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熱帶氣旋發(fā)生和發(fā)展于熱帶洋面上中尺度的天氣系統(tǒng)，呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。風(fēng)速每秒大于32.7 米的熱帶氣旋，在西太平洋沿岸被稱為臺(tái)風(fēng)，在大西洋沿岸被稱為颶風(fēng)。由于臺(tái)風(fēng)伴隨大風(fēng)和暴雨，往往引起途經(jīng)地區(qū)巨大的災(zāi)害，特別是我國沿岸地區(qū)每年都會(huì)經(jīng)受臺(tái)風(fēng)及其伴隨的災(zāi)害，如風(fēng)暴潮的影響。因此如何準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)對(duì)于沿岸地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)有著重要的意義。
隨著科技的進(jìn)步，過去幾十年來臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)的誤差迅速減少，而強(qiáng)度預(yù)報(bào)的誤差改進(jìn)較慢，因而有必要重新審視臺(tái)風(fēng)發(fā)生、發(fā)展和變化的過程和機(jī)理。
臺(tái)風(fēng)雖然發(fā)生發(fā)展于海洋，路徑主要由大氣的背景氣流控制，臺(tái)風(fēng)南部和北部受到地球的地轉(zhuǎn)偏向力不同，總有往北偏移的趨勢(shì)，可以將其想象成水面上的小舟隨波逐流。總體來說，西北太平洋臺(tái)風(fēng)在產(chǎn)生之后會(huì)往西北方向移動(dòng)。由于過去幾十年國際大氣的數(shù)值預(yù)報(bào)模式的發(fā)展，使得臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力迅速提高，然而為何臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的改善不明顯，對(duì)此學(xué)術(shù)界眾說紛紜：有的學(xué)者認(rèn)為是對(duì)臺(tái)風(fēng)頂部的上邊界層以及與海洋接觸的下邊界層的物理過程認(rèn)識(shí)不足，有的學(xué)者認(rèn)為是對(duì)臺(tái)風(fēng)本身的變化機(jī)制理解不足，有的學(xué)者則認(rèn)為是對(duì)海洋和臺(tái)風(fēng)相互作用認(rèn)識(shí)不足。
從海洋和臺(tái)風(fēng)的相互作用來看，臺(tái)風(fēng)普遍發(fā)生發(fā)展在溫暖的洋面上，一般認(rèn)為海表溫度在26.5 ℃以上，暖的海表能向臺(tái)風(fēng)輸送熱量和水汽，使其增強(qiáng)。由于臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)在海表存在輻合，因此增強(qiáng)后的臺(tái)風(fēng)能將更多的水汽和熱量帶至內(nèi)部，變得更強(qiáng)，此為海洋和臺(tái)風(fēng)的正反饋過程。然而，臺(tái)風(fēng)并不會(huì)無限增強(qiáng)，這是因?yàn)榕_(tái)風(fēng)也會(huì)引起海表溫度降低，使得海表不能再提供足夠的熱量和水汽，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)不那么容易增強(qiáng)，甚至出現(xiàn)減弱現(xiàn)象。總之，海洋和臺(tái)風(fēng)的相互作用過程導(dǎo)致了臺(tái)風(fēng)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的情況。最新研究表明，在上層海洋不容易混合或者上層海洋暖水比較深厚的地區(qū)，海表不容易冷卻，往往容易導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)快速強(qiáng)化，反之臺(tái)風(fēng)減弱。由于目前臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式中的海氣耦合仍有提升空間，比如上層海洋溫度的實(shí)時(shí)變化、水平分布的變化，以及海洋的反饋過程等，因而這可能是局限臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的關(guān)鍵因素。
從臺(tái)風(fēng)期間的海氣界面情況來看，臺(tái)風(fēng)會(huì)導(dǎo)致海氣界面呈現(xiàn)氣和水之間的“飛沫”狀態(tài)，也會(huì)引起強(qiáng)烈的海表面波，使得這一層的物理性質(zhì)明顯變化。比如常用的計(jì)算風(fēng)應(yīng)力的拖曳系數(shù)，在低風(fēng)速下隨風(fēng)速增加，而在臺(tái)風(fēng)這樣的風(fēng)速下則呈現(xiàn)基本不變甚至減少。“飛沫”狀態(tài)下海表的海氣熱通量和水汽通量與平時(shí)也有顯著的不同，甚至也會(huì)影響海氣界面氣體，如二氧化碳和氧氣的交換。由于臺(tái)風(fēng)本身強(qiáng)度的變化很大程度上源自對(duì)海表熱量和水汽的吸收，而且這些通量的水平分布也在很大程度上影響臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度，比如在臺(tái)風(fēng)眼壁附近增大海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的熱輸送，能明顯增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，因而深入了解臺(tái)風(fēng)期間海氣界面特征和通量特征，是提升臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的另一個(gè)關(guān)鍵。目前臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式中對(duì)海氣界面過程的模擬和參數(shù)化仍然還有很大的改進(jìn)空間。
臺(tái)風(fēng)是在海洋上發(fā)生和發(fā)展的天氣現(xiàn)象，對(duì)于臺(tái)風(fēng)期間上層海洋以及海氣界面認(rèn)識(shí)的不斷深入，有望改進(jìn)過去幾十年來臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不高的困境，進(jìn)一步減少臺(tái)風(fēng)所造成的災(zāi)害。
