吕心艳 董 林 高拴柱

1.国家气象中心，北京，100081

2.中国气象局上海台风研究所，上海，200030

1 引 言

近20 年台风强度预报误差逐年波动（端义宏等，2020），强度预报进展十分缓慢（Emanuel，et al，2016；李泽椿等，2020），特别是在全球变暖背景下，近海台风快速增强呈现增多趋势，台风达到生命期最大强度的位置距离海岸线越来越近（Wang，et al，2021）。但是，近海快速增强预报一直是台风业务的难点，数值模式对快速增强预报能力非常有限（DeMaria，et al，2014；Magnusson，et al，2019），如果预报不出近海台风快速增强过程，往往会导致预报、预警不及时，并可能造成严重的灾害损失，如2014 年“威马逊”、2015 年“彩虹”、2017 年“天鸽”等登陆前在中国南海近海出现了急剧快速增强，但是预报强度增强速率比实际明显偏低，登陆强度预报偏弱较多。

中国南海中部和北部海域是台风快速增强的主要发生区域（Lyu，et al，2019），但是，由于中国南海地区大气环流背景场十分复杂，不仅受到季风水汽输送的影响，而且还受到副热带高压边缘的偏东气流水汽输送的影响，并且高层受到南亚高压以及其南侧东风急流控制，导致中国南海台风强度变化的环境因子更加复杂。因此，中国南海快速增强台风个例的深入研究为今后中国南海台风强度预报提供参考，有利于防台减灾。

环境风垂直切变（Environmental Vertical Wind Shear，简称 VWS）是影响台风强度变化的最重要因 子 之 一（Kaplan，et al，2010； Hendricks，et al，2019）。统计发现台风强度变化与环境风垂直切变存在一定的负相关（Wang，et al，2015），即较小环境风垂直切变是台风增强的有利条件，而较强环境风垂直切变则抑制台风增强（胡皓等，2016；Lyu，et al，2019）。因此，较强环境风垂直切变常被认为是台风增强的“最不利条件”（Tao，et al，2015）。业务中也将环境风垂直切变作为台风强度预报的首要影响因子，如果环境风垂直切变较强，一般预报台风将不易增强。然而，事实上却有大量台风增强甚至快速增强发生在较强环境风垂直切变下（胡皓等，2016；吕心艳等，2021a，2021b）。那么，何种情况下较强环境风垂直切变下台风可以增强？目前仍然是悬而未决的问题，并一直困扰着台风业务强度预报。

研究海洋热状况对台风强度变化影响的历史已经很久了（Kaplan，et al，2010），研究结果表明，高于28℃的海表温度（SST）是西北太平洋台风突然增强的必要条件（Holliday，et al，1979）。李凡等（2010）对中国南海台风“巨爵”（0915）近海强度突增进行了诊断分析，指出中国南海北部高海温（28℃以上）有利于其强度突然增强。环境湿度也被认为是台风增强的一个重要促进因素。理论和模拟研究均表明，高环境湿度场有利于台风增强（Emanuel，et al，2004），而干燥空气侵入可导致台风减弱衰亡（Tao，et al，2015）。快速增强台风的对流层中、下部环境相对湿度明显高于非快速增强台风（Kaplan，et al，2010）。另外，由于台风上层的非对称结构和低理查森数（Duran，et al，2016）以及较弱的惯性不稳定（Barrett，et al，2016；Komaromi，et al，2017），台风高层出流很容易与周围环境和台风内核相互作用，从而在环境场和台风内核之间起到中介作用（Rappin，et al，2011）。因此，高层出流通过影响台风次级环流进而导致台风强度变化（Frank，et al，1999；Rappin，et al，2011；Komaromi，et al，2017）。相对于缓慢增强或强度变化不大的热带气旋，快速增强热带气旋上层径向出流更强（Kaplan，et al，2010；Komaromi，et al，2017）。

