0908號臺風(fēng)“莫拉克”異常路徑的診斷分析與數(shù)值模擬

李波，費建芳，黃小剛，宋平，宋輝

（1.解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044；3.解放軍93801部隊，陜西武功 712201）

0908號臺風(fēng)“莫拉克”異常路徑的診斷分析與數(shù)值模擬

李波1，費建芳1，黃小剛1，宋平2，宋輝3

（1.解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044；3.解放軍93801部隊，陜西武功 712201）

采用NCEP再分析資料，通過診斷分析與數(shù)值模擬方法，研究探討“莫拉克”路徑異常的可能原因。結(jié)果表明：（1）“莫拉克”的移動主要還是受副高南側(cè)偏東氣流的引導(dǎo)；“莫拉克”登陸臺灣前的移速緩慢主要的影響因素包括這個階段東側(cè)熱帶低壓“艾濤”的生成對副高引導(dǎo)氣流的減弱作用以及大陸高壓的阻擋作用；副高主體減弱東退，西南氣流的作用以及雙臺風(fēng)效應(yīng)是“莫拉克”北折的主要原因；（2）數(shù)值模擬控制試驗?zāi)茌^好地模擬出“莫拉克”的移動路徑，但是對臺風(fēng)強(qiáng)度的模擬效果不好；兩組地形敏感性試驗相對于控制試驗的模擬路徑偏差均較小，臺灣島地形對“莫拉克”移向和移速的影響不顯著。

臺風(fēng)；異常路徑；診斷分析；數(shù)值模擬

1 引言

臺風(fēng)是一種破壞性極強(qiáng)的猛烈風(fēng)暴,準(zhǔn)確預(yù)報臺風(fēng)的路徑是減輕臺風(fēng)帶來災(zāi)害的關(guān)鍵之一。但臺風(fēng)的異常路徑往往增加了路徑預(yù)報準(zhǔn)確性的難度。異常路徑形成的影響因素大致包括：大尺度環(huán)流調(diào)整，天氣尺度系統(tǒng)的相互作用，中尺度渦旋作用，下墊面影響以及臺風(fēng)的非對稱結(jié)構(gòu)影響[1]。本文選取了具有異常路徑特征的0908號臺風(fēng)“莫拉克”，利用診斷分析和數(shù)值模擬方法探討臺風(fēng)路徑異常的可能原因，總結(jié)影響臺風(fēng)移動的重要因素，為臺風(fēng)路徑的業(yè)務(wù)預(yù)報和研究提供一些有益的思考。

2 個例簡介

2009年第8號臺風(fēng)“莫拉克”于8月4日（北京時，下同）凌晨在西北太平洋洋面上生成，5日凌晨加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，下午加強(qiáng)為臺風(fēng)；在臺灣東部近海停滯了12個小時左右后，于7日23時45分在臺灣省花蓮市沿海登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力有13級（40 m/s）；“莫拉克”登陸7小時之后穿過臺灣島，進(jìn)入臺灣海峽后直角轉(zhuǎn)向，滯留31小時之后，于9日16時20分在福建省霞浦縣沿海再次登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力有12級（33 m/s）。18時減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，10日2時減弱為熱帶風(fēng)暴，11日晚上在黃海減弱為熱帶低壓，之后“莫拉克”強(qiáng)度繼續(xù)減弱直至消失。臺風(fēng)的異常路徑包括移速和移向的異常[2]，從CMA-STI BestTrack每6小時的位置和強(qiáng)度圖（見圖1）可以看出，“莫拉克”兩次登陸前后的移速緩慢以及在臺灣海峽近直角的北轉(zhuǎn)，都屬于異常路徑。同時，我們可以看到，在“莫拉克”的生命史中，還有另一個臺風(fēng)“天鵝”與之共存。

