[科普中國(guó)]-臺(tái)風(fēng)眼壁

臺(tái)風(fēng)眼壁是臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)最重要的部分，臺(tái)風(fēng)形成12級(jí)以上的最強(qiáng)狂風(fēng)、暴雨和高達(dá)10m以上的怒濤主要發(fā)生在眼壁區(qū)內(nèi)。

概念在臺(tái)風(fēng)眼壁區(qū)內(nèi)還會(huì)出現(xiàn)龍卷風(fēng)、閃電、雷暴，有時(shí)還伴有冰雹。臺(tái)風(fēng)眼壁外圍是臺(tái)風(fēng)螺旋云帶，即外圍的大風(fēng)區(qū)和降水區(qū)，因其范圍很廣、形式多樣，是臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)非常重要特征，其降雨強(qiáng)度和時(shí)間隨云帶發(fā)展范圍和強(qiáng)度不同而不同，也是判斷熱帶氣旋強(qiáng)度能否發(fā)展加大的重要標(biāo)志。

臺(tái)風(fēng)眼壁及周圍螺旋云帶云屬性垂直分布研究臺(tái)風(fēng)是一種破壞力較強(qiáng)的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)，常伴有強(qiáng)大的風(fēng)力和降水，能夠造成巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)臺(tái)風(fēng)成因、天氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)特征、移動(dòng)路徑、登陸過(guò)程等方面進(jìn)行了很多研究。然而，由于以往洋面觀測(cè)資料稀少，加之傳統(tǒng)衛(wèi)星儀器設(shè)備的局限，難以獲得臺(tái)風(fēng)云系的垂直結(jié)構(gòu)。2006年CloudSat衛(wèi)星發(fā)射成功，彌補(bǔ)了常規(guī)布網(wǎng)雷達(dá)和衛(wèi)星對(duì)云內(nèi)部垂直信息觀測(cè)的不足。在2008年對(duì)云探測(cè)衛(wèi)星CloudSat及其搭載的探測(cè)儀器做了介紹，并著重介紹了CloudSat衛(wèi)星的主要產(chǎn)品及可能應(yīng)用情況，肯定了其產(chǎn)品的重要應(yīng)用價(jià)值。利用CloudSat衛(wèi)星資料并結(jié)合地面雨量站資料驗(yàn)證了雷達(dá)反射率因子閾值法識(shí)別降水云方法的合理性和可行性。用CloudSat2B-CWC-RO產(chǎn)品分析臺(tái)風(fēng)“艾云尼”云結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)云系零度層所在高度約為5.0km，冰粒子數(shù)濃度呈現(xiàn)由高層向低層不斷減小的趨勢(shì)。CloudSat同Aqua、CalipSO等A-Train衛(wèi)星群成員一起，以微波、紅外波、可見(jiàn)光對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)和被動(dòng)測(cè)量，從而獲得更多以往無(wú)法取得的云微觀粒子的信息在研究云屬性方面起關(guān)鍵作用。

通過(guò)模型模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果颶風(fēng)云上部無(wú)冰相存在，那么颶風(fēng)結(jié)構(gòu)將會(huì)不同，且液相轉(zhuǎn)化成冰相的高度也是決定颶風(fēng)動(dòng)力學(xué)特征的主要因素。臺(tái)風(fēng)云中冰相粒子對(duì)熱帶氣旋動(dòng)力學(xué)特性影響顯著，通過(guò)分析臺(tái)風(fēng)“羅莎”冰云對(duì)其降雨機(jī)制的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，即使不考慮冰云的微物理特性，如果臺(tái)風(fēng)云中沒(méi)有冰相粒子存在，那么平均近地表降水率將減小。采用SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)等觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，熱帶氣旋中的液態(tài)水和冰水的總量與臺(tái)風(fēng)的未來(lái)強(qiáng)度有正相關(guān)的關(guān)系?？梢?jiàn)云水粒子活動(dòng)是影響臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的重要內(nèi)因之一。然而由于衛(wèi)星恰好監(jiān)測(cè)到臺(tái)風(fēng)中心的案例很少，已有的研究多是針對(duì)很少的幾次臺(tái)風(fēng)進(jìn)行的，如采用飛機(jī)采樣數(shù)據(jù)所做的研究，或者花叢等，利用CloudSat和其它A-Train衛(wèi)星群數(shù)據(jù)產(chǎn)品分析發(fā)現(xiàn)，在近臺(tái)風(fēng)眼壁云系中冰粒子尺度和冰水含量隨高度增大逐漸減少等重要信息。

