劉達，向純怡，張玲，許映龍，羅琦

摘要：通過總結2023年第5號臺風“杜蘇芮”的主要特點，并對主要的預報難點問題進行分析和研究，得出以下主要結論：（1）“杜蘇芮”登陸強度強，是2023年截至10月登陸我國最強的臺風，登陸后在陸上長時間維持，造成福建、安徽等地多站點風雨觀測突破歷史極值，黃淮、華北等地出現(xiàn)歷史極端強降雨天氣。（2）在“杜蘇芮”生成初期，由于副熱帶高壓受到多系統(tǒng)的影響，數(shù)值模式對于“杜蘇芮”臺風東側新生熱帶擾動的強度、位置預報存在偏差，是產(chǎn)生較大路徑預報偏差的原因。（3）“杜蘇芮”登陸前形成雙眼墻結構增加了登陸強度預報的難度，有利的形勢條件和多源觀測資料的應用為臺風強度預報提供了良好的支撐。（4）“杜蘇芮”登陸后，來自西南季風和第6號臺風“卡努”共同的水汽輸送、太行山地形作用以及移動路徑上弱的垂直風切變均有利于臺風減弱后的低壓環(huán)流長時間維持。

關鍵詞：臺風“杜蘇芮”；預報難點；預報偏差；熱帶擾動

中圖分類號：P444;P458.124? ?文獻標志碼：A? 文章編號：2096-3599（2023）04-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.04.001

Analysis on main characteristics of Typhoon Doksuri （2305） and difficulties in its track and intensity forecast

LIU Da1， XIANG Chunyi1， ZHANG Ling1， XU Yinglong1， 2， LUO Qi1

（1. National Meteorological Center， Beijing 100081， China; 2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract： The overview and main characteristic of Typhoon Doksuri （2305） are summarized， and the difficulties in its forecast are also analyzed. The main conclusions are as follows. （1） Typhoon Doksuri is characterized by the strong landfall intensity， which， for the year 2023， is the strongest typhoon that makes landfall in China by October. Sustaining on land for a long time after landing， it breaks the historical records of wind and precipitation at multiple stations in places such as Fujian and Anhui， and brings historically extreme heavy rainfall to Huang-Huai region and North China. （2） After the genesis of Doksuri， as the circulations that affect the subtropical high are complicated， the numerical prediction of the intensity and location for the newborn tropical disturbance on the east of Doksuri has deviations， which is responsible for the track forecast errors. （3） The formation of double eyewall structure before Doksuri lands increases the difficulty of predicting the landfall intensity， while the favorable circulations and the application of multiple observations are supportive of the typhoon intensity prediction. （4） The sustainable water vapor transport from the southwest monsoon and Typhoon Khanun （2306）， the terrain effect of Taihang Mountain， and the weak vertical wind shear along the typhoon track jointly help the tropical depression maintain for a long time after Doksuri makes landfall.

Keywords： Typhoon Doksuri; forecast difficulty; forecast error; tropical disturbance

引言

臺風是影響我國最嚴重的災害性天氣之一，平均每年有6～7個臺風登陸我國。臺風登陸后帶來的強烈風雨天氣以及其他次生災害經(jīng)常造成嚴重的生命和財產(chǎn)損失[1]。在全球變暖的氣候背景下，近30 a西北太平洋和南海臺風強度呈現(xiàn)增強的趨勢，影響或登陸我國的臺風強度也有所增強[2–3]，沿海地區(qū)防御臺風災害面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。隨著觀測手段的豐富和數(shù)值預報產(chǎn)品的發(fā)展，臺風強度和路徑預報水平得到了極大的改善。然而，集合預報仍然存在臺風預報離散度大的現(xiàn)象，同時臺風結構與臺風強度之間的關系依然是臺風研究領域的難點問題[4]，尚無公認的結論。業(yè)務預報中上述這些問題考驗著預報員的主觀訂正水平，通過分析臺風典型個例的預報難點，同時積累相關的預報經(jīng)驗是提升主觀預報水平的重要方式之一[5–6]。

