2020年吉林省三場臺風連續(xù)北上環(huán)流背景場分析

劉 娜 丑士連 王昆鵬 王太然

（1.白山市氣象局，吉林白山 134300；2.松原市氣象局，吉林松原 138000）

1 引言

臺風是影響中國夏季降水的主要天氣系統(tǒng)之一[1-2]。余錦華等[3]比較了各類型臺風路徑、臺風登陸位置及登陸時間的預報誤差，發(fā)現近年臺風路徑預報準確性顯著提高；申松林等[4]發(fā)現副熱帶高壓、季風槽、越赤道氣流以及赤道中東太平洋的混合層海溫與臺風頻數的年代際變化有非常顯著的關系；潘靜等[5]發(fā)現熱帶大氣季節(jié)內振蕩對西北太平洋臺風生成有比較明顯的調制作用；田華等[6]發(fā)現大氣季節(jié)內振蕩對西北太平洋臺風路徑有重要影響，指出其對臺風路徑預報有重要參考意義；李英等[7]通過多個敏感性試驗研究不同方向水汽輸送對熱帶氣旋在陸上維持和降水的影響，發(fā)現外界持續(xù)的水汽輸送有利于熱帶氣旋氣旋性環(huán)流在陸地上維持，減緩其登陸后的強度衰減；王凌等[8]通過對過去35年的登陸臺風研究發(fā)現，西北太平洋和南海生成的臺風和熱帶風暴有減少的趨勢，并且登陸我國的臺風和熱帶風暴也有微弱的減少趨勢。

臺風暴雨是吉林省夏季主要的災害性天氣之一，對于吉林省臺風暴雨的研究，多側重于臺風降水機理及降水量級和落區(qū)的關系研究[9-13]，而對于臺風發(fā)生的天氣及氣候背景研究相對較少。2020年盛夏副熱帶高壓異常偏強，長時間控制吉林省，出現持續(xù)高溫天氣，隨著后期副熱帶高壓東撤，臺風得以北上，影響吉林省出現降水天氣。8月下旬—9月上旬，吉林省連受3場臺風北上影響，導致吉林省部分縣（市）發(fā)生嚴重洪澇、山洪地質災害，造成農作物減產，給人民生產、生活造成嚴重損失。

本文旨在分析2020年3場連續(xù)北上影響吉林省臺風的環(huán)流背景場，給出海溫、中高緯度和副熱帶系統(tǒng)的基本特征，為以后預測影響吉林省的臺風趨勢提供有利的技術指標。

2 2020年汛末3場臺風天氣過程概況

2020年8月26日—9月9日，吉林省先后受第2008號臺風“巴威”、2009號臺風“美莎克”、2010號臺風“海神”3次臺風影響（圖1），全省累計平均降水量206.6mm，遠遠超過歷史同期值。其中通化252.1mm，吉林223.0mm，遼源219.2mm，長春217.5mm，白山212.7mm，延邊207.7mm，松原177.6mm，四平176.5mm，長白山保護區(qū)157.9mm，白城157.6mm。有329個測站累積雨量在250.0mm以上，4個測站超過400.0mm。累計降水量前5位的測站分別為：梅河484.9mm，磐石解放南屯436.2mm，龍井平頂村424.9mm，榆樹泗河鎮(zhèn)402.1mm，靖宇榆樹川村387.9mm?！叭_疊加”效應凸顯，各類災害風險高。一年有3個以上臺風影響吉林省時，多為臺風遠距離影響（外圍水汽影響等）。僅1985年有3個臺風直接影響吉林省（8月1—20日），2020年半個月內3個臺風直接進入吉林省，這在歷史上為首次。

