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        2020年第7號(hào)臺(tái)風(fēng)“海高斯”強(qiáng)度和路徑異常成因

        2022-01-07 07:01:30楊麗英
        廣東氣象 2021年6期
        關(guān)鍵詞:副熱帶海溫水汽

        楊麗英

        (廣州市增城區(qū)氣象局,廣東廣州 511300)

        在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中,臺(tái)風(fēng)近海強(qiáng)度加強(qiáng)或者路徑突變均會(huì)給預(yù)報(bào)帶來(lái)挑戰(zhàn)。近年來(lái),針對(duì)臺(tái)風(fēng)近海增強(qiáng)和路徑突變的特征及成因已經(jīng)開(kāi)展了許多研究,林良勛等[1]探討了華南近海急劇增強(qiáng)TC的環(huán)流特點(diǎn)及主要影響系統(tǒng);張勝軍等[2]、陳聯(lián)壽等[3]、段朝霞等[4]則指出非對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)南海臺(tái)風(fēng)路徑北翹也有著顯著的影響。一般認(rèn)為大尺度環(huán)流形勢(shì)、低層水汽通量和弱冷空氣、垂直風(fēng)切變以及海表溫度等都是影響臺(tái)風(fēng)近海增強(qiáng)的因子,南海路徑北翹與臺(tái)風(fēng)移入季風(fēng)匯合線、東風(fēng)波重位、南支槽東移、華南高壓減弱以及赤道高壓增強(qiáng)和副熱帶高壓南落等因素相聯(lián)系[3]。臺(tái)風(fēng)近海增強(qiáng)及路徑北翹雖然都是小概率事件,但在春末、盛夏和秋冬均可能出現(xiàn),不僅給預(yù)報(bào)工作帶來(lái)很大的挑戰(zhàn),還可能會(huì)給沿海地區(qū)造成更大的氣象災(zāi)害。因此,有必要對(duì)更多近海增強(qiáng)和路徑突變的臺(tái)風(fēng)個(gè)例進(jìn)行分析。

        2020年8月臺(tái)風(fēng)活躍,共有7個(gè)臺(tái)風(fēng)生成,生成數(shù)較多年平均(5.7個(gè))偏多1.3個(gè),其中臺(tái)風(fēng)“黑格比”“米克拉”和“海高斯”都是近海快速增強(qiáng),且均以峰值強(qiáng)度登陸我國(guó),“海高斯”還出現(xiàn)近海路徑北翹,由于當(dāng)時(shí)各種數(shù)值預(yù)報(bào)均沒(méi)能準(zhǔn)確地對(duì)其近海增強(qiáng)以及路徑北翹情況成功預(yù)報(bào)。為此,本研究選取臺(tái)風(fēng)“海高斯”作為研究對(duì)象,對(duì)其近海增強(qiáng)及路徑北翹的成因進(jìn)行分析總結(jié),為今后類似臺(tái)風(fēng)的路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)提供參考。

        1 “海高斯”概況及實(shí)況分析

        2020年8月16日17:00(北京時(shí),下同),位于菲律賓東部近海的熱帶擾動(dòng)發(fā)展為熱帶低壓,18日08:00在南海東北部海面上增強(qiáng)為第7號(hào)臺(tái)風(fēng)(熱帶風(fēng)暴級(jí))“海高斯”,17:00增強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí),18日20:00為臺(tái)風(fēng)級(jí),并于19日06:00前后以臺(tái)風(fēng)級(jí)(12級(jí),35 m/s)在珠海金灣區(qū)登陸。受“海高斯”環(huán)流影響,18日20:00到20日08:00廣州出現(xiàn)了大到暴雨,深圳、珠海、惠州、中山等地出現(xiàn)了暴雨到大暴雨局地特大暴雨,其中江門(mén)臺(tái)山市四九鎮(zhèn)錄得全省最大降雨量276 mm。另外,南海北部海面和珠江口沿海市縣出現(xiàn)了陣風(fēng)11~13級(jí),珠海東澳島錄得最大陣風(fēng)46.5 m/s(15級(jí))。“海高斯”是2020年第一個(gè)登陸珠江三角洲的臺(tái)風(fēng),具有“生命史短、近海增強(qiáng)、路徑北翹和風(fēng)雨影響集中”的特點(diǎn)。

