华东沿海地形对登陆热带气旋运动影响的理想数值研究

陈小宇 吴立广 吴玉琴

摘要利用中尺度数值模式设计一组高分辨率理想试验，采用位涡趋势方法定量诊断分析热带气旋在登陆我国华东沿海地形时，其运动发生的精细化变化以及不同因子的贡献。结果表明，平地的存在使得登陆热带气旋移速相对更快，当华东沿海地形存在时，热带气旋移速显著增大，这种增速现象主要是由于平地和地形所引起的非对称气流以及相应的引导气流变化所致，这很可能是导致预报路径误差的一个重要原因。平地试验中，陆地在热带气旋低层激发出中小尺度的非对称气流，与之不同的是，实际地形的加入激发出更大尺度并且更强的非对称偏南气流。位涡趋势方法的诊断结果表明，非引导效应总体而言对热带气旋运动贡献较小，这是因为这些因子相互抵消，但在不同的垂直层次上，不同的非引导因子贡献存在明显的差异。

关键词登陆热带气旋运动；地形；非对称气流；位涡趋势方法

热带气旋（TC）的路径和运动一直以来都是热带气旋预报和研究中最为重要的方面之一，路径预报的准确度直接关系着强度、降水以及灾害等方面的预报结果。早期的观点大多认为热带气旋的运动主要受大尺度环境气流的引导效应所影响（Adem and Lezama，1960；George and Gray，1976；Neumanm，1979；Chan and Gray，1982）。但许多学者在研究中发现，观测中热带气旋的运动方向和环境气流的方向之间始终存在一定的偏差，并且这种偏差并不是由于引导气流计算方式和范围的差别所引起的（George and Gray，1976；DeMaria，1985；Chan and Williams，1987；Fiorino and Elsberry，1989）。早在20世纪80年代初，Holland（1983）就提出了β漂移（βdrift）理论，对这一现象的机制进行了解释，发现行星涡度的经向梯度在热带气旋内部激发出一对涡旋对，涡旋对之间的向极向西的通风流是导致热带气旋运动与环境引导气流存在偏差的原因。这一理论得到后续大量的观测和数值研究的验证（Holland，1983；Chan and Williams，1987；Fiorino and Elsberry，1989；Willoughby，1990，1992；Peng and Williams，1990；Li and Wang，1994；Wang et al.，1997）。

除了环境导引和β漂移之外，Wu and Wang（2000）发现热带气旋运动还受到非引导气流效应的影响。他们提出了一种新的诊断方法，把热带气旋看作具有较强正位势涡度（PV）异常的系统，因此将热带气旋运动与位势涡度的趋势变化联系起来，这种方法被称为位涡趋势（PVT）方法。该方法不仅考虑传统的引导气流和β漂移的作用，还包含了垂直运动、非绝热加热以及摩擦等非引导效应对于热带气旋运动的贡献。Wu and Wang（2001a，2001b）利用这一方法进一步分析了绝热加热和非绝热加热情形下，引导和非引导效应对于热带气旋运动的贡献。Chan et al.（2002）采用该方法诊断观测中热带气旋路径变化时，发现不同的因子对于各种类型的热带气旋路径贡献有所差别。此外，一些研究在分析热带气旋登陆的理想试验和个例模拟中利用该诊断方法区别不同物理过程的作用（Wong and Chan，2006；吴玉琴等，2015）。这些结果表明，位涡趋势方法相比于传统的引导气流方法，可以更好地应用于热带气旋运动的诊断分析中。

