近赤道罕见台风的发展外文翻译资料

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近赤道罕见台风的发展

Chang, C.-P¹, Teo Suan Wong²

1、Department of Atmospheric Sciences National Taiwan University, Taipei, Taiwan, ROC

1、Department of Meteorology Naval Postgraduate School, Monterey, California, USA cpchang@nps.edu

2、Meteorological Services Division National Environment Agency, Republic of Singapore

摘要：2001年12月27日在南海南部形成的台风Vamei是赤道1.5度以内的首次观察到的热带气旋。 这次罕见的事件是首先通过美国海军舰艇观察台风强度风进而发现的，并且通过卫星和雷达成像证实了台风眼结构的存在。 本文回顾了这些观察，并讨论了可以解释Chang等人（2003年）提出的过程的动力学理论，其中与婆罗洲漩涡相互作用的强烈的寒冷事件导致赤道发展。 正如Chang等人所指出的，最有趣的问题不在于Vamei如何形成如此接近赤道，而是为什么在此之前没有观察到这种形成。

一 介绍

热带气旋形成的一个普遍接受的条件是位置“远离赤道”，这个条件是基于在赤道缺乏科里奥利效应，并由一个多世纪的观察发现支持的，大多数热带气旋发生在向极方5°纬度（Gray，1968; McBride，1995）。以前的记录是由1956年的3.3°N台风莎拉创造（Fortner，1958年）。在2001年12月27日00时在1.5°N的南海南端形成的台风Vamei，这个纬度被大多数教科书（例如Anthes，1982）认为不可能发展台风，这个气旋是由日本气象厅命名，最初被确定为热带风暴，风速为21ms-1，而后被夏威夷联合台风警报中心（​​JTWC）升格为台风。图1显示了由JTWC发布的Vamei的最佳轨迹和强度，这场风暴于2001年12月27日（星期三）08时在新加坡东北约50公里的马来西亚半岛南端柔佛山登陆，在登陆时，它迅速减弱为热带低气压，而后它继续向西北方向移动，穿过柔佛州南部、马六甲海峡，并在苏门答腊岛再次登陆。进入孟加拉湾后风暴重新发展，在12月31日孟加拉中部湾消散前一直向西北方向移动。在在台风12小时的短暂时期内与增强为热带风暴12小时的内，Vamei已经损害了包括载体在内的两艘美国海军舰艇，并在马来西亚半岛南部的柔佛，巴杭州造成洪水和泥石流，超过17,000人被疏散，5人丧生。
JTWC将Vamei升级为台风类别主要根据在小型眼墙内几艘美国海军舰艇的观测报告，持续风力为39ms-1，阵风高达54ms-1。由于它的赤道纬度，热带气旋预报员对台风结构及其发展过程颇有兴趣。本文将回顾用于观察台风Vamei发展的相关数据，并讨论其可能形成机制的一些理论考虑。

图1. 2001年12月1200 UTC 至2002年1月00 UTC Vamei的最佳路径和强度。（图由联合台风警报中心。）

二 背景流和观察发展

Vamei于2001年12月底发展，接近亚洲冬季风季节中期，中纬度地区的斜压性强，东北风偏低。清新的东北风或冷潮（Chan和Li，2004; Chang et al. ， 2004，2005）偶尔发生并在赤道蔓延。虽然冷潮的风通常是干燥的，但它们被水的轨迹淹没（Johnson和Houze，1987），并且与海洋陆地增加的深层对流和增加的上层流体相关，这与东亚地区哈德利细胞的增强有关（Lau and Chang，1987）。大约两天内，冷空气能够到达赤道（Chang等，1983）。潜在涡度的保护导致空气在穿越赤道之后向东转。这些南半球的赤道西风带可能会使澳大利亚季风增强，使之更往南，处于10°S和20°S之间，热带气旋发生频繁地发生在此处（例如，Holland，1984; McBride，1995）。

天气大小的扰动也发生在婆罗洲岛附近（Johnson和Houze，1987; Chang等，2005）。在这个地区，由于中国南海的平均东北风最大值以及与亚洲冬季风相关的赤道西风，这低水平的基态背景涡度是气旋的。因此，这种基本状态的扰动常常放大成天气尺度的气旋循环。这些干扰通常发生在寒冷东北风的东南部的主要地区。通常，循环是作为准静止的低水平气旋循环存在的，这是北方冬季气候学的一个持续特征（Johnson和Houze， 1987; Chang et al. , 2005）。虽然在岛上的东面循环可能没有完全关闭，它被称为婆罗洲涡（Chang et al. , 2004,2005）。沿婆罗洲西北海岸的涡流的平均位置可以在图2中看到,其中显示了1999/2000-2001/2002年。