除了环境因子外，台风内部过程也是影响台风强度变化的重要因素。Wadler 等（2018）和 Stevenson等 （2018）分别利用机载雷达和全球闪电定位系统数据发现顺切变一侧对流或闪电活动的爆发多出现在增强热带气旋中。但有些个例研究指出切变左侧对流的爆发更易激发热带气旋的快速增强，如Chen 等（2015） 研究飓风Earl（2010）在较强环境风垂直切变下快速增强时，指出当深对流主要集中在环境风垂直切变左侧时，飓风开始快速增强；Rios-Berrios 等 （2016） 和Leighton 等（2018）研究发现顺切变及左侧对流爆发（Convective Burst，简称CB）有利于飓风快速增强；但如果对流仅集中在顺切变一侧，尤其是顺切变右侧时，飓风不易增强。可见，非对称对流爆发与强环境风垂直切变下台风增强密切相关（Qin，et al，2023）。

2020 年台风“米克拉”是在较强环境风切变下于中国南海近岸海域快速增强的典型个例，虽然业务中预报其将在近海略有增强，但是，仍然没有预报出其登陆前在台湾海峡南部的快速增强过程，因此，台风“米克拉”近海快速增强的原因非常值得深入研究。文中利用欧洲中期天气预报中心ERAInterim 逐6 h 再分析资料（0.5°×0.5°）、中国气象局台风最佳路径资料、NCEP 逐日最优海表温度（OISST）（0.25°×0.25°）、Himawari-8 卫星观测资料、中国地面自动气象站观测资料等，深入分析了台风“米克拉”在台湾海峡南部海域快速增强的预报难点以及影响强度变化的环境因子，并讨论较强环境风垂直切变下台风“米克拉”增强过程中对流非对称分布特征。

2 台风“米克拉”概况

中国南海热带扰动于2020 年8 月9 日08 时（北京时，下同）发展为热带低压，热带低压生成后向偏北方向移动（图1a），强度逐渐增强，8 月10 日08 时热带低压在中国南海北部海面上加强为热带风暴级台风“米克拉”。台风生成后在副热带高压西侧的偏南风引导下向偏北方向继续移动，8 月10 日20 时进一步加强为强热带风暴（图1b），11 日05 时加强为台风，11 日07 时30 分前后以其极值强度（38 m/s，975 hPa）在福建省漳浦县沿海登陆，登陆后“米克拉”转为向北偏西方向移动，强度逐渐减弱，11 日17 时中央气象台对其停止编号。

图1 2020 年8 月台风“米克拉”路径 （a） 和强度 （b） 变化Fig.1 The best track （a） and intensity （b） change of typhoon Mekkhala in August 2020

台风“米克拉”中心附近最大风速由10 日08 时起编时的18 m/s 快速增强到11 日08 时的38 m/s，24 h 强度增大达20 m/s，中心最低气压由1000 hPa降低至975 hPa，24 h 中心气压降幅达25 hPa，其中10 日20 时至11 日08 时的12 h（登陆前12 h）中心附近最大风速增大13 m/s，11 日02 时至08 时的6 h（登陆前6 h）强度增强10 m/s。“米克拉”强度变化符合Lyu 等（2019）快速增强标准（12 h 强度变化不小于10 m/s，6 h 不小于3 m/s），同时也完全符合中国气象局“八五” 攻关专家组提出的有关近海台风强度突变（迅速加强：12 h 强度增强不小于10 m/s）的标准以及美国关于飓风强度迅速增强（Rapid Intensification，24 h 强度增强不小于30 kt（1 kt=0.514 m/s））的定义（Kaplan，et al，2010）。另外，统计结果发现热带气旋一般在初始强度为强热带风暴级或台风级强度时最容易快速增强（Lyu，et al，2019），台风太弱或太强均不易快速增强。可见，台风“米克拉”在中国南海北部生成后在台湾海峡南部发生了明显的快速增强过程，快速增强的初始强度明显偏弱，比较少见。

受台风“米克拉”影响，福建东南部沿海出现了9—11 级、局部12—13 级平均风（图2a），最大平均风速为40.4 m/s（13 级）（观测站高度为98 m）；阵风10—12 级、局部阵风可达13—15 级（图2b），最大为龙海海角灯塔（观测站高度98 m）的平均风速39.4 m/s（13 级）、阵风50.4 m/s （15 级）。虽然“米克拉”影响大、强度较强，但是大风分布范围比较集中、区域不大，说明“米克拉”个头比较小。沿海站点最大风速平均出现在11 日07 时前后，如登陆点附近站点（59330）的平均风由06 时约20 m/s（8 级）迅速增大到07 时的45 m/s（14 级）（图2c），登陆后半小时阵风达49 m/s（15 级），但是登陆后3 h 阵风减弱为18 m/s（8 级），也说明“米克拉”个头比较小。可见，站点观测进一步验证了“米克拉”在登陆前出现了明显的快速增强过程。