7月是西北太平洋和南海臺風活動的活躍期，歷史同期大量臺風在我國南海東北部海域和菲律賓東北洋面生成。2023年7月，副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）的強度較歷史同期偏強，副高平均脊線較歷史同期偏北，副高西段脊點與常年相比位置偏西。2023年第5號臺風“杜蘇芮”于7月21日生成于副高南側，生成后西行，于7月28日登陸我國福建晉江，給福建、浙江和安徽等地造成了嚴重的風雨影響。受其減弱后低壓環(huán)流長時間維持的影響，我國黃淮、華北等地出現(xiàn)歷史極端強降雨天氣。“杜蘇芮”活躍期間，影響副高的環(huán)流系統(tǒng)復雜，路徑預報難度大，同時臺風登陸后低壓環(huán)流的強度和路徑預報也是目前業(yè)務預報的難點問題，因此，通過梳理并總結“杜蘇芮”預報過程中的難點，發(fā)現(xiàn)預報中實際面臨的問題和挑戰(zhàn)，為臺風預報提供參考，從而提升臺風精細化預報水平。

1 數(shù)據(jù)來源

所使用的數(shù)據(jù)包括：（1）國家氣象信息中心提供的國家級地面氣象觀測站風雨觀測資料。（2）中央氣象臺、日本氣象廳（Japan Meteorological Agency，JMA）和美國聯(lián)合臺風警報中心（Joint Typhoon Warning Center，JTWC）的官方主觀實時臺風分析和預報資料。（3）歐洲中期天氣預報中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代再分析數(shù)據(jù)[7]（ECMWF reanalysis v5，ERA5）和集合預報數(shù)據(jù)。（4）美國國家環(huán)境預報中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）再分析數(shù)據(jù)集和數(shù)值預報數(shù)據(jù)[8]。（5）中國氣象局數(shù)值預報中心全球集合預報系統(tǒng)（China Meteorological Administration_Global Ensemble Prediction System，CMA_GEPS）和區(qū)域中尺度臺風數(shù)值預報系統(tǒng)（China Meteorological Administration_Regional Mesoscale Typhoon Numerical Prediction System，CMA_TYM）數(shù)值預報產(chǎn)品。

2 臺風“杜蘇芮”概況和特點

2023年第5號臺風“杜蘇芮”于7月21日08時（北京時間，下同）在菲律賓以東洋面生成（圖1a），生成后西行且強度逐漸增強，于24日夜間加強為超強臺風級，轉向西北方向移動，經(jīng)過巴士海峽后減弱為強臺風級。27日進入南海東北部海域后再度加強為強臺風級，并于28日09時55分以強臺風級（15級，50 m/s）在福建晉江沿海登陸。登陸后繼續(xù)北上，影響福建、浙江、安徽等地后，在安徽境內減弱為熱帶低壓，29日11時中央氣象臺對其停止編號。但受其殘余低壓環(huán)流繼續(xù)北上的影響，7月30日—8月2日，我國黃淮、華北等地出現(xiàn)了極端降雨天氣。

“杜蘇芮”是2023年截至10月登陸我國的最強臺風，也是1949年以來登陸福建第二強的臺風，僅次于2016年超強臺風“莫蘭蒂”?！岸盘K芮”給我國沿海地區(qū)帶來了極端的風雨影響，福建多觀測站點極大風突破歷史記錄，其中張坂鎮(zhèn)最大瞬時風速達到16級（51.4 m/s，圖1b）。

受臺風“杜蘇芮”影響，福建、浙江、臺灣等地部分地區(qū)累計降雨量達到200～350 mm，福建泉州、莆田、福州、寧德和浙江溫州、麗水、臺州、寧波等地局地降雨量為400～861 mm，臺灣南部局地降雨量超過1 400 mm（圖1c）。受臺風“杜蘇芮”直接影響，福建和安徽共計6個國家級地面氣象觀測站日降水量突破歷史極值。強降雨天氣導致福建福州、泉州、漳州、寧德和浙江寧波、溫州、麗水等多地發(fā)生嚴重內澇，局地發(fā)生山洪災害。

“杜蘇芮”于28日登陸后，環(huán)流系統(tǒng)在陸上維持近70 h（28日10時—31日08時）后完全消散，環(huán)流維持時間遠超過登陸我國臺風平均滯留陸地時間（20 h）?！岸盘K芮”停編后，受其殘余環(huán)流北上的影響，華北、黃淮等地出現(xiàn)強降雨天氣，其中京津冀出現(xiàn)暴雨到大暴雨、部分地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨，最大降雨量達1 003.4 mm。北京多區(qū)和河北保定、石家莊等地出現(xiàn)山洪、山體滑坡以及嚴重城市內澇，致使車輛、房屋被毀，多處道路塌方，橋梁坍塌，造成重大的人員和經(jīng)濟損失。