图2. 1999/2000-2001/2002冬季（DJF）850 hPa NOGAPS 1°times;1°平均风场和涡度场（轮廓：实线—正;虚线—负数;间隔2times;10^-5 s^-1） 和基于25公里分辨率的QuikSCAT风的表面涡度（黄色—正；绿色—负）[来自Chang等人（2003年），获得美国地球物理联盟许可。]

12月-2月平均值为850 hPa，从1°times;1°海洋作战全球大气预报系统（NOGAPS）分析，覆盖了QuikSCAT卫星散射仪风的表面涡度。婆罗洲漩涡通常与深层对流和强烈的潜热释放相关联，并且常常存在上层发散。然而，由于大部分时间涡流循环的重要部分都在陆地上（图3），即使当涡流漂移到北部婆罗洲，在5°N和7°N之间，这个纬度被认为更有利于热带气旋发展，但涡旋发展成热带气旋却非常困难（Chang et al. , 2003）。

图3.基于未过滤的925 hPa风的流线分析了婆罗洲涡中心位置。 （NCEP/NCAR再分析风场为925 hPa，2.5°times;2.5°网格，21个北半球的冬季（1980年12月至2001年2月）[Chang等人（2005）获得美国气象学会许可。]

Chang et al. (2003) 提供了在Vamei发展之前的天气事件的以下描述。从2001年12月19日开始，南海海域的冷潮急剧发展，而西北海岸的婆罗洲漩涡中心位于3°N附近（未给出）。 850hPa NOGAPS风场分析与图4中涡度描述了沿着婆罗洲海岸向赤道的涡旋的西南运动。截至十二月二十一日，涡旋中心已经离开海岸，南海南端的海域缩小至约500公里，东部有婆罗洲，马来半岛和苏门答腊岛西。这个水位过高了几天。涡旋中心仍然在狭窄的赤道海域，强劲的东北风暴持续存在，并略微偏转到涡旋西北部。由于婆罗洲漩涡附近的“陷阱” 持续激增是不寻常的，因为通常情况下，由于中国南海中部西南的强浪潮，涡旋中心将向东推动。因此，绕赤道的绕流与大于1times;10-5 s-1的气旋相对涡度的背景区域，这与科里奥利参数相差5°或更远离赤道。

图4. 2001年12月20日00时，NOGAPS 1°times;1°850 hPa风和涡度（红—正，绿—负）。

图5. 2001年12月27日的MODIS卫星图像，显示新加坡附近的台风Vamei。（图由新加坡国立大学林霍克教授提供）

图5显示了2001年12月27日的MODIS卫星图像。Vamei的流通中心估计在1°N北部，但云下不能观察到其眼墙结构。尽管台风的尺度相当小，被一些研究人员（如DeMaria和Pickle，1988）认为是低纬度TC的特殊特征，从中心周围发出的螺旋云带清楚地表明赤道两边都有风暴循环。图6显示了当天0232 UTC的日本地球静止气象卫星图像。来自赤道两边的支流螺旋地进入Vamei的中心，此处可见小眼墙。在前两小时内，TRMM和SSM / I图像中也观察到台风眼（未给出）。从不同传感器估计的眼墙直径从28公里到50公里。 Vamei在南海南端的小尺度使得难以从地面观测中观察到最高的风速，也难以从卫星图像估计其强度。因此，该地区的所有国家气象服务都将其视为热带风暴。没有机会通过USS卡尔文森号航母集团通过其眼墙，JTWC可能无法将风暴的强度上升到台风的强度。

图6. 在0232 UTC 2001年12月27日日本地球静止气象卫星图像。该地区的所有国家气象服务部门报告称为热带风暴。

图7.樟宜机场（新加坡）多普勒天气雷达图像（彩色图例以每三小时一间隔为单位，以毫米/小时为单位），时间顺序从右到左分别为：1930 UTC 12月26日 右侧图），2230 UTC（中图）和0130 UTC 12月27日（左图）。

图7显示了在Vamei抵达前12小时内，新加坡樟宜机场的多普勒天气雷达图像。 Vamei眼墙的快速发展在3小时的间隔内可以轻松看到。当风暴在2001年12月26日（星期三）的时候进入雷达范围时，眼墙刚刚开始形成一个不规律的边界（右图）。 3小时后，在2230年UTC（中图）组织相当完美，眼墙的几何中心接近1.4°N。截至0130 UTC 12月27日（左图），眼墙已经成为一个几乎对称的圆形特征。