3 “莫拉克”移動路徑的天氣尺度特征分析

為了更好地分析臺風(fēng)“莫拉克”路徑異常的原因，我們根據(jù)移動路徑軌跡，將“莫拉克”自形成到消亡全過程的移動軌跡分為三個階段：西行發(fā)展階段（4～7日）；路徑突變階段（7～9日）；北移減弱階段（9～12日）。

圖1 CMA-STI BestTrack每6小時（UTC）的臺風(fēng)位置和強(qiáng)度

3.1 西行發(fā)展階段（4～7日）

“莫拉克”4日生成之后向西北方向移動，5日18時轉(zhuǎn)為偏西方向移動。這個階段臺風(fēng)的強(qiáng)度不斷加強(qiáng)（見圖1右）。4日08時“莫拉克”周圍的天氣系統(tǒng)主要有東側(cè)的副熱帶高壓，西側(cè)的高壓脊以及另一個臺風(fēng)“天鵝”，北側(cè)中高緯的兩槽一脊。隨著時間的推移，兩臺風(fēng)之間的高壓脊逐漸減弱消亡，副高不斷加強(qiáng)西伸（圖略）。通過分析我們知道，北側(cè)高空槽位置偏北偏弱，“天鵝”距離較遠(yuǎn)，其對“莫拉克”的作用均可忽略不計。因此，在西行發(fā)展階段，“莫拉克”主要是在副高西南側(cè)偏東氣流的引導(dǎo)作用下向偏西方向移動。

圖2 7日12時～8日06時（UTC）500 hPa位勢高度場（其中粗線為5880等位勢線）

3.2 路徑突變階段（7～9日）

7日11時開始，“莫拉克”速度開始明顯減慢，在臺灣東部近海停留了近12小時。從6日20時開始，副高脊停止西伸，5880 gpm等位勢線最西端基本穩(wěn)定在123°E附近；與此同時，大陸高壓逐漸東移，并出現(xiàn)閉合中心，與副高形成對峙形勢；東側(cè)熱地低壓“艾濤”逐漸生成（圖略）。因此，在這個階段，東側(cè)熱帶低壓“艾濤”的生成對副高引導(dǎo)氣流的減弱作用，大陸高壓的阻擋作用是“莫拉克”移速緩慢的主要原因。

圖3 7日18時和8日00時（UTC）850 hPa風(fēng)場

7日23時“莫拉克”登陸臺灣花蓮，用時7個小時穿過臺灣島，于8日08時進(jìn)入臺灣海峽，隨后出現(xiàn)了近直角的轉(zhuǎn)向。分析原因，我們知道：從圖2可以看出，7日20時之后，副高開始逐漸減弱，主體東退并有所南落，與此同時在其南端向西南方向逐漸形成了一個高壓脊。這個高壓脊一方面進(jìn)一步減弱了副高對“莫拉克”的引導(dǎo)，另一方面自身的發(fā)展對“莫拉克”北抬具有一定的作用。同時我們從圖3可以看到，“莫拉克”和“天鵝”南側(cè)有很強(qiáng)的西南氣流。偏西氣流阻止臺風(fēng)繼續(xù)西行，使臺風(fēng)移速減慢；而偏南氣流則給臺風(fēng)以向北的作用力。Carr[3]等指出季風(fēng)渦旋南和東南邊緣的西或西南氣流涌向正在向西移動的臺風(fēng)會導(dǎo)致臺風(fēng)突然北折。因此臺風(fēng)南側(cè)的西南氣流也是其路徑轉(zhuǎn)向的原因之一，這也與陳聯(lián)壽等[4]提出的熱帶氣旋季風(fēng)匯合線北翹模式比較類似。此外，6日22時之后，“天鵝”與“莫拉克”的間距進(jìn)入1500 km以內(nèi)，兩者的路徑出現(xiàn)了較明顯的互旋，即東側(cè)北抬、西側(cè)南落，兩者發(fā)生相互作用（見圖4a）。由此可見兩者間的相互作用對“莫拉克”的北折路徑也有一定的影響。

