基于衛(wèi)星云圖的1822 號“山竹”臺風的結構變化和降水云系特征

華南后汛期主要是受到臺風的影響，平均每年登陸我國的臺風有12.3 個［1］，其中在華南地區(qū)登陸臺風數(shù)為6.9 個［2］.當臺風移近大陸和登陸時往往會帶來狂風、暴雨和風暴潮等災害性天氣，造成不同程度的人員傷亡和財產(chǎn)損失，做好臺風天氣過程的預報至關重要.

氣象衛(wèi)星是用來觀測地球大氣的人造衛(wèi)星，它的觀測范圍大，不僅能獲得海洋、高原等偏遠地區(qū)的探測資料，提高天氣分析的準確性，而且可通過高時空分辨率的連續(xù)云圖觀測大尺度云系的變化，并獲取臺風等中小尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展演變過程. 通過分析衛(wèi)星云圖中云系的特征可以進一步了解大氣狀況，為天氣分析與預報提供更多的依據(jù)和參考，目前衛(wèi)星云圖也已廣泛應用于天氣預報中.國內(nèi)外學者通過衛(wèi)星云圖來研究臺風的發(fā)展、結構變化、移動路徑以及臺風暴雨天氣過程，取得了較大的進展，表明衛(wèi)星資料對臺風的監(jiān)測和預報有著不可或缺的作用［3-4］.筆者通過衛(wèi)星云圖分析1822 號“山竹”臺風發(fā)生發(fā)展的環(huán)流背景以及它自身的結構變化，以此來研究臺風天氣過程的機理.

1 “山竹”臺風概況

1822 號“山竹”臺風在2018 年9 月7 日的西北太平洋上生成，生成以后向西方向移動，10 日早上升格為強臺風，11 日晚上發(fā)展成為超強臺風.15 日凌晨登陸菲律賓呂宋島， 登陸時中心氣壓低于900 hPa，最大風力在17 級以上，“山竹”臺風受菲律賓北部的兩座山摩擦減弱轉為強臺風；16 日17 時登陸我國廣東省江門市臺山海宴鎮(zhèn)，登陸時中心附近最大風力14 級（即45 m/s），中心最低氣壓955 hPa；登陸后向廣西移去，其強度明顯減弱，17 日20 時，因不能確定環(huán)流中心，中央氣象臺停止對其編號［5］.“山竹”臺風是2018 年登陸我國的最強臺風，它的移動速度快，云系龐大，直徑范圍達1 000 km，其登陸前后給華南地區(qū)帶來狂風暴雨等重大災害.

2 “山竹”臺風發(fā)展的環(huán)流背景

2.1 西風帶槽脊和副熱帶高壓的活動情況

根據(jù)衛(wèi)星云圖1 的云系分布特征，可以看出西西伯利亞有一個逗點云系，由中心A 到云帶尾部確定一個槽，根據(jù)云帶中氣流的走向在貝加爾湖西側確定脊，我國大興安嶺呈東北-西南走向的云帶C1-C2后部確定另一個槽，高緯的形勢為“兩槽一脊”，并逐漸向東移.副熱帶高氣壓帶（副高）呈東西向帶狀，滲入到我國華東、華南等大部分地區(qū)，在其控制下這些地區(qū)也表現(xiàn)為晴空無云或少云的天氣.“山竹”登陸前，處在副高的西南側，受其引導的東南氣流下向西偏北方向移動；“山竹”登陸后副高有明顯的減弱東退.

2.2 “山竹”臺風發(fā)展時的高低空急流作用

圖2 表明，低緯西南季風位置偏南，與“山竹”南側相聯(lián)系，季風云系中的云團均出現(xiàn)向西的卷云砧，說明在副熱帶高壓的影響下，高空的東風急流很強，“山竹”在東風氣流的引導下向西移動.低空急流主要表現(xiàn)在孟加拉灣的西南氣流不斷往“山竹”輸送水汽和能量，使“山竹”持續(xù)發(fā)展，特別是在其登陸減弱時段更加明顯，從17 日03 時的云圖2(a)中看到，“山竹”南側有白亮的小云團R，兩小時后，云圖2(b)中看到云團R 的右前方有M、N 兩個小云團生成，它們都是在西南急流作用下產(chǎn)生的對流云團.高空的東風急流主要對“山竹”的移動路徑起作用，而低空急流往往與臺風外圍暴雨相關［6］.

