2018年3个登陆北上台风长期维持环境条件分析.pdf

第40卷 第4期2023年8月海洋预报MARINE FORECASTSVol.40，No.4Aug.2023收稿日期：2022-04-07。基金项目：中国气象局预报员专项项目（CMAYBY2019-008）；国家重点研发计划重点专项（2019YFC1510100）。作者简介：王亚男（1982-），女，高级工程师，硕士，主要从事海洋气象灾害预报和研究工作。E-mail:wang_ya_2018年3个登陆北上台风长期维持环境条件分析王亚男1,2，苏杭1,2，易笑园3（1.天津海洋中心气象台，天津 300074；2.天津市海洋气象重点实验室，天津 300074；3.天津市气象台，天津 300074）摘要：使用中国气象局热带气旋最佳路径数据集和美国国家环境预报中心再分析资料，分析了2018年3个登陆北上台风的长期维持环境背景及热力和动力条件。结果表明：在较低纬度时，垂直风切变10 m/s，副热带高压呈块状分布，其西脊点一般不超过120E，且西风槽位置整体偏北，台风主要受副热带高压外围偏南引导气流影响，路径大多在平原，摩擦耗散较小，配合南亚高压东侧反气旋环流第三象限辐散和低空强度相当的辐合条件以及西南和东南暖湿输送影响，台风中心附近平均涡度减弱缓慢；当北上受高空急流影响的垂直风切变增大时，低空出现明显湿能量辐合，有明显积云对流发展和高层凝结潜热释放，且受高空急流入口区影响，高空辐散也增强，利于台风登陆后期的维持。关键词：台风；登陆北上；长期维持；环境背景；热力动力诊断；合成分析中图分类号：P457.8 文献标识码：A文章编号：1003-0239（2023）04-0097-10DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2023.04.0100引言台风在登陆后，其威力总体是减弱消亡的。但是，有的登陆台风却能在陆面维持数天，而严重的台风灾害往往是由这些台风造成的，如历史上著名的“758”河南特大洪水，夺取了数十万人的生命1。2018年，3个台风在我国杭州湾附近登陆北上，给我国东部沿海地区造成严重的风雨影响，其中，1818号台风“温比亚”在登陆后带来大范围的暴雨和特大暴雨2-4，其在河南引发的特大暴雨为 40 年来罕见3，台风过程平均降水量也创下山东1951年以来历史最高记录4，1814号台风“摩羯”和1818号台风“温比亚”也引发了龙卷灾害5-6。判断台风登陆后能否长期维持是进行台风及其次生灾害天气预报的基础。目前，国内学者已对台风登陆后维持的环境背景和成因等进行了一些研究。例如，李英等1，7通过对历史个例的合成诊断分析总结出台风登陆长久维持的大尺度和次天气尺度环流特征，如从移动趋势、水汽通道的连结、斜压锋区的关系和高空流出气流等特征，可初步判断台风登陆后能否长期维持，并通过数值模拟的方法，重点分析了水汽输送和湿地边界层热通量对台风登陆后维持的影响8-9；王黎娟等10分析了台风“榴莲”发展维持的环境场；黄滢等11对台风“威马逊”登陆后长时间维持的原因进行了天气学和动力学诊断分析；冀春晓等12使用数值研究方法对台风“麦莎”登陆后长期维持的涡动动能收支进行了诊断分析；李启华等13分析了长时间维持台风“菲特”不同发展阶段的位涡分布特征。以上分析多是以个例研究为主。2018年，3个台风登陆北上，维持时间为4872 h，这种情况较为少见，因此有必要对其环境条件的共性进行分析，为以后预报相似背景下台风登陆后的维持问题提供参考。本文使用中国气象局（China Meteorologi-cal Administration，CMA）热带气旋最佳路径数据集和美国国家环境预报中心（National Centers forEnvironmental Prediction，NCEP）全球再分析资料，分析了2018年3个登陆北上维持台风的环境条件海洋预报40卷共性特征，并使用合成方法1诊断分析热力和动力物理量场，探讨台风长期维持的成因。