張雪貝， 傅 剛

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院海洋氣象學(xué)系，山東 青島 266100)

1979年, Rice[1]首次用“氣象炸彈”這一術(shù)語(yǔ)來(lái)描述短時(shí)間內(nèi)中心氣壓迅速降低、強(qiáng)度急劇增強(qiáng)的氣旋。1980年代, Sanders和Gyakum[2]給出了爆發(fā)性氣旋(Explosive Cyclone,簡(jiǎn)稱EC)的定義，即氣旋中心的海表面氣壓在24 h內(nèi)下降24 hPa以上，氣旋中心氣壓加深率達(dá)到一個(gè)Bergeron (1 Bergeron=1 hPa·h-1) 及其以上的溫帶氣旋。

從衛(wèi)星云圖上看，爆發(fā)性氣旋多伴有“螺旋”狀云系。由于其多形成于中高緯度海面，發(fā)展速度快，且常常伴有大風(fēng)，因此被認(rèn)為是最危險(xiǎn)的天氣系統(tǒng)之一。由于海上觀測(cè)資料相對(duì)于陸地要少，所以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)爆發(fā)性氣旋的難度很大[3]。

學(xué)者們分析了爆發(fā)性氣旋發(fā)展時(shí)的大尺度環(huán)流特征[4-5]和一些個(gè)例，指出：斜壓不穩(wěn)定[6-7]、位勢(shì)渦度[8-9]、高空急流[10]等是對(duì)氣旋爆發(fā)性發(fā)展有重要影響的幾個(gè)物理因子。傅剛和張樹欽[11]對(duì)爆發(fā)性氣旋研究進(jìn)行了回顧和總結(jié)。

前人對(duì)爆發(fā)性氣旋的研究多局限在西北太平洋海域，對(duì)東北太平洋的爆發(fā)性氣旋研究較少，且不夠深入系統(tǒng)。由于東北太平洋也是船舶航行密集的區(qū)域，對(duì)這一區(qū)域爆發(fā)性氣旋的研究分析和預(yù)報(bào)具有重要價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)[12]，爆發(fā)性氣旋在北太平洋發(fā)生的頻率自西向東逐漸遞減，氣旋生成頻率最大的地區(qū)在北太平洋西部。加深率在1.70～2.29 Bergeron之間為強(qiáng)爆發(fā)性氣旋，加深率≥2.30 Bergeron為超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋。2000—2015年間東北太平洋上強(qiáng)爆性發(fā)氣旋有11例，超強(qiáng)爆發(fā)性氣旋有2例。

本文研究的是2006年12月23—27日在東北太平洋發(fā)生的一個(gè)爆發(fā)性氣旋, 它是2000年10月—2015年4月之間東北太平洋上的氣壓值最低、且氣旋中心氣壓加深率最大的爆發(fā)性氣旋[13]，最大加深率達(dá)2.83個(gè)Bergeron，氣旋的中心氣壓最低值為945 hPa，生命周期約為4 d，移動(dòng)路徑穿過東北太平洋。

本文擬利用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ERA-Interim 的再分析數(shù)據(jù)等多種氣象資料，分析該爆發(fā)性氣旋的演變過程以及不同階段的天氣學(xué)特征，分析高空急流、低空急流、位勢(shì)渦度(PV)和水汽通量等物理量對(duì)爆發(fā)性氣旋發(fā)展的影響。

本文使用的是2004年Yoshida和Asuma[14]給出的爆發(fā)性氣旋的定義公式，即把Sanders和Gyakum[2]給出的爆發(fā)性氣旋的定義公式中的時(shí)間間隔由24 h調(diào)整為12 h：

(1)

