1409超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”近海急劇加強(qiáng)特征及成因分析

李華實，廖勝石，李露芳，潘一銘，農(nóng)明哲

（1.崇左市氣象局，廣西 崇左 532200；2.鹿寨縣氣象局，廣西 柳州 450223；3.上思縣氣象局，廣西 防城港 535500）

1409超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”近海急劇加強(qiáng)特征及成因分析

李華實1，廖勝石1，李露芳2，潘一銘3，農(nóng)明哲1

（1.崇左市氣象局，廣西 崇左 532200；2.鹿寨縣氣象局，廣西 柳州 450223；3.上思縣氣象局，廣西 防城港 535500）

運用實況資料、NCEP/NCAR六小時再分析資料以及2014年CMA熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集，對1409號超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”近海急劇加強(qiáng)的特征及成因進(jìn)行探討分析，結(jié)果表明：高空華北槽東移，引導(dǎo)地面冷空氣南下，副高西退略北抬，與“威馬遜”形成了“東高西低”和“北高南低”的形勢，增大兩者間梯度，使“威馬遜”強(qiáng)度加強(qiáng)；近海急劇加強(qiáng)24h內(nèi)，臺風(fēng)暖心對稱化結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，強(qiáng)暖中心往高低層擴(kuò)展，低層偏南暖濕氣流輸送持續(xù)加強(qiáng)，對流層上層輻散不斷增強(qiáng)，臺風(fēng)高層環(huán)流的西側(cè)和北側(cè)亦是輻散的大值區(qū)，臺風(fēng)西行北上的過程中利于其強(qiáng)輻散的維持和加強(qiáng)；臺風(fēng)中心正渦度柱急劇增大，并向?qū)α鲗由蠈訑U(kuò)展，配合弱的垂直切變，利于臺風(fēng)的急劇加強(qiáng)；另外，物理量的分析也表明，“威馬遜”近海急劇加強(qiáng)前24h內(nèi)，臺風(fēng)環(huán)流附近大氣層結(jié)不穩(wěn)定度有增大的趨勢。

近海急劇加強(qiáng)；副高；動力和水汽條件；不穩(wěn)定條件

1 引言

臺風(fēng)的強(qiáng)度變化是臺風(fēng)預(yù)報的重點和難點之一，它決定著風(fēng)、雨的強(qiáng)度和分布，直接影響到政府防臺抗臺的決策，而臺風(fēng)近海突然加強(qiáng)往往由于估計不足導(dǎo)致嚴(yán)重的災(zāi)害。臺風(fēng)強(qiáng)度變化受到很多外界條件的影響，當(dāng)靠近近海海域影響因素更多、更復(fù)雜時，受地形摩擦阻擋、水汽輸送減少等原因影響，大多數(shù)情況下強(qiáng)度會減弱，但也有少數(shù)臺風(fēng)在近海海域強(qiáng)度突然增強(qiáng)，因此對臺風(fēng)近海加強(qiáng)成因的分析也更加復(fù)雜。林良勛（2006）指出：華南近海熱帶氣旋急劇加強(qiáng)主要發(fā)生在東高西低、北高南低和弱背景環(huán)流中，與低空持續(xù)加強(qiáng)的水汽輸送、高空的強(qiáng)輻散、臺風(fēng)趨向風(fēng)垂直切變小值區(qū)和暖洋面有關(guān)。薛根元等（2007）以超強(qiáng)臺風(fēng)“Saomai”為研究對象，從大尺度環(huán)流特征和物理量場對其登陸前強(qiáng)度不斷加強(qiáng)成因診斷分析，指出：臺風(fēng)加強(qiáng)與副高的加強(qiáng)和南落、低空持續(xù)加強(qiáng)的水汽輸送、高空流出氣流的強(qiáng)輻散、臺風(fēng)移向垂直切變小值區(qū)和暖洋面密切相關(guān)。