登陆热带气旋给我国沿海地区的人民生命财产安全造成了巨大的损失（Zhang et al.，2009；张娇艳等，2011；曹剑等，2012；李肖雅等，2014），因此对于登陆热带气旋路径的研究直接关系着灾害损失和防台减灾工作的展开。Tuleya and Kurihara（1978）最早设计了理想试验以研究登陆热带气旋的特征变化。在这之后，许多研究针对岛屿和山脉地形（例如台湾岛）进行了大量的观测和数值研究（Chang，1982；Bender et al.，1987；Yeh and Elsberry，1993a，1993b；Lin et al.，2005；Jian and Wu，2008；Yang et al.，2008；Huang et al.，2011；Wang et al.，2012；Xie and Zhang，2012）。与之相对应的是，较少有研究涉及大陆地形对热带气旋路径的影响。针对这一问题，Wong and Chan（2006）设计了几组理想试验，研究在没有背景气流和地形的影响下，热带气旋登陆f平面的平坦陆地过程中运动的变化。他们发现陆地的存在激发热带气旋环流产生不对称的结构，这种不对称性逐渐发展，最终使得热带气旋产生向陆地的运动趋势，运动速度约为1 m/s。这些结果表明，陆地使得热带气旋的不对称结构发展从而可能导致登陆过程中移速增加。后续的数值研究进一步验证，在β平面和三角洲地形影响下这种运动加速现象的存在（AuYeung and Chan，2010；Szeto and Chan，2010），但是这种研究中同样没有考虑环境气流的影响。针对这一问题，Li et al.（2013）在试验中加入了均匀的环境气流，发现了类似的现象，但是他们在研究中着重关注热带气旋登陆过程中降水的变化，缺乏对于运动变化的定量性分析。在热带气旋登陆大陆地形的过程中，較少有研究考虑环境气流的影响，尤其当环境气流和地形高度同时存在时，会对登陆热带气旋运动产生何种影响，仍然缺乏更深入的认识。

近三十年间，登陆我国的热带气旋陆上持续时间和移动速度都出现了明显的变化（Chen et al.，2011），一些研究结果也表明，登陆我国大陆与海南岛的热带气旋造成了重大的直接经济损失和人员伤亡（Zhang et al.，2009；张娇艳等，2011），但是对于登陆我国大陆沿海地区的热带气旋的运动研究仍然偏少。因此，本文设计高分辨率的理想试验模拟热带气旋登陆我国华东沿海地区，通过对比试验结果定量地诊断背景气流和华东地区实际地形对于登陆热带气旋运动的影响，以及不同的物理过程对于运动变化的贡献。

1资料与试验设计

使用WRFARW V 221模式，试验设计采用了五层网格双向嵌套设置，最外层网格为水平分辨率27 km，格点数为230×210，网格中心点为1325°E、300°N。四层内网格的水平分辨率分别为9、3、1、1/3 km，格点数分别为432×399、333×333、501×501以及720×720。模式的垂直层次为40层，模式顶气压为50 hPa。最外两层网格为固定网格，其范围设置足够包含了西北太平洋海域的主要系统的发展和演变；最内三层网格为移动网格，伴随着模拟的热带气旋运动而移动，主要覆盖了逐个时次上的热带气旋影响范围。

选取2005年典型热带气旋“麦莎”活动并登陆的2005年8月5—9日这一时段，利用Lanczos时间滤波方法（Duchon，1979）得出该时段的20 d以上低频背景场作为试验的背景场（图1）。8月5号00时（世界时，下同），“麦莎”位于台湾东北侧洋面之上，此时该热带气旋的近地面风速约为45 m·s-1，在后续的3 d中，“麦莎”沿着环境场气流向西北方向移动并于8月5日19时40分在我国东南沿海地区登陆，登陆之后强度开始下降并逐渐消散。初始时刻，该低频背景场呈现出典型的西北太平洋夏季的环流形式，主要表现为较为明显的季风槽和副高的分布特征。需要指出的是由于环境场已经过滤波处理（已去除20 d以下频段的系统），因此后续登陆试验中的TC路径与强度均与台风“麦莎”存在明显区别。

最外层网格的微物理参数化方案和积云对流方案分别采用WSM3简单冰方案和KainFritropical cycloneh方案（Dudhia，1989；Kain and Fritch，1993），第二至第五层网格采用WSM6微物理方案并关闭积云对流方案（Hong and Lim，2006）。边界层过程选用的是Yonsei University 边界层方案（Noh et al.，2003），辐射过程选择了Dudhia 短波方案（Dudhia，1989）、Rapid Radiative Transfer Model（RRTM）长波方案（Mlawer et al.，1997），陆面过程采用的是Noah陆面过程模式。模式初始化选用美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）发布的分辨率为1°×1°的FNL全球分析资料（Final Operational Global Analysis），该资料时间间隔为6 h。试验中对最外层网格进行张弛逼近（Nudging），以便积分过程的背景场更为稳定。最外层网格的积分时间步长为90 s，总积分时间为96 h。

