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東海熱帶氣旋登陸后轉向入海問題的探討

2012-12-23 08:44鐘元滕衛(wèi)平滕舟胡波董美瑩
海洋預報 2012年2期
關鍵詞:入海西風氣旋

鐘元,滕衛(wèi)平,滕舟,胡波,董美瑩

(1.浙江省氣象科學研究所,浙江杭州310017;2.浙江省氣象信息中心,浙江杭州310017;3.浙江省氣象臺,浙江杭州 310017)

東海熱帶氣旋登陸后轉向入海問題的探討

鐘元1,滕衛(wèi)平1,滕舟2,胡波3,董美瑩1

(1.浙江省氣象科學研究所,浙江杭州310017;2.浙江省氣象信息中心,浙江杭州310017;3.浙江省氣象臺,浙江杭州 310017)

應用合成分析及相關分析方法研究了影響熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑趨勢的若干因素,結果表明:登陸后轉向入海路徑趨勢隨時間和登陸地點的變化分布說明熱帶氣旋登陸后路徑仍受基本氣流的引導和制約;熱帶氣旋登陸時的慣性和地轉力的變化對熱帶氣旋登陸后的路徑趨勢有一定影響;環(huán)境場對熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑有較大影響,尤其對流層中層流場對登陸后的熱帶氣旋的移動仍有明顯的引導作用;中國東部至黃海區(qū)域是環(huán)境場影響熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑趨勢的關鍵區(qū),當區(qū)域內西北太平洋副熱帶高壓加強西伸,西風槽北撤,則熱帶氣旋登陸后在副高南側東風氣流引導下向內陸西行至消亡,當區(qū)域內副高減弱東退,西風槽南壓,則熱帶氣旋登陸后受副高西側偏南氣流與西風槽前西南氣流引導轉向入海;登陸后18—36h是轉向入海路徑趨勢受環(huán)境場影響的敏感時段。

熱帶氣旋;登陸后;轉向入海;影響因素

1 引言

近幾年來對熱帶氣旋登陸以后的路徑已有一些研究,如對32年來西北太平洋熱帶氣旋登陸我國的頻率、位置、維持、衰減、變性、加強及消亡等進行統(tǒng)計分析[1];登陸后熱帶氣旋有向西北前方強對流區(qū)加速的運動趨向[2];登陸過程中的路徑變化[3];環(huán)境場對登陸后熱帶氣旋陸地路徑維持時間的影響[4];對東海熱帶氣旋登陸概率的預測[5]及對熱帶氣旋登陸過程診斷分析[6-7]等。這些研究加深了人們對熱帶氣旋登陸以后的移動規(guī)律及其影響機制的了解,但尚未涉及對熱帶氣旋登陸以后的路徑趨勢的研究。

熱帶氣旋在我國東部沿海登陸后移動路徑有兩種趨勢:一種是向西移行,強度不斷減弱,逐漸填塞,最終在內陸消亡;另一種則向北移行后轉向東北,從陸地重新入海。這兩種迥異路徑趨勢是因何而起,影響的主要因素是什么?當前對這一問題的探討尚少,本文的目的就是分析影響登陸后熱帶氣旋的轉向入海路徑趨勢的因素是什么?哪些因素在何時何地起了主要或重要作用。分析可加深對熱帶氣旋登陸以后的轉向入海路徑趨勢及其影響機制的了解,并為進一步預報登陸后熱帶氣旋的路徑趨勢提供依據(jù)。

2 樣本、資料和分析方法

1949—2009年的61年中,在23.5°N以北中國大陸沿海登陸的強度為熱帶風暴以上(含熱帶風暴、強熱帶風暴、臺風、強臺風及超級臺風)的熱帶氣旋125個,平均每年2.05個。熱帶氣旋路徑及強度資料取自中國氣象局的《臺風年鑒》和《熱帶氣旋年鑒》。環(huán)境場資料取自美國國家環(huán)境預報中心和美國國家大氣研究中心(NCEP/NCAR)每6 h一次的再分析格點資料。

