周冠博 柳龍生 董 林 王 皘 許映龍

國家氣象中心，北京 100081

提 要： 利用1949—2019年中國氣象局臺風(fēng)最佳路徑資料、2020年中央氣象臺的臺風(fēng)路徑和強度實時預(yù)報資料、歐洲中期預(yù)報中心的ERA-Interim逐6 h再分析資料(水平分辨率為0.25°×0.25°),以及NCEP RTG_SST海溫分析產(chǎn)品等，對2020年西北太平洋臺風(fēng)活動的主要特征和預(yù)報難點進行了分析。結(jié)果表明：2020年度，臺風(fēng)生成和登陸個數(shù)偏少、強度偏弱；臺風(fēng)生成源地偏西；臺風(fēng)活動的階段性、群發(fā)性特征突出和近?？焖偌訌娞卣髅黠@。對2020年度的預(yù)報誤差進行分析，結(jié)果顯示：24、48、72、96、120 h臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差分別為70、117、169、222、276 km，各時效誤差均較2019年有所減少；24、48、72、96、120 h 臺風(fēng)強度預(yù)報誤差分別為3.9、5.1、5.5、6.2和6.3 m·s-1，較2019年也明顯減小，24 h誤差連續(xù)4年小于4.0 m·s-1。另外，2020年度最主要的臺風(fēng)預(yù)報難點在于，一是近?？焖偌訌娕_風(fēng)的強度預(yù)報，二是北上臺風(fēng)登陸后的陸上強度維持。

引 言

西北太平洋和南海是全球臺風(fēng)發(fā)生最頻繁的區(qū)域之一，而中國又是世界上遭受臺風(fēng)災(zāi)害最為嚴重的國家之一(陳聯(lián)壽和孟智勇，2001)，平均每年約有7 個臺風(fēng)登陸中國，其中又以登陸廣東、福建和臺灣的臺風(fēng)數(shù)為最多。臺風(fēng)帶來的狂風(fēng)、暴雨、巨浪和風(fēng)暴潮等災(zāi)害，以及間接引起的洪澇、山體滑坡和泥石流等次生災(zāi)害，對我國的社會經(jīng)濟發(fā)展構(gòu)成了嚴重的威脅(端義宏等，2014;2012)。因此，總結(jié)和分析每年的西北太平洋和南海臺風(fēng)的活動特征和預(yù)報難點具有重要的科學(xué)意義(董林等，2019；呂心艷等，2021；王海平等，2021)，通過分析當(dāng)年臺風(fēng)的生成、活動、登陸以及風(fēng)雨影響等特征，不僅可以為科學(xué)家們研究西北太平洋和南海臺風(fēng)提供科學(xué)參考，而且對于預(yù)報員積累臺風(fēng)預(yù)報和服務(wù)經(jīng)驗也具有重要的應(yīng)用價值。

由于西北太平洋和南海臺風(fēng)活動的重要性，國內(nèi)外很多學(xué)者很早就關(guān)注了西北太平洋熱帶氣旋活動的年際和年代際變化方面的研究。如Gray(1968;1975)論述了西北太平洋熱帶氣旋生成的氣候?qū)W特征，Harr and Elsberry(1991)、Chan(2000)分別闡明了熱帶Madden-Julian 振蕩以及ENSO 循環(huán)對西北太平洋熱帶氣旋活動的影響，丁一匯等(1977)、陳聯(lián)壽和丁一匯(1979)以及陳聯(lián)壽等(1997)對西北太平洋熱帶氣旋的生成、發(fā)展和移動路徑的規(guī)律做了很多研究，李英等(2004a；2004b)對登陸中國的西北太平洋熱帶氣旋的統(tǒng)計特征也做了深入分析，Elsberry(1995)、王斌等(1998)對20 世紀(jì)有關(guān)熱帶氣旋的觀測事實、動力理論和數(shù)值模擬以及路徑預(yù)報做了系統(tǒng)的回顧和綜述。還有很多學(xué)者從天氣學(xué)方面針對臺風(fēng)結(jié)構(gòu)和強度的變化以及移動路徑和登陸后的風(fēng)雨等方面開展了大量的研究工作。影響登陸臺風(fēng)的大氣環(huán)境和下墊面強迫因子眾多，包括西南季風(fēng)、副熱帶高壓、高空槽、洋面溫度、深層海溫、地表濕度等(陳聯(lián)壽等，2004; 陳聯(lián)壽，2007)，對于這些因子如何影響登陸臺風(fēng)的路徑、強度和風(fēng)雨分布，科研和預(yù)報人員已積累一定經(jīng)驗，尤其是注意到：當(dāng)臺風(fēng)靠近陸地時，由于海岸地形、陸面摩擦等的影響，其結(jié)構(gòu)往往發(fā)生劇變，導(dǎo)致路徑、強度和風(fēng)雨分布的異常變化，如路徑偏折、降雨明顯增幅、臺前出現(xiàn)龍卷等，這些是制約臺風(fēng)可預(yù)報性的主要障礙之一(羅哲賢，2006)。另外臺風(fēng)中尺度結(jié)構(gòu)的研究也逐漸成為研究的焦點問題(伍榮生等，2004)，并已取得了初步進展，如螺旋雨帶形成和傳播(徐祥德等，2004；Zhou et al，2006)、同心雙眼結(jié)構(gòu)特征(張慶紅，2004；Peng et al，2004)、眼墻對流非對稱(Li et al，2008)等方面的研究都取得了有意義的結(jié)果。端義宏等(2005)研究表明，由于水平均勻流和行星渦度梯度造成的非均勻性，使得積云對流加熱不能集中在熱帶氣旋暖心附近而是向外圍擴展，因而使得熱帶氣旋強度減弱。李英等(2007)分析了臺風(fēng)云娜中的中尺度輻合線的發(fā)生發(fā)展，指出中尺度輻合線的發(fā)展為臺風(fēng)環(huán)流提供了動能，有利于臺風(fēng)環(huán)流的維持。錢傳海和陳濤(2007)分析了0604號強熱帶風(fēng)暴碧利斯中尺度系統(tǒng)活動特征，指出高空輻散流場、冷空氣侵入、地形作用等都是“碧利斯”特大暴雨形成的有利條件。