在该低频背景场中，放入人工构造的理想轴对称涡旋。为了进一步改进人造涡旋的结构和风压关系，本研究中，预先将构造的理想轴对称涡旋放入一个f平面无环境场的全海洋试验中，让涡旋在该环境中进行初旋（Spinup），使其结构和风压关系得到模式动力与热力过程的调整和改善。进行初旋之前，构造的理想涡旋的海平面最低气压为994 hPa，近地面最大风速约30 m·s-1。经过12 h的初旋后，该涡旋结构依然保持对称，海平面最低气压下降至965 hPa，近地面最大风速达到40 m·s-1，已达到了台风强度（图2）。之后从初旋试验结果中计算得出该涡旋的风场、温度场、湿度场以及气压场等物理变量，加入图1所示低频背景场之中与热带气旋“麦莎”（8月5日00时）相近的位置（1226°E，251°N），使其沿着季风槽与副高之间的东南气流向西北方向运动，之后登陆我国华东沿海地区。

在低频背景场和理想涡旋的基础上，设计一组理想试验，以此对比分析在高分辨率的情况下，热带气旋在登陆过程中运动的精细化变化。三个试验分别为全海洋试验（OCN），平地试验（FLT）和地形试验（TOP）。全海洋试验中，将整个区域的下垫面和表层属性全部设置成海洋属性；平地试验中，去除所有的地形高度，将其全部设置为0；而在地形试验中，包括真实的地形高度和分布。同时，在所有试验中，海平面温度统一设置为29 ℃，在平地和地形试验中，地表温度也同样设置为29 ℃，这么设置是为了排除海平面和地表温度的差异所可能造成的热带气旋登陆过程中的差异。同时，在平地和地形试验中，陆表属性也设置为均一的类型，本研究中选择的陆表类型是我国华中华北地区常见的灌溉型农田与牧场（irrigated cropland and pasture），该类型的地表摩擦层厚度为007 m。

2模拟结果

图3给出了模拟的海洋试验、平地试验以及地形试验中热带气旋的积分前48 h移动路径，其中热带气旋中心定义为最大方位角平均的切向风所对应的中心（Wu et al.，2006）。为了剔除地形对低层气旋环流的影响，三组实验中将700 hPa气旋中心的移动轨迹作为气旋整体的移动路径。从图3可以看出，三组试验中热带气旋的运动方向一致但是移速存在区别，其中海洋试验、平地实验、地形试验中热带气旋分别在积分42 h、39 h、24 h到达海岸线，这表明在平地试验、地形试验中热带气旋的移动速度较海洋试验中更快。需要指出的是，在海洋试验中去除了陆地和地形，因此在该试验的分析中将热带气旋移动至原陆地位置的时刻定义为该试验的登陆时刻。

从强度模拟结果（图4）看，平地实验、地形试验中热带气旋登陆后强度迅速减弱，48 h后，两个试验中热带气旋近地面风速降为热带风暴级别。在海洋试验中，涡旋在积分前12 h强度增加，并维持在40 m/s。與海洋试验类似，平地试验和地形试验中气旋在海洋中移动强度增加，在登陆前3 h气旋强度开始减弱。热带气旋登陆时，平地试验、地形试验中热带气旋强度为310、313 m/s，登陆9 h后两个试验中强度减弱为194、176 m/s。积分48 h后，三个试验中热带气旋强度分别为：383、191、148 m/s。海平面气压场的变化表明，在登陆前24 h，三个试验中热带气旋的海平面最低气压接近，但这之后，海洋试验热带气旋继续增强，气压持续下降。与之相反的是，平地和地形试验中的热带气旋在登陆前气压即开始上升，登陆后12 h，海洋试验、平地试验和地形试验中的热带气旋海平面最低气压分别为950、976、989 hPa，同样表明了地形试验中热带气旋强度下降的速率更大。

吴玉琴等（2015）利用WRF模式模拟热带气旋“莫拉克”（2008），通过考虑热带气旋在移动过程中自身的PV一波发展改进了原有的PVT诊断方法，并通过对比PVT估算速度、大尺度环境引导气流与模拟的热带气旋移速，发现改进后的PVT估算速度较引导气流能更好地表征热带气旋的运动，特别是在热带气旋运动出现振荡时刻。因此，本文利用改进后的PVT方法诊断理想试验结果，重点分析热带气旋登陆过程中引导效应与非对称结构变化之间的关系。

