热带气旋低层的强风是影响人们生活和社会经济发展的严重自然灾害之一。中国海洋石油资源丰富，海洋石油平台和井架的设计、码头的建设等都需要考虑热带气旋强风的影响；陆地上超高和大跨度建筑也必须考虑台风强风的影响。台风风暴潮、海浪的准确计算和预报的先决条件就是提供准确的台风风场。因此，了解台风低层(地面以上1500 m内)风场的结构特点及其变化特征变得非常重要。

出于安全的考虑和观测仪器的限制，热带气旋核区低层的风场观测资料比气旋外围或高空更加缺乏。由于海浪杂波和分辨率的限制，多普勒雷达不能很好地探测到热带气旋低层500 m以下的结构(Marks et al，1992; Franklin et al，2003; Kepert，2006a)；高塔上的观测仪和风廓线雷达只能观测到经过或靠近其所在位置的热带气旋；全球卫星定位系统下投式探空仪的观测在强飓风眼墙中地(海)表面以上几百—几十米内常常失败(Franklin et al，2003; Powell et al，2003)；热带气旋眼墙附近的大风经常摧毁地面固定观测设备，导致无法获得眼墙附近的地面风资料；飞机探测过程中，考虑到安全因素不敢在热带气旋眼墙中及较低的高度飞行，一般是在眼墙外绕着气旋飞行，或仅确保在700 hPa 高度上飞行获取资料，在很弱的热带气旋中才能在低层(305 m高度以上)飞行(Franklin et al，2003)。目前，热带气旋外围的风场观测有较多手段获得，但其内核的风场观测只能通过低空飞机探测获得(Kossin et al，2007)。难以获得(可靠的)观测资料使得人们认识和了解强的热带气旋(如台风)核区低层的风场结构变得十分困难。

近年来，高分辨率数值模式的发展和应用为分析台风的结构特点及物理机制提供了一条新途径。Liu等(1997)使用一个非静力、双向、可移动、三层嵌套格点中尺度模式MM5的一个改进版本，清楚地模拟出了飓风Andrew(1992)的内核结构，最高分辨为6 km，垂直分23个σ层。Zhang等(2005)使用了一个三重嵌套网格的MM5模式成功地模拟了台风Winnie(1997)的双眼墙结构，最高分辨率为9 km，垂直层使用31层。Van Nguyen等(2011)用WRF模式对莫拉克(2009)进行了模拟，使用两层嵌套网格，最高分辨率为6 km，垂直层使用28层，通过增加了一个新的初始化方案，使得台风莫拉克(2009)的海平面气压、风场、暖心和尺度的模拟得到了改进。

尽管热带气旋低层风廓线的观测还不是很完整，但是早期的观测中有很多显示出在热带气旋低层存在低空急流且急流高度是有变化的(如60 m(Wilson，1979)、200 m(Korolev et al，1990)、550 m(Moss et al，1976))。Gray(1991)指出热带气旋低层更容易产生超梯度气流。Black等(1998)在关于全球定位系统下投式探空仪观测的初始报告中指出，几乎所有大风探测结果都显示“低空急流”这一特征。 Kepert等(2001)进一步指出在最大风速半径外面到内侧一段距离中，任何高度都有明显的超梯度流发生，尽管方位角气流在2 km处非常接近梯度平衡。为了验证超梯度风是否是普遍的特征，Kepert(2006a，2006b)比较了两个飓风，结果表明在飓风Mitch的最大风速半径附近发现了强的超梯度气流，但是在飓风Georges中并没有发现期望的超梯度风。

受观测资料的限制，中国相关工作只局限在100 m以下高度及近海区域范围。宋丽莉等(2004)利用广东沿海3个40—65 m高测风梯度塔实测资料，18个沿海气象站历史资料，针对8级以上大风个例进行统计计算，分析了广东沿海近地层各类大风——特别是热带气旋大风的近地层阵性特征、演变规律、垂直切变特征等。徐家良等(2009)采用上海海岸测风梯度塔及海上测风平台对台风的实测数据，结合TAPM数值模式(模式层顶高度为8 km)，对台风影响下上海近海海域10和50 m高度最大风速的分布、10—100 m高度的风廓线幂指数变化等进行分析。研究结果表明，当台风影响上海地区时，上海近海海上的最大风速有较明显的梯度变化。