圖1 臺風“巴威”“美莎克”“海神”北上路徑

3 環(huán)流背景場分析

2020年整個6月僅有第2號臺風“鸚鵡”登陸我國，在經歷1949年以來首次“空臺”的7月，8月西太平洋和南海海域就陸續(xù)生成8個臺風，其中有3個登陸我國，較常年明顯偏多，臺風活躍的階段特征突出。歷史平均每年影響東北地區(qū)臺風有1.2個，2020年汛末半月內有3個臺風連續(xù)北上影響東北地區(qū)為歷史首次。臺風北上主要受大尺度環(huán)流強迫作用，移向受副熱帶高壓、西風帶槽脊、臺風內力（β效應）、高層系統(tǒng)、雙臺風等因素影響，其中起決定作用的是副熱帶高壓。

3.1 海溫分布情況

為更加充分地反映赤道中、東太平洋的整體狀況，目前中國氣象局國家氣候中心在業(yè)務上主要以NINOZ區(qū)（亦稱NINO綜合區(qū)，即NINO1+2+3+4區(qū)）的海溫距平指數作為判定厄爾尼諾和拉尼娜事件的依據。NINO綜合區(qū)海溫距平指數持續(xù)6個月以上≥0.5℃（過程中間可有單個月份未達指標）為一次厄爾尼諾事件；若該區(qū)指數持續(xù)5個月≥0.5℃，且5個月的指數之和≥4.0℃，也定義為一次厄爾尼諾事件。NINOZ區(qū)海溫距平指數至少持續(xù)6個月≤-0.5℃（過程中間可有單個月份未達指標）為一次拉尼娜事件；若該區(qū)指數持續(xù)5個月≤-0.5℃，且5個月的指數之和≤-4.0℃時，也定義為一次拉尼娜事件。2020年5月開始赤道中東太平洋NINO Z區(qū)表層海水溫度持續(xù)下降，為厄爾尼諾現象轉拉尼娜現象趨勢，11月降到最低，到12月轉變?yōu)槔崮葼顟B(tài)（圖2）。3場臺風連續(xù)北上出現在拉尼娜現象形成至加強期。

圖2 2020年NINO綜合區(qū)海溫距平

3.2 高低空環(huán)流形勢診斷

從2020年8月10日—9月10日500hPa位勢高度場、距平場和海平面氣壓場、距平場分析來看（圖3），500hPa中高緯度為一高空脊區(qū)控制，40°N附近為低槽區(qū)，副熱帶高壓退居海上，高壓中心強度異常偏強，副熱帶高壓西南部東南氣流與中緯度槽前西南氣流合并，有利于臺風沿著副熱帶高壓后部氣流北上。西太平洋上臺風的移動路徑主要受副熱帶高壓和西風帶環(huán)流影響，預報臺風移動路徑主要著眼于西太平洋副熱帶高壓和西風帶槽脊的位置及強度變化，副熱帶高壓西伸脊點位置在32°N，138°E附近，臺風受副熱帶高壓西側東南氣流影響，向西北方向移動。臺風向西移過140°E后，進一步受到中高緯度低槽影響，開始轉向，受副熱帶高壓后部西南偏南氣流和槽前西南氣流控制向東北方向移動。

圖3 2020年8月10日—9月10日500 hPa位勢高度場、距平場（a，單位：gpm，陰影區(qū)為距平）和海平面氣壓場、距平場（b，單位：hPa，陰影區(qū)為距平）

從平均海平面氣壓場可以看出，110°E—120°E，10°N—30°N附近南亞高壓為帶狀分布，海上副熱帶高壓呈塊狀分布，兩高之間存在一個低壓通道區(qū)。副熱帶高壓和南亞高壓對臺風有一定的阻擋和引導作用，當副熱帶高壓位置北抬、東退，前期高壓控制區(qū)域高溫高濕能量充沛，為臺風生成提供了較好的環(huán)境條件。臺風生成后沿著副熱帶高壓西側東南風向西北方向移動，受到南亞高壓阻擋后，轉而沿著副熱帶高壓外圍西南氣流向東北方向移動，其中高海溫、充足的水汽輸送、高空急流等因素，可以為臺風維持和加強提供充足的動力，有利于臺風從兩高壓之間經過，北上影響我國東北地區(qū)。