“山竹”臺風在副熱帶高壓引導的高空東風急流、低空東南氣流的影響下往西偏北的方向移動，中高緯槽向東移來伴隨有冷空氣南下，低緯有低空西南急流聯(lián)系，它就是在這兩槽一脊及副高活動的大環(huán)流形勢下得到進一步的發(fā)生發(fā)展.

圖2 紅外云圖上的低空急流

3 “山竹”臺風結構變化

衛(wèi)星探測圖像是臺風分析預報必不可少的工具， 應用衛(wèi)星云圖可以分析臺風形成的天氣尺度條件、確定臺風的中心和強度，預告臺風未來的強度、預告臺風的路徑等內(nèi)容［7］.在衛(wèi)星云圖上能非常清楚地看到臺風的螺旋云帶、環(huán)繞眼區(qū)的云墻、旺盛對流云區(qū)圍繞眼區(qū)的不對稱分布，以及整個臺風云系的范圍等特征，所以根據(jù)云圖觀測臺風的結構變化有重要作用.

“山竹”在西太平洋生成之后不斷發(fā)展，從云圖3(a)可以清楚地看出其完整的圓形風眼，風眼即為臺風中心，臺風中心位于菲律賓以東洋面，中心密閉云區(qū)結構對稱緊密，其北側與西太平洋上的云系相聯(lián)系，西南側與西南急流相聯(lián)系，兩者為“山竹”提供源源不斷的水汽和能量，所以“山竹”云系長軸表現(xiàn)為東北-西南向，臺風云系色調白亮，表明其云頂溫度低，環(huán)流系統(tǒng)深厚，此時它的強度也達到最強.

云圖3(b)中可以看出“山竹”于15 日凌晨登陸菲律賓北部后受到下墊面摩擦的影響，強度明顯減弱，風眼消失，密閉云區(qū)的結構有所松散，西南側急流云系減少，但是外圍的螺旋云帶依舊清晰.15 日中午，“山竹”因副高西伸南插導致路徑再次北調，快速移入南海，并且不斷吸收大量的能量再次加強.

云圖3(c)中看出“山竹”南側西南急流的加強，使得它的云系范圍變得更加寬廣，跨越10~15 個經(jīng)度，同時還重塑了不規(guī)則的眼區(qū)，眼區(qū)附近出現(xiàn)的暗黑區(qū)是鑲嵌在云區(qū)中的能量泡.由于風眼附近的上升運動強烈、云系冷卻而伴隨的潛熱能量釋放集中于渦旋的能量泡的局部區(qū)域，所以出現(xiàn)了白亮的冷云云團.

“山竹”臺風繼續(xù)西北行的過程中，西太平洋的云系減少，主要由孟加拉灣向其輸送水汽，至16 日17時臺風中心登陸我國廣東江門，風眼在登陸過程中消失，云圖3(d)中看到“山竹”南側的螺旋云帶覆蓋了整個廣東、海南、廣西東部以及閩南地區(qū).

登陸后往廣西方向移動，在地形摩擦、能量釋放及水汽補充減少的影響下，“山竹”強度進一步減弱，云圖3(e)中發(fā)現(xiàn)其云系色調變淺，外圍螺旋云帶變窄；17 日17 時，云圖3(f)中整個“山竹”冷云云系基本上稀疏松散，色調也變成淺灰色，外圍螺旋云帶也已消散，此時“山竹”已減弱為熱低壓，由于不能確定環(huán)流中心，停止編號，“山竹”徹底消亡在廣西境內(nèi).

