低频季风涡旋红色台风标记是台风中心

图4 2010年10月18的（a）原始无滤波风场的图样（b）10天高通滤风场（c）在NO-MG实验中300到850hpa的初始风场。红色标记表示台风位置。

图5 JTWC路径（黑），控制实验中模拟Megi路径（红），NO-MG实验中模拟Megi路径（蓝）。粉色和紫色椭圆里分别显示的是转前转后的阶段

图6 在850hpa和300hpa控制组中从10月18（a）到23（f）模拟的低频风（箭头）和涡度（阴影；10^-5s^-1）。红标表示台风位置。

2 Megi和相关低频气流的概述

Megi能被追溯一个出现在菲律宾东部的热带气旋。这个低压系统在白天被加强，当它的中心压力降低到998hpa，成为了热带风暴，Megi。在以后的三天里，Megi继续发展，并向西北移。在10月16它被联合台风预警中心升级为台风。它然后西南移并继续增强，达到他的峰值强度，超级台风的强度。在10月17，其中心最低气压达到895hpa，最大风速达到72m/s，造成了十一人死亡，十六人受伤，和两万人撤离。

在经过菲律宾北部之后，Megi削弱了一点，变慢了，当他进入中国南海。10月19日之后，Megi向西北方向移动，10月20日，Megi从他原来的西移和西北移路径北折。10月19日和10月20日之后的路径夹角达到九十度。多数台风预报模式没能预测到这样一个突然的轨道变化。多数模式预测Megi在之后的24-72小时会继续西移。结果，台风Megi的路径预报错误是近些年最大的错误。Megi最终在中国南部沿海登陆，在登陆后快速削弱。到10月23日Megi降级为热带低压。

就像引言所描述的那样，以前的研究表明季内震荡可能通过不同方式影响台风。为了研究在这阶段中的低频模式的结构和演化特点，我们首先分析了长波辐射散出的能量微波光谱，平均在8-23N，112-130E。数据被用作每天在2.5乘2.5的网格上分析，以四个月为一个周期。我们的计算显示在季内阶段有一个重要的峰值。能量光谱分析结果由以前的研究组成。

这个十到六十天的模式被称作低频季内震荡模式。为了调查不同尺度运动对Megi的突然北折的影响的相对重要性，所有的动态过程被分成了高频成分（通过十天高通滤滤波），季内震荡成分（通过十到六十天的滤波器），和缓慢变化气流（通过六十天低通滤波器）。一个Lanczos滤波被应用在这些计算中。

作为引导气流的一部分，季内震荡气流可能影响台风路径，图3,显示了从850hpa到300hpa的从10月14到10月24的国家环境预测最终分析的季内震荡气流的垂直混合变化。很有趣的是，垂直混合季内震荡气流有波状结构，在低纬度从东南传向西北。波状结构主要出现在对流层下部。图三中的黑点显示的是十到六十天的气旋的涡旋。这个气旋性涡旋很像季风涡旋。最有意思的是台风Megi和MG中心之间的空间关系。在10月14，Megi在MG中心的东部。Megi沿着MG导向气流逆时针移动，到了10月16他到了MG中心的东北。在之后的几天里，Megi移向MG中心，在10月19，台风中心和MG中心几乎重叠。之后，他们一起北移。

上面的分析显示了MG和TC之间的相互影响方案。为了检验MG对台风移动的影响，我们设计和指导了数值实验（在下一部分详细描述）

图7 控制实验中的季风涡旋中心路径（黑），Megi移动路径（红）

图8 （左）NCEP分析中（a）和模拟中（c）的台风中心和MG路径，（右）NCEP分析中（b）和模拟中（d）MG和台风中心的相对位置。在b，d中（0,0）表示MG和台风中心在每一时刻的中点（10月18到22）

图9 如图8b，但是是从10月15到24日

图10 控制实验（红）和NO-MG实验（蓝）700hpa以东西方向穿过Megi中心的径向切面的切向风

图11 500hpa在控制组（a，c）和NO-MG模拟（b，d）中的一波风。阴影表示风速

图12 500hpa在控制组（a，c）和NO-MG模拟（b，d）中的一波风。阴影表示风速

图13 控制组（上）和NO-MG （下）转前（a，c）转后（b，d）在850到300hpa的平均复合一波涡度倾向场，黑色箭头表示400km半径内平均最大涡度趋势的方向和大小。

