影響吉林省的兩次相似路徑超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)對(duì)比分析

李 玥 張富龍 樊嘉璐

（1.吉林省氣象科學(xué)研究所，吉林長春 130062；2.松原市氣象局，吉林松原 138000；3.吉林省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，吉林長春 130062）

1 引言

臺(tái)風(fēng)是指發(fā)生在熱帶海洋上的一種具有暖中心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈氣旋性渦旋，總是伴有狂風(fēng)暴雨，常給受影響的地區(qū)造成嚴(yán)重氣象災(zāi)害[1]。國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)臺(tái)風(fēng)開展了很多相關(guān)研究，周小珊等[2]指出，能夠到達(dá)北方的熱帶氣旋往往都是較強(qiáng)的熱帶氣旋。陳聯(lián)壽等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)，潛熱釋放和斜壓位能釋放是近?；虻顷憻釒庑訌?qiáng)或維持的主要能源。高空急流對(duì)臺(tái)風(fēng)作用明顯，高層輻散有利于低層上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)從而加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)所引發(fā)的降水[4-5]。臺(tái)風(fēng)的路徑不僅受西太平洋副熱帶高壓影響，還與大陸高壓有關(guān)[6]。近些年來許多學(xué)者通過對(duì)比研究相似路徑臺(tái)風(fēng)進(jìn)而找出相似路徑臺(tái)風(fēng)的環(huán)流背景、物理量要素等之間的關(guān)系[7]。副熱帶高壓的強(qiáng)度和形狀變化、中高緯度低槽活動(dòng)直接影響臺(tái)風(fēng)能否北上影響吉林省[8]。

2020年吉林省多次受臺(tái)風(fēng)影響，尤其是9號(hào)臺(tái)風(fēng)“美莎克”和10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海神”兩個(gè)臨近臺(tái)風(fēng)給吉林省帶來了嚴(yán)重災(zāi)害損失，這兩個(gè)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑相似，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度也都達(dá)到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別，均給吉林省帶來了強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣。本文試圖通過對(duì)這兩個(gè)相似路徑臺(tái)風(fēng)進(jìn)行診斷分析來探討研究臺(tái)風(fēng)北上對(duì)應(yīng)的大尺度環(huán)流背景，進(jìn)入中高緯度后多尺度的相互作用以及強(qiáng)降水落區(qū)的有利因子，為以后的北上臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

2 資料與方法

研究所用數(shù)據(jù)來自2020年9月2—4日和9月7—9日吉林省區(qū)域氣象站常規(guī)觀測(cè)的降水和風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)網(wǎng)臺(tái)風(fēng)信息數(shù)據(jù)以及NCEP的1°×1°逐6h再分析資料。綜合利用相關(guān)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析、天氣診斷分析方法對(duì)比分析兩次臺(tái)風(fēng)形勢(shì)場(chǎng)、物理量特征等方面來研究臺(tái)風(fēng)北上及其所引發(fā)的強(qiáng)降水落區(qū)原因。

3 兩次臺(tái)風(fēng)過程概況及對(duì)吉林省的影響

3.1 兩次臺(tái)風(fēng)過程概況

2020年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“美莎克”8月28日08時(shí)生成于西北太平洋洋面（17.2°N，131.0°E）并向西移動(dòng)。9月1日05時(shí)發(fā)展成超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心附近最大風(fēng)力達(dá)16級(jí)（52m·s-1），中心最低氣壓為930hPa。3日01時(shí)前后在韓國慶尚南道釜山沿海登陸，登陸時(shí)中心最大風(fēng)力14級(jí)（42m·s-1），中心最低氣壓為950hPa。3日05時(shí)減弱為臺(tái)風(fēng)再次進(jìn)入日本海，當(dāng)日11時(shí)于朝鮮半島北部再次登陸。3日14時(shí)中心移入吉林省和龍市境內(nèi)，隨后向西北方向移動(dòng)，于3日20時(shí)移入黑龍江省五常市，中央氣象臺(tái)4日17時(shí)以后停止對(duì)其編號(hào)。生命史共177h，影響吉林省近42h。