研究針對(duì)7個(gè)CloudSat監(jiān)測(cè)到的發(fā)生在太平洋上的熱帶氣旋案例，針對(duì)臺(tái)風(fēng)眼壁及周圍螺旋云帶，著重分析了云中冰水液態(tài)水微物理屬性，歸納揭示其垂直分布規(guī)律，并對(duì)熱帶氣旋中心區(qū)域/臺(tái)風(fēng)眼壁及周圍螺旋云帶的云高、降雨高度和降雨率等進(jìn)行分析，以期深人了解熱帶氣旋云的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其發(fā)展演變過(guò)程，為數(shù)值模擬和檢驗(yàn)熱帶氣旋云物理過(guò)程及臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

數(shù)據(jù)和方法（1）CloudSat熱帶氣旋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品

CloudSat熱帶氣旋衛(wèi)星數(shù)據(jù)集包含距熱帶氣旋中心1000.0km以內(nèi)的所有Cloudsat過(guò)境軌道信息，依據(jù)年份和所發(fā)生的海洋區(qū)域編號(hào)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)集包含2006年6月—2010年12月4日所有熱帶氣旋過(guò)境軌道，共有6349條CloudSat過(guò)境軌道，其中最佳的過(guò)境軌道數(shù)據(jù)被用來(lái)計(jì)算相應(yīng)熱帶氣旋的經(jīng)緯度、最大風(fēng)速、氣壓、風(fēng)切變和氣旋中心的海表溫度，當(dāng)熱帶氣旋季結(jié)束后這些信息將會(huì)被添加到每一個(gè)過(guò)境軌道信息中變?yōu)榭捎眯畔ⅰ?/p>

CloudSat熱帶氣旋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品結(jié)合了CloudSat、MODIS、AMSR-E、NoGAPS、ECMWF觀測(cè)信息和距氣旋中心1000km以內(nèi)最佳過(guò)境軌道的熱帶氣旋信息。美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室(Naval research Laboratory，NPL)和CloudSat DPC(Data Processing Center)聯(lián)合反演該數(shù)據(jù)產(chǎn)品。當(dāng)CloudSat掃描到一個(gè)熱帶氣旋時(shí)(距熱帶氣旋中心1000km以內(nèi))，海軍研究實(shí)驗(yàn)室會(huì)使CloudSat的掃描軌道覆蓋到MODIS、AMSR-E及其它衛(wèi)星圖像觀測(cè)儀上，進(jìn)行3-D截廄分析并制作被掃描熱帶氣旋的2-D衛(wèi)星影像產(chǎn)品。一般CloudSat過(guò)境熱帶氣旋十天后，經(jīng)海軍研究實(shí)驗(yàn)室制作的數(shù)據(jù)文件就能通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)用戶釋放，一個(gè)數(shù)據(jù)文件包括CloudSat過(guò)境時(shí)間、雷達(dá)反射率和AMSR-E、NoGAPS及其它CloudSat數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

CloudSat熱帶氣旋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品中每個(gè)TC(Tropical Cyclone)hdf文件具體包含以下數(shù)據(jù)信息：Best Track data；2B-GEOPROF；MOD06-5KM-AUX：2C-RAIN-PROFILE(2C-PRECIP-COLMMN)；2B-CWC；2B--CLD-CLASS；ECMWF-AUX；2B-GEOPROF-LIDAR。

