高空槽脊对台风“天兔”（0705）变性过程中非对称降水的影响

吴丹黄泓王春明马申佳

1国防科技大学气象海洋学院，南京211100

2解放军31631部队，广东惠州516000

3解放军78127部队，成都610000

1 引言

中国近海所处的西北太平洋，是世界上发生TC（tropical cyclone）变性最多的地区，每年大约有24个TC在此区域生成，其中几乎半数TC 会向北或东北方向转向并发生变性（Extratropical Transition，ET）（Kitabatake, 2008; Deng and Ritchie,2018）。TC变性过程中，其暖心结构会遭到破坏，趋于向半冷半暖的温带气旋转变，同时TC常常会产生显著的非对称降水。这种非对称性会增加数值天气预报的不确定性，预报难度更大，有时其引发的风雨灾害甚至会超过变性前（陈联寿和丁一汇，1979;Jones et al.,2003;韩珏靖等,2007;Anwender et al.,2008），因此，相关的诊断和分析工作对于理解TC的发展和提高预报准确性有着重要的意义（Chen et al.,2005;DeMaria et al.,2005）。

有很多因素可能导致TC降水分布出现不对称现象。一些学者利用多年的TRMM卫星微波反演降水资料指出非对称的分布主要受到垂直环境风切变和TC移动影响（Lonfat et al.,2004;Hence and Houze.,2011）。在北半球，降水大值区位于相对TC移动方向的前象限和顺风切左侧，而非对称的程度则随TC移动速度增强、与TC中心相距变远而变大。表面摩擦引起的边界流入也有可能引起非对称的低层辐合和对流活动，降水易于产生在TC的右前方（北半球）象限内（Shapiro, 1983; Corbosiero and Molinari,2003）。岳彩军（2009）指出垂直上升运动条件可能是造成“海棠”台风降水非对称分布特征的主要因素。Atallah et al.（2007）通过研究西北大西洋TC发现，TC变性过程中，降水多集中于热带气旋中心左侧，并将该类TC 简称为LOC（Left of Center）型；降水集中于中心右侧的ROC（Right of Center）型TC则主要与下游脊相互作用。

前人对TC降水的研究多集中在其登陆阶段，但无论是否登陆，TC本身的巨大能量与中高纬斜压能量的结合过程对周边地区都会带来严重的风雨灾害。研究（王科程，2006;Chen,2011;颜玲等,2019）表明，TC上下游的槽脊引起的温度平流、位涡分配等因素对降水的分布起着重要的作用，但不同降水分型的主导系统是什么，环流调整会产生什么影响的研究极为少见。同时，与其他中小尺度要素相比，大尺度背景环流的调整与变化相对稳定，且预报准确率相对较高。因此本文将采用天气学分析与数值试验相结合的方法，研究0705号台风“天兔”（Usagi）变性过程中环流背景场与非对称降水分布的关系。

2 资料及个例介绍

台风“天兔”（Usagi）中心位置、强度等数据来自于日本气象厅提供的Best_Track 资料，时间分辨率为6 h，实况降水采用的是TRMM卫星反演的逐3 h 降水数据，空间分辨率为0.25°×0.25°，实况背景场及WRF模式初始场资料均为NCEP/NCAR 提供的FNL 逐6 h 再分析资料，空间分辨率为1°×1°。

2.1 “天兔”的降水非对称性

图1为“天兔”的移动路径以及强度变化。如图所示，2007 年7月27日12时（协调世界时，下同）“天兔”在南鸟岛附近海域生成，先向西移动3日后强度达到台风级别，同时转向西北移动；8月1日00时至2日00时维持其最低中心气压945 hPa；2日06时台风在日本九州东南部登陆后转为北行，强度开始减弱；3日降为热带风暴，从北海道南段离开日本海，同时转向东北方向移动。随后在8月4日12时变性为温带气旋，中心气压增至1000 hPa，这个时刻我们称其为变性完成时刻，记为ETtime。如图1所示，在天兔变性完成之前的24 h 内，主要降水呈带状沿东西方向分布在台风路径的左侧，伸展方向近似平行于移动路径，两个强降水（24 h 累计降水量>60 mm）中心均位于TC北侧，移动路径的右侧存在小范围的零散降水（24 h 累计降水量<40 mm），降水分布呈现显著的非对称特征。