近年來，隨著對臺風(fēng)運動機理和路徑預(yù)報方法等方面研究取得的進展，同時借助于氣象衛(wèi)星、多普勒雷達、自動氣象站等多種觀測手段對臺風(fēng)的全方位精確監(jiān)測以及數(shù)值預(yù)報技術(shù)和模式的迅速發(fā)展，有效地推動了臺風(fēng)科研與預(yù)報水平的提高。然而，盡管目前臺風(fēng)的科研和業(yè)務(wù)預(yù)報水平有了較大發(fā)展，預(yù)報準(zhǔn)確率也有所提高，但距離需求仍有較大差距(陳聯(lián)壽，2006)。在臺風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報中還存在很多困擾預(yù)報員的問題，對有些路徑疑難或強度變化疑難的臺風(fēng)的認識還不夠深入，導(dǎo)致了較大的預(yù)報偏差，同時對臺風(fēng)的影響預(yù)報(包括強風(fēng)、強降水、臺風(fēng)災(zāi)害)的能力還有限，成為影響臺風(fēng)預(yù)報服務(wù)效果的主要瓶頸(李澤椿等，2020)。

本文利用1949—2019年中國氣象局(CMA)臺風(fēng)最佳路徑資料、2020年中央氣象臺臺風(fēng)路徑和強度實時預(yù)報資料、歐洲中期預(yù)報中心(European Center for Medium Weather Forecasting，ECMWF)的ERA-Interim逐6 h再分析資料(水平分辨率為0.25°×0.25°)以及NCEP RTG_SST(real time global，RTG)海溫分析產(chǎn)品等，對2020 年西北太平洋和南海臺風(fēng)活動的主要特征進行分析，總結(jié)2020年度臺風(fēng)預(yù)報誤差，對業(yè)務(wù)中的主要預(yù)報技術(shù)難點問題進行討論，以期為未來臺風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報和研究提供參考。

1 2020年臺風(fēng)活動特征

2020年度，在西北太平洋和南海共有23個臺風(fēng)生成，較多年平均值(27.0個，圖1a)偏少4個，5個 臺風(fēng)在我國沿海登陸，登陸臺風(fēng)個數(shù)較多年平均(7.0個，圖略)偏少2個。2020年度，臺風(fēng)生成和登陸個數(shù)偏少、強度偏弱。

圖1 西北太平洋和南海(a)1949—2019年逐年生成臺風(fēng)頻數(shù)變化，(b)2020 年臺風(fēng)生成位置分布()與1949—2019年臺風(fēng)生成源地密度分布(圖1b,等值線，單位:個·π-1·r-2，r=250 km;實線代表2020年臺風(fēng)平均生成位置，虛線代表常年臺風(fēng)平均生成位置)Fig.1 (a) Variation of the annual TC formation frequency from 1949 to 2019, and (b) the TCs’ generating location in 2020 () and origin distribution density in 1949-2019 in Western North Pacific and South China Sea (in Fig.1b, isoline， unit: PCS·π-1·r-2, r=250 km; solid line: the average typhoon generation position in 2020; dashed line: the average typhoon generation position in nomal years)

