林曉霞，王碩甫，馮業(yè)榮

（1．成都信息工程大學大氣科學學院，四川成都 610225；2．廣州熱帶海洋氣象研究所，廣東廣州 510080；3．佛山市氣象局，廣東佛山 528000）

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超強臺風“威馬遜”登陸前快速加強的特征和原因分析

林曉霞1，2，王碩甫1，3，馮業(yè)榮2

（1．成都信息工程大學大氣科學學院，四川成都 610225；2．廣州熱帶海洋氣象研究所，廣東廣州 510080；3．佛山市氣象局，廣東佛山 528000）

摘 要：利用NCEP資料、CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)和FY系列衛(wèi)星云圖對超強臺風“威馬遜”登陸前特征和突增成因進行分析。結(jié)果表明：“威馬遜”強度突增期間副高西伸脊點顯著東退，高低壓之間維持強的氣壓梯度。臺風急劇發(fā)展期間結(jié)構(gòu)趨于對稱化加強，高低層輻合輻散急劇發(fā)展，持續(xù)增強的正渦度柱不斷向平流層上層發(fā)展，同時垂直速度不斷增大從低層向上傳播，這些結(jié)構(gòu)都利于臺風強度迅速增強。環(huán)境條件分析表明西太平洋高海溫、弱的環(huán)境風垂直切變維持10 m/ s以下速度，有利于凝結(jié)潛熱聚集和臺風“暖心”結(jié)構(gòu)維持；850 hPa上偏南氣流顯著增強，南側(cè)水汽通道完全接通且水汽輻合與臺風中心基本重合，促使水汽向臺風中心輻合輸入，是“威馬遜”強度劇增的重要原因之一。

關(guān)鍵詞：天氣學；臺風“威馬遜”；近海強度；垂直風切變

林曉霞，王碩甫，馮業(yè)榮．超強臺風“威馬遜”登陸前快速加強的特征和原因分析［J］．廣東氣象，2016，38（3）：33 -37．

統(tǒng)計研究表明，16%的熱帶氣旋移動到中國沿海會突然增強［1］，其中近海強度突增且達到臺風強度的熱帶氣旋為數(shù)不少，如7314號臺風“瑪琪”、0518號臺風“達維”等相比于非近海加強的臺風，往往造成更大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。近年來臺風的研究取得較大進展，路徑預(yù)報水平不斷提高，但對臺風強度變化的認識和客觀預(yù)報仍存在很大的不足，尤其是近海臺風突然增強成因復(fù)雜，仍需要更多的分析研究。目前對臺風近海強度突增原因的主要研究認為其與西太平洋副高、南亞高壓的強度位置、中低層水汽的輸送、弱冷空氣的入侵、近海高海溫和弱的環(huán)境風垂直切變以及臺風自身的結(jié)構(gòu)等諸多因素相互作用有關(guān)［2 -6］。雷小途等［7］通過對比有無大尺度環(huán)境場的作用，建立熱帶氣旋強度變化的方程式，定性分析大尺度環(huán)境場在臺風強度發(fā)展中的作用。李凡等［8］對臺風“巨爵”（0815）的分析中發(fā)現(xiàn)臺風在近海強度突增期間臺風中心正渦度增大，同時正渦度柱向?qū)α鲗又猩蠈由煺埂ＱΩ龋?］對“桑美”（0608）強度突增的原因以及海溫的影響進行數(shù)值試驗研究。上述研究揭示了影響臺風近海加強的諸多因子，但大部分研究仍集中圍繞大尺度環(huán)境進行診斷分析以及基于理想場開展數(shù)值試驗研究，結(jié)合實際個例的研究仍然較少，因此有必要圍繞更多強度突增個例開展研究，分析其物理機制，為日后臺風強度突變的預(yù)報提供更加可靠參考。