（2）方法

本研究基于CloudSat CPR(Cloud Profiling Radar，云廓線雷達(dá))觀測(cè)到的熱帶氣旋，以CPR掃描到熱帶氣旋中心或接近熱帶氣旋中心為基準(zhǔn)，從2006--2010年CPR過(guò)境太平洋的熱帶氣旋中挑選出7個(gè)案例。表1列出了所選熱帶氣旋及所選過(guò)境軌道的軌道號(hào)、日期、過(guò)境軌道距離氣旋中心最小距離、風(fēng)速、過(guò)境處氣壓。過(guò)境軌道距離氣旋中心最小距離指的是氣旋中心與CPR光束的最近距離。

CloudSat熱帶氣旋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的每個(gè)熱帶氣旋過(guò)境軌道都包含一個(gè)hdf文件，本文所用的其中的數(shù)據(jù)產(chǎn)品、相應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)源及產(chǎn)品描述見(jiàn)表2。CloudSat衛(wèi)星軌跡有升、降軌之分，這一區(qū)別在7個(gè)軌道雷達(dá)反射率、云分類和云微物理量垂直剖面圖上表現(xiàn)為經(jīng)度、緯度對(duì)應(yīng)方式的不同。

需要說(shuō)明的是，云水?dāng)?shù)據(jù)集包含兩種：2B—CWC-RO產(chǎn)品(The CloudSat Radar-Only Cloud Water Content Product和2B-CWC—ROVD產(chǎn)品(The CloudSat Radar+Visible Optical Depth Cloud Water Content Product。兩種產(chǎn)品反演算法的區(qū)別在于有沒(méi)有利用可見(jiàn)光學(xué)厚度。云粒子尺度、粒子數(shù)濃度等微觀屬性的不同，使毫米波和激光雷達(dá)測(cè)量的后向散射強(qiáng)度不同。由于CPR工作波長(zhǎng)為3mm，使得其對(duì)云滴等液相粒子的探測(cè)能力較差，所以2B-CWC-RO產(chǎn)品中液相粒子數(shù)據(jù)缺失較多。在反演2B-CWC-ROVD產(chǎn)品時(shí)引進(jìn)了來(lái)自其它衛(wèi)星獲得的可見(jiàn)光學(xué)厚度數(shù)據(jù)，因此可以較好地推算出云中液態(tài)水含量。研究采用2B-CWC-ROVD數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

云分類(2B-CLDCLASS)產(chǎn)品的CloudSat算法把空間主動(dòng)(CPR和CALIPSO雷達(dá)1和被動(dòng)遠(yuǎn)程遙感(MODIS)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)將云分成8類：層云(St、層積云(Sc)、積云(Cu)、積雨云(Ns)、高積云(Ac)、高層云(As)、深對(duì)流云(Deep)和高云(High)。

結(jié)果分析與討論Cloudsat是極軌衛(wèi)星，無(wú)法持續(xù)觀測(cè)同一熱帶氣旋同一部位的發(fā)展情況，雖然如此，研究針對(duì)Cloudsat衛(wèi)星恰好監(jiān)測(cè)到熱帶氣旋中心的7個(gè)案例進(jìn)行分析，通過(guò)研究多個(gè)不同發(fā)展時(shí)期的熱帶氣旋，歸納并揭示臺(tái)風(fēng)眼壁及周圍螺旋云帶的云微物理屬性的垂直分布規(guī)律。本研究所選的7個(gè)熱帶氣旋案例中，CloudSatCPR掃描到每個(gè)熱帶氣旋時(shí)，它們所處的發(fā)展階段并不相同，“桃芝”、“浪卡”和‘‘燦都”分別處于熱帶低壓形成期、熱帶風(fēng)暴時(shí)期和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(由臺(tái)風(fēng)減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴)時(shí)期，“派比安”、“薔薇”和“盧碧”處于臺(tái)風(fēng)時(shí)期，“彩云”處于超級(jí)臺(tái)風(fēng)時(shí)期(表3)。這里的發(fā)展時(shí)期是指國(guó)際氣象組織按照風(fēng)速將熱帶氣旋劃分的6個(gè)等級(jí)：熱帶低壓(TD)、熱帶風(fēng)暴(Ts)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)、臺(tái)風(fēng)(TY)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(SuperTY)。