为了评估大尺度环境引导气流与PVT估算速度在表征热带气旋移动上的差异，在此分别计算了海洋、平地、地形数值试验中热带气旋移速、PVT估算速度、引导气流的对比（图5）。参考前人计算方法（Wu and Wang，2000；吴玉琴等，2015），计算PVT各项估算速度和引导气流时采用第二层网格（D02）的固定坐标系数据，热带气旋移速采用第五层高分辨率网格中的气旋中心计算得出。此外，三个数值试验中各垂直层上PVT估算速度均为以热带气旋中心为中心，直径为540 km的圆形区域计算，垂直方向上采用850～300 hPa多层平均，各层引导气流采用相同的计算范围和垂直层次所得，热带气旋移速为前后两小时位置差计算所得。

32热带气旋移速的差异

三个数值试验中，热带气旋的移速出现明显的差异。海洋、平地和地形试验中气旋在登陆前后的37 h平均移速分别为267、313、462 m/s，同时段平均引导气流大小分别为251、271、423 m/s。這表明在平地试验中即出现了热带气旋登陆增速的现象，与Wong and Chan （2006）结果类似，但仅约05 m/s的增速幅度明显小于他们所发现的1 m/s的增幅，这可能是由于本研究中所采用的地表摩擦层厚度仅为007 m，小于Wong and Chan （2006）的试验设置。更值得注意的是，在地形试验中，热带气旋移速相对于海洋试验中的结果增加了约2 m/s，表明实际地形的存在使得热带气旋在登陆过程中移速显著增大，并且这种现象很可能是由于引导气流的增大所导致。杨琼琼和吴立广（2015）在分析台风路径预报误差时发现大多数的预报误差来源于台风移速的预报偏差而非移动方向的偏差，因此在环境气流和地形共同影响下，热带气旋登陆时运动所出现的变化很可能是导致路径预报误差的一个重要原因。

分析试验中热带气旋移速的经向和纬向分量后发现，PVT估算速度较引导气流更接近热带气旋的移速（图5），特别是在热带气旋移动过程中出现速度突变情况下，例如海洋试验和平地试验中热带气旋登陆前后6 h经向和纬向速度均出现短时振荡特征（图3a—d），PVT估算速度很好地表征了热带气旋移动中的速度变化特征，而传统的引导气流计算难以表征这一现象。热带气旋登陆前24 h到登陆后12 h内，平地试验中平均经向、纬向速度分别为-123、286 m/s，平均PVT估算速度为-116、262 m/s，相应的平均引导气流为-057、263 m/s。PVT估算速度与热带气旋移速之间均方根误差分别为013、029 m/s，引导气流与热带气旋移速之间均方根误差为066、04 m/s，从计算的平均移速、均方根误差数值上都可以看出PVT估算速度相较于引导气流能更好地表征热带气旋的移动，并且在海洋试验和地形试验中存在类似的结果。这是由于PVT诊断方法不仅包含了大尺度环境引导气流对热带气旋运动的作用，还包含了热带气旋结构变化、非绝热加热、PV垂直平流等对热带气旋运动的作用。需特别指出的是，在地形试验中的热带气旋经向速度分析中，PVT速度与热带气旋移速的均方根误差略大于引导气流的偏差，这主要是由于该试验中热带气旋强度的迅速下降所导致的，但PVT方法仍然可以更好地再现热带气旋在登陆前后的纬向速度以及经向速度的振荡。结合上述结果，可利用PVT诊断方法诊断三个数值试验中热带气旋运动的差异。

Wu and Wang（2000）指出局地PV一波变化由PV的水平平流、PV垂直平流、非绝热加热、摩擦四项组成，为了评估各物理过程对热带气旋运动的作用，在此分别计算三组数值试验中PV的水平平流（简称HA）、PV垂直平流（简称VA）、非绝热加热（简称DH）、摩擦（简称FR）对应的估算速度与PVT估算速度的对比（图6）。