1台风概况和环流背景特征1.1台风概况2018年7月18日20时（北京时，下同），1810号台风“安比”在西北太平洋洋面上生成，22日中午12时30分前后台风在上海市崇明岛沿海登陆（见图1），登陆时中心附近最大风力为10级（风速为28 m/s），中心最低气压为982 hPa。登陆后，除登陆第24 h台风中心海平面气压6 h变压为5 hPa外（见表1），其他时次6 h变压均 2 hPa，说明台风“安比”的强度在登陆后长时间稳定维持，直至登陆60 h后变性为温带气旋。2018年8月8日14时，1814号台风“摩羯”在台湾省花莲市东偏南方向约1 330 km的海面生成，12日晚11时35分前后台风在浙江登陆，登陆时中心附近最大风力为10级（风速为28 m/s），中心最低气压为980 hPa。除登陆后前6 h台风中心海平面最低气压6 h变压达5 hPa外，登陆后台风中心最低气压缓慢升高，中心6 h变压为02 hPa，台风强度一直维持，在登陆54 h后，台风进入渤海后强度增强，6 h变压最大下降6 hPa，登陆72 h后台风逐渐减弱并消失，台风停止编号。台风登陆后路径图和台风中心6 h变压见图1和表1。2018年 8月 15日 11时，1818号台风“温比亚”在东海生成，并于17日04时05分登陆上海。登陆时台风强度为强热带风暴，中心附近最大风力为9级。登陆后台风中心最低气压缓慢升高，在登陆后72 h内，中心海平面气压6 h变压为04 hPa，台风强度维持；登陆72 h后台风进入渤海后变性为温带气旋。台风登陆后路径图和台风中心6 h变压见图1和表1。图13个台风登陆后路径（a）和地形高程图（b）Fig.1Three typhoons tracks after landing(a)and topographic elevation(b)表1 登陆后台风中心6 h变压（单位：hPa）Tab.16pin the typhoon center after landing（unit:hPa）台风名称“安比”“摩羯”“温比亚”登陆后时间/h62501232218004245203002036224420004800454020600-22660-60720607824-684-290296698王亚男等：2018年3个登陆北上台风长期维持环境条件分析4期通过以上分析可以看出，1810号台风“安比”登陆后维持60 h才变性为温带气旋；1814号台风“摩羯”登陆后维持54 h，进入渤海后强度增强；1818号台风“温比亚”登陆后维持72 h，进入渤海后变性为温带气旋。3个台风在变性或入海前均在陆上维持较长时间。1.2环流背景特征图2为台风“安比”和台风“摩羯”的100 hPa形势场和台风中心位置。根据南亚高压在夏季期间变动的基本天气型14分析，在台风登陆北上的过程中，台风“摩羯”（见图2b）的南亚高压呈带状型，在50140E之间有两个强度相当的高压中心存在，维持时间较短；而台风“安比”（见图2a）和台风“温比亚”（图略）的南亚高压为西部型，主要高压中心在90E以西，维持时间在5 d以上。台风在登陆北上的过程中，台风中心多受南亚高压内部东部反气旋环流以及南亚高压东部次级中心第三象限东/东南气流或第二象限西南气流影响（见图 2和图 3ab）；同时，随着台风北上，台风中心逐渐位于高空急流入口区右侧，有一定的辐散场存在（见图3cd）。总体来说，天气形势利于高空辐散场的出现，也利于台风的维持。从500 hPa形势和台风中心位置来看（见图3ef），在台风登陆初期，由于西风槽位置整体偏北且以短波槽活动为主，台风移动主要受副热带高压（简称副高）西侧引导气流影响；随着台风逐渐北上到山东半岛及其以北地区，台风逐渐与西风带短波槽合并，此时台风移动主要受副高西北侧引导气流影响。同时，从台风“安比”登陆后588 hPa等高线分布和台风中心位置来看（见图4），副高588 hPa等高线呈块状分布，西伸不明显或很少出现，其西脊点位置一般在120E以东、130E以西；等高线向北扩展明显，通常扩展到朝鲜半岛和日本岛以北区域（即3444N之间）。