對(duì)“桃芝”、“浪卡”和“燦都”的分析“桃芝”、“浪卡”和“燦都”(圖1)都是Cloudsat CPR掃過(guò)氣旋中心的熱帶氣旋。由于CloudSat掃描過(guò)境時(shí)這三個(gè)熱帶氣旋所處的發(fā)展時(shí)期分別為熱帶低壓形成期、熱帶風(fēng)暴時(shí)期和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴時(shí)期，這時(shí)的氣旋未形成螺旋云帶或螺旋云帶不完整，但仍能從中得到類似“臺(tái)風(fēng)眼”的“風(fēng)暴中心”云系信息。

CloudSat在2007年7月2日掃過(guò)‘‘桃芝”的風(fēng)暴中心，此時(shí)‘‘桃芝”尚處于發(fā)展最初期，強(qiáng)度甚至還未達(dá)到熱帶低壓級(jí)別?？梢?jiàn)光云圖(圖1a)、雷達(dá)反射率剖面圖和云分類產(chǎn)品圖(圖2)顯示氣旋發(fā)展云團(tuán)主要集中在風(fēng)暴中心以南。“桃芝”風(fēng)暴中心的周邊區(qū)域反射率并不是很高，風(fēng)暴中心的近表層云被歸類為層積云和積云，中層的云塊為高層云，風(fēng)暴中心上部存在卷積云，左邊云團(tuán)為深對(duì)流云。

CloudSat在2009年6月25日掃過(guò)“浪卡”的風(fēng)暴中心，過(guò)境時(shí)“浪卡”正處于熱帶風(fēng)暴時(shí)期，可見(jiàn)光云圖(圖1b)顯示其螺旋云帶正在形成，其風(fēng)暴中心附近最高風(fēng)速估計(jì)達(dá)23.1m/s?！袄丝ā庇?3日上午增強(qiáng)為熱帶風(fēng)暴，25日凌晨強(qiáng)度達(dá)到頂峰。與“桃芝”類似，過(guò)境時(shí)“浪卡”云系主要集中在風(fēng)暴中心以南(圖1b)?！袄丝ā憋L(fēng)暴中心的周邊區(qū)域反射率明顯較高，風(fēng)暴中心的近表層云為層積云，中層云塊為高層云，上部存在卷積云覆蓋，左側(cè)云團(tuán)為深對(duì)流云，低層云為深對(duì)流云。

CloudSat在2010年7月22El掃過(guò)“燦都”的風(fēng)暴中心，此時(shí)“燦都”已由臺(tái)風(fēng)減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，其螺旋云帶正逐漸消失(圖1c)，但掃描軌道的右下方仍存在正在消失的螺旋云墻。CloudSat觀測(cè)到風(fēng)暴中心上方存在卷積云覆蓋，風(fēng)暴中心周邊云系為深對(duì)流云(圖2)。

從“桃芝”、“浪卡”和“燦都”的云微物理屬性來(lái)看，云系中冰水分布高度為5km以上，液態(tài)水分布高度為0.5~9.0km；冰粒子等效半徑(IER)隨高度的增加呈減小趨勢(shì)，冰粒子數(shù)濃度(ONC)隨高度的增加呈增大趨勢(shì)。正處于熱帶低壓形成期的“桃芝”，其冰粒子等效半徑、冰粒子數(shù)濃度和冰水含量的大值區(qū)分別分布在風(fēng)暴中心以南(圖1a)主云團(tuán)5～10km、13km以上和9~15km的高度；液態(tài)水分布規(guī)律不是很明顯；但“桃芝”的液態(tài)水含量最大值達(dá)2029.0mg/m3，是研究案例監(jiān)測(cè)到該參量的最大值?！袄丝ā闭幱谄湔麄€(gè)發(fā)展過(guò)程的鼎盛時(shí)期，雖然其南北云團(tuán)(圖1b)發(fā)展不均勻，但冰/液態(tài)水粒子等效半徑(LER)、冰/液態(tài)水粒子數(shù)濃度(LNC)、冰/液態(tài)水含量(1WC/LWC)的大值區(qū)均分布在風(fēng)暴中心左邊附近區(qū)域，且冰水參量值隨距風(fēng)暴中心距離的加大而減?。黄渲斜Ｗ拥刃О霃?、冰粒子數(shù)濃度、冰水含量大值區(qū)分別分布在云體的5～10km、12km以上和8～12km的高度。降為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的“燦都”，風(fēng)暴中心區(qū)域存在冰粒子等效半徑的大值區(qū)，但中心區(qū)域冰粒子數(shù)濃度和冰水含量值很小，三個(gè)冰粒子參量大值區(qū)分別分布在云體的5～10km、風(fēng)暴中心左邊大塊云系的上部13km以上、10~13km左右的區(qū)域；液態(tài)水粒子等效半徑、液態(tài)水粒子數(shù)濃度和液態(tài)水含量在風(fēng)暴中心區(qū)域存在明顯的大值區(qū)，分別分布在4-9、3-6和5-6km的高度上；其中冰粒子數(shù)濃度小于695個(gè)/1，冰水含量小于1912.0mg/m3。