从图6可以看出，三组数值试验中PV水平平流对应的估算速度最接近PVT估算速度，在海洋数值试验中，PVT、HA、VA、DH、FR各项所对应的纬向估算速度为-087、-021、-07、005、-001 m/s，经向速度为242、261、038、-043、-014 m/s，相应的引导气流为-052、243 m/s。从数值上可以看出，HA对应的估算速度接近引导气流的大小，从长时间平均来看，HA对热带气旋运动的作用要远大于其他三项的作用总和，此外，VA与DH对热带气旋运动的作用是相互抵消的，这也导致了热带气旋的移动基本由HA决定。与海洋试验相同，平地试验与地形试验中HA对PVT的贡献最大，但HA与引导气流之间的差异相比海洋试验增加，这可能是两个试验登陆过程中由热带气旋非对称结构的发展引起的非引导效应所导致的。总体而言，PVT方法诊断的结果表明，HA项对于三个试验热带气旋的运动起着最重要的贡献，同时可以表征三个热带气旋移速的明显差异（图6）。Wu and Wang （2001a）指出，HA项的贡献主要表示了热带气旋中的引导效应，但与传统意义的引导气流有所区别，不仅包括了大尺度环境引导气流和β漂移的作用，还包含了热带气旋内垂直切变、垂直运动、绝热和非绝热加热等过程所造成的非对称气流对热带气旋运动的直接贡献。

33登陆热带气旋的非对称结构

为了进一步分析产生登陆热带气旋运动变化的原因，分别计算三组试验中热带气旋登陆时刻降水率与700 hPa的风场进行对比（图7）。从图7可以看出，海洋试验中热带气旋登陆时刻降水率与700 hPa风场基本呈对称结构，降水主要集中在距离热带气旋中心120 km区域内，且热带气旋眼墙北侧区域内降水最大（图7a，b）。平地实验中，登陆时刻热带气旋的风场、降水速率结构上非对称性增强，大值区均在气旋东北侧（图7c，d），地形试验中风场、降水分布与平地试验存在相似结构，但强度上地形试验的非对称性要略弱于平地试验。三个试验中的降水大值均分布在顺切变左侧区域，与之前的研究结果一致，表明强对流更倾向于发生在顺切变左侧区域（Frank and Ritchie，2001；Chen and Yau，2003）。

为了进一步了解地形对热带气旋非对称结构的影响，分别计算平地试验和海洋试验中不同时间段内中低层热带气旋的一波非对称风场差值以及降水率的差值（图8a—d）。为了更深入地研究登陆前热带气旋结构的变化，在此将热带气旋登陆前的24 h分为两个时间段：第一个为登陆前24～13 h（b1时间段），第二个为登陆前12 h（b2时间段），下同。从图中可以看出，平地试验中b1时间段内，700 hPa一波非对称风场热带气旋中心处有弱西北气流，同时在热带气旋西北侧（陆地的区域）出现了气旋式的风场异常，平地试验和海洋试验中的降水速率分布差异是这种低层地形导致辐合气流的结果。热带气旋内核区域的西南向的通风流与两个试验中水平速度的差异相当。b2时间段内，低层非对称气流的增强与地形试验中热带气旋在登陆之前的加速度是一致的，700 hPa上出现了较为明显的南风气流，气流左侧的气旋性环流异常与陆地的分布相对应（图6d）。但是这种非对称结构在中层难以被识别出，500 hPa上的南风非对称气流特征明显偏弱，且在热带气旋内核区域出现了北风异常，与热带气旋的移速增速趋势相反。从中低层对比可以看出，热带气旋在平地试验的登陆过程中的增速现象主要来源于700 hPa上非对称南风气流的贡献，说明平地试验中地形所激发的非对称结构主要表现在低层。

在地形试验中，b1时间段内，相较于海洋试验和平地试验，地形導致的非对称气流强度更强；非对称的南风气流在低层到高层上都比平地试验中的结果更显著（图9a—c）。另一个显著特征是，非对称气流的半径超过热带气旋的半径，达到约1 000 km半径的范围，雨带的分布与平地试验类似。在b2时间段内，700 hPa上非对称气流最显著，这可能是因为热带气旋低层环流受地形的影响最为显著。结合上述分析：在地形试验中，非对称南风气流与平地试验中的结果相比明显增强，非对称南风气流不仅出现在中低层，在高层也有明显的分布特征，同时气流强度和覆盖范围也明显增大，因此导致地形试验中热带气旋的移速最快。此外值得一提的是，非对称气流的半径明显大于热带气旋的尺度，这一结果表明，地形不仅导致了热带气旋出现了非对称结构，还显著地影响了环境风场。这一现象体现了地形与平地对于登陆热带气旋运动的不同影响程度，平地只能对中低层的热带气旋环流产生影响，而地形可以对热带气旋和环境气流同时造成非常重要的影响，使得气旋在登陆过程中产生明显的增速现象。