图1 台风“天兔”移动路径及2007 年8月3日12时至4日12时的累积降水量（彩色阴影，单位：mm d-1）分布。黑色方框为降水分区示意图。台风路径上标注的四位数字前两位表示日期，后两位表示时刻，如2712表示27日12时（协调世界时，下同），下同Fig.1 Typhoon Usagi movement path and distribution of accumulated precipitation(colorful shadings, units:mm d-1)from 1200 UTC 3 August to 1200 UTC 4 August 2007.Black box shows schematic of the calculation of the precipitation partitions.The four numbers marked on TC(tropical cyclone)movement path, the first two numbers represent date,the last two numbers represent time,for example,2712 represents 1200 UTC 27 July,thesame below

为研究TC降水的非对称性随时间演变情况，并与该段时间内TC背景场的环流形势作对比，本文利用TRMM卫星降水资料，以TC所在位置为中心，当前时刻的移动方向为轴，在边长为10个经距的正方形范围（如图1黑色方框所示）内，将左区与右区的24 h 格点累积降水量之差定义为Brain；如果Brain>0，则定义该时刻为LOT 型降水，反之则定义为ROT 型。利用NCEP再分析资料，参考国家气候中心的计算方法，选取35°N与55°N 两条纬线上东经60°～150°E 区域内500 hPa等压面上位势高度平均值之差计算亚洲环流指数。再以TC所在位置为中心，分别向两侧扩展45个经度，计算TC两侧的环流指数，定义为其上下游的西风指数。以上各参数计算结果如图2所示。

Brain 与环流指数的变化趋势是相似的，说明TC降水的非对称性与背景场的环流调整有密切关系。“天兔”形成初期就呈现出典型的LOT型降水特征，7月30日Brain 达到最大值18032.5 mm，当日12时加强为台风级别后，降水不对称性开始减弱，甚至逐渐向右侧集中，8月2日12时“天兔”强度降为强热带风暴以后，LOT 型分布重新出现，并持续加强，至变性完成时刻（ETtime）Brain 增至7960 mm。亚洲环流指数和上下游西风指数的变化均呈现准周期性波动趋势，下游西风指数远大于上游西风指数，TC 变性前，亚洲环流指数有一次明显的减弱，说明TC变性前背景环流由纬向型调整为经向型，其中上游槽脊的发展是主要的贡献项。

图2 24 h 累积的Brain（左侧纵坐标，蓝色实线，单位：mm d-1）、亚洲环流指数（右侧纵坐标，红色实线，单位：gpm）及TC 上下游西风指数（右侧纵坐标，上游：黑色实线，下游：黑色点线，单位：gpm）随时间变化曲线Fig.2 Evolutions of 24-h accumulated Brain(left y-axis, blue solid line,units:mm d-1),Asian circulation index(right y-axis,red solid line,units:gpm),and west wind index(right y-axis,upstream: black solid line;downstream: black dotted line,units:gpm)of TC.Taking the TC location as the center,the current moving direction as the axis,and within a square with a side length of 10 longitudes, differences of the 24-h accumulated precipitation between the left area and the right area are defined as Brain.The differences of the 500-hPa geopotential height averaged over 60°-150°E between 35°N and 55°N are defined as the Asian circulation index.Taking the TC location asthecenter and extend 45 longitudesto both sides to calculate the circulation index on the both sides of the TC,which is defined as the western wind index of the upstream and downstream.ETtime(the ending time of extratropical transition )is 1200 UTC 4 August 2007

2.2 “天兔”的热力非对称性

其中，Z 是位势高度；R 和L（即Right 与Left）分别表示当前台风前进方向的右侧和左侧；上方横线表示以台风中心为圆心，半径500 km 范围内的半圆面积平均；h在北半球取+1，南半球取-1，所以在本文中h取+1；ΔZ 表示台风中心半径500 km范围内位势高度最大值和最小值之差；p表示气压。

计算“天兔”2007年8月1日00时至4日18时的相空间参数（图3）：2日06时至18时，高层与低层暖心相继达到最大值，2日18 时B值最小（0.699），这段时间内，热带风暴“天兔”处于不断增强过程中，逐渐形成对称的热力结构和成熟的高低层暖心；3日起B 值不断增大的同时高低层暖心逐渐减弱，3日12时至18时TC首先失去热力对称结构，紧接着高低层热力异常参数降为负值，3日18时“天兔”强度降为热带低压，逐渐变为一个右侧暖左侧冷（B>0）的温带气旋。