        “海高斯”從生成之日起受副熱帶高壓南側(cè)東南氣流引導(dǎo),穩(wěn)定地向西偏北方向移動(dòng),但在向廣東沿海逼近的過(guò)程中經(jīng)歷了兩次明顯的北翹(圖1a),第1次是在18日13:00—15:00,第2次是在臨近登陸前(19日04:00—05:00)。路徑的北翹導(dǎo)致各模式在預(yù)報(bào)“海高斯”的登陸點(diǎn)時(shí)都出現(xiàn)整體偏西的情況,圖1b給出了歐洲數(shù)值模式(EC)的預(yù)報(bào)路徑圖。

        圖1 2020年第7號(hào)臺(tái)風(fēng)“海高斯”路徑圖(a)和EC“海高斯”集合預(yù)報(bào)路徑(8月16日20:00起報(bào))(b)

        2 “海高斯”路徑北翹的成因分析

        熱帶氣旋(Tropical Cyclone,TC)的移動(dòng)主要受大尺度環(huán)流的影響,在“海高斯”移動(dòng)過(guò)程中,副熱帶高壓是最直接影響和控制其移動(dòng)路徑的重要天氣系統(tǒng)[4]。分析500 hPa形勢(shì)(圖2),8月17日08:00(圖2a)歐亞中高緯度為兩槽一脊的形勢(shì),新疆東側(cè)-四川地區(qū)為一個(gè)槽區(qū),低緯在孟加拉灣到印度半島帶為低壓活動(dòng)區(qū),副熱帶高壓呈塊狀分布,中心位在東海上,副高脊線為西北-東南向,維持在35°N附近。隨著副高加強(qiáng)西伸,“海高斯”受其南側(cè)東南氣流引導(dǎo),穩(wěn)定地向西偏北方向移動(dòng)。至18日14:00(圖2b)兩槽一脊的形勢(shì)和低緯孟加拉灣低壓區(qū)維持,位于高原上的大陸高壓有所增強(qiáng),四川-云南低槽發(fā)展,西風(fēng)槽東移至副高西北側(cè)附近,西風(fēng)槽的逼近迫使海上副高出現(xiàn)了短暫的減弱東退,副高脊線南落到30°N附近,副高南端形態(tài)也發(fā)生改變,120°E以東588 dagpm線明顯北抬,“海高斯”受副高西側(cè)的偏南氣流影響,導(dǎo)致其移動(dòng)路徑出現(xiàn)第1次轉(zhuǎn)折,此時(shí)其強(qiáng)度也開(kāi)始迅速加強(qiáng)。

        由于副高仍處在較強(qiáng)盛階段,四川-云南低槽減弱后副高中心再次西進(jìn),臺(tái)風(fēng)受副高東南氣流引導(dǎo)西北方向移動(dòng)。19日早晨(圖2c)臺(tái)風(fēng)臨近登陸前,西風(fēng)槽進(jìn)一步東移南壓,移至內(nèi)蒙東側(cè)到山西一帶,同時(shí)低緯孟加拉灣低壓區(qū)發(fā)展,導(dǎo)致西太平洋副高再次出現(xiàn)東退,中心強(qiáng)度減弱,588 dagpm線明顯南落,副高脊線由西北-東南向轉(zhuǎn)成東北-西南向,使得“海高斯”再次出現(xiàn)路徑偏北移動(dòng)。

        圖2 8月17—19日500 hPa高度場(chǎng)(單位:dagpm)

        a.17日08:00;b.18日14:00;c.19日08:00

        由此可見(jiàn),西風(fēng)槽、副熱帶高壓等系統(tǒng)是導(dǎo)致“海高斯”路徑發(fā)生變化的主要系統(tǒng),值得關(guān)注的是,當(dāng)臺(tái)風(fēng)越貼近副熱帶高壓時(shí),受副高外圍氣流的引導(dǎo)會(huì)凸顯增強(qiáng),同時(shí)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng),與副高之間相互影響的關(guān)系越大?!昂8咚埂本嚯x副高位置非常近,且強(qiáng)度不斷增強(qiáng),也是迫使副高有所東撤和形態(tài)發(fā)生改變的因素之一,副高的位置變化、形狀特征等對(duì)熱帶氣旋的路徑均能造成影響[5]。

        3 “海高斯”近海增強(qiáng)的成因分析

        3.1 急劇增強(qiáng)過(guò)程的影響因子分析

        “海高斯”在靠近廣東沿海的過(guò)程中強(qiáng)度快速增強(qiáng),18日08:00至20:00,在12 h內(nèi)從18 m/s的熱帶風(fēng)暴級(jí)躍升至35 m/s的臺(tái)風(fēng)級(jí),風(fēng)力從8級(jí)迅速增強(qiáng)至12級(jí)、連跳4級(jí),屬于近海急劇增強(qiáng)臺(tái)風(fēng),較為罕見(jiàn)。

