2008年台风“风神”强迫次级环流的诊断分析

2014-09-19毕明玉沈新勇袁媛丁治英

大气科学学报 2014年3期

毕明玉，沈新勇，袁媛，丁治英

(1．气象灾害教育部重点实验室(南京信息工程大学)，江苏南京 210044;2．中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室，北京 100029;3．陕西省气象台，陕西西安 710015)

毕明玉1，2，沈新勇1，2，袁媛3，丁治英1

利用WRF(weather research and forecasting)模式模拟资料对2008年06号台风“风神”进行诊断分析，采用准地转PV-ω方程对台风外围中尺度对流系统较强的6月20日10时(世界时)的资料进行分析。通过PV-ω方程诊断了潜热、摩擦及干动力过程对台风次级环流的作用，结果显示潜热强迫产生的次级环流最强，摩擦强迫主要集中在边界层，而干动力过程则在台风中心附近产生影响。加入摩擦、潜热得到的准平衡流场能够描述70%左右的台风环流。环境垂直切变在台风中心附近强迫产生横向次级环流的垂直切变与环境垂直切变相反，次级环流会使得台风一侧的上升气流减弱而另一侧上升气流增强，从而使得台风不对称增强。同时，发现垂直切变可能在其最大垂直切变方向右侧激发台风外围中尺度系统。通过构造理想的准平衡的台风及叠加在其上的中尺度系统环流，选择不同的切变和环境平均气流，发现增大切变会使得强迫次级环流增强，而增大环境平均气流不一定能够使得强迫次级环流增大，反而可能使得强迫次级环流减弱。通过诊断发现由切变强迫次级环流造成的中尺度对流系统上方扰动可能是中尺度对流系统持续存在的原因。

台风;潜热;切变;中尺度对流系统;强迫次级环流

0 引言

台风的生成受到多种尺度系统的影响。叠加在台风环流上的中尺度系统，可以看作台风与环境气流相互作用，潜热释放，磨擦而引起的。陈联寿等(1997)研究发现台风外区热力不稳定会导致台风的不对称性增强。垂直切变对台风强度具有重要影响，Corbosiero and Molinari(2002)发现在热带气旋外围雨带中顺切变方向右侧雷暴活动最强，并猜想顺切变方向右侧是外区雨带中雷暴活动区，这种雷暴活跃区可能是由于热带气旋涡旋在外部雨带范围存在比内区更大的垂直倾斜而导致的。Frank and Ritchie(1999)发现切变会导致台风内区顺切变方向的上升速度明显增大，并使得切变左侧的降水明显增强。McBride and Zehr(1981)在研究中发现热带气旋常常在初始时风暴中心周围存在较大的垂直切变，但是在风暴核心上方垂直切变却很小。Zhang and Kieu(2005，2006)对这种现象做了解释，切变会使得台风内核区产生相应的次级环流，这种次级环流会使得台风内区的切变减弱，相同切变下强台风由切变引起的台风内区次级环流越强，因此强台风对切变的抵抗力强。热带气旋的发展也与垂直切变存在较密切的关系，Wong and Chan(2004)发现当200与850 hPa之间的垂直切变大于10 m/s时会阻碍台风发展。王伟和余锦华(2013)在统计中也发现台风的快速增强与垂直切变的方向有关系。