综上所述，Brain 于ETtime 前48 h 开始变为正值，即表现出显著的LOT 型降水，并且非对称性逐渐加强；热力非对称出现较晚（ETtime前24 h），但热力学特征向温带气旋转变过程非常迅速（<6 h），变性前背景场由纬向型调整为经向型，变性过程中经向型缓慢减弱。

3 大尺度环流分析

图3 台风“天兔”的相空间分布：（a）- VTL 和B；（b）- VTL 和- VTU。黑色圆点表示TC中心位置Fig.3 CPS(Cyclone Phase Space)distribution of typhoon Usagi:(a) -VTL(900-600-hPa thermal wind)and B (storm-relative thickness symmetry);(b)- VTL and - VTU(600-300-hPa thermal wind).The black dotsindicate the centersof TC

图4 2007年8月3日18时（a）345 K 等熵位涡（阴影，单位：PVU，1 PVU=10-6 K kg-1 m2 s-1）、500 hPa 位势高度（黑色实线，单位：gpm）、200 hPa 急流（蓝色虚线，>30 m s-1），（b）850 hPa 水汽通量（阴影，单位：10-4 g s-1 cm-2 hPa-1）、水平流场（黑色实线）、急流（红色虚线，>12 m s-1）。图a（b）中黑（白）色圆点表示台风中心所在位置Fig.4(a)345-K isentropic potential vorticity(shadings,units:PVU,1 PVU=10-6 K kg-1 m2 s-1),500-hPa geopotential height(black solid lines,units:gpm),200-hPa high-level-jet(blue dashed lines,>30 m s-1),(b)water vapor fluxes(shadings,units:10-4 g s-1 cm-2 hPa-1),horizontal flow(black solid lines),low-level jet (red dashed lines,>12 m s-1)at 850 hPa at 1800 UTC 3 August 2007.Theblack (white)dotsin Fig.a (Fig. b)indicate the TCcenters

分析2007年8月3日18时高空天气形势（图4a）可知：“天兔”位于副热带高压（简称副高）的西北侧，40°N 以北的高纬地区为一系列低压系统形成的横槽，对应一条东西方向分布的高位涡带，110°E附近存在引导冷空气南下的经向浅槽，低纬的等压线十分稀疏，以均压场控制为主。“天兔”位于高空急流入口区的右侧和低空急流轴附近，因此TC东北侧具有高层辐散低层辐合的配置，更有利于降水。850 hPa 高度上（图4b）可以看到，来自于副高南侧和西南季风汇合形成的偏南气流，以顺时针方向旋转汇入TC环流，水汽通量大值区与低空急流重合，位于TC路径右侧，与降水区不重合。

结合环流指数的演变可知，“天兔”变性前背景环流由纬向型调整为经向型，其上游有强烈的冷空气随槽南下，随着副高减弱南退，低纬两路暖湿空气以顺时针旋转汇入TC南侧，但该纬度暖空气势力相对较弱，因此受冷空气主导，降水集中产生在TC北侧的高空辐散场中。

4 数值试验设计及模拟结果

本文采用WRF模式V3.6版本来模拟“天兔”变性过程的降水分布，模式的初始条件和侧边界条件均采用NCAR/NCEP提供的逐6 h 全球再分析资料，空间分辨率为1°×1°。在模式中采用单重水平网格，模拟方案设置如表1所示。

从逐6 h 的Brain 曲线（图5a）可以看出，与实况相比，2日00 时至12时模拟的降水异常地向TC左侧集中，之后又重新变为右型降水，直到3日12时，Brain 开始变为正值，3日18时TC的左型降水特征达到最强，同时，与实况相似，3日12时之前亚洲环流指数有显著的减弱过程，42 h（1日12时至3日06时）内指数下降约50 gpm。图5b中模拟的路径与实况基本重合，3日以后模拟路径略向北偏，误差范围不超过2个纬距；TC的移动速度与实况基本一致；再结合24 h 格点累积降水量的分布可以发现，模式很好地模拟出了“天兔”变性过程中左型降水的非对称特征，降水带中大于40 mm d-1的纬向范围略大于实况，但仍重现了两个大于60 mm d-1的极大值中心。同时，3日12时至4日12时内TC的活动主要受西北侧的槽脊和副高的影响，以上三个系统呈西北—东南向排列在TC的两侧。综上所述，以上模拟方案较好地再现了“天兔”在经向型向纬向型转换的环流背景场中发生变性并产生显著左型降水的过程，可以作为本文控制试验（CTL 试验）。