圖4 4日00時～9日06時（UTC）“莫拉克”與“天鵝”的緯度以及兩者距離隨時間變化圖（a）；6日06時～9日06時（UTC）“莫拉克”的引導(dǎo)氣流隨時間變化圖（b）（一全桿代表1 m/s）

“莫拉克”在轉(zhuǎn)向之后，再次登陸之前移速依然緩慢，主要原因可能是這個階段周圍天氣系統(tǒng)相互作用導(dǎo)致引導(dǎo)氣流弱。

Wu[5]利用引導(dǎo)氣流概念對臺風(fēng)移動路徑進(jìn)行了有效的診斷。本文將臺風(fēng)的引導(dǎo)氣流定義為900～300 hPa深層平均風(fēng)矢在以各時刻臺風(fēng)中心海平面最低氣壓位置為中心，水平方向7°×7°的范圍平均。圖4b是根據(jù)定義計算得到的各時刻的引導(dǎo)氣流。從圖中可以看出，從7日08時～8日08時“莫拉克”上空引導(dǎo)氣流向北分量逐漸加大，向西分量逐漸減小，引導(dǎo)氣流的變化可以較好地解釋臺風(fēng)登陸前的移速減慢以及臺風(fēng)路徑的北折。

3.3 北移消亡階段(9～12日)

“莫拉克”在臺灣海峽滯留約31小時之后于9日16時登陸福建。登陸之后一直保持北行的路徑，主要的引導(dǎo)氣流是副高西側(cè)的偏南氣流。這個階段臺風(fēng)的強(qiáng)度是不斷減弱的（見圖1）。

圖5 6日06時～9日06時（UTC）的臺風(fēng)路徑圖（臺風(fēng)標(biāo)識表示實際路徑）

4 數(shù)值模擬及地形敏感性試驗

本文采用WRF模式（v3.1.2）對“莫拉克”進(jìn)行數(shù)值模擬。使用NCEP 1°×1°再分析資料作為初始場及邊界條件。模式積分初始時刻為2009年8月6日06時（世界時），積分72 h，包括了“莫拉克”的路徑突變階段。采用雙重嵌套網(wǎng)格，粗網(wǎng)格區(qū)域的中心為（130°E，30°N），細(xì)網(wǎng)格區(qū)域左下角（1，1）在粗網(wǎng)格區(qū)域中的x和y方向的位置為（34，19）；水平分辨率分別為30 km，10 km；格點數(shù)分別為293×161，331×214；垂直分層為27層，模式頂為50 hPa；積分時間步長分別為180 s，90 s。微物理過程采用Lin方案，長波輻射采用rrtm方案，短波輻射采用Dudhia方案，積云對流方案采用Eta的Kain-Fritsch淺對流方案，側(cè)邊界采用YSU。每3 h輸出一次模擬結(jié)果。未對臺風(fēng)進(jìn)行人工處理。

通過對模擬結(jié)果的分析我們知道，模式能較好地模擬出“莫拉克”的移動路徑（見圖5），但是對于臺風(fēng)強(qiáng)度的模擬效果較差，模擬強(qiáng)度整體偏弱，且不能再現(xiàn)這個階段臺風(fēng)強(qiáng)度的一個先加強(qiáng)后減弱過程。分析其原因，可能是由于初始資料本身格距偏大，不能詳細(xì)地反映臺風(fēng)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致初始時刻臺風(fēng)偏弱，而控制試驗又沒有對初始場進(jìn)行訂正。

為了考察臺灣島地形對臺風(fēng)“莫拉克”移動路徑的可能影響，本文在上述控制試驗（CTL的基礎(chǔ)上設(shè)計了以下兩個敏感性試驗：

（1）臺灣島地形為真實地形的二分之一試驗（EXP1）:同控制試驗相比，把臺灣島地形高度減少為原來的二分之一；

（2）臺灣島地形去掉試驗（EXP2）:同控制試驗相比，把臺灣島地形高度減少為0，其它同控制試驗。

從圖5可以看出，兩組敏感性試驗相對于控制試驗的模擬偏差均較小，趨勢也較為一致，由此我們得出：臺灣島地形對“莫拉克”移向和移速的影響不顯著。當(dāng)然該結(jié)果有待在今后的工作中進(jìn)行進(jìn)一步的比較和分析。

