西北太平洋高空冷涡对台风路径突变影响的机理研究

An accurate forecast for sudden change of typhoon motion is a great challenge in warning disastrous weather nowadays. Observational studies show that the sudden change phenomena occur frequently over the offshore area of China, often leading to serious damage. So the mechanism study on sudden change of typhoon track has become a frontier topic in recent tropical cyclone research. The sudden change of typhoon track is generally related to the rapid adjustment of atmospheric circulation and the interaction between typhoon and other weather systems. Note that the Upper Tropospheric Cold Low (UTCL) over the western North Pacific is one of the systems which may have interaction with tphoon. This study will verify its importance in sudden change of typhoon tracks, and investigate the interaction between UTCL and typhoon under the backgound of atmospheric circulation adjustment, as well as the impact of UTCL on typhoon motion. In this study, statistical analysis will be used to explore the relationship between UTCL and typhoon motion with the purpose of getting their observational activity features. Then based on diagnostic analysis and numerical sensitivity experiments, the UTCL's structure, evolvement and its relationship with typhoon movement will be studied in detail,to get better understanding on the impact mechanism of UTCL on typhoon motion sudden change with a view to exploring the rapid change of enviornmental flow and the interaction between a baroclinic and a barotropic vortex. Finally,a concept model of typhoon track sudden change under the effect of UTCL is to be established.

台风路径突变是当代灾害性天气预报预警的重大难题。观测研究表明，我国近海台风路径突变现象频率较高，常造成重大灾害，其机理研究是台风路径突变预报的前沿科学问题。台风路径突变的一个重要机理是：大气环流的迅速调整及台风和不同天气系统的相互作用。本项目研究内容是：在论证西北太平洋高空冷涡（UTCL）对台风路径突变的重要影响基础上，探索大气环流迅速调整过程中UTCL和台风系统的相互作用；并研究相互作用过程中UTCL对台风路径突变的影响。首先运用多年的台风和UTCL观测资料分析台风路径突变和UTCL的相关性，得到两者关系的统计特征；采用诊断分析和数值试验研究大气环流调整条件下UTCL的结构特征、发展演变规律及其与台风移动的关系，分析出环境场条件突变以及斜压和正压涡旋相互作用两个方面对台风路径突变的影响机理；从而建立UTCL影响台风路径突变的概念模型，为台风路径预报提供扎实的理论基础。

近年来台风（TC）路径预报水平逐步提高，但突变路径预报仍是个难题，这主要与台风路径突变的机理认识不足有关。而在TC活动的海域和季节里，还活跃着另一类涡旋系统，但没引起足够重视，这就是高空冷涡（UTCL），而他们可能是引起TC路径突变的一个重要系统。本项目基于大样本的历史数据，统计发现TC与UCTL关系十分密切，约73%的TC存在UTCL伴随活动，这其中约61%的TC与UTCL二者中心距离小于15个经纬度这一可能发生相互作用的距离。进一步分析表明，在这一距离内UTCL对TC的运动和强度变化均有影响。与气候平均相比，TC平均移速减慢，在UTCL特定方位和距离，TC路径偏折角度增大或减小。当两者距离小于5经纬度时，大多数左折TC发生左折突变。说明UTCL是影响TC路径突变的一个重要系统。西北太平洋UTCL中83%来源于太平洋中部上层槽切断涡旋，即TUTT-cell，17%来自于西风槽的切断冷涡。分析TUTT-cell的活动规律、结构及其演变特征发现，平均而言，TUTT-cell涡度中心位于225hPa，冷中心位于250hPa，水平尺度4个经纬度，正涡度柱垂直伸展于550-125hPa，具有与TC环流相互交叠相互作用的基础。同时，本项目还剖析了台风异常路径种类特征、我国沿海突变路径地理分类特征以及台湾岛复杂地形下异常路径分布特征，指出TC路径突变的多样特征以及复杂的影响因子。.项目基于多样本合成分析以及典型个例诊断结果指出，UTCL对TC路径变化的影响机制主要包括：在相互作用过程中改变TC引导气流从而影响TC运动；牵制TC引导系统活动从而影响TC运动；以及改变TC气压梯度力及其所受合力从而改变TC运动趋向，对TC有一定吸引作用。在我国近海复杂地形以及大气环流多变的环境下，TC路径突变是UTCL与地形和其它大气环流系统协同作用的结果。数值试验和集合天气学分析进一步表明，UTCL是影响TC路径突变的一个重要因子，对其活动成功描述是减小突变路径预报不确定性的一个重要方面。但TC-UTCL相互作用过程十分复杂，UTCL对于不同方位、不同距离、不同强度TC路径变化的影响不尽相同。.本项目研究在TC运动变化与UTCL的相关性、UTCL结构特征及其对TC突变路径的影响机制方面获得了一些新的认识，并基于研究结果提出UTCL影响TC路径突变的概念模型。可为TC突变路径预报提供科学依据和参考。