表1 WRF 模式运行的参数化方案Table 1 Parameterization schemesused in WRFmodel

图5 （a）2007年8月1日12时至4 日12时CTL 试验中Brain [黑色线，单位：mm(6 h)-1]和亚洲环流指数（红色线，单位：gpm）随时间演变；（b）实况（紫色线）和CTL 试验（红色线）中TC 的移动路径，CTL 试验3日12时至4 日12时500 hPa 平均位势高度场（黑色线，单位：gpm）及24 h 累计降水（阴影，单位：mm）；（c）初始场（8月1日06时）的扰动位势高度（黑色实虚线表示正负值，单位：gpm）、扰动位势涡度（阴影，单位：PVU）的反演结果，黑色方框代表修改初始场区域，台风符号代表台风中心位置Fig.5(a)Evolutions of Brain[black line,units:mm(6 h)-1]and Asian circulation index(red line,units:gpm)in CTL test from 1200 UTC 1 August to 1200 UTC 4 August 2007;(b) Usagi movement path obtained from observed (purple line)and CTL test (red line),500-hPa mean geopotential height(black lines,units:gpm)and 24-h accumulated precipitation(shadings,units:mm)obtained from CTL test from 1200 UTC 3 August to 1200 UTC 4 August 2007;(c)disturbed potential height(black solid and dashed lines represent positive and negative values, units:gpm),disturbed geopotential vorticity(shadings,units:PVU)at initial time(0600 UTC 1 August 2007), black box indicates the initial field modification range,the typhoon symbol indicates TC center location

本文采用片段位涡反演的方法修改初始场（8月1日06时），即保持其他系统不变的前提下，从环境位涡场中提取出槽脊对应的位涡扰动，给定合适的边界条件可以反演出满足平衡关系的风场、气压场和温度场。图5c 给出的是片段位涡反演结果，黑色方框代表初始场修改区域（41°～55°N，100°～142°E），该区域包括了具有正的位涡扰动低压槽和负的高度扰动，及其西侧的脊区。以初始场修改前后亚洲环流指数变化趋势的相似程度作为标准，多次试验后确定初始场修改系数为0.2，即在初始场的基础上加上或扣除0.2倍的扰动场，分别记为加强试验（Usa_TR+0.2）和减弱试验（Usa_TR-0.2）。

5 结果分析

图6 2007年8月1日12时至4日12 时CTL 试验（黑色实线）、加强试验（红色实线）和减弱试验（蓝色实线）中（a）亚洲环流指数和（b）Brain 随时间演变Fig.6 Evolutions of (a)Asian circulation index and(b)Brain in CTL test(black lines), Usa_TR+0.2(Trough enhanced experiment)test(red lines),and Usa_TR-0.2(Trough weaken experiment)test (blue lines)from 1200 UTC 1 August to 1200 UTC 4 August 2007

图7 2007年3日12时至4 日12时CTL 试验与敏感性试验（（a）加强试验、（b）减弱试验）的累计降水量差值（阴影，单位：mm d-1），黑色等值线表示敏感性试验降水量（单位：mm d-1），实线表示降水累计时段内的台风路径Fig.7 Differences of accumulated precipitation(shadings,units:mm d-1) between CTL test and sensitivity tests[(a) Usa_TR+0.2 test,(b)Usa_TR-0.2 test]from 1200 UTC 3 August to 1200 UTC 4 August 2007.The black contours represent precipitation(units:mm d-1)obtained from sensitivity tests,solid curvesrepresent the Usagi movement path during the precipitation accumulated period

