基于衛(wèi)星資料對(duì)“海燕”臺(tái)風(fēng)影響海南島風(fēng)雨分布的分析

吳俞　李靜　楊仁勇

摘 要 基于NOAA極軌衛(wèi)星反演資料，同時(shí)結(jié)合GFS模式分析資料和海南島鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動(dòng)站資料，綜合分析超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海燕”靠近海南島南部近海時(shí)的結(jié)構(gòu)變化特征及其對(duì)海南島帶來(lái)的風(fēng)雨影響。得到的高分辨率衛(wèi)星紅外云圖清晰地反演了“海燕”內(nèi)部對(duì)流結(jié)構(gòu)呈不對(duì)稱分布，海南島的降水分布與“海燕”內(nèi)螺旋雨帶的走向密不可分，而海南島的地形分布及上空的大氣環(huán)境又為螺旋雨帶內(nèi)小尺度對(duì)流的發(fā)展、維持提供有利的條件；微波散射計(jì)反演的10 m風(fēng)場(chǎng)表明，“海燕”經(jīng)過(guò)海南島南部近海時(shí)，風(fēng)場(chǎng)分布也呈明顯的不對(duì)稱，大風(fēng)區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)中心的東北方位，不同級(jí)別風(fēng)圈的分布直接決定著海南島的大風(fēng)分布。

關(guān)鍵詞 臺(tái)風(fēng)“海燕” ；AMSU散射計(jì) ；螺旋雨帶

分類號(hào) P457.8

Abstract In this paper， based on the data of NOAA polar orbiting satellite retrieval， combining the GFS model analysis of influence of wind and rain data and Hainan Island Township automatic station comprehensive analysis of the data of the ultra strong typhoon "Haiyan"near the Hainan Island southern coastal area of the structure and variation of the Hainan Island bring. To obtain high resolution satellite infrared cloud image clearly reflects the "Haiyan" internal convection structure distribution asymmetry， towards the rainfall distribution of Hainan Island and " Haiyan" inner spiral rainbands are inseparable， and the atmospheric environment and the topographic distribution over Hainan Island and small scale convection in the development and maintenance of spiral rain bands provide favorable conditions； the 10m wind field microwave scatterometer inversion that "petrel" through southern Hainan Island off shore wind field distribution also showed obvious asymmetry， northeast azimuth wind zone are mainly located in the center of the typhoon， the distribution of different level loop directly determines the wind distribution in Hainan Island.

Keywords Haiyan ； AMSU scatterometer ； spiral rainband ； winds

2013年第30號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海燕”從海南島南部近海擦過(guò)時(shí)給海南島帶來(lái)了極強(qiáng)的風(fēng)雨影響，并造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失?！昂Ｑ唷钡膹?qiáng)度、路徑和風(fēng)雨等也成為國(guó)內(nèi)專家研究的熱點(diǎn)，張玲等[1]對(duì)“海燕”快速加強(qiáng)和快速移動(dòng)原因進(jìn)行了深入分析，指出“海燕”在登陸菲律賓之前快速加強(qiáng)和加速移動(dòng)的原因與副熱帶西風(fēng)急流加強(qiáng)南壓，從而導(dǎo)致副熱帶高壓南側(cè)對(duì)流層各層低緯東風(fēng)加強(qiáng)有關(guān)，另外“海燕”強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)的可能原因包括風(fēng)場(chǎng)的不對(duì)稱分布導(dǎo)致的切變正渦度的增加，內(nèi)核對(duì)流層低層水平輻合和對(duì)流層中低層渦度的持續(xù)增長(zhǎng)，以及臺(tái)風(fēng)所處環(huán)境的高層輻散的明顯增加和高低層垂直切變的減小。陳子通等[2]通過(guò)高分辨率數(shù)值模擬分析了“海燕”的變化機(jī)理， 發(fā)現(xiàn)高層暖心、高中低層一致東風(fēng)氣流是其超強(qiáng)發(fā)展和快速西移的主要特征；黃翠銀等[3]通過(guò)對(duì)比分析“山神”和“海燕”影響廣西的降水分布發(fā)現(xiàn)，“山神”停編前在廣西是單一的暖云降水，停編后其殘余環(huán)流與南下的冷空氣相互影響引起桂東強(qiáng)降雨，“海燕”影響廣西時(shí)恰好冷空氣南下，兩者結(jié)合降雨增幅造成廣西大范圍暴雨天氣。以上研究對(duì)了解“海燕”強(qiáng)度、路徑變化的內(nèi)在機(jī)理有很大的幫助，但是“海燕”在靠近海南島南部近海時(shí)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征如何，又是如何影響海南島的風(fēng)雨分布，還有待進(jìn)一步分析，這對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)會(huì)有一定的指導(dǎo)意義。本文以“海燕”為例，利用NOAA極軌衛(wèi)星資料、GFS模式（0.5°分辨率）分析場(chǎng)資料和海南島鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動(dòng)站資料，對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海燕”影響海南島期間的風(fēng)雨分布特點(diǎn)進(jìn)行分析，特別是NOAA衛(wèi)星資料中將用到AMSU微波散射計(jì)反演資料。魏應(yīng)植等[4-6]曾指出，微波具有穿透云的能力，AMSU微波散射計(jì)具有較強(qiáng)的垂直探測(cè)能力，能夠清晰地揭示熱帶氣旋的暖心結(jié)構(gòu)、地面風(fēng)速和強(qiáng)降水的落區(qū)等，這對(duì)我們了解“海燕”影響海南島時(shí)的真實(shí)結(jié)構(gòu)非常有幫助。