        為了定量表述臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)的特征,利用6 h氣壓變化Δp和12 h風(fēng)速變化Δv表示強(qiáng)度變化,即某時(shí)刻的6 h變壓Δp是指該時(shí)次與其前6 h的中心海平面最低氣壓之差;某時(shí)刻的12 h風(fēng)速變化Δv是指該時(shí)刻后6 h與前6 h中心附近最大風(fēng)速之差,如圖3所示。

        圖3 “海高斯”中心最低氣壓、最大風(fēng)速、6 h變壓變速、12 h變速隨時(shí)間的變化

        從圖3可以看出,在18日14:00—19日02:00“海高斯”在西行過(guò)程近海時(shí)出現(xiàn)了明顯快速的增強(qiáng)階段。其中18日14:00—20:00,12 h氣壓從998 hPa降至970 hPa,氣壓下降了20 hPa,平均6 h氣壓變化Δp≤-8 hPa;12 h風(fēng)速變化為17 m/s,Δv≥12 m/s??梢?jiàn),18日14:00—20:00,臺(tái)風(fēng)“海高斯”強(qiáng)度變化符合于玉斌等[6]給出的臺(tái)風(fēng)近海急劇增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)(最低海平面氣壓6 h變化Δp<-7.78 hPa或12 h風(fēng)速變化Δv>7.91 m/s)。

        3.2 急劇增強(qiáng)過(guò)程的影響因子分析

        1)海洋熱力狀況。

        海洋作為熱帶氣旋的主要能量來(lái)源,是熱帶氣旋生成和維持的關(guān)鍵[7]。而判別近海熱帶氣旋能否在海洋上迅速加強(qiáng),28℃海表溫度是一個(gè)重要參考依據(jù)[8]。今年7月歷史罕見(jiàn)空臺(tái),加上副高強(qiáng)盛,因此西北太平洋及南海表層海溫大幅偏高。據(jù)國(guó)家氣候中心全球海洋監(jiān)測(cè),8月赤道西太平洋及東印度洋次表層以暖異常為主,中心強(qiáng)度高于2℃。分析8月第3侯侯平均海表溫度及距平(圖略),可見(jiàn)南海及西太平洋海溫均較常年同期偏高,我國(guó)近海海溫與歷史同期相比屬異常偏高狀態(tài)。從8月16日20:00 EC海洋表面溫度圖(圖4)可見(jiàn),在菲律賓的東側(cè)及南海北部一直存在一個(gè)30℃的高海溫區(qū),30℃的高海溫區(qū)直達(dá)東海和日本,廣東近海的西北海表面溫度更是接近31℃,而“海高斯”移動(dòng)正處于高海溫區(qū)域??梢?jiàn)高海溫是臺(tái)風(fēng)近海急劇增強(qiáng)的關(guān)鍵因素。

        圖4 2020年8月16日20:00海洋表面溫度實(shí)況(℃)

        2)風(fēng)垂直切變。

        環(huán)境風(fēng)垂直切變(VWS)是影響熱帶氣旋強(qiáng)度變化的重要環(huán)境條件之一[9]。垂直風(fēng)切變?cè)叫?,越有利于波?dòng)穩(wěn)定、能量的積累以及臺(tái)風(fēng)曖心結(jié)構(gòu)的形成。研究表明,使TC增強(qiáng)或減弱的風(fēng)切變閾值約為10 m/s,當(dāng)環(huán)境風(fēng)垂直切變小于10 m/s時(shí),有利于TC強(qiáng)度的增強(qiáng),反之則往往會(huì)使TC強(qiáng)度減弱[10-11]。

        分析200~850 hPa垂直風(fēng)切變的分布情況(圖略),可知在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向,即臺(tái)風(fēng)西側(cè)的垂直風(fēng)切變大部分<10 m/s,部分地區(qū)甚至<5 m/s,符合有利于臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)的垂直風(fēng)切變條件,特別是在臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)前12 h(18日08:00)垂直風(fēng)切變減小到5~10 m/s。在臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)階段(18日20:00—19日02:00)垂直風(fēng)切變有所增大,達(dá)10 m/s。由此可見(jiàn),弱的環(huán)境場(chǎng)垂直風(fēng)切變有利于“海高斯”增強(qiáng),值得注意的是環(huán)境風(fēng)垂直切變的減小發(fā)生在“海高斯”的急劇增強(qiáng)開(kāi)始之前,當(dāng)環(huán)境風(fēng)垂直切變最小時(shí),臺(tái)風(fēng)開(kāi)始急劇增強(qiáng),說(shuō)明垂直風(fēng)切變減小與臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)之間有一定的時(shí)間差。

