臺風“山神”（1809）殘渦再度入海加強成因分析

李紫甜，古明悅，黃 莉*，周 琰，黃卓帆

（1.南寧市氣象局，南寧 530029；2.隆安縣氣象局，廣西 隆安 532700）

前言

臺風是造成廣西后汛期暴雨的主要天氣系統(tǒng)之一。不僅臺風本體會帶來暴雨，臺風減弱后的殘留低渦也可能造成強降雨，有時甚至會引發(fā)大暴雨到特大暴雨的極端天氣。對于前者國內(nèi)已有較多研究［1－4］，對臺風殘留系統(tǒng)的研究則主要集中在臺風殘渦引起的大暴雨成因分析方面［5－8］，關(guān)于臺風殘留系統(tǒng)生消的研究相對較少。而臺風路徑是影響臺風風雨預(yù)報的重要因子之一，眾多學者對臺風路徑變化的原因進行了分析［9－11］。臺風殘留系統(tǒng)的生消和臺風路徑都在很大程度上影響著臺風降雨的強度和范圍，因此研究臺風殘留系統(tǒng)的生消原因和路徑變化有著重要的意義。

2018 年第9 號臺風“山神”在7 月20 日登陸減弱后，又于7 月21 日在北部灣重新發(fā)展為2018 年第12 號熱帶低壓。受此北部灣低壓北上影響，7 月24 日南寧市出現(xiàn)了一次全市性大雨到暴雨天氣過程，部分地區(qū)大暴雨。大暴雨主要出現(xiàn)在武鳴區(qū)南部、南寧城區(qū)東部以及邕寧區(qū)大部，最大降雨出現(xiàn)在武鳴區(qū)六一水庫和大明山天坪，達173.5mm，最大小時雨量達72.5mm（興寧區(qū)高峰林場），具有局地短時降雨強、影響范圍廣的特點。本文基于常規(guī)氣象資料等，對臺風“山神”（1809）殘渦再次入海加強的成因、移動路徑通過天氣學方法進行分析，以期為此類臺風降水預(yù)報提供參考。

1 資料與方法

所用實況資料包括常規(guī)氣象觀測資料、區(qū)域自動氣象站資料、風云二號衛(wèi)星紅外資料以及NOAA AVHRR 最優(yōu)插值海表溫度數(shù)據(jù)。其中NOAA AVHRR 最優(yōu)插值海表溫度數(shù)據(jù)是全球數(shù)據(jù)集合中心提供的高分辨率海表溫度數(shù)據(jù)集，為全球格點資料，空間分辨率為經(jīng)緯度0.25°×0.25°。重點分析1809 號臺風殘留系統(tǒng)再次生成熱帶低壓的原因，并探討其移動路徑變化的影響因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 路徑分析

造成此次南寧大范圍暴雨的北部灣熱帶低壓是由臺風“山神”（1809）殘余云系重新發(fā)展而生成。臺風“山神”7 月16 日14 時生成于菲律賓東北部太平洋洋面上，隨后一路西行，于7 月18 日04 時50 分以熱帶風暴級在海南省萬寧市萬城鎮(zhèn)沿海登陸，隨后穿過海南省繼續(xù)西移進入北部灣，7 月19 日凌晨01 時于越南北部沿海以熱帶風暴級再次登陸，登陸后“山神”在赤道輻合帶北側(cè)的偏東風引導下繼續(xù)向西移入內(nèi)陸，迅速減弱為熱帶低壓，并于20 日在老撾減弱消散。然而，隨后臺風“山神”的殘留云系又在赤道輻合帶南側(cè)偏西風的引導下逐漸掉頭轉(zhuǎn)向東移，于21 日17 時重新移入北部灣海面，并于21 日20 時加強為熱帶低壓。

北部灣低壓生成后，先是緩慢往東偏南方向移動，22 日20 時前進入海南島境內(nèi)，隨后往東北方向移動，穿過海南島和瓊州海峽進入雷州半島，24 日05 時于湛江市附近往西北折，經(jīng)過玉林市進入廣西境內(nèi)，向西北方向移動正面襲擊南寧，最終于25 日進入云南東南部減弱消失。

從形勢場上對重新生成的熱帶低壓進行分析。7月21 日20 時500hPa 高度及風場圖（圖1a）上，副高脊線已北抬至35°N 附近，在其南側(cè)除了北部灣低壓外，還有10 號臺風“安比”，“安比”中心位于距上海東南方向約6km 的東海海面上。根據(jù)“藤原效應(yīng)”，兩個臺風之間會產(chǎn)生互旋。此時北部灣低壓受到“安比”西側(cè)的偏北氣流影響，其受到的外力會有一個向南的分量。同時，它又處于熱帶輻合帶中，熱帶輻合帶南側(cè)的偏西風較其北側(cè)的偏東風強，因此北部灣低壓主要受熱帶輻合帶南側(cè)偏西氣流引導，在緩慢東移的同時路徑向南略偏。