本研究使用ARW-WRF模式对桑美(2006)进行高分辨率(水平分辨率为1 km，垂直方向40个模式层)数值模拟，并基于模拟结果对该台风核低层的水平风速垂直廓线的特征进行了分析。

台风桑美(2006)是登陆中国并造成严重影响的一个超级台风，它具有尺度小、强度强的特点。监测表明，2006年8月4日一个热带低压在西太平洋上形成，7日06时(世界时，下同)发展成为台风，此时中心海平面气压为970 hPa，10 m高最大风速为35 m/s；8日18时，桑美的中心海平面气压下降至950 hPa，10 m高最大风速为45 m/s，达到强台风；9日12时，中心海平面气压下降至920 hPa，10 m高最大风速为60 m/s，达到超强台风。8月8—10日，该台风基本是西北方向移动路径(图 1)，并于10日09时25分在浙江苍南登陆，登陆时最低海平面气压是920 hPa，10 m高最大风速为60 m/s。该台风的整个生命史中，最低海平面气压达到915 hPa。本研究重点关注的是2006年8月9日00时至10日12时的水平1 km分辨率模拟，这是由于该时段包含了台风迅速加强、维持及登陆减弱3个过程。

图 1 2006年8月9日00时至8月10日12时1 km分辨率模拟与观测的桑美路径 Fig. 1 1 km-resolution-simulated track and the best track of Saimai(2006)from 00：00 UTC 9 to 12：00 UTC 10 August 2006

图选项

本研究使用ARW-WRFv3.1.1(Skamarock et al，2008)对桑美(2006)进行数值模拟。模拟中使用四重嵌套网格和双向反馈方案，四重嵌套网格的水平分辨率从外向内依次是27 km(D1)、9 km(D2)、3 km(D3)和1 km(D4)，其中D1和D2是固定网格，D3和D4是自动移动网格。自动移动网格方案是根据500 hPa上的涡旋中心每15 min重新对D3和D4网格中心位置进行调整。D1中心选取为(25°N，125°E)，D1水平格点数选用204×204，D2水平格点数选用490×490，D3水平格点数选用403×403，D4水平格点数选用403×403。垂直方向不等距分为40个模式层，特别在低层加密了模式层数，将850 hPa以下加密为14层，以提高台风模拟边界层的分辨率。

模拟过程中仅在27 km分辨率的网格(D1)中使用了积云参数化方案——Kain-Fritsch积云参数化方案(Kain，2004)；4个网格中均使用Single-Moment 3-class云微物理方案、YSU边界层方案(Hong et al，2006)、RRTM长波辐射方案(Mlawer et al，1997)及Dudhia短波辐射方案(Dudhia，1989)。

模式初猜场(2006年8月8日00时)和侧边界(间隔6 h)均使用美国国家环境预报中心(NCEP)1°×1°的FNL全球分析资料。由于NCEP的FNL分析资料在2006年8月8日00时桑美中心最低海平面气压值比观测值约高29 hPa，故使用了ARW-WRF系统自带的Bogus生成系统对27 km分辨率下的初始涡旋进行了修正，表 1给出了用Bogus系统修正时需要用到的参数。由于海表面温度在短时间内变化很小、不会对短期数值模拟有明显影响，故模拟中没有使用额外的海表面温度资料。D1网格从2006年8月8日00时开始积分，24 h后(即2006年8月9日00时)其他3个分辨率网格开始启动，4个网格积分到2006年8月10日12时结束，即D1网格积分60 h，其他3个网格各积分36 h。

图 1给出了2006年8月9日00时至8月10日12时1 km分辨率下模拟的台风路径与中国气象局的最佳路径数据集观测路径的比较，36 h模拟中(包括登陆以后)路径模拟误差基本小于80 km。图 2给出了4种分辨率下台风强度模拟(包括台风中心附近最低海平面气压和最大10 m高风速)和观测的比较，随着分辨率的提高，模拟的台风强度(图 2b)明显增强，这一结果与Gentry等(2010)的结论相似。从图 2a来看，对于1 km分辨率的模拟，前9小时是迅速增强阶段，强度从946.58 hPa下降到929.45 hPa，平均每小时加强1.9 hPa；之后维持在929.44—932.0 hPa，这比观测到的最低(915 hPa)强度偏高约15 hPa，而从图 2b来看，1 km 分辨率的10 m高最大风速与观测走势和维持阶段的强度基本一致，只是时间上有约6 h的提前；另外，登陆后减弱偏早。由此可见，对桑美(2006)1 km 分辨率的模拟比较成功地重现了模拟时段内热带气旋强度发展过程。