綜上所述，總結“杜蘇芮”主要特點為：登陸強度強，風雨影響極端，陸上維持時間長。

3 預報誤差分析

中央氣象臺對臺風“杜蘇芮”在24 h、48 h、72 h、96 h和120 h路徑主觀預報誤差分別是51 km、89 km、141 km、234 km和310 km（圖2），明顯低于數(shù)值模式預報的偏差。通過對中國氣象局（CMA）、日本氣象廳（JMA）和美國聯(lián)合臺風警報中心（JTWC）主觀預報進行對比，發(fā)現(xiàn)CMA與JMA預報水平相當，短時效預報誤差略優(yōu)于JTWC，CMA長時效預報誤差明顯好于JMA和JTWC。對比主觀和客觀的預報效果，CMA長時效路徑預報偏差，與預報技巧較好的ECMWF相比明顯偏大。

CMA在24 h、48 h、72 h、96 h和120 h的強度預報誤差分別是3.8 m/s、5.6 m/s、6.1 m/s、6.6 m/s和9.1 m/s（圖3），除了部分預報誤差高于JMA外，較JTWC以及數(shù)值模式均有明顯提升，主觀預報偏差明顯優(yōu)于模式預報偏差，體現(xiàn)出預報員對數(shù)值預報模式結果的訂正能力。

對比客觀預報結果可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模式存在不同程度的強度和路徑預報偏差，并且模式之間也存在一定的差異。在“杜蘇芮”預報過程中，預報員對數(shù)值模式預報主觀訂正能力發(fā)揮了重要作用。

4 預報難點分析

通過回顧臺風“杜蘇芮”主要特點和預報情況，不難發(fā)現(xiàn)中央氣象臺對“杜蘇芮”長時效路徑預報存在較大的預報偏差，對比不同起報時段的預報效果發(fā)現(xiàn)長時效路徑預報偏差主要產(chǎn)生于“杜蘇芮”生成初期，此時預報誤差遠高于全時效統(tǒng)計結果（圖4）。此外，強度預報方面，“杜蘇芮”登陸前雙眼墻結構的形成加大了強度預報的難度，盡管“杜蘇芮”主觀強度預報準確率較客觀模式有較大的提升，但強度預報偏差仍高于2022年平均預報偏差（12 h預報誤差為2.7 m/s）。同時，“杜蘇芮”登陸后環(huán)流長時間維持造成極端強降雨天氣，目前對于臺風登陸后環(huán)流維持的監(jiān)測和預報仍然是科學研究和預報業(yè)務面臨的共同問題。因此，以下將針對上述這3方面問題進行具體分析。

4.1 “杜蘇芮”生成初期路徑預報偏差

對比不同起報階段的路徑預報偏差發(fā)現(xiàn)，“杜蘇芮”生成初期路徑預報偏差較大（圖4），此時“杜蘇芮”穿過巴士海峽進入南海東北部海域，臺風生成初期主觀預報“杜蘇芮”將登陸臺灣島后進入臺灣海峽，預報路徑較實況明顯偏東，從而產(chǎn)生了較大的預報誤差。

“杜蘇芮”生成于副高南側，此時副高不僅受到“杜蘇芮”影響，同時受到中緯度西風帶系統(tǒng)和“杜蘇芮”東側新生熱帶擾動（該擾動后續(xù)發(fā)展成為2023年第6號臺風“卡努”，以下簡稱“卡努”擾動）的共同影響（圖5），副高形態(tài)的變化對于臺風路徑預報具有重要的影響。由于影響副高的環(huán)流系統(tǒng)復雜，數(shù)值模式對于副高變化的預報各異，在“杜蘇芮”生成初期路徑預報穩(wěn)定性較差，不僅集合預報路徑發(fā)散度很大，而且不同起報時次客觀路徑預報調整的方向分歧也較大，從而增加了主觀訂正的難度（圖6）。

7月21日08時—23日14時，中央氣象臺主觀預報“杜蘇芮”生成后向西北方向移動，趨向于登陸臺灣島，7月23日17時預報調整為穿過巴士海峽進入南海東北部海域。后期實況中“杜蘇芮”于26日經(jīng)過巴士海峽，此時數(shù)值模式零場對于臺風北側副高底部偏東風較臺風生成初期預報明顯加強，風速梯度大值區(qū)位于臺風北側，在偏東氣流的引導作用下向西移動。對比模式零場和預報場可以發(fā)現(xiàn)偏東風強度和位置一定程度上受到“卡努”擾動預報差異的影響（圖7），“杜蘇芮”生成初期“卡努”擾動強度偏弱而且位置偏南，“杜蘇芮”處于副高的西側，在偏南氣流的引導下向北移動，導致進入南海的可能性降低。

