进展:双台风相互作用对台风强度的影响


双台风相互作用给台风的预报工作带来了极大挑战。自从日本气象学家Fujiwhara在水槽实验中发现了双涡旋的相互作用(藤原效应),双台风相互作用得到了广泛的关注。大量研究工作揭示了双台风路径变化的特点,然而双台风的相互作用对台风强度究竟有何影响?本研究通过理想试验,对这一问题进行解答。

通过WRF模式,对两个完全相同且处于成熟阶段的轴对称涡旋进行模拟,其中环境场处于静止状态,模式采用f平面,海温固定模式内层网格水平分辨率为3 km试验结果表明,双台风在初始距离不超过600 km时发生合并现象(图1a,c双台风的强度变化呈现三个阶段(图1b,d:(1)快速减弱,(2)缓慢变化,(3)再次减弱。进一步分析表明,这三个阶段的强度变化与台风高层的垂直风切变(100-300 hPa)具有很好的对应关系(图2。由于试验的环境风场为零,所以任意一个台风所受到的垂直风切变只能来自于另一个台风,具体说,来自于另一个台风的高层反气旋upper-level anticycloneULA

1. 双台风的(a,c)路径和(b,d)强度演变。a,b合并试验,图c,d合并试验其中红色曲线为初始时刻位于东边的台风(ETC),蓝色曲线为初始时刻位于西边的台风(WTC,灰色曲线为双台风合并后的强度变化。绿色曲线表示双台风之间的距离。黑色曲线为单个台风模式积分的强度变化b,d中的黑色虚线分隔了强度变化的不同阶段。

                                                                                                                                                

2. 垂直风切变(黑色曲线)和3小时中心气压变化(灰色曲线)。其中蓝色点表示正的3小时变压(减弱),红色点表示负的3小时变压(增强)。高层和整层的垂直风切变分别用黑色实线和虚线表示。(a合并,(b未合并


在第一阶段(快速减弱),可以观察到任意一个台风的高层存在经过台风中心的非对称风,并且这支非对称风的垂直廓线与另一个台风经过该台风中心ULA一致。可以推断,双台风提供了彼此的高层垂直风切变。在垂直风切变的影响下,台风的高层涡旋表现出较强的非对称性和倾斜。与此同时,通过位温收支方程可以证明,台风高层的垂直风切变增强了台风高层暖心通风效应(径向的扰动平流),破坏了台风的暖心结构,从而削弱了台风的强度

在第二阶段(缓慢变化),由于双台风的高层出流在彼此靠近的一侧相互阻碍,抑制了该侧的次级环流,从而产生了下沉异常。通过动量收支方程可以发现,ULA被向下平流。随着高层垂直风切变下边界300 hPa的反气旋切向风逐渐增大,最终超过上边界100 hPa所以双台风靠近侧高层出流的辐合作用导致台风高层的垂直风切变先减小再增大,但整个过程垂直风切变的量级没有显著增加,故而双台风的强度处于缓慢变化

在第三阶段(再次减弱),对于合并的双台风,由于ULA持续的垂直平流作用,台风的高层垂直风切变持续增强并保持在较大的程度,从而再次增强了台风高层暖心的通风效应,导致台风的中心气压上升另外,研究发现当双台风的距离超过1600 km后,双台风不再减弱。这一距离与试验中ULARossby形半径(1500-1700 km)相当,并且符合前人关于双台风判别的研究。所以,台风高层反气旋的Rossby变形半径或可作为辨别双台风的依据。对于合并的情况,双台风在彼此靠近的过程中台风内核区水平形变导致涡旋结构的非对称性加剧,从而造成双台风快速减弱。合并后的台风很快增强。


上述工作以"Intensity Change of Binary Tropical Cyclones (TCs) in Idealized Numerical Simulations: Two Initially Identical Mature TCs"为题发表在《Journal of the Atmospheric Sciences》,研究工作受到国家重点研发计划项目"台风强度/结构变化的关键动力-热力过程及预报理论研究"的资助。论文第一作者为河海大学海洋学院讲师刘昊炎博士,夏威夷大学的王玉清教授为通讯作者,合作者包括雷丁大学的顾剑博士。

论文信息:

Liu, H.-Y., Y. Wang, and J.-F. Gu, 2021: Intensity change of binary tropical cyclones (TCs) in idealized numerical simulations: Two initially identical mature TCs. J. Atmos. Sci., DOI: https://doi.org/10.1175/JAS-D-20-0116.1 .