图 2 4种水平分辨率下台风强度模拟与实况的比较 (a.最低海平面气压(hPa)，b. 10 m高最大风速(m/s)) Fig. 2(a)Minimum sea level pressures(hPa) and (b)maximum 10 m wind speeds(m/s)from the 4 resolution simulations as compared with the observation

图选项

将模拟的风速与探空站和地面测站观测到的风速结果进行了比较。选取的探空站是洪家站(28.61°N，121.41°E)，地面站是台风登陆点附近的福鼎站(27.22°N，120.20°E)和洞头站(27.83°N，121.15°E)，考虑到两个移动网格在很长时间里不能包含这些测站，故使用9 km水平分辨率的模拟风速结果与观测值进行比较。图 3a给出了这3个测站的位置。8月10日00时以后，洞头站观测到的风速开始显著增大；10日06时风速达到了峰值，模拟的10 m风速在这些关键时间点上的变化与观测一致(图 3b)。8月10日06时以后，福鼎站观测到的风速开始显著增大，模拟的10 m高风速此时也迅速增大，这种变化与观测相似(图 3c)。对于探空站洪家站，图 3d、e分别给出了850和500 hPa高度上的风速连续36 h的变化，可见模拟的风速与实测风速在变化趋势上基本符合。在台风的大风环境中，探空气球在高空(如500 hPa高度)的飘移较大，这也有可能是500 hPa高度上模拟与观测风速在36小时时不一致的原因，这需要大量的观测结果进一步分析。在选择3个测站时，考虑了模拟台风中心位置与实际台风中心位置的偏差，并进行了调整。

图 3(a)两个地面测站(洞头和福鼎)和一个探空测站(洪家站)的位置与9 km水平分辨率模拟的(b)洞头站、(c)福鼎站、(d)洪家站在850 hPa高度及(e)500 hPa高度上的风速在2006年8月9日00时至8月10日12时的演变与观测值 (图a中，等值线表示海平面气压模拟值(单位：hPa)，空心圆代表探空站，实心圆代表地面站) Fig. 3(a)9 km-resolution-simulated sea level pressure(hPa)at 18：00 UTC 9 August 2006，and the position of the three stations of Hongjia，Dongtou and Fuding. Surface wind speed(m/s)evolutions at(b)the Dongtou station and (c)the Fuding station，and (d)850 hPa level and (e)500 hPa level wind speed(m/s)evolutions at the Hongjia station both for the 9 km-resolution-simulation(dashed line with circles) and the observations(solid line with circles)

图选项

此外，还将9 km水平分辨率模拟的风廓线与下投式探空观测获得的资料(观测资料获取来自追风计划网站http://typhoon.as.ntu.edu.tw/DOTSTAR/tw/flight.php?id=23)进行了比较。中国台湾追风计划试验在2006年8月9日连续投放了15个下投式探空仪对台风桑美进行探测，15个探空仪投落位置距实际台风中心的距离225—615 km，选取其中两个在位置上有代表性的下投式探空(第7和12个探空仪)，将观测的风速与模拟进行比较。第7个下投式探空距离实际台风中心320 km，是投落距离居中的代表，第12个下投式探空距离实际台风中心594 km，距离实际台风中心第二远(第11颗下投探空距离实际台风中心615 km)(图 4a)。图 4a给出了2006年8月9日00时在850 hPa高度上距离模拟台风中心(594±9)km和(320±9)km(即585—603 km和311—329 km)的两条风速带，红色台风符号表示模拟台风中心位置，黑色台风符号表示实际台风中心位置。可见，在距台风中心相同的距离上，不同方位上的水平风速有明显差异，在其他层次上也有类似的结论。在离台风中心594和320 km的距离上分别都选取2个模拟站点(图 4a中红色实心圆和三角符号处)的风廓线与观测进行比较，图 4b、c给出了比较结果。图 4b、c的结果表明，在下投式探空落点附近的模拟廓线表现出与下投式探空观测在中、高层的风廓线相似的特征，但量级有系统性的偏大，在距台风中心同一距离其他方向上存在相似的模拟风速廓线，而风速量级上存在系统性的偏差(图 4b)。在低层(850 hPa 以下)偏差较大，这可能是下投式探空在低层(如950 hPa高度)易受到海面上杂波污染导致观测结果不可靠(图 4c)。