图2 2020 年8 月11 日08 时自动气象站观测的 （a） 平均风和 （b） 1 h 极大风 （单位：m/s，6 级及其以上） 的分布，（c） 登陆点附近站点59330 （位置为图2a 十字） 观测1 h 阵风和气压的变化，（d） 台风“米克拉”过程降水量分布 （8 月10 日08 时到11 日08 时，单位：mm）Fig.2 Distribution of average wind （a） and 1 h gust wind （b） （unit：m/s，above 6 grade） at 08:00 BT 11 August 2020；（c） changes in the 1 h gust wind and pressure of the station 59330，which is near the landing point （location is denoted by cross in Fig.2a）；（d） distribution of precipitation during the impact process of typhoon Mekkhala （unit：mm）

受台风“米克拉”影响，10 日08 时至11 日14 时，福建东南部沿海、广东东部沿海、台湾等地的部分地区出现大到暴雨，福建漳州局地大暴雨（100—217 mm）（图2d）；其中12 h 极值降水为漳浦盘陀镇的179.7 mm，6 和3 h 极值降水为平和文峰镇的143.5和131 mm， 1 h 极值降水为平和山格镇（80.3 mm）。因此，由观测可以看到台风“米克拉”给福建东南部和广东东部沿海带来了较强的降水过程。

台风“米克拉”为中国南海北部近海生成个头小的“土台风”，在台湾海峡南部以初始较弱强度出现了近海突然快速增强，给福建东南部和广东东部沿海带来了较强的风雨影响。

3 台风“米克拉”强度预报难点分析

3.1 历史罕见

统计发现，1949—2021 年由中国南海北上进入台湾海峡台风共有40 个（图3），其中减弱的台风有28 个，占比70.0%；强度维持的有8 个，占比20.0%，加强的台风有4 个，除了“米克拉”外，只有台风“莫兰蒂”（1010）、台风“NAT”（9119）和“WILDA”（7301）在近海增强，占比仅有10.0%，其中只有“米克拉”和“莫兰蒂”达到了快速增强的标准，但“莫兰蒂”在台湾以东洋面生成，仅有“米克拉”为中国南海“土台风”。可见进入台湾海峡的台风大部分强度减弱或维持，很少有台风快速增强，而台风“米克拉”在台湾海峡南部出现快速增强，实属罕见。这样极端、小概率的事件，对预报员来说具有很大的挑战性。此外，多数台风快速增强发生在强热带风暴级或台风级强度（Lyu，et al，2019），台风在热带风暴级阶段快速增强比较少，特别是像“米克拉”生成后就快速增强的台风更是少见。另外，约有60%快速增强发生在台风向西北或西偏北方向移动过程中，仅有10%台风快速增强发生在向偏北方向移动过程中。多年统计结果显示，台风“米克拉”生成后在向北移动过程中在台湾海峡南部海域快速增强非常少见。

图3 1949—2021 年由中国南海北上进入台湾海峡的台风路径 （4 个增强台风路径 （彩色） 和其他36 个台风路径（灰色））Fig.3 Tracks of typhoons that moved northward from the South China Sea into Taiwan Strait during 1949—2021，including tracks of four intensified typhoon （colored） and the other 36 tracks （gray）

