1. 引言
台风(本文泛指热带气旋)是最强的暴雨天气系统，国内外不少极端暴雨记录都与台风活动有关 [1] 。螺旋雨带是台风有别于温带气旋的主要特征之一，台风螺旋雨带及其外围云系经常带来强降水，造成严重的洪涝灾害 [2] [3] 。气象学家很早就开始对台风的形成机理和结构进行研究 [4] - [7] ，也有部分学者对螺旋雨带进行了讨论 [8] - [10] ，但这些文献仅对台风螺旋带进行了介绍 [8] ，分析了罗斯贝波对台风螺旋带演变的影响 [9] ，以及从理论模型上对台风螺旋带的演变进行了研究 [10] ，但专门针对台风螺旋雨带演变特征的分析还比较少。
本文利用FNL和日平均SST数据驱动WRF模式对发生在我国近海的一次台风过程进行了数值模拟，主要包括台风的螺旋雨带、移动路径、中心气压和最大风速，对模式的可靠性和准确性进行了验证。重点对比分析了台风卫星云图和螺旋雨带的分布特征，进而对台风螺旋雨带的变化特征进行模拟和研究，为台风雨带的性质研究和预报提供了一定的参考。
2. 资料来源和模式设置
本文采用的资料主要有：美国国家环境预报中心NCEP提供的FNL客观再分析资料(1˚ × 1˚)，美国国家海洋和大气管理局NOAA提供的日平均SST卫星数据(0.25˚ × 0.25˚)、每日4次的海表气温(sig995气温代替)、海面气压和海面风速(sig995)再分析数据，中国台风网提供的台风路径、最大风速和中心气压实况数据。
本次台风模拟时长为60小时，模式的物理参数化方案为：陆面过层方案采用热量扩散方案，边界层方案采用MYNN5方案，积云参数化方案采用Kain-Fritsch方案，微物理过程方案采用WSM5类方案，长波辐射方案采用RRTM方案，短波辐射方案采用Dudhia方案，并以云水质量浓度分布表示台风螺旋雨带的分布，具体公式如下：
式中，
表示云水质量比，单位为
，qcloud表示云水混合比，单位为
，
表示湿空气密度，单位为
。
3. 台风过程简介
1412号台风“娜基莉”是生成于热带西太平洋的气旋。“娜基莉”于2014年8月30日10时(世界时)在菲律宾东北加强生成，2014年8月1日16时，位于我国东海东部海域，强度为台风级，近中心最大风速达23 m/s，中心气压为985 hPa。随后继续向北移动，至2014年8月2日21时，减弱为热带风暴级，并在移动的过程中继续减弱。至2014年8月3日10时，减弱为热带低压，随后于韩国群山市附近登陆，登陆时，中心气压为990 hPa，近中心最大风速为16 m/s，从生成到消亡共历时5天。
4. 台风实况与模拟结果对比分析
图1为台风“娜基利”的实况与模拟结果对比分析图。其中，图1(a)为模拟的台风路径与台风实况路径对比，红色路径代表的是台风的实况路径，蓝色路径代表的是台风的模拟路径，红色标数表示的是台风中心实况气压(hPa)；图1(b)为模拟的台风最大风速和实况风速对比，实线代表的是实况最大风速，
(a) (b)
(c) (d)注：a为路径对比；b、c分别为最大风速和中心气压对比；d分别为卫星云图和雷达回波强度
Figure 1. Comparison of typhoon and simulation results
图1. 台风实况与模拟结果对比图
Figure 2. Simulation of Nakri 3 h cumulative precipitation distribution (unit: mm)
图2. 模拟“娜基莉”的3 h累积降水分布(单位：mm)
虚线代表的是模拟的最大风速(m/s)；图1(c)为模拟的台风中心气压和实况气压对比，实线代表台风中心实况气压，虚线代表模拟台风中心气压(hPa)；图1(d)为中国台风网提供的台风“娜基莉”可见光卫星云图；图1(e)为WRF模拟的台风云雷达回波强度(dBz)。
其中，台风中心以最低气压位置为代表，台风螺旋雨带根据WRF模式输出的云水混合比求得。模拟结果显示，WRF模拟的台风“娜基莉”路径与实况路径走向基本一致，为“北上型”台风(图1(a))；台风中心附近最大风速可达25 m/s，最大风速随时间的推移逐渐减小，模拟的最大风速变化趋势与实况非常接近，模拟的最大风速普遍略大于实况风速(图1(b))；台风中心气压最低可达985 hPa左右，中心气压随时间的推移逐渐增大，模拟的中心气压变化趋势与实况比较接近，且略低于实况值(图1(c))；图1(d)分别表示2014年8月3日03时的卫星云图和模拟的雷达回波强度(以最大反射率因子的对数表示)，两图均可清晰的看出台风的螺旋结构，且模拟的螺旋结构分布与实况相接近。
综上所述，我们认为WRF模拟的“娜基利”与实况比较接近，以模式输出结果对台风结构进行分析是可行的。
5. 台风螺旋雨带的演变特征分析
台风螺旋结构一般表现为云带或者雨带的螺旋分布 [11] ，台风雨带直接对应了降水情况，分析台风螺旋雨带的结构可以得出台风降水的分布情况。图2为模拟台风“娜基莉”6个时次3小时累积降水量分布图。分析发现，在2014年8月2日00时，台风已具有完整的眼壁，最大降水区出现在韩国济州岛附近海域，3 h累积降水量在90 mm以上，与台风强度有良好对应关系。至2014年8月2日06时，随着台风北上，强度继续加强，中心最低气压975 hPa，“娜基莉”的雨带主要分布在台风前进方向的右前象限，3 h累积降水量最大可达90 mm以上。这一时次，台风的降水最大区域面积达到极值，但由于台风云系的接地，右前象限等压线逐渐稀疏，台风强度重心向西转移，降水最大区域演变略落后于台风强度的变化，此时，台风螺旋雨带开始断裂。至12时，台风强度有所减弱，台风最大降水区域大幅缩减，主要位于台风中心的北侧，对应关系良好。2014年8月2日18时，“娜基莉”的螺旋雨带已经断裂，此时海面3h最大降雨量出现在台风中心的南侧，降水量在30 mm~40 mm之间。至2014年8月3日06时，组织化对流不断减弱消失，并向台风中心附近靠拢，“娜基莉”螺旋雨带结构继续消散，3 h累积降水量多在6 mm~10 mm之间，至此台风雨的影响过程基本结束。
在整个模拟阶段内，台风“娜基莉”螺旋雨带的结构不断减弱，降水最大区域呈现围绕台风中心逆时针旋转的特点，最大降水量在2014年8月2日06时有略微增大，而后持续减小；根据台风螺旋雨带和海面气压的分布情况来看，雨带的结构与台风强度具有良好的对应关系。
6. 主要结论
利用WRF模式对1412号台风“娜基莉”进行了数值模拟，对台风的路径、中心气压、最大风速的模拟效果进行了分析，研究了台风的螺旋雨带演变特征，得到以下结论：
1) WRF模拟的台风“娜基莉”移动路径、中心气压、最大风速和螺旋云带分布都十分接近，说明在文中的设置下，WRF模式对台风模拟的精度和可靠性较高。
2) 在整个模拟阶段内，台风“娜基莉”螺旋雨带的结构不断减弱，螺旋雨带与台风强度有良好的对应关系，降水最大区域呈现围绕台风中心逆时针旋转的特点，。
当然，限于篇幅限制，文章只列举了一次台风过程的数值模拟结果，也未对台风中心螺旋带的垂直剖面进行模拟分析，这些工作有待于下一步进行。