1409號超強臺風“威馬遜”近海加強成因分析①

陳 燕 吳 俞 王天巍

(1海南省南海氣象防災減災重點實驗室 海南?？?570203;2海南省突發事件預警信息發布中心 海南海口 570203;3海南省氣象臺 海南?？?570203)

近年來，隨著自然科學技術的不斷發展，熱帶氣旋（以下簡稱TC）路徑預報水平穩步提升，但是對TC強度變化的研究和預報不太理想，特別是TC的強度變化是TC預報的重點和難點之一，它關系到TC風雨影響程度的預報，關系到政府防臺抗臺的決策，而TC近海突然加強往往又是預報的重中之重，難上加難，如果預報有偏差均可能導致嚴重的災害。TC強度變化受到很多因素的影響，當靠近陸地時影響因素更多、更復雜，同時海洋上缺乏稠密的探測資料也制約了對TC強度演變機理的深入研究，因此對TC近海加強成因的分析也更加復雜。針對TC近海加強的成因分析，前人已有了一定成果，主要體現在：一方面是進行統計分析，得出TC近海加強的氣候特征［1-5］；另一方面是針對TC不同個例或環流背景，研究其近海加強的原因［6-17］。例如：于玉斌等［5］給出了TC強度突變標準，對我國近海突然增強和突然減弱的2組TC進行了合成分析和對比分析。壽紹文等［9］對爆發性發展臺風的TC環境場診斷分析說明TC爆發性發展是大尺度環流和積云對流相互作用的結果。林良勛［10］指出，華南近海TC急劇加強主要發生在東高西低、北高南低和弱背景環流中；不同的環境背景下，西南季風、越赤道氣流、東風波、弱冷空氣、西風槽是誘發近海急劇加強的主要系統。羅哲賢［11］在守恒系統中TC強度變化及其可能因子的數值研究中指出，TC加強取決于兩類因子：一是臺風渦旋最大風速的取值及圓形基流切變的強弱；二是切變基流中的中尺度渦旋的自身條件。閆敬華等［12］對“黃蜂”的模擬研究指出，華南西部地形有利于低層弱冷空氣向南侵襲，從而激發對流發展，是“黃蜂”近海加強的關鍵原因。葉賓賓等［13-17］分別對“莫蘭蒂”“百合”“北冕”“桑美”“海葵”近海加強原因進行分析。

2014年第9號臺風“威馬遜”（超強臺風級）是繼7314號臺風后登陸海南島最強的TC，登陸海南島時60 m/s（17級），中心最低氣壓910 hPa?！巴R遜”于7月18日下午到傍晚，均以超強臺風級別先后在海南島、廣東2次登陸，在廣東境內一直維持超強臺風級別，移入北部灣后7月19日05時才減弱為強臺風。海南省三防統計，受“威馬遜”影響，海南受災人口達325.83萬人，死亡25人，失蹤6人，轉移38.6萬人，倒塌房屋23 163間，直接經濟總損失119.52億元。其中，農林牧漁業經濟總損失74.24億元，水利設施經濟總損失3.69億元，工業交通運輸業經濟總損失16.38億元。“威馬遜”具有路徑穩定、移速快、強度強、眼區清晰、眼壁清楚、造成災害大等特點。特別是“威馬遜”近海加強，且強風范圍小，在鄰近登陸前3 h近海陸地氣象要素無顯著變化，這讓人們容易產生麻痹心理，以為與往年TC沒什么差別，對TC預報和防御提出了更大的挑戰，因此，對“威馬遜”近海加強的原因進行探討很有必要?！巴R遜”近海加強，有些專家也做了相關研究。鄭艷等［18］指出，“威馬遜”近海急劇加強的原因主要是低層輻合與高層輻散、弱的環境風垂直切變和適宜的海面溫度、深厚的暖渦等引起。高安寧等［19-21］也分析了“威馬遜”近海急劇加強的原因，魏曉雯等［22］研究低頻水汽輸送與“威馬遜”近海加強的關系。本研究主要利用常規觀測資料、EC、NCEP（0.5×0.5°）再分析資料、衛星雷達等資料進一步探討“威馬遜”靠近海南島時急劇加強的原因，以期為更好地預報預警和防災減災提供科學參考。

1 材料與方法

本研究“威馬遜”強度和位置資料來源于中央氣象臺的臺風報文，形勢場和物理量場分析來源于EC再分析資料，垂直風切變根據NCEP 0.5×0.5°分辨率的再分析資料統計分析獲得，海溫來源于日本氣象廳提供的每日海溫資料，衛星云圖、雷達回波圖來源于當地的觀測資料。根據以上資料研究“威馬遜”進入南海后，逐漸增強直至登陸海南島后強度維持的原因分析。