大气运动是准水平的，大气在水平面内的环流为主要环流，与水平面内环流相对的为垂直面内的环流称为次级环流，次级环流包括上升下沉气流和引起上升下沉运动的辐合辐散气流，与水平环流相比量级较小，只有在强的对流系统中才较为明显。Eliassen(1951)提出的准平衡涡旋次级环流理论中，给定非绝热加热及质量和动量通量就可以得出台风涡旋的强迫轴对称次级环流或者横向环流。根据其理论，在柱坐标面内热源和角动量源会强迫台风涡旋产生环流，但环流的形状大小会与静力稳定度、斜压稳定度及惯性稳定度有关。这种准平衡模式随后被Estoque(1962)引用并进行了扩展，Willoughby(1979)研究显示台风眼墙潜热释放的径向梯度会在对流层中低层引发一个较深的入流，在高层产生一个较浅的流出流，眼墙内的上升运动及眼区内的下沉运动，而表面摩擦会在边界层产生一个较浅的入流和其上弱而深的上升运动，入流会向眼墙逐渐减小而上升运动向眼墙逐渐增大。Shapiro and Willoughby(1982)研究了局地热源会在台风平衡涡旋上强迫产生次级环流，其研究显示局地点热源会使其低层辐合产生上升运动而后在高层辐散，并在其周围产生补偿下沉。同时相邻中尺度系统也会对台风的次级环流产生影响，邵丽芳等(2013)发现台风相邻的中尺度系统会改变台风的对流形状。虽然Eliassen的次级环流理论对研究台风涡旋轴对称的次级环流提供了较好的方法，但由于其非对称假设使得其无法诊断台风非对称的潜热、摩擦、环境气流对台风次级环流的影响。

本文采用Wang and Zhang(2003)准地转PV-ω方程来诊断台风及其外围中尺度系统的热力摩擦等动力作用。前人多用理想数值模式讨论切变对台风中心附近对流的影响，但却少有研究切变等动力作用对台风外围中尺度系统的影响。本文诊断了潜热摩擦及切变对台风二级环流的作用，诊断环境风切变对台风平均环流的影响，并提出中尺度系统生成的可能原因。

1 方法

本文诊断方法主要采用Wang and Zhang(2003)的准地转ω方程。此方程是在假相当高度坐标(Hoskins and Bretherton，1972)下，加入潜热、摩擦及动力强迫等强迫产生次级环流的主要因子，从垂直涡度方程和热力学方程出发推导得到的外源强迫影响下的准平衡ω方程。

由方程(1)得到垂直环流大小取决于方程的右端项，从左至右分别为涡度平流的垂直变化项、温度平流的Laplacians项、Jacobian项、β效应项、非绝热加热项和摩擦项，而这四项均为动力强迫因子;后三项为β效应项、凝结潜热和摩擦造成的外源强迫项。由方程可以看出热力和动力共同决定了热带气旋中准平衡垂直环流的大小和辐散风分量。

分析可知，方程(1)并不是一个完全的诊断方程。方程中存在三个局地时间倾向变化项，即，和，其中可由方程(3)假相当高度坐标系下的涡度方程求解得到，与辐散风分量有关的势函数χ由假相当高度坐标下连续方程(4)得到，而和可直接由模式输出得到。

这样方程(1)(3)(4)便形成一个完整的诊断方程，通过反复迭代，最终求得所需要的ω及所对应的辐散风分量。

2 准平衡流诊断分析

利用2008年06号台风“风神”的WRF(weather research and forecasting)模式模拟资料进行模拟，资料分辨率为18 km×18 km。风神于2008年6月18日在菲律宾以东海域形成热带低压，其后逐渐增强为一个台风，并向西移动，之后穿越菲律宾中部，6月22日，进入南海，25日在广东粤东沿海登陆。风神台风在穿越菲律宾向北移动过程中，其西侧总是会出现一个较强的中尺度系统。图1为实况和模拟的云顶亮温，可以看出，模式清楚地模拟出了6月20日10时(世界时，下同)的台风外围中尺度系统。

图2a为所研究中尺度系统产生的初始阶段，图2b为中尺度系统发展到较强的时刻。从图2及图1b对比来看，此台风外围中尺度系统在发展过程中中尺度系统相对于台风中心的相对位置基本没有什么变化。因此取台风中心与中尺度系统中心做切面看此中尺度系统随时间的变化情况，如图3b所示。从图中可以看出此中尺度系统约从03时开始发展在10时发展到最强，在15时逐渐消亡被其他中尺度系统所取代。