2 天氣過程概況

2014年7月9日，一個低壓區(qū)在楚克東部的西北太平洋海面生成。11日8時，該熱帶低氣壓組織轉(zhuǎn)好，聯(lián)合臺風(fēng)警報中心將其升格為熱帶風(fēng)暴；下午3時，日本氣象廳將其升格為熱帶風(fēng)暴，并命名為“威馬遜”。14日，“威馬遜”向西南偏西移動，并因環(huán)境轉(zhuǎn)好，迅速而顯著地增強(qiáng)，恢復(fù)西移路徑，登陸菲律賓前更急劇增強(qiáng)。15日下午2時，中央氣象臺將其升格為強(qiáng)臺風(fēng)。之后，“威馬遜”采取西北偏西移動路徑，移動速度維持在每小時22至25公里，穿越菲律賓中部，并進(jìn)入南海，穿越南海北部?！巴R遜”進(jìn)入南海后，受惠于良好的大氣環(huán)境及高水溫，重新增強(qiáng)，氣壓呈下跌趨勢。18日，“威馬遜”再度迅速而顯著增強(qiáng)，并向西北移動，移速仍然穩(wěn)定不變，維持在時速22公里，受海南島地形牽引，改向偏西移動；下午3時半，“威馬遜”以顛峰強(qiáng)度于海南省文昌市翁田鎮(zhèn)沿海短暫登陸，不久后便進(jìn)入瓊州海峽；晚上7時半，”威馬遜”再于廣東省徐聞縣龍?zhí)伶?zhèn)沿海登陸。19日，“威馬遜”繼續(xù)向西北或西北偏西移動，穿越北部灣；7時10分，又于廣西防城港市光坡鎮(zhèn)沿海再次登陸，隨后受地形摩擦影響，開始急劇減弱。20日，“威馬遜”橫越廣西及越南北部，進(jìn)入中國云南，由于西南季風(fēng)的水汽供應(yīng)亦遭切斷，威馬遜進(jìn)一步減弱消亡。

表1 2014號臺風(fēng)“威馬遜”近海再次加強(qiáng)過程情況

受1409號臺風(fēng)“威馬遜”影響，廣西沿海地區(qū)出現(xiàn)特強(qiáng)大風(fēng)和特大暴雨，特強(qiáng)大風(fēng)掀起巨浪造成廣西沿海漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)施及海產(chǎn)品遭受毀滅性破壞，導(dǎo)致重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。“威馬遜”是1949年有氣象記錄以來登陸廣西最強(qiáng)的臺風(fēng)，同時是1949年有氣象記錄以來在廣西內(nèi)陸以臺風(fēng)級別滯留時間最長的臺風(fēng)，也是1949年有氣象記錄以來狂風(fēng)暴雨影響范圍最廣的臺風(fēng)。

3 資料和方法說明

本文運用2014年7月的常規(guī)氣象觀測資料和每日4次（02、08、14和20時）的NCEP/NCAR全球同化再分析的高度場、風(fēng)場、溫度等資料（水平分辨率為1°×1°經(jīng)緯度和垂直方向26層：1000hPa-10hPa）以及2014年CMA熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集，研究區(qū)域范圍為5～40°N、100～140°E。

閻俊岳研究（1996）指出：依據(jù)我國熱帶氣旋發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，近海急劇加強(qiáng)臺風(fēng)可這樣定義：12小時內(nèi)，臺風(fēng)中心附近最大風(fēng)速迅速增加10M·s-1以上。

“威馬遜”是在近海突然加強(qiáng)的臺風(fēng)，通過瓊州海峽仍維持強(qiáng)臺風(fēng)級別且強(qiáng)度仍在加強(qiáng)。1409號臺風(fēng)“威馬遜”近海加強(qiáng)表現(xiàn)在兩個方面。一是中心附近風(fēng)速由2014年7月17日10時的35m·s-1增強(qiáng)至7月18日11時的60M·s-1，持續(xù)增強(qiáng)25小時，二是中心氣壓由7月17日10時中心氣壓970hPa下降至7月18日15時的910hPa，持續(xù)下降29小時。由表1和近海急劇加強(qiáng)臺風(fēng)的定義，17日20時為“威馬遜”近海再次急劇加強(qiáng)起始時間，下文主要對再次急劇加強(qiáng)前24小時進(jìn)行研究分析。