1.1 臺風(fēng)生成特征

從2020年臺風(fēng)生成源地來看，臺風(fēng)的平均生成位置(16.9°N、127.0°E)較常年平均生成位置(16.1°N、136.5°E)偏西約9.5°。生成于120°E以西的有9個臺風(fēng)，較常年同期偏多4.4個；生成于150°E以東的臺風(fēng)僅1個，較常年同期偏少4.5個；另外有7個臺風(fēng)在20°N以北海域生成，也較為少見。2020年臺風(fēng)生成位置明顯偏西偏北(圖1b)。

1.2 臺風(fēng)活動特征

2020年臺風(fēng)活動的階段性、群發(fā)性特征較為突出：7月沒有臺風(fēng)生成，是1949年有完整臺風(fēng)記錄以來首次出現(xiàn)；8月出現(xiàn)了3個近?？焖偌訌姷牡顷懪_風(fēng)；8月底至9月初有3個臺風(fēng)連續(xù)影響我國東北地區(qū)；10月中旬至11月，連續(xù)出現(xiàn)多個臺風(fēng)影響我國南海海域。

1.2.1 7月“空臺”

2020年的5月和6月均僅有1個臺風(fēng)生成，而7月甚至沒有臺風(fēng)生成。1949—2019年的7月共有292個臺風(fēng)生成，年平均生成臺風(fēng)4.1個；登陸臺風(fēng)132個，年平均登陸臺風(fēng)1.9個。其中生成最多年份為1967、1971、1994、2017年，各有8個臺風(fēng)在7月生成；生成最少年份為1954、1957、1985、1998年，各有1個臺風(fēng)在7月生成。而2020年的7月沒有臺風(fēng)生成，自1949年以來尚屬首次。

1.2.2 8月出現(xiàn)3個近?？焖偌訌娕_風(fēng)

8月開始，臺風(fēng)逐漸趨于活躍，8月共有7個臺風(fēng)生成，較多年平均偏多1.3個。8月出現(xiàn)了3個登陸臺風(fēng)，較多年平均偏多1.1個，這3個登陸臺風(fēng)分別是2004號臺風(fēng)黑格比、2006號臺風(fēng)米克拉和2007號臺風(fēng)海高斯，它們都出現(xiàn)了近?？焖偌訌姷倪^程，并都以峰值強度登陸我國。

1.2.3 3個臺風(fēng)連續(xù)影響東北

2020年在8月26日至9月7日的短短13天之內(nèi)，2008號臺風(fēng)巴威、2009號臺風(fēng)美莎克和2010號臺風(fēng)海神連續(xù)3個編號臺風(fēng)，從朝鮮分別進入遼寧和吉林，為有記錄以來首次出現(xiàn)。比常年全年影響東北地區(qū)臺風(fēng)個數(shù)(1.2個)偏多1.8個。自1949年以來東北地區(qū)遭受臺風(fēng)三次侵襲的年份僅有1年(1985年)：“Jeff”(8506)、“Lee”(8508)和“Mimie”(8509)共3個臺風(fēng)在1985年8月2—19日進入東北地區(qū)。而2020年連續(xù)3個編號臺風(fēng)影響我國東北地區(qū)尚屬首次，并且這3個臺風(fēng)具有強度強、影響區(qū)域高度疊加、極端性強等特點，多個國家站日雨量突破歷史極值，局地出現(xiàn)12級以上陣風(fēng)。

1.2.4 多個臺風(fēng)移入南海

2020年10月有7個臺風(fēng)生成，較多年平均(3.8個)偏多3.2個，與1992年并列成為10月臺風(fēng)生成數(shù)最多的年份。10月中旬至11月，連續(xù)出現(xiàn)了8個臺風(fēng)和1個低壓氣旋影響我國的南海海域，數(shù)量之多較為罕見，其中多個臺風(fēng)給菲律賓、越南、老撾等國帶來重創(chuàng)。