图 4(a)2006年8月9日00时在850 hPa高度上距离台风中心(594±9)km和(320±9)km的两条风速带及(b)模拟风速廓线与第12个和(c)第7个下投探空观测风速廓线的比较(黑色实心圆表示下投探空仪的投落位置，红色实心圆、实心三角表示选取的模拟测站的位置；单位： m/s) Fig. 4(a)Two simulated wind speed zones on the 850 hPa level which are at(594±9)km and (320±9)km from the TC center respectively，and the locations of the 7th and 12th dropsondes(dark circles) and the locations of the simulated samples(red circles and triangles). Wind speed profiles of(b)the 12th dropsonde and (c)7th dropsonde observations(dark solid with dotted) and the simulated wind speed profiles(red dash with circles or triangles)(Wind speed unit: m/s)

图选项

综上所述，模拟的台风路径、强度变化与观测结果符合得比较好；中、高层的风速廓线，地面和低层风速随时间的演变也呈现出与观测较一致的趋势，只是模拟的风速略微有些偏大，故模拟结果基本可信。模拟风速偏大的原因可能是由于对台风周围风场不对称结构的模拟误差造成的，或者是模式中风压对应关系存在系统性误差和模拟台风尺度较实际略偏大共同影响的结果。3 模拟的水平风速垂直廓线特征分析3.1 分析方法

将台风桑美(2006)的数值模拟结果(水平分辨率为1 km)从模式面插值到等高面上，等高面间隔为50 m，最底层等高面高度为50 m。本研究基于这些等高面上的模拟数据，分析了海面上方(或地形上方)1500 m高度以下水平风速的垂直廓线特点。

分析时，分别选取台风登陆前和登陆后的几个时次。对于每个时次，过台风中心，沿16个不同方向选取风速垂直廓线样本。在每个方向上，从3个部位以不同分辨率选取风廓线样本：在近地面(50 m 高度)最大风速半径内侧5 km至外侧10 km，沿径向方向每隔1 km间距取一根风速廓线样本，这部分认为是最大风速半径附近；从台风中心至最大风速半径内侧5 km区间里，每隔10 km取一根风廓线样本，这部分认为是台风眼区附近；最大风速半径外侧10 km以外，每隔10 km取一根风廓线，这部分认为是台风核外围。表 2给出了其中8个方向上50 m高度最大风速半径的具体数值。

通过上述方法在不同方向上选取的风廓线样本表现出类似的特征，故在下面的讨论中只给出几个方向的情况进行说明。3.2 台风系统风速垂直廓线特征3.2.1 台风登陆前

2006年8月9日12时台风桑美(2006)位于海上，模拟台风中心约位于(25.82°N，124.61°E)，最低海平面气压约为929.57 hPa，图 5给出了过桑美中心沿东、西两个方向在台风3个区间部位里的水平风速在垂直方向的廓线样本。在台风眼区(图 5b、d中的点线)，风速较小且风速随高度变化不大。在台风核外围(图 5b、d中的实线)，风速较大，450 m 以下由于摩擦作用风速迅速减小，450 m以上风速随高度少变。然而，在最大风速半径附近(图 5a、c)，风速垂直廓线形状不唯一，一种是从最大风速所在高度向上、向下有显著的水平风速垂直变化，最大风速高度一般不高(图 5a、c中红色、绿色、黑色风廓线样本)，东侧最大风速高度最低为650 m，西侧最大风速高度最低为100 m；另一种是约450 m以上风速少变，这种情况与核外围风廓线相似(图 5a、c中蓝色风廓线样本)。这些风速垂直廓线样本与下投式探空仪观测到的不同飓风眼墙附近的风廓线结果(见Franklin et al，2003中的图 5和6)类似。

