三臺(tái)連擊對(duì)白山市影響差異及成因分析

關(guān) 浩 王奎云 樊嘉璐

（1.民航吉林空管分局氣象臺(tái)，吉林 長(zhǎng)春 130501；2.白山市氣象局，吉林 白山 134300；3.吉林省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130062）

1 引言

吉林省幾乎每年都會(huì)受到北上臺(tái)風(fēng)的影響，往往會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)降水或大風(fēng)。 這類臺(tái)風(fēng)暴雨通常出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)與中高緯度系統(tǒng)相互作用過程中[1-2]。 一般臺(tái)風(fēng)登陸后，很快減弱為熱帶氣旋，熱帶氣旋與中高緯度系統(tǒng)相互作用， 可獲得斜壓能量變性加強(qiáng)，增加降水強(qiáng)度[3-5]。 慕秀香等[6]對(duì)臺(tái)風(fēng)“布拉萬”和“玲玲”進(jìn)行對(duì)比分析，得出副熱帶高壓強(qiáng)度和形狀變化以及冷空氣入侵， 對(duì)臺(tái)風(fēng)北上過程中的路徑和強(qiáng)度變化有重要影響。陳長(zhǎng)勝等[7]通過分析臺(tái)風(fēng)“獅子山”的移動(dòng)路徑發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入熱帶、副熱帶地區(qū)，當(dāng)引導(dǎo)氣流較弱時(shí)，臺(tái)風(fēng)自身的非對(duì)稱性和洋面的溫度決定著臺(tái)風(fēng)活動(dòng)。

2 “三臺(tái)連擊”對(duì)白山市的影響

2020 年8 月22 日08 時(shí)，在西北太平洋生成第8 號(hào)臺(tái)風(fēng)“巴威”，之后一路北上，8 月27 日在朝鮮平安北道沿海臺(tái)風(fēng)級(jí)登陸。 27 日11 時(shí)進(jìn)入遼寧省丹東市，14 時(shí)從白山市西部的通化、 遼源穿過，繼續(xù)減弱北上，并停止編號(hào)。 白山市降水從27 日03 時(shí)開始至27 日15 時(shí)結(jié)束， 主要集中在白山西部，大風(fēng)范圍較小，未發(fā)生明顯內(nèi)澇及大面積的作物倒伏。

8 月28 日在西北太平洋生成第9 號(hào)臺(tái)風(fēng)“美莎克”，9 月1 日發(fā)展為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)， 之后西北偏北方向移動(dòng)，9 月3 日02 時(shí)在韓國(guó)慶尚南道沿海強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)登陸，9 月3 日13 時(shí)進(jìn)入吉林省延邊州和龍市。 白山市降水從9 月2 日13 時(shí)開始，9 月3日夜間降水結(jié)束。 此過程帶來強(qiáng)的降水和局地瞬時(shí)大風(fēng)，部分農(nóng)田發(fā)生內(nèi)澇和作物倒伏。

第10 號(hào)臺(tái)風(fēng) “海神”9 月1 日在西北太平洋生成，7 日早晨在韓國(guó)慶尚南道沿海臺(tái)風(fēng)級(jí)登陸，8 日凌晨減弱為熱帶風(fēng)暴級(jí)進(jìn)入吉林省延邊州和龍市境內(nèi)。白山市降水7 日0 時(shí)開始至9 日08 時(shí)結(jié)束。此次過程影響區(qū)域與“美莎克”重疊，累積降水量超過“美莎克”，強(qiáng)降水范圍大于“美莎克”。出現(xiàn)內(nèi)澇，前期受災(zāi)農(nóng)田災(zāi)情進(jìn)一步加重。