臺風“威馬遜”（1408）在發(fā)展過程中自東向西移動，前后3次分別登陸海南、粵西和廣西，在登陸華南沿岸前出現(xiàn)強度突增現(xiàn)象，發(fā)展成超強臺風，給華南沿海帶來的直接經(jīng)濟損失和人員傷亡屬歷史罕見。本研究利用NCEP/ NCAR 1°× 1°再分析資料（FNL）、CMA-STI熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)、FY2衛(wèi)星云圖等資料，主要利用天氣學方法，分析臺風“威馬遜”的環(huán)流特征，進一步探討近海強度突增的原因和機理。

1　臺風強度變化特征

“威馬遜”源于關(guān)島以西洋面，2014年7月12日14：00（北京時，下同）發(fā)展為熱帶低壓，以西北偏西路徑移動，于17日18：00加強為超強臺風，并于18日15：30登陸海南省文昌市沿海地區(qū)。臺風登陸時中心風力達70 m/ s，中心最低氣壓達880 hPa，登陸后強度維持，穿越北部灣后減弱為強臺風。從強度演變（圖1）可見“威馬遜”發(fā)展過程中存在2個強度急劇加強的時段，主要集中在15日13：00-17：00和17日16：00-18 日15：00之間，分別對應(yīng)于前2次登陸前臨岸增強。從17日16：00開始短短的22 h內(nèi)臺風中心氣壓由850降至800 hPa，中心最大風速由45 m/ s發(fā)展到72 m/ s（超強臺風）。從“威馬遜”實況可以看出，18日08：00中心附近最大風速為65 m/ s，最低氣壓為800 hPa，至14：00中心附近最大風速達到72 m/ s，最低氣壓降至888 hPa，短短的6 h內(nèi)中心最大風速增大7 m/ s，最低氣壓下降12 hPa，借鑒文獻［4］，可見登陸前強度急劇加強的特征顯著。

圖1 “威馬遜”實況強度變化

2　登陸前強度突增成因分析

2．1西太平洋副高位置與強度變化

以往研究表明，熱帶氣旋的強度變化與南亞高壓、副熱帶高壓的強弱和位置密切相關(guān)。從“威馬遜”進入南海后的生命期（7月15-18日）500 hPa的5 880 gpm線逐日演變圖（圖2a）可以看出，“威馬遜”進入南海到消亡之前，副熱帶高壓始終呈帶狀分布。7月15日“威馬遜”進入南海前，副高強盛呈帶狀，5 880 gpm線西脊點位于105°E以西，脊線位于23°N附近，“威馬遜”在副高南側(cè)偏東氣流引導(dǎo)下穩(wěn)定向西移動。16-18日帶狀副高有所東退，但副高中心強度加強，西伸脊點退至113°E附近，“威馬遜”受其東側(cè)偏東南氣流影響顯著加強，轉(zhuǎn)為向西北路徑移動。從副高西伸脊點的時間序列圖（圖2b）可以看出，“威馬遜”生成初期副高西伸發(fā)展，在熱帶氣旋北側(cè)形成強大的阻塞形勢，影響低壓偏西行路徑，同時盤旋在洋面的低壓也得以發(fā)展，從16日開始，副高西伸脊點迅速東退，臺風轉(zhuǎn)向偏北路徑移動，此時“威馬遜”與塊狀副高之間距離很近，兩者之間形成了“東高西低”的形勢，“威馬遜”低壓環(huán)流和高壓之間維持很強的氣壓梯度，在這個時間段“威馬遜”迅速發(fā)展加強為超強臺風。由此可見，“威馬遜”強度的急劇變化與副高位置和強度的演變有密切的關(guān)系，臺風登陸前加強最快階段副高西伸脊點退至最東邊。