3.2 较强环境风垂直切变下快速增强

环境风垂直切变是业务预报中台风强度预报首要参考的环境因子，大量研究结果表明较强环境风垂直切变不利于台风增强（Wang，et al，2015），普遍认为西北太平洋海域阻碍台风增强的 200 和850 hPa 之间环境风垂直切变（简称VWS_（200-850））阈值为8—10 m/s （Paterson，et al，2005），台风快速增强的VWS_（200-850）阈值为5 m/s（于玉斌等，2007）。预报业务中也主要关注200 和850 hPa 之间的环境风（文中环境风定义为以距台风中心200—800 km 圆环中风的区域平均值）垂直切变，且常基于环境风垂直切变与台风强度变化的一般统计负相关关系，定性认为较强环境风垂直切变下台风不易增强。图4 给出了台风“米克拉”活动期间环境风垂直切变的变化，可以看到VWS_（200-850）基本都在12 m/s 以上，200 和850 hPa 之间环境风垂直切变较大（图4a），超过台风增强的阈值，更是远强于台风快速增强的阈值，且登陆前VWS_（200-850）没有典型台风增强前的减小趋势（Lyu，et al，2019），而是逐渐增大，根据以往预报经验，很容易误判“米克拉”登陆前不会出现快速增强，同时，VWS_（200-850）造成台风强度预报不确定性大（Tao，et al，2015），强度预报难度进一步增大。

图4 2020 年8 月台风“米克拉”强度变化过程中环境风 （a） 垂直切变和 （b） 垂直分布 （风速：色阶）Fig.4 Changes in the environmental vertical wind shear （a） and environmental wind at vertical levels （b，shaded） during the intensity change period of typhoon Mekkhala in August 2020

3.3 数值模式对台风近海增强预报能力有限

数值模式是台风预报的重要参考，但是CMA集合系统大部分成员预报强度变化不大（图略），NCEP 集合系统多数成员预报强度在登陆前减弱，ECMWF 集合系统大部分成员预报强度略有增强，虽然台风区域模式CMA-TYM、全球确定模式NCPE和EC 预报登陆前有增强的趋势，但是增强速度远低于快速增强速率。可见，台风区域模式和全球模式及集合系统均没有预报出台风“米克拉”近海快速增强，且各模式以及集合系统各成员之间强度预报分歧大，造成“米克拉”强度预报难度进一步增大。在各种资料不能给预报员“米克拉”强度增强的信心下，业务中正确预报出了“米克拉”登陆前强度增强，已难能可贵，但还是未能预报出其登陆前快速增强。

综上，台风“米克拉”生成后北上进入台湾海峡南部海域并出现快速增强是一个小概率事件，无论是全球模式、区域台风模式或是集合预报系统，均无法正确预报出“米克拉”近海快速增强，且强度首要影响因子环境风垂直切变较大，进一步增大了强度预报的不确定性，甚至非常不支持“米克拉”近海增强。因此，“米克拉”近海快速增强是非典型台风增强，预报相当困难，而且“米克拉”自生成到登陆仅有23.5 h，较中国南海“土台风”平均时间48.6 h短50%以上，有效预警时间短，预报难度进一步加大。

4 台风“米克拉”近海快速增强的环境因子分析

4.1 海洋热状况

热带或副热带海洋作为台风的外强迫，是台风发生和发展的主要能量来源，因此，台风强度变化与下垫面海洋热状况密切相关。Lyu 等（2019）研究指出，95%的台风快速增强发生在29℃以上的暖洋面上，且快速增强过程中的海表温度（SST）显著高于一般性增强和缓慢增强过程。分析“米克拉”快速增强前一天（9 日）的海表温度分布状况（图5），发现“米克拉”中心附近的海表温度均在29.5℃以上（图5a），高于统计台风快速增强过程海表温度的75%分位值，即处于25%分位高海温范围，当海表温度超过28.5℃时台风快速增强出现的概率明显高于缓慢增强和一般增强（Lyu，et al，2019），并且与常年同期相比，海表温度偏高0.5—2℃（图5b，其中海表温度距平（SSTA）的计算是用海温减去30 a（1971—2000 年）气候平均值得到的），且中心附近海温超过30℃，异常偏暖海洋为台风的快速增强提供了充足的能量。另外，有研究（Chen，et al，2021）指出高海温在边界层提供更高能量的“复原（recover）”，也就是说内核对流由于切变的存在把低熵空气带入台风边界层而影响台风眼墙对流的发展，但如果海洋热状况条件好，边界层可提供台风发展的能量足够大，则可以有效抵消由切变带入的低熵空气对台风增强的负面影响，从而使得台风持续增强。可见，“米克拉”中心经过的附近洋面异常偏暖，一方面可以抵消环境风垂直切变大带来的负面影响，另一方面为“米克拉”登陆前出现快速增强提供了充足的热强迫。