1 “海燕”的基本概況

從圖1的“海燕”移動(dòng)路徑可以看出，“海燕”從生成到移入南海東部海面時(shí)以偏西路徑為主，之后呈西北路徑移近海南島南部近海，進(jìn)入北部灣后轉(zhuǎn)向北上影響廣西。從強(qiáng)度變化看（圖2），“海燕”經(jīng)歷了迅速加強(qiáng)到緩慢減弱的過(guò)程，其強(qiáng)度變化的機(jī)理張玲等[1]已經(jīng)做了非常詳細(xì)的分析?？偟膩?lái)說(shuō)“海燕”具有以下特點(diǎn)：1、強(qiáng)度強(qiáng)，“海燕”在其最強(qiáng)階段登陸菲律賓，登陸時(shí)中心平均風(fēng)速達(dá)到75 m/s。進(jìn)入南海后向西北方向移動(dòng)，近海擦過(guò)海南島西南部樂東縣時(shí)，強(qiáng)度維持在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)（風(fēng)速達(dá)到42 m/s），是2013年影響海南島的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。2、移速快，“海燕”登陸菲律賓前移速約30～35 km/h，進(jìn)入南海后到靠近越南北部期間，時(shí)速保持在25～30 km，屬于移速較快的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。3、生命史長(zhǎng)，影響范圍廣，“海燕”發(fā)展強(qiáng)度強(qiáng)，攜帶能量巨大，多次登陸后減弱緩慢，從4日早晨在西太平洋生成到11日夜間在廣西南寧市境內(nèi)減弱為熱帶低壓，共歷時(shí)182 h，嚴(yán)重影響了菲律賓、越南和我國(guó)華南地區(qū)。

通過(guò)AMSU溫度微波計(jì)反演的“海燕”溫度垂直剖面圖（圖3 a），可以看出經(jīng)過(guò)臺(tái)風(fēng)中心上空300 hPa的暖心特征明顯，也比較完整，袁金南等[7-8]指出暖心結(jié)構(gòu)與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度密切相關(guān)，另外從多層水平溫度分布來(lái)看（圖3 b），“海燕”外圍西北側(cè)中低層有弱冷空氣影響，且700 hPa冷空氣擴(kuò)散速度比850 hPa要快，這種配置增強(qiáng)了臺(tái)風(fēng)外圍的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展，從而也是其強(qiáng)度靠近海南島南部近海時(shí)還能維持的原因。