圖1 2018 年7 月19—24 日500hPa（a、b、c）和850hPa（d）高度場及風場

22 日20 時，“安比”已西北行至江蘇境內(nèi)，而北部灣熱帶低壓則剛登陸海南島（圖1b）。此時副高已位于30°N 以北，副高西脊點與北部灣低壓幾乎位于同一經(jīng)度，受副高西側(cè)的高空槽前西南氣流影響，北部灣低壓路徑出現(xiàn)了明顯東北折。此外，隨著“安比”的北上，副高、熱帶輻合帶也隨之北抬，帶動了北部灣低壓北上。

24 日08 時“安比”中心已位于天津附近（圖1c），北部灣低壓中心位于雷州半島境內(nèi)。由于“安比”離北部灣低壓已較遠，二者之間的互旋作用已不明顯。此時副高呈南北向，且隨著高空槽的東移出海，24—25 日副高有一個重新加強西伸的過程，北部灣低壓位于副高西南側(cè)，受其西南側(cè)東南氣流引導以及熱帶氣旋自身內(nèi)力作用，北部灣低壓開始轉(zhuǎn)向西北方向移動，最終從玉林進入廣西，正面襲擊南寧。

2.2 臺風“山神”殘渦加強成因分析

7 月19 日凌晨“山神”在越南北部再次登陸，中南半島地形作用使得“山神”登陸后受到了地表很大的摩擦力。另一方面，“山神”離開了高溫高濕的海面，也使得后續(xù)的能量補充不足，導致“山神”登陸越南后西移入內(nèi)陸的過程中迅速減弱停編。但21 日17 時前后“山神”殘渦移入北部灣獲得重新發(fā)展，并于21 日20 時加強為熱帶低壓。下面對其重新加強的原因進行分析。

2.2.1 西南季風供應(yīng)水汽和能量

7 月19 日08 時850hPa 風場圖（圖1d）上，西南季風活躍，控制了我國整個東部地區(qū)，其北端甚至達到了東北地區(qū)，這支強盛的西南季風源源不斷地將南海及孟加拉灣的水汽往我國輸送。臺風“山神”登陸越南后，其中心正位于西南季風輸送水汽的路徑上，因此強勁的西南季風持續(xù)為“山神”的殘留云系供應(yīng)水汽，使其雖已脫離海面，仍能維持螺旋性，從越南北部的風場可以看出“山神”殘留系統(tǒng)的渦旋特征。850hPa 水汽通量散度場（圖2a）19—21 日越南北部均維持一個較強的水汽通量散度負值中心，中心值達－40g·cm－2·hPa－1·s－1以上，并且此負值中心有隨著“山神”殘渦逐漸東移進北部灣的趨勢，表明“山神”殘渦所處區(qū)域具有較強的水汽輻合。

19 日08 時衛(wèi)星紅外云圖（圖略）上孟加拉灣季風云團發(fā)展旺盛，這也從一個側(cè)面反映出西南季風的強盛以及其所攜帶的能量和水汽相當充足，因此能夠使“山神”登陸很長一段時間后仍能維持其自身的渦旋結(jié)構(gòu)而不至于徹底消散。同時，與風場相對應(yīng)，“山神”殘留系統(tǒng)在云圖中也一直維持著弱的渦旋云系特征，在自身渦旋的抬升作用和西南季風輸送水汽的共同作用下，階段性地觸發(fā)出一些中尺度對流云團，在當?shù)禺a(chǎn)生強降水。西南季風的強盛維持為“山神”殘渦的加強提供了水汽、能量及動力支持。

2.2.2 臺風“山神”再次入海發(fā)展

7 月21 日08 時500hPa 副高脊線已北抬至30°N以北。隨著副高的北抬，熱帶輻合帶也有所北抬，其輻合區(qū)位于20°N，相比于16 日08 時北抬了將近5個緯距。受熱帶輻合帶北抬影響，“山神”殘留系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)為受輻合帶南側(cè)的偏西風影響，從而開始掉頭東移。至21 日下午，其重新移入北部灣。根據(jù)NOAA AVHRR 衛(wèi)星周平均海表溫度監(jiān)測（圖2d）顯示，北部灣海溫雖有一個低值區(qū)，但海溫仍在27℃以上。溫度較高的海水儲存著大量的能量，當“山神”移入北部灣海面時，這些能量和海洋上的大量水汽就被其吸收，使其云系得以重新組織，低層環(huán)流中心和深層對流也得以重建。另一方面，當“山神”殘留系統(tǒng)移入北部灣海域后摩擦力變小，更易于其重新發(fā)展和加強。