式中：P為氣旋中心的海平面氣壓，單位為 hPa， 為氣旋地面中心所在緯度；下標(biāo)t-6和t+6分別表示前后6 h的變量。

1 資料

本文使用的資料如下：

(1)歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) 2006 年 12 月 ERA-Interim 的再分析數(shù)據(jù), 時(shí)間分辨率為6 h(00 UTC、06 UTC、12 UTC、18 UTC)，空間分辨率為 0.5°×0.5°，包括海表面氣壓場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)、氣溫場(chǎng)、比濕場(chǎng)、水平風(fēng)場(chǎng)和垂直運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，垂直分層為 37 層(1 000、975、950、925、900、875、850、825、800、775、750、700、650、600、550、500、450、400、350、300、250、225、200、175、150、125、100、70、50、30、20、10、7、5、3、2 和1 hPa)，下載地址為：http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-daily/levtype=pl/。

(2)美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA(National Aeronautics and Space Administration)提供的2006年12月23—26日EOSDIS (Earth Observing System Data and Information System) 極軌衛(wèi)星云圖,下載地址為：https://worldview.earthdata.nasa.gov/。

(3) CIMSS (Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies)提供的GOES-EAST(Geostationary Operational Environment Satellite-EAST)的紅外衛(wèi)星云圖，時(shí)間間隔為3 h,下載地址為：http://tropic.ssec.wisc.edu/archive。

2 氣旋演變過程

首先分析氣旋移動(dòng)路徑(見圖1)。2006年12月23日06 UTC，氣旋形成于太平洋東北部，此后在東北太平洋上以較均勻的速度向東北方向移動(dòng)并發(fā)展。24日12 UTC，氣旋中心位于(49°N，146°W)附近，氣旋中心氣壓值降到945 hPa，此后氣旋繼續(xù)向東北移動(dòng)。25日06UTC，氣旋中心向北移動(dòng)，進(jìn)入加拿大育空地區(qū)上空。26日06 UTC，氣旋轉(zhuǎn)而向東北方向移動(dòng)，27日00 UTC，到達(dá)加拿大大不列顛哥倫比亞省上空后逐漸消亡。

圖1 2006年12月23日06 UTC至27日00 UTC氣旋中心的移動(dòng)路徑Fig.1 The moving track of cyclone center from 06 UTC 23 to 00 UTC on 27 December ,2006

圖2為氣旋中心氣壓和中心氣壓降低率隨時(shí)間的變化曲線，可以看到，2006年12月23日06 UTC，氣旋中心氣壓為 995 hPa，至23日18UTC，氣壓下降至976 hPa，該時(shí)段的中心氣壓降低率由 2.03 Bergeron 上升至2.47 Bergeron。23日 18 UTC 后，氣旋中心氣壓快速下降。23日18 UTC至24日06 UTC，氣旋中心氣壓降低率達(dá)到2.83 Bergeron，且整個(gè)時(shí)段的降低率維持在1.7 Bergeron 以上。此后氣壓下降速度減緩，至24日12 UTC，降至 0.4 Bergeron，中心氣壓達(dá)到最小值 945 hPa。此后，中心氣壓降低率由正值轉(zhuǎn)負(fù)值，即氣旋中心氣壓值開始緩慢上升。

圖2 氣旋的海表面中心氣壓(實(shí)線，hPa)及中心氣壓降低率(虛線，Bergeron)隨時(shí)間變化曲線Fig.2 Time series of central sea level pressure (solid line, hPa) of the cyclone and its deepening rate (dotted line, Bergeron)

通過以上對(duì)氣旋的移動(dòng)路徑、氣旋的中心氣壓及氣旋中心氣壓降低率的分析，并結(jié)合衛(wèi)星云圖特征，可以把氣旋的演變過程劃分為四個(gè)階段：

初始階段 (2006年12月23日06 UTC至23日12 UTC) 該階段氣旋中心位于東北太平洋上，云團(tuán)邊界不清晰，“螺旋”狀結(jié)構(gòu)不明顯(見圖3(a)、3(b))。此時(shí)云團(tuán)位置較氣旋中心位置偏東南方向，云團(tuán)呈西南-東北向。海表面中心氣壓下降，由995 hPa下降至986 hPa。