1.3 臺風(fēng)登陸特征

2020年共有5個臺風(fēng)5次登陸我國沿海(圖2)，其中廣東2次、福建1次、浙江1次、海南1次(表1)，從登陸地點的分布來看，除了登陸浙江的臺風(fēng)數(shù)較常年略偏多外，登陸其他省份的臺風(fēng)數(shù)均較常年偏少。登陸我國的臺風(fēng)個數(shù)較多年平均值(7.0個)偏少2.0個。從登陸的時間段來看，3個登陸臺風(fēng)出現(xiàn)在8月，并且都出現(xiàn)了近海快速加強的過程，還有2個登陸臺風(fēng)分別出現(xiàn)在6月和10月。2020年登陸我國最早的是第2號臺風(fēng)鸚鵡，于6月14日08：50在廣東省陽江市沿海登陸，最晚的是第16號臺風(fēng)浪卡，于10月13日19：20在海南瓊海沿海登陸。登陸臺風(fēng)整體強度偏弱，5個登陸臺風(fēng)登陸時的強度平均值為30.8 m·s-1，弱于多年平均登陸臺風(fēng)強度(32.6 m·s-1)。

圖2 2020年登陸我國臺風(fēng)路徑圖Fig.2 The tracks of TCs making landfall on China in 2020

表1 2020年登陸我國的臺風(fēng)一覽表Table 1 List of the typhoons making landfall on China in 2020

2 預(yù)報誤差分析

2.1 路徑預(yù)報誤差

2020年24、48、72、96、120 h各時效臺風(fēng)路徑預(yù)報平均誤差分別為70、117、169、222、276 km(圖3a)；較2019年的75、140、213、263、340 km分別減少了5(7%)、23(16%)、44(21%)、41(16%)和64 km(19%)。

圖3 2020年中央氣象臺官方(a)臺風(fēng)路徑和(b)臺風(fēng)強度的預(yù)報誤差(數(shù)據(jù)取自中央臺主觀預(yù)報數(shù)據(jù))Fig.3 TC (a) track errors and (b) intensity errors of CMA official forecast in 2020(Data cited from the CMA subjective forecast)

從臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差分布中可以看出(表略)，誤差較大的樣本主要集中在2012號臺風(fēng)白海豚、2019號臺風(fēng)天鵝和2020號臺風(fēng)艾莎尼這3個臺風(fēng)。分析發(fā)現(xiàn)：路徑誤差較大的臺風(fēng)可分為兩類：

①遠海轉(zhuǎn)向的長路徑臺風(fēng)，②雙臺風(fēng)相互作用。表明這兩類臺風(fēng)的路徑預(yù)報難度較大，無論是模式的預(yù)報能力、客觀方法，或是預(yù)報員的訂正能力均十分有限。在路徑大誤差的3個臺風(fēng)中，“天鵝”和“艾莎尼”誤差較大的樣本主要出現(xiàn)在它們近距離相互作用階段。雙臺風(fēng)之間以及臺風(fēng)與周邊系統(tǒng)之間復(fù)雜的相互作用，導(dǎo)致預(yù)報難度加大，誤差增加。另一種造成路徑大誤差的是生命史長、遠海轉(zhuǎn)向的臺風(fēng)(如“白海豚”)。這類臺風(fēng)的大誤差一般出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向期間，這可能是由于預(yù)報員對轉(zhuǎn)向點預(yù)報把握不準(zhǔn)造成的預(yù)報偏差。

2.2 強度預(yù)報誤差

2020年24、48、72、96、120 h臺風(fēng)強度預(yù)報各時效平均誤差分別為3.9、5.1、5.5、6.2和6.3 m·s-1；較2019年的4.0、5.6、6.8、7.3、6.7 m·s-1分別減小0.1、0.5、1.3、1.1和0.4 m·s-1；24 h誤差連續(xù)4年小于4.0 m·s-1(圖3b)。

強度預(yù)報誤差較大的臺風(fēng)主要有8個，分別為2004號臺風(fēng)黑格比、2006號臺風(fēng)米克拉、2007號臺風(fēng)海高斯、2008號臺風(fēng)巴威、2009號臺風(fēng)美莎克、2011號臺風(fēng)紅霞、2019號臺風(fēng)天鵝和2020號臺風(fēng)艾莎尼。在這8個臺風(fēng)中，2004號、2006號和2007號臺風(fēng)是近海快速加強的臺風(fēng)，強度預(yù)報誤差主要是由于預(yù)報員對其近?？焖偌訌婋A段的預(yù)報明顯偏弱；2008號、2009號臺風(fēng)為北上影響東北的臺風(fēng)，“巴威”出現(xiàn)大誤差是對其移入東北地區(qū)以后的快速減弱估計不足，而“美莎克”卻是因為低估了其陸上強度的維持；“紅霞”是對其南海遭遇冷空氣引起快速減弱消失出現(xiàn)了預(yù)報偏差；另外，“天鵝”和“艾莎尼”強度誤差也很大，尤其是“天鵝”在生成后不久即快速出現(xiàn)增強過程，而強度誤差較大的樣本主要出現(xiàn)在它們近距離相互作用階段，雙臺風(fēng)之間的相互影響復(fù)雜多變，模式對這類雙臺風(fēng)相互作用的預(yù)報能力有限，預(yù)報員經(jīng)驗不足，導(dǎo)致對這類臺風(fēng)預(yù)報的路徑和強度誤差均較大。

