臺風“利奇馬”演變過程及動力特征分析

柳玉輝，許東蓓，徐延欣

（1.成都信息工程大學，四川 成都 610225；2.肅南裕固族自治縣氣象局，甘肅 張掖 734400）

1 引言

薛建軍[1]等對我國的臺風氣候特征及其災害特征進行研究，研究結果表明我國境內(nèi)臺風登陸時間主要集中在每年7～9月，年平均登陸數(shù)量最多的是廣東省。陳聯(lián)壽和許映龍[2]對我國臺風特大暴雨的形成原因、特點、強度等進行深入研究，研究結果表明臺風特大暴雨不僅僅與臺風自身強度有關，還與臺風與其他天氣系統(tǒng)和地形條件的相互作用有關。包澄瀾等[3]對藤原效應做了進一步研究，得出了雙臺風互旋的角速度計算方案。謝彥君等[4]對影響我國的雙臺風活動進行了研究，其研究結果表明近60年來雙臺風對我國的影響頻次較高但呈現(xiàn)下降趨勢，雙臺風中西側(cè)臺風對我國境內(nèi)的臺風強降水有加強作用。韓峰等[5]對西北太平洋雙臺風的引導氣流做了伴隨敏感性分析，利用WRF模式和其伴隨模式計算了各個臺風基于伴隨模式的引導氣流敏感性。張雪蓉等[6]研究發(fā)現(xiàn)由于全球變暖，西北太平洋海表溫度百余年來呈逐漸上升趨勢，我國華南、臺灣周邊海域增幅最大。

2019年西北太平洋共有29個熱帶氣旋生成，臺風“利奇馬”（英文名Lekima）是當年度登陸我國的最強臺風，登陸強度在歷史上排名全國第五、浙江省第三。登陸時中心風力超過17級，給我國華東、華北、東北等地造成了嚴重災害。此次臺風過程具有很好的代表性，研究超強臺風“利奇馬”的強度、結構等演變特征對臺風災害預報預警與防災減災具有十分重要的科學意義和實際應用價值。

2 資料與方法

對臺風結構分析采用ERA5逐小時的0.25×0.25的再分析資料，數(shù)據(jù)種類為海平面氣壓、海表溫度、垂直速度、渦度、散度、風的uv分量、10 m極大風速、位勢高度等，數(shù)據(jù)時間范圍為2019年8月3日—2019年8月15日。降水數(shù)據(jù)資料采用中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)中國自動站與CMORPH降水產(chǎn)品的逐時降水量網(wǎng)格數(shù)據(jù)集（1.0版）。

利用天氣學分析與診斷分析方法，從實況演變、結構特征、物理量場特征等方面對2019年第9號臺風“利奇馬”進行分析研究。在臺風實況演變上，分析其移動路徑、登陸狀況、在我國浙江省和華東沿海產(chǎn)生的天氣現(xiàn)象等。在結構特征方面分析臺風海平面氣壓場特征、環(huán)流特征和多種物理量場的剖面特征。

3 臺風實況特征

3.1 臺風基本天氣過程

臺風“利奇馬”在2019年8月4日14時（下述時間均為北京時間）在菲律賓以東的西北太平洋洋面上生成。登陸后“利奇馬”一路北上，穿過浙江、江蘇進入海州灣，隨后在山東省青島市黃島區(qū)再次登陸。進入山東省之后“利奇馬”于南下冷空氣相遇在濰坊市以北的渤海萊州灣打轉(zhuǎn)并逐漸減弱，隨后并入鋒面系統(tǒng)中快速東北移動消失。

浙江和山東北部各有一處風力和降水很強的區(qū)域（圖1），過程最大風速61.4 m/s出現(xiàn)在溫嶺市三蒜島，過程最大降水量834.3 mm出現(xiàn)在臺州市臨海市括蒼山。100 mm降水量區(qū)域達36.1萬km2，250 mm降水量區(qū)域達6.6萬km2?！袄骜R”在浙江和山東制造了兩個明顯的強風雨中心（圖2）。

圖1 利奇馬過程大風實況

圖2 利奇馬過程降水量實況

3.2 臺風氣壓場特征

臺風是一個深厚的低壓系統(tǒng)，結合圖3可知，“利奇馬”生成后連續(xù)數(shù)天只能緩慢增強，因為其西南方向的南海海面上和東邊各有一個低值系統(tǒng)，南海為熱帶低壓，東側(cè)為10號臺風“羅莎”?！袄骜R”受其身邊的熱帶云團和左右兩個系統(tǒng)的影響，發(fā)展速度緩慢。圖3a中三個系統(tǒng)同處于一個低值區(qū)內(nèi)，互相影響，互相制約。由于“利奇馬”生成較早，它迅速增強將南海熱帶低壓吸收并一路向西北方向登陸我國（圖3b）。

