影响吉林省的两次相似路径超强台风对比分析
时间：2023-07-01 14:05:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
李 玥 张富龙 樊嘉璐
（1.吉林省气象科学研究所，吉林长春 130062；
2.松原市气象局，吉林松原 138000；
3.吉林省气象灾害防御技术中心，吉林长春 130062）
台风是指发生在热带海洋上的一种具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋，总是伴有狂风暴雨，常给受影响的地区造成严重气象灾害[1]。国内外学者针对台风开展了很多相关研究，周小珊等[2]指出，能够到达北方的热带气旋往往都是较强的热带气旋。陈联寿等[3]通过研究发现，潜热释放和斜压位能释放是近海或登陆热带气旋加强或维持的主要能源。高空急流对台风作用明显，高层辐散有利于低层上升运动的加强从而加强台风所引发的降水[4-5]。台风的路径不仅受西太平洋副热带高压影响，还与大陆高压有关[6]。近些年来许多学者通过对比研究相似路径台风进而找出相似路径台风的环流背景、物理量要素等之间的关系[7]。副热带高压的强度和形状变化、中高纬度低槽活动直接影响台风能否北上影响吉林省[8]。
2020年吉林省多次受台风影响，尤其是9号台风“美莎克”和10号台风“海神”两个临近台风给吉林省带来了严重灾害损失，这两个台风移动路径相似，台风强度也都达到超强台风级别，均给吉林省带来了强降水和大风天气。本文试图通过对这两个相似路径台风进行诊断分析来探讨研究台风北上对应的大尺度环流背景，进入中高纬度后多尺度的相互作用以及强降水落区的有利因子，为以后的北上台风预报提供参考依据。
研究所用数据来自2020年9月2—4日和9月7—9日吉林省区域气象站常规观测的降水和风场数据，中央气象台台风网台风信息数据以及NCEP的1°×1°逐6h再分析资料。综合利用相关数据，通过统计分析、天气诊断分析方法对比分析两次台风形势场、物理量特征等方面来研究台风北上及其所引发的强降水落区原因。
3.1 两次台风过程概况
2020年第9号台风“美莎克”8月28日08时生成于西北太平洋洋面（17.2°N，131.0°E）并向西移动。9月1日05时发展成超强台风，中心附近最大风力达16级（52m·s-1），中心最低气压为930hPa。3日01时前后在韩国庆尚南道釜山沿海登陆，登陆时中心最大风力14级（42m·s-1），中心最低气压为950hPa。3日05时减弱为台风再次进入日本海，当日11时于朝鲜半岛北部再次登陆。3日14时中心移入吉林省和龙市境内，随后向西北方向移动，于3日20时移入黑龙江省五常市，中央气象台4日17时以后停止对其编号。生命史共177h，影响吉林省近42h。
2020年第10号台风“海神”9月1日20时生成于西北太平洋洋面（19.9°N，144.1°E）并向西移动。4日05时发展成超强台风，中心附近最大风力16级（52m·s-1），中心最低气压为935hPa。7日07时在韩国庆尚南道釜山沿海登陆，登陆时中心最 大 风 力13级 （38m·s-1），中 心 最 低 气 压 为957hPa。当日14时再次入海并于21时前后在朝鲜半岛北部再次登陆。8日02时左右经朝鲜半岛东北部进入吉林省和龙市境内，8日08时停止对其编号，之后逐渐变性为温带气旋并长时间维持在吉林省和黑龙江省一带，持续对吉林省造成风雨影响。生命史共156h，影响吉林省近60h。
3.2 两次台风过程降水分布特征
受9号台风“美莎克”影响吉林省出现强降雨天气。9月2日20时—4日14时全省过程累积平均降水量为74.6mm，累积降水量大于100mm的有209站，50.1～100mm的有955站，最大累积降水量267.5mm（泗河镇站），最大小时雨强57mm/h（解放南屯站），最大阵风32.1m·s-1。强降水区域主要在吉林省中部和东部的延边州，主要降水时段为3日01—18时（图1a）。
图1 吉林省2020年9月2日20时—4日14时（a）、7日08时—9日20时（b）累积降水量（单位：mm）
