王忠東 曹 楚 杜友強(qiáng) 李懷川

(1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘蕭 蘭州 733000；2.溫州市氣象局，浙江 溫州325027)

臺風(fēng)“菲特”影響期間浙江大風(fēng)成因分析

王忠東1，2曹 楚2杜友強(qiáng)2李懷川2

(1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘蕭 蘭州 733000；2.溫州市氣象局，浙江 溫州325027)

利用常規(guī)觀測資料、自動站加密資料、多普勒雷達(dá)資料以及NCEP/NCAR1°×1°每日4次再分析資料對2013年第23號臺風(fēng)“菲特”影響期間浙江大風(fēng)成因進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)：副高以及地面高壓加強(qiáng)是導(dǎo)致浙南沿海大風(fēng)提早出現(xiàn)的主要原因；臺風(fēng)“菲特”北側(cè)東西向高壓區(qū)的維持,使浙江始終維持大的氣壓梯度,導(dǎo)致臺風(fēng)大風(fēng)向內(nèi)陸擴(kuò)展和影響時(shí)間增長；臺風(fēng)“丹娜絲”與臺風(fēng)“菲特”的相互影響使得 “菲特”移速減慢，導(dǎo)致臺風(fēng)大風(fēng)影響時(shí)間增長，同時(shí)臺風(fēng)“丹娜絲”與冷空氣以及臺風(fēng)“菲特”減弱后環(huán)流的共同影響，使得浙北大風(fēng)維持，進(jìn)一步延長了臺風(fēng)大風(fēng)對浙江的影響時(shí)間。臺風(fēng)“菲特”影響期間臺風(fēng)環(huán)流中的中尺度系統(tǒng)導(dǎo)致臺風(fēng)影響區(qū)域內(nèi)風(fēng)速的進(jìn)一步增大。多普勒雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品結(jié)合組合反射率產(chǎn)品可以有效監(jiān)控臺風(fēng)大風(fēng)分布范圍。地形的影響導(dǎo)致臺風(fēng)大風(fēng)進(jìn)一步增大。

臺風(fēng)，大風(fēng)，副高，多普勒雷達(dá)，中尺度系統(tǒng)，地形

0 引 言

臺風(fēng)是熱帶洋面上生成的氣旋性環(huán)流，當(dāng)其靠近并影響大陸時(shí)，常伴隨大風(fēng)、巨浪、暴雨、風(fēng)暴潮等災(zāi)害，對人類生產(chǎn)生活具較強(qiáng)破壞力。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，臺風(fēng)所造成損失愈發(fā)嚴(yán)重，特別是臺風(fēng)大風(fēng)導(dǎo)致船只翻沉、房屋倒塌等建筑物損壞以及由臺風(fēng)大風(fēng)引起的狂浪、風(fēng)暴潮等災(zāi)害尤其嚴(yán)重。隨著觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，觀測資料日趨豐富，觀測資料也愈加精細(xì)，國內(nèi)很多研究和業(yè)務(wù)人員利用這些資料運(yùn)用不同的方法和角度對臺風(fēng)大風(fēng)進(jìn)行了研究。陳聯(lián)壽等認(rèn)為：登陸臺風(fēng)大風(fēng)與臺風(fēng)結(jié)構(gòu)中小尺度對流系統(tǒng)的生成有關(guān)[1]。登陸臺風(fēng)在地形和環(huán)流作用下生成的颮線、雷暴、龍卷和中尺度小渦、地形次生中心等都將在相應(yīng)的局部地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈大風(fēng)。陳瑞閃統(tǒng)計(jì)福建多年大風(fēng)資料得出福建臺風(fēng)大風(fēng)天氣成因主要的原因氣壓梯度、地形、冷空氣和變壓梯度的作用，并從實(shí)例得出預(yù)報(bào)參考指標(biāo)[2]。楊玉華等對我國登陸臺風(fēng)引起的大風(fēng)分布特征作了初步的分析[3]，田輝等從氣候?qū)W的角度對華南、華東沿海登陸臺風(fēng)造成的暴雨和大風(fēng)做了分析[4]，鈕學(xué)新、陳潤珍、李巖等對臺風(fēng)大風(fēng)的數(shù)值預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了積極探討[5-7]，楊祖芳等通過統(tǒng)計(jì)分析熱帶氣旋云頂亮溫的特征來確定海面的大風(fēng)區(qū)[8]。陳剛、俞燎霓等對影響浙江的熱帶氣旋大風(fēng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[9-10]。還有很多業(yè)務(wù)人員對臺風(fēng)大風(fēng)個(gè)例進(jìn)行了總結(jié)分析，探尋臺風(fēng)大風(fēng)的成因及預(yù)報(bào)方法，例如：王忠東等對2007年超強(qiáng)臺風(fēng)“羅莎”和“韋帕”大風(fēng)過程做了對比分析[11]，曹楚等分析了“莫拉克”臺風(fēng)影響期間浙江大風(fēng)成因[12]，吳業(yè)強(qiáng)等對臺風(fēng)“科羅旺”的持續(xù)大風(fēng)特征作業(yè)分析[13]，董美瑩等對“麥莎”臺風(fēng)影響期間浙江的大風(fēng)分布特征和成因作了分析[14]，凌士兵等對臺風(fēng)“杜鵑”影響期間福建大風(fēng)天氣的特點(diǎn)和成因做了分析[15]。由于臺風(fēng)大風(fēng)與臺風(fēng)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、周圍天氣系統(tǒng)以及地形等因素有密切的關(guān)系，所以每個(gè)臺風(fēng)大風(fēng)的成因及分布均有不同，因此對典型臺風(fēng)大風(fēng)個(gè)例進(jìn)行分析，探討臺風(fēng)大風(fēng)的成因和預(yù)報(bào)方法仍然十分必要。2013年臺風(fēng)“菲特”影響期間，浙江沿海海面大風(fēng)持續(xù)87 h，沿海地區(qū)持續(xù)近62 h，期間瞬時(shí)大風(fēng)達(dá)17級，破浙江省瞬時(shí)大風(fēng)紀(jì)錄。本文通過分析臺風(fēng)“菲特”影響期間浙江大風(fēng)特點(diǎn)以及造成大風(fēng)的原因，為臺風(fēng)大風(fēng)的預(yù)報(bào)尋找一些預(yù)報(bào)依據(jù)，為日常業(yè)務(wù)工作和決策服務(wù)提供參考依據(jù)。