敏感性试验的亚洲环流指数如图6a 所示，加强初始槽脊，初始时刻的环流指数减小约20 gpm，积分24 h 后，指数减小的趋势变慢，即“天兔”变性前背景场由纬向型向经向型转换的趋势减弱。在这种环流背景中，“天兔”从2日06时起移速逐渐加快（图7a），移动方向变化不大，积分结束时刻TC位置与CTL试验相距近10个纬距，3日12时至4日12时的累积降水显示，路径左侧降水减少，右侧降水加强，总降水的带状特征显著减弱，降水落区比较均匀地分布在TC路径的左右两侧。相反地，减弱初始槽脊后（图6a），亚洲环流指数增加约24 gpm 后迅速减弱，说明环流调整的趋势变强。图7b中TC移速不变，但自3日起移动方向向南偏转，降水区域随之向南平移，仍然以带状特征集中在路径的左侧，且强度加强。对比敏感性试验和控制试验的降水分布演变（图6b），4日之前，除加强试验中3日06时Brain 的值异常地由负转正以外，三条曲线的变化趋势基本一致：2日与3日内各有一个极小值和极大值点，曲线总体为上升趋势。但是4日00时开始，CTL 试验中降水左型特征越来越显著，加强试验中左型变为右型，减弱试验中Brain 再次减弱，6 h 后重新加强，形成较弱的左型降水。因此本文接下来将选择降水分布出现显著差异的时刻（4日06时），进行对比分析。

为了研究出现以上现象的原因，本文将从大尺度环流形势和物理量分布特征两个方面，对比分析变性TC的降水分布与高纬度槽脊之间的关系。4日06时500 hPa 高度场分布显示，加强试验（图8b）中，TC以北的低压中心显著加强，槽前有大范围的偏北风，槽前加强的暖平流导致副高显著加强，因此副高与低压槽之间的等高线十分密集，引导气流的加强直接导致TC移速加快，路径左侧的降水区位于槽前偏南风中，右侧降水区则位于副高北侧的西风区中。减弱试验（图8c）中，高压脊显著加强并向东推进，低压中心消失，退化为脊前东西分布的横槽，来自中高纬的西北风绕过高压脊后风向基本不变，少部分转为东北风经过横槽汇入TC环流。副高北部等高线变平，略有南退，TC的移动方向也随之更倾向于向东，路径偏南。较强的降水区位于脊前偏北风中，较弱的降水区位于槽前偏西风内。由此可见，4日06时TC均位于高纬槽前，但槽脊发展的不同影响了TC两侧的风压场，导致TC移动方向和速度产生显著差异。

低层温湿场可以反映TC两侧的热力学条件，锋生（F）则是TC在中纬度环境场中TC变性常伴随的过程，计算公式（Harr and Elsberry,2000）

图8 2007年8月4 日06时（a）CTL 试验、（b）加强试验、（c）减弱试验500 hPa 位势高度场（阴影，单位：gpm）和4日00时至06时累积降水量（红色实线，单位：mm）以及TC 移动路径（白色实线）Fig.8 500-hPa geopotential height(shadings,units:gpm)at 0600 UTC 4 August 2007,accumulated precipitation(red lines,units:mm)from 0000 UTC to 0600 UTC 4 August 2007,and TC movement path(white lines)in(a)CTL test,(b)Usa_TR+0.2 test,and(c) Usa_TR-0.2 test

如下：

在前人研究基础上（李英等，2006），本文采用339 K 的假相当位温等值线代表冷空气的前沿。在控制试验中（图9a），4日06时TC位于暖区中，暖空气向北凸出，来自东北方向的冷空气以逆时针方向侵入TC环流，冷锋追上暖锋形成锢囚锋（图10a），两个降水区呈南北分布，较强的南侧降水区位于冷锋一侧，而北侧降水区位于暖锋侧，西路和南路两个水汽通道在暖锋附近汇合，呈西南风汇入TC环流。加强试验中（图9b），4日06时TC和降水均位于冷区内，冷暖空气分别位于TC的西北和东南侧，西北侧大量偏北风与暖区西南风形成冷锋（图10b），同时低压中心前东南风与暖区西南风之间形成暖锋风切，路径两侧降水区呈西南—东北向分布，两个降水区分别位于冷锋与暖锋附近，西路和南路水汽均略有加强，在低纬汇合形成西南急流向高纬输送，与CTL试验相比，TC附近温度场偏冷但水汽加强，暖锋减弱，南侧降水减弱但北侧降水加强。减弱试验（图9c、10c）中，冷暖空气分别分布在TC 的北、南两侧，TC位于大于349 K 的暖区内，高纬横槽槽前的大范围偏东风与暖区内的偏南风之间形成东西向分布的暖锋，部分冷空气向西旋转进入TC环流形成弱的冷锋，这样的低层形势与CTL 试验相似，但是冷锋偏弱，无法追上暖锋形成锢囚，西路水汽略有减弱而南路加强，因此两个降水区由CTL 试验中的南北分布变为东西分布，TC 附近温度场更暖但水汽中心偏弱。最终冷区内的降水强度减弱，暖区内加强。综上所述，热力场中水汽输送与冷暖空气的强弱直接影响着锋生过程，导致TC降水强度和分布发生明显差异。