對熱帶氣旋登陸后路徑趨勢的氣候概況的分析應用氣候學統(tǒng)計分析方法,在探討環(huán)境場影響熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑趨勢時應用了合成分析和相關分析方法,這些方法可避免對單個熱帶氣旋進行分析得到的結論只代表個別熱帶氣旋,而應用多個熱帶氣旋樣本進行合成分析和相關分析的結果可代表它們的共性,因而具有普遍意義。

3 登陸熱帶氣旋轉向入海的氣候統(tǒng)計特征

在23.5°N以北中國大陸沿海登陸的熱帶氣旋共計125個,其中登陸后西行并在大陸內地消亡66例(含登陸后西南行進入南海北部灣2例);登陸后轉向再度入海59例(含轉向后在渤海以北大陸東行進入125oE以東1例),占登陸熱帶氣旋總數(shù)的47.2%。在所有登陸的熱帶氣旋中,1/2弱個例會轉向入海,而約1/2略多的個例都將在內陸消亡。轉向入海熱帶氣旋頻數(shù)-登陸時間分布見表1。

從表1可見,1—4月及11—12月未見有熱帶氣旋在23.5°N以北中國大陸沿岸登陸,8月份的登陸頻數(shù)最高,占登陸年頻數(shù)的44%;7、9月份次之,分別為26%、23%;其他月份的登陸頻數(shù)甚低,均在3%以下。5—6月熱帶氣旋登陸后轉向入海頻數(shù)占該月總數(shù)的百分率最高,100%的熱帶氣旋登陸后轉向入海;10月份次之,大約3/4的熱帶氣旋登陸后轉向入海;7、8、9三個月分別47%、36%、55%的熱帶氣旋登陸后轉向入海。8月份的熱帶氣旋登陸后內陸消亡頻數(shù)最高,64%可西行并在內陸消亡。

熱帶氣旋登陸后路徑趨勢隨時間的變化表明了熱帶氣旋登陸后路徑仍受基本氣流的引導和制約:5—6月,西北太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)位置偏南偏東,大部分熱帶氣旋登陸后很快進入西風帶,受西風槽前西南氣流的引導轉向入海;7—8月,副高勢力最強,位置偏北偏西,大部分(約60%)熱帶氣旋登陸后在副高南側東風氣流的引導下西行并在內陸消亡,8月份副高位置最北,熱帶氣旋登陸后進入副高北側西風帶的幾率最低,因而轉向入海的概率也最低;9月份以后,副高強度減弱,位置南移東退,西風氣流重新影響東海熱帶氣旋路徑,轉向入海的趨勢增大。

表1 分月熱帶氣旋登陸總頻數(shù)及轉向入海頻數(shù)

熱帶氣旋在中國大陸各省登陸首次的情況見表2。

從表2可見,熱帶氣旋在福建登陸的頻數(shù)最高,占所有登陸總數(shù)的61%,由此往北次第減?。辉谏虾<耙员钡顷懙念l數(shù)最低、僅占所有登陸總數(shù)的7%。在山東省登陸的熱帶氣旋轉向入海頻數(shù)最高,100%轉向;其次為在浙江,有65%轉向入海;在上海登陸的熱帶氣旋轉向入海頻數(shù)為零。

表2 熱帶氣旋在中國大陸各省登陸的頻數(shù)

熱帶氣旋登陸后轉向入海幾率隨登陸點北移而增大的統(tǒng)計特征反映了熱帶氣旋受副熱帶高壓外側引導氣流的作用:登陸地點偏南的東海熱帶氣旋,幾乎都處于副高南側,受東風氣流的引導下西行并在內陸消亡,鮮有轉向入海的趨勢;登陸地點越往北,熱帶氣旋越靠近副高西側,先后受偏南、偏西氣流的引導,轉向入海的幾率越高。

圖1 登陸熱帶氣旋的兩種樣本

4 登陸熱帶氣旋重新入海的環(huán)境場特征

為了比較登陸熱帶氣旋在內陸消亡和轉向入海兩種情況的差異,分別選取了10例在福州附近登陸并在內陸消亡的登陸熱帶氣旋及10例在福州附近登陸并轉向入海的登陸熱帶氣旋,列于表3—4,其路徑圖見圖1。

