徐興波　韓慶紅　徐馳（ 吉林市氣象局，吉林 303； 南京信息工程大學，南京 0044）

“布拉萬”和“梅花”北上影響吉林省產(chǎn)生降水差異的天氣學特征對比分析

徐興波1韓慶紅1徐馳2
（1 吉林市氣象局，吉林 132013；2 南京信息工程大學，南京 210044）

使用NCEP再分析資料，對兩次路徑相似，但對吉林省降水造成影響差異較大的北上臺風“布拉萬”和“梅花”就流場和物理量場特征進行了對比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩次臺風北上過程中西太平洋副熱帶高壓對臺風路徑起著決定性的作用；北上臺風降水強度與自身水汽和周圍水汽輸送有直接關(guān)系，水汽通量散度量值在降水預(yù)報中較為適用；臺風的垂直結(jié)構(gòu)特別是渦度場垂直分布的斜壓結(jié)構(gòu)對臺風的發(fā)展起到重要作用；西風槽和冷空氣與臺風的配合對降水強度產(chǎn)生很大影響；高低空急流的配置對臺風系統(tǒng)的維持和強降水落區(qū)有明顯的指示意義，并且對降水的強度和持續(xù)時間起到關(guān)鍵作用。

北上臺風，降水差異，水汽通量散度，渦度，西風槽，高低空急流

0　引言

臺風是我國主要的氣象災(zāi)害之一[1]，也是預(yù)報工作中的重點和難點[2]。盡管每年影響北方的臺風次數(shù)不多，但臺風仍然是造成北方暴雨的重要天氣系統(tǒng)，特別是在125°E以西登陸北上的臺風，往往會給北方帶來大風和強降水天氣[3]。Foley等[4]在臺風研究中發(fā)現(xiàn)：在冷空氣作用下維持的臺風系統(tǒng)，經(jīng)常造成中高緯度的災(zāi)害性天氣，如大風、特大降水等。臺風所引發(fā)災(zāi)害的等級和臺風登陸后的演變趨勢存在一定差異[5]，是臺風預(yù)報工作中的難點[6]。

本文對2011年和2012年兩次相似路徑的北上臺風影響吉林省時引發(fā)較大差異降水量的事實進行了物理量對比分析，研究結(jié)果對今后預(yù)報吉林省臺風降水將可能有所幫助。201109號“梅花”臺風在2011年8月7日晚上減弱為強熱帶風暴，8日17時減弱為熱帶風暴，8日18時30分在朝鮮半島西海岸北部登陸，登陸后迅速減弱北上，受其影響吉林省大部出現(xiàn)中到大雨天氣。201215號“布拉萬”臺風在2012年8月28日15時15分在朝鮮西南沿海登陸，后再次入海，28日20時減弱為強熱帶風暴，22時50分在朝鮮西北部再次登陸仍為強熱帶風暴后逐漸減弱為熱帶風暴，在28日夜間影響吉林省，受其外圍云系的影響，吉林省長春地區(qū)、四平的公主嶺等地均出現(xiàn)大暴雨。兩次臺風北上影響吉林省路徑相似，但是降水量級別卻有較大差異。圖1為“梅花”臺風和“布拉萬”臺風24小時降水量實況圖，可以看出：“布拉萬”臺風影響吉林省的過程雨量比“梅花”臺風明顯大很多。

1　資料和方法

本文選用美國NCEP/NCAR 1°×1°網(wǎng)格點再分析資料，分析流場和位勢高度場，降水量數(shù)據(jù)來自吉林省氣象臺提供的臺站觀測資料。臺風路徑、強度等資料來自中國天氣臺風網(wǎng)（http://typhoon.weather.com.cn/）。