3 預(yù)報難點分析

3.1 近海快速加強臺風(fēng)的預(yù)報問題

2020年8月上中旬出現(xiàn)了2004號黑格比、2006號米克拉和2007號海高斯3個近?？焖偌訌姷呐_風(fēng)并登陸我國，中央氣象臺對它們的強度預(yù)報均不太理想，其中“黑格比”24 h的強度預(yù)報(8月2日23時至3日05時)誤差甚至達到了15.0 m·s-1。下面以2004號臺風(fēng)黑格比為例，分析近?？焖偌訌娕_風(fēng)的預(yù)報難點?！昂诟癖取庇?月1日20時在臺灣以東洋面上生成，生成后沿副熱帶高壓(以下簡稱副高)外圍向西北方向移動，3日05時加強為強熱帶風(fēng)暴級，3日14時加強為強臺風(fēng)級，4日03:30以其極值強度(42 m·s-1，965 hPa)登陸浙江樂清沿海，登陸后“黑格比”轉(zhuǎn)為偏北方向移動，強度逐漸減弱，4日09時減弱為強熱帶風(fēng)暴級，穿過浙江和江蘇后于5日08時移入黃海西部海域，并逐漸減弱變性為溫帶氣旋，于6日02時在黃海北部海域減弱為熱帶低壓并停止編號(圖4a)?！昂诟癖取本哂谐叨刃?、近?？焖偌訌?、陣風(fēng)風(fēng)力強等主要特點。

圖4 2004號臺風(fēng)黑格比(a)全路徑圖，(b)臺風(fēng)實況強度與預(yù)報強度對比曲線(圖4b中，黑線:臺風(fēng)實況強度，彩線:中央氣象臺不同時次的主觀預(yù)報強度)Fig.4 (a) Track of Typhoon No. 2004 Hagupit, (b) comparison curve between the observed and forecasted intensities of the typhoon (in Fig.4b, black line: observed intensity, colored line: forecasted intensity by CMA at different times)

“黑格比”最大風(fēng)速從8月2日20時的20 m·s-1增加到3日20時的38 m·s-1，24 h增加了18 m·s-1，達到了臺風(fēng)快速加強的標(biāo)準(zhǔn)(陳聯(lián)壽和丁一匯，1979；閻俊岳等，1995；黃榮成和雷小途，2010；Kaplan et al，2010)。中央氣象臺對“黑格比”的強度預(yù)報均較實況偏弱(圖4b)，全球模式對“黑格比”快速加強完全沒有反應(yīng)，而區(qū)域模式雖然預(yù)報出了“黑格比”強度將出現(xiàn)明顯增長的過程，但也遠沒有達到快速加強的程度，因此在“黑格比”生命史的早期階段，對其強度的預(yù)報采取了穩(wěn)妥的方式，預(yù)報其將以正常的速度加強，造成了對其強度的明顯低估。直到“黑格比”臨近靠岸，并且其云型發(fā)展、沿途海溫以及高空出流等條件越來越有利于出現(xiàn)快速加強時，才對其預(yù)報強度進行了明顯的調(diào)整，并在預(yù)警中明確給出“黑格比”將出現(xiàn)近?？焖偌訌姷男畔?。

從8月3日的海洋熱狀況來看，海溫條件對于“黑格比”的快速加強也是非常有利的。臺灣島東部近海的大部分海溫高于29.5℃，較常年同期平均要高出0.5～1.5℃(圖5a,5b)，這樣異常偏高的海洋熱狀況給“黑格比”的快速加強提供了十分有利的下墊面條件；從“黑格比”加強期間的850 hPa流場和水汽通量(圖5c，5d)來看，雖然前期來自低空西南氣流的水汽輸送被2003號臺風(fēng)森拉克有所截斷，但是隨著“森拉克”的減弱，西南季風(fēng)為“黑格比”提供的水汽輸送明顯增強，這支西南氣流提供的充足水汽，也是其強度快速加強的有利因素之一。與此同時，高層也建立了南北兩支的雙通道出流(圖略)，也為“黑格比”的快速加強提供了有利的高空輻散條件。

