探討近海臺(tái)風(fēng)突然增強(qiáng)與大氣熱源的關(guān)系

譚雅麗，鐘瑜珊，潘劍波

（新豐縣氣象局，廣東 新豐 511100）

我國是一個(gè)臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻率較高的國家。臺(tái)風(fēng)近海加強(qiáng)帶來的影響是十分嚴(yán)重的，由于強(qiáng)度大，對(duì)整個(gè)沿海及影響地區(qū)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。例如，2016年的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”由于近海加強(qiáng)，造成福建省有179.58×104人受災(zāi)，緊急轉(zhuǎn)移65.55×104人，各地發(fā)生人員因?yàn)?zāi)死亡18人、失蹤11人，可見近海增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的影響嚴(yán)重。鄭峰等[1]對(duì)1949年—2003年中國近海突然增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)近海突然增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)占臺(tái)風(fēng)總數(shù)的10.19%，是一個(gè)小概率事件?，F(xiàn)在對(duì)臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)有了很大提升，但是對(duì)于臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度預(yù)報(bào)較欠缺。大氣熱源對(duì)于副高位置的變動(dòng)及季風(fēng)槽等都有很大的影響，這些季風(fēng)槽與熱帶氣旋的生成及發(fā)展有一定的相關(guān)性[2]。研究近海臺(tái)風(fēng)突然增強(qiáng)與大氣熱源的關(guān)系，對(duì)以后的近海突然增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的原理及機(jī)制有所幫助。

1 對(duì)我國近海范圍的確定及對(duì)近海突然增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)進(jìn)行分析

1.1 年際變化

采用上海臺(tái)風(fēng)研究所編制的CMA-STI熱帶氣旋的資料，包括臺(tái)風(fēng)的生成發(fā)展時(shí)間、最大風(fēng)速、中心最低氣壓、經(jīng)緯度等資料[3]。根據(jù)1949年—2016年的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)資料顯示，在1949年—2016年生成的熱帶氣旋有2 247個(gè)，平均每年有33個(gè)熱帶氣旋在西北太平洋生成，其中熱帶氣旋發(fā)展過程中會(huì)有加強(qiáng)、減弱和轉(zhuǎn)向的情況出現(xiàn)。1967年和1971年的熱帶氣旋數(shù)最多達(dá)50個(gè)以上。根據(jù)熱帶氣旋加強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)：熱帶氣旋發(fā)展的中心氣壓與上一時(shí)次氣壓降低小于-7.87 hPa的數(shù)量一共是896個(gè)，平均每年有13個(gè)熱帶氣旋在生成發(fā)展期間加強(qiáng)。由圖2發(fā)現(xiàn)熱帶氣旋個(gè)數(shù)與熱帶氣旋發(fā)展過程中增強(qiáng)的熱帶氣旋個(gè)數(shù)沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。當(dāng)年的熱帶氣旋個(gè)數(shù)出現(xiàn)的情況較多的時(shí)候，增強(qiáng)的熱帶氣旋數(shù)量還會(huì)相應(yīng)地減少，例如1978年臺(tái)風(fēng)數(shù)達(dá)到了41個(gè)，增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)卻只有8個(gè)。對(duì)于1977年總臺(tái)風(fēng)數(shù)28個(gè)卻有14個(gè)增強(qiáng)熱帶氣旋。根據(jù)Emanuel（1987）提出的臺(tái)風(fēng)最大可能強(qiáng)度（MPI）理論模型，Holland（1997）、Henderson-Seller等（1998）推斷，高SST會(huì)導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)的MPI增大，即臺(tái)風(fēng)可能更強(qiáng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)會(huì)增多。由圖1可見20世紀(jì)60年代—70年代的熱帶氣旋個(gè)數(shù)較多，后面的年份熱帶氣旋個(gè)數(shù)趨于穩(wěn)定。到2000年左右熱帶氣旋的數(shù)量有所減少。其中在強(qiáng)厄爾尼諾年的臺(tái)風(fēng)數(shù)量少于30個(gè)。強(qiáng)拉尼娜年的臺(tái)風(fēng)數(shù)量會(huì)增多，大于30個(gè)，但是臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)的個(gè)數(shù)比強(qiáng)厄爾尼諾的少。在1999年強(qiáng)拉尼娜年出現(xiàn)的突然增強(qiáng)熱帶氣旋達(dá)最少，只有3個(gè)，沒有近海增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)。在1949年—2016年的2 247個(gè)熱帶氣旋資料數(shù)據(jù)來看，在我國近海突然加強(qiáng)的熱帶氣旋共有67個(gè)，可見在我國近海加強(qiáng)的熱帶氣旋數(shù)量相對(duì)來說較少，占總的臺(tái)風(fēng)數(shù)的2.98%。根據(jù)我國的《熱帶氣旋等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 19201—2006）可按近中心最大風(fēng)速劃分，定義風(fēng)速達(dá)32.7～41.4 m/s的熱帶氣旋稱為臺(tái)風(fēng)，篩選得出我國近海增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)數(shù)量為50個(gè)，我國近海突然加強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)數(shù)量占總臺(tái)風(fēng)數(shù)的2.22%。

