随着数值预告模式的逐步发展和业务预告水平的不断进步, 热带气旋(TC)路径预告误差已显著减小, 但对于移动方向突变的TC路径, 目前还缺乏有效的预告方法.对TC路径突变机制研究不足是TC异常路径预告误差偏大的原因之一().影响TC路径突变的因素有很多, 如大尺度环境流场决定的引导气流, TC周围的中小尺度对流系统以及复杂地形作用等.的研究发现, 不同地区的TC路径受到的主导天气系统是不同的, 但TC与大尺度环流系统之间的相互作用导致其异常转向的机理尚没有开展深入研究.

对于影响我国的TC而言, 其路径在很大程度上取决于副热带高压(副高)和TC之间的相互作用(Zhong, 2006).研究发现, 副高是直接影响沿东亚近海北上、远海转向等各类TC路径的大型环流系统.通过分析台风Sinlaku (2008)的移动路径发现, 副高加强西伸是导致其路径西折的主要原因.但TC也会对副高的强度和范围产生反馈作用.的研究发现, 副高和TC的相互作用会使副高强度增加, 副高闭合中心的位置西伸.Sun等(2014, 2015a)的研究指出, TC云墙上部冰晶等固体水凝物扩散到副高区后所产生的相变潜热释放和吸收, 会减弱副高强度, 并最终导致TC路径发生改变.由此可见, 探讨副高和TC之间的相互作用关系, 尤其是TC对副高的反馈作用对其自身移动路径的影响, 对加深TC路径变化机理的熟悉有十分重要的意义.

数值模式已成为TC模拟和路径预告的重要手段(; ; ), 而模式包含的诸多物理过程处理方案对TC的发展和移动有很大影响.其中, 边界层方案是对TC模拟影响较大的方案之一.已有研究表明(), 边界层中的感热、潜热和水汽垂直输送对TC发生发展有十分重要的作用.而数值模式中的各种边界层参数化方案由于基于不同原理, 对TC边界层过程的近似描述也不同, 由此会造成TC模拟和预告的结果出现显著差异.目前, 国内外已有一些关于模式边界层方案对TC结构和强度的影响研究.利用MM5模式中不同边界层参数化方案所模拟的飓风Bob (1991)中心海平面气压和风速存在显著差异.通过分析采用不同边界层方案对台风Dan (1999)的模拟结果发现, 边界层过程的模拟差异会导致TC呈现不同的尺度以及不同的水平和垂直环流结构.Nolan等(2009)使用WRF模式模拟并比较分析了两种边界层参数化方案中飓风Isabel (2003)的最大风速和外围区域的边界层结构差异.对比研究不同边界层参数化方案对台风Molave (2009)的模拟结果分析发现, 采用YSU边界层参数化方案的模拟结果与实况更一致.探讨不同边界层方案对台风Megi (2010)路径和强度模拟结果的影响分析表明, 不同边界层方案对边界层中水汽通量的模拟存在显著差异, 从而导致台风强度各异.虽然已有的研究工作已明确表明模式边界层参数化方案对TC的模拟有很大影响, 但边界层方案对TC模拟影响的机理尚未开展深入研究, 尤其在边界层方案影响TC和副高的相互作用方面尚未见相关报道.

针对边界层参数化方案影响TC路径机理问题, 本文利用中尺度数值模式WRF, 对2010年第13号台风Megi登陆前后过程进行数值模拟, 对比分析非局地YSU方案和局地MYJ方案对TC路径的影响, 并试图从TC尺度与副高强度之间的相互作用方面, 探讨不同边界层方案导致TC模拟路径差异的机理.

2 TC个例、资料来源、模式设置和边界层参数化方案简介 2.1 台风Megi个例

2010年第13号超强台风Megi于10月13日20时在关岛西南方洋面上生成, 中心位置为11.8°N, 140.9°E, 生成后向西北方向移动并快速增强.14日21时加强为台风, 17日00时在菲律宾以东洋面加强为超强台风.18日04时25分在菲律宾吕宋岛东北部登陆, 18日14时进入南海北部后稳定西行, 19日迅速转向西北, 后向正北方向移动.23日04时在福建省漳浦县境内登陆, 23日15时于福建龙海境内减弱为热带低压, 24日02时解除编号.

台风Megi成为自1990年以来南海和西北太平洋海疆同期最强的台风, 其近中心最大风力达17级以上, 最低气压达到910 hPa.各业务机构的数值预告模式对Megi进入南海后的突然转向路径的预告分歧较大, 在对其“北翘”路径的预告上均存在不同程度的偏差.

2.2 资料来源和模式设置

本文所用资料包括美国国家环境预告中心(NCEP)全球预告系统的格点再分析资料(FNL), 水平分辨率为1°×1°; 美国NASA和日本NASDA共同研制的热带降水观测卫星TRMM的数据资料, 该数据集是采用3B-42算法得到的0.25°×0.25°的每3 h准全球降水估量数据(简称T-3B42);美国联合台风预警中心(JTWC)发布的6 h间隔台风最佳路径.

本文所用模式是由美国国家大气研究中心(NCAR)等机构联合开发的中尺度数值模式WRF (Weather Research and Forecast), 所使用的模式版本为ARW WRF V3.3.

台风路径; 数值模拟; WRF模式

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