4 近海再次急劇加強(qiáng)的特征及成因分析

4.1 “威馬遜”強(qiáng)度變化及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征

4.1.1 環(huán)流形勢與“威馬遜”強(qiáng)度變化特征

西太平洋副熱帶高壓（下文簡稱“副高”）是影響西太平洋熱帶氣旋移動路徑的一個重要因素，下面就500hPa環(huán)流形勢以及副高對“威馬遜”的強(qiáng)度特征及后期移動路徑進(jìn)行初步探討。從圖1（見彩頁）可以看出，近海再次急劇加強(qiáng)前24小時，“威馬遜”位于強(qiáng)盛副高的南側(cè)，受副高南部偏東氣流影響明顯，“威馬遜”較穩(wěn)定地向西北偏西移動。隨著高空華北槽的東移、略有北收，引導(dǎo)地面冷空氣南下，同時副高亦有東退、略有北抬以及強(qiáng)度有所減弱的態(tài)勢，使得“威馬遜”與副高形成了“東高西低”和“北高南低”的形勢，增加了兩者之間的氣壓梯度，因而使得“威馬遜”中心高層500hPa東北部的風(fēng)速亦明顯增大，強(qiáng)風(fēng)速中心則有縮小、呈緊密結(jié)構(gòu)（圖1陰影顯示（見彩頁））。正因如此，“威馬遜”近海再次急劇加強(qiáng)，后期以較穩(wěn)定的西北路徑向廣西、越南、云南移入。

4.1.2 “威馬遜”中心垂直結(jié)構(gòu)變化特征

圖2（見彩頁）是“威馬遜”中心溫度距平-緯向垂直剖面，實心三角為臺風(fēng)位置。近海再次急劇加強(qiáng)前24小時（16日20時），臺風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)較明顯，但強(qiáng)度不強(qiáng)（強(qiáng)暖中心溫度正距平3℃）；強(qiáng)暖中心垂直伸展范圍450-250hPa，高度較高（圖2a）。17日08時，臺風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)對稱化趨于明顯，強(qiáng)度顯著加強(qiáng)（強(qiáng)暖中心溫度正距平達(dá)6℃），強(qiáng)暖中心垂直高度已明顯往低層擴(kuò)展至600hPa（圖2b）。17日20時，臺風(fēng)暖中心結(jié)構(gòu)更趨于緊密厚實，強(qiáng)暖中心溫度距平達(dá)7℃，強(qiáng)暖中心垂直伸展范圍600-200hPa（圖2c），典型的臺風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)已形成，表明對流活動非常旺盛。18日08時，強(qiáng)暖中心強(qiáng)度（溫度距平達(dá)8℃）繼續(xù)加強(qiáng)，但強(qiáng)暖中心高度范圍開始回縮（圖2d）。隨后，該臺風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，臺風(fēng)強(qiáng)度逐漸減弱（圖略）。

4.2 “威馬遜”近海再次急劇加強(qiáng)的成因分析

4.2.1 動力條件和水汽條件

高空出流氣流的輻散作用有利于上升運動，與臺風(fēng)強(qiáng)度變化亦有密切關(guān)系。圖3（見彩頁）給出了“威馬遜”近海再次急劇加強(qiáng)前24h和前12h 200hPa流場和散度。16日20時，強(qiáng)輻散中心處于臺風(fēng)高層環(huán)流的東南側(cè)，達(dá)12×10-5·s-1，其西側(cè)和北側(cè)亦是較強(qiáng)輻散區(qū)。17日08時，高層輻散顯著加強(qiáng)，達(dá)15×10-5·s-1，強(qiáng)輻散中心轉(zhuǎn)到了臺風(fēng)高層環(huán)流的東側(cè)，其西北側(cè)亦是較強(qiáng)輻散區(qū)。由此可知，在該時段高層輻散是一個逐漸加強(qiáng)的過程；高層環(huán)流的西側(cè)和北側(cè)亦是輻散的大值區(qū)，臺風(fēng)西行北上的過程中利于其強(qiáng)輻散的維持和加強(qiáng)，利于臺風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)。另外，強(qiáng)高空輻散的抽吸作用加強(qiáng)低層的垂直運動和輻合，利于低壓環(huán)流的再次加強(qiáng)。