3模式描述和数值实验

这项研究中所用到的模式是WRF模式的新研究版本。模式研究区域包括了90-155E，5S-40N的区域，用了墨卡托投影。在模拟中的SST领域由实时海平面气温分析数据每24小时更新一次。这模式的简单网格水平分辨率为18km。物理模型包括一个WSM6微物理方案，一个Kain–Fritch对流方案，一个Dudhia短波辐射参数化，和RRTM长波辐射参数化。

在控制模拟实验中，初值条件和边界条件用了带边值的每六小时更新的1*1的格点NCEP分析。模拟从10月18日开始，到Megi突然北折的36小时前，结合了5天的情况。图4a显示了控制模拟中的初始风场。为了孤立低频季风涡旋起到的作用，我们做了一个敏感性实验，在此实验中我们滤除了初值和边值中所有滞后变量的10-60天模式。这十到六十天的模式很好的代表了WNP中的MG结构。这敏感性实验被叫做NO-MG敏感性实验。图4b展示了初始低频MG气流的图样。图4c展示了没有低频MG气流的初始风场。

图5展示了敏感性实验和控制实验的路径。在控制实验里，台风最初西移跨过菲律宾。之后突然北折，在中国南海大概东经117的位置上。这个模拟的台风路径和JTWC的最佳路径很接近。

为了诊断低频模式的演变和我们观察的结构与模式的匹配程度以及他们和台风的相位关系，我们在图6中画出了控制模拟中的低频风场。一个运行了5天的模式（从30天运行中减去）被用作总结10-60天的低频风变化。模拟覆盖了10月18到10月23的阶段，在上述计算中使用了前2天和后2天的NCEP分析。主要结构和低频季风涡旋的变化特点被模式完美捕捉，相比于图3。例如，在10月18，季风涡旋在菲律宾北端，但是模拟出的台风中心稍微偏东。在10月20，季风涡旋中心和Megi都在菲律宾西部。之后，季风涡旋中心和模拟的台风北移。因此，台风移动和低频季风涡旋变化被很好模拟。

在NO-MG模拟中台风在跨过菲律宾之后继续西移，没有突然北折。结果显示低频MG模式和它与Megi之间的相互作用可能是引起台风北折的必要条件。

4 Megi和季风涡旋之间的相互作用

季风涡旋气流对台风路径的影响被很多研究者研究。例如，Carr和Elsberry在正压模式中揭示在大尺度季风涡旋的东部有一涡旋，可能因为由MG能量频散引起的南向气流的引导经历突然北折。在这个案例里，涡旋对MG气流没有影响。

低频环流变化（显示在图三和图六）似乎展现了一个双向交互方案，一方面季风涡旋影响台风路径，另一方面它又被台风影响。在台风涡旋移向MG中心并在10月20日相互靠近之后，他们一起向北移动。为了显示台风对低频气流影响，我们做了另一个敏感性实验，通过移除包括Megi的更高频率涡流的初始和侧面边界条件。所有的实验设置和控制实验中的一样，除了上述描述的初值和边界值。在这个新的实验，我们能检验没有其他高频扰动和台风Megi影响的低频季风涡旋移动。

图7显示了季风涡旋中心在这个实验中是如何移动的。尽管控制模拟中MG中心北移，但现在MG中心正西移和西北移。因此，这实验显示了在他们北移的过程中Megi和季风涡旋之间相互影响。

值得指出的是上面敏感性实验中的MG路径和Megi在NO-MG案例中的很相似。假设之前案例中的10到60天模式和新模式中的台风涡旋都有环境导向气流，很可能是季节性的气流引导着两个实验中的台风和季风涡旋。季节性平均气流的研究（即，六十天低通滤风）确定在这个区域平均气流的确是西北向的。

在一个观测数据分析中，Carr和Elsberry展示了69中的39个NOGAPS台风错误案例和台风与周围气流或涡旋的作用有关。这为Megi和10-60天MG模式之间相互作用导致Megi不寻常路径提供了有力的观测证据。

现在的问题是为什么Megi和季风涡旋在10月19日之后北移。检查图3和图6，我们看到当季风涡旋和Megi变得非常近时开始北折，但不是之前。很明显Megi中心和季风涡旋围着彼此做气旋性旋转并且越来越近。Megi和季风涡旋之间可能存在Fujiwhara影响，即使他们的规模和强度很不一样。

Fujiwhara影响长期以来被定义为两个热带气旋之间的相互作用造成的巨大影响。早期的对热带气旋的观测研究显示当两个气旋的距离在140

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