2.2.3 第二類條件不穩(wěn)定（CISK）機制的作用

大范圍西南季風的卷入為“山神”殘渦提供了大量的水汽和熱量，當其再次入海后高溫海面也提供了溫暖潮濕的有利下墊面條件，這兩個因素都增強了低層的不穩(wěn)定層結(jié)，使得積云對流更容易激發(fā)。根據(jù)第二類條件不穩(wěn)定理論，積云對流釋放凝結(jié)潛熱會使對流層中、上層增暖，產(chǎn)生高層輻散，高層輻散促使低層擾動中心進一步降壓，產(chǎn)生輻合?！吧缴瘛睔垳u低層具有大量暖濕空氣，這種大尺度的低層輻合又反過來供給積云對流發(fā)展的水汽和熱量。積云對流和大尺度擾動形成了相互之間的正反饋作用，使得積云對流不斷被激發(fā)，大尺度擾動也得到不斷增強，從而使殘渦能夠不斷發(fā)展加強。

2.2.4 對流層垂直風切變小

據(jù)7 月21 日08 時北部灣上空測站的TlogP 資料分析，整層均為一致的西南到偏西風，925～850hPa 之間維持較強的西南風，使低層積累大量的高溫高濕能量。850hPa 以上風速基本在6～8m·s－1，700～3000hPa 風速差僅4m·s－1，對流層垂直風切變小，使得“山神”殘渦進入北部灣后，其積云對流產(chǎn)生的凝結(jié)潛熱不至于被氣流帶離擾動上空，而是在一個不大的空間范圍內(nèi)不斷積聚，使一個有限范圍內(nèi)的氣柱不斷得到加熱，從而有利于形成暖心結(jié)構(gòu)，使擾動中心的氣壓不斷降低，最終發(fā)展成熱帶低壓。

2.2.5 有利的高層輻散條件

7 月20 日200hPa 散度場（圖2b）上，越南北部到北部灣上空均為正散度區(qū)域，中心散度值最大可達2.6×10－5·s－1，表明越南北部到北部灣高空存在較好的輻散條件。并且20—21 日100hPa 南亞高壓強盛，控制了我國大部地區(qū)，華南沿海到北部灣一帶位于南亞高壓南側(cè)偏東風大風速軸控制區(qū)，風速達24m·s－1?！吧缴瘛睔垳u正位于此大風速軸出口左側(cè)的輻散區(qū)，高層輻散促進了低層輻合上升運動的發(fā)展。在此有利的高層輻散條件下，21 日08 時越南到北部灣一帶925hPa 以下的散度場開始出現(xiàn)負值中心（圖2c），表示低層輻合作用有所加強，水平輻合使得低壓的氣旋性渦度增加。850hPa 渦度場（圖2e、圖2f）表明，從20 日08 時至21 日08 時，越南北部殘渦中心附近的渦度從3×10－5·s－1增大到了6×10－5·s－1，氣旋性渦度的增加表示低壓得到進一步發(fā)展。

圖2 2018 年7 月19 日08 時850hPa 水汽通量散度場（a）、7 月20 日20 時200hPa 散度場（b）、7月21 日08 時925hPa 散度場（c）、7 月21 日NOAA AVHRR 衛(wèi)星周平均海表溫度圖（d）、7 月20 日08 時850hPa 渦度場（e）、7 月21 日08 時850hPa 渦度場（f）

在上述多方面因素作用下，“山神”殘留系統(tǒng)最終于21 日20 時重新發(fā)展為北部灣熱帶低壓，中心風速為15m·s－1，此時在衛(wèi)星云圖上已經(jīng)能看出明顯的螺旋云系特征。

3 結(jié)論與討論

在有利的天氣形勢下，臺風“山神”殘渦進入北部灣重新發(fā)展為熱帶低壓的原因主要有以下幾點：

（1）西南季風不斷供應(yīng)水汽和能量使“山神”殘留系統(tǒng)得以維持其螺旋結(jié)構(gòu)；

（2）在熱帶輻合帶南側(cè)偏西風作用下，“山神”殘留系統(tǒng)再次入海，較小的摩擦及高海溫使其得以重新發(fā)展；

（3）第二類條件不穩(wěn)定機制（CISK）中積云對流和大尺度擾動之間的正反饋作用使熱帶擾動不斷發(fā)展；

（4）對流層垂直風切變小，積云對流釋放的凝結(jié)潛熱得以在一定范圍內(nèi)積累，有利于形成暖心結(jié)構(gòu)導致低層減壓；

（5）有利的200hPa 高層輻散條件有利于低層輻合，從而加強低壓的氣旋性渦度。

從形勢場、環(huán)境場和物理量場等方面分析了臺風“山神”殘渦再次加強的原因，對臺風殘留系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和強度演變過程進行了深入研究。臺風殘渦需要在滿足一定條件的情況下才能夠重新發(fā)展，其影響因素是多方面的，但低層是否有大量水汽和熱量源源不斷地輸送到臺風中心是其中的關(guān)鍵所在，若環(huán)流形勢和下墊面條件能夠使上述條件得到滿足，那么臺風殘留系統(tǒng)則可能繼續(xù)維持其渦旋結(jié)構(gòu)甚至重新得到發(fā)展。