圖1 熱帶氣旋數(shù)量統(tǒng)計(jì)Fig.1 Thestatistics of tropical cyclones

1.2 月際變化

近海加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)主要發(fā)生在6月—10月，在7月—9月較頻繁，其中9月的近海突然增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)數(shù)最多，達(dá)21個(gè)。在統(tǒng)計(jì)分析的過程中發(fā)現(xiàn)，在7月生成、8月發(fā)展并消亡的臺(tái)風(fēng)當(dāng)中突然增強(qiáng)的時(shí)次都會(huì)存在于7月—8月。但是臺(tái)風(fēng)在9月生成在10月消亡的，突然增強(qiáng)的時(shí)次只出現(xiàn)在9月，與7月和8月的情況不一致。這與當(dāng)時(shí)的海溫有關(guān)聯(lián)，7月和8月處于夏季，海溫和大氣相對(duì)來說溫度較其他月份偏高。在7月和8月之間臺(tái)風(fēng)受海溫影響在移動(dòng)過程中會(huì)突然增強(qiáng)。在9月末生成的是屬于秋臺(tái)風(fēng)，在9月—10月生成發(fā)展的過程中，會(huì)在9月增強(qiáng)是因?yàn)槠浜叵鄬?duì)于10月來說偏高，有利于臺(tái)風(fēng)的突然增強(qiáng)。

1.3 臺(tái)風(fēng)路徑的篩選

篩選1949年—2016年的近海熱帶氣旋，根據(jù)臺(tái)風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)，最大風(fēng)速＞32.7 m/s的熱帶氣旋成為臺(tái)風(fēng)。厄爾尼諾年西太平洋海溫比常年偏低，對(duì)流減弱，副高位置偏南，南側(cè)的熱帶輻合帶位置偏南，導(dǎo)致西太平洋（包括南海）在我國沿海登陸的熱帶氣旋數(shù)量偏低。因此把強(qiáng)厄爾尼諾年里近海突然增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)當(dāng)中的突然增強(qiáng)的點(diǎn)篩選出來，對(duì)比突然增強(qiáng)的前6 h和后6 h的大氣熱源、水汽源，做出分析和對(duì)比排除厄爾尼諾年西太平洋海溫偏低對(duì)臺(tái)風(fēng)的影響。厄爾尼諾年生成的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng)。根據(jù)Nin～o 3.4 Index資料選擇強(qiáng)厄爾尼諾年里的近海突然增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，排除異常海溫的影響。Nin～o 3.4指數(shù)大于1.0的是強(qiáng)厄爾尼諾年,結(jié)果顯示1982年—1983年、1986年—1987年、1991年、1997年—1998年、2009年、2015年—2016年都是強(qiáng)厄爾尼諾年，在這些年份根據(jù)所得的臺(tái)風(fēng)資料進(jìn)行篩選，選出近海突然增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。

2 大氣熱源

2.1 大氣熱源的計(jì)算

利用1980年—2016年的NECP/DOE再分析資料，網(wǎng)格分辨率是2.5°×2.5°，標(biāo)準(zhǔn)氣壓層為1 000 hPa、925 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa、300 hPa、250 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa、70 hPa、50 hPa、30 hPa、20 hPa、10 hPa等17層資料，利用倒算法對(duì)突然增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的增強(qiáng)時(shí)次的前6 h和后6 h的垂直加熱率進(jìn)行區(qū)域平均，計(jì)算增強(qiáng)前后時(shí)次的大氣垂直加熱率。