图4为沿台风中心与中尺度系统中心的连线做垂直剖面，其中图4a为模式得到的结果，图4b为通过位涡反演(Wang and Zhang，2003)得到的平衡流场，再在其基础上运用ω方程得到的准平衡流。从图4a中可以看出，在台风中心西侧偏南的720 km处中尺度系统的垂直速度可以达到0.6 m/s，且存在较强的雷达反射率。而从图4b中可以看出，通过反演计算得到的准平衡流与模式资料相比基本一致，因此台风中的准平衡可以代表台风的主要环流。由于在进行位涡反演及求解ω方程过程中，都要求方程符合数理方程中的椭圆方程规则，也就是说其物理过程描述的为某一时段内达到平衡的过程，因此就不可能描述能量快速频散的波动过程。尽管如此，从图4a、b比较可以看出在台风和外围中尺度系统垂直环流中，其准平衡流场可以占到70%左右。因此，准平衡流可以较好地描述台风环流及其外围的中尺度系统。

图1 20日10时实况(a)、模拟(b)的云顶亮温(单位:℃;圆圈内为中尺度系统所在位置)Fig.1 (a)The observed and(b)simulated cloud top temperature(units:℃;the cycles denote the position of MCS)at 1000 UTC on 20 June 2008

图2 2008年6月20日02时(a)和12时(b)500 hPa的风场(箭头;单位:m/s)、位涡(等值线;单位:10-6m2·K·s-1·kg-1)和雷达反射率因子(阴影;单位:dBz)(圆圈为中尺度系统所在位置)Fig.2 The wind(vector;units:m·s-1)，PV(contour;units:10-6m2·K·s-1·kg-1)and radar reflectivity(shaded area;units:dBz)at 500 hPa at(a)0200 UTC and(b)1200 UTC on 20 June 2008(The circle denotes the location of the mesoscale system)

既然准平衡流可以较好地描述台风环流及中尺度系统，则通过准地转ω方程便可以诊断潜热、摩擦及干动力过程对台风准平衡流场的贡献率。如图5所示分别为潜热、摩擦及干动力过程对台风次级环流的贡献率。图5a所示为潜热对强迫次级环流的贡献，可以看出在加热的区域会产生上升运动，在其周边会相应的产生补偿下沉，而这种补偿下沉会因为冷却作用而使得下沉加速。图5b为摩擦引起强迫次级环流，可以看出其强迫作用主要集中在边界层，在台风中心附近较为明显，也有研究指出边界层强迫产生的次级环流类似Ekman抽吸会使得涡旋转动减弱(Montgomery et al.，2001)，而且因为静力稳定的因素，使得其很难影响到高层。图5c为干动力过程产生的次级环流，从图中可以看出，在台风中心附近干动力强迫产生出一个较强的次级环流，此次级环流在垂直剖面上顺时针旋转，垂直速度达到0.2 m/s。图5d为整体准平衡次级环流与分别用潜热、摩擦、干动力过程强迫得到的次级环流的差，其差值非常小，说明得到的结果是准确的。

从图5整体上看，潜热在台风及其外围中尺度区域产生的次级环流最强，可以占到总体次级环流的三分之二以上，潜热对台风和中尺度系统的维持和发展起重要作用。并且在外围中尺度区域的次级环流几乎全部由潜热强迫产生。摩擦只能影响低层。由此可以看出潜热释放是台风外围中尺度对流系统的维持和发展最主要的原因。

图3 20日10时5 km高度上模拟的风场(箭头;单位:m/s)和位涡(阴影;单位:10-6m2·K·s-1·kg-1)(a;圆圈为中尺度系统所在区域;MN线为中尺度系统中心与台风中心连线;AB和CD两条线为距离MN线180 km的两条平行线)以及20日00时—21日00时的位涡(等值线;单位:10-6m2·K·s-1·kg-1)和雷达反射率因子(阴影;单位:dBz)的时间剖面(b;阴影和等值线代表雷达反射率和位涡沿AB与CD之间平均值在垂直高度4～7 km的平均)Fig.3 (a)The simulated wind(arrow;units:m·s-1)and potential vorticity(shaded areas;10-6m2·K·s-1·kg-1)at 5 km at 1020 UTC on 20 June 2008.The circle denotes the location of the mesoscale system and the line MN connects the typhoon center and the mesoscale system center.Line AB and CD are two parallel lines at a distance of 180 km from line MN.(b)The time section ofradarreflection(shaded areas;dBz)and potentialvorticity(contour;10-6m2·K·s-1·kg-1)from 0000 UTC on 20 June to 0000 UTC on 21 June.The shaded areas and contour denote the radar reflection and potential vorticity from 4 to 7 km averaged between AB and CD in Fig.3a

