張宇彤　張同　石晨

摘要? ? 本文利用NCEP GFS全球預報系統(tǒng)的初始場數(shù)據(jù)和區(qū)域站常規(guī)觀測資料，探討了臺風“玲玲”登陸的空間結構特征和冷空氣入侵變性過程。結果表明，臺風的空間結構、副熱帶高壓和中緯度系統(tǒng)共同決定了臺風登陸后的路徑;500 hPa臺風水平方向風場具有非對稱結構，臺風與副熱帶高壓相互作用使其過渡區(qū)風速最大，其他地方風速較小;臺風垂直方向具有低層輻合、高層輻散的散度場配置，垂直速度場在臺風眼壁區(qū)右側上升運動明顯，臺風的垂直結構導致暴雨和大風落區(qū)位于臺風前進方向的右前側;臺風登陸后有干冷空氣入侵，破壞暖心結構，造成臺風變性并觸發(fā)強對流天氣。由以上研究結果得出，將臺風空間結構與冷空氣入侵變性過程結合研究，能更準確判斷臺風在變性過程中產(chǎn)生的降水分布特征，對東北地區(qū)臺風的預報業(yè)務起到一定指導作用。

關鍵詞? ? 臺風“玲玲”;空間結構;冷空氣;變性

中圖分類號? ? P458.1+24? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）03-0189-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

臺風是形成于溫暖洋面上的強大而深厚的熱帶氣旋性渦旋，其中心氣壓極低，底層中心附近風速極大，登陸帶來的強風、暴雨等強對流天氣對人們的生命健康、財產(chǎn)安全、交通出行、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等帶來重大威脅，是影響我國最嚴重的氣象災害系統(tǒng)之一[1-3]。近幾年，受西北太平洋副熱帶高壓（副高）的影響轉向東北進入我國中緯度地區(qū)的臺風數(shù)量增多，2019年秋季的臺風“玲玲”更是直擊北上，在朝鮮沿海以西進入我國東北，給臺風不常登陸、缺乏抗臺經(jīng)驗的東三省地區(qū)帶來嚴重災害。

已有研究主要從臺風登陸后與中緯度系統(tǒng)相互作用來解釋臺風暴雨的形成機制，而對臺風空間結構的研究較少。臺風空間結構的復雜性是臺風移動路徑、暴雨大風落區(qū)復雜多變的重要原因[4]，尤其是臺風北上后受冷空氣入侵變性，使其空間結構改變，造成臺風暴雨強風天氣更加復雜難判。因此，本文以2019年秋季登陸東北的臺風“玲玲”為個例，從臺風登陸時的空間結構特征入手，將登陸臺風內(nèi)部結構變化和冷空氣入侵變性過程結合分析，并初步探討臺風在變性過程中帶來的降水分布特征。

1? ? 資料與方法

采用美國環(huán)境預報中心全球預報系統(tǒng)（GFS）的初始場數(shù)據(jù)，分析臺風登陸過程的環(huán)流形式和相關物理量的空間結構，數(shù)據(jù)分辨率為0.5°×0.5°，時間間隔為6 h。利用區(qū)域站常規(guī)觀測資料統(tǒng)計臺風登陸造成的強降水天氣。臺風的路徑和中心位置信息取自中國臺風網(wǎng)（www.typhoon.org.cn）。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 臺風概況

臺風“玲玲”于2019年8月31日20：00生成為熱低壓;9月2日8：00強度增強為熱帶風暴，正式編號為1913，并命名為“玲玲”;9月5日增強為超強臺風;9月6日“玲玲”以強臺風進入黃海南部;9月7日14：00在朝鮮西部沿海登陸（125.3°E，38°N），隨后進入我國東北地區(qū);9月8日10：00，臺風受冷空氣東移南下的作用變性為溫帶氣旋，隨后移出我國境風。

臺風北上給東北地區(qū)帶來了大到暴雨，局部地區(qū)出現(xiàn)了大暴雨。以吉林省為例，降水時段主要集中在7日至8日白天，降水從東南向西北蔓延全省，中東部地區(qū)出現(xiàn)暴雨以上量級降水。24 h降水量超過100 mm的有4個站，50.0～99.9 mm的有368個站，降水量最大站位于吉林市永吉縣西陽鎮(zhèn)，為108.2 mm。全省大風主要分布在中東部地區(qū)，7級以上大風超過150個站，琿春地區(qū)局部風速可達25.3 m/s（10級）。