((a) 2006年12月23日 06 UTC; (b) 23日 12UTC;(c) 23日 18 UTC; (d) 24日 00 UTC; (e) 24日06 UTC; (f) 24日12 UTC; (g)24日18 UTC; (h) 25日 00 UTC。圓點(diǎn)為氣旋中心所在位置。 (a) 06 UTC 23； (b) 12 UTC 23； (c) 18 UTC 23； (d) 00 UTC 24； (e) 06 UTC 24； (f) 12 UTC 24； (g) 18 UTC 24； (h) 00 UTC 2. Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖3 2006年12月23日06 UTC至25日00 UTC的GOES-EAST紅外衛(wèi)星云圖
Fig.3 GOES-EAST satellite images from 06 UTC 23 to 00 UTC on 25 December, 2006

發(fā)展階段 (2006年12月 23日13 UTC至24日00 UTC) 該階段云團(tuán)進(jìn)一步向東北移動(dòng)，組織更加緊密。氣旋整體受海洋下墊面的影響，云團(tuán)邊界逐漸清晰。24日00 UTC，云團(tuán)演變成清晰的“逗點(diǎn)”狀結(jié)構(gòu)(見圖 3(d))，氣旋中心氣壓快速下降。24日00 UTC氣旋中心氣壓降低率達(dá)到2.83 Bergeron，且整個(gè)時(shí)段維持在 2.0 Bergeron 以上。500 hPa上，氣旋上游的槽加深并向東移動(dòng)，24日00 UTC(見圖4(a))氣旋位于槽前位置，槽后冷平流，有利于地面氣旋的發(fā)展。溫度槽落后于位勢(shì)高度槽，表明大氣斜壓性強(qiáng)。700 hPa上，24日00 UTC(見圖4(b))等高線閉合，槽后冷平流，溫度槽落后于位勢(shì)高度槽，氣旋中心上空附近有強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)。850 hPa上，24日00 UTC(見圖4(c))地面氣旋位于閉合等高線內(nèi)，槽后冷平流，在氣旋南部和東北部等溫線與等位勢(shì)高度線的夾角近似為90°。海平面上，24日00 UTC(見圖4(d))氣旋中心氣壓為961.6 hPa，氣旋東南部風(fēng)速較大，氣旋式切變較強(qiáng)，來(lái)自于暖洋面的暖濕氣流向氣旋內(nèi)部提供水汽。衛(wèi)星云圖顯示，發(fā)展階段氣旋東西向跨度超過20個(gè)經(jīng)度(見圖3(d))。

((a) 500 hPa 位勢(shì)高度場(chǎng)(實(shí)線，間隔 80 gpm) ，溫度場(chǎng)(虛線，間隔 4 ℃)和溫度平流場(chǎng)(填色，間隔0.2×10-3℃·s-1); (b) 700 hPa 位勢(shì)高度場(chǎng)(實(shí)線，間隔 80 gpm) ，溫度場(chǎng)(虛線，間隔 4 ℃) 和溫度平流場(chǎng)(填色，間隔0.2×10-3℃·s-1); (c) 850 hPa 位勢(shì)高度場(chǎng) (實(shí)線，間隔 80 gpm) ，溫度場(chǎng)(虛線，間隔 4 ℃) 和溫度平流場(chǎng)(填色，間隔0.2×10-3℃·s-1); (d) 海表面氣壓場(chǎng) (實(shí)線，間隔6 hPa)，海表面溫度場(chǎng)(填色，間隔4 ℃)和10 m高度風(fēng)場(chǎng) (箭頭，m·s-1)。圓點(diǎn)為氣旋中心所在位置。 (a) 500 hPa: Geopotential height (Solid, 80 gpm interval) , air temperature (Dashed, 4 ℃ interval) and temperature advection (Shaded, 0.2×10-3℃·s-1interval); (b) 700 hPa: Geopotential height (Solid, 80 gpm interval), air temperature (Dashed, 4 ℃ interval) and temperature advection (Shaded, 0.2×10-3℃·s-1interval); (c) 850 hPa: Geopotential height (Solid, 80 gpm interval), air temperature (Dashed, 4 ℃ interval) and temperature advection (Shaded, 0.2×10-3℃·s-1interval); (d) Sea level pressure (Solid, 6 hPa interval), sea surface temperature (Shaded, 4 ℃ interval) and 10 m wind (Arrows, m·s-1). Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖4 2006年12月24日00 UTC的天氣圖
Fig.4 Weather charts at 00 UTC 24 December, 2006