34非引导效应的作用

吴玉琴等（2015）曾指出非引导效应对于台风“莫拉克”的移速振荡有着非常重要的作用。那么在登陆过程中，其余非引导效应起着何种作用？为什么热带气旋运动主要受到引导气流的影响？针对这些问题，为了进一步定量地分析非引导效应的作用，分别计算三个试验中热带气旋在b1时间段内、b2时间段内各非引导效应的平均贡献，结果如图10所示。

Wu and Wang（2001a）进一步将PV水平平流项分为两部分：

∧1（-V·P）≈-V1·Ps-Vs·P1。

其中：脚标s和1表示对称分量和一波分量；等式右端第一项为非对称气流引起的对称PV分量的输送，简称ASAF，包含大尺度引导气流和通风流对热带气旋运动的影响，与一波风场的区域平均引导气流对应较好；第二项为对称气流引起的非对称PV分量的平流，简称AASF，包含了β涡对、垂直切变及非对称加热产生的非对称气流等物理过程对热带气旋运动的作用。本研究中将引导气流以外的各物理过程统称为非引导效应，包括了AASF项，PV垂直输送项（VA），非绝热加热项（DH）以及摩擦项（FR）。

图10海洋试验（a，d）、平地试验（b，e）、地形试验（c，f）中登陆前24～13 h（a，b，c）和12～1 h（d，e，f）平均的多层平均位涡趋势各非引导项估算移速（VA项估算速度，蓝色；DH项估算速度，红色；FR项目估算速度，灰色；AASF项估算速度，紫色；上述各项的矢量和，棕色）

Fig.10Averaged nonsteering terms including vertical advection（VA，blue），diabatic heating（DH，red），friction（FR，gray），advection of the asymmetric PV structure by the symmetric flow（AASF，purple） and vector sum of nonsteering terms（brown） during （a，b，c）24—13 h and （d，e，f）12—1 h before landfall in （a，d）OCN，（b，e）FLT and （c，f）TOP experiments

由图10可以看出，三组试验中，b1、b2时间段内，去除引导气流后PVT各分项对热带气旋运动的作用不一致，PVT各分量的矢量和小于引导气流作用。海洋试验中b1、b2时间段内非引导效应总贡献的矢量和分别为052、022 m/s，平地试验中两个时间段矢量和分别为069、022 m/s（图10中棕色矢量），而在两组试验中热带气旋移动的平均速度大约3 m/s，因此海洋试验、平地试验中登陆时段内非引导效应对热带气旋运动的贡献远小于引导气流的贡献。在地形试验中，b1、b2时间段内非引导效应的总贡献分别为116、138 m/s，明显大于海洋和平地试验的结果，但在该试验中热带气旋移速明显增大，因此非引导效应对于移速的整体贡献依然偏小。值得注意的是，由图10可以看出：VA、DH项各自的估算速度数值上均大于或者接近非引导项的总贡献，但矢量方向上存在一定程度的反位相分布特征，这说明在登陆过程中，非引导效应各项之间存在一定程度相互抵消，因此对热带气旋运动的作用整体贡献偏小，热带气旋在登陆过程中总体仍受到引导效应的作用。此外，非引导效应导致热带气旋有向西运动的趋势，同时在地形试验中，由于地形的存在使得热带气旋登陆过程中FR项加大。