2.2? ? 臺風登陸的空間結構特征

2.2.1? ? 水平結構。從臺風登陸時對流層中層（500 hPa）的大氣環(huán)流場來看（圖1），臺風中心位于朝鮮西部與我國遼寧省東南部沿海（125.3°E，38°N），此時副高位于日本海面，呈南北向結構，推動臺風沿其西側外圍北進。臺風外圍600 km范圍的風場呈非對稱結構，臺風氣旋性環(huán)流與副高反氣旋性環(huán)流的過渡區(qū)氣壓梯度最大，是臺風大風區(qū)，其他位置風速較小。此時，西北側有中緯度西風槽推動干冷空氣東移南下，與臺風相遇。

圖2為臺風登陸時對流層中層（500 hPa）的渦度分布。可以看出，對流層中層臺風附近的相對渦度場呈近圓形分布，隨緯度升高正渦度區(qū)向東北方向傾斜。臺風中心位于強烈輻合的正渦度區(qū)，副高位于臺風東側強輻散的負渦度區(qū)，正渦度輻合環(huán)流與負渦度輻散環(huán)流的相互作用，使臺風和副高之間過渡區(qū)風速增強。

2.2.2? ? 垂直結構。分析臺風登陸時850 hPa和300 hPa高度上的散度場（圖3），臺風中心850 hPa為明顯負散度區(qū)，輻合很強，300 hPa為輻散區(qū)，低層輻合高層輻散的高低空配置使臺風眼壁區(qū)上升運動加強。高低層散度中心均位于臺風偏北側，使臺風北部發(fā)展強，高層輻散區(qū)隨緯度升高向東北方向傾斜，與臺風前進路徑一致。為更直觀地了解臺風登陸時大氣垂直運動情況，給出沿臺風中心垂直速度的緯度-高度剖面圖。臺風眼區(qū)附近為明顯的下沉氣流，眼壁周圍是上升氣流區(qū)，再向外為上升和下沉氣流間隔分布的螺旋云帶區(qū)，在垂直方向構成臺風次級環(huán)流[5]。臺風右側眼壁區(qū)上升運動明顯，是強暴雨區(qū)，與吉林省中東部降水落區(qū)一致（圖4）。上升運動從地面到400 hPa高度上發(fā)展強烈，400 hPa高度往上上升運動中心向東偏移，強度減弱。臺風眼壁區(qū)上升運動中心位置隨高度的位置變化，使臺風眼壁向東偏移。臺風中心左側的上升氣流區(qū)強度較弱，上升運動僅維持在600～800 hPa之間。因此，臺風垂直運動的空間結構導致其降水和大風區(qū)位于其中心的右前側。

2.3? ? 臺風變性過程分析

臺風是垂直方向具有暖中心結構的熱帶氣旋性環(huán)流[3]，其暖心的結構對熱帶氣旋發(fā)生發(fā)展至關重要。隨著“玲玲”北上登陸，中高緯西風帶低槽不斷東移南下，冷空氣與臺風暖濕氣流交匯，釋放斜壓位能，破壞臺風暖心結構，造成臺風變性并產(chǎn)生強對流天氣。

通過溫度距平的緯度-高度剖面來分析臺風暖心結構的變化。在“玲玲”登陸初期，對流層高層有淺薄的弱冷空氣從東部侵入，此時“玲玲”暖心結構不再圓滑，呈不規(guī)則扁平狀，水平方向仍具有較對稱特征;至8日2：00，“玲玲”中心偏西側出現(xiàn)冷空氣補充，冷中心高度可達250 hPa，“玲玲”暖心結構開始向東傾斜，臺風開始變性。至8日8：00，臺風中心偏西側冷空氣強度增強，斜壓位能的釋放使得臺風暖心進一步被破壞。

為進一步揭示臺風變性過程中的能量條件和冷空氣入侵作用，對登陸前后各時次700 hPa的相對濕度場及假相當位溫（θse）場進行分析（圖5）。由于干冷空氣具有低θse和低相對濕度的特征，本文以θse的低值（≤333 K）及相對濕度的低值（<70%）代表干冷空氣的活動。