成熟階段 (2006年 12月 24日01 UTC至24日18 UTC) 氣旋繼續(xù)向東北移動(dòng)，移向加拿大，云團(tuán)由“逗點(diǎn)”狀逐漸演變?yōu)椤奥菪睜?見圖3(f))。從24日的MODIS衛(wèi)星云圖上也可看出，云團(tuán)邊界清晰，整個(gè)云系呈清晰的“螺旋”狀結(jié)構(gòu)(見圖5)。至24日12 UTC，氣旋中心氣壓降低率為 0.4 Bergeron，中心氣壓達(dá)到最小值 945 hPa。

衰亡階段 (2006 年 12月24日19 UTC至27日00 UTC) 云團(tuán)邊界逐漸模糊，氣旋北部的“螺旋”狀云團(tuán)開始減弱，而南部的云帶開始進(jìn)一步擴(kuò)展，云系逐漸向東北移動(dòng)，移向加拿大的陸地上，云團(tuán)南部的細(xì)長(zhǎng)云帶掠過東北太平洋。中心氣壓降低率由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，氣旋中心氣壓值開始緩慢上升。

3 高空形勢(shì)分析

朱乾根等[15]指出，急流是指一股強(qiáng)而窄的氣流帶，急流中心最大風(fēng)速在對(duì)流層上部必須大于或等于30 m·s-1，它的風(fēng)速水平切變量級(jí)為每10 km/5 m·s-1，垂直切變量級(jí)為5～10 m·s-1·km-1。本文定義高空急流在對(duì)流層上部，急流中心最大風(fēng)速大于 50 m·s-1。300 hPa的高空形勢(shì)分析表明，高空急流始終存在于氣旋上游。23日12 UTC的300 hPa 見圖6(a))上，地面氣旋位于槽前。高空急流呈氣旋式彎曲。氣旋中心位于西北-東南向的高空急流出口區(qū)的左側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)內(nèi)。Uccellini[10]指出高空急流有利于氣旋爆發(fā)性發(fā)展。隨后12 h內(nèi)(見圖6(b)、6(c))，槽東移并加深，地面氣旋仍位于槽前。高空急流沿等位勢(shì)高度線，氣旋式彎曲曲率增大，強(qiáng)輻散區(qū)東移，氣旋中心依然位于高空急流出口區(qū)的左側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)內(nèi)，氣旋上空輻散加強(qiáng)，有利于低空氣旋的發(fā)展。24日12 UTC(見圖6(d))，槽進(jìn)一步加深，高空急流與高空槽部的等位勢(shì)高度線的走向大體一致。在隨后的12 h(見圖6(e)、6(f))，氣旋中心遠(yuǎn)離高空急流出口區(qū)的左側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)，氣旋強(qiáng)度也減弱。高空急流對(duì)氣旋的快速發(fā)展提供了至關(guān)重要的外部環(huán)境。

圖5 2006年12月24日 MODIS Terra衛(wèi)星云圖上顯示的東北太平洋上有“螺旋”狀云系Fig.5 MODIS Terra satellite visible image showed the spiral cloud pattern over the Northeastern Pacific on 24 December, 2006

((a)2006年12月23日12 UTC;(b)23日18 UTC; (c)24日00UTC; (d)24日06 UTC; (e)24日12 UTC; (f)24日18 UTC.圓點(diǎn)為氣旋中心所在位置. (a) 12 UTC 23; (b) 18 UTC 23; (c) 00 UTC 24; (d) 06 UTC 24; (e) 12 UTC 24; (f) 18 UTC 24 December,2006. Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖6 300 hPa 位勢(shì)高度場(chǎng)(實(shí)線，間隔 120 gpm)，散度場(chǎng)(虛線，間隔10-5s-1)和風(fēng)速(箭頭，m·s-1，大于 50 m·s-1)
Fig.6 Geopotential height (Solid, 120 gpm interval), divergence of horizontal wind (Dashed, 10-5s-1interval) and wind vector (Arrows, m·s-1, greater than 50 m·s-1) at 300 hPa