由‘銚芝”、“浪卡”和“燦都”沿軌的各種參數(shù)（來(lái)自AMSR、CPR和MODIS)圖顯示，三個(gè)熱帶氣旋風(fēng)暴中心區(qū)域的云高并不是云體的最大高度，其降雨高度分別于8km、7km、11km。近地表降水率最高峰值估計(jì)分別達(dá)19.9、15.0、21.1mm/h，垂直降水率小于5.5、11.3、6.1mm/h。冰水柱含量分別小于8.3、4.4、7.6kg/m2；液態(tài)水柱含量(IWP)分別小于2.6、2.7、2.2kg/m2，其中“燦都”液態(tài)水柱含量(LWP)在風(fēng)暴中心區(qū)域存在高峰值。

Cloudsat掃描過(guò)境上述三個(gè)熱帶氣旋時(shí)，雖然掃描到了熱帶氣旋中心，但當(dāng)時(shí)熱帶氣旋并不具備明顯的螺旋形特征。但Cloudsat掃描過(guò)境“派比安”、“薔薇”、“盧碧”和“彩云”時(shí)，這些熱帶氣旋正處于臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)期，Cloudsat觀測(cè)到了明顯的臺(tái)風(fēng)眼。下面將詳細(xì)分析這四個(gè)案例的臺(tái)風(fēng)眼及周圍螺旋云帶的云屬性。圖3為四個(gè)熱帶氣旋在太平洋上的衛(wèi)星云圖，圖4為垂直反射率(左邊)及云類型(右邊)剖面圖。

云微物理屬性垂直分布概念模型及結(jié)論通過(guò)對(duì)CloudSat衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到的7個(gè)熱帶氣旋進(jìn)行研究，得到熱帶氣旋中心及周圍區(qū)域的云微物理屬性垂直分布概念模型。

(1)云中冰水分布在5km以上高度。冰粒子等效半徑隨云高度增加呈減小趨勢(shì)，大值區(qū)分布在云體5～10km高度，7個(gè)熱帶氣旋的最大值為171.7～226.6μm；冰粒子數(shù)濃度隨云高度增加呈增大趨勢(shì)，大值區(qū)分布在云體13km以上高度，7個(gè)熱帶氣旋的最大值為550--2148個(gè)/1；冰水含量隨云高度增加呈先增后減的趨勢(shì)，大值區(qū)分布在云體8～15km高度，7個(gè)熱帶氣旋的最大值為986.0~4009.0mg/m3，其中處于臺(tái)風(fēng)階段的“薔薇”和“盧碧”眼壁區(qū)域的冰水含量隨高度增加呈明顯增大趨勢(shì)，其大值區(qū)分布在云體約13km以上高度。

(2)云中液態(tài)水分布在0.5～9.0km高度。液態(tài)水粒子等效半徑大值區(qū)分布在云體3~9km高度，7個(gè)熱帶氣旋的最大值為19.1～29.4μm；液態(tài)水粒子數(shù)濃度大值區(qū)分布在云體6km以下高度，7個(gè)熱帶氣旋的最大值為93-117個(gè)/1；液態(tài)水含量大值區(qū)分布在約5km高度，7個(gè)熱帶氣旋的最大值為659.0~2029.0mg/m3。