圖2 “威馬遜”發(fā)展期間500 hPa等壓面上5880 gpm線（a）和副高西伸脊點位置（b）隨時間變化圖

2．2華南高層受分裂高層控制，維持強的輻散流場

從200 hPa高度場（圖略）可以看到，“威馬遜”生成到登陸過程中，在臺風的西北方向始終維持著強大的南亞高壓。至18日08：00，我國華南上空出現(xiàn)分裂弱高壓中心，“威馬遜”東南側(cè)高空為2個分裂高壓之間強的輻散流場控制，期間“威馬遜”迅速增強。對比“威馬遜”強度突增前后的高層散度場可看出，突增前（圖略）“威馬遜”東南側(cè)高空存在明顯塊狀輻散區(qū)，該輻散區(qū)偏離臺風中心，散度剖面圖上（圖3a）也明顯可看到高低層輻合輻散流場的配置不完整，臺風中心南側(cè)高空存在強的輻散區(qū)，臺風中心附近僅在800 hPa以下存在輻合區(qū)，此時臺風強度處于減弱階段。臨近登陸前突增時刻（圖略）高層輻散區(qū)強烈發(fā)展并移至臺風中心上空，大值區(qū)達10 ×10-7s-1以上，此時臺風北側(cè)偏東輻散氣流尤為顯著加強，輻散流場結(jié)構(gòu)對稱完整。從圖3b也可以看到低層輻合高層輻散的明顯配置，臺風中心上空完整輻合區(qū)伸展至200 hPa以上，其南北兩側(cè)存在深厚的輻散區(qū)，對臺風中心整體的輻合有促進作用，這樣的高低層配置對水汽產(chǎn)生強抽吸作用，引發(fā)強烈的對流運動有利于臺風強度發(fā)展至強盛。

圖3 16日20：00（a）和18日14：00（b）經(jīng)過臺風中心散度經(jīng)向-垂直剖面

2．3垂直運動對稱化過程

從“威馬遜”強度突增前后垂直運動結(jié)構(gòu)變化（圖略）可以看出突增前，850 hPa等壓面上臺風中心附近有垂直速度大值區(qū)，但強度較弱且呈離散分布，強垂直上升運動主要位于臺風中心偏西南象限，隨著臺風的增強，7月18日14：00 850 hPa等壓面上對流活動顯著加強，對流中心逐漸呈南北向?qū)ΨQ分布。從300 hPa等壓面上垂直運動隨時間的演變上也能清楚地看出，“威馬遜”強度突然加強前，強垂直上升運動只要集中分布在臺風中心偏東南象限，到強度突增時刻，強對流中心較均勻分布在臺風中心附近。由此可見，隨著臺風強度的迅速增強，臺風中心附近的對流中心從離散非均勻分布逐漸轉(zhuǎn)為均勻分布。

2．4低層水汽充沛輸送

圖4 17日20：00（a）和19日08：00（b）850 hPa水汽通量（填色，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）和水汽通量散度（等值線，單位：×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1）

業(yè)務(wù)研究表明臺風的發(fā)生發(fā)展離不開低層充足水汽和能量的供應(yīng)，從850 hPa水汽通量和水汽通量散度場可以看出臺風“威馬遜”基本呈水平對稱分布（圖略），水汽供應(yīng)主要來自南面海洋，強烈的西南季風為該次臺風提供充足的水汽。從17日02：00臺風南側(cè)有一條帶狀水汽輸送帶建立將水汽輸送至臺風環(huán)流中，從散度場上看輻合中心（虛線表示）和水汽通量大值區(qū)分離，臺風中心附近水汽輻合不明顯。17日20：00（圖4a）臺風環(huán)流水汽通量大值區(qū)顯著擴大，水汽輻合中心和臺風中心完全重合，強的水汽輸送配合強烈輻合作用，此時“威馬遜”急劇發(fā)展，至18日14：00（圖略）南側(cè)水汽通道完全接通，18 日08：00（圖4b）臺風環(huán)流與南側(cè)的水汽輸送帶雖還相連，但已有所斷裂且輸送強度減弱，水汽輻合中心也逐漸和臺風中心分離，“威馬遜”強度逐漸減弱。從FY2E可見光云圖圖略可以看到，17日08：31（圖略）臺風外圍云系較松散，西南低空水汽輸送帶不完整，到18日14：31（圖略），臺風云團結(jié)構(gòu)密實完整、螺旋云帶清晰、外圍的卷云發(fā)展旺盛，其東北側(cè)對流云系發(fā)展旺盛，臺風南到西南側(cè)可以看到明顯的越赤道氣流和西南季風的水汽輸送帶加強及向臺風中心卷入，為“威馬遜”的發(fā)展提供有利的水汽條件。