图10的结果表明垂直方向上多层平均的非引导效应对热带气旋运动的总体作用较小，但在各垂直层上是否有同样的作用呢？Wu and Wang（2001b）在数值研究中发现，加热场在热带气旋高低层呈现相反的作用。为了进一步分析各物理因子在不同垂直层次上的不同贡献，分别诊断了三个试验中，热带气旋登陆前12 h内高中低层PVT各分项对热带气旋运动的贡献（图11）。从图11可以看出：熱带气旋登陆前12 h内，三个试验中PVT方程各项的高低层贡献存在较大差异，例如HA项和ASAF项高低层（700 hPa与300 hPa）贡献相反，DH项与ASAF项在同一层次贡献相反，这些发现与Wu and Wang（2001b）的结论一致。需要指出的是，海洋和平地试验中ASAF项在中层贡献较小，而在高层对热带气旋运动的作用均为负贡献，但在地形试验的ASAF项中高层均为较为显著的正贡献，这一结果与该试验中引导气流的显著增大对应。此外，两个登陆试验的低层DH项与海洋试验结果存在明显差异，这说明热带气旋在登陆过程中受陆地和地形的影响，低层非绝热加热以及相应的非对称对流、降水等结构发生了相应的变化，例如图7中的降水率差别所示。以上结果表明，虽然非引导效应对于热带气旋运动的整体贡献相对于引导效应偏小，但在不同的垂直层次上各项的作用存在明显差异，尤其在登陆试验中，DH项发生了明显的变化。

图11海洋试验（a，b，c）、平地试验（d，e，f）、地形试验（h，i，j）中登陆前12～1 h平均的300 hPa（a，d，h）、500 hPa（b，e，i）和700 hPa（c，f，j）位涡趋势各项估算移速（VA项估算速度，蓝色；DH项估算速度，红色；FR项目估算速度，灰色；AASF项估算速度，紫色；ASAF估算速度，黑色）

Fig.11Averaged PVT terms including vertical advection（VA，blue），diabatic heating（DH，red），friction（FR，gray），advection of the asymmetric PV by the symmetric flow（AASF，purple） and advection of the symmetric PV by the asymmetric flow（ASAF，black） at （a，d，h）300 hPa，（b，e，i）500 hPa and （c，f，j）700 hPa during 12—1h before landfall in （a，b，c）OCN，（d，e，f）FLT and （h，i，j）TOP experiments

4结论与讨论

对于热带气旋登陆过程中的运动变化一直以来都是备受关注的一个问题，但是长期以来，更多的研究关注于特殊的岛屿地形（例如台湾岛）对于路径的影响，仅有少量研究涉及大陆地形的作用（Wong and Chan，2006；AuYeung and Chan，2010；Szeto and Chan，2010；Li et al.，2013）。然而这些研究中，通常又没有考虑地形高度和环境气流的影响。因此，本研究针对这一问题，设计了一组高分辨率的数值理想试验，通过试验结果对比以及位涡趋势方法的诊断结果，分析研究登陆我国华东沿海地区的热带气旋在登陆过程中的运动变化，以及不同的物理因子对于这种变化的不同贡献。

分析结果表明：当典型的低频背景场存在时，在热带气旋登陆前24 h至登陆后12 h这一段时间内，热带气旋在平地试验中的移速相比在海洋试验中的移速增加了约05 m/s，在具有实际地形高度的试验中，热带气旋移速存在约2 m/s的增幅。进一步的分析发现，这些移速增加的现象主要是由地形所引起的非对称气流以及相应的引导效应变化所引起的。在热带气旋登陆前，平地下垫面可以激发出中低层的非对称气流，这种热带气旋尺度的非对称气流导致了引导气流的增大，从而产生移速的加快。当地形高度存在时，地形可以激发出更大尺度的非对称南风气流，同时这些非对称气流更强，从热带气旋的低层发展到高层，因此造成了地形试验中显著增大的热带气旋移速。需要指出的是，这种地形所造成的非对称气流同时包括了地形对于热带气旋环流和对于环境气流的分别贡献，如何定量化地区别两者的不同贡献，有待今后的研究中进一步的分析。

除了引导效应之外，非引导效应对于登陆过程中的热带气旋运动的整体贡献相对较小，但是其作用不可忽视。位涡趋势方法的诊断结果表明，这些非引导因子整体存在相互抵消的现象，因此对热带气旋运动总贡献偏小，这与前人研究结果一致。此外，在不同的垂直层次上，不同的非引导效应的贡献存在着明显的差异，这些差异与热带气旋登陆过程中强度以及结构等方面的变化有着密切联系，表明热带气旋强度和结构的变化同样可能在一定程度会对其运动产生影响。

综合以上结论，可以看出我国大陆华东沿海地区的地形可以使得热带气旋在登陆该区域时移速发生显著的增大，增幅明显大于前人在平地试验中发现的结果，这种现象在前人研究中未有涉及，可能是导致台风路径预报误差的一个原因，值得更深入的研究和探讨。

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