图8. 2001年12月26日UTC时间：2232 UTC的QuickSCAT卫星散射仪风向和速度（颜色阴影和箭头长度），显示了Vamei的台风强度以及南海北部上游持续残余的大风。 详情请见文字。 （图表由喷气推进实验室/ NASA提供）
从QuickSCAT卫星散射仪风数据可以看出Vamei的强度及其与冷潮的关系。图8显示，2001年12月26日UTC时的QuickSCAT风向和风速捕获了Vamei发展为台风强度的信号，以及南海北部上游持续大风的残余。在南部周边，10米高度处的风速在约1°纬度times;1度经度的区域已经达到27毫秒以上。北螺旋带延伸至约6°N，并与北部的冷潮风带分离。

三 冬季风的作用及其可能的机制

基于低层次循环的天气序列，Chang等 （2003）认为，Vamei是由于亚洲冬季风的两个突出特征之间的相互作用而形成的：一个是在南中国海南端的婆罗洲微弱涡旋， 以及在赤道造成大背景气旋涡度的强烈而持续的冷潮。

二十年前在Lim和Chang（1981）的冷潮理论中提出了类似的赤道生成过程，他们使用赤道beta;平面赤道波理论的框架。 在他们的正压理论中，赤道赤道涡旋在向东方向的逆时针方向旋转时，地转调节和位涡守恒得到了控制，在现实世界中，婆罗洲涡旋位于此处。 在台风Vamei发展过程中，Lim和Chang的冷潮理论与观察到的低水位流量进行了比较。图 9中，上部（A和B）在压力波动中显示三天的理论解决方案，下部（C和D）分别显示2007年12月19日和12月22日的NOGAPS 850 hPa风场分析。

图9. Lim和Chang（1981）正压赤道beta;平面冷潮理论（A和B图）的比较，观察到NOGAPS 850 hPa风分析（图C和D），每个时间间隔三天。由于南海的狭窄宽度，将剧烈波动带的宽度限制在无地形赤道beta;平面方案的大约一半，可以通过理论对比与实际发展情况进行比较将上图东—西尺寸调整为原始尺寸的一半（L = 15°经度而不是30°），或将图A和B中突出显示的矩形区域视为与NOGAPS图的范围相当。图B高中心的位置也向东偏移了0.4L，这说明了东亚地表高度中心向东运动，以及南海海浪带受地理限制。详情请见文字。 （Lim和Chang（1980）和Chang et al.（2003年），分别由美国气象学会和美国地球物理联盟授权。

图A显示了以30°N为中心的高压异常诱发的无平均流量赤道波浪情况的理论解，这种模式类似于随着东亚 - 西南倾斜发展，东亚地区高中心东南运动之后的典型的冷潮事件。这种倾斜是由于赤道beta;平面Rossby波的分散特性，其中更低的子午线具有靠近赤道的更大振幅，因此更快地向西传播。由于东北风在高压南部增强，它向南流动，经过赤道之后，在赤道与东经15°S向东转。 B图显示三天后的状况，东北 - 西南倾斜变得更加明显。在东北风暴东南部，西南部的赤道风产生一个波动（区域d），当它们向南流后与赤道东风带汇合。涌态和区域d之间的区域是赤道上的东北 - 西南方向的逆时针循环,流动模式（赤道东西以西）主要是分散罗斯贝波群的表现。下图显示了冷涌开始时的NOGAPS 850 hPa风场分析（图C; 0000 UTC十二月），三天后（D组; 0000 UTC 12月22日）。由于南海宽度狭窄，海浪带宽度被限制在750公里左右，在不受任何地形限制下，约为图B赤道beta;平面的一半。因此，可以通过将图上的东西尺寸缩小到原始尺寸的一半（L = 15°经度而不是30°））进而对理论和实际发展进行比较，或者处理突出显示的矩形区域在图A和B中，与NOGAPS图的领域相当。图B高中心的位置也向东偏移了0.4升，由于低的区域尺度和实况中冷空气爆发事件的两个因素，导致其较慢的传播：东亚地表高中心向东移动是由西风平均流量以及固定位置的浪涌带，这个浪涌带是由在地理上被中国南海所限制的。

四 结语：根据台风Vamei提出的关键问题

自从观察台风Vamei以来，一些建模研究已经成功地模拟了在赤道形成这号台风的情况（例如Chambers和Li，2007; Juneng et al.，2007; Koh，2006）。这并不奇怪，因为冬季季风循环与复杂地形之间的相互作用以及来自温暖的海洋表面的水分提供了台风发展的涡度和潜热源。然而，导致台风Vamei发展的强冷潮和婆罗洲漩涡都经常被观察到，每年冬天中国南海亚洲冬季风的主要系统，丰富的低温暖湿空气都存在。所以最有趣的问题不仅仅是如何或为什么台风Vamei可以形成如此接近赤道，而是为什么在赤道中国南海地区没有观察到更多的台风形成。 Chang等（2003）假定这个原因是由于赤道南海的狭窄范围。在台风Vamei的形成之前，强劲的冷潮在南

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