針對位勢高度、風場、水汽通量散度、垂直渦度、散度、高低空急流等應(yīng)用天氣學分析方法進行了分析。

2　兩次北上臺風實況對比

2.1兩次北上臺風移動路徑相似

兩次臺風都是在西風槽和副熱帶高壓的共同作用下北上，并且在登陸地點、登陸后移動路徑上都很相似，都在朝鮮登陸后繼續(xù)北上影響吉林省。1109號臺風于2011年7月28日開始編號為“梅花”，先向偏北方向移動，8月2日晚開始轉(zhuǎn)向偏西方向，于8月18日18時30分在朝鮮西海岸北部登陸，8月9日08時停止編號，生命史達12天。1215號臺風在2012年8月20日開始編號為“布拉萬”，在8月29日14時停止編號，持續(xù)時間達9天。

2.2兩次北上臺風的不同點

臺風的生命史，平均為一周左右?！懊坊ā迸_風生命史為12天，影響吉林省時為第11天，移出吉林省后繼續(xù)北上影響黑龍江??；“布拉萬”臺風生命史為9天，影響吉林省時為第8天，移出吉林省后第2天減弱為低壓，停止編號?！懊坊ā迸_風生命史較長，影響吉林省時能量有較大的消耗，減弱為熱帶風暴；“布拉萬”臺風影響吉林省時強度仍然較強，為強熱帶風暴等級，然后逐漸減弱為熱帶風暴。

“梅花”臺風具有生命史長、路徑不確定性大、移速不均、強度多變和風大雨少等特點，影響吉林省時強度減弱明顯，24小時單站最大降水量為46mm，出現(xiàn)了中到大雨天氣；“布拉萬”臺風是在朝鮮半島登陸后再次入海，二次登陸在朝鮮西北部，其移動路徑比較確定、移速比較均勻，影響吉林省時強度仍然很大，具有風大雨大的特點，24小時單站最大降水量為136mm，并且伴隨最大風速6級（11.1m/s），長春市出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨，吉林市出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，導致吉林省玉米等糧食作物出現(xiàn)了大面積的倒伏，給經(jīng)濟和生活造成很大的影響。

3　天氣形勢分析

3.1氣象要素特征

臺風的風場結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為低空空氣流入層，有氣流輻合，產(chǎn)生上升運動，然后從臺風頂部向外流出，在遠離中心一定距離后出現(xiàn)下沉運動，因此臺風自身中心氣壓的強度和最大風力等級標示著臺風的整體強度，也預(yù)示著能否在臺風外圍產(chǎn)生大范圍的降水和大風天氣。表1為兩次臺風登陸時的氣象要素指標對比，可以看出，“布拉萬”較“梅花”在登陸時和影響吉林省產(chǎn)生降水的集中時段，其氣壓更低、風速更大；“梅花”登陸后強度明顯減弱，“布拉萬”登陸后強度較“梅花”強，氣壓也比“梅花”低，風速比“梅花”大；從登陸地點來看，“梅花”較“布拉萬”偏北1.8個經(jīng)距，偏西0.7個緯距。

表1　兩次臺風各有關(guān)要素對比

3.2 對流層低層高度場特征

圖2a為“梅花”臺風影響吉林省時，2011年8月8日20時的700hPa位勢高度形勢場；圖2b為“布拉萬”臺風影響吉林省時2012年8月28日20時700hPa位勢高度形勢場?！懊坊ā庇绊懠质∏案备叱蕢K狀，“梅花”中心位于（40.1°N，125.1°E），為熱帶風暴，中心強度為3000gpm，（47°—51°N，115°E）附近有與“梅花”配合的西風槽，槽后有冷空氣。“布拉萬”影響吉林省前副高也呈塊狀，中緯度為兩脊一槽型，在（45°—47°N，117°E）附近有與“布拉萬”配合的西風槽，槽后有冷空氣配合，“布拉萬”中心位于（38.4°N，124.6°E），為強熱帶風暴，中心強度為2920gpm。