結(jié)合CloudSat和其它A-Train衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到的7個(gè)熱帶氣旋進(jìn)行研究可知，在臺(tái)風(fēng)或超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)階段，云體最大高度存在于臺(tái)風(fēng)眼壁區(qū)域，眼壁云高高達(dá)16.8～17.8km；近地表降水率、冰水柱含量的高峰值大多存在于臺(tái)風(fēng)眼壁區(qū)域，其中眼壁區(qū)域的近地表降水率可超過(guò)20.0mm/h，冰水柱含量可超過(guò)9.1kg/m2。熱帶低壓形成期、熱帶風(fēng)暴和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴時(shí)期，熱帶氣旋云中冰水柱含量在8.3kg/m2以下。7個(gè)熱帶氣旋的垂直降水率和液態(tài)水柱含量值分別在11.3mm/h以下、2.7kg/m2以下。1

臺(tái)風(fēng)眼壁的云結(jié)構(gòu)與降水形成機(jī)制分析風(fēng)是具有暖心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈渦旋，臺(tái)風(fēng)眼壁對(duì)流發(fā)展旺盛，常常形成聳立的云壁，并出現(xiàn)強(qiáng)降水中心。對(duì)颶風(fēng)Humberto云微物理特征進(jìn)行了觀測(cè)研究，研究結(jié)果表明，由于強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，在高空低于－35℃的溫度下冰晶的均質(zhì)核化過(guò)程很活躍。使用MM5模式研究了Nari（2001）臺(tái)風(fēng)的微物理過(guò)程，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)登陸前凝結(jié)及凝固潛熱釋放主要發(fā)生在臺(tái)風(fēng)眼壁的中至高層大氣，冰相粒子（雪花和軟雹）和雨水轉(zhuǎn)化率大值區(qū)集中在臺(tái)風(fēng)眼壁及螺旋雨帶；臺(tái)風(fēng)登陸后，凝結(jié)及凝固潛熱釋放主要發(fā)生在臺(tái)風(fēng)眼壁的低至中層大氣，冰相粒子和雨水轉(zhuǎn)化率大值區(qū)集中在臺(tái)風(fēng)眼壁。

在其他有關(guān)臺(tái)風(fēng)微物理過(guò)程和動(dòng)力過(guò)程的研究中，臺(tái)風(fēng)眼壁也常常被做為研究的重點(diǎn)區(qū)域，但是關(guān)于臺(tái)風(fēng)眼壁云結(jié)構(gòu)和降水形成機(jī)制的研究還不是很多。研究云結(jié)構(gòu)和降水形成機(jī)制，對(duì)于了解臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水的形成，提高降水定點(diǎn)、定量預(yù)報(bào)具有重要意義。

研究使用帶有詳細(xì)微物理過(guò)程的ARPS（Advanced Regional Prediction System）模式，對(duì)臺(tái)風(fēng)韋帕進(jìn)行三重嵌套細(xì)網(wǎng)格模擬，利用模式結(jié)果，對(duì)臺(tái)風(fēng)眼壁強(qiáng)降水中心的云結(jié)構(gòu)和降水形成機(jī)制進(jìn)行分析。

“韋帕”登陸活動(dòng)簡(jiǎn)介0713號(hào)熱帶風(fēng)暴韋帕于2007年9月16日00UTC在西北太平洋洋面上生成，生成后向西北方向移動(dòng)，16日18UTC加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，17日10UTC加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。17日18UTC在臺(tái)灣以東洋面加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心附近最大風(fēng)力16級(jí)（55m·s－1），并逐漸向浙江沿?？拷?8日12UTC減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)并于18日18：30UTC在浙江省蒼南縣霞關(guān)鎮(zhèn)登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力14級(jí)（45m·s－1）。登陸后，強(qiáng)度迅速減弱。18日21UTC進(jìn)入福建減弱為臺(tái)風(fēng)，23UTC減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴。19日00UTC進(jìn)入浙江并于03UTC減弱為熱帶風(fēng)暴，“韋帕”在浙江滯留約15小時(shí)30分鐘之后，先后經(jīng)過(guò)安徽、江蘇，于19日23UTC時(shí)前進(jìn)入黃海?！绊f帕”北上穿過(guò)山東半島東部后，在黃海北部變性為溫帶氣旋。