圖7為300 。23日12 UTC(見圖7(a))，PV大值區(qū)位于氣旋中心的西北部和東北部，最大值達(dá)到7 PVU以上，氣旋中心上空PV值較小，為3 PVU左右，氣旋東南部的PV值大于8 PVU，氣旋中心距PV大值區(qū)距離較遠(yuǎn)。6 h后(見圖7(b))，氣旋中心上空的PV值上升到8 PVU以上，其西部的PV大值區(qū)向氣旋中心逼近，12 h(見圖7(c))后，氣旋中心上空的PV值達(dá)到9 PVU。24日06 UTC(見圖7(d))，PV大值區(qū)到達(dá)地面氣旋上空，且其東南部呈“鉤”狀分布，氣旋中心位于“鉤”狀結(jié)構(gòu)的中部，其上空的PV值達(dá)到10 PVU以上，此時(shí)氣旋中心氣壓最低。Pang和Fu[16]指出，爆發(fā)性氣旋的PV經(jīng)常在高空呈“鉤”狀分布。24日12 UTC(見圖7(e))，“鉤”狀結(jié)構(gòu)更加顯著，氣旋上空的PV值減小到9 PVU。此后的6 h(見圖7(f))，PV的“鉤”狀結(jié)構(gòu)繼續(xù)呈氣旋式彎曲，氣旋中心上空的PV值略有降低，此時(shí)的氣旋中心氣壓開始回升。 Novak等[17]曾指出，由爆發(fā)性氣旋引起的大型降水中，61%的事件與上層“鉤”狀PV異常有關(guān)。

((a)2006年12月23日12 UTC;(b)23日18 UTC;(c)24日00 UTC;(d)24日06 UTC;(e)24日12 UTC;(f)24日18 UTC。大于3 PVU的區(qū)域標(biāo)陰影，線AiBi(i=1,…,6)用于分析垂直剖面，圓點(diǎn)表示氣旋中心位置. (a)12 UTC 23;(b)18 UTC 23; (c)00 UTC 24; (d)06 UTC 24; (e)12 UTC 24; (f)18 UTC 24 December, 2006. The areas above 3 PVU are shaded. Lines AiBi(i=1,…,6) are used for the vertical cross section analyses later. Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖7 300 hPa位渦水平分布(實(shí)線，間隔2 PVU，大于3 PVU，1 PVU=10-6kPa-1m·s-1)
Fig.7 Potential vorticity at 300 hPa (Solid, 2 PVU interval, above 3 PVU, 1 PVU=10-6kPa-1m·s-1)

4 低空形勢(shì)分析

低空急流(Low-Level Jet, 簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)LJ)通常指在對(duì)流層近地面附近2～3 km高度處發(fā)現(xiàn)的急流[注]引自http://glossary.ametsoc.org/wiki/Low-level_jet.。朱乾根等[15]把600 hPa以下出現(xiàn)的強(qiáng)而窄的氣流稱為低空急流。本文定義低空急流在對(duì)流層近地面附近2～3 km處，急流中心最大風(fēng)速大于30 m·s-1。