臺風的移動與副高、中低緯度的系統(tǒng)是相互作用的，圖3為700hPa 副熱帶高壓3160gpm特征線四個時次的變化情況，可以看出，“布拉萬”在29日20時3160gpm特征線北側(cè)到達47°N附近，“梅花”在9日08時3160gpm特征線北側(cè)達到39°N附近?！安祭f”登陸前后副熱帶高壓勢力明顯強于“梅花”。許映龍等[7]在“梅花”的研究工作中指出，“梅花”在近海北上階段，其東側(cè)有1110號臺風活動（兩者相距16個緯距以上，可以考慮不存在藤原效應(yīng)）?！懊坊ā痹谙虮逼饕苿拥倪^程中，其東側(cè)的1110號臺風強度加強向東北方向移動，從而使得西進的副熱帶高壓在兩個臺風之間發(fā)生南落，并與赤道高壓打通。這也是“梅花”在北上和登陸期間副熱帶高壓較弱的原因之一。

“布拉萬”二次入海對自身的水汽存在一定補充，“布拉萬”在28日15時首次登陸前，其中心強度為970hPa ，最大風速為35m/s，后又入海，主要是補充了水汽和減小了摩擦力。17時“布拉萬”中心強度仍為970hPa，最大風速為33m/s ，臺風強度沒有減弱，18時30分登陸時受地面摩擦作用強度有所減弱?！懊坊ā钡顷懬?8時其中心強度為980hPa，最大風速為 23m/s，18時30分其登陸后迅速減弱，20時其中心強度減弱為990hPa ，最大風速減弱為20m/s，與“布拉萬”相比，“梅花”在朝鮮半島登陸前強度比“布拉萬”弱，登陸后減弱也較為明顯。

因此，“布拉萬”在朝鮮半島登陸前后的強度都明顯強于“梅花”。700hPa位勢高度場還體現(xiàn)在，兩個臺風相比，“布拉萬”3160gpm等高線偏北近8個緯距，副熱帶高壓勢力也更強，在下游形成阻擋的高壓壩，西風槽與臺風的配合也是“布拉萬”好于“梅花”。

3.3 對流層低層風場特征

從圖4風場上看，“梅花”影響時，2011年8月8日20時700hPa風場上：西南急流在33°N以北，切變在47°N以北、115°E以西為后傾槽（圖略），后傾槽指的是槽線隨高度的傾斜方向與其移動方向相反。而“布拉萬”影響時，2102年8月28日20時700hPa風場：西南急流可一直向南尋蹤到30°N，切變在45°N以北、117°E為前傾槽，前傾槽的槽線隨高度的升高向前進方向傾斜，高空槽線位于低空槽線或地面鋒之前（圖略）。1109和1205號臺風影響東北地區(qū)路徑相似的原因在于副熱帶高壓穩(wěn)定呈塊狀分布，強度較強，脊線偏北。鄭秀雅等[8]在東北暴雨的數(shù)值試驗中明確指出：西風帶上的低槽對北上臺風的后期路徑有重要作用。風場分析結(jié)果與高度場分析比較一致，“布拉萬”的北部高空槽配合較“梅花”更好，與“布拉萬”配合的高空槽偏東一些，而與“梅花”配合的高空槽有些偏西。另外，與“布拉萬”配合的高空槽為前傾槽，前傾槽在移動過程中，槽后的干冷空氣疊置于低層槽前的暖濕空氣之上，增加了臺風大氣柱的對流不穩(wěn)定度，對增強降水有重要作用。

4　物理量分析

4.1水汽條件分析

充沛的水汽條件是形成暴雨的必要條件之一，水汽通量是指單位時間內(nèi)流經(jīng)與速度矢正交的某一單位截面積的水汽質(zhì)量。從水汽通量的數(shù)值和方向，可以了解暴雨過程的水汽來源和大小，以及這種水汽輸送和某些天氣系統(tǒng)的關(guān)系。但是，至于暴雨落區(qū)究竟出現(xiàn)在何處、雨量有多大等，則與水汽通量散度的關(guān)系更為密切。如水汽通量散度為正，表示有水汽流失；水汽通量散度為負，表示有水汽積聚?！懊坊ā迸_風和“布拉萬”臺風影響吉林省前水汽通量散度變化如圖5所示，“梅花”臺風的水汽通量散度的變化在8日20時流入大的水汽只集中在39°—41°N，125°—127°E（圖中負值綠色區(qū)域），數(shù)值較小，而北面為正值，說明有干空氣流入，而到9日02時在124°—126°E有一狹長的水汽流入?yún)^(qū)大致中心在（40°N，126°E），這與吉林省東南部強降水是相對應(yīng)的。從水汽通量散度來看，“梅花”臺風基本是個“干臺風”?！安祭f”臺風的水汽變化在28日20時有三個水汽積聚區(qū)。到了29日02時，在38°—42°N，123°—127°E 西北至東南向有一水汽積聚區(qū)，在42°—46°N，124°—128°E東北至西南向的水汽積聚區(qū)（圖中負值綠色區(qū)域），這也符合暴雨發(fā)生在長春、吉林的實況。