2“威馬遜”強度概況

“威馬遜”于2014年7月12日下午在西北太平洋洋面上生成，向偏西方向移動，14日11時加強為強熱帶風暴，14日17時繼續加強為臺風，15日14時進一步加強為強臺風，15日傍晚在菲律賓中部沿海登陸，之后向西北方向移動，強度減弱為臺風，17日17時重新加強為強臺風，18日05時繼續加強為超強臺風，逐漸靠近海南島，強度繼續加強，18日11時加強到60 m/s（17級），18日15時30分在海南文昌翁田鎮沿海登陸，登陸后穿過文昌東北角進入瓊州海峽，強度仍維持60 m/s，18日19時30分在廣東徐聞縣南部沿海再次登陸后，強度減弱為55 m/s，繼續減弱，于19日05時減弱為強臺風，07時10分在廣西防城港市光坡鎮沿海第三次登陸，登陸時中心附近最大風力48 m/s（15級）（圖1）。

圖1 “威馬遜”中心氣壓和中心風速實況

根據陳乾金［23］的定義：12 hTC中心風速加強≥10m/s的則定義為TC突然加強。“威馬遜”17日23時至18日11時中心最大風速從48m/s加強至60 m/s，12 h其風速加強了12 m/s，符合TC突然加強標準。Holiday［24］對發生在西北太平洋迅速加強的TC進行研究，認為用中心氣壓來衡量TC強度比用最大風力更為可靠和穩妥，并把1 h降壓≥1.74 hPa或24 h≥42 hPa作為迅速加強的評判標準?！巴R遜”17日15時至18日15時中心氣壓從960 hPa降至910 hPa，24h降了50 hPa，而從18日10時的930 hPa降至18日11時的920 hPa，1 h降了10 hPa，兩者均符合迅速加強的標準。因此，可認為“威馬遜”屬于近海突然加強的TC。

“威馬遜”進入南海后，維持臺風級別30 h有余，于17日17時加強為強臺風，18日05時加強為超強臺風，之后一直加強并維持，18日20時略有減弱，但仍維持超強臺風級別，19日05時才減弱為強臺風級別?！巴R遜”維持17級（60 m/s）達9 h之久，為歷史罕見。下面探討“威馬遜”近海加強和維持的原因。

3“威馬遜”近海加強成因分析

3.1 形勢場分析

從大尺度環流形勢場分析，“威馬遜”進入南海后，始終位于副熱帶高壓西南側，這種環流形勢隔斷了其與中高緯西風帶的相互作用，受副高西南側東南氣流引導，穩定向西北方向移動，7月17日副高加強西伸，“威馬遜”和副高之間氣壓梯度不斷加大，從18日08時500 hPa位勢高度圖（圖2）來看，588線已靠近“威馬遜”東北側，大風主要分布于“威馬遜”東北側，此時“威馬遜”中心氣壓已下降至930 hPa，近中心最大風速高達55 m/s，18日14時副高還在加強，此時“威馬遜”中心氣壓繼續下降至915 hPa近中心最大風速高達60 m/s。可見，TC與副高之間的氣壓梯度加強，加劇了TC非對稱結構的發展，而TC非對稱結構對其強度變化產生了很大的影響。

圖2 2014年7月18日500 hPa位勢高度和衛星云圖疊加圖

另外，從衛星紅外云圖（圖2）來看，在“威馬遜”西北移動過程中，“威馬遜”濃密云團范圍不斷變小，云系不斷變得很緊密，臺風眼越發清晰。根據角動量守恒定律，風速與半徑成反比，當“威馬遜”在移動中隨著云團半徑的收縮，風速增大，強度增強。

3.2 水汽輸送

TC的主要能量來源是水汽凝結時釋放的潛熱，充足的水汽供應有利于TC暖心結構的維持，也為TC的發展提供充足的能量。從低空水汽輸送來看（圖3），“威馬遜”加強過程中一直有高通量的水汽輸入，且分布的對稱性十分顯著。對比不同時次水汽輸送強度，7月17日20時至18日08時水汽通量中心值從35 g/（s.hPa.cm）增強至60 g/（s.hPa.cm），在這12小時內“威馬遜”中心氣壓快速下降了25 hPa，水汽通量中心值持續升至19日08時65 g/（s.hPa.cm），19日14時仍維持65 g/（s.hPa.cm），直至19日20時才下降至25 g/（s.hPa.cm）。可見，持續并逐漸加強的水汽輸送對TC強度加強起著重要作用。

從水汽通量與低空急流配置來看，圖3中存在強盛的西南急流，西南季風的卷入為“威馬遜”源源不斷地輸送水汽，水汽通量大值區也分布在該低空急流帶。從圖2中也可以看出，西南季風發展旺盛，西南氣流和越赤道氣流不斷向“威馬遜”輸送水汽，有利于“威馬遜”加強和維持。