1 “菲特”影響期間浙江大風(fēng)情況

2013年第23號臺風(fēng)“菲特”于9月30日20時(shí)在菲律賓以東洋面生成，生成后向西北方向移動，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，4日17時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)臺風(fēng)，以后強(qiáng)度維持。5日開始向西北偏西方向移動，于7日01：15在福建省福鼎市沙埕鎮(zhèn)登陸，登陸時(shí)近中心最大風(fēng)力14級(42 m/s)，中心最低氣壓955 hPa。登陸后向西南方向移動，強(qiáng)度迅速減弱，于7日9時(shí)在福建省建甌市境內(nèi)減弱為熱帶低壓(圖1)。

受其影響，浙江東部沿海5日07時(shí)出現(xiàn)8級以上大風(fēng)，之后隨著“菲特”臺風(fēng)向大陸靠近，浙江沿海風(fēng)力逐漸增大，到6日08時(shí)9級以上大風(fēng)主要出現(xiàn)在溫、臺沿海地區(qū)；6日“菲特”臺風(fēng)進(jìn)入浙江沿海，并于7日凌晨登陸，臺風(fēng)大風(fēng)區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，溫州、臺州、寧波、舟山等沿海地區(qū)以及麗水、金華、紹興等內(nèi)陸地區(qū)陸續(xù)出現(xiàn)8級以上大風(fēng)，12級以上大風(fēng)主要出現(xiàn)在浙南沿海以及文成、泰順山區(qū)；7日大風(fēng)區(qū)向北移動，9級以上大風(fēng)主要位于寧波沿海、舟山、湖州以及嘉興地區(qū)，8日22時(shí)大風(fēng)影響基本結(jié)束(圖2a)。在“菲特”臺風(fēng)影響期間浙江沿海海面大風(fēng)持續(xù)時(shí)間達(dá)87 h，沿海地區(qū)持續(xù)近62 h。

在“菲特”影響期間，浙江局部海島和山區(qū)觀測站瞬時(shí)極大風(fēng)力達(dá)14～17級，其中蒼南石砰山(海拔316 m)(圖2b)、望洲山(海拔468 m)瞬時(shí)極大風(fēng)速分別為76.1 m/s和73.1 m/s(>17級)，破浙江省瞬時(shí)大風(fēng)紀(jì)錄，為浙江省超百年一遇極端大風(fēng)速。