7日14：00，“玲玲”登陸初期仍具有暖心結構，臺風周圍大范圍水汽充沛，相對濕度在90%以上，θse大值中心為335 K左右，高能高濕環(huán)境給暴雨帶來充沛的濕能量條件，見圖5（a）。臺風西側高壓脊穩(wěn)定少移，對臺風向西移動起到阻擋作用。脊前偏北氣流引導干冷空氣自西北向東南移動，8日2：00，干冷空氣從臺風西南部向北入侵臺風中心，冷暖氣流不斷交匯使大氣不穩(wěn)定能量聚集。對應于地面，7日午后干冷空氣入侵后吉林省中東部降水明顯增強，出現(xiàn)暴雨區(qū)，表明干冷空氣入侵使臺風濕能量得到充分釋放，見圖5（c）。8日8：00，臺風脫離高能高濕環(huán)境，暖心結構基本被破壞，熱帶臺風變性為溫帶氣旋，見圖5（d）。

3? ? 結論與討論

分析臺風“玲玲”登陸時的空間結構特征和冷空氣入侵變性過程，可得到以下幾點結論。

（1）臺風“玲玲”于9月7日14：00在朝鮮西部沿海登陸（125.3°E，38°N）進入東北地區(qū)，8日10：00受冷空氣作用變性為溫帶氣旋，隨后移出我國。臺風的空間結構、副熱帶高壓和中緯度系統(tǒng)共同決定了臺風登陸后的路徑，副高南北向拉長引導臺風北進，中緯度高壓脊阻擋臺風西移，對流層中層正渦度區(qū)、高層正散度區(qū)隨緯度升高向東北方向傾斜的特征，指引臺風路徑向東北方向移動。

（2）臺風在對流層中層的水平結構表現(xiàn)為，風場呈非對稱結構，臺風與副高間的過渡區(qū)風速最大，其他地方風速較小。相對渦度場呈近圓形分布，正渦度輻合環(huán)流與副高負渦度輻散環(huán)流的相互作用，是臺風與副高之間過渡區(qū)風速增強的主要原因。

（3）臺風的垂直結構表現(xiàn)為低層輻合、高層輻散的散度場配置，高、低層散度中心均位于臺風偏北側，使臺風在北部發(fā)展強;臺風眼區(qū)附近為明顯的下沉氣流，右側眼壁區(qū)上升運動明顯，左側上升氣流區(qū)強度較弱。因此，臺風垂直方向的空間結構導致暴雨和大風落區(qū)位于臺風前進方向的右前側。

（4）隨著臺風登陸，中緯度西風帶干冷空氣自西北向東南移動，從臺風西南部侵入臺風中心，破壞臺風暖心結構，造成臺風變性。與此同時，干冷空氣的入侵觸發(fā)了臺風濕能量的釋放，造成強對流天氣。

通過上述分析發(fā)現(xiàn)，臺風的空間結構變化對臺風的移動路徑、強降水落區(qū)有一定的指示意義，將臺風空間結構與冷空氣入侵變性過程結合研究，能更準確判斷臺風在變性過程中產(chǎn)生的降水特征，為東北地區(qū)臺風預報業(yè)務提供一定的參考。

4? ? 參考文獻

[1] 梁必騏，梁經(jīng)萍，溫之平.中國臺風災害及其影響的研究[J].自然災害學報，1995（1）：84-91.

[2] 陳佩燕，楊玉華，雷小途，等.我國臺風災害成因分析及災情預估[J].自然災害學報，2009，18（1）：64-73.

[3] 付駒，董貞花，譚季青.臺風登陸前后暖心結構變化的探討[J].科技通報，2011，27（1）：18-24.

[4] 白愛娟，蔡親波，朱順紅.2011年“納沙”臺風登陸海南島的天氣和結構特征分析[J].成都信息工程學院學報，2015，135（4）：71-78.

[5] GRAY WM.Recent advances in tropical cyclone research from rawinsonde composite analysis，WMO program on research in tropical meteorology[M].Colorado：Fort Collins，1979：407.