图 5 2006年8月9日12时过台风桑美(2006)中心向东、西方向的水平风速垂直廓线取样(a)东侧最大风速半径-5 km至最大风速半径+10 km(水平方向1 km间隔)及(b)以外(水平方向10 km间隔)；(c)西侧最大风速半径-5 km至最大风速半径+10 km(水平方向1 km间隔)及(d)以外(水平方向10 km间隔)) Fig. 5 Samples of the vertical profile of horizontal wind speed away from the TC center toward the east:(a)from RMW-5 km to RMW+10 km and (b)the regions beyond it，and toward the west:(c)from RMW-5 km to RMW+10 km and (d)the regions beyond it)

图选项

图 6(a)2006年8月9日12时台风桑美(2006)高层风速垂直变化(SH)和(b)低层风速垂直变化(SL)(单位： m/(s·100 m)) Fig. 6 Wind speed shears in the(a)higher layer(SH) and (b)the lower layer(SL)of Saomai(2006) at 12 00 UTC 9 August 2006(unit: m/(s·100 m))

图选项

从风廓线样本(图 5a、c)发现，最大风速半径附近风廓线大致可分为3种情况：第1种情况，从最大风速高度(Z_max)向上和向下都存在显著的垂直变化，该急流高度比较低，一般在500 m高度以下，在顶层1500 m处水平风速一般小于50 m处风速；第2种情况，风速垂直变化也很强，但是顶层1500 m处水平风速一般与50 m处风速相当，急流高度相对较高，一般在500 m以上；第3种情况，近地面以上(约450 m以上没有地面摩擦作用影响后)风速少变。可见，眼区、核外围及最大风速半径附近的第3种情况除了风速量级有差别之外，风速随高度变化的趋势是相似的，而最大风速半径附近的第1和2种情况(两类急流型风廓线)是最大风速半径附近特有的风速廓线特征。

进一步，从水平风速垂直变化的角度对几种类型的垂直风廓线水平分布特征进行分析。低层的风速垂直变化值(S_L)和高层风速变化值(S_H)分别定义为

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图 7 2006年8月9日12时台风桑美(2006)不同类型风廓线的水平分布及最大风速所在的高度(m)(a. 普通型(SH每100 m大于-1.5 m/s)，b. 急流Ⅱ型(SH每100 m在-2.5—-1.5 m/s)，c. 急流Ⅰ型(SH和SL均每100 m不大于-2.5 m/s)，d. 过渡型(SH每100 m不大于-2.5 m/s且SL每100 m大于-2.5 m/s)) Fig. 7 Horizontal distributions and their Zmax for the(a)ordinary type，(b)jet type Ⅱ，(c)jet type Ⅰ and (d)the transition type of wind profiles for Saomai(2006) at 12 00 UTC 9 August 2006(unit: m)

图选项

图 8(a)高度坐标和(b)高度对数坐标中给出了典型风廓线的样本代表：最大风速半径附近急流Ⅰ型风廓线(实线)、急流Ⅱ型风廓线(点线)、普通型风廓线(虚线)，及眼区(两点虚线)和外围(点虚线)风廓线，(c)过渡型风廓线样本代表及台风桑美(2006)登陆前其核区及附近存在几种主要的风速垂直廓线类型的示意图，(d)(眼区)普通型，(e)(眼区以外)普通型及过渡型，(f)急流Ⅰ型风廓线，(g)急流Ⅱ型风廓线 Fig. 8 Typical representative samples in the(a)height coordinate and (b)height-logarithmic coordinate，and (c)transition type representative samples. And(d，e，f，g)several kinds of wind profile characteristics in a TC core based on 1-km numerical simulation of Saomai(2006) before l and ing.(d)is for ordinary type in the eye region，e)is for ordinary and transition types outside eye region，(f)is for jet type Ⅰ，and (g)is for jet type Ⅱ

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对于过渡类型的风廓线，它出现的几率很小(表 3)，另外，在对台风未登陆的几个时次的分析中，出现的该类型风廓线数量从20个左右至200个左右不等，出现的位置(图 7d)与急流Ⅰ、Ⅱ型相似，该类风廓线(图 8c)形状介于急流Ⅱ型和普通型风廓线之间，最大风速高度一般出现在800 m或1000 m以上。