2 “海燕”對(duì)海南島的降水影響分析

“海燕”影響期間，海南島共有122個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)過(guò)程雨量超過(guò)100 mm，其中36個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)過(guò)程雨量超過(guò)200 mm，17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)過(guò)程雨量超過(guò)300 mm，保亭、瓊中和五指山有7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)過(guò)程雨量超過(guò)400 mm，最大為保亭毛感鄉(xiāng)573.8 mm，可見“海燕”給海南島帶來(lái)了強(qiáng)降水過(guò)程，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)嚴(yán)重。從圖4 a的降水分布也可以看出強(qiáng)降水中心位于海南島的中部和南部地區(qū)，結(jié)合海南島的地形分布（圖4 b），不難看出，中、南部山區(qū)對(duì)強(qiáng)降水中心有很大的影響，楊仁勇[9-10]曾利用中尺度模式WRF對(duì)1117號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“納沙”的降水進(jìn)行地形敏感性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)地形的存在對(duì)降水量增幅明顯。雖然地形對(duì)降水強(qiáng)度有所影響，但決定海南島降水分布的仍取決于“海燕”自身降水云團(tuán)的分布，對(duì)此，從NOAA極軌衛(wèi)星高分辨率（1km）紅外云圖（圖5 a、b）可以清晰的看到11-10-04：26，當(dāng)“海燕”中心位于三亞南部近海時(shí)，強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)（TBB小于-60℃）主要位于臺(tái)風(fēng)中心的西南側(cè)，表現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，另外螺旋雨帶的特征非常明顯，造成海南島強(qiáng)降水的主要是距離臺(tái)風(fēng)中心50 km左右的內(nèi)螺旋雨帶，雨帶內(nèi)鑲嵌多個(gè)小尺度的強(qiáng)對(duì)流單體并隨著臺(tái)風(fēng)環(huán)流不斷經(jīng)過(guò)海南島南部地區(qū)，造成降水的“列車效應(yīng)”。朱佩君等[11]利用 MM5（V3）對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴 Kammuri的螺旋雨帶進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)指出，臺(tái)風(fēng)中的氣旋式渦度、垂直運(yùn)動(dòng)、水平動(dòng)量等都高度集中在螺旋雨帶中，而且當(dāng)外側(cè)的空氣具有明顯的對(duì)流性不穩(wěn)定時(shí)，將為螺旋雨帶中對(duì)流的發(fā)展提供了不穩(wěn)定能量。對(duì)此本文以11月10日12時(shí)（世界時(shí)，下同）的GFS模式分析場(chǎng)經(jīng)過(guò)110°E做假相當(dāng)位溫和穩(wěn)定度疊加的剖面圖（圖6 a），可以看出，在海南島上空的大氣具有低層暖濕、中層干冷的特性，中低層的不穩(wěn)定度均大于0，且自北向南遞增，說(shuō)明海南島南部的大氣狀況非常不穩(wěn)定，有利于“海燕”螺旋雨帶中的對(duì)流維持和發(fā)展。另外從相應(yīng)時(shí)次的散度場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)的垂直剖面（圖6 b）來(lái)看，在海南島南部（19°N以南）上空，不僅有強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)，且低層大氣輻合，高層大氣輻散，這樣的環(huán)境場(chǎng)也為對(duì)流的激發(fā)、發(fā)展和維持提供了有利的動(dòng)力條件。

總體而言，海南島的降水分布與“海燕”內(nèi)螺旋雨帶的走向密不可分，而海南島的地形分布及上空的大氣環(huán)境又為螺旋雨帶內(nèi)小尺度對(duì)流的發(fā)展、維持提供有利的條件。另外，NOAA高分辨率的衛(wèi)星紅外云圖反演了“海燕”更為細(xì)致的對(duì)流結(jié)構(gòu)，眼區(qū)、眼墻、內(nèi)螺旋雨帶及外螺旋雨帶的分布和強(qiáng)度都能清晰展現(xiàn)（圖5 a、5b），這為日后業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中對(duì)臺(tái)風(fēng)中心定位、降水落區(qū)和強(qiáng)度預(yù)報(bào)有很好的指導(dǎo)意義。