模式、模擬方案（1）模式、模擬方案簡(jiǎn)介

使用ARPS模式進(jìn)行三重嵌套模擬，模擬區(qū)域和模擬的臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑如圖5所示。三層網(wǎng)格格距分別為27km×9km×5km，第三層區(qū)域關(guān)閉了積云參數(shù)化方案，僅采用了Lin-Tao冰相微物理顯式方案，并輸出云微物理過(guò)程產(chǎn)生量；網(wǎng)格區(qū)域中心為（31°N、120°E），垂直31層，垂直格距500m。邊界層參數(shù)化方案采用Blackadar方案；側(cè)邊界采用時(shí)間可變結(jié)合Radiation側(cè)邊界方案。

模擬利用NCEP逐6h全球最終分析資料（FNL）與MICAPS系統(tǒng)下全球地面資料和探空資料進(jìn)行四維同化作為初始場(chǎng)和側(cè)邊界，每6小時(shí)利用實(shí)測(cè)雨帶反插調(diào)整模式初始水汽場(chǎng)。

（2）利用實(shí)測(cè)雨帶反插調(diào)整模式初始水汽場(chǎng)方法簡(jiǎn)介

對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，一般采用兩種方案，一種沒(méi)有人工干預(yù)，即采用Bogus技術(shù)，將模式起報(bào)時(shí)臺(tái)風(fēng)中心位置、中心氣壓訂正到初始場(chǎng)，Bo-gus技術(shù)在一定程度上彌補(bǔ)了臺(tái)風(fēng)內(nèi)部資料的缺乏。另一種方法是采用人工干預(yù)，每隔一定時(shí)間對(duì)模式初始場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，以確保模擬結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果盡可能一致。

（3）數(shù)值模擬結(jié)果檢驗(yàn)

經(jīng)與國(guó)家氣象中心客觀定位路徑比較，模擬的臺(tái)風(fēng)中心登陸地點(diǎn)稍偏南，但臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)情況與客觀定位非常接近，ARPS模式成功地模擬出0713號(hào)臺(tái)風(fēng)的登陸與登陸后的北移。模式海平面臺(tái)風(fēng)中心強(qiáng)度和實(shí)況對(duì)比顯示，模式海平面臺(tái)風(fēng)中心強(qiáng)度比實(shí)況稍偏弱，最大相差11．6hPa。模式6小時(shí)累積降水量與實(shí)況對(duì)比顯示，ARPS模式成功地模擬出6小時(shí)累積雨帶的范圍、強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)，模擬的臺(tái)風(fēng)6小時(shí)強(qiáng)降水中心的強(qiáng)度和位置與實(shí)況比較一致，說(shuō)明采用實(shí)測(cè)雨帶反插調(diào)整模式初始水汽場(chǎng)方法提高了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，模式結(jié)果能夠反映大氣的基本狀況和規(guī)律，可以用模式結(jié)果分析臺(tái)風(fēng)云微物理過(guò)程及動(dòng)力、熱力過(guò)程。圖6為2007年9月19日00UTC模式6小時(shí)累積降水量與實(shí)況對(duì)比，圍繞臺(tái)風(fēng)眼有兩個(gè)強(qiáng)降水中心，東北方向50mm強(qiáng)降水中心位于（29．5°N、121．8°E），西南方向70mm強(qiáng)降水中心位于（28．3°N、120．4°E）。