图5 2020 年8 月9 日海表温度 （a） 和海表温度距平 （b） 分布 （单位：℃）Fig.5 Distribution of sea surface temperature （a） and sea surface temperature anomalies （b） on 9 August 2020 （unit：℃）

4.2 高层出流

台风高层出流在环境场和台风内核之间起中介作用，从而影响台风次级环流，导致台风强度变化（Rappin，et al，2011；Komaromi，et al，2017）。可见，高层出流对台风强度变化具有重要作用，高层出流对台风增强的作用受到越来越多的学者和业务人员的关注。台风“米克拉”在中国南海北部海域生成时，南亚高压东界位于100°E 附近（图6a），其南侧的偏东急流与台风“米克拉”西南侧出流通道打通，有利于台风“米克拉”高层出流通道的建立和加强。随着“米克拉”向偏北方向移动，南亚高压开始向东伸（图6b），其南侧的偏东急流也明显加强，有利于“米克拉”南侧高层出流通道进一步加强。同时，“米克拉”北侧出流与其北侧高层弱槽相接，特别是槽前西南气流与中纬度西风带急流轴相连，有利于“米克拉”北侧出流通道打通，形成南、北双通道高层出流的有利环境场。

文中为了定量分析台风高层辐散强度，计算300—100 hPa 每层以台风中心为中心、400 km 为半径圆形区域散度的平均值（图7a），根据高斯定理，对流层高层辐散可以表征台风高层出流强度。由图7a 可以看出“米克拉”生成后高层（150—100 hPa）为散度大值区，10 日20 时台风中心区域高层辐散的强度和厚度较前期有所增大，高层抽吸作用增强，且高层强烈辐散也进一步促进高层环境场和台风次级环流相互作用，有利于“米克拉”的快速增强。可见，随着台风“米克拉”向北移动到台湾海峡南部，南亚高压南侧东风急流增强、东伸以及与北侧中纬度环流的相互作用下， “米克拉”高层形成了双出流通道，较强高层出流是台风“米克拉”快速增强的重要动力因子。

图7 2020 年8 月台风中心附近 （ ＜400 km） 平均散度 （a，单位：10-5 s-1） 和水汽通量散度 （b，单位：10-5 g/（cm·hPa·s）） 垂直分布Fig.7 Vertical distribution of average divergence （a，unit：10-5 s-1） and water vapor flux divergence （b，unit：10-5 g/（cm·hPa·s） ）near the typhoon center （＜400 km） in August 2020

4.3 水汽输送

台风内水汽凝结释放潜热是台风暖心结构形成和增强以及强度维持的重要能量来源，因此，充足的环境场水汽输送条件有利于台风出现更高的增强速率（Lyu，et al，2019）。“米克拉”活动期间，稳定、强劲的索马里越赤道气流不断向“米克拉”中心输送高湿热的水汽（图6c、d），并且110°—120°E附近越赤道气流也有增强趋势（图6d），有利于“米克拉”中心附近水汽稳定且充沛。同样为了定量分析台风中心水汽条件，计算了以台风中心为中心、400 km 为半径的圆形区域平均水汽通量散度（图7b），可以看到低层有两个明显的水汽辐合大值中心，分别在“米克拉”生成阶段和快速加强阶段。另外，对流层中层的环境相对湿度对台风增强也有重要影响，一般对于快速增强台风而言，中层的环境相对湿度明显高于非快速增强台风（Kaplan，et al，2010）。8 月10—11 日中层（700—500 hPa）台风“米克拉”中心附近相对湿度均在75%以上（图略），说明中层水汽条件比较好，为台风“米克拉”深对流发展和维持提供了很好的能量来源。