對比集合預報中路徑預報極端成員可以驗證“卡努”擾動預報的差異對于“杜蘇芮”路徑的影響，對于路徑預報顯著偏東表現(xiàn)為進入東海南部海域的成員（圖8a），“卡努”強度明顯偏弱，而且擾動幾乎處于5°N附近，相較于零場顯著偏南，“杜蘇芮”與副高之間的梯度大值區(qū)位于臺風的東側，在偏南氣流的引導下向北移動，排除了進入南海的可能性。對于集合預報中路徑穿過巴士海峽進入南海的成員則可以較好地預報出“卡努”擾動的位置和強度（圖8b），“杜蘇芮”北側偏東氣流的強度明顯增強。因此，在臺風相對活躍時期，臺風東側新生系統(tǒng)預報的調整可以通過影響環(huán)流形勢引起臺風路徑預報的變化。

4.2 “杜蘇芮”近海加強

“杜蘇芮”于7月25日移入巴士海峽，并逐漸向福建沿海靠近，臺風登陸強度預報成為主觀預報面臨的主要挑戰(zhàn)。一方面，對于登陸臺風來講，數(shù)值模式時間分辨率還很難滿足精細化預報服務的需求；另一方面，“杜蘇芮”在登陸前逐漸形成雙眼墻結構，目前對于臺風結構變化與臺風強度之間的關系還沒有充足的客觀觀測事實支撐，同時也缺乏統(tǒng)一共性的研究結論[4]，臺風雙眼墻結構性形成和維持依然是近海加強臺風強度預報面臨的主要挑戰(zhàn)之一，因此“杜蘇芮”登陸前是否會出現(xiàn)強度在近海增強成為臺風強度預報的難點問題。

“杜蘇芮”登陸前來自西南季風和“卡努”持續(xù)的水汽輸送、臺風北側高層良好的出流條件以及南海東北部海域相對較高的海面溫度條件（圖9）均有利于臺風強度增強。通過上述有利的形勢條件，中央氣象臺7月26日10時主觀預報結論指出“杜蘇芮”將出現(xiàn)近海增強并以強臺風級登陸福建。后期雷達觀測顯示“杜蘇芮”登陸前雙眼墻結構的維持，并且內、外眼墻均有增強的現(xiàn)象，同時在路徑經(jīng)過的海峽二號浮標觀測到28日凌晨出現(xiàn)氣壓下降的現(xiàn)象，最低氣壓達到931.1 hPa，觀測的最大平均風速達到46.5 m/s（15級）。因此，在實際預報中應用浮標、雷達等多源觀測資料，不僅可以提高近海臺風的監(jiān)測水平，也可以支撐“杜蘇芮”近海增強的事實，從而驗證主觀預報結果。

盡管近海加強的臺風預報難度大，但是多源觀測的應用為確定臺風強度提供了良好的支撐，增強了主觀預報的信心。目前，已有短時臨近同化預報系統(tǒng)具備較好的臺風強度和路徑預報能力，未來通過利用雷達、衛(wèi)星以及浮標站等觀測手段進一步加強對臺風結構的監(jiān)測，并探索其與短時臨近快速同化預報系統(tǒng)的結合，提升臺風強度預報精細化水平，從而為主觀預報提供更加直觀定量的參考。

4.3 “杜蘇芮”陸上長時間維持的原因

“杜蘇芮”于7月28日上午登陸福建晉江后，環(huán)流維持近70 h后完全消散，其登陸后陸上的維持時間遠超過登陸我國臺風的平均滯留陸地時間（20 h）。受其減弱后低壓環(huán)流北上且長時間維持影響，我國黃淮、華北等地出現(xiàn)了歷史極端強降雨天氣。

“杜蘇芮”登陸后北上的過程中，受到大別山地形影響，環(huán)流系統(tǒng)消散，地面氣壓升高，在其進入河南境內后，地面觀測出現(xiàn)氣壓降低而后環(huán)流系統(tǒng)逐漸清晰的現(xiàn)象，該低壓環(huán)流繼續(xù)北上并于30日后在太行山東側長時間停滯。目前已有研究關注了這種臺風環(huán)流減弱后降水增強的現(xiàn)象，稱為臺風殘渦復蘇[9–10]。陳聯(lián)壽等[9]通過研究多個造成特大暴雨的登陸臺風個例指出，登陸臺風殘渦復蘇導致的暴雨超過強臺風登陸引起的暴雨，臺風殘渦復蘇導致的強降雨往往與持續(xù)的水汽輸送、中緯度系統(tǒng)結合以及臺風高層云團內的微物理過程和地形密切相關[9，10-12]。