2020年第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海神”9月1日20時(shí)生成于西北太平洋洋面（19.9°N，144.1°E）并向西移動(dòng)。4日05時(shí)發(fā)展成超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心附近最大風(fēng)力16級(jí)（52m·s-1），中心最低氣壓為935hPa。7日07時(shí)在韓國慶尚南道釜山沿海登陸，登陸時(shí)中心最 大 風(fēng) 力13級(jí) （38m·s-1），中 心 最 低 氣 壓 為957hPa。當(dāng)日14時(shí)再次入海并于21時(shí)前后在朝鮮半島北部再次登陸。8日02時(shí)左右經(jīng)朝鮮半島東北部進(jìn)入吉林省和龍市境內(nèi)，8日08時(shí)停止對(duì)其編號(hào)，之后逐漸變性為溫帶氣旋并長時(shí)間維持在吉林省和黑龍江省一帶，持續(xù)對(duì)吉林省造成風(fēng)雨影響。生命史共156h，影響吉林省近60h。

3.2 兩次臺(tái)風(fēng)過程降水分布特征

受9號(hào)臺(tái)風(fēng)“美莎克”影響吉林省出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣。9月2日20時(shí)—4日14時(shí)全省過程累積平均降水量為74.6mm，累積降水量大于100mm的有209站，50.1～100mm的有955站，最大累積降水量267.5mm（泗河鎮(zhèn)站），最大小時(shí)雨強(qiáng)57mm/h（解放南屯站），最大陣風(fēng)32.1m·s-1。強(qiáng)降水區(qū)域主要在吉林省中部和東部的延邊州，主要降水時(shí)段為3日01—18時(shí)（圖1a）。

圖1 吉林省2020年9月2日20時(shí)—4日14時(shí)（a）、7日08時(shí)—9日20時(shí)（b）累積降水量（單位：mm）

受10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海神”影響，9月7日08時(shí)—9日20時(shí)全省過程累積平均降水量為77.1mm，過程累積降水大于100mm的有216站，50.1～100mm的有977站，最大累積降水量222mm（平頂山村站），最大小時(shí)雨強(qiáng)38.7mm/h（洮河鎮(zhèn)站），最大陣風(fēng)24.6m·s-1。除吉林省西部的白城市外全省都出現(xiàn)了強(qiáng)降水，主要降水時(shí)段為9月7日10時(shí)—8日15時(shí)（圖1b）。

兩次相鄰臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑非常相似，尤其是登陸后路徑基本一致。從臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度來看兩次臺(tái)風(fēng)均達(dá)到了超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別，初次登陸時(shí)“美莎克”為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別，“海神”為臺(tái)風(fēng)級(jí)別，二次登陸時(shí)都為熱帶風(fēng)暴級(jí)別。兩次臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水區(qū)域都落于臺(tái)風(fēng)中心的西北側(cè)或北側(cè)，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)特征明顯?！懊郎恕苯邓畯?qiáng)度強(qiáng)于“海神”，但“海神”影響吉林省時(shí)間長于“美莎克”，最終受兩次臺(tái)風(fēng)影響吉林省大部都出現(xiàn)了強(qiáng)降水并伴隨大風(fēng)天氣。

4 兩次臺(tái)風(fēng)個(gè)例對(duì)比分析

4.1 大尺度環(huán)流背景分析

臺(tái)風(fēng)“美莎克”登陸前的9月2日20時(shí)亞歐大陸中高緯度地區(qū)為兩脊一槽形勢(shì)，貝加爾湖和鄂霍次克海附近各為一高壓脊，河套以東至東北、華北一帶有一寬廣槽，槽后有冷平流，隨后槽逐漸加強(qiáng)形成閉合環(huán)流。副熱帶高壓穩(wěn)定而強(qiáng)盛與大陸高壓疊加，其位置偏西偏北，臺(tái)風(fēng)中心沿著副熱帶高壓外圍向偏北方向移動(dòng)。4日08時(shí)減弱的臺(tái)風(fēng)“美莎克”同低渦合并，渦后有-16℃的冷中心，中低層冷平流的侵入使變性的臺(tái)風(fēng)斜壓性增強(qiáng)，導(dǎo)致合并后的渦不斷發(fā)展加強(qiáng)，受東部阻高影響，渦向西北方向移動(dòng)。