對流層深層垂直弱風(fēng)切是臺風(fēng)發(fā)展的一個很重要因素，使得積云對流所產(chǎn)生的凝結(jié)潛熱始終加熱一個有限范圍內(nèi)的氣柱，從而有利于暖心結(jié)構(gòu)的維持和發(fā)展。參照De Maria M等人的研究方法（2007），本文取臺風(fēng)中心6°×6°經(jīng)緯度區(qū)域，然后以該區(qū)域200hPa和850hPa的緯向風(fēng)代表對流層深層的垂直風(fēng)切。從臺風(fēng)中心6°×6°經(jīng)緯度區(qū)域200hPa與850hPa垂直風(fēng)切16日20時-18日02時的時序圖（圖略），可見在近海再次急劇加強(qiáng)前12h內(nèi)，臺風(fēng)中心垂直風(fēng)切絕對值有急劇減小的趨勢（-3.4～-2.8 M·s-1）。因此，急劇減小的垂直風(fēng)切對“威馬遜”再次加強(qiáng)有重要作用。

圖5 臺風(fēng)中心假相當(dāng)位溫-緯向垂直剖面（實心三角為臺風(fēng)中心位置）

相對渦度變化亦是反映臺風(fēng)強(qiáng)度變化的一個較重要的指標(biāo)。圖4是近海再次急劇加強(qiáng)前24h和前12h經(jīng)過“威馬遜”中心沿緯度垂直剖面的相對渦度場，可見臺風(fēng)中心附近的垂直方向是顯著的正相對渦度柱，也表明臺風(fēng)具有正壓結(jié)構(gòu)。16日20時，正相對渦度柱中心值為30×10-5·s-1；而17日08時，正相對渦度柱中心值迅速增加至60×10-5·s-1，正相對渦度≥20×10-5·s-1高度由300hPa躍升至200hPa。由此可見，臺風(fēng)中心附近的正相對渦度的增大以及正相對渦度往對流層上層的發(fā)展對臺風(fēng)的加強(qiáng)有著密切聯(lián)系。

水汽條件方面，良好的水汽輸送是臺風(fēng)維持和加強(qiáng)的必備條件之一。分析700hPa風(fēng)場和水汽通量（圖4）可見，臺風(fēng)環(huán)流南側(cè)的西南氣流和北側(cè)的東南氣流有明顯增強(qiáng)的過程；與此同時，水汽通量散度也顯著增大。在近海再次急劇加強(qiáng)時刻4，水汽通量散度達(dá)60g/（s·cm·hPa）。在強(qiáng)西南暖濕氣流不斷補(bǔ)充下，“威馬遜”得以進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.2.2 對流不穩(wěn)定條件

林良勛等（2006）研究指出，深厚濕對流對臺風(fēng)的發(fā)展和加強(qiáng)有重要作用，我們通常運用假相當(dāng)位溫隨高度變化來判斷大氣層結(jié)的穩(wěn)定度，當(dāng)θse/p＜0時即對流性穩(wěn)定，當(dāng)θse/p=0時即對流性中性，當(dāng)θse/p＞0時即對流性不穩(wěn)定。圖5是臺風(fēng)中心附近沿緯度垂直剖面的假相當(dāng)位溫場，可見臺風(fēng)中心兩側(cè)的中低層滿足θse/p＜0即對流性穩(wěn)定，而臺風(fēng)中心滿足θse/p＞0且數(shù)值較大即表明臺風(fēng)中心強(qiáng)盛的對流活動。17日08時臺風(fēng)中心θse/p＞0且數(shù)值明顯增大，臺風(fēng)中心等θse線向中高層凸起，表明臺風(fēng)中心往中低層增暖增濕，不穩(wěn)定度進(jìn)一步加強(qiáng)，同時對臺風(fēng)加強(qiáng)有重要作用。

圖6 K指數(shù)分布（實心三角為臺風(fēng)中心位置）

另外，K指數(shù)也是一個能很好指示對流活動的物理量指標(biāo)，K指數(shù)越大，表明大氣層結(jié)越不穩(wěn)定。由圖6可知，“威馬遜”近海再次急劇加強(qiáng)前24h和急劇加強(qiáng)時，臺風(fēng)中心都處于K指數(shù)的大值區(qū)；臺風(fēng)急劇加強(qiáng)時，K指數(shù)略有增大。這也說明，“威馬遜”近海再次急劇加強(qiáng)時，存在對流性不穩(wěn)定且不穩(wěn)定度有所增大。