圖2 “菲特”臺風(fēng)影響期間5日08時(shí)—8日08時(shí)浙江沿海大風(fēng)分布圖(a)以及溫州蒼南石砰站5日08時(shí)—7日17時(shí)逐小時(shí)極大風(fēng)速圖(b)

2 環(huán)境流場對“菲特”臺風(fēng)大風(fēng)的影響

2.1 天氣尺度系統(tǒng)對臺風(fēng)大風(fēng)的影響

2.1.1 副熱帶高壓影響

利用NCEP/NCAR 1°×1°每日4次的資料計(jì)算出臺風(fēng)“菲特”影響期間500 hPa和850 hPa形勢場進(jìn)行分析。4日08時(shí)，副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)主體位于海上，588線西脊點(diǎn)位于137°E附近，850 hPa上副高呈東西向帶狀分布(圖3a)，臺風(fēng)“菲特”在副高南側(cè)東南氣流的引導(dǎo)下向西北方向移動。5日08時(shí)副高加強(qiáng)，500 hPa上588線移動到135°E附近， 850 hPa副高中心氣壓增強(qiáng)到160 hPa，臺風(fēng)“菲特”在850 hPa帶狀副高的引導(dǎo)下向偏西方向移動，此時(shí)浙中北處于高壓區(qū)內(nèi)，隨著臺風(fēng)的西移導(dǎo)致臺風(fēng)中心與帶狀高壓在浙南沿海形成比較密集的梯度帶，有利于大風(fēng)的形成(圖3b)，5日07時(shí)前后浙南沿海就出現(xiàn)了8級以上大風(fēng)。5日20時(shí)，500 hPa 上副高主體繼續(xù)增強(qiáng)，但588線向西移動不明顯，而在850 hPa上副高仍呈東西向帶狀分布，臺風(fēng)西進(jìn)進(jìn)一步增強(qiáng)了臺風(fēng)中心與浙南沿海之間的梯度，浙南沿海從5日18時(shí)出現(xiàn)9級以上大風(fēng)。所以從上分析認(rèn)為副高加強(qiáng)且呈東西向帶狀分布，是導(dǎo)致浙南沿海大風(fēng)提早出現(xiàn)的原因之一。

圖3 4日08時(shí)(a)和5日08時(shí)(b)500 hPa形勢場、850 hPa形勢場(單位：dagpm)和風(fēng)場(單位：m/s)

2.1.2 地面天氣系統(tǒng)對臺風(fēng)大風(fēng)的影響

臺風(fēng)“菲特”生成后向大陸靠近的過程中，在30°N～40°N始終維持一條東西向的高壓帶，高壓中心主要位于黃渤海到日本海之間。4日08時(shí)，日本海高壓加強(qiáng)，高壓底部向南擴(kuò)展，使得臺風(fēng)中心與浙南沿海之間的氣壓梯度加大，氣壓梯度差為5 Pa·km-1；5日05時(shí)，東北高壓與日本海高壓合并，高壓中心進(jìn)一步加強(qiáng)，且高壓中心位于東北平原，高壓由帶狀分布調(diào)整為“」”型，浙江處于高壓底部，到5日08時(shí)臺風(fēng)中心與浙南沿海之間的氣壓梯度差達(dá)到了8.4 Pa·km-1(圖4a)，較4日08時(shí)增大了3.4 Pa·km-1。浙南沿海從5日07時(shí)開始出現(xiàn)8級以上大風(fēng)，此時(shí)溫州距離臺風(fēng)中心約820 km，距離臺風(fēng)七級風(fēng)圈外圍有470 km。這表明地面高壓的加強(qiáng)加大了臺風(fēng)與浙南沿海之前的氣壓梯度，這是導(dǎo)致臺風(fēng)大風(fēng)提早出現(xiàn)的原因之一。另外，從臺風(fēng)“菲特”向大陸靠近—登陸—減弱消失得過程中(圖4b),在其北側(cè)始終維持東西向的高壓區(qū),浙江處于高壓的底部,這就導(dǎo)致臺風(fēng)登陸前后浙江始終維持大的氣壓梯度,使得臺風(fēng)大風(fēng)向內(nèi)陸擴(kuò)展,同時(shí)也導(dǎo)致大風(fēng)影響時(shí)間的增長。

圖4 5日08時(shí)(a)和6日08時(shí)(b)地面氣壓場(單位：hPa)