图4 6月20日10时沿图3a中MN线的雷达反射率(阴影;单位:dBz)和垂直风速(等值线;单位:m·s-1)的垂直剖面(箭头为面内风场，单位:m·s-1;垂直速度扩大10倍) a.模式结果;b.通过位涡反演准地转ω方程得到准平衡风场Fig.4 The vertical section of radar reflection(shaded area;dBz)，vertical velocity(contour;m·s-1)along the line MN at 1000 UTC on 20 June in(a)simulation and(b)PV-ω inversion(note that vertical velocity vectors have been amplified by a factor of 10)

图5 20日10时通过PV-ω方程，由潜热(a)、摩擦(b)和干动力(c)过程强迫得到的次级环流，以及由整体得到的准平衡流减去分别由潜热、摩擦、干动力过程强迫得到的次级环流的差值场(d)(阴影为潜热加热率，单位:K/h;箭头为强迫产生的风场;等值线为强迫产生的垂直速度，单位:m·s-1)Fig.5 The in-plane flow vectors and vertical motion(contour，m·s-1)forced by(a)latent heating，(b)friction and(c)dry-dynamics processes by PV-ω equation，and(d)the difference of the quasi-balanced secondary circulation minus the sum of a，b and c at 1000 UTC on 20 June(shadings denote the latent heating or cooling rates in K/h)

3 切变强迫产生的次级环流

Lander and Holland(1993)的研究指出，当两个涡旋靠近到一定距离时就会产生互旋运动，两涡旋在旋转中会合并或者走向分离，这就是所谓的藤原效应(Fujiwhara，1921)。罗哲贤等(2002)也利用正压涡度方程模式研究了涡旋之间的相互作用，其研究指出两个靠近的大涡旋与小涡旋，小涡旋会围绕大涡旋旋转，两个涡旋能否合并取决于其强度和相互间距离。可以将台风看作大涡旋中尺度系统看作一个小涡旋，根据罗哲贤等(2002)的理论小涡旋应该会围绕大涡旋快速移动，然而在图2中6月20日02时至12时中尺度系统相对于台风中心的位置基本不变。通过分析发现，罗哲贤等(2002)在运用理想模式时并没有考虑环境气流垂直变化的影响，也没有考虑系统的生成与消亡。因此这种台风与中尺度系统相对位置不变可能是由环境气流引起的。文中将台风的轴对称平均环流作为台风环流，由实际风场减去台风轴对称平均环流后做区域平均，得到的气流为环境气流。文中除了研究6月20日02时至12时中尺度系统变化，还选取了6月21日10时至16时台风外围中尺度系统相对较强的时段进行验证。图6为6月20日03时至09时、6月21日10时至16时每隔3 h台风半径900 km内平均气流随高度变化。曲线上数字表示层数，第1—5层表示地面到2 km高度，第5—25层表示2 km至12 km高度，第25—31表示12 km至15 km高度。点表示每隔0.5 km此层的平均气流。因为台风外围存在中尺度系统具有较强的不对称性，因此在求取台风平均气流时选取的半径为900 km，箭头所示为12 km高度内最大垂直切变。

图6 20日03—09时(a)、21日10—16时(b)每隔3 h模拟资料的台风半径900 km内平均气流随高度的变化(点代表每隔0.5 km此层的平均气流，箭头代表2～12 km以下的最大垂直切变)Fig.6 (a)The vertical wind shear from 0300 UTC to 0900 UTC on 20 June and(b)from 1000 UTC to 1600 UTC on 21 June every 3 hours in simulation data(the black dot means averaged wind over an area of 900 km ×900 km centered in the eye and calculated every 0.5 km，an arrow is used to indicate roughly a mean shear vector from 2—12 km in the deep environment)