圖5 2020年8月2日的(a)海面溫度和(b)海溫距平(：“黑格比”實況路徑)，以及(c)2日08時和(d)3日14時850 hPa的流場和水汽通量(填色，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)Fig.5 (a) SST, and (b) SST anomaly on 2 August (: the actual path of “Hagupit”); (c, d) flow field and water vapor flux (colored, unit: g·cm-1·hPa-1·s-1) at 850 hPaat (c) 08:00 BT 2 and (d) 14:00 BT 3 August 2020

從臺風(fēng)中心的渦度和經(jīng)向風(fēng)的垂直分布(圖6)來看，“黑格比”受東北側(cè)的副高外圍氣流引導(dǎo)穩(wěn)定西北行，由于副高強大且穩(wěn)定，副高和臺風(fēng)之間的氣壓梯度的增加，使臺風(fēng)內(nèi)部風(fēng)速出現(xiàn)非對稱分布狀態(tài)，從而引起臺風(fēng)中心渦度的變化，對臺風(fēng)強度造成影響。前期臺風(fēng)中心東西兩側(cè)的南風(fēng)和北風(fēng)近似準(zhǔn)對稱分布，由圖6可見，8月2日20時起臺風(fēng)中心東側(cè)南風(fēng)開始加強，3日08時南風(fēng)中心達到30 m·s-1，渦度中心強度也明顯增強，且由700 hPa向上伸展至500 hPa附近。3日14時，南風(fēng)和北風(fēng)均有增強，但北風(fēng)中心增強速度不如南風(fēng)中心快，從底層到400 hPa層具有一致的南風(fēng)強于北風(fēng)的不對稱分布特征，快速增強的南風(fēng)使得臺風(fēng)中心附近正渦度值急劇增加，且垂直伸展到200 hPa附近。3日20時，南北風(fēng)的差值逐漸減少，臺風(fēng)中心渦度維持，臺風(fēng)內(nèi)部風(fēng)速也趨于對稱分布狀態(tài)。

圖6 2020年8月(a)2日20時,(b)3日08時,(c)3日14時和(d)3日20時沿臺風(fēng)中心緯度的經(jīng)向風(fēng)(等值線，單位：m·s-1)和渦度(填色)的氣壓高度-緯向垂直剖面Fig.6 Latitudinal vertical profiles of pressure heights along the latitude of the typhoon center for longitudinal winds (contour, unit: m·s-1) and vorticity (colored)at (a) 20:00 BT 2, (b) 08:00 BT 3, (c) 14:00 BT 3, and (d) 20:00 BT 3 August 2020

由上述分析可知，“黑格比”雖然具備了臺風(fēng)快速加強所需的有利的大氣和海洋環(huán)境條件。但在實時業(yè)務(wù)預(yù)報中，給出“黑格比”將出現(xiàn)近?？焖偌訌姷念A(yù)報卻還是有很大難度。主要原因有：臺風(fēng)近?？焖偌訌娛切「怕适录?，并且ECMWF、NCEP等全球模式對“黑格比”快速加強完全沒有反應(yīng)，而CMA-TYM、HWRF等區(qū)域模式雖然預(yù)報出了“黑格比”強度出現(xiàn)明顯增長的過程，但也遠沒有達到快速加強的程度，因此數(shù)值模式對“黑格比”這種小尺度的臺風(fēng)的強度預(yù)報能力還是十分欠缺的，當(dāng)模式給出的信息不明確時，如果僅根據(jù)預(yù)報員的經(jīng)驗，過早地選取一種預(yù)報信息呈現(xiàn)給公眾，這樣的預(yù)報結(jié)論存在很大風(fēng)險。另外，臺風(fēng)近?？焖偌訌娨恢笔桥_風(fēng)預(yù)報的難點和熱點問題，尤其像“黑格比”這樣的尺度小、生命史短的臺風(fēng)。只有從機理研究上取得突破、模式性能明顯提高時，開展快速加強臺風(fēng)的深入分析，才能解決近?？焖偌訌娕_風(fēng)的預(yù)報和服務(wù)問題。

3.2 北上臺風(fēng)陸上維持強度的預(yù)報問題

2020年8月26日至9月7日，東北地區(qū)連續(xù)遭受第8號臺風(fēng)巴威、第9號臺風(fēng)美莎克和第10號臺風(fēng)海神影響，為有氣象記錄以來首次?！鞍屯庇?月27日11時移入遼寧丹東后，繼續(xù)向北移入吉林后減弱停編；“美莎克”和“海神”分別于9月3日13時和9月8日03時移入吉林和龍市后，向西移入黑龍江，并逐漸變性為溫帶氣旋。其中“美莎克”在東北地區(qū)滯留的時間最長，長達27 h。在“巴威”“美莎克”“海神”影響期間，東北地區(qū)平均降水量分別為35、54和45 mm。移入東北地區(qū)后，“巴威”以6～7級陣風(fēng)為主，局地達8～10級；“美莎克”以8～10級陣風(fēng)為主，局地達11～12級；“海神”以8～9級陣風(fēng)為主，局地達10級(表2)。其中“美莎克”風(fēng)雨影響最強，有49個國家站日降水量突破9月歷史極值?？傮w而言，3個臺風(fēng)對東北地區(qū)的風(fēng)雨影響，“美莎克”最強，“海神”次之，“巴威”相對最弱。