图 9a给出了2006年8月10日07时过台风桑美(2006)中心沿纬向方向做的水平风速垂直剖面(海拔高度3 km以下)，从图中可见，此时台风已经登陆，其西侧的大风区也已经登陆，而其东侧的大风区仍然在海上。从图 9b可见，2006年8月10日09时台风桑美(2006)的东、西两侧大风区均已登陆。从图 9中也可以看到在台风眼区和大风区外围风速垂直廓线在达到风速极值后少变，与台风登陆前的情形是一致的，这里将不再进行讨论，下面主要讨论最大风速半径附近的风廓线情况。

图 9(a)2006年8月10日07时和(b)09时过台风桑美(2006)中心沿纬向方向的水平风速垂直剖面 Fig. 9 Latitude-vertical section of horizontal wind speed through the TC Saomai center at(a)07 00 UTC and (b)09 00 UTC 10 August 2006

图选项

图 10和11给出了两个时次台风东、西两侧最大风速半径附近风速风廓线样本。登陆后，台风中心西侧风廓线区域均匀化程度较好(图 10b和11b)，东侧风廓线随登陆时间的增加出现明显的均匀化趋势(图 10a和11a)。台风登陆初期风廓线逐步均匀化过程的特点及影响因素与普通大气边界层中风廓线在不同稳定度下的变化是否有关联可能是一个复杂的问题，需要在下一步工作中专门进行研究。与台风登陆前的风廓线相比，台风登陆后，无论大风区是在海上或陆上，风速垂直廓线走势是基本一致的，除了先登陆的部分风速量级相对较小。

图 10 2006年8月10日07时台风桑美(2006)中心(a)东侧和(b)西侧最大风速半径-5 km至+10 km水平风速垂直廓线取样 Fig. 10 Samples of the vertical profile of horizontal wind speed from RMW-5 km to RMW+10 km away from the TC Saomai center on(a)east and (b)west directions at 07 00 UTC 10 August 2006

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图 11 2006年8月10日09时台风桑美(2006)中心(a)东侧和(b)西侧最大风速半径-5 km至+10 km水平风速垂直廓线取样 Fig. 11 As in Fig. 10 but for 09 00 UTC 10 August 2006

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综上所述，基于台风桑美(2006)的模拟结果，发现在其核区存在几种主要的风速垂直廓线类型(图 8)。在眼区，由于风速量级很小，风速在垂直方向变化不显著(图 8d)。当台风登陆后、台风眼区以外的部分、以及台风登陆前其核外围的风速垂直廓线属于同一类型(图 8e)，当近地面摩擦作用的影响减小、风速达到最大值后，水平风速随高度升高少变，这种情况也会在最大风速半径附近出现。有两种急流类型(水平风速在垂直方向快速增大，达到最大风速值后随高度升高又快速减小)的风速垂直廓线是台风未登陆时最大风速半径附近特有的类型，在最大风速高度的下方和上方，风速都有显著的垂直变化(图 8f、g)。

急流类型的风速垂直廓线是台风登陆前其最大风速半径附近存在的一种独特的风廓线类型，从最大风速所在高度向下、向上都具有很强的风速迅速减小。通过与梯度风比较(图 12)，发现风速随高度的这种迅速增大然后迅速减小的原因可以分为两类：一种是随着高度增大，超梯度风被次梯度风替代，顶层(1500 m)风速一般小于地面(50 m)风速；另一种是由于超梯度风大于梯度风的程度随高度有明显变化，顶层风速一般与地面(50 m)风速相当。

图 12 两种急流类型风速(实线)与梯度风风速(虚线)的比较举例 Fig. 12 Samples of the real wind speed(solid line) and gradient wind speed(dashed line)for the two kinds of strong shear wind profile

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Kepert(2001)和Kepert等(2001)认为，台风外围绝对角动量向内的输送可能是形成超梯度风的重要原因。那么在这两类不同的超梯度风变化情况中，绝对角动量起的作用是怎样的呢？