首先分析850 hPa層上的水汽通量、風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布圖。23日12時(shí)(見圖8(a))，爆發(fā)性氣旋處于初始階段，較弱的低空急流位于氣旋南側(cè)。水汽通量場(chǎng)位于氣旋中心南側(cè)。23日18時(shí)(見圖8(b))，低空急流逐漸加強(qiáng)，水汽通量場(chǎng)逐步演變成帶狀分布，風(fēng)場(chǎng)與等溫線幾乎垂直，氣旋中心東南側(cè)為暖平流，低空急流將暖濕氣流向氣旋中心輸送，為氣旋發(fā)展提供能量。24日00時(shí)(見圖8(c))，氣旋處于發(fā)展階段，氣旋東移，低空急流隨之東移，位于氣旋的東南部，強(qiáng)度變大。水汽通量場(chǎng)逐漸彎曲形成“鉤”狀分布，氣旋東側(cè)依然是暖平流，低空急流攜帶著暖濕氣流進(jìn)一步向氣旋中心輸送，促使氣旋進(jìn)一步發(fā)展。24日06時(shí)(見圖8(d))，氣旋進(jìn)一步東移，水汽通量場(chǎng)呈“螺旋”狀分布，與此時(shí)的衛(wèi)星云圖“螺旋”狀分布相呼應(yīng)。24日12時(shí)(見圖8(e))，“螺旋”頭部的水汽通量減弱，且氣旋頭部的風(fēng)向平行等溫線，暖平流較弱，即暖濕氣流停止向氣旋中心輸送，氣旋不再繼續(xù)發(fā)展。24日18時(shí)(見圖8(f))，低空急流減弱,水汽通量減小，氣旋進(jìn)入衰亡階段。由于水汽通量場(chǎng)的形狀與同時(shí)刻衛(wèi)星云圖上云系形狀相吻合，表明該氣旋的爆發(fā)性發(fā)展與低空急流向氣旋中心輸送的暖濕氣流有密切聯(lián)系。

((a)2006年12月23日12 UTC;(b)23日18 UTC;(c)24日00 UTC;(d)24日06 UTC;(e)24日12 UTC;(f)24日18 UTC.圓點(diǎn)表示氣旋中心位置. (a)12 UTC 23;(b)18 UTC 23;(c)00 UTC 24;(d)06 UTC 24;(e)12 UTC 24;(f)18 UTC 24 December,2006. Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖8 850 hPa的水汽通量(填色，間隔300 kg·m-2·m·s-1)、風(fēng)場(chǎng)(箭頭，m·s-1，大于15 m·s-1)及溫度場(chǎng)(實(shí)線，間隔4 ℃)

Fig.8 Water vapor flux(Shaded, 300 kg·m-2·m·s-1interval), wind vector (Arrows, m·s-1, greater than 15 m·s-1) and air temperature (Dashed, 4 ℃ interval) at 850 hPa

再分析700 hPa層上位溫、垂直速度和位勢(shì)高度場(chǎng)的水平分布。24日00時(shí)(見圖9(a))，根據(jù)等位溫線密集程度確定鋒面位置，氣旋中心西南側(cè)等位溫線相對(duì)東側(cè)更為密集，說(shuō)明氣旋西南側(cè)有較強(qiáng)冷鋒，東側(cè)有相對(duì)較弱的暖鋒。氣旋中心東北側(cè)有強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，這與高空急流出口區(qū)左側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)相對(duì)應(yīng)(見圖6(c))，氣旋西南側(cè)冷鋒后區(qū)域，有明顯的下沉運(yùn)動(dòng)。24日06時(shí)(見圖9(b))，冷鋒向東移動(dòng)，冷鋒后下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)域向東移動(dòng)，氣旋東北側(cè)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)域依然與高空急流出口區(qū)左側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)相對(duì)應(yīng)(見圖6(d))。24日12時(shí)(見圖9(c))，冷暖鋒錮囚，冷鋒后下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)域向東移動(dòng)且變強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)域與高空急流出口區(qū)左側(cè)的輻散場(chǎng)依然對(duì)應(yīng)(見圖6(e))。分析表明，暖鋒后冷鋒前，有強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，與高空急流出口區(qū)左側(cè)的輻散場(chǎng)對(duì)應(yīng)，說(shuō)明高空急流會(huì)引起低空輻合高空輻散，促進(jìn)氣旋發(fā)展；而冷鋒后區(qū)域，有明顯的下沉運(yùn)動(dòng)，我們主要研究這一區(qū)域的高空動(dòng)量下傳對(duì)低空急流的影響。