3 “海燕”對(duì)海南島的大風(fēng)影響分析

“海燕”不僅給海南島帶來(lái)強(qiáng)降水，還帶來(lái)了強(qiáng)風(fēng)，當(dāng)其從海南島南部近海擦過(guò)時(shí)，海南島四周沿海陸地普遍出現(xiàn)9級(jí)以上陣風(fēng)，其中三亞、樂東和東方陣風(fēng)達(dá)14級(jí)以上（圖7）。本文通過(guò)NOAA基于多種微波散射計(jì)反演計(jì)算得到的10 m風(fēng)進(jìn)一步分析“海燕”對(duì)海南島大風(fēng)分布的影響。從圖8 a的高分辨率風(fēng)場(chǎng)分布來(lái)看，10日00時(shí)，“海燕”的大風(fēng)分布較為對(duì)稱，但12級(jí)大風(fēng)主要分布在臺(tái)風(fēng)的東北和西北象限，10級(jí)大風(fēng)主要在臺(tái)風(fēng)的西北象限，7級(jí)大風(fēng)同樣主要分布在臺(tái)風(fēng)的東北和西北象限，另外圖中還反映了最大風(fēng)速為86 kt（約43 m/s），最大風(fēng)速半徑為18 nmi（約32 km），方位為50°（即東北象限），可見海南島東南部沿海已有7級(jí)大風(fēng)出現(xiàn)。到了06時(shí)，當(dāng)“海燕”靠近海南島南部近海時(shí)，其12級(jí)大風(fēng)分布不對(duì)稱性開始明顯，主要分布在東北象限（圖8 b），10級(jí)和7級(jí)大風(fēng)的分布與12級(jí)大風(fēng)相似，東北象限的半徑最大，另外衛(wèi)星測(cè)得“海燕”在該時(shí)次表面風(fēng)最大風(fēng)速約為40 m/s，最大風(fēng)速半徑為41 km，方位為70°（即東北象限），此時(shí)海南島大部分已經(jīng)處在其7級(jí)大風(fēng)風(fēng)圈內(nèi)，南部沿海風(fēng)力加大到10級(jí)。10日12時(shí)，“海燕”移入北部灣南部海面時(shí)，風(fēng)場(chǎng)的不對(duì)稱性分布更加明顯，12級(jí)大風(fēng)主要分布在臺(tái)風(fēng)的東北和東南象限，影響到海南島的西南部沿海（圖8 c），但是該時(shí)次整個(gè)海南島的風(fēng)力由西南向東北依次減小。晚上18時(shí)，“海燕”已經(jīng)移入了北部灣北部海面，從圖8 d可以看出其10級(jí)風(fēng)圈和7級(jí)風(fēng)圈范圍明顯變大，但分布及其不對(duì)稱，最大風(fēng)速繼續(xù)減小，其半徑增大到63 km，位于100°（東南象限），海南島除了西部沿海還受7級(jí)大風(fēng)影響，其他地區(qū)風(fēng)力明顯減小。衛(wèi)星反演的“海燕”10 m風(fēng)與海南島自動(dòng)站10 m風(fēng)相結(jié)合可以了解島上跟洋面上的大風(fēng)分布情況，衛(wèi)星資料一方面彌補(bǔ)了海洋上自動(dòng)站較少的不足，另一方面對(duì)氣象決策服務(wù)也有很好的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

本文利用NOAA極軌衛(wèi)星反演資料、GFS模式分析場(chǎng)資料和和海南島鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動(dòng)站資料綜合分析超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海燕”結(jié)構(gòu)特征以及其對(duì)海南島帶來(lái)的風(fēng)雨影響，得到一些有意義的結(jié)論。

（1）AMSU溫度微波計(jì)反演資料發(fā)現(xiàn)，“海燕”靠近海南島南部近海時(shí)其中心上空300 hPa的暖心特征明顯，也比較完整，另外“海燕”外圍西北側(cè)中低層有弱冷空氣影響，且700 hPa冷空氣擴(kuò)散速度比850 hPa要快，這種配置增強(qiáng)了臺(tái)風(fēng)外圍的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展，使得“海燕”強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間維持。

（2）高分辨率的衛(wèi)星紅外云圖清晰反映了“海燕”內(nèi)部對(duì)流結(jié)構(gòu)分布不對(duì)稱，海南島的降水分布與“海燕”內(nèi)螺旋雨帶的走向密不可分，而海南島的地形分布及上空的大氣環(huán)境又為螺旋雨帶內(nèi)小尺度對(duì)流的發(fā)展、維持提供有利的條件。

（3）“海燕”造成海南島的極大風(fēng)分布呈自西南向東北遞減，這與“海燕”自身的風(fēng)場(chǎng)分布有關(guān)，NOAA衛(wèi)星微波散射計(jì)反演的10 m風(fēng)場(chǎng)表明，“海燕”經(jīng)過(guò)海南島南部近海時(shí)風(fēng)場(chǎng)分布也呈明顯的不對(duì)稱，大風(fēng)區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)中心的東北方位，不同級(jí)別風(fēng)圈的分布直接決定著海南島的大風(fēng)分布。

本文主要通過(guò)衛(wèi)星資料的視角分析并呈現(xiàn)了超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海燕”的一些觀測(cè)事實(shí)，這對(duì)日后業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)有一定的參考，但是還需要進(jìn)一步對(duì)比分析相似路徑熱帶氣旋對(duì)海南島風(fēng)雨分布的異同及TC結(jié)構(gòu)的變化特征等。

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