“三臺(tái)連擊”對(duì)白山市的影響，“海神”影響范圍更廣，降水累積量最大；“美莎克”次之；相對(duì)來說“巴威”最弱（圖1）。

圖1 臺(tái)風(fēng)“海神”“美莎克”“巴威”降水過程白山市累計(jì)降雨量

3 “三臺(tái)連擊”降水差異成因分析

3.1 “三臺(tái)連擊”大尺度環(huán)流背景

2020 年經(jīng)歷了7 月“空臺(tái)”后，8 月西太平洋副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱副高）開始北抬西進(jìn)，西北太平洋上和南海海域陸續(xù)生成臺(tái)風(fēng)。 其中4 號(hào)臺(tái)風(fēng)“黑格比”在副高東退減弱時(shí)，打開了北行通道，給大氣環(huán)流帶來擾動(dòng)，為后面“三臺(tái)風(fēng)”的到來，提供了一定的條件。常年8 月底到9 月初，副高脊線位于30°N 附近，北界位于35°N 附近，因此大多數(shù)臺(tái)風(fēng)在日本海附近轉(zhuǎn)向離去， 基本影響不到我國(guó)東北地區(qū)。 2020 年副高脊線在38°N 附近，北界位于44°N 附近，較常年偏北900km 左右，導(dǎo)致北上臺(tái)風(fēng)登錄朝鮮半島后進(jìn)入我國(guó)東北地區(qū)。 另外從500hPa 高度場(chǎng)可以看到，在貝加爾湖以東到大興安嶺一帶有較穩(wěn)定的東亞大槽， 有利于冷空氣向東北地區(qū)輸送， 也導(dǎo)致來自熱帶洋面的臺(tái)風(fēng)在東北地區(qū)與冷空氣結(jié)合，出現(xiàn)大范圍的強(qiáng)降雨天氣。正是這樣穩(wěn)定的環(huán)流背景為“三臺(tái)風(fēng)”的生成、北上提供了最基本的條件。

3.2 形勢(shì)場(chǎng)差異分析（副高形態(tài)、不同西風(fēng)帶系統(tǒng)與臺(tái)風(fēng)相互作用）

臺(tái)風(fēng)移動(dòng)預(yù)報(bào)主要受引導(dǎo)氣流操縱， 臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)問題主要是預(yù)報(bào)引導(dǎo)氣流。 一般副熱帶高壓與大陸高壓連在一起時(shí)，形成高壓壩，臺(tái)風(fēng)不會(huì)北上，多數(shù)西行消失。只有大陸高壓與副熱帶高壓斷裂后，海上高壓中心在130°E 以東時(shí)，臺(tái)風(fēng)才有可能轉(zhuǎn)向北上。以下從副熱帶高壓形態(tài)、西風(fēng)槽發(fā)展強(qiáng)弱、東北切斷冷渦形成，對(duì)“三臺(tái)風(fēng)”移動(dòng)路徑、強(qiáng)度變化進(jìn)行分析。

8 號(hào)臺(tái)風(fēng)“巴威”是在大陸高壓與海上高壓斷裂、副高東退后，在大洋上發(fā)展起來的。從500 hPa高度場(chǎng)可以看到，8 月24 日08 時(shí)在內(nèi)蒙古、陜西、 山西境內(nèi)西風(fēng)帶有一淺槽， 高空引導(dǎo)氣流較弱，臺(tái)風(fēng)“巴威”在海上穩(wěn)定少動(dòng)。由于高層暖平流較強(qiáng)，低層冷平流相對(duì)較弱，25 日高空槽南壓，中高緯環(huán)流相對(duì)平直，沒有冷空氣及時(shí)補(bǔ)充，高空槽沒有加強(qiáng)，槽底部在30°N 附近，但副高開始增強(qiáng)，出現(xiàn)了明顯的引導(dǎo)氣流， 臺(tái)風(fēng)開始加強(qiáng)北上。 26日08 時(shí)臺(tái)風(fēng)進(jìn)入西風(fēng)帶， 槽底部南壓到30°N 以南，副高加強(qiáng)北抬，北脊在40°N 附近，西伸點(diǎn)在130°E 附近。 27 日02 時(shí)風(fēng)暴中心與西風(fēng)槽合并，27 日08 時(shí)可以看到氣旋閉合中心，14 時(shí)完全填塞， 看不到閉合氣旋中心。 此次過程副高徑向度大，高空槽弱，冷空氣不強(qiáng)，當(dāng)進(jìn)入西風(fēng)帶時(shí)，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱緩慢，仍以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)登陸。開始進(jìn)入西風(fēng)帶時(shí)，白山市并沒有產(chǎn)生降水，27 日02 時(shí)與西風(fēng)槽完全合并時(shí)，白山市降水開始。足見冷空氣弱，引導(dǎo)氣流不強(qiáng)，降水觸發(fā)機(jī)制不強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)能量釋放不徹底，產(chǎn)生的降水不是很強(qiáng)（圖2）。

圖2 2020 年8 月24 日08 時(shí)（a）、26 日08 時(shí)（b）、27 日02 時(shí)（c）500hPa 西風(fēng)槽發(fā)展及副高形態(tài)