3.3 對流層上層環境場的影響

根據Klein等［25-26］指出，對流層高層與TC外流層的相互作用對TC強度變化具有重要作用。從200 hPa風場上看（圖4），“威馬遜”加強和維持期間其南北側出流非常明顯，南支出流的最大風速從7月18日08時的30 m/s升至20時的40 m/s以上，而北支出流一直保持40 m/s以上，且范圍逐漸增大，此時“威馬遜”中心氣壓從930 hPa一直下降，18日15時降至最低氣壓910 hPa，且該低氣壓持續到登陸徐聞縣后略有上升，為20時的915 hPa。如圖4所示，高空“威馬遜”中心南北兩側分別有偏西風急流和偏東風急流存在，“威馬遜”位于它們的右側，兩支急流構成一個反氣旋式輻散流場，南支急流與低空的西南急流存在很強的耦合，低層強輻合和高空強輻散促使TC猛烈發展。

3.4 垂直風切變的作用

Gray［27］提出，對流層高低層空氣相對運動速度很小，凝結潛熱釋放的能量累積形成暖心，有利于TC加強，即“通風效應”。薛根元［28］等認為，風速差小于10 m/s的垂直切變是TC加強發展的一個必要條件。根據NCEP 0.5×0.5°分辨率的再分析資料圍繞“威馬遜”中心5°范圍內得出200～850 hPa的垂直風切變演變圖（圖5），“威馬遜”進入南海后，7月17日起垂直風切變較小，10 m/s以下，特別是18日20時下降至6 m/s，有利于“威馬遜”的加強和維持。

3.5 海溫

TC發生發展需要一定的條件，其一就是需要海面溫度在26～27℃以上。根據日本氣象廳提供的每日海溫資料（圖6）來看，TC所在位置以及未來移經區域均為30℃以上的高海溫區，這種暖洋面蘊藏著較大的熱量，海面蒸發旺盛，通過海氣之間的湍流輸送，使得“威馬遜”所在的低層大氣獲得大量暖而濕的空氣，形成“威馬遜”發展加強的主要能源。

圖5 NCEP200-850hPa離TC中心5°范圍內的垂直風切變演變

圖6 2014年7月18日海溫

3.6 雷達回波分析

在?？诶走_站能掃到“威馬遜”整個眼區時，7月18日10時（圖7-A）其已是超強臺風級別，16級（55 m/s），930 hPa，但是從雷達回波上看，此時眼區清晰，但不夠對稱，且螺旋云帶回波較弱；11時（圖7-B）眼區逐漸縮小，圓而清晰，螺旋云帶回波加強，此時加強為17級（60 m/s），920 hPa；15時35分（圖7-C），“威馬遜”登陸文昌，此時仍保持17級（60 m/s），但中心氣壓降到910 hPa，達到最低氣壓值，回波眼區縮小，更圓更清晰，結構緊密，螺旋云帶回波進一步加強；由于受到陸地的摩擦打壓，“威馬遜”眼區變得模糊，但整個結構還是很緊密，此時“威馬遜”有所減弱，16級（55 m/s），915 hPa。由此可見，從雷達回波上看，TC加強過程，回波結構逐漸緊密、對稱，眼區逐漸變圓，減小而清晰，眼壁清楚，且眼區回波不斷加強的過程。

4 討論與結論

針對超強臺風“威馬遜”近海加強這一預報難點，首先從大尺度環流形勢的演變、水汽輸送、輻合輻散、垂直風切變、海溫、衛星云圖、雷達回波等方面對其近海加強成因進行分析。得到如下結論：

（1）副熱帶高壓加強加劇了TC的非對稱結構的發展，對TC強度演變產生了影響。

（2）充足的水汽輸送是TC加強的重要條件，強盛的西南季風和越赤道氣流是“威馬遜”主要水汽輸送帶，有利于“威馬遜”加強和維持。

圖7 ?？诶走_回波

（3）低層強輻合和高空強輻散促使TC猛烈發展。

（4）垂直風切變小、高海溫有利于TC強度加強。

（5）TC加強過程，云系不斷緊密，臺風眼越發清晰，且回波結構逐漸緊密、對稱，眼區逐漸變圓，減小而清晰，眼壁清楚，眼區回波不斷加強的過程。

本研究只是對“威馬遜”近海強度急劇變化的特征及原因進行了初步分析，僅從影響天氣系統、垂直風切變、海溫、衛星雷達等方面進行了分析，其深層次的原因，還有待今后通過數值模擬的敏感性試驗進行深入的機理診斷，為準確預報此類TC的強度變化以及防災減災提供依據。另外，“威馬遜”造成的風雨影響表現出的不同特性，其原因還有待深入探討。