從水汽通量散度分析中可以看出，“梅花”臺風偏干，基本是“干臺風”，降水只依靠自身的水汽；而“布拉萬”臺風除自身水汽外還有來自南部的水汽輸送。

4.2渦度分析

圖6為沿臺風中心緯度方向的三個時次的渦度垂直剖面圖。從兩個臺風的渦度垂直剖面對比來看，“梅花”臺風的渦度區(qū)，從900hPa至300hPa臺風中心上方為柱狀均勻的正渦度區(qū)，呈準對稱結(jié)構(gòu)，且其中心附近的渦度垂直分布呈準正壓狀態(tài)，其周邊西風帶系統(tǒng)的渦度區(qū)不明顯，與“梅花”配合的西風槽在115°E附近，和臺風之間的渦度沒有發(fā)生明顯的相互作用。而“布拉萬”則是與梅花完全不同的結(jié)構(gòu)，從1000hPa至300hPa臺風中心上方渦度呈不對稱分布，由1000hPa至300hPa渦度由350逐漸遞減至100左右，1000～700hPa為大于300的正渦度區(qū)，正渦度中心隨高度明顯后傾，為明顯的斜壓結(jié)構(gòu)。與“布拉萬”配合的西風槽在117°E附近，在前傾槽的作用下和臺風的渦度發(fā)生明顯的作用，其中心附近的渦度垂直分布則呈斜壓狀態(tài)，有利于“布拉萬”的維持，并且，這種斜壓結(jié)構(gòu)在臺風登陸后蛻變?yōu)槠胀ǖ蛪汉笥欣诘蛪壕S持和發(fā)展，從而加強降水。

從天氣學原理來分析,“布拉萬”的渦度場垂直不對稱結(jié)構(gòu)利于臺風的發(fā)展，而梅花的渦度場的準對稱結(jié)構(gòu)并不利于臺風登陸后的發(fā)展以及降水的加強[9]。

4.3溫度平流的分析

從2011年8月8日20時850hPa溫度平流來看（圖略），“梅花”在8日20時在40°N以北沒有冷平流，說明北部沒有冷空氣侵入。從同時期的850hPa溫度場上也可以看出在吉林省西北方即大興安嶺附近存在明顯的暖舌，使得吉林省有來自西北方向的暖平流，而隨著時間的推移，這些特征更加明顯；而從“布拉萬”在28日20時的溫度平流可發(fā)現(xiàn)臺風的暖性特征還是很明顯，而在臺風周圍特別是北部有冷平流，隨著時間推移到29日02時冷平流加強，集中在長春附近，冷暖在此交綏，斜壓性加強，對流性不穩(wěn)定加強，造成了長春市的區(qū)域性大暴雨天氣。

4.4散度的分析

圖7為“梅花”與“布拉萬”影響時300hPa、500hPa和850hPa三層散度分布圖。從低層到高層的散度垂直情況分析來看，“梅花”低層輻合、高層輻散特征不強，因而對吉林省降水造成的影響不明顯；而“布拉萬”的垂直散度特點是低層輻合和高層輻散都很強，所以持續(xù)影響吉林省的時間長，造成的降水強度大，這與其斜壓結(jié)構(gòu)特征明顯有密切關(guān)系。