從表3—4可看出,兩種熱帶氣旋登陸時的平均經(jīng)緯度、近中心氣壓和近中心最大風力都相當,其在內陸持續(xù)時間由于內陸消亡個例選進了若干深入內陸而持續(xù)時間特長的個例,因而其平均持續(xù)時間比轉向入海個例要長得多。

以下對登陸熱帶氣旋的兩種樣本的環(huán)境場(0°—60°N,90—180°E)作合成分析,以尋求它們之間的差異。

4.1 500 hPa高度場

表3 登陸熱帶氣旋的轉向入海個例

表4 登陸熱帶氣旋的內陸消亡個例

圖2 500 hPa高度場的合成分析圖

圖3 200 hPa流場的合成分析圖(陰影部分表示風速≥30 m/s)

圖4 850 hPa流場的合成分析圖(陰影部分表示風速≥12m/s)

圖5 500 hPa引導場的合成分析圖史(陰影部分表示北風,非陰影部分表南風)

對登陸熱帶氣旋兩種樣本的500 hPa高度場的合成分析見圖2。

從500 hPa高度場的合成分析圖可以看出,轉向入海類的副高比內陸消亡類要弱得多,在登錄時刻,甚至看不出副高的表現(xiàn)。35°N以北,110°E為一低槽。24 h后,副高遠離大陸,低槽與臺風槽合并成為沿海一深槽,臺風則沿槽前西南氣流向北移動,然后轉向東北,重新入海。而內陸消亡類在登錄時刻,副高極其強大,形成一高壓壩西伸至大陸深處,阻擋了熱帶氣旋向北、向東移動。在登陸24 h后,副高依然強大,其西伸脊仍然伸向大陸,熱帶氣旋只能受著副高南側的東南偏東氣流的引導向西移行。

從沿35°N位勢高度-時間剖面圖可以看出,轉向入海類≥588位勢什米的副高從0—48 h始終維持在130°E以東,110°—130°E維持一低槽,低槽沿西南-東北走向,有利于熱帶氣旋沿此槽北上轉向。而內陸消亡類在130°E以東副高維持,120°E以東維持一低槽,低槽沿東南-西北走向,熱帶氣旋向偏西偏北方向移動。

從沿125°E位勢高度-時間剖面圖可以看出,轉向入海類從0—48 h在30°N以北為一低槽區(qū),有利于熱帶氣旋北上轉向。內陸消亡類在40°N從0—48 h始終維持一強大副高,阻擋了熱帶氣旋向30°N以北移動,只能在副高南側的偏東氣流引導下,向西移行。

4.2 高層流場

用200 hPa流場代表高層流場,登陸熱帶氣旋的兩種樣本的合成分析見圖3。

從200 hPa流場的合成分析圖可以看出,轉向入海類中高緯帶環(huán)流呈緯向型,青藏高壓較弱,而海上的反氣旋環(huán)流強大。在登陸時刻,青藏高壓局限于青藏高原,海上的反氣旋勢力到達沿海,西風急流中心位于我國東北-日本北部一帶。登陸后24 h,青藏高壓進一步萎縮,而海上反氣旋勢力擴展到我國東南部,西風急流進一步增強,其風速中心達40 m/s以上。登陸熱帶氣旋的移動趨向高空反氣旋中心,所以移向北偏東。而內陸消亡類中高緯帶環(huán)流呈經(jīng)向型,在登陸時刻青藏高壓強大,其勢力從印度北部一直伸到中國東海,海上的反氣旋則并入青藏高壓。西風急流中心位于我國新疆北部-蒙古,勢力較弱。登陸后24 h,情況少變。登陸熱帶氣旋的移動趨向高空反氣旋中心,因此移向西。

4.3 低層流場

用850 hPa流場代表低層流場,登陸熱帶氣旋兩種樣本的合成分析見圖4。

從850 hPa流場的合成分析圖可以看出,轉向入海類的海上副高的反氣旋環(huán)流強大,但登陸后24 h,副高有所減弱東撤,而熱帶氣旋東側≥12 m/s的風速中心保持。在副高西側的偏南氣流和副高北側的偏西氣流引導下,熱帶氣旋向北偏東方向移動。而內陸消亡類的副高加強西伸,阻擋了熱帶氣旋向北向東方向移動。熱帶氣旋東側的風速中心也減弱至12 m/s,在副高西南側的偏東氣流引導下,熱帶氣旋向西移動。