5 小結(jié)

（1）“威馬遜”源于副高南側(cè)東風(fēng)波動，屬于南海近海急劇加強(qiáng)臺風(fēng)。高空華北槽的東移、略有北收，引導(dǎo)地面冷空氣南下，同時副高亦有西退、略有北抬以及強(qiáng)度有所減弱的態(tài)勢，使得“威馬遜”與副高形成了“東高西低”和“北高南低”的形勢，增加了兩者之間的氣壓梯度，因而使得“威馬遜”中心高層500hPa東北部的風(fēng)速明顯增大以及強(qiáng)度急劇增強(qiáng)。

（2）“威馬遜”近海急劇加強(qiáng)前24h內(nèi)，臺風(fēng)暖心對稱化結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，強(qiáng)暖中心不斷往高低層擴(kuò)展（往低層擴(kuò)展趨勢更為強(qiáng)烈），持續(xù)加強(qiáng)的低層偏南暖濕氣流輸送為其暖心結(jié)構(gòu)提供了充足能量，臺風(fēng)中心正渦度柱急劇增大，并向?qū)α鲗由蠈訑U(kuò)展，利于“威馬遜”暖心結(jié)構(gòu)的維持和強(qiáng)度的加強(qiáng)；對流層上層200hPa輻散的抽吸作用加強(qiáng)，臺風(fēng)高層環(huán)流的西側(cè)和北側(cè)亦是輻散的大值區(qū)，臺風(fēng)西行北上的過程中利于其強(qiáng)輻散的維持和加強(qiáng)，配合弱的垂直風(fēng)切，利于臺風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)。

（3）另外，物理量的分析也表明，“威馬遜”近海急劇加強(qiáng)前24h內(nèi)，臺風(fēng)中心附近大氣層結(jié)不穩(wěn)定度有增大的趨勢。

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Characteristics and Cause Analysis of Super Typhoon（NO. 1409）"Rammasun"Rapid Strengthening in Offshore Area

Li Huashi1，Liao Shengshi1，Li Lufang2，Pan Yiming3，Nong mingzhe1
（1.Chongzuo Municipal Meteorological Service，Chongzuo Guangxi 532200；2.Luzhai County Meteorological Service，Liuzhou Guangxi 450223；3.Shangsi County Meteorological Service，F(xiàn)angchenggang Guangxi 535500）

Based on the conventional observation data，NCEP/NCAR reanalysis data and the CMA data of best tropical cyclone path of 2014，the characteristics and mechanism of rapid strengthening in offshore area of super typhoon"Rammasun"were analyzed.The results show that:the high-altitude North China trough moving to eastward，which led to southward invasion of cold air，and the subtropical high backing ward east and slightly moving to northward formed the pattern of pressure with typhoon" Rammasun"，like:"high-east-and-low-west"and"high-north-and-low-south"，which enlarge the gradient and strengthen the typhoon；within the 24h of rapid strengthening in offshore area，the symmetrical structure of typhoon warm center was strengthened and the powerful warm center expanded. the transportation of low-level southward jet sustained，the divergence in upper layer of troposphere continuously enhanced，in addition，the the high-level circulation of typhoon on both west and north side are wide area of divergence，the process of typhoon moving westward to north was in favor of maintaining and strengthen the strong divergence.The positive vorticity column of typhoon center increased rapidly and extended to the upper-level troposphere matched with weak vertical shear，which is beneficial to the rapid strengthen of typhoon.Furthermore，the analysis of physical quantities also show that during the 24 h before the rapid strengthen of"Rammasun"in offshore area，the instability of atmospheric stratification around typhoon circulation tended to increase.

rapid strengthening in offshore area；subtropical high；dynamic and moisture conditions；unstable condition

P458.1+24

A

1673-8411（2016）01-0047-05

2015-11-18

中國氣象局預(yù)報員專項（CMAYBY2015-055）

李華實（1990-），男，廣西永福人，理學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報工作。