绝对角动量定义为

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在图 13中，阴影表示风速与梯度风速的比值，等值线是绝对角动量的垂直对流输送或水平对流输送，实线为正，虚线为负。从图 13a中可见，距台风中心约57 km处是第一类急流类型风廓线，在低层(约300 m以下)和较高层(约500 m以上)都有很强的绝对角动量对流向上输送。距台风中心约55 km处(25.82°N，124.12°E)是第2类急流类型风廓线，在低层有强的绝对角动量对流向上输送，在较高层有强的绝对角动量对流向下输送(图 13a)；低层有强的绝对角动量水平对流从外向台风中心方向输送，高层有从台风中心方向向外流出的强绝对角动量水平对流(图 13b)。这些结果表明低层绝对角动量水平对流将能量从外围向台风中心输入，同时配合低层角动量垂直对流的向上输送，有利于超梯度风的形成；较高层绝对角动量对流向下输送有利于其低层的超梯度风增强，高层超梯度风减弱，同时配合较高层绝对角动量水平对流向外输送，使得高层超梯度风进一步减弱。

图 13 2006年8月9日12时过台风桑美(2006)中心向西最大风速半径(距台风中心55 km处)附近(a)绝对角动量的垂直对流输送(等值线，103 m2/s2)，和(b)水平对流输送(等值线)及风速与梯度风速的比值(阴影) Fig. 13(a)Vertical advection(unit: 103 m2/s2) and (b)horizontal advection of angular momentum(contours) and the ratio of real wind speed to gradient wind speed(shaded)near the RMW(at the location of 55 km away from the Saomai center)at 12 00 UTC 9 August 2006

图选项

利用ARW-WRF系统对台风桑美(2006)2006年8月9日00时至8月10日12时的发展演变过程进行了数值模拟，模拟过程中使用了四重嵌套网格，最高水平分辨率为1 km。模拟结果与中国气象局确定最优路径和强度(热带气旋中心附近最低海平面气压和10 m高最大风速)及几个探空、地面测站和下投式探空仪观测到的水平风速进行了比较，结果表明本次模拟比较成功地再现了桑美(2006)36 h 的演变过程。在进行数值试验时，另外做了多种参数化方案的选择，包括根据Powell等(2003)在模式中对拖曳系数和风速的关系做了修改，这些试验方案模拟的台风路径及强度与本方案相比，模拟效果不是很好或者效果基本相当，所以选择了本研究的模拟试验方案。基于本研究1 km分辨率的数值模拟结果，对台风核区及附近的低层(海面或地形上方1500 m以下)水平风速垂直廓线特征进行了分析。

分析结果表明，不论台风登陆前或登陆后，其眼区及核外围(最大风速半径外侧10 km以外)的风速垂直廓线特征是相似的，近地(海)面风速随高度迅速增大，这可能主要是由于摩擦作用随高度减小造成的，然后风速少变。台风登陆后，其最大风速半径附近也呈现出类似的风廓线特征，即使其最大风速半径仍未登陆。然而，在台风登陆前，其最大风速半径附近的风速垂直廓线除了出现上述风廓线特征外，还有另外一种重要的情况出现——在最大风速高度以下、以上的高度上都有很强的水平风速垂直变化。分析结果表明，出现水平风速在垂直方向显著变化(不含由于近地面摩擦作用引起的情况)的风廓线位置基本分布在最大风速半径附近，其中很大部分是低空急流。

通过比较风速与梯度风的关系，发现急流类型风廓线可分为两类：一类是随高度增大，存在次梯度风与超梯度风相互交替，此类急流高度较低；一类是超梯度风偏离梯度风的程度随高度增高有显著的变化，而且，偏离程度也是随高度先增大再减小，此类急流高度相对较高。绝对角动量的垂直和水平对流可能是造成这两类急流类型风廓线的一个主要原因。

本研究只对台风桑美(2006)进行了分析，今后需要对更多不同强度级别的热带气旋个例进行模拟和分析验证本研究的结论。另外，探空气球的高空飘移、下投式探空到达大气低层时的飘移及噪音污染等问题目前尚未有很好的修正方法，这给台风核区及附近地区的数值模拟检验带来了较大困难，使得不能足够准确地估计数值模式对这些地区的模拟能力，今后需要对这些观测资料的修正方法进行深入的研究和发展。