臺(tái)風(fēng)“海神”登陸前的9月7日08時(shí)亞歐大陸中高緯度地區(qū)為兩槽兩脊形勢(shì)，巴爾喀什湖附近有一冷渦，貝加爾湖附近有一暖脊，暖脊不斷發(fā)展加強(qiáng)，東部鄂霍次克海附近有一阻塞高壓，臺(tái)風(fēng)登陸后自身維持低渦，渦后有-12℃的溫度線，冷平流有利于臺(tái)風(fēng)的維持和變性發(fā)展。副熱帶高壓偏北且不斷西伸加強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)沿著副熱帶高壓外圍向偏北方向移動(dòng)，受東部阻高影響變性后的臺(tái)風(fēng)移動(dòng)緩慢，長時(shí)間穩(wěn)定維持在吉林省和黑龍江省一帶，導(dǎo)致吉林省降水持續(xù)時(shí)間較長。

4.2 兩次臺(tái)風(fēng)暴雨物理量對(duì)比分析

4.2.1 水汽條件

充沛而持續(xù)的水汽條件對(duì)臺(tái)風(fēng)維持和暴雨的發(fā)生都非常重要，兩次臺(tái)風(fēng)除了其自身攜帶的水汽之外，臺(tái)風(fēng)“美莎克”影響吉林省期間日本海上有一支偏南低空急流向臺(tái)風(fēng)東側(cè)輸送水汽，最大風(fēng)速達(dá)32～36m·s-1，在臺(tái)風(fēng)“海神”外圍頭部有偏南氣流，將臺(tái)風(fēng)“海神”外圍水汽向臺(tái)風(fēng)“美莎克”輸送。此外通過水汽通量散度也可以發(fā)現(xiàn)“美莎克”的水汽來源主要來自于東海、黃海、日本海以及臺(tái)風(fēng)“海神”外圍的西太平洋水汽，最大水汽通量值達(dá)到24～32kg·m-1·s-1，水汽通量大，輸送強(qiáng)度強(qiáng)（圖2a）。臺(tái)風(fēng)“海神”影響吉林省期間日本海上同樣有一支西南低空急流向臺(tái)風(fēng)東南側(cè)輸送水汽，最大風(fēng)速達(dá)到30～34m·s-1，通過分析水汽通量發(fā)現(xiàn)“海神”的水汽來源除了來自于東海、黃海、日本海和西太平洋以外，沿著南部沿海一帶存在一個(gè)水汽通道將南海、孟加拉灣水汽向臺(tái)風(fēng)“海神”輸送，但強(qiáng)度相對(duì)較弱，“海神”最大水汽通量為20～24kg·m-1·s-1（圖2b）。通過分析臺(tái)風(fēng)影響期間吉林省整層大氣可降水量發(fā)現(xiàn)“美莎克”整層大氣可降水量最大值為50～70kg·m2，而“海神”為40～60kg·m2，但持續(xù)時(shí)間較長，也體現(xiàn)了海神降水持續(xù)時(shí)間比較長。對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩次臺(tái)風(fēng)過程水汽條件都比較好，但“美莎克”水汽條件要好于“海神”。

圖2 2020年9月2日20時(shí)—4日08時(shí)（a）、9月7日08時(shí)—9日14時(shí)（b）850hPa水汽通量和水平風(fēng)場(chǎng)平均值（陰影區(qū)為850hPa水汽通量，單位：kg·m-1·s-1；箭頭為850hPa水平風(fēng)場(chǎng)，單位：m·s-1）

4.2.2 動(dòng)力條件分析

低空急流不僅為降水輸送水汽和不穩(wěn)定能量，低空急流左前側(cè)的氣旋性切變渦度區(qū)和其頭部輻合造成的上升運(yùn)動(dòng)都為降水提供了動(dòng)力機(jī)制[9-11]。隨著臺(tái)風(fēng)北上，阻高不斷向西北發(fā)展，使臺(tái)風(fēng)和阻高之間形成了很強(qiáng)的東南風(fēng)，這支東南氣流將來自臺(tái)風(fēng)和急流輸送的能量和水汽不斷向臺(tái)風(fēng)北側(cè)輸送，使臺(tái)風(fēng)北側(cè)造成了強(qiáng)烈的輻合上升，為降水提供了動(dòng)力條件。