表2 臺風(fēng)巴威、美莎克、海神主要參數(shù)Table 2 Statistical comparison analysis of typhoons Bavi, Maysak and Haishen

臺風(fēng)巴威、美莎克和海神連續(xù)襲擊我國的東北地區(qū)，影響區(qū)域高度疊加，多個國家站日雨量突破歷史極值，極端事件出現(xiàn)的主要原因是大尺度環(huán)流穩(wěn)定，并且副高明顯偏強偏北，3個臺風(fēng)連續(xù)影響東北地區(qū)的主要環(huán)流背景比較相似(圖7)，都受到副高、日本海及以東高壓或鄂霍次克海高壓(阻塞高壓)，臺風(fēng)西側(cè)冷渦或西風(fēng)槽的共同影響，同時在臺風(fēng)的東北側(cè)也都存在明顯的副熱帶西風(fēng)急流。

圖7 2020年臺風(fēng)(a)巴威8月27日20時,(b)美莎克9月3日14時,(c)海神9月8日08時的500 hPa 位勢高度(等值線，單位：dagpm)和200 hPa急流(填色)Fig.7 The 500 hPa geopotential heights (contour, unit: dagpm) and 200 hPa jets (colored) for (a) Typhoon Bavi at 20:00 BT 27 August, (b) Typhoon Maysakat 14:00 BT 3 September, (c) Typhoon Haishen at 08:00 BT 8 September 2020

雖然3個臺風(fēng)生成時間較為接近，大尺度環(huán)境背景場也較為相似，但是這3個臺風(fēng)給我國東北帶來的影響卻明顯不同，強度維持時間和風(fēng)雨影響程度也存在明顯差異，因此對于這類北上臺風(fēng)的預(yù)報難點主要為臺風(fēng)的陸上維持時間以及風(fēng)雨的精細化預(yù)報。

通過對比500 hPa高度場(圖7)可以發(fā)現(xiàn)，“巴威”與西側(cè)的高空冷渦距離較遠，沒有發(fā)生直接的相互作用，伴隨著西風(fēng)槽東移攜帶的干冷空氣侵入臺風(fēng)本體，使得“巴威”迅速減弱，并且呈現(xiàn)出明顯的非對稱結(jié)構(gòu)，主要的風(fēng)雨影響偏向了臺風(fēng)的右側(cè)，因此對我國的影響相對較小，主要的強風(fēng)暴雨都落在了朝鮮一側(cè)，而“海神”的阻塞高壓形勢是西高東低，伴隨著西風(fēng)槽的東移和副熱帶西風(fēng)急流的影響，使得“海神”快速向東北方向移出，也不利于其風(fēng)雨影響的持續(xù)。而“美莎克”影響我國東北期間，其東側(cè)的阻塞高壓穩(wěn)定維持，西側(cè)高空冷渦與其近距離相互作用并逐漸合并，同時高空副熱帶西風(fēng)急流加強，這種環(huán)流形勢場的配置有利于“美莎克”登陸后強度的維持和長時間的風(fēng)雨影響。

另外，高低空環(huán)流配置的差異也導(dǎo)致了3個臺風(fēng)對東北地區(qū)風(fēng)雨影響會有很大的差異。從整層積分的水汽通量(圖8)來看，臺風(fēng)巴威自生成至加強北上的過程中，一直受到周圍干空氣的影響，使得“巴威”對流云系未能得到有效發(fā)展，發(fā)展高度不高，相對濕度達95%的區(qū)域僅存在于“巴威”核心區(qū)的較小范圍內(nèi)，核心區(qū)周圍存在不同強度和范圍的干區(qū)，說明“巴威”是一個干臺風(fēng)，導(dǎo)致“巴威”本體降水不強，強風(fēng)區(qū)僅存在于中心核心區(qū)。登陸后加之丘陵和長白山高山地形的摩擦作用，使“巴威”強度很快減弱，影響也變得較小。而“美莎克”在東北滯留時間長、風(fēng)雨影響大主要是因為：①“美莎克”周圍均存在大范圍相對濕度達95%的高濕區(qū)，高空西風(fēng)急流核高達90 m·s-1，水汽輸送和高空出流條件有利于“美莎克”進入東北后強度維持，說明“美莎克”對東北地區(qū)影響更大；②“美莎克”的變性過程比較緩慢，中低層冷空氣侵入，中高層臺風(fēng)暖氣團沿冷空氣向上爬升，冷暖空氣交匯，鋒生加強，有利于臺風(fēng)與冷渦結(jié)合后變性加強。而“海神”的低層水汽和高層出流是介于“巴威”和“美莎克”之間，因此3個臺風(fēng)對東北地區(qū)的風(fēng)雨影響，“美莎克”最強，“海神”次之，“巴威”相對最弱。

