台风"海葵"残余系统(2023)持续性强降水的三维动力机制与地形调制作用研究

针对热带气旋(TC)残余系统(TC remnant)引发极端降水的预测难题，中国科学院团队通过多源数据融合分析，揭示了2023年台风"海葵"(HAIKUI)残余在移动期、充电期和分离期三阶段的动力结构演变规律，阐明地形与环流背景对水汽输送的关键调控作用，为TC残余引发的洪涝灾害预警提供新理论框架。

　　

在气象灾害频发的当下，热带气旋(TC)登陆后的残余系统(TC remnant)如同"幽灵风暴"，往往在主体消散后仍能制造惊人破坏。2023年台风"海葵"(国际编号2311)便是典型案例——当其中心在9月6日宣告消散后，残余系统竟持续活动7天，在广西博白等地引发破纪录的400毫米暴雨，造成166.6亿元直接经济损失。这种"死而不僵"的现象暴露出科学界对TC残余动力学的认知空白：现有数值模型对残余系统的路径、强度和降水预测存在显著偏差，特别是地形相互作用和多尺度环流动力学的复杂机制尚未阐明。

中国气象局重点实验室联合南方海洋科学与工程广东省实验室的研究团队，在《Dynamics of Atmospheres and Oceans》发表的研究中，创新性地采用多时空尺度观测与再分析数据融合策略。研究整合了ERA5再分析数据(0.25°×0.25°)、IMERG卫星降水产品(0.1°×0.1°)、NGDC地形数据和中国气象局(CMA)最佳台风路径数据集，通过涡旋识别算法与大气运动学分析相结合的方法，首次完整重构了HAIKUI残余系统的三维生命史。

【运动阶段的斜压-斜压混合特征】
通过850hPa相对涡度场追踪发现，消散后48小时内残余低压中心呈现明显西移趋势。特别值得注意的是，此时系统同时具备斜压(barotropic)和斜压(baroclinic)双重特性：低层(850hPa)涡旋中心与中层(500hPa)存在12经度的相位差，而垂直风切变<5m/s的弱剪切环境使得残余环流得以保持轴对称结构。这种混合特性使其能持续摄取西南季风的水汽供应，为后续极端降水埋下伏笔。

【充电阶段的地形锁定效应】
当系统移动至广西境内时，研究团队捕捉到惊人的地形调制现象：云开大山和十万大山形成"气象囚笼"，使残余低压在108°E-112°E范围内停滞达60小时。ERA5垂直剖面显示，地形强迫产生的抬升运动与季风气流辐合形成耦合系统，导致低层比湿(q)骤增至18g/kg，最终在桂东南催生出一条长达300公里的弓形暴雨带。这一发现完美解释了博白县极端降水的形成机制。

【分离阶段的斜压主导结构】
生命史末期出现戏剧性转变：850hPa涡旋中心受偏南气流引导继续西进，而500hPa系统则在西风带作用下东移，形成"上下解耦"的典型斜压结构。这种垂直分离导致珠三角地区冷暖空气剧烈交汇，佛山站观测到3小时内雨量达90mm的强对流降水。研究首次量化了不同高度层涡度平流(ζ_a)的贡献率，发现中层正涡度平流(+1.2×10^-5s^-2)对维持残余环流起决定性作用。

该研究构建的TC残余系统三维概念模型具有重要实践价值：首次阐明地形强迫与环流背景的协同作用如何延长残余系统寿命；定量揭示不同发展阶段水汽输送通量(IVT)与降水效率的非线性关系；提出的"三阶段"演化框架可显著改进数值模式对残余降水的预报技巧。这些发现不仅为防御类似"海葵"的极端天气事件提供科学依据，更将推动世界气象组织(WMO)对TC衰减后灾害风险评估体系的修订。正如通讯作者Yuan Zhu强调的："认识TC残余的' afterlife effects'(死后效应)，是我们应对气候变化下极端灾害的新前沿。"