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

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(xué)，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(xué)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(xué)，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(fēng)“布拉萬”和“梅花”就流場和物理量場特征進(jìn)行了對比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩次臺風(fēng)北上過程中西太平洋副熱帶高壓對臺風(fēng)路徑起著決定性的作用；北上臺風(fēng)降水強(qiáng)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(bào)中較為適用；臺風(fēng)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(fēng)的發(fā)展起到重要作用；西風(fēng)槽和冷空氣與臺風(fēng)的配合對降水強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響；高低空急流的配置對臺風(fēng)系統(tǒng)的維持和強(qiáng)降水落區(qū)有明顯的指示意義，并且對降水的強(qiáng)度和持續(xù)時間起到關(guān)鍵作用。

北上臺風(fēng)，降水差異，水汽通量散度，渦度，西風(fēng)槽，高低空急流

0　引言

臺風(fēng)是我國主要的氣象災(zāi)害之一[1]，也是預(yù)報(bào)工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。盡管每年影響北方的臺風(fēng)次數(shù)不多，但臺風(fēng)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(fēng)，往往會給北方帶來大風(fēng)和強(qiáng)降水天氣[3]。Foley等[4]在臺風(fēng)研究中發(fā)現(xiàn)：在冷空氣作用下維持的臺風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)常造成中高緯度的災(zāi)害性天氣，如大風(fēng)、特大降水等。臺風(fēng)所引發(fā)災(zāi)害的等級和臺風(fēng)登陸后的演變趨勢存在一定差異[5]，是臺風(fēng)預(yù)報(bào)工作中的難點(diǎn)[6]。

本文對2011年和2012年兩次相似路徑的北上臺風(fēng)影響吉林省時引發(fā)較大差異降水量的事實(shí)進(jìn)行了物理量對比分析，研究結(jié)果對今后預(yù)報(bào)吉林省臺風(fēng)降水將可能有所幫助。201109號“梅花”臺風(fēng)在2011年8月7日晚上減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，8日17時減弱為熱帶風(fēng)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(fēng)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(qiáng)熱帶風(fēng)暴，22時50分在朝鮮西北部再次登陸仍為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴后逐漸減弱為熱帶風(fēng)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(fēng)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(fēng)和“布拉萬”臺風(fēng)24小時降水量實(shí)況圖，可以看出：“布拉萬”臺風(fēng)影響吉林省的過程雨量比“梅花”臺風(fēng)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(diǎn)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(fēng)路徑、強(qiáng)度等資料來自中國天氣臺風(fēng)網(wǎng)（http://typhoon.weather.com.cn/）。

針對位勢高度、風(fēng)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(xué)分析方法進(jìn)行了分析。

2　兩次北上臺風(fēng)實(shí)況對比

2.1兩次北上臺風(fēng)移動路徑相似

兩次臺風(fēng)都是在西風(fēng)槽和副熱帶高壓的共同作用下北上，并且在登陸地點(diǎn)、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(fēng)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(dá)12天。1215號臺風(fēng)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(dá)9天。

2.2兩次北上臺風(fēng)的不同點(diǎn)

臺風(fēng)的生命史，平均為一周左右。“梅花”臺風(fēng)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?。弧安祭f”臺風(fēng)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(fēng)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(fēng)暴；“布拉萬”臺風(fēng)影響吉林省時強(qiáng)度仍然較強(qiáng)，為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴等級，然后逐漸減弱為熱帶風(fēng)暴。

“梅花”臺風(fēng)具有生命史長、路徑不確定性大、移速不均、強(qiáng)度多變和風(fēng)大雨少等特點(diǎn)，影響吉林省時強(qiáng)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(fēng)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(qiáng)度仍然很大，具有風(fēng)大雨大的特點(diǎn)，24小時單站最大降水量為136mm，并且伴隨最大風(fēng)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(dǎo)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(jì)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(fēng)的風(fēng)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(yùn)動，然后從臺風(fēng)頂部向外流出，在遠(yuǎn)離中心一定距離后出現(xiàn)下沉運(yùn)動，因此臺風(fēng)自身中心氣壓的強(qiáng)度和最大風(fēng)力等級標(biāo)示著臺風(fēng)的整體強(qiáng)度，也預(yù)示著能否在臺風(fēng)外圍產(chǎn)生大范圍的降水和大風(fēng)天氣。表1為兩次臺風(fēng)登陸時的氣象要素指標(biāo)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(fēng)速更大；“梅花”登陸后強(qiáng)度明顯減弱，“布拉萬”登陸后強(qiáng)度較“梅花”強(qiáng)，氣壓也比“梅花”低，風(fēng)速比“梅花”大；從登陸地點(diǎn)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)暴，中心強(qiáng)度為3000gpm，（47°—51°N，115°E）附近有與“梅花”配合的西風(fēng)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(fēng)槽，槽后有冷空氣配合，“布拉萬”中心位于（38.4°N，124.6°E），為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，中心強(qiáng)度為2920gpm。