兩次臺(tái)風(fēng)登陸前在內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江交界上空200hPa有一支穩(wěn)定的高空急流，高空急流入口區(qū)右側(cè)有正的渦度平流，臺(tái)風(fēng)登陸后移入高空輻散區(qū)，高層輻散低層輻合上下層耦合有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。此外高空急流為臺(tái)風(fēng)的高層流出提供了一個(gè)高速氣流和高層反氣旋切變的環(huán)境，使臺(tái)風(fēng)北上進(jìn)入較冷區(qū)后強(qiáng)度仍然有所維持。通過散度場(chǎng)來看，臺(tái)風(fēng)“美莎克”過程3日08時(shí)（圖3a）在高空急流入口區(qū)右側(cè)，臺(tái)風(fēng)中心西北側(cè)有一強(qiáng)輻合中心，也正是強(qiáng)降水落區(qū)。臺(tái)風(fēng)“海神”7日20時(shí)（圖3b）在高空急流入口區(qū)右側(cè)臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)有一強(qiáng)輻合中心同樣對(duì)應(yīng)著強(qiáng)降水區(qū)域。

圖3 2020年9月3日08時(shí)（a）、7日20時(shí)（b）200hPa高空急流（等值線，單位：m·s-1）、850hPa風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s-1）和散度場(chǎng)（陰影，單位：s-1）

4.2.3 熱力條件分析

分析兩次臺(tái)風(fēng)暴雨期間經(jīng)暴雨中心的緯向垂直剖面，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)“美莎克”850hPa以下?θ/?p=0，為中性層結(jié)，850hPa以上為穩(wěn)定層結(jié)。從低層到高層有向西傾斜的θse等值線密集區(qū)即能量鋒區(qū)，且鋒區(qū)較強(qiáng)，鋒區(qū)東側(cè)的東南風(fēng)將暖濕空氣向鋒區(qū)輸送并與西側(cè)的偏北風(fēng)在鋒區(qū)附近交匯造成較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，暖濕空氣向上輸送，是降水發(fā)生在臺(tái)風(fēng)中心西北側(cè)的主要原因，降水主要發(fā)生在能量鋒區(qū)和垂直速度大值區(qū)疊加附近。

臺(tái)風(fēng)“海神”從底層到高層也有向西傾斜的θse等值線密集區(qū)，850hPa以下為不穩(wěn)定層結(jié)，以上為穩(wěn)定層結(jié)。鋒區(qū)西側(cè)低層有一能量舌，鋒區(qū)東側(cè)的東南風(fēng)和西側(cè)東北風(fēng)在鋒區(qū)附近交匯并造成較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度大值區(qū)主要位于850hPa以下且伸展高度弱于臺(tái)風(fēng)“美莎克”，強(qiáng)降水同樣出現(xiàn)在能量鋒區(qū)和垂直速度大值區(qū)疊加附近即臺(tái)風(fēng)中心的北側(cè)。

5 結(jié)語

（1）兩次北上登陸的臺(tái)風(fēng)生命史長、強(qiáng)度大，臺(tái)風(fēng)“美莎克”在吉林省引發(fā)的降水強(qiáng)度強(qiáng)于“海神”，但降水的持續(xù)時(shí)間短于“海神”，最終二者在吉林省都產(chǎn)生了較強(qiáng)降水，降水呈非對(duì)稱性。

（2）兩次臺(tái)風(fēng)在偏南氣流的引導(dǎo)下沿副熱帶高壓外圍向北偏西方向移動(dòng)，進(jìn)入中緯度地區(qū)后受東部阻塞高壓和臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向風(fēng)場(chǎng)偏西分量增大的影響使臺(tái)風(fēng)向西北方向移動(dòng)，進(jìn)而影響整個(gè)吉林省。隨著兩次臺(tái)風(fēng)北上東部阻塞高壓不斷向西北發(fā)展，在臺(tái)風(fēng)和阻高之間形成了很強(qiáng)的東南氣流，將來自臺(tái)風(fēng)和急流輸送的能量和水汽不斷向臺(tái)風(fēng)北側(cè)輸送，在北側(cè)造成了強(qiáng)烈的輻合上升，暖濕空氣向上輸送，是降水發(fā)生在臺(tái)風(fēng)中心西北或北側(cè)的主要原因。

（3）兩次臺(tái)風(fēng)登陸前200hPa都有一支高空急流，臺(tái)風(fēng)登陸后移入高空輻散區(qū)，高層輻散低層輻合上下層耦合有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

（4）兩次臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)其右側(cè)有強(qiáng)盛的低空急流為其輸送水汽，臺(tái)風(fēng)“美莎克”最大水汽通量值達(dá)到24～32kg·m-1·s-1，臺(tái)風(fēng)“海神”最大水汽通量為20～24kg·m-1·s-1，臺(tái)風(fēng)“美莎克”水汽條件好于臺(tái)風(fēng)“海神”。