可见，有利的大尺度环境场给“米克拉”提供稳定且充沛的水汽输送和较高的中层相对湿度，且低层存在水汽强辐合，非常有利于“米克拉”快速增强。

4.4 环境风垂直切变

较强环境风垂直切变长期以来被认为是抑制台风增强的重要原因之一（Paterson，et al，2005），研究认为，环境风垂直切变的“通风效应”是导致台风强度减弱的直接原因之一（Tang，et al，2012），“通风效应”直接破坏高层台风的暖心结构或导致干冷（低熵）空气侵入到台风内核，非常不利于台风的增强。台风“米克拉”快速增强阶段200 和850 hPa之间的环境风垂直切变超过12 m/s（图4a）， 并且“米克拉”增强过程中环境风垂直切变不但没有降低而且还呈现增强的趋势，这与多数台风快速增强过程显然不同，按照环境风垂直切变与台风强度变化的统计关系，这样大的环境风垂直切变一般不利于台风增强。同时，中、高层（500 和200 hPa 之间）环境风垂直切变与深层环境风垂直切变（200 和850 hPa 之间）的变化非常一致（基本在10 m/s 以上），增强过程中也呈现增强趋势。但是，中、低层（500 和850 hPa 之间）的环境风垂直切变比较小（小于4 m/s），且台风“米克拉”快速增强过程期间略有减弱趋势。

进一步分析不同层次环境风的垂直分布（图4b），中、低层环境风以西南风为主，风向和风速变化均不大，因此，中、低层环境风垂直切变比较小。而中层（500—300 hPa）环境风的风速变化也不大，但是方向变化比较大，由偏南风转为东北风，尤其是台风快速增强阶段，从低层向高层环境风的方向呈现逆时针旋转。高层环境风表现为风速明显增大。这样的环境风的垂直分布导致整层（200—850 hPa）和中、高层（500—200 hPa）的环境风垂直切变明显偏大，而中、低层环境风垂直切变比较小。由此可见，“米克拉”增强期间，中、低层的环境风比较均匀，而中、高层环境风的风速呈现明显增大、风向逆时针旋转，造成环境风垂直切变主要表现在中、高层，而中、低层环境风垂直切变偏小。已有研究（Onderlinde，et al，2016）指出，当环境风垂直切变集中在对流层中、下层时，台风热力和动力的非对称结构相对较强，对台风强度抑制作用更加明显，但是，“米克拉”增强期间，环境风垂直切变主要集中在对流层中、高层，而中、低层环境风垂直切变比较小。综上，“米克拉”增强进一步验证了低层环境风垂直切变与台风强度变化的相关更为密切（Wang，et al，2015），并且相对于环境风垂直切变集中在对流层下部，环境风垂直切变集中在对流层上部的台风更容易增强（Onderlinde，et al，2016）。

5 “米克拉”快速增强过程中非对称对流爆发特征分析

除了大尺度环境条件外，台风内核过程对台风强度变化也有重要的影响。相关研究表明台风内核对流爆发与台风强度变化存在密切的关系。已有研究（Zhang，et al，2012；Chen，et al，2015）指出，内核对流爆发先于台风快速增强，认为对流爆发是触发台风发生快速增强的原因，也有一些研究将对流爆发作为台风快速增强的预报因子（Zhuge，et al，2015）。图8 是利用Himawari-8 卫星观测资料给出的台风“米克拉”增强过程中对流活动的演变，为了描述对流相对于环境风垂直切变的非对称特征，以200 和850 hPa 之间环境风切变方向为标准将台风中心附近区域分成4 个象限（顺切变右侧（DR）、顺切变左侧（DL）、逆切变右侧（UR）和逆切变左侧（UL））。同时为了更好反映深对流的演变，白天使用可见光高反照率来分析对流的变化。可清楚看到10 日11 时高反照率主要位于顺切变的左象限（DL）（图8a），而其他3 个象限的反照率均比较低，特别是逆切变一侧，说明逆切变一侧的对流非常弱，呈现出明显的非对称结构。3 h 后（14 时），反照率明显变得更高，且在顺切变的右侧象限（DR）对流有所增强（图8b），同时高反照率环绕进入逆切变左侧象限（UL），可见深对流在顺切变一侧明显发展，并且逐步向逆切变左侧（UL）传播，但是，台风中心附近深对流仍然呈现出明显的一波非对称分布。16 时由于下午太阳高度角变低，可见光云图上的反照率变低（图8c），但是仍然可以清楚地看到高反照率区域进一步向逆切变左侧发展，并且逆时针旋转到逆切变右侧象限（UR）。可见，10 日白天，台风中心附近深对流由顺切变一侧逐步气旋式传播到逆切变一侧时，对应了“米克拉”生成后强度由18 m/s 快速增强到23 m/s。