5 結(jié)論

造成臺風(fēng)路徑異常的原因主要可歸納為不同尺度運動的相互作用和不同緯度系統(tǒng)的相互作用[1]。通過以上分析，我們可以把臺風(fēng)“莫拉克”出現(xiàn)異常路徑的原因總結(jié)為：“莫拉克”的移動主要還是受大尺度天氣系統(tǒng)副高環(huán)流的引導(dǎo)，當(dāng)副高減弱時臺風(fēng)移速也開始減慢。副高減弱東退是其直角轉(zhuǎn)向的一個原因。除此之外，在“莫拉克”的生命史過程中大陸高壓，東西兩側(cè)的臺風(fēng)“天鵝”和“艾濤”，臺風(fēng)南側(cè)的西南氣流都對其異常路徑產(chǎn)生了一定的影響。通過地形敏感性試驗我們知道：臺灣島地形對“莫拉克”的移動路徑幾乎沒有影響。

當(dāng)然，以上分析大都是基于天氣學(xué)角度的定性分析，想要更好地理解“莫拉克”異常路徑過程的根本原因，需要對可能影響臺風(fēng)路徑的各個因素逐一分別加以考慮并定量分析，這也是作者下一步計劃開展的工作。

[1] 陳聯(lián)壽,徐祥德,羅哲賢.熱帶氣旋動力學(xué)引論[M].北京:氣象出版社,2002:37-41.

[2]王志烈,費亮.臺風(fēng)預(yù)報手冊[R].北京:氣象出版社,1987:206-207.

[3]Carr L E III,Elsberry L R.Monsoon interactions leading to sudden tropical cyclone track changes[J].Mon Wea Rev,1995,123:2295-2318.

[4]陳聯(lián)壽,丁一匯.西太平洋臺風(fēng)概論[M].北京.科學(xué)出版社,1979:289-291.

[5]Wu C C,Huang TS,Huang wp et al.A new look at the binary interaction:Potential vorticity diagnosis of the unusual southward movement of Tropical Storm Bopha(2000)and its interaction with Supertyphoon Saomei(2000)[M].Mon Wea Rev,2003,131:1289-1300.

Diagnoses and numerical simulation of the unusual track of Morakot(0908)

LI Bo1，F(xiàn)EI Jian-fang1，HUANG Xiao-gang1，SONG Ping2，SONG Hui3

(1.Institute of Meteorology,PL A Univ of Sci&Tech,Nanjing 211101 China;2.Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044 China;3.PLA 93801 Army,Wugong 712201 China)

Using the NECP reanalysis data,the unusual track of“Morakot”is investigated through diagnostic analysis and numerical simulation in this paper.Results show that:(1)The movement of“Morakot”is mainly affected by the eastern steering flow of the subtropical high.The tropical depression“Etau”and the mainland high weaken the steering effect of the environmental flow on“Morakot”.The weakened environmental flow is the major reason for the slow movement of“Morakot”before landing on Taiwan．The eastward retreating and weakening of the subtropical high,the southwestern current,as well as the binary interaction,play important roles when“Morakot”is turning to north.(2)The track of“Morakot”can be successfully simulated by the control test of numerical simulation,but the intensity of typhoon;The deviation of two terrain sensitivity tests relative to the control test of numerical simulation is small.The influence of terrain of Taiwan Island on the direction and speed of typhoon，moving is not significant.

typhoon;unusual track;diagnostic analysis;numerical simulation

P444

A

1003-0239（2011）02-0018-05

2010-08-22

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目（973）課題（2009CB421502）

李波（1986-），男，碩士，從事異常臺風(fēng)的相關(guān)研究。E-mail:libo_typhoon@yahoo.cn