9 號(hào)臺(tái)風(fēng)“美莎克”于8 月28 日在西北太平洋上生成， 隨后在大洋上不斷發(fā)展、 加強(qiáng)。 從500hPa 高度場(chǎng)可以看到，9 月1 日08 時(shí)在內(nèi)蒙古西南部、陜西、山西境內(nèi)有一西風(fēng)槽，且發(fā)展較強(qiáng)，副高北脊在40°N 以北，西伸點(diǎn)在130°E 以西。 20時(shí)副高略有東退，高空槽略有東移，同時(shí)大陸高壓加強(qiáng)東伸。 臺(tái)風(fēng)沿著副高邊緣北上，2 日02 時(shí)進(jìn)入西風(fēng)帶系統(tǒng)，高空槽槽底在25°N 附近，槽底相對(duì)8 號(hào)臺(tái)風(fēng)位置略偏南， 隨后隨著引導(dǎo)氣流繼續(xù)北上。 2 日20 時(shí)，大陸高壓與海上高壓重新聯(lián)接在一起，高層暖平流減弱，低層冷平流加強(qiáng)，使得高空槽加深、加強(qiáng)。 3 日02 時(shí)臺(tái)風(fēng)隨著西風(fēng)帶系統(tǒng)登錄朝鮮，高空槽繼續(xù)加深、加強(qiáng)，沒有與西風(fēng)槽完全合并。 3 日08 時(shí)與西風(fēng)槽完全合并。 此時(shí)由于烏拉爾山高壓脊前冷空氣南下， 在貝加爾湖形成阻塞高壓，使得東側(cè)低槽加深，同時(shí)在鄂霍次克海建立東高，白山市上空形成切斷低渦。白山市降水于9 月2 日13 時(shí)從長(zhǎng)白縣開始，即臺(tái)風(fēng)進(jìn)入西風(fēng)槽后就產(chǎn)生降水。冷空氣強(qiáng)，高空槽發(fā)展比較深厚，觸發(fā)能量釋放明顯，白山市降水相對(duì)明顯。

9 月1 日在西北太平洋生成2020 年第10 號(hào)臺(tái)風(fēng)“海神”，4 日加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。 4 日20 時(shí)，在貝加爾湖以東， 有一高空低渦， 渦底槽區(qū)底部在30°N 以南，副高北脊異常偏北，北脊接近50°N，西伸點(diǎn)在130°E 附近。 5 日14 時(shí)臺(tái)風(fēng)進(jìn)入西風(fēng)帶，槽底部在20°N 附近。 6 日08 時(shí)副高北脊南落至45°N 附近，西伸點(diǎn)在130°E 以東，同時(shí)低渦強(qiáng)度減弱。 7 日08 時(shí)，臺(tái)風(fēng)自副熱帶攜帶暖空氣北上，使阻塞高壓西側(cè)的暖平流進(jìn)一步增強(qiáng)， 有利于阻塞高壓的發(fā)展和維持，東高再次加強(qiáng)，同時(shí)在貝加爾湖附件形成阻塞高壓。 7 日20 時(shí)形成雙阻形勢(shì)，白山市上空形成切斷低渦。臺(tái)風(fēng)與冷渦的相互作用主要體現(xiàn)為牽引作用、吸引和合并作用、變性作用。臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流與冷渦外圍環(huán)流合并，臺(tái)風(fēng)與冷渦合并之后，冷空氣進(jìn)入臺(tái)風(fēng)內(nèi)部，臺(tái)風(fēng)變性為溫帶氣旋。 臺(tái)風(fēng)于5 日14 時(shí)進(jìn)入西風(fēng)帶，白山市并沒有產(chǎn)生降水， 只有臺(tái)風(fēng)低壓中心和冷渦中心相融合后白山市才產(chǎn)生降水。 白山市降水9 月7日0 時(shí)開始，至9 日08 時(shí)結(jié)束。

從以上對(duì)比分析不難看出，“三臺(tái)風(fēng)” 均發(fā)生在穩(wěn)定大尺度環(huán)流背景下， 即西風(fēng)帶系統(tǒng)與副高位置相對(duì)穩(wěn)定的形勢(shì)下；西風(fēng)帶系統(tǒng)相對(duì)強(qiáng)，槽底位置偏南，觸發(fā)機(jī)制就強(qiáng)，產(chǎn)生降水明顯；副高北脊位置越偏北， 越有利于引導(dǎo)臺(tái)風(fēng)北上； 冷空氣強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入西風(fēng)帶系統(tǒng)就產(chǎn)生降水，只有臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)帶系統(tǒng)強(qiáng)中心結(jié)合時(shí)才會(huì)出現(xiàn)明顯強(qiáng)降水。