高層200hPa高空急流對臺風有兩方面作用，當臺風靠近西風急流但還有一定距離時，急流給臺風環(huán)流的高層流出提供高速氣流以及高層反氣旋切變環(huán)境，可以使擾動發(fā)展成臺風，或者臺風得到極劇烈發(fā)展；當臺風繼續(xù)向西北移入某一地區(qū)，與西風急流距離非常近時，垂直切變增大或急流造成的高層氣旋性切變流場，臺風的發(fā)展將受到顯著抑制或迅速減弱。從3次臺風影響期間200hPa風場（圖4）可以看出，3次臺風均有高空急流存在，且均處于高空急流入口區(qū)的右側。特別是臺風“美莎克”影響期間，高空急流核區(qū)最大風速達98m/s，也是導致其降水較其他兩個臺風偏強的原因之一。在臺風北上過程中急流前期為臺風發(fā)展提供較好的動力條件，一方面將降水凝結釋放潛熱輸送走，保持臺風內部暖心結構；另一方面入口區(qū)右側偏差風輻散抽吸作用有利于上升運動的維持和加強。所以急流在3場臺風降水過程中至關重要。

圖4 2020年8月26日08時（a）、9月3日08時（b）、9月7日08時（c）200hPa風場（單位：m/s，陰影區(qū)為≥30m/s風速區(qū)）

3.3 亞洲經緯向環(huán)流特征

從逐月亞洲經向和緯向環(huán)流指數（圖5）可以看出，1—3月亞洲經向環(huán)流偏弱；4—10月徑向環(huán)流指數為加強趨勢，比歷年同期明顯偏強；在8—9月經向環(huán)流指數比歷年同期偏強15～20。而同期的緯向環(huán)流指數是明顯偏弱趨勢，比歷年同期指數偏弱10～15。從8—9月亞洲緯向和經向環(huán)流指數可以看出，亞洲經向環(huán)流明顯，緯向環(huán)流偏弱，有利于冷空氣南下活動，同時經向環(huán)流偏強也有利于中低緯度系統(tǒng)北上。南部暖濕空氣與北部干冷空氣作用，有利于降水的產生和加強。

圖5 2020年亞洲經向（a）、緯向（b）環(huán)流指數及歷史氣候值序列

3.4 西太平洋副熱帶高壓特征

西太平洋副熱帶高壓是大氣環(huán)流的一個重要組成部分，特別是在臺風季，西太平洋副熱帶高壓南側的東南信風區(qū)更是直接影響臺風生成的主要源地，對臺風生成、發(fā)展和移動有著直接影響，所以臺風活動與副熱帶高壓有極為密切的關系。從2020年500hPa副熱帶高壓的面積、強度、脊線和脊線位置變化4個方面進行分析（圖6），得出2020年副熱帶高壓面積指數持續(xù)偏強。6月和8月達到2個峰值，最大值在160～180；7月份略有減弱，但較歷年平均來看還是偏強，這與前期分析太平洋地區(qū)海溫異常偏高是相對應的，暖高壓為深厚的系統(tǒng)。從500hPa副熱帶高壓強度指數同樣可以看出，對比歷史同期全年副熱帶高壓強度指數明顯偏強，8月副熱帶高壓強度出現峰值。副熱帶高壓強度偏強，長時間控制，導致其控制區(qū)域出現高溫高濕的氣象條件，在其東退過程中，西風帶系統(tǒng)和熱帶系統(tǒng)北上，大氣環(huán)流轉變，有利于強天氣的產生。從2020年500hPa副熱帶高壓脊線位置變化來看，7—9月副熱帶高壓脊線南北擺動幅度較大。7月之后副熱帶高壓脊線位置不斷北移；8月中下旬副熱帶高壓脊線達到33°N，較歷年同期偏北3～5個緯度。在副熱帶高壓長期控制下，高溫高濕的氣候背景為后期降水提供了較好的能量條件。到9月上旬副熱帶高壓脊線開始南撤，較歷史平均偏北2個緯度。副熱帶高壓異常偏北強度偏強，對后期臺風北上有一定的影響。從副熱帶高壓西伸脊點可以看出，全年西伸脊點偏東，特別是8—9月一般在115°E～130°E。脊線西伸脊點偏東，同時由于副熱帶高壓強度異常偏強，有利于臺風沿外圍副熱帶高壓后部偏南氣流向北移動。