由图6a、b可见其垂直切变随时间变化不大。而从图7中可以看出，当垂直切变不变时其外围中尺度系统与台风中心的相对位置也不变，台风外围中尺度系统主要位于台风外围最大风切变顺切变的右侧，而在台风中心最大风切变左侧对流比右侧要强。由以上分析可知垂直风切变对台风外围中尺度系统有重要作用，但是影响内区和外区对流的机制可能有所不同。为了更清晰地显示垂直风切变的作用，取台风轴对称的平均环流(即忽略台风扰动及非对称的影响)作为台风环流，台风半径900 km内平均气流(图6每层平均风速，即忽略环境水平风速变化)作为环境气流，选取6月20日06时和6月21日16时两个中尺度对流系统快速发展的时刻，诊断环境气流垂直切变对台风轴对称平均环流的影响。具体步骤为:1)取台风的轴对称环流作为台风环流，环境气流为0，加入台风轴对称平均的潜热摩擦，同通过PV-ω方程计算得到其次级环流;2)在步骤1)的基础上加入随高度变化的平均气流作环境气流，再次用PV-ω方程计算得到次级环流;3)用步骤2)得到的次级环流减去1)得到的次级环流即为平均气流垂直变化强迫产生的次级环流。如图8所示为6月20日06时和6月21日16时由上述方法得到的垂直切变强迫次级环流。

从图8a、b中可以看出垂直切变主要在台风中心附近的环流产生影响。在对流层高层垂直切变也会强迫产生扰动。但对台风内核区外的中低层影响较小。而从图8 c、d中看出，12 km上台风外围对应的上升运动与图7中各自时刻台风外围对流系统较强的区域对应得比较好，同时，台风外围逆切变方向有下沉运动，这与图7中对应时刻逆切变方向台风外围对流不活跃有关。因此认为，垂直切变会导致顺切变方向台风外围高层产生上升运动，使得上层位涡发展，而上层位涡向下延伸发展可能是导致中尺度对流系统产生的机制。

切变对台风环流有重要作用，为了了解切变大小变化在已形成的台风外围中尺度对流系统及台风次级环流中的作用，做了以下实验。选取6月20日10时的台风轴对称环流作为台风环流。在台风的西侧720 km处，加入一个与图3a中尺度系统位涡大小相似位涡扰动。设计中尺度系统位涡大小形状

图76月20日03时(a)、06时(b)、09时(c)及21日10时(d)、13时(e)、16时(f)的模拟云顶亮温(阴影;℃)、500 hPa风场(箭矢;m/s)和位涡(等值线;10-6m2·K·s-1·kg-1)(箭头为对应时刻的风速垂直切变)

Fig.7 The cloud top temperature(shaded area;℃)，wind at 500 hPa(arrow;m/s)and PV(contour，10-6m2·K·s-1·kg-1)at(a)0300 UTC，(b)0600 UTC，(c)0900 UTC on 20 June and(d)1000 UTC，(e)1300 UTC，(f)1600 UTC on 21 June(the arrow denotes the wind vertical shear)为公式(5)所示。

图8 20日06时(a)和21日16时(b)12 km以下沿最大切变方向由风速垂直切变引起的次级环流的垂直剖面以及20日06时(c)和21日16时(d)12 km处风速垂直切变引起的次级环流(阴影为台风轴对称平均环流位涡，单位:10-6m2·K·s-1·kg-1;等值线为强迫产生的垂直速度，单位:m·s-1)Fig.8 The shear induced secondary circulation at(a)0600 UTC on 20 June and(b)1600 UTC on 21 June in the direction of max wind shear under 12 km;the induced secondary circulation at 12 km at(c)0600 UTC on 20 June and(d)1600 UTC on 21 June(the shaded area denotes the symmetrical PV(units:10-6m2·K·s-1·kg-1)at that time)

其中:A代表位涡振幅大小;z为高度;He和Re代表位涡的垂直和水平尺度;Oxy代表中尺度系统中心所在的点。此时A取5，He和Re分别取4 km和180 km，Oxy为台风西侧720 km的位置。得到与原来模拟台风外围中尺度系统位涡大小形状相似的位涡。然后再在中尺度系统区域加入如图5a中尺度系统潜热大小的潜热，其公式与(5)相同，只是此时A为25。