2．5高海溫與弱的環(huán)境風垂直切變

臺風發(fā)展的條件之一就是需要海溫在26～27℃以上［10］，海面溫度決定海洋向大氣的能量輸送。從圖5a可以看到7月15-18日菲律賓東部海溫普遍達到30℃以上，為“威馬遜”發(fā)展提供了充足的能量。研究表明，環(huán)境風切變反映了臺風擾動周圍的“通風”條件，強的環(huán)境風垂直切變對臺風強度的發(fā)展有抑制作用，弱的垂直風切變有利于氣柱內(nèi)凝結(jié)潛熱的集聚和暖心結(jié)構(gòu)的發(fā)展，有利于臺風的維持和發(fā)展［11 -12］。本研究以臺風中心附近8°×8°范圍內(nèi)200與850 hPa平均環(huán)境風垂直切變來表示對流層的垂直風切變，分析垂直風切變隨時間演變（圖5b）可看到，“威馬遜”的強度和環(huán)境風垂直切變的變化趨勢基本保持一致，在急劇發(fā)展期間環(huán)境風垂直切變均在10 m/ s以下，尤其是在18日14：00臺風發(fā)展至最強，垂直風切變在6 m/ s以下。在發(fā)展期內(nèi)，“威馬遜”始終處于弱環(huán)境風垂直切變的環(huán)境下，對于“威馬遜”的發(fā)展是非常有利的。由此可見，“威馬遜”強度的急劇發(fā)展與高海溫、弱的環(huán)境風垂直切變密切相關(guān)。

圖5 2014年7月15-18日西太平洋平均海溫（單位：℃）（a）和200～850 hPa環(huán)境垂直風切變（單位：m/ s）（b）

2．6渦度和垂直速度結(jié)構(gòu)完整

從臺風迅速加強發(fā)展時刻的渦度緯向垂直剖面圖上可以看到，從高層到底層臺風中心附近的正渦度呈鉛直分布（圖6）。

臺風中心為深厚的正渦度柱，表明臺風垂直正壓結(jié)構(gòu)十分完整。臺風強度加強時（17日08：00）正渦度中心達60×10-5s-1（圖6a），而18 日08：00中心大值增至80×10-5s-1（圖6c），表明氣旋性特征顯著，發(fā)展過程中強正渦度柱明顯發(fā)展至100 hPa以上，渦度大值中心基本維持在800 hPa附近，說明強的正渦度平流對“威馬遜”強度的發(fā)展維持以及臺風中心正渦度柱向?qū)α鲗由蠈友由鞂ε_風強度的劇增有著密切關(guān)系。穿過臺風中心的正渦度一直維持至臺風登陸海南，登陸后中心仍達55×10-5s-1，且減弱緩慢，進一步說明“威馬遜”發(fā)展過程中垂直結(jié)構(gòu)完整維持，強度減弱緩慢。從垂直速度剖面圖上可以看到垂直速度的分布和散度是相配合的，高層輻散，低層輻合，臺風中心附近整層存在強而深厚的垂直上升區(qū)，至18日08：00上升區(qū)一直增強擴展到100 hPa附近，上升速度大值區(qū)位于350 hPa附近，中心達- 10 Pa/ s（圖6d）?？梢姶怪彼俣仍鰪姴牡蛯酉蛏蟼鞑ィ瑥娏业纳仙\動有利于臺風結(jié)構(gòu)的維持和對流運動的發(fā)展，凝結(jié)潛熱的釋放又會進一步促進臺風強度的發(fā)展。

圖6 “威馬遜”急劇增強前（a、b）和增強時（c、d）經(jīng)過臺風中心相對渦度（單位：×10-5s-1）（a、c）和垂直速度（單位：Pa/ s）（b、d）緯向-垂直剖面