((a)2006年12月24日00 UTC;(b)24日06 UTC;(c)24日12 UTC。線CiDi(i=1,…,3)用于分析垂直剖面，圓點(diǎn)表示氣旋中心位置. (a) 00 UTC 24; (b) 06 UTC 24; (c)12 UTC 24. LinesCiDi(i=1,…,3) are used for the vertical cross section analyses later. Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖9 700 hPa的垂直速度(填色，間隔2×10-2m·s-1)，位勢(shì)高度場(chǎng) (實(shí)線，間隔 80 gpm)和位溫場(chǎng)(紅色虛線，間隔5 K)
Fig.9 Vertical velocity (Shaded, 2×10-2m·s-1interval), geopotential height (Solid, 80 gpm interval) and potential temperature (Red dashed, 5 K interval) at 700 hPa

5 高低空相互作用

首先分析PV的垂直分布特征，圖10為沿線AiBi(i=1,…,6)所做的PV垂直剖面分布圖。氣旋剛形成時(shí)，其上游高空已有PV大值區(qū)存在。23日12 UTC(見圖10(a))，400 hPa以上有PV的大值區(qū)，PV等值線呈波狀分布。氣旋中心上空400 hPa處PV下傳至600 hPa，且呈現(xiàn)西傾趨勢(shì)，地面氣旋上空900 hPa處有一PV正異常。23日18 UTC(見圖10(b))，1 PVU的等值線把低層和高層的PV大值區(qū)連接形成一條細(xì)長(zhǎng)的PV舌，隨高度向西傾斜，2 PVU等值線的高度降低，地面氣旋上空900 hPa處依然存在PV正異常，地面氣旋氣壓中心位置與400 hPa處明顯的下伸的PV舌相對(duì)應(yīng)。此時(shí)高空系統(tǒng)發(fā)展強(qiáng)盛，中低層處于PV低值區(qū)。6 h后(見圖10(c))，400 hPa以上的PV大值區(qū)范圍擴(kuò)大， 400 hPa上 PV舌下傳明顯，且變粗，1 PVU等值線下傳至地面，低層900 hPa附近的PV正異常范圍擴(kuò)大。此時(shí)氣旋西側(cè)的PV值仍大于氣旋東部，且PV分布自地面到高空向西傾斜。下層PV大值中心的出現(xiàn)是中低層系統(tǒng)強(qiáng)烈發(fā)展的結(jié)果。24日06 UTC(見圖10(d))，高空PV大值區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，400 hPa地面氣旋上空的PV下傳更加明顯，由細(xì)窄的舌狀分布向外擴(kuò)展，1 PVU等值線包圍的范圍擴(kuò)大，2 PVU等值線的高度降低到600 hPa，900 hPa附近的PV正異常中心強(qiáng)度減弱，800 hPa附近出現(xiàn)一個(gè)弱的PV正異常。6 h后(見圖10(e))，PV舌減弱，氣旋東西兩側(cè)的PV值大致相當(dāng)。24日18 UTC(圖10f)，1 PVU等值線上抬至900 hPa，PV舌減弱且無(wú)西傾趨勢(shì)，氣旋東部的PV正異常范圍擴(kuò)大。

再分析高空動(dòng)量的下傳，圖11為沿CiDi(i=1,…,3)作的風(fēng)速的垂直剖面和經(jīng)向風(fēng)與垂直速度的合成流線圖。24日00 UTC(見圖11(a)), 高空急流位于對(duì)流層上層，急流中心最大風(fēng)速超過65 m·s-1，根據(jù)流線可以看出氣旋中心以南的上空為下沉運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)于氣旋西南側(cè)冷鋒后有明顯下沉運(yùn)動(dòng)的區(qū)域(見圖9(a))，流線從對(duì)流層上層高空急流區(qū)域風(fēng)速大值區(qū)流向850 hPa附近的低空急流區(qū)域，高空動(dòng)量下傳，氣旋中心南側(cè)的低空急流加強(qiáng)(見圖8(c))，急流中心最大風(fēng)速超過30 m·s-1。24日06 UTC(見圖11(b)), 流線依然從高空急流區(qū)域風(fēng)速大值區(qū)流向低空急流區(qū)域，高空動(dòng)量繼續(xù)下傳，氣旋中心上空的低空急流加強(qiáng)(見圖8(d))，急流中心最大風(fēng)速達(dá)到35 m·s-1。24日12UTC(見圖11(c)), 高空動(dòng)量繼續(xù)下傳，氣旋中心南側(cè)上空的低空急流達(dá)到40 m·s-1。由此可見,對(duì)流層上層的高空急流在氣旋爆發(fā)的過程中始終存在于氣旋上游；低層的低空急流初始階段很弱，在氣旋加深率最大時(shí)刻24日00 UTC加強(qiáng)，與高空動(dòng)量下傳有關(guān)。