在台风轴对称平均环流的基础上加入上述潜热和中尺度系统位涡，通过位涡反演和准地转ω方程得到理想的台风和中尺度对流系统准平衡流场，如图9所示。

为了诊断垂直风切变对台风及外围中尺度系统的作用，在图9中得到准平衡流场的基础上加入环境平均气流，进而诊断环境气流对台风及中尺度对流系统的影响。可以将理想的环境气流简单概括为地表气流加上垂直切变。即

图9 6 km高度处的位涡(阴影;单位:10-6m2·K·s-1·kg-1)和风场(箭头;单位:m·s-1)(a)以及沿台风中心和中尺度系统中心潜热加热率(阴影;单位:K/h)和准平衡风场(箭头)的剖面(b)Fig.9 (a)The PV(shaded area;10-6m2·K·s-1·kg-1)and wind(arrow;m·s-1)at 6 km and(b)the vertical section of latent heating rate(shaded area;K/h)and quasi-balanced field(arrow)along the MCS center and typhoon center

其中:u0为g高度为0处的风速;∂u/∂z为环境风切变得大小。为了更好地了解风的垂直切变对台风及其外围中尺度系统的影响，综合考虑风切变的地表风速和切变大小，设计了三种不同的风廓线。a方案为地表风速为2 m·s-1，切变大小为-1×10-3s-1;b方案的廓线相比较a方案切变大小不变，地表风速为7 m·s-1;c方案廓线相对于a方案廓线地表风速不变，风切变变为-1.5×10-3m·s-1。

如图10所示，为上述三种方案的风切变强迫得到的次级环流。

从图10中可以看出，干动力过程包括基流和切变与台风环流的相互作用。b方案比a方案的地表风速大，但是从图中可以看出，三种方案中b方案产生的强迫次级环流最小，因此干动力过程产生的强迫不光与切变大小有关还跟环境的风速也有关系。将a方案切变增大1.5倍之后，得到的次级环流比原来要强。由图10可见，并不是u0越强得到的强迫次级环流就越强，而增大切变会引起强迫次级环流增强，进而导致台风非对称增强，但是在台风中轴对称环流占主要部分，非对称性相对较弱，因为观测和模式研究都认为在台风中切变有一个阀值，超过这个阀值就会使得台风减弱。早期研究得出强的切变会使得暖核脱离低层环流，进而使得台风减弱。这种切变对台风的影响是由台风的结构和强度来决定的。一般来说较强的系统对强的切变抵抗能力强。

从图10中还可以清楚地看出，定义的风廓线在低层都是西风，高层为东风。而由切变在台风中心所得到的次级环流的垂直切变与环境风垂直切变相反。因此在台风中心处切变较小。

由图10a、b、c可以看出，三种方案都在中尺度系统的上方激发出了辐合上升气流。虽然b方案由于基流的原因强迫产生的次级环流较小，但是从三图中都可以看出中尺度系统所处位置高层存在扰动。在研究台风“风神”过程中，发现其西侧偏南的中尺度对流系统在这一位置长时间的维持与切变强迫使得中尺度对流系统上方产生的扰动有关，这种关系还需要进一步的研究。

4 结论

1)通过诊断得出台风及其外围中尺度系统中70%左右为准平衡流。潜热得到的次级环流最强，对中尺度系统的维持和发展具有重要作用。摩擦强迫主要集中在边界层，并且强迫产生的次级环流较弱，很难突破静力稳定的限制伸展到高层。而干动力过程强迫产生的次级环流主要集中在台风中心附近，强度也没有潜热强迫产生的强。

2)通过对比分析较强中尺度系统产生位置与切变有关。在台风轴对称平均环流上叠加上与实际台风相似的环境气流垂直切变，其强迫产生的次级环流主要集中在台风中心区域附近。同时在台风顺切变方向较远的高空也会激发出扰动，距离与台风中尺度对流系统所在位置相近。因此切变可能是引发中尺度系统的因子之一。