圖3 臺風“利奇馬”氣壓場等值線圖

3.3 臺風溫度場特征

從整層大氣來看，可以明顯看出中間凸起的暖心結構，且這個結構有明顯的向西傾斜。臺風低層由于不斷吸收來自洋面的水汽和熱量，抵消了中心區(qū)域降壓膨脹冷卻效果，使得臺風低層除了眼區(qū)以外的部分溫度梯度變得很小。臺風中高層，由于螺旋云帶中的暖濕空氣不斷上升釋放凝結潛熱，與周圍同高度的溫度梯度會比較大。各個氣壓層的氣溫均出現(xiàn)了明顯上升，說明臺風過境會導致整個氣層的溫度明顯上升?？梢钥吹脚_風過境增溫在各個高度層持續(xù)的時間不一樣，越高層的大氣受到臺風增溫影響的時間越長（圖4）。

圖4 BJT 2019年8月10日01時臺風登陸點（28.2°N，121.5°E）112E～133E的溫度高度緯向剖面圖

3.4 臺風流場特征

由圖5（a）可知臺風低層風場有三個不同的區(qū)域：臺風眼區(qū)、漩渦大風區(qū)、外圍大風區(qū)。臺風眼墻內(nèi)的風速并不是沿著眼墻均勻分布的，通常臺風前進方向右側(cè)的風力最大，圖5（a）、（b）、（c）中，臺風“利奇馬”正沿著西北方向移動，它的前進方向右側(cè)正是眼墻風速最大區(qū)。圖5（d）中可見臺風氣流的流出層在200hPa層，與圖5（a）的流入層相比，兩者都是氣旋性彎曲，但是流出層的范圍要小很多。氣旋性流出層的外面還有反氣旋性流出。

圖5 UTC 2019年8月10日01時臺風“利奇馬”的對流層環(huán)流（a）1000hPa,（b）850hPa,（c）500hPa,（d）200hPa

4 臺風動力特征

圖6（a）可以看到臺風“利奇馬”在最大風速環(huán)內(nèi)均為正渦度，在最大風速環(huán)之外，正負渦度交替出現(xiàn)。說明臺風的正渦度區(qū)出現(xiàn)在近中心的暴風圈里，在暴風圈之外即使風速大，流線曲率也是氣旋性彎曲，但是并不都是正渦度區(qū)。

圖6（b）中可見臺風高層的散度場是氣旋性彎曲正負交替分布的，說明臺風高層輻散與低層正渦度的輻合對應，且圖中高層輻散的范圍要大于低層輻合的范圍，臺風處于正在減弱的狀態(tài)，與臺風登陸吻合。

圖6 BJT 2019年8月10日01時(a)700 hPa渦度和(b)200hPa散度圖

在23°N～26°N有強烈的上升氣流，對照流場圖可知此處為臺風漩渦風雨區(qū)的范圍。28°N位于臺風登陸點附近，可見下沉氣流異常強大，在實況大風監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，28°N附近的瞬時大風要強于臺風中心，可能是強烈下沉氣流導致的動量下傳與臺風低層大風疊加導致。結合流線圖和垂直速度圖發(fā)現(xiàn)存在一個0.5°×0.5°尺度的下沉氣流區(qū)，說明臺風中心為強烈的下沉氣流，如圖7所示。

圖7 BJT 2019年8月10日01時121.5°E范圍20N～40N垂直速度剖面圖

5 結論

利用EREA5再分析資料對2019年臺風“利奇馬”的結構和動力學特征進行分析：

（1）臺風“利奇馬”是一個深厚的低壓系統(tǒng)，生成時周圍環(huán)境場復雜，有多個系統(tǒng)外力作用，移動緩慢。臺風溫度場為暖心結構，臺風中心附近等壓線密集，氣壓梯度很大。臺風登陸點除了登陸前后幾小時，其余時刻氣壓曲線變化均比較平緩，說明臺風漩渦風雨區(qū)至外圍的氣壓梯度較小。

（2）臺風“利奇馬”水平風場特征為一個正圓形的風速極小區(qū)，臺風低層大風區(qū)主要位于東象限，中高層大風區(qū)主要位于東北象限，臺風低層氣流氣旋性流入，高層眼區(qū)氣旋性流出，高層外側(cè)反氣旋性流出。臺風眼區(qū)從低層到高層并不垂直，登陸之后臺風低層環(huán)流特征會出現(xiàn)明顯變化。

（3）臺風“利奇馬”低層渦度場特征為眼區(qū)和近中心大風區(qū)為正渦度，外圍正負渦度交替分布，高層散度場為螺旋形正負散度交替分布。