3.3 物理量差異分析

3.3.1 700hPa 水汽

2020 年8 月22 日8 號(hào)臺(tái)風(fēng)“巴威”在西北太平洋上生成時(shí)，700hPa 比濕為13g/kg，隨后臺(tái)風(fēng)一直在海上打轉(zhuǎn)，北移緩慢，海上充足的水汽不斷卷入臺(tái)風(fēng)內(nèi)，臺(tái)風(fēng)得到充足的水汽補(bǔ)給，不斷加強(qiáng)。25 日發(fā)展為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，700hPa 比濕達(dá)15g/kg。27 日登陸后，受陸地的摩擦及地形影響，急流減弱，水汽輸送切斷，臺(tái)風(fēng)迅速減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，700hPa 比濕為14g/kg（圖3）。

圖3 2020 年8 月24 日02 時(shí)（a）、25 日08 時(shí)（b）地面氣壓場(chǎng)（單位：hPa）與700hPa 比濕（填色，單位：g/kg）

9 號(hào)臺(tái)風(fēng)“美莎克”于2020 年8 月28 日在西北太平洋上生成時(shí)，700hPa 比濕為12g/kg。 9 月1日發(fā)展為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，比濕達(dá)14g/kg。9 月3 日02 時(shí)在韓國(guó)慶尚南道強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)登陸時(shí)比濕為14g/kg。3日13 時(shí)進(jìn)入吉林省延邊州和龍市，減弱為熱帶風(fēng)暴，比濕仍維持在12g/kg。

2020 年第10 號(hào)臺(tái)風(fēng)“海神”于9 月1 日在西北太平洋生成時(shí)，700hPa 比濕達(dá)14g/kg。4 日加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)比濕達(dá)15g/kg。7 日早晨在韓國(guó)慶尚南道沿海臺(tái)風(fēng)級(jí)登陸時(shí)比濕減少到12g/kg。8 日凌晨減弱為熱帶風(fēng)暴級(jí)進(jìn)入吉林省和龍市， 比濕度達(dá)10g/kg（圖4）。

圖4 2020 年9 月4 日08 時(shí)（a）、7 日08 時(shí)（b）地面氣壓場(chǎng)（單位：hPa）與700hPa 比濕（填色，單位：g/kg）

水汽含量及輸送是臺(tái)風(fēng)發(fā)展和維持的重要因子[8-9]?！叭_(tái)風(fēng)”在洋面初生時(shí)，廣闊的洋面為其提供了充足的水汽。 “三臺(tái)風(fēng)”從生成到登陸前比濕都很大，水汽豐沛，使得臺(tái)風(fēng)得以維持一路北上。從700hPa 比濕不難看出， 臺(tái)風(fēng)“巴威”“美莎克”“海神”初生時(shí)比濕都在12g/kg 以上，“海神”比濕最大， 為14g/kg， 發(fā)展為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)比濕基本都在15g/kg。從臺(tái)風(fēng)登陸后影響白山市的主要降水時(shí)段看，700hPa 比濕不同，水汽輸送及維持時(shí)間不同，造成的降水量級(jí)也不同。 “巴威”對(duì)白山市的降水影響持續(xù)時(shí)間為15h，“美莎克” 影響持續(xù)時(shí)間為39h，“海神”影響持續(xù)時(shí)間為56h。 “巴威”對(duì)白山市降水影響持續(xù)時(shí)間最短；“海神” 影響持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，量級(jí)最大。

3.3.2 熱力條件分析

“三臺(tái)風(fēng)”影響白山市降水時(shí)，白山市都有一個(gè)高能中心，中心值在80℃左右?！鞍屯庇绊懡邓_始時(shí)能量值在72℃，“美莎克”和“海神”影響降水開始時(shí)均為56℃。降水結(jié)束時(shí)，“巴威”能量值仍然很大，仍在72℃左右，說明在白山市上空能量釋放和消耗少， 臺(tái)風(fēng)很快北上 （圖5）；“美莎克”和“海神”降水結(jié)束時(shí)，能量值在48℃左右，在白山市上空能量有一定釋放。 “巴威”能量足，冷空氣不強(qiáng)，沒有很好的觸發(fā)機(jī)制，能量得不到很好釋放，在白山產(chǎn)生的降水不大；相反，雖然“美莎克”和“海神”能量沒有“巴威”強(qiáng)，但影響白山市的冷空氣比較強(qiáng)，冷空氣與臺(tái)風(fēng)的暖濕氣流相遇，產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生明顯的降水。