熱帶氣旋發(fā)生和發(fā)展于熱帶洋面上中尺度的天氣系統(tǒng)，呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。風(fēng)速每秒大于32.7 米的熱帶氣旋，在西太平洋沿岸被稱為臺(tái)風(fēng)，在大西洋沿岸被稱為颶風(fēng)。由于臺(tái)風(fēng)伴隨大風(fēng)和暴雨，往往引起途經(jīng)地區(qū)巨大的災(zāi)害，特別是我國沿岸地區(qū)每年都會(huì)經(jīng)受臺(tái)風(fēng)及其伴隨的災(zāi)害，如風(fēng)暴潮的影響。因此如何準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)對(duì)于沿岸地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)有著重要的意義。
隨著科技的進(jìn)步，過去幾十年來臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)的誤差迅速減少，而強(qiáng)度預(yù)報(bào)的誤差改進(jìn)較慢，因而有必要重新審視臺(tái)風(fēng)發(fā)生、發(fā)展和變化的過程和機(jī)理。
臺(tái)風(fēng)雖然發(fā)生發(fā)展于海洋，路徑主要由大氣的背景氣流控制，臺(tái)風(fēng)南部和北部受到地球的地轉(zhuǎn)偏向力不同，總有往北偏移的趨勢(shì)，可以將其想象成水面上的小舟隨波逐流。總體來說，西北太平洋臺(tái)風(fēng)在產(chǎn)生之后會(huì)往西北方向移動(dòng)。由于過去幾十年國際大氣的數(shù)值預(yù)報(bào)模式的發(fā)展，使得臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力迅速提高，然而為何臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的改善不明顯，對(duì)此學(xué)術(shù)界眾說紛紜：有的學(xué)者認(rèn)為是對(duì)臺(tái)風(fēng)頂部的上邊界層以及與海洋接觸的下邊界層的物理過程認(rèn)識(shí)不足，有的學(xué)者認(rèn)為是對(duì)臺(tái)風(fēng)本身的變化機(jī)制理解不足，有的學(xué)者則認(rèn)為是對(duì)海洋和臺(tái)風(fēng)相互作用認(rèn)識(shí)不足。
從海洋和臺(tái)風(fēng)的相互作用來看，臺(tái)風(fēng)普遍發(fā)生發(fā)展在溫暖的洋面上，一般認(rèn)為海表溫度在26.5 ℃以上，暖的海表能向臺(tái)風(fēng)輸送熱量和水汽，使其增強(qiáng)。由于臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)在海表存在輻合，因此增強(qiáng)后的臺(tái)風(fēng)能將更多的水汽和熱量帶至內(nèi)部，變得更強(qiáng)，此為海洋和臺(tái)風(fēng)的正反饋過程。然而，臺(tái)風(fēng)并不會(huì)無限增強(qiáng)，這是因?yàn)榕_(tái)風(fēng)也會(huì)引起海表溫度降低，使得海表不能再提供足夠的熱量和水汽，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)不那么容易增強(qiáng)，甚至出現(xiàn)減弱現(xiàn)象。總之，海洋和臺(tái)風(fēng)的相互作用過程導(dǎo)致了臺(tái)風(fēng)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的情況。最新研究表明，在上層海洋不容易混合或者上層海洋暖水比較深厚的地區(qū)，海表不容易冷卻，往往容易導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)快速強(qiáng)化，反之臺(tái)風(fēng)減弱。由于目前臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式中的海氣耦合仍有提升空間，比如上層海洋溫度的實(shí)時(shí)變化、水平分布的變化，以及海洋的反饋過程等，因而這可能是局限臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的關(guān)鍵因素。
從臺(tái)風(fēng)期間的海氣界面情況來看，臺(tái)風(fēng)會(huì)導(dǎo)致海氣界面呈現(xiàn)氣和水之間的“飛沫”狀態(tài)，也會(huì)引起強(qiáng)烈的海表面波，使得這一層的物理性質(zhì)明顯變化。比如常用的計(jì)算風(fēng)應(yīng)力的拖曳系數(shù)，在低風(fēng)速下隨風(fēng)速增加，而在臺(tái)風(fēng)這樣的風(fēng)速下則呈現(xiàn)基本不變甚至減少。“飛沫”狀態(tài)下海表的海氣熱通量和水汽通量與平時(shí)也有顯著的不同，甚至也會(huì)影響海氣界面氣體，如二氧化碳和氧氣的交換。由于臺(tái)風(fēng)本身強(qiáng)度的變化很大程度上源自對(duì)海表熱量和水汽的吸收，而且這些通量的水平分布也在很大程度上影響臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度，比如在臺(tái)風(fēng)眼壁附近增大海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的熱輸送，能明顯增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，因而深入了解臺(tái)風(fēng)期間海氣界面特征和通量特征，是提升臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的另一個(gè)關(guān)鍵。目前臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式中對(duì)海氣界面過程的模擬和參數(shù)化仍然還有很大的改進(jìn)空間。
臺(tái)風(fēng)是在海洋上發(fā)生和發(fā)展的天氣現(xiàn)象，對(duì)于臺(tái)風(fēng)期間上層海洋以及海氣界面認(rèn)識(shí)的不斷深入，有望改進(jìn)過去幾十年來臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不高的困境，進(jìn)一步減少臺(tái)風(fēng)所造成的災(zāi)害。