式中：Q1——大氣熱源；V——水平風(fēng)矢量；T——溫度；p——坐標(biāo)的垂直速度。

計(jì)算大氣熱源時(shí)假設(shè)對(duì)流層頂處=0，地面氣壓P0=1 000 hPa；K=R/Cp。R和Cp分別是干空氣氣體常數(shù)和定壓比。

由公式（1）可知，Q1由等式右邊3項(xiàng)組成：第1項(xiàng)，溫度局地變化項(xiàng)；第2項(xiàng)是溫度平流項(xiàng)；第3項(xiàng)，溫度垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)。

將（1）式進(jìn)行整層積分，得到大氣熱源的垂直積分值表示為：

式中：＜Q1＞——整個(gè)氣柱的熱源，氣柱頂層氣壓Pt=10 hPa；Ps——地面氣壓；P1——大氣頂氣壓（設(shè)P1=100 hPa）。

2.2 大氣熱源

計(jì)算臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)前、后6 h在20°S～60°N，0°E～180°E，1 000 hPa的大氣熱源。2009年第15號(hào)臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)前一個(gè)時(shí)次大氣熱源在我國南海地區(qū)的大氣熱源值較高，熱源較高值分布在西太平洋一帶。由于南海區(qū)域的大氣熱源是一個(gè)負(fù)值，不屬于熱源狀態(tài)，所以增強(qiáng)的后一時(shí)次與前一時(shí)次的大氣熱源相比有明顯的差異。在突然增強(qiáng)的前一時(shí)次，低層的大氣熱源存在于南海到菲律賓海域一帶，臺(tái)風(fēng)在靠近我國移動(dòng)過程中受到南海到菲律賓海域一帶的大氣熱源影響，起到了動(dòng)力抬升的作用，加上低層海域的熱源值較大，在該海域受到低層源源不斷的熱源輸送，渦度擾動(dòng)相應(yīng)地也會(huì)增強(qiáng)，整個(gè)臺(tái)風(fēng)的水汽輸送有所增加，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)突然增強(qiáng)。當(dāng)臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)過后，其移動(dòng)過程中吸收該海面的熱量導(dǎo)致增強(qiáng)的后一時(shí)次海面大氣熱源相對(duì)應(yīng)地減少，南海到菲律賓一帶海域的大氣熱源屬于負(fù)值狀態(tài)。隨著臺(tái)風(fēng)在近海移動(dòng)登陸過程中，會(huì)帶動(dòng)熱源的移動(dòng)使沿海的陸地大氣熱源較高，這也是臺(tái)風(fēng)來臨前天氣悶熱的原因。前6 h在靠近我國的沿海區(qū)域例如南海和菲律賓等大氣熱源值相對(duì)地較高，出現(xiàn)高值區(qū)。后6 h在變壓變小之后在南海菲律賓一帶的大氣熱源值相對(duì)應(yīng)地減少，在我國沿海地區(qū)或陸地的大氣熱源值相應(yīng)地增高。在南海、菲律賓海域一帶都是前6 h的大氣熱源值較大，后6 h的大氣熱源值相應(yīng)地降低，西太平洋海域的大氣熱源也相應(yīng)地降低。

3 結(jié)語

（1）強(qiáng)厄爾尼諾年西太平洋的海溫比常年低，強(qiáng)厄爾尼諾年生成的臺(tái)風(fēng)數(shù)量也相對(duì)較少，近海增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)數(shù)也較少，占臺(tái)風(fēng)數(shù)的2.22%。近海增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在6月—10月發(fā)生，但在9月的突然加強(qiáng)的頻率較高。

（2）強(qiáng)厄爾尼諾年的臺(tái)風(fēng)生成的源地偏南，與厄爾尼諾年海溫異常有一定關(guān)系。靠近菲律賓海域西側(cè)一帶且臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑大多西移或西北移動(dòng)，幾乎都在華南一帶登陸。