圖5 2020 年8 月27 日08 時(shí)（a）、27 日14 時(shí)（b）假相當(dāng)位溫（單位℃）

3.4 登陸地點(diǎn)差異分析

“美莎克”“海神”在吉林和龍登陸，和龍市位于長(zhǎng)白山脈東側(cè)迎風(fēng)坡，臺(tái)風(fēng)登陸后，攜帶的暖濕氣流受山脈阻擋，引起氣流抬升，對(duì)流加強(qiáng)，對(duì)降水具有增幅作用， 登陸點(diǎn)臺(tái)風(fēng)中心位于白山市東側(cè)，強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)降水一般出現(xiàn)在中心的西側(cè)；“巴威”在遼寧寬甸登陸，登錄后快速北上，進(jìn)入通化西部及遼源市，之后繼續(xù)北上，這里是半山區(qū)，沒有高大的山脈阻擋，沒有地形抬升作用，另外臺(tái)風(fēng)中心位于白山市西側(cè)，降水不是很強(qiáng)。

4 結(jié)語

半個(gè)月內(nèi)3 個(gè)臺(tái)風(fēng)北上影響白山市， 歷史罕見。 穩(wěn)定的大尺度環(huán)流系統(tǒng)，副高脊線偏北，海上高壓中心在130°E 以東， 且在東部形成強(qiáng)的阻塞高壓，使得臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向北上。西風(fēng)帶中西風(fēng)槽在受阻的情況下，槽底槽線都在30°N 以南，有利于臺(tái)風(fēng)中心在槽前轉(zhuǎn)向北上。 “三臺(tái)風(fēng)”降水都是進(jìn)入西風(fēng)帶系統(tǒng)后，冷空氣流入，開始形成降水。 “三臺(tái)風(fēng)”北上，除了自身因素，還與副高形態(tài)、西風(fēng)槽發(fā)展、東北切斷冷渦等大尺度系統(tǒng)引導(dǎo)不同有關(guān)。

（1）“三臺(tái)風(fēng)” 北上后與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互影響不同。 西風(fēng)帶系統(tǒng)越強(qiáng)，槽底部越偏南，冷暖中心融合時(shí)間越長(zhǎng)，則降水持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，降水量級(jí)越大，影響范圍越廣。 臺(tái)風(fēng)“巴威”生成時(shí)500hPa 西風(fēng)槽非常淺薄， 高空槽底部向南伸展到30°N，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入西風(fēng)帶，中高緯環(huán)流相對(duì)平直，沒有冷空補(bǔ)充。盡管“巴威”強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)登陸，可能量得不到釋放，進(jìn)入西風(fēng)帶很快與冷中心融合，降水持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，降水量級(jí)相對(duì)較小?！懊郎恕薄昂Ｉ瘛鄙蓵r(shí)500hPa 為發(fā)展深厚的高空槽，冷空氣勢(shì)力強(qiáng)，槽底部向南伸展到20°N，位置更偏南一些，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入西風(fēng)帶后， 東高和西高加強(qiáng)， 形成切斷低渦，后與北上臺(tái)風(fēng)合并，臺(tái)風(fēng)減弱為溫帶氣旋。“海神”進(jìn)入西風(fēng)帶與冷中心結(jié)合相對(duì)較晚，降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，使得降水量級(jí)更大，影響范圍更廣。

（2）“三臺(tái)風(fēng)”從生成到登陸前比濕都很大，水汽豐沛，使得臺(tái)風(fēng)得以維持一路北上。臺(tái)風(fēng)“巴威”“美莎克”“海神” 初生時(shí)700hPa 比濕都在12g/kg以上，“海神”比濕最大，為14g/kg，發(fā)展為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)比濕基本都在15g/kg。

（3）“三臺(tái)風(fēng)”影響白山市降水時(shí)，白山市都有一個(gè)高能中心，中心值在80℃左右。 “巴威”能量足，冷空氣不強(qiáng)，能量得不到很好釋放，在白山產(chǎn)生的降水不大；相反，雖然“美莎克”和“海神”能量沒有“巴威”強(qiáng)，但影響白山市的冷空氣比較強(qiáng)，從而產(chǎn)生明顯的降水。

（4）“美莎克”“海神”在吉林和龍登陸，受長(zhǎng)白山脈阻擋，對(duì)降水有一定的增幅作用；“巴威”在遼寧寬甸登陸后，快速北上，沒有地形的增幅作用，導(dǎo)致降水不是很強(qiáng)。