副高压的这种分布利于台风沿近岸北上。从图1台风移动路径和地形高程图来看，台风“安比”和台风“温比亚”在杭州湾以北登陆，经沿海平原北上，陆面摩擦耗散较小；而台风图2100 hPa南亚高压高度场特征线和台风中心位置Fig.2Isoheight lines of the 100 hPa South Asia high and typhoon center position99海洋预报40卷注：黑色线为高度场，蓝色线为散度场，风向杆指示风向和风速（单位：m/s，大于30 m/s为红色，小于30 m/s为黑色），台风中心位置为黑色圆点或蓝色台风图标图3高空形势图和台风中心位置Fig.3Aerological diagram and typhoon center position100王亚男等：2018年3个登陆北上台风长期维持环境条件分析4期“摩羯”在杭州湾以南登陆，登陆初期受浙江山区影响，陆面摩擦耗散较大，登陆后1224 h进入江苏和安徽平原，在继续北上的过程中，台风路径均在平原上，陆面摩擦耗散较小。总体来看，这3个台风登陆后的移动路径大多在平原上，陆面摩擦耗散较小，利于台风的长期维持。图5为台风“温比亚”对流层低层850 hPa风场、水汽通量和水汽通量散度。在台风登陆后的 24 h内，有来自台风西南侧水汽通量10 g/（shPacm）的西南显著气流水汽输送通道存在，并可以追踪到中国南海的赤道辐合带附近，是暖湿空气的主要输送带。在台风登陆24 h后，西南显著气流水汽输送通道断裂，台风东侧水汽通量10 g/（shPacm）的低空南东南显著气流输送通道一直存在，此气流可追踪到台湾岛附近的东海海域。台风“安比”和图4台风“安比”副高588 hPa等高线Fig.4588 hPa isoheight lines of subtropical high ofTyphoon Ampil图5台风“温比亚”850 hPa风场、水汽通量（实线，单位：g/（shPacm）和水汽通量散度（填色，单位：10-5g/（m2hPas）Fig.5Wind field，moisture flux(solid line，unit:g/(shPacm)and moisture flux divergence field(shaded area，unit:10-5g/(m2hPas)of Typhoon Rumbia at 850 hPa101海洋预报40卷台风“摩羯”情况类似（图略）。总体来说，低空西南和东南输送带不断为台风补充暖湿空气，利于台风的长期维持。2热力动力场合成分析2.1涡度的演变特征图6为过台风中心1010格点内涡度平均垂直剖面时间变化图。从图中可以看出，台风登陆后正涡度在垂直方向上伸展高度降低，低层正涡度中心大小以及高度均呈下降趋势。登陆时正涡度中心强度约为2.010-52.510-5/s，登陆后24 h内正涡度衰减较快，衰减值约为0.510-51.010-5/s；台风“安比”和台风“温比亚”在登陆 24 h变性之前，台风正涡度维持在1.510-5/s左右。还可以注意到，在台风“安比”和台风“温比亚”变性时，低空正涡度中心有明显增强趋势，且正涡度区开始向上伸展；而台风“摩羯”在登陆36 h后，正涡度维持在1.010-51.510-5/s，且垂直方向上伸展高度明显升高，达200 hPa以上。2.2散度、总温度散度和视水汽汇图7a中为台风中心1010格点内散度平均垂直剖面时间变化图。对比图6和图7a可以看到，在台风登陆初期，台风涡度衰减时对应低空散度零线和散度值呈下降趋势，在台风登陆中后期，低空图7台风中心1010格点内平均散度、平均水汽通量散度、台风中心气压及一定高度下平均总温度散度、平均视水汽汇Fig.7Average divergence field，moisture flux divergence field，air pressure of typho