圖8 2020年臺風(fēng)(a)巴威8月27日14時,(b)美莎克9月3日14時,(c)海神9月8日02時的整層積分水汽通量Fig.8 Integrated moisture flux of the whole layer for (a) Typhoon Bavi at 14:00 BT 27 August， (b) Typhoon Maysak at 14:00 BT 3 September, (c) Typhoon Haishen at 02:00 BT 8 September 2020

圖9展示了臺風(fēng)巴威、美莎克和海神的氣旋相空間參數(shù)時間演變，橫坐標(biāo)代表的是氣旋低層熱成風(fēng)參數(shù)，縱坐標(biāo)代表的是氣旋的對稱性指數(shù)，由圖9可知，“巴威”的變性過程較快，而“美莎克”和“海神”經(jīng)歷了比較漫長的變性過程，也有利于它們在陸上的強度維持和風(fēng)雨影響的持續(xù)。

圖9 2020年臺風(fēng)(a)巴威、(b)美莎克和(c)海神的氣旋相空間參數(shù)時間演變Fig.9 Time evolution of cyclone phase spatial parameters of typhoons (a) Bavi, (b) Maysak and (c) Haishen in 2020

總之影響北上臺風(fēng)的天氣系統(tǒng)非常復(fù)雜，目前對于這類北上臺風(fēng)變性的機理認識尚不深入，對其登陸之后臺風(fēng)風(fēng)雨的精細化預(yù)報能力還不足，北上臺風(fēng)的強度預(yù)報不確定性還較大，需要重點關(guān)注高空西風(fēng)急流和整層水汽通量的分布，另外西側(cè)冷渦與臺風(fēng)間的相互影響還有待深入研究，日后需要加強對于這類北上臺風(fēng)的預(yù)報經(jīng)驗的積累和機理認識的提高。

4 結(jié)論與討論

4.1 臺風(fēng)活動特征

2020年，在西北太平洋和南海共有23個臺風(fēng)生成，較多年平均值偏少4個，其中5個臺風(fēng)在我國沿海登陸，登陸臺風(fēng)個數(shù)較多年平均偏少2個。臺風(fēng)生成和登陸個數(shù)偏少、強度偏弱；臺風(fēng)生成源地偏西；臺風(fēng)活動的階段性、群發(fā)性特征突出和近海快速加強特征明顯。

4.2 臺風(fēng)預(yù)報誤差

24、48、72、96、120 h臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差分別為70、117、169、222、276 km；各時效誤差均較2019年有所減少。另外，24、48、72、96、120 h臺風(fēng)強度預(yù)報各時效誤差分別為3.9、5.1、5.5、6.2和6.3 m·s-1；較2019年也明顯減??；24 h誤差連續(xù)4年小于4.0 m·s-1。對于快速增強臺風(fēng)的強度預(yù)報明顯偏弱，誤差較大。

4.3 臺風(fēng)預(yù)報難點

2020年最主要的臺風(fēng)預(yù)報難點包括兩個方面：一是我國近?？焖偌訌娕_風(fēng)的強度預(yù)報問題,二是北上臺風(fēng)登陸后的陸上強度維持問題。臺風(fēng)的內(nèi)部機理非常復(fù)雜，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和變化以及臺風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)雨又與很多因素有關(guān)。由于臺風(fēng)本身結(jié)構(gòu)所具有的復(fù)雜性以及其發(fā)展過程中復(fù)雜的多尺度相互作用和海陸氣相互作用，使得我們對臺風(fēng)運動機理和路徑預(yù)報方法，發(fā)生、發(fā)展及結(jié)構(gòu)和強度變化,登陸和變性過程,登陸后的衰減和維持機制及其引起的暴雨分布等方面的理解和認識仍十分欠缺，這些難題阻礙了臺風(fēng)預(yù)報水平的提高,影響了服務(wù)效果，亟待解決。