2.2 “丹娜絲”臺風(fēng)對臺風(fēng)大風(fēng)的影響

10月4日14時(shí)，當(dāng)臺風(fēng)“菲特”移動到達(dá)臺灣以東洋面時(shí)，臺風(fēng)“丹娜絲”生成。之后臺風(fēng)“丹娜絲”快速向西北方向移動。7日01時(shí)15分，臺風(fēng)“丹娜絲”與臺風(fēng)“菲特”相距約1200km，當(dāng)臺風(fēng)“菲特”登陸時(shí)移動方向出現(xiàn)南折，這與臺風(fēng)“丹娜絲”產(chǎn)生了一定程度的互旋作用(圖5a)。同時(shí)也由于臺風(fēng)“丹娜絲”的影響，導(dǎo)致臺風(fēng)“菲特”后期移速減慢，使得臺風(fēng)“菲特”對浙江影響時(shí)間增長。在臺風(fēng)“菲特”登陸迅速減弱后，“丹娜絲”外圍帶來的東風(fēng)氣流與冷空氣及“菲特”減弱后的環(huán)流共同影響(圖5b)，使得浙北大風(fēng)維持，延長了臺風(fēng)大風(fēng)的影響時(shí)間。

2.3 中尺度系統(tǒng)對大風(fēng)的影響分析

在臺風(fēng)的云墻或附近區(qū)域?qū)α骰顒油?，是臺風(fēng)風(fēng)雨最激烈的地方，最大的降水常出現(xiàn)在這里，臺風(fēng)內(nèi)最大風(fēng)力也在云墻內(nèi)或離云墻不遠(yuǎn)的地方[16]。多普勒雷達(dá)組合反射率可以很有效的監(jiān)測到臺風(fēng)環(huán)流中的中尺度系統(tǒng)，而基本速度產(chǎn)品則可以得到徑向風(fēng)場的分布情況，兩者結(jié)合使用對臺風(fēng)大風(fēng)的監(jiān)測預(yù)報(bào)有一定的指示作用。由于臺風(fēng)“菲特”影響期間極大風(fēng)速主要出現(xiàn)在溫州地區(qū)，所以這里利用溫州多普勒雷達(dá)組合反射率VCP21(CR37, Range=230 km)和基本徑向速度產(chǎn)品VCP21(V26，Elev=1.5,Range=115 km)來分析臺風(fēng)“菲特”中尺度系統(tǒng)對大風(fēng)的影響。

10月5日20: 10溫州多普勒天氣雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品開始監(jiān)測到臺風(fēng)“菲特”外圍環(huán)流的速度，在組合反射率產(chǎn)品上同樣監(jiān)測到有臺風(fēng)外圍零散帶狀回波靠近溫州沿海，但由于此時(shí)臺風(fēng)中心距離溫州約620 km，監(jiān)測到徑向速度不連續(xù)，難以利用徑向速度產(chǎn)品分析臺風(fēng)大風(fēng)。6日08:01，臺風(fēng)中心距離溫州約400 km，此時(shí)從組合反射率產(chǎn)品看已經(jīng)有連續(xù)的臺風(fēng)外圍回波向溫州沿?？拷?，但徑向速度產(chǎn)品監(jiān)測仍不連續(xù)。6日14：05，臺風(fēng)中心距離溫州約320 km，已進(jìn)入臺風(fēng)七級風(fēng)圈，組合反射率產(chǎn)品顯示臺風(fēng)螺旋雨帶回波已經(jīng)到達(dá)洞頭附近，此時(shí)徑向速度產(chǎn)品已監(jiān)測到徑向速度較為連續(xù)，此時(shí)雷達(dá)最大徑向速度位于溫州到臺州南部沿海，最大徑向速度位27 m/s，而此時(shí)浙江省自動站實(shí)時(shí)觀測資料顯示溫、臺沿海風(fēng)力已達(dá)9級以上，局部達(dá)到10級。6日18：26，臺風(fēng)中心距離溫州約220 km，徑向速度產(chǎn)品上出現(xiàn)速度模糊，海上最大徑向速度出現(xiàn)在玉環(huán)附近，陸上則位于蒼南(圖6a)，而從組合反射率產(chǎn)品圖上看到有一條強(qiáng)度為45～55 dBz強(qiáng)回波帶自東北向西南方向移動經(jīng)過臺州南部及溫州沿海(圖6c)，此時(shí)浙江省自動站實(shí)時(shí)觀測資料顯示以上強(qiáng)回波經(jīng)過地區(qū)風(fēng)力明顯大于其他地區(qū)，其中海上南麂出現(xiàn)了15級大風(fēng)，陸上望洲山站風(fēng)力達(dá)到了14級(圖6e)。6日22：01，臺風(fēng)中心距離溫州約135 km，蒼南已處于10級風(fēng)圈邊緣，徑向速度產(chǎn)品上海上最大徑向速度出現(xiàn)在洞頭東南方向海域，陸上則位于蒼南境內(nèi)(圖6b)，根據(jù)速度退模糊公式Vr=Vfirst±2nVmax可計(jì)算出陸上最大徑向風(fēng)速為53 m/s，海上最大徑向風(fēng)速為55 m/s，從組合反射率產(chǎn)品上則可以看到此時(shí)溫臺沿海正處于臺風(fēng)云墻回波較強(qiáng)的對流區(qū)內(nèi)，回波強(qiáng)度同樣達(dá)到了45～55dBz(圖6d),對比此時(shí)浙江省自動站實(shí)時(shí)觀測資料，陸上在蒼南石砰和望洲山分別出現(xiàn)了76 m/s和73.1 m/s的極大風(fēng)速(圖6f)。所以從以上分析認(rèn)為，臺風(fēng)“菲特”影響期間臺風(fēng)環(huán)流中的中尺度系統(tǒng)導(dǎo)致臺風(fēng)影響區(qū)域內(nèi)風(fēng)速的進(jìn)一步增大。多普勒雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品結(jié)合組合反射率產(chǎn)品對臺風(fēng)大風(fēng)的監(jiān)測預(yù)報(bào)有一定的指示作用。