“杜蘇芮”殘渦北上期間，華北平原地形相對平坦，摩擦作用小，同時在其路徑經(jīng)過的區(qū)域環(huán)境垂直風切變?。▓D10），有研究指出垂直風切變小于8 m/s有利于低壓環(huán)流長時間維持[13]。另外，副高南側“卡努”強度逐漸增強，通過副高底部偏南氣流將水汽輸送到華北地區(qū)，良好的濕度條件同樣促使“杜蘇芮”低壓環(huán)流長時間維持并且影響局地可降水量增加（圖11），從而導致極端暴雨的發(fā)生。

登陸臺風減弱后的低壓環(huán)流長時間維持所造成的暴雨天氣已經(jīng)得到了公眾的廣泛關注，但是目前無論是全球模式還是區(qū)域模式對于臺風登陸后強度和路徑的預報均表現(xiàn)出不足，并且對于臺風減弱后環(huán)流還沒有建立有效的客觀監(jiān)測和分析機制，因此臺風登陸后陸上階段的預報業(yè)務相對薄弱，相關的業(yè)務體系有待于進一步完善，同時急需開展相關的理論研究以提升對機理的認識。

5 結論和討論

利用中央氣象臺等主觀預報和數(shù)值模式客觀預報資料，以及再分析數(shù)據(jù)等對2023年第5號臺風“杜蘇芮”主要特點和預報難點進行了回顧和分析，主要結論如下：

（1）“杜蘇芮”登陸強度強，是2023年截至10月登陸我國的最強臺風，福建、安徽等地多站點風雨觀測突破極值。“杜蘇芮”登陸后北上且長時間維持，造成我國黃淮、華北等地出現(xiàn)歷史極端強降雨天氣。

（2）由于影響副高環(huán)流的系統(tǒng)復雜，“杜蘇芮”生成初期路徑預報是預報難點問題之一。此時數(shù)值模式預報發(fā)散度大且預報調整的結論不一，預報員主觀訂正難度大。受“杜蘇芮”東側熱帶擾動預報調整的影響，副高南側偏東氣流增強，“杜蘇芮”向偏西方向移動，經(jīng)過巴士海峽進入南海，主觀預報路徑較實況明顯偏東，因此產(chǎn)生了較大的預報偏差。

（3）“杜蘇芮”登陸前形成雙眼墻結構，增加了主觀預報登陸強度的難度。預報員根據(jù)海面溫度條件、持續(xù)的水汽輸送以及高層良好的出流等有利的環(huán)流條件判斷“杜蘇芮”會出現(xiàn)近海加強現(xiàn)象，但是對于臺風結構監(jiān)測以及臺風結構變化與臺風強度之間的關系仍需要開展大量的工作，從而更好地支撐臺風強度的確定和預報。

（4）“杜蘇芮”登陸后，受華北平原地形作用，同時弱的垂直風切變以及來自“卡努”的水汽輸送使得環(huán)流長時間維持，影響我國黃淮、華北等地出現(xiàn)極端降雨天氣。目前對于臺風登陸后的監(jiān)測與預報還是臺風業(yè)務亟待完善的環(huán)節(jié)，需要開展相關的工作從而進一步提升臺風精準預報能力。

上述分析中主要關注了“杜蘇芮”強度和路徑監(jiān)測和預報中的難點問題，“杜蘇芮”極端降雨也是此次預報過程中的難點問題。一方面，“杜蘇芮”對福建降雨的影響主要集中在登陸后期，目前臺風后部極端降雨的研究相對較少，極端降雨量級預報面臨極大的挑戰(zhàn)，而臺風后部降雨往往會給沿海地區(qū)造成惡劣的影響，因此也需要開展個例的分析從而積累相關的經(jīng)驗；另一方面，除臺風“杜蘇芮”以外，第9號臺風“蘇拉”、第11號臺風“?？蓖瑯釉斐闪藰O端強降雨天氣，已有研究關注了臺風登陸減弱后殘余環(huán)流造成極端降水并分析了暴雨形成的相關機理[9，14–15]，但對于已有的研究成果如何在實際業(yè)務預報中應用以及預報員在臺風預報中如何評估登陸臺風登陸階段的風雨影響仍然有待于進一步研究。

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