图10 不同垂直切变所产生的强迫次级环流(阴影为潜热加热率，单位:K/h;等值线为垂直切变强迫产生的垂直速度，单位:m·s-1;箭矢代表面内切变强迫产生的次级环流，单位:m·s-1) a.地表风速2 m/s，切变大小-1×10-3s-1;b.地表风速7 m/s，切变大小1×10-3s-1;c.地表风速2 m/s，切变大小-1.5×10-3s-1Fig.10 The forced secondary circulation induced by different vertical shear(the shaded area denotes the latent heating rate(K/h);the contour denotes vertical velocity forced by vertical shear(m·s-1);the arrow means the forced circuldtion forced by vertical shear，m·s-1) a.u0=2 m/s，shear magnitude at-1 ×10-3 s-1;b.u0=7 m/s，shear magnitude at-1 ×10-3s-1;c.u0=2 m/s，shear magnitude at-1.5 ×10-3s-1

3)由环境垂直切变在台风中心强迫产生的次级环流的垂直切变与环境垂直切变相反，因此次级环流会减少台风内部的垂直切变。同时次级环流还会使得台风一侧上升气流加强另一侧上升气流减弱，使得台风非对称加强。而通过构造理想的准平衡台风环流，选择不同的切变，发现增大切变会使得强迫次级环流增强。致谢:衷心感谢美国马里兰大学张大林教授和南京信息工程大学吴立广教授!

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(责任编辑:刘菲)

Diagnostic analysis of the forced secondary circulations by typhoon Fengshen in 2008

BI Ming-yu1，2，SHEN Xin-yong1，2，YUAN Yuan3，DING Zhi-ying1
(1.Key Laboratory of Meteorological Disaster(NUIST)，Ministry of Education，Nanjing 210044，China;2.Key Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Sever Storms，Institute of Atmospheric Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China;3.Shaanxi Meteorological Observatory，Xi'an 710015，China)

The WRF(weather research and forecasting model)is used to simulate the typhoon Fengshen in 2008.PV-ω inversion diagnostic is applied to quantitatively diagnose the simulated data of typhoon Fengshen at 1000 UTC on 20 June.In this study，the contributions of latent heating，friction and dry dynamical processes to the forced secondary circulations(FSCs)of a typhoon vortex are analyzed respectively.The results show that the latent heating FSC accounts most for the forced secondary circulations.The friction FSC is mostly constricted in the boundary layer(PBL)and dry dynamical processes mainly influence the central area of the typhoon.It is shown that the inverted quasi-balanced flow with friction and latent heating can depict 70%of the secondary circulations.In contrast，the dry dynamical forcing，which is determined by vertical shear and system-relative flow，can account for as much as 40%of ver-tical motion in typhoon core area.The FSC reduces the typhoon vertical motion in upshear direction and intensifies the vertical motion in downshear direction，thus the asymmetry of typhoon comes into being.It is found that a mesoscale convective system in the typhoon outer core region develops on the right side of down shear direction.An ideal quasi-balanced typhoon superposed by the mesoscale convective system is constructed to examine the influence of various vertical shear and system relative flow.The result shows that the shear FSC is almost linearly related to the magnitude of environmental vertical shear，while increasing the magnitude of the system-relative flow may possibly weaken the FSC.The disturbance aloft on the mesoscale convective system，which is caused by the shear FSC，may be the reason for the persistence of the mesoscale convective system.

typhoon;latent heating;shear;mesoscale convective system;forced secondary circulations(FSCs)

P435

1674-7097(2014)03-0354-12

毕明玉，沈新勇，袁媛，等.2014.2008年台风“风神”强迫次级环流的诊断分析［J］.大气科学学报，37(3):354-365.

Bi Ming-yu，Shen Xin-yong，Yuan Yuan，et al.2014.Diagnostic analysis of the forced secondary circulations by typhoon Fengshen in 2008［J］.Trans Atmos Sci，37(3):354-365.(in Chinese)

2012-06-25;改回日期:2013-02-05

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CB430103;2011CB403405);国家自然科学基金资助项目(41375058;41175065);江苏高等学校优秀科技创新团队计划项目(PIT2014);江苏高校研究生科研创新计划项目(CXZZ/2_0484;CXZZ/2_0491)

沈新勇，博士，教授，博士生导师，研究方向为中尺度动力学及数值模拟，shenxy@nuist.edu.cn.