2.4 地形影響

地形不僅對臺風(fēng)降水的分布及增幅有重要影響,對大風(fēng)同樣有不可忽視的作用。浙江屬于浙閩丘陵地區(qū)，地勢呈西南向東北階梯狀傾斜。從地勢情況看，浙江沿海分別為天臺山脈和雁蕩山脈，在山脈的東側(cè)為海波較低的平原地區(qū)，海波多在100 m以下，這樣的地理?xiàng)l件使得這一帶摩擦減弱作用小，浙江沿海平原是強(qiáng)風(fēng)形成的有利因子。蒼南石砰站在“菲特”影響期間出現(xiàn)了76.1 m/s的極大風(fēng)速，強(qiáng)于“菲特”近中心最大風(fēng)速，這也和石砰站所處的地形有密切的關(guān)系。從地形上看，石砰站處于蒼南大漁灣北側(cè)的云臺山，海拔316 m，位于“喇叭口”型地形內(nèi)，當(dāng)臺風(fēng)靠近時(shí)容易形成“狹管效應(yīng)”，導(dǎo)致風(fēng)速進(jìn)一步增大。

3 結(jié) 語

1)副高加強(qiáng)且呈東西向帶狀分布以及地面高壓加強(qiáng)，是導(dǎo)致浙南沿海大風(fēng)提早出現(xiàn)的原因；臺風(fēng)“菲特”向大陸靠近—登陸—減弱消失的過程中,在其北側(cè)始終維持東西向的高壓區(qū),浙江處于高壓的底部臺風(fēng)登陸前后浙江始終維持大的氣壓梯度,使得臺風(fēng)大風(fēng)向內(nèi)陸擴(kuò)展,同時(shí)也導(dǎo)致大風(fēng)影響時(shí)間的增長；臺風(fēng)“丹娜絲”與臺風(fēng)“菲特”的相互影響使得臺風(fēng)“菲特”移動減慢，導(dǎo)致臺風(fēng)大風(fēng)影響時(shí)間增長，同時(shí)臺風(fēng)“丹娜絲”與冷空氣以及臺風(fēng)“菲特”減弱后環(huán)流的共同影響，使得浙北大風(fēng)維持，進(jìn)一步延長了臺風(fēng)大風(fēng)的影響時(shí)間。

2)臺風(fēng)“菲特”影響期間臺風(fēng)環(huán)流中的中尺度系統(tǒng)導(dǎo)致臺風(fēng)影響區(qū)域內(nèi)風(fēng)速的進(jìn)一步增大。多普勒雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品結(jié)合組合反射率產(chǎn)品可以有效監(jiān)控臺風(fēng)大風(fēng)分布范圍。

3)地形的影響導(dǎo)致臺風(fēng)大風(fēng)進(jìn)一步增大。

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2015-05-28