图8 Himawari-8 可见光通道反照率 （a、b、c） 和红外通道亮温 （d、e、f） 的分布 （a.2020 年8 月10 日03:00 UTC，b.2020 年8 月10 日06:00 UTC， c.2020 年8 月10 日08:00 UTC，d.2020 年8 月10 日12:00 UTC，e.2020 年8 月10 日18:00 UTC，f.2020 年8 月10 日21:00 UTC；黑色箭头线表示200—850 hPa 环境风垂直切变的方向，不带箭头线与切变线垂直，将台风中心附近区域分为4 个象限 （顺切变右侧 （DR）、顺切变左侧 （DL）、逆切变右侧 （UR）、逆切变左侧 （UL））Fig.8 Distributions of albedo （a，b，c） of visible channel and brightness temperature （d，e，f） of infrared channel of Himawari-8 （a.03:00 UTC 10 August 2020，b.06:00 UTC 10 August 2020，c.08:00 UTC 10 August 2020，d.12:00 UTC 10 August 2020，e.18:00 UTC 10 August 2020，f.21:00 UTC 10 August 2020；the black arrow line represents the direction of vertical wind shear between 200 hPa and 850 hPa，and the line without arrow is perpendicular to the shear line；the region near typhoon center is divided into four quadrants （down shear right （DR），down shear left （DL），up shear right （UR），up shear left （UL））

由于可见光云图的局限，夜间对流活动的演变主要通过红外通道亮温的变化做分析，20 时发现中心附近深对流在逆切变一侧有所减弱（图8d），尤其是逆切变右侧（UR）几乎无深对流，深对流主要集中在环境风垂直切变左侧和顺切变右侧，其中顺切变左侧象限的对流最为活跃。11 日02 时深对流在顺切变一侧有了显著发展（图8e），开始向逆切变左侧传播并发展，同时深对流覆盖了逆切变右侧象限台风中心附近区域。05 时台风深对流有明显爆发式增强，深对流覆盖了切变左侧以及逆切变一侧，即中心附近深对流从顺切变一侧迅速传播到逆切变一侧，同时对流发生位置向台风中心收缩。可见，10 日夜间至11 日凌晨，伴随台风内核区域深对流在环境风垂直切变左侧和逆切变一侧出现了非对称爆发，台风“米克拉”强度进一步由23 m/s 快速增强至38 m/s，强度级别跨越两级（由热带风暴级增强到台风级）。另外，在深对流由顺切变一侧发展到逆切变一侧的过程中，对流非对称性逐渐降低，同时，台风“米克拉”10 日06 时高层涡旋中心位于低层涡旋中心西南方向大概250 km 处（图9a），高、低层涡旋中心明显向切变方向倾斜，但是10 日12 时高层涡旋中心逐渐向低层中心靠近（图9b 和c），高、低层涡旋中心的垂直倾斜度明显降低，有利于台风快速增强。

图9 975 hPa 风场 （矢量，单位：m/s） 和400 hPa 位势高度 （等值线，单位：dagpm） 的分布 （红色和黑色圆点分别为400 hPa 和975 hPa 涡旋中心，黑色线为高低层涡旋中心的连线；a.2020 年8 月10 日06:00 UTC，b.2020 年8 月10 日12:00 UTC，c.2020 年8 月10 日18:00 UTC）Fig.9 Distributions of 975 hPa wind field （vector，unit：m/s） and 400 hPa geopotential height （contour，unit：dagpm） （the red and black dots denote the vortex centers at 400 hPa and 975 hPa，respectively，and the black line is the connecting line between the vortex centers at the upper and lower levels； a.06:00 UTC 10 August 2020，b.12:00 UTC 10 August 2020，c.18:00 UTC 10 August 2020）