臺風(fēng)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(dá)47°N附近，“梅花”在9日08時3160gpm特征線北側(cè)達(dá)到39°N附近?！安祭f”登陸前后副熱帶高壓勢力明顯強(qiáng)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(fēng)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(fēng)強(qiáng)度加強(qiáng)向東北方向移動，從而使得西進(jìn)的副熱帶高壓在兩個臺風(fēng)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(bǔ)充，“布拉萬”在28日15時首次登陸前，其中心強(qiáng)度為970hPa ，最大風(fēng)速為35m/s，后又入海，主要是補(bǔ)充了水汽和減小了摩擦力。17時“布拉萬”中心強(qiáng)度仍為970hPa，最大風(fēng)速為33m/s ，臺風(fēng)強(qiáng)度沒有減弱，18時30分登陸時受地面摩擦作用強(qiáng)度有所減弱?！懊坊ā钡顷懬?8時其中心強(qiáng)度為980hPa，最大風(fēng)速為 23m/s，18時30分其登陸后迅速減弱，20時其中心強(qiáng)度減弱為990hPa ，最大風(fēng)速減弱為20m/s，與“布拉萬”相比，“梅花”在朝鮮半島登陸前強(qiáng)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(qiáng)度都明顯強(qiáng)于“梅花”。700hPa位勢高度場還體現(xiàn)在，兩個臺風(fēng)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(qiáng)，在下游形成阻擋的高壓壩，西風(fēng)槽與臺風(fēng)的配合也是“布拉萬”好于“梅花”。

3.3 對流層低層風(fēng)場特征

從圖4風(fēng)場上看，“梅花”影響時，2011年8月8日20時700hPa風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(fēng)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(qiáng)度較強(qiáng)，脊線偏北。鄭秀雅等[8]在東北暴雨的數(shù)值試驗(yàn)中明確指出：西風(fēng)帶上的低槽對北上臺風(fēng)的后期路徑有重要作用。風(fēng)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(fēng)大氣柱的對流不穩(wěn)定度，對增強(qiáng)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(fù)，表示有水汽積聚?！懊坊ā迸_風(fēng)和“布拉萬”臺風(fēng)影響吉林省前水汽通量散度變化如圖5所示，“梅花”臺風(fēng)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(fù)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(qiáng)降水是相對應(yīng)的。從水汽通量散度來看，“梅花”臺風(fēng)基本是個“干臺風(fēng)”?！安祭f”臺風(fēng)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(fù)值綠色區(qū)域），這也符合暴雨發(fā)生在長春、吉林的實(shí)況。

從水汽通量散度分析中可以看出，“梅花”臺風(fēng)偏干，基本是“干臺風(fēng)”，降水只依靠自身的水汽；而“布拉萬”臺風(fēng)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(fēng)中心緯度方向的三個時次的渦度垂直剖面圖。從兩個臺風(fēng)的渦度垂直剖面對比來看，“梅花”臺風(fēng)的渦度區(qū)，從900hPa至300hPa臺風(fēng)中心上方為柱狀均勻的正渦度區(qū)，呈準(zhǔn)對稱結(jié)構(gòu)，且其中心附近的渦度垂直分布呈準(zhǔn)正壓狀態(tài)，其周邊西風(fēng)帶系統(tǒng)的渦度區(qū)不明顯，與“梅花”配合的西風(fēng)槽在115°E附近，和臺風(fēng)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(fēng)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(fēng)槽在117°E附近，在前傾槽的作用下和臺風(fēng)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(fēng)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(qiáng)降水。

從天氣學(xué)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(fēng)的發(fā)展，而梅花的渦度場的準(zhǔn)對稱結(jié)構(gòu)并不利于臺風(fēng)登陸后的發(fā)展以及降水的加強(qiáng)[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(fēng)的暖性特征還是很明顯，而在臺風(fēng)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(qiáng)，集中在長春附近，冷暖在此交綏，斜壓性加強(qiáng)，對流性不穩(wěn)定加強(qiáng)，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(qiáng)，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(diǎn)是低層輻合和高層輻散都很強(qiáng)，所以持續(xù)影響吉林省的時間長，造成的降水強(qiáng)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(fēng)場分布（圖8）可以看出，在臺風(fēng)影響最大的時間，“布拉萬”有一支風(fēng)速中心大于50m/s的寬且強(qiáng)的高空西風(fēng)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(qiáng)，垂直上升運(yùn)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(fēng)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(fēng)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(qiáng)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(qiáng)的地方，也是上升氣流最強(qiáng)的位置。“布拉萬”高低空急流的配置有利于垂直運(yùn)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(fēng)產(chǎn)生的天氣進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)北上過程中西太平洋副熱帶高壓的位置和形狀對臺風(fēng)路徑起著決定性的作用；北上臺風(fēng)登陸后再次入海會對臺風(fēng)水汽方面有一定的補(bǔ)充，在預(yù)報(bào)工作中需要關(guān)注；從臺風(fēng)的垂直結(jié)構(gòu)看渦度場的斜壓結(jié)構(gòu)有利于臺風(fēng)的發(fā)展；北上臺風(fēng)與西風(fēng)槽和冷空氣的配合會對降水強(qiáng)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(fēng)中強(qiáng)對流的發(fā)展；另外，高低空急流的配置對臺風(fēng)和強(qiáng)降水的維持起到重要作用，預(yù)報(bào)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(fēng)降水強(qiáng)度與臺風(fēng)自身水汽強(qiáng)度以及周圍水汽輸送補(bǔ)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(fēng)，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(fēng)本身的強(qiáng)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(bào)工作中要特別注意，否則，容易出現(xiàn)強(qiáng)降水的空報(bào)。

在實(shí)際預(yù)報(bào)工作中，臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)必須結(jié)合中低緯天氣系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析；臺風(fēng)降水必須結(jié)合臺風(fēng)自身的強(qiáng)度、路徑、周圍環(huán)流場配置和物理量數(shù)據(jù)做好預(yù)報(bào)，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(bào)。

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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