((a)2006年12月23日12 UTC;(b)23日18 UTC;(c)24日00 UTC;(d)24日06 UTC;(e)24日12 UTC;(f)24日18 UTC.圓點(diǎn)表示氣旋中心位置. (a)12 UTC 23; (b)18 UTC 23;(c)00 UTC 24;(d)06 UTC 24;(e)12 UTC 24;(f)18 UTC 24 December, 2006. Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖10 沿線AiBi(i=1,…,6)的PV垂直剖面分布圖(間隔0.5 PVU)
Fig.10 Vertical section analyses for potential vorticity ( 0.5 PVU interval) along the linesAiBi(i=1,…,6)

((a)2006年12月24日00 UTC;(b)24日06 UTC;(c)24日12 UTC。黑色等值線區(qū)域?yàn)轱L(fēng)速≥30 m·s-1區(qū)域，圓點(diǎn)為氣旋中心所在位置。 (a) 00 UTC 24; (b)06 UTC 24;(c)12 UTC 24 December, 2006. The black contour areas indicate the wind speed ≥30 m·s-1areas. Black dots indicate the positions of cyclone center.)

圖11 沿線CiDi(i=1,…,3)的風(fēng)速的垂直剖面 (填色，間隔10 m·s-1)及南北向風(fēng)v和垂直速度w×102的流線圖(藍(lán)色流線)
Fig.11 Vertical cross section analyses of wind speed( 10·m·s-1interval) along the linesCiDi(i=1,…,3) and streamline (blue stream)

6 總結(jié)與討論

本文利用各種觀測(cè)資料對(duì)2006年12月23—27日發(fā)生在東北太平洋上的一個(gè)爆發(fā)性氣旋進(jìn)行了初步分析，探討了高空急流、低空急流、位勢(shì)渦度(PV)、水汽通量等等物理量對(duì)爆發(fā)性氣旋的影響，得到以下結(jié)論：

(1)氣旋生成于太平洋東北部，對(duì)流層上層的高空急流在氣旋爆發(fā)的過程中始終存在于氣旋上游。300 hPa 的高空急流呈非緯向型的氣旋式彎曲，氣旋中心位于西北-東南向的高空急流出口區(qū)的左側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)內(nèi)，低空輻合，高空輻散，促進(jìn)氣旋發(fā)展；另一方面,在冷鋒后下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)域，高空動(dòng)量不斷下傳,加強(qiáng)了低空急流。

(2)氣旋在初始階段，其上游高空已有PV大值區(qū)存在，隨著其爆發(fā)性發(fā)展逐漸演變成“鉤”狀結(jié)構(gòu)且呈氣旋式彎曲；氣旋中心上游高層的PV正異常下傳，PV大值區(qū)連接形成一條細(xì)長(zhǎng)的PV舌，且分布自地面到高空向西傾斜，在氣旋發(fā)展階段低層出現(xiàn)PV大值中心，這是中低層系統(tǒng)強(qiáng)烈發(fā)展的結(jié)果。

(3)爆發(fā)性氣旋在初始階段，較弱的低空急流位于氣旋南側(cè)。低空急流逐漸加強(qiáng)，隨著氣旋東移，氣旋中心東南側(cè)為暖平流，低空急流將暖濕氣流向氣旋中心輸送，水汽通量場(chǎng)隨著氣旋的發(fā)展由帶狀分布彎曲形成“鉤”狀分布，之后演化為“螺旋”狀分布。由于水汽通量場(chǎng)的形狀與同時(shí)刻衛(wèi)星云圖上云系形狀相吻合，表明該氣旋的爆發(fā)性發(fā)展與低空急流向氣旋中心輸送的暖濕氣流有密切聯(lián)系。