图9 2007年8月4 日06时（a）CTL 试验、（b）加强试验和（c）减弱试验850 hPa 假相当位温（阴影，单位：K）、水汽通量（黑色实线，单位：g s-1 cm-1 hPa-1）和4日00时至06时累积降水量（黑色粗实线，单位：mm）以及TC移动路径（白色实线）Fig.9 850-hPa pseudo-equivalent potential temperature(shadings,units:K),water vapor fluxes(black lines,units:g s-1 cm-1 hPa-1)at 0600 UTC 4 August 2007,accumulated precipitation(black thick lines,units: mm)from 0000 UTC to 0600 UTC on 4 August 2007,and TC movement path(white lines)in(a)CTL test,(b)Usa_TR+0.2 test,and(c) Usa_TR-0.2 test

图10 2007年8月4 日06时（a）CTL 试验、（b）加强试验和（c）减弱试验950 hPa 锋生函数（阴影，单位：K）、水平风场（单位：m s-1）和4 日00时至06时累积降水量（黑色实线，单位：mm）以及TC 移动路径（红色实线）Fig.10 950-hPa function of frontogenesis(shadings, units:K),horizontal wind (units:m s-1)at 0600 UTC 4 August 2007,accumulated precipitation(black lines,units:mm)from 0000 UTC to 0600 UTC 4 August 2007,and TC movement path(red line)in(a)CTL test,(b)Usa_TR+0.2 test,and (c)Usa_TR-0.2 test

为了研究TC引发降水的动力学条件，将两个降水中心的连线作为剖线，计算每个剖线点在垂直于剖线方向上的累积降水量，对比分析三个试验中降水发生的垂直环境特征。本文使用MPV（moisture potential vorticity）来表征气层稳定度，具体计算方法如下（吴国雄等，1995）：

其中，MPV1是湿位涡的正压项，表示惯性稳定性和对流稳定性的作用，当大气对流不稳定时，MPV1<0，有利于暴雨的发生发展，MPV2是湿位涡的斜压项，该项负值越大，表示大气斜压性越强。控制试验中，由于冷暖锋发生锢囚，两个降水中心附近均有倾斜分布的锋面（图11b），对应MPV1正值和MPV2负值中心，暖空气被南北两侧冷空气挤压至45°N附近的中空，形成弱的不稳定层结。高层冷空气由北至南逐渐下传（图11c），集中在南侧降水中心附近，随着TC环流进一步向北卷入另一个降水中心，形成一强一弱两个位涡柱，加强了低层扰动，上升运动集中在500 hPa 以下，有利于剖线以南的大量暖湿空气沿锋面爬升，大于10 g s-1cm-1hPa-1的水汽通量大值区在南侧降水区中爬升至250 hPa，北侧降水中爬升至400 hPa 附近（图11b）。

加强试验中，由于TC北侧低压略有东退但强度加强，剖线北端高层的冷空气下传位置偏北但强度加强（45°N 附近）（图12c），北侧降水区附近的低层扰动也随之加强，45°N 及其以北上升运动可伸展至200 hPa，并在47°N 附近出现宽度窄但强度强的位涡柱，但南侧降水区没有位涡柱和强上升运动。由于低层水汽输送加强，使得两个强降水中心上空均出现15 g s-1cm-1hPa-1的湿中心（图12b），尤其位于暖锋附近的北侧降水中心，大于10 g s-1cm-1hPa-1湿区范围也爬升至250 hPa，湿区的外缘对应着不稳定层结，低层均为锋区中的稳定层结，因此与CTL 试验相比，北侧降水区内高层冷空气下传加强，低层水汽输送加强，共同作用下使得降水显著加强，而南侧降水区内暖空气加强，在冷锋抬升作用下暖湿空气向上爬升，进入不稳定气层进一步促使降水产生。