4.4 中層引導氣流

用500 hPa流場代表中層引導場,登陸熱帶氣旋的兩種樣本的合成分析見圖5。熱帶氣旋的移動受環(huán)境氣流的引導,而對流層中層的引導作用尤為重要[8-11]。

從500 hPa流場的合成分析圖可以看出,轉向入海類的海上副高的反氣旋環(huán)流偏弱偏東,熱帶氣旋環(huán)流先后受副高西側與大陸沿海的偏南氣流影響,向北移行;隨后,熱帶氣旋處在副高北側偏西氣流和西風帶西南氣流之中,受此氣流的引導,熱帶氣旋向東北移動。登陸后24 h,熱帶氣旋環(huán)流的大風區(qū)與西南急流合并,成為一強大的西南風急流,在此氣流引導下,熱帶氣旋向北向東移動。而內陸消亡類的熱帶氣旋北側的副高強大且西伸,阻斷了熱帶氣旋向北、向東的移動,只能在副高南側的東風氣流的引導下,向西移動。熱帶氣旋環(huán)流東北側的大風區(qū)在登陸后24 h已經(jīng)消失。

從轉向入海類沿122.5°E風速u-時間分布剖面圖可以看出,25°—35°N帶的東風氣流較弱,到18 h后就完全轉為西風,熱帶氣旋在西風氣流的控制下,迅速轉向入海。而內陸消亡類25°—35°N的東風強盛,從0 h一直延續(xù)到48 h以后,熱帶氣旋在東風氣流的控制下,向西移動,直至消亡。

從轉向入海類沿30°N風速v-時間分布剖面圖可以看出,120°—130°E帶的南風氣流強盛,從0 h一直延續(xù)到48 h以后,熱帶氣旋在南風氣流的控制下,向北移行。而內陸消亡類南風氣流較弱,24 h后接近消失,熱帶氣旋在減弱的南風氣流的引導下,緩慢向北移行。

5 環(huán)境場與熱帶氣旋轉向入海的相關

圖6 850 hPa緯向風速u與熱帶氣旋轉向入海的相關圖(陰影部分為相關系數(shù)r≥0.30,圖中數(shù)字為相關系數(shù)r×100)

為考察環(huán)境場對熱帶氣旋轉向入海的影響,本文對0o—60oN,90o—180oE 范圍內,分辯率為2.5o×2.5o經(jīng)緯距,樣本數(shù)為125的20種環(huán)境場要素(高度H、氣壓P、溫度T、相對濕度R、比濕q、水平風速u和v、垂直速度ω、渦度ζ和散度D等)變量因子在9個時次(從登陸時刻0時至登陸后48 h,每隔6 h一次)與熱帶氣旋轉向入海路徑趨勢進行了相關分析。分析結果表明:不少因子與熱帶氣旋登陸后轉向入海的路徑趨勢有很高的相關,它們的最高相關系數(shù)rmax都大大超過了0.001信度的檢驗值,其中若干因子的最高相關系數(shù)都超過了0.50,尤其是對流層中層500 hPa的因子占了高相關因子的很大比重(約50%),這表明熱帶氣旋的環(huán)境中層氣流不僅對熱帶氣旋在海洋上的移動路徑具有重要的引導作用[10-11],而且對登陸后的熱帶氣旋的移動仍有明顯的引導作用。

圖6—7表明了環(huán)境場850 hPa的緯向氣流u850及500 hPa相對渦度ζ 500與熱帶氣旋轉向入海的相關變化。

圖7 500 hPa相對渦度ζ 500與熱帶氣旋轉向入海的相關圖(陰影部分為相關系數(shù)r≥0.30,圖中數(shù)字為相關系數(shù)r×100)