圖3 紅外云圖上的“山竹”臺風的結構變化

4 “山竹”臺風的降水云系特征

臺風是氣象災害中破壞力最大的天氣系統(tǒng)，其會帶來大風、暴雨，誘發(fā)巨浪、風暴潮次生災害，是一種極具破壞力的天氣系統(tǒng)，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡.

從衛(wèi)星云圖上分析“山竹”臺風發(fā)生的系統(tǒng)，主要看臺風云系發(fā)展情況.“山竹”登陸前其北側的云系與西太平洋上的云系聯(lián)系得到不斷地發(fā)展，云圖4(a)~(c)上看出北側有一條白亮的螺旋云帶，覆蓋臺灣省之前云帶的下部出現(xiàn)幾個對流云團，云團在發(fā)展過程中不斷壯大并且與螺旋云帶輻合，加上東南側的氣流非常強盛，低層的輻合上升運動強烈，使得北側云系呈現(xiàn)明顯的盾狀，其頭部向北凸起，出現(xiàn)明顯的卷云弧線，弧線向四周散開，說明高層有強的輻散，螺旋云帶在移動過程中逐漸覆蓋了臺灣省，加上臺灣山脈的作用，臺灣有降水，而且東側迎風坡的降水量更大；隨后“山竹”南側的螺旋云帶逐漸覆蓋廣東沿海地區(qū)，云圖4(d)~(f)上看到在螺旋云帶未抵達廣東時的云系結構、色調都沒有抵達時的緊密、白亮，這是由于其在南海吸收能量得到發(fā)展以及海陸的擠壓作用造成的向內(nèi)輻合.

云圖4(g)~(i)上看出“山竹”臺風登陸時不規(guī)則風眼周圍云系與南側螺旋云帶相比，云系較松散、色調也較淺，說明其強度較弱，相應的降水量與前期相比較少.隨后“山竹”向廣西方向移動，受到地形摩擦以及前期能量的釋放，其強度進一步減弱，中心云系變稀疏，但還能看見幾條完整的螺旋云帶.

云圖4(j)~(l)上看出“山竹”減弱后其南側的東南氣流依舊強盛，與南下的冷空氣交匯，又有孟加拉灣的急流補充水汽，使得南側更加不穩(wěn)定發(fā)展，云圖上可以看到粵西和海南地區(qū)出現(xiàn)三個較亮的對流云團，且其北側均有卷云砧，隨后三個云團結合形成一片卷云云區(qū)，其上部云線光滑，下部存在由于急流入侵造成的V 型缺口.總的來說，“山竹”前期降水是由螺旋云帶和密閉云區(qū)的作用下產(chǎn)生的，后期是因為冷空氣入侵和急流的作用而發(fā)生強對流天氣.

圖4 “山竹”臺風的降水云系的動態(tài)變化

5 結論

利用衛(wèi)星云圖資料，分析1822 號“山竹”臺風形成、發(fā)展與消亡過程中云系及天氣過程特征，發(fā)現(xiàn)：（1）“山竹”臺風在兩槽一脊和副高活動的環(huán)流背景下發(fā)生發(fā)展.低緯來自孟加拉灣的西南風急流為“山竹”臺風提供源源不斷的水汽輸送和不穩(wěn)定能量，高緯西風急流攜帶冷空氣南下，以及在高層輻散、低層輻合的配置下不穩(wěn)定能量釋放，造成大范圍的降水.（2）“山竹”臺風期間華南前期暴雨區(qū)較集中，主要是源于“山竹”臺風螺旋云帶和密閉云區(qū)的能量釋放；后期暴雨區(qū)較分散，是弱冷空氣南下與減弱的“山竹”臺風的暖濕東南氣流交匯產(chǎn)生零散的對流云團造成的.（3）“山竹” 臺風登陸呂宋島之前結構緊密且有風眼，云系范圍廣，強度最強；登陸后中心環(huán)流減弱，但外圍的螺旋云帶依舊強大，出現(xiàn)“外強中干”結構形式，所以登陸時的云系亮度較淺、結構較松散，降水量也小于登陸前期.