3　結(jié)論

“威馬遜”登陸前強度急劇增強，短短6 h內(nèi)氣壓下降達12 hPa，中心最大風速增大7 m/ s，發(fā)展成超強臺風，本研究對其環(huán)流特征和強度突增成因進行分析，得出以下結(jié)論：

1）“威馬遜”生成初期副高呈帶狀西伸發(fā)展，在強度突增期間副高西伸脊點顯著東退，塊狀副高緊靠臺風，其東北側(cè)的東南風速增強，高低壓之間維持強的氣壓梯度。南亞高壓強度減弱，華南上空存在強的輻散流出氣流，高層輻散抽吸作用有利于臺風強度的維持和發(fā)展。

2）伴隨著“威馬遜”強度的急劇增強，臺風的結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，其結(jié)構(gòu)趨于對稱化加強，尤其是在劇烈增強時刻，臺風中心高低層輻合輻散垂直結(jié)構(gòu)急劇發(fā)展，持續(xù)增強的正渦度柱不斷向?qū)α鲗由蠈影l(fā)展，同時垂直速度不斷增大從低層向上傳播，這樣的高低層配置對水汽強的抽吸作用，臺風中心始終維持著深厚的垂直上升運動區(qū)。這些結(jié)構(gòu)都利于臺風強度的迅速增強。

3）西太平洋平均海溫高達30℃以上，為“威馬遜”發(fā)展提供了下墊面條件；在增強期間，環(huán)境垂直風切變維持＜10 m/ s，“威馬遜”始終處于弱環(huán)境風垂直切變的環(huán)境條件下，有利于凝結(jié)潛熱的聚集和“暖心”結(jié)構(gòu)的維持，對于“威馬遜”的發(fā)展非常有利；850 hPa上偏南氣流顯著增強，南側(cè)水汽通道完全接通且水汽輻合與臺風中心基本重合，促使水汽向臺風中心輻合輸入，為臺風發(fā)展提供了充沛的水汽，有利于凝結(jié)潛熱的釋放，是“威馬遜”強度劇增的重要原因之一。

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Analysis of the Characteristics of Rapid Intensification of Super Typhoon Rammasun and Their Causes

LIN Xiao-xia1，2，WANG Shuo-fu1，3，F(xiàn)ENG Ye-rong2
（1．School of Atmospheric Sciences，Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225；2．Guangzhou Institute of Tropical Marine and Meteorology，China Meteorological Administration，Guangzhou 510080；3．Meteorological Bureau of Foshan City，F(xiàn)oshan 528000）

Abstract：Utilizing NCEP global assimilation analysis data，location data of tropical cyclones and FY satellite images，we analyzed the strength characteristics and causation of its intensification before the landing of Super TY Rammasun．Conclusions indicate that a subtropical high in Western Pacific（SHWP for short）strengthened and moved westward during the early phases of typhoon＇s development，but obviously eastward during the process of rapid intensification，which caused high pressure gradients between Super TY and SHWP．During the rapid intensification，symmetric structure，favorable background field with low - level convergence and high - level divergence，positive vorticity increasing in the eye of the typhoon and expanding to the mid and upper - troposphere，and vertical velocity increasing upward are the main reasons of the intensification of Rammasun．Analysis on the environment condition shows that high sea temperature and weak vertical wind shear lower than 10m/ s were in favor of gathering the latent heat of condensation and maintaining the“warm core”structure．Eventually，a noteworthy strengthening of southerly airflow over the northeast typhoon side，a southern water vapor channel fully connected to the typhoon circulation as well as the vapor convergence essentially coincident with the typhoon center are the most significant factors contributing to the intensification of Rammasun．

Key words：synoptics；typhoon Rammasun；offshore intensity；vertical wind shear

中圖分類號：P44

文獻標識碼：A

doi：10．3868/ j．issn．1007 -6180．2016．03．008

收稿日期：2015 -07 -30

基金項目：公益性行業(yè)專項項目（GYHY201406008）和佛山市氣象局科學技術(shù)研究項目（201501）共同資助

作者簡介：林曉霞（1881年生），女，碩士研究生，主要從事大氣數(shù)值模擬。E - mail：d673783825＠163．com