4.5高低空急流的分析

從200hPa風場分布（圖8）可以看出，在臺風影響最大的時間，“布拉萬”有一支風速中心大于50m/s的寬且強的高空西風急流，暴雨落區(qū)主要集中在高空急流（入口區(qū)右側(cè)），之后高空急流加強，垂直上升運動劇烈，而“梅花”沒有在吉林省形成明顯的高空急流（圖略）。兩個臺風在850hPa上的低空急流也表現(xiàn)出明顯差異，“梅花”只在吉林省東南部地區(qū)有低空風速急流，而“布拉萬”則在全省形成明顯的低空急流區(qū)。從“布拉萬”28日20時高空急流（200hPa）、低空急流（850hPa）配置及大降水落區(qū)（圖8）可以看出：強降水落區(qū)位于高空急流的右后方和低空急流的左前方，這個位置正好是高低空急流動力相互作用最強的地方，也是上升氣流最強的位置。“布拉萬”高低空急流的配置有利于垂直運動的維持和暴雨的持續(xù)。

5　結(jié)論和討論

本文就兩次路徑近似的北上臺風產(chǎn)生的天氣進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)臺風北上過程中西太平洋副熱帶高壓的位置和形狀對臺風路徑起著決定性的作用；北上臺風登陸后再次入海會對臺風水汽方面有一定的補充，在預(yù)報工作中需要關(guān)注；從臺風的垂直結(jié)構(gòu)看渦度場的斜壓結(jié)構(gòu)有利于臺風的發(fā)展；北上臺風與西風槽和冷空氣的配合會對降水強度產(chǎn)生很大影響，高空冷空氣的侵入特別是前傾槽有利于登陸臺風中強對流的發(fā)展；另外，高低空急流的配置對臺風和強降水的維持起到重要作用，預(yù)報中尤其要關(guān)注高低空急流的位置和相互作用；還有，北上臺風降水強度與臺風自身水汽強度以及周圍水汽輸送補給有直接關(guān)系。

由以上結(jié)論可以得出，即使路徑相似的北上臺風，它們影響東北地區(qū)降水也可能會存在較大差異，這和臺風本身的強度以及周圍環(huán)流場和物理量場的配置有較大關(guān)系，在預(yù)報工作中要特別注意，否則，容易出現(xiàn)強降水的空報。

在實際預(yù)報工作中，臺風路徑預(yù)報必須結(jié)合中低緯天氣系統(tǒng)進行綜合分析；臺風降水必須結(jié)合臺風自身的強度、路徑、周圍環(huán)流場配置和物理量數(shù)據(jù)做好預(yù)報，主要關(guān)注水汽通量散度、渦度、環(huán)流形勢和高低空急流的相互作用等方面，以便做好預(yù)報。

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Synoptic Characteristic Analysis of Two Northward Typhoons“Bolaven”and “Muifa” Which Lead to Rain Distinction in Jilin Province

Xu Xingbo1, Han Qinghong1, Xu Chi2
(1 Jilin Meteorological Bureau, Jilin 1320132 Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044)

Using the 1°×1° reanalysis grid data of NCEP, two northward typhoons “Bolaven”and “Muifa” which are similar to the path but quite different in precipitation when they reach Jilin Province are compared with traces and other physical factors in this paper. It is found that the subtropical ridge of the Western Pacific decided whether the typhoon moves northward or not. The precipitation caused by typhoon is related to the value of vapors brought about, and the vapor flux divergence value was suitable in the precipitation forecast. The vertical structure of typhoon especially the baroclinic configuration of vorticity benefits for the development of typhoon. Western wind trough and cold air affects the typhoon for the precipitation intensity. The configuration of high and low air jet is a guidance whether the typhoon system continuous maintaining and where the heavy rain occurs, and it is a key issue related to the intensity and duration of precipitation.

precipitation distinguish, northward typhoon, vapor flux convergence, vertical vortex, western wind trough, high and low air jet

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.01.007

2013年11月21日；

2014年8月13日

徐興波（1963—），Email: x_x_b_w@163.com