臺(tái)風(fēng)眼水物質(zhì)垂直平均值水平分布ARPS模式Lin-Tao冰相微物理方案包括6種水物質(zhì)，即水汽（qv）、云水（qc）、雨（qr）、冰晶（qi）、雪（qs）、霰/雹（qh），將6種水物質(zhì)的格點(diǎn)比含量進(jìn)行垂直平均（簡(jiǎn)稱水物質(zhì)垂直平均值），得到2007年9月19日00：00UTC臺(tái)風(fēng)眼水物質(zhì)垂直平均值水平分布情況（圖7）。圖中可見(jiàn)，臺(tái)風(fēng)眼結(jié)構(gòu)清晰，臺(tái)風(fēng)中心位于（27．5°N、120．5°E）。

臺(tái)風(fēng)眼周圍水物質(zhì)比含量都比較大，與50mm強(qiáng)降水中心（29．5°N、121．8°E）對(duì)應(yīng)的冰晶、雪和霰比含量均較大，云水和雨水比含量也較大，水汽含量豐富。與70mm強(qiáng)降水中心（28．3°N、120．4°E）對(duì)應(yīng)的霰和雪比含量較大，但是云水和冰晶比含量較低，云水轉(zhuǎn)化率幾乎為零。雨水（qr）垂直平均值水平分布顯示，（29．5°N、121．8°E）點(diǎn)雨水比含量較大，而（28．3°N、120．4°E）點(diǎn)則較小。

臺(tái)風(fēng)眼熱力和動(dòng)力場(chǎng)垂直結(jié)構(gòu)沿27．5°N做緯向剖面，給出臺(tái)風(fēng)眼熱力、動(dòng)力場(chǎng)垂直結(jié)構(gòu)。臺(tái)風(fēng)眼右側(cè)為上升氣流，垂直上升速度最大達(dá)到3m·s－1，左側(cè)為下沉氣流，最大達(dá)到2m·s－1，臺(tái)風(fēng)眼中為下沉氣流，位溫曲線顯示臺(tái)風(fēng)眼為暖心結(jié)構(gòu)。

研究結(jié)論對(duì)上述分析總結(jié)如下：冰相微物理過(guò)程是啟動(dòng)和形成臺(tái)風(fēng)眼壁暴雨的主要機(jī)制。在9000～14000m高空，云水在很低的溫度下均質(zhì)核化產(chǎn)生冰晶，或經(jīng)非均質(zhì)核化形成云冰；冰晶通過(guò)凝華增長(zhǎng)（psfi貝吉龍過(guò)程），雨水收集云冰產(chǎn)生雪（praci）和冰晶粘附雨水成雪（piacr）過(guò)程生長(zhǎng)為雪；霰產(chǎn)生主要包括4個(gè)過(guò)程：冰晶接觸雨水使其成霰（piacr），雪撞凍云水使其成霰（psacr）和雨水收集云冰轉(zhuǎn)化成霰（praci）或雨水凍結(jié)為霰（pgfr）；霰粒子通過(guò)收集云冰干增長(zhǎng)（dgaci），霰撞凍云滴增長(zhǎng)（dgacw）等過(guò)程生長(zhǎng)；霰融化（pgmlt）和雪融化（psmlt）成雨水后再通過(guò)碰并云水等暖云生長(zhǎng)過(guò)程，最后形成雨水。

霰過(guò)程的強(qiáng)弱在雨水形成機(jī)制中很重要。（29．5°N、121．8°E）和（28．3°N、120．4°E）強(qiáng)降水中心冰晶轉(zhuǎn)化率沒(méi)有太大差別，但是（29．5°N、121．8°E）強(qiáng)降水中心上空冰晶通過(guò)貝吉龍過(guò)程快速成長(zhǎng)為雪和霰，霰粒子增長(zhǎng)過(guò)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于（28．3°N、120．4°E）強(qiáng)降水中心，低空又有較高的云水轉(zhuǎn)化率，使降水粒子在暖云中繼續(xù)快速生長(zhǎng)，冷暖云過(guò)程的有利配置使位于（29．5°N、121．8°E）中心出現(xiàn)較強(qiáng)雨水轉(zhuǎn)化率。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

趙陽(yáng)國(guó) - 副教授 - 中國(guó)海洋大學(xué)