圖6 西太平洋副熱帶高壓面積指數（a）、強度指數（b）、脊線位置（c）、脊線西伸脊點（d）分布情況

從2020年臺風北上的模型（圖7）可以看出，2020年5月開始赤道中東太平洋NINO Z區(qū)表層海水溫度持續(xù)下降，為厄爾尼諾現象轉拉尼娜現象趨勢，到12月轉變?yōu)槔崮葼顟B(tài)，3場臺風連續(xù)北上形成于拉尼娜現象的形成至加強期。

圖7 2020年臺風北上模型（黑色箭頭實線表示2020年8月下旬—9月上旬副熱帶高壓環(huán)流分布；黑色箭頭虛線表示1981—2010年平均副熱帶高壓環(huán)流分布；藍色閉合回流線表示2020年8月下旬—9月上旬氣旋式環(huán)流；藍色箭頭實線為氣旋式環(huán)流場外部氣流；藍陰影區(qū)為2020年8月下旬—9月上旬海溫負異常區(qū)）

2020年8月超過28℃洋面面積較歷年偏大，洋面溫度偏高，為臺風形成提供了有利的熱力條件。2020年8—9月西太平洋副熱帶高壓面積指數和強度指數均明顯偏大；8月中下旬副高脊線達到33°N，較歷年同期明顯偏北；西伸脊點偏東，8—9月一般在115°E～130°E，強大的副熱帶高壓退居海上，為臺風沿著副熱帶高壓外圍氣流北上提供了有利的環(huán)流條件。

4 結語

（1）2020年汛末“三臺疊加”效應凸顯，氣象災害風險偏高，半個月內3個臺風直接進入吉林省，這在歷史上為首次。2020年5月開始赤道中東太平洋NINO Z區(qū)表層海水溫度持續(xù)下降，為厄爾尼諾現象轉拉尼娜現象趨勢，11月降到最低，到12月轉變?yōu)槔崮葼顟B(tài)，3場臺風連續(xù)北上出現在拉尼娜現象形成至加強期。

（2）副熱帶高壓和南亞高壓對臺風有一定阻擋和引導作用，有利于臺風從兩高壓之間經過，北上影響東北地區(qū)。期間東北地區(qū)低壓環(huán)流異常偏強，200hPa均有高空急流存在，且均處于高空急流入口區(qū)的右側。在臺風北上過程中急流前期為臺風發(fā)展提供了較好的動力條件，一方面將降水凝結釋放潛熱輸送走，保持臺風內部暖心結構；另一方面入口區(qū)右側偏差風輻散抽吸作用有利于上升運動的維持和加強。所以急流在3場臺風降水過程中至關重要。

（3）8—9月亞洲經向環(huán)流明顯，緯向環(huán)流偏弱，有利于冷空氣南下活動，同時經向環(huán)流偏強也有利于中低緯度系統(tǒng)北上。

（4）2020年副熱帶高壓特征指數較歷年同期均有所偏大，特別是8—9月西太平洋副熱帶高壓面積指數和強度指數均明顯偏大。8月中下旬副熱帶高壓脊線較歷年同期明顯偏北，西伸脊點偏東，強大的副熱帶高壓退居海上，為臺風沿著副熱帶高壓外圍氣流北上提供了有利的環(huán)流條件。