從圖6可看出,850 hPa的緯向氣流u 850與熱帶氣旋轉向入海的高相關區(qū)(其中心的最高相關系數(shù)rmax≥0.50)在0—12 h均未出現(xiàn),18 h后出現(xiàn),并一直延續(xù)至48 h。高相關區(qū)的范圍為25o—35oN,115o—125oE。正相關表明該區(qū)內西風氣流增大或東風氣流減弱,有利于熱帶氣旋轉向入海,而該區(qū)內西風氣流減小或東風氣流增大則有利于熱帶氣旋向內陸西行至消亡。

從圖7可看出,500 hPa的相對渦度ζ 500與熱帶氣旋轉向入海的高相關區(qū)(其中心的最高相關系數(shù)rmax≥0.50)在0—12 h均未出現(xiàn),18 h后出現(xiàn),并一直延續(xù)至48 h。高相關區(qū)的范圍為30o—40oN,115o—125oE。正相關表明該區(qū)內相對正渦度增大或負渦度減小,有利于熱帶氣旋強度維持并轉向入海,而該區(qū)內相對正渦度減小或負渦度增大,則有利于熱帶氣旋強度減弱并向內陸西行至消亡。

從考察其他要素與熱帶氣旋轉向入海的高相關區(qū),可以得到類似的結論(圖略):

500 hPa高度:500 hPa高度與熱帶氣旋轉向入海的高相關區(qū)范圍為 27.5°—35oN,115o—125oE,出現(xiàn)時間18—42 h。負相關表明該區(qū)內500 hPa高度降低,副高減弱東撤,有利于熱帶氣旋轉向入海,而該區(qū)內500 hPa高度升高,副高加強西伸,則有利于熱帶氣旋向內陸西行至消亡。

850 hPa濕度:850 hPa濕度與熱帶氣旋轉向入海 的 高 相關 區(qū)范 圍為 27.5o—37.5 oN,115o—125oE,出現(xiàn)時間12—36 h。正相關表明該區(qū)內850 hPa濕度增高,保證了熱帶氣旋得到水汽輸送,有利于熱帶氣旋維持并轉向入海,而該區(qū)內850 hPa濕度降低,熱帶氣旋水汽輸送被截斷,則有利于熱帶氣旋減弱。

500 hPa經(jīng)向氣流:500 hPa經(jīng)向風速與熱帶氣旋轉向入海的高相關區(qū)范圍為20o—40oN,120o—130oE,出現(xiàn)時間12—42 h。正相關表明該區(qū)內500 hPa南風增大或北風減小,有利于熱帶氣旋北上轉向入海,而該區(qū)內500 hPa南風減小或北風增大,則有利于熱帶氣旋向內陸西行至消亡。

850 hPa垂直速度:850 hPa垂直速度與熱帶氣旋轉向入海的高相關區(qū)范圍為27.5o—37.5oN,115o—130oE,出現(xiàn)時間18—36 h。負相關表明該區(qū)內低層上升運動加強或下沉運動減弱,將有利熱帶氣旋低層的輻合上升運動,有利熱帶氣旋強度維持并北上轉向入海;反之,該區(qū)內下沉運動加強或上升運動減弱,將有利登陸后熱帶氣旋強度減弱并向內陸西行至消亡。

200 hPa散度:200 hPa散度與熱帶氣旋轉向入海的高相關區(qū)范圍為 27.5o—40oN,115o—130oE,出現(xiàn)時間12—36 h。正相關表明該區(qū)內輻散加強或輻合減弱,抽吸作用明顯,熱帶氣旋強度得到維持,有利于熱帶氣旋北上轉向入海;反之,該區(qū)內輻散減弱或輻合加強,抽吸作用減弱,不利熱帶氣旋強度維持,有利于熱帶氣旋向內陸西行至消亡。

30oN以北,40oN以南,115oE以東,130oE以西的中國東部至黃海區(qū)域內集中了環(huán)境場的大部分最高相關因子,該區(qū)域為環(huán)境場影響熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑趨勢的關鍵區(qū)。在臺風季節(jié),該區(qū)域既是副高西伸或東退活動的通道,又是西風槽南壓或北撤活動的場所。當區(qū)域內副高加強西伸,西風槽北撤,則熱帶氣旋登陸后在副高南側東風氣流引導下向內陸西行至消亡;當區(qū)域內副高減弱東退,西風槽南壓,則東海熱帶氣旋登陸后先受副高西側南風氣流引導下向北移行,后又受南壓西風槽前西南氣流引導轉向入海。