综上所述，台风“米克拉”快速增强过程中，对流开始仅存在顺切变左侧象限，之后出现了两次深对流由顺切变一侧向逆切变一侧气旋式爆发传播，分别对应了10 日白天和夜间两次台风快速增强。但深对流主要存在环境风垂直切变的左侧，呈现出明显的非对称分布特征。

6 结论与讨论

台风“米克拉”在200 和850 hPa 之间较强的环境风垂直切变下向偏北移动过程中在台湾海峡南部发生了快速增强，并以峰值强度在福建登陆，非常罕见，且预警时间短，强度预报难度大。海温异常偏高、东风急流导致较强高空出流以及充沛稳定的水汽输送等有利大尺度环境条件，对台风“米克拉”增强有重要作用。但是，由于中国南海地区受到季风控制，夏季低层盛行西南季风，而高层受到南亚高压南侧东风急流和较强东北风的影响，造成传统采用200 和850 hPa 之间的环境风垂直切变较强，根据以往研究的统计结果，这样的环境风垂直切变往往非常不利于“米克拉”增强。但是，进一步分析发现环境风垂直切变主要集中在对流层中、高层，而中、低层环境风的大小和方向均变化不大，造成中、低层环境风垂直切变较小。相对于中、低层环境风垂直切变，中、高层环境风垂直切变对台风增强抑制作用不明显，也是台风“米克拉”能在较强深层环境风垂直切变下仍然能够快速增强的重要原因。

在台风“米克拉”快速增强过程中，对流分布呈现出明显的非对称特征，深对流主要集中在环境风垂直切变顺切变一侧及切变左侧，并且伴随有深对流由顺切变一侧向逆切变一侧气旋式的爆发传播，这是典型较强环境风切变下台风增强过程中对流爆发的特征，同时深对流向逆切变传播过程中，台风“米克拉”高、低层涡旋中心的垂直倾斜度明显降低，有利于其增强。基于上述分析，初步建立了较强环境风垂直切变下“米克拉”仍能增强的概念图（图10）。后续将收集更多较强环境风切变下台风增强的个例样本，深入分析对流爆发与台风强度变化的关系，为今后台风快速增强预报提供参考。

图10 较强环境风垂直切变下台风“米克拉”快速增强的概念图 （U 代表高层，L 代表低层）Fig.10 The Conceptual map of rapid intensification of typhoon Mekkhala under the strong vertical wind shear （U：upper level，L：lower level ）

一般200—850 hPa 环境风垂直切变是天气业务中热带气旋强度预报首要考虑的环境因子，较强环境风垂直切变也往往被认为是台风增强的 “最不利条件”，但是，如果仅按照已有统计结果即环境风垂直切变与台风强度的负相关关系，由于台风“米克拉”活动期间200—850 hPa 环境风垂直切变较强，往往会错误定性认为较强切变下台风不易增强。因此，不能仅仅依据200—850 hPa 环境风垂直切变的大小就盲目判断台风是否增强，而完全忽略了环境风切变的垂直分布情况对台风强度变化的影响，台风强度预报应该多关注不同层次环境风切变对强度变化的影响，尤其是受到南海季风影响时，中国南海台风活动的深层200—850 hPa 环境风垂直切变一般比较强，仍然有较多的台风进入中国南海后在较强环境风垂直切变下出现近海快速增强。今后需要深入分析更多较强环境风垂直切变下台风增强个例，进一步揭示环境风垂直切变对台风强度的影响机制。此外，Gu 等（2018）研究指出，环境风随着高度顺时针旋转与环境风随着高度逆时针旋转相比，台风发展和增强速度更快，但是，台风“米克拉”增强过程中环境风由低层向高层却呈现了逆时针旋转，关于环境风垂直旋转方向对台风强度变化的影响有待进一步研究。

另外，Chen 等 （2021）研究指出高海温可提供足够的台风发展能量，导致高海温具有很好的“复原（recover）”能力，从而可以有效抵消较强环境风垂直切变“通风效应”带入的低熵空气对台风增强的负面影响。台风“米克拉”快速增强确实是发生在较高海温的海域且环境风垂直切变较大的环境下，那么，是否存在高海温的“正面”影响和强切变“负面”影响互相抵消的定量关系呢？这也有待进一步深入研究。