图11 （a）2007年8月4 日00时至06时CTL 试验累积降水量（黑色实线，单位：mm）分布，蓝色实线为图b、c的剖线，红色实线为台风路径，台风符号为4日06时台风中心位置；（b）2007年8月4日06时湿位涡[MPV1（阴影）、MPV2（红色虚线），单位：PVU]和水汽通量（黑色实线，单位：g s-1 cm-1 hPa-1）的剖面分布；（c）2007年8月4 日06时位势高度距平（阴影，单位：gpm）、位涡（黑色实线，单位：PVU）、垂直速度（箭头，单位：m s-1）的剖面分布以及每个剖点的6 h 降水量累积值（白色实线，单位：mm）Fig.11(a)Accumulated precipitation(black lines,units:mm)from 0000 UTC 4 August to 0600 UTC 4 August 2007,blue line indicates cross section line of Figs. b and c,red line is TC track,and the typhoon symbol indicates the TCcenter at 0600 UTC 4 August 2007;(b)vertical distribution of humidity potential vorticity [MPV1(shadings),MPV2(red dashed lines),units:PVU],and water fluxes(black lines, units:g s-1 cm-1 hPa-1)at 0600 UTC 4 August 2007;(c)vertical distribution of geopotential height anomalies(shadings,units:gpm), potential vorticity(black lines, units:PVU),vertical velocity(arrows,units:m s-1),and 6-h accumulated precipitation(white lines, units:mm)at cross section points obtained from CTL test at 0600 UTC 4 August 2007

减弱试验中，高纬低压中心退化为横槽，利于更多的冷空气向西传播，在垂直剖面图中高空冷空气下传的落区也随之西移，位于偏东的降水中心西侧，显著地加强了冷区西侧的上升运动（图13c）。低层除了从西向东凸起的水汽输送带明显减弱外，由于南路水汽输送加强，有部分水汽由东向西回流，西侧降水中心的水汽通量大值中心为15 g s-1cm-1hPa-1，大于10 g s-1cm-1hPa-1的湿区范围接近300 hPa（图13b）。因此与CTL 试验相比，高空冷空气向西下传加强，低层南路暖湿空气也加强向西输送，二者一同有利于西侧的强降水产生，东侧降水区内温度更高但水汽略弱，而暖锋锋后的暖湿空气主动抬升，产生了强度弱但范围大的暖锋降水。

6 结论

图12 同图11 ，但为加强试验Fig.12 As in Fig.11, but for Usa_TR+0.2 test

图13 同图11 ，但为减弱试验Fig.13 Asin Fig.11, but for Usa_TR-0.2 test

本文利用Brain、环流指数和副高指数对台风“天兔”变性过程中降水分布以及背景环流场进行了定量分析，并结合一系列的数值试验，研究了环流调整对“天兔”变性过程降水非对称分布的影响，得到的主要结论如下：（1）“天兔”变性完成前约48 h 出现降水向移动路径左侧集中的现象，且非对称性逐渐加强；变性前大尺度背景场经历了由纬向型向经向型转换的过程，副高南退的同时减弱西进，TC降水受冷空气主导更易发生在左侧。（2）数值模拟结果表明“天兔”变性过程中，低层冷暖气团之间形成锢囚锋，6 h 降水呈南北向分别分布在冷暖锋附近，高层冷平流下传至南侧降水中心附近，与锢囚锋一起加强低层扰动，促使暖湿空气抬升，在TC路径左侧产生降水。（3）敏感性试验表明“天兔”变性过程中背景环流的调整对其降水分布形态的改变有明显影响。初始时刻加强槽脊会阻碍高纬背景环流的经向发展，槽脊发展减慢，环流调整减弱（即加强试验）后，变性完成前约12 h 转变为ROT 型降水。500 hPa引导气流加强，TC移动加快，低层TC 附近变冷但水汽加强，暖锋减弱，高层冷空气下传至两侧降水连线的中心附近，6 h 降水分布呈东北—西南分布在路径的左右两侧；反之，初始时刻减弱槽脊会有利于高纬背景环流的经向发展，槽脊发展加快，环流调整加强后（即减弱试验），变性完成前约48 h 转变为左型降水。500 hPa 系统南压，TC路径偏南，低层TC附近变暖且水汽减弱，冷锋减弱，高层冷空气下传至降水区西端，6 h 降水分布呈东西向分布在路径的左侧。

本文讨论了高纬度槽脊对“天兔”变性前大尺度降水非对称性的影响，实际上，此时天兔的降水分布在更小的空间尺度还可能受到地形、风切变等的影响（Tang et al., 2012, 2019），也就是说，“天兔”降水的各种尺度非对称特征受到多种因子的影响，各种因子的相对贡献如何，值得我们继续研究。