6 結論

(1)熱帶氣旋登陸后占總數(shù)一半略多的個例向西移行在內陸消亡,一半略少的個例轉向入海。轉向入海的幾率以9、10月份較高。在浙江省登陸的熱帶氣旋轉向入海的幾率最大。登陸后路徑趨勢隨時間和登陸地點的變化分布表明熱帶氣旋登陸后路徑仍受基本氣流的引導和制約;

(2)在高層,高緯帶環(huán)流呈緯向型,青藏高壓較弱,海上的反氣旋環(huán)流強大,我國東北至日本北部西風急流強,熱帶氣旋易轉向入海;而高緯帶環(huán)流呈經(jīng)向型,青藏高壓強大,西風急流中心位于我國新疆北部-蒙古,勢力較弱,熱帶氣旋易西行消亡;在低層,海上副高減弱東撤,熱帶氣旋易轉向入海;而副高加強西伸,熱帶氣旋易西行消亡;

(3)當對流層中層副高強大并西伸至大陸時,阻止了熱帶氣旋轉向入海,熱帶氣旋受副高南側東風氣流引導西行至消亡;當副高較弱并東撤時,熱帶氣旋受副高西側南風氣流和西風帶西南氣流引導可轉向入海。對流層中層流場對登陸后的熱帶氣旋的移動仍有明顯的引導作用;

(4)環(huán)境場與熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑趨勢有較高的相關,表明環(huán)境場對熱帶氣旋登陸后路徑有較大影響。27.5o—37.5oN,115o—130oE的中國東部至黃海區(qū)域是環(huán)境場影響熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑趨勢的關鍵區(qū),當區(qū)域內西北太平洋副熱帶高壓加強西伸,西風槽北撤,則登陸后的東海熱帶氣旋在副高南側東風氣流引導下向內陸西行至消亡;當區(qū)域內副高減弱東退,西風槽南壓,則熱帶氣旋登陸后受副高西側偏南氣流與西風槽前西南氣流引導轉向入海;

(5)熱帶氣旋登陸后18—36 h是登陸后轉向入海路徑趨勢受環(huán)境場影響的敏感時段,該時段內,環(huán)境場與熱帶氣旋登陸后轉向入海路徑趨勢有最高的相關。

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Prelininary analysis on the track-turning of tropical cyclones after landfall in the East China Sea

ZHONG Yuan1,TENG Wei-ping1, TENG Zhou2, HU Bo3,DONG Mei-ying1

(1.Zhejiang Institute of Meteorology,Hangzhou Zhejiang 310017 China;2.Zhejiang Meteorological Information Center,Hangzhou Zhejiang 310017 China;3.Zhejiang Meteorological Observatory,Hangzhou Zhejiang 31001 China)

In this paper,major factors affecting the track of tropical cyclones(TCs)after their landfall in the East China Sea are carried out by the composite and correlation analysis.It is shown that the trend of re-entering the seas is varying with time and landing location,which indicates that the TCs are still largely controlled by the mean atmospheric flow after the landfall.In addition,the change of inertia and Coriolis forces make landfall exert significant influence on their moving tracks afterward.The east of China and Yellow Sea is revealed as key regions where the environmental flow significantly affects the movement of the TCs.When the subtropical high in this region is strengthened and extends westward,accompanied by a northward shrink of the westerly trough,the TC tends to move westward after landfall and die away inland.However,when the subtropical high in this region is weak and shrinks eastward,accompanied by southward push of the westerly trough,the track of TC tends to turning after landfall and re-enter the sea at the north of landfall point.The environment before the landfall of a TC has little impact on its track turning,while it is sensitive to the environmental change in approximately 18—36 hours after landfall.

tropical cyclone;track after landfall;re-enter the sea;effect factors

P444

A

1003-0239(2012)02-0014-11

2011-05-09

浙江省科技計劃項目(2010C33078)

鐘元(1945-),男,研究員,從事臺風研究工作。E-mail:yzhong686@hotmail.com

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