        3)水汽條件。

        TC的主要能量來(lái)源是水汽凝結(jié)時(shí)釋放的潛熱,充足的水汽供應(yīng)有利于TC暖心結(jié)構(gòu)的維持,也為T(mén)C的發(fā)展提供充足的能量。分析850 hPa水汽通量散度場(chǎng)可知,16日20:00水汽通量散度<12 g/(cm2·hPa·s),17日20:00水汽通量開(kāi)始增大,但水汽主要來(lái)源是副高南測(cè)的偏東氣流。到18日20:00(圖5),也就是“海高斯”急劇增強(qiáng)期間,明顯有西南季風(fēng)和偏南風(fēng)水汽輸送,致使臺(tái)風(fēng)附近的水汽通量散度明顯增大,并且大值區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)東側(cè)和北側(cè),中心值大于20 g/(cm2·hPa·s)??梢?jiàn),西南季風(fēng)和偏南風(fēng)的卷入為“海高斯”提供水汽輸送,對(duì)TC強(qiáng)度增強(qiáng)起著重要作用[12]。

        圖5 2020年8月18日20:00 850 hPa水汽通量

        4)動(dòng)力條件。

        200 hPa流場(chǎng)和位勢(shì)高度場(chǎng)可見(jiàn)(圖略),16日位于我國(guó)22°N—35°N為一個(gè)帶狀高壓壩,1 260 dagpm等高線中心位于青藏高原上,18日高壓壩斷裂分為東西兩環(huán),“海高斯”位于東環(huán)高壓西南側(cè)的輻散流場(chǎng)中。從200 hPa的散度場(chǎng)(圖略)看,18日20:00臺(tái)風(fēng)“海高斯”正處于高散度值區(qū)域,散度值>10×10-5s-1以上,高層輻散條件轉(zhuǎn)好,可見(jiàn)強(qiáng)的高層輻散產(chǎn)生強(qiáng)抽吸作用,有利于臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度發(fā)展[13]。

        4 結(jié)論

        1)“海高斯”生命史短,從生成為編號(hào)臺(tái)風(fēng)到減弱消失,生命史少于2 d;在靠近廣東沿海的過(guò)程中強(qiáng)度增強(qiáng)并維持最強(qiáng)強(qiáng)度登陸,12 h內(nèi)從熱帶風(fēng)暴級(jí)快速增強(qiáng)到臺(tái)風(fēng)級(jí),風(fēng)力從8級(jí)迅速增到12級(jí),連跳4級(jí),屬于近海急劇增強(qiáng)臺(tái)風(fēng),較為罕見(jiàn)。另外其靠近南海北面時(shí)路徑北翹,導(dǎo)致登陸點(diǎn)比預(yù)期偏東。

        2)西風(fēng)槽、西太平洋副熱帶高壓等是影響“海高斯”路徑的主要影響系統(tǒng);西風(fēng)槽的東移、副高東退以及其形態(tài)、位置的變化,是“海高斯”近海路徑發(fā)生北翹的成因。

        3)異常偏暖的近海海面溫度、弱的環(huán)境風(fēng)垂直切變和高層輻散抽吸加強(qiáng),是“海高斯”近海急劇增強(qiáng)的原因。高海溫是臺(tái)風(fēng)近溫急劇增強(qiáng)的關(guān)鍵因素,30℃以上的海表溫度非常利于臺(tái)風(fēng)的增強(qiáng);風(fēng)垂直切變風(fēng)速小于10 m/s,符合有利于臺(tái)風(fēng)發(fā)展的弱垂直切變條件。

        4)西南季風(fēng)和偏南風(fēng)的卷入為“海高斯”提供水汽輸送,充沛的水汽輸送和增強(qiáng)的水汽輻合有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和凝結(jié)潛熱的釋放,這是臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)的有利影響因子。

        對(duì)西風(fēng)槽東移導(dǎo)致副熱帶高壓東退預(yù)估不充分是對(duì)“海高斯”路徑預(yù)報(bào)出現(xiàn)偏差的主要原因。因此,在做預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作中,除了參考數(shù)值模式預(yù)報(bào)外,更需要預(yù)報(bào)員對(duì)天氣系統(tǒng)等加以綜合分析判斷。

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