受10号台风“海神”影响，9月7日08时—9日20时全省过程累积平均降水量为77.1mm，过程累积降水大于100mm的有216站，50.1～100mm的有977站，最大累积降水量222mm（平顶山村站），最大小时雨强38.7mm/h（洮河镇站），最大阵风24.6m·s-1。除吉林省西部的白城市外全省都出现了强降水，主要降水时段为9月7日10时—8日15时（图1b）。
两次相邻台风移动路径非常相似，尤其是登陆后路径基本一致。从台风强度来看两次台风均达到了超强台风级别，初次登陆时“美莎克”为强台风级别，“海神”为台风级别，二次登陆时都为热带风暴级别。两次台风强降水区域都落于台风中心的西北侧或北侧，非对称结构特征明显。“美莎克”降水强度强于“海神”，但“海神”影响吉林省时间长于“美莎克”，最终受两次台风影响吉林省大部都出现了强降水并伴随大风天气。
4.1 大尺度环流背景分析
台风“美莎克”登陆前的9月2日20时亚欧大陆中高纬度地区为两脊一槽形势，贝加尔湖和鄂霍次克海附近各为一高压脊，河套以东至东北、华北一带有一宽广槽，槽后有冷平流，随后槽逐渐加强形成闭合环流。副热带高压稳定而强盛与大陆高压叠加，其位置偏西偏北，台风中心沿着副热带高压外围向偏北方向移动。4日08时减弱的台风“美莎克”同低涡合并，涡后有-16℃的冷中心，中低层冷平流的侵入使变性的台风斜压性增强，导致合并后的涡不断发展加强，受东部阻高影响，涡向西北方向移动。
台风“海神”登陆前的9月7日08时亚欧大陆中高纬度地区为两槽两脊形势，巴尔喀什湖附近有一冷涡，贝加尔湖附近有一暖脊，暖脊不断发展加强，东部鄂霍次克海附近有一阻塞高压，台风登陆后自身维持低涡，涡后有-12℃的温度线，冷平流有利于台风的维持和变性发展。副热带高压偏北且不断西伸加强，台风沿着副热带高压外围向偏北方向移动，受东部阻高影响变性后的台风移动缓慢，长时间稳定维持在吉林省和黑龙江省一带，导致吉林省降水持续时间较长。
4.2 两次台风暴雨物理量对比分析
4.2.1 水汽条件
充沛而持续的水汽条件对台风维持和暴雨的发生都非常重要，两次台风除了其自身携带的水汽之外，台风“美莎克”影响吉林省期间日本海上有一支偏南低空急流向台风东侧输送水汽，最大风速达32～36m·s-1，在台风“海神”外围头部有偏南气流，将台风“海神”外围水汽向台风“美莎克”输送。此外通过水汽通量散度也可以发现“美莎克”的水汽来源主要来自于东海、黄海、日本海以及台风“海神”外围的西太平洋水汽，最大水汽通量值达到24～32kg·m-1·s-1，水汽通量大，输送强度强（图2a）。台风“海神”影响吉林省期间日本海上同样有一支西南低空急流向台风东南侧输送水汽，最大风速达到30～34m·s-1，通过分析水汽通量发现“海神”的水汽来源除了来自于东海、黄海、日本海和西太平洋以外，沿着南部沿海一带存在一个水汽通道将南海、孟加拉湾水汽向台风“海神”输送，但强度相对较弱，“海神”最大水汽通量为20～24kg·m-1·s-1（图2b）。通过分析台风影响期间吉林省整层大气可降水量发现“美莎克”整层大气可降水量最大值为50～70kg·m2，而“海神”为40～60kg·m2，但持续时间较长，也体现了海神降水持续时间比较长。对比发现两次台风过程水汽条件都比较好，但“美莎克”水汽条件要好于“海神”。
图2 2020年9月2日20时—4日08时（a）、9月7日08时—9日14时（b）850hPa水汽通量和水平风场平均值（阴影区为850hPa水汽通量，单位：kg·m-1·s-1；
箭头为850hPa水平风场，单位：m·s-1）
4.2.2 动力条件分析
低空急流不仅为降水输送水汽和不稳定能量，低空急流左前侧的气旋性切变涡度区和其头部辐合造成的上升运动都为降水提供了动力机制[9-11]。随着台风北上，阻高不断向西北发展，使台风和阻高之间形成了很强的东南风，这支东南气流将来自台风和急流输送的能量和水汽不断向台风北侧输送，使台风北侧造成了强烈的辐合上升，为降水提供了动力条件。
两次台风登陆前在内蒙古、吉林、黑龙江交界上空200hPa有一支稳定的高空急流，高空急流入口区右侧有正的涡度平流，台风登陆后移入高空辐散区，高层辐散低层辐合上下层耦合有利于垂直上升运动的发展。此外高空急流为台风的高层流出提供了一个高速气流和高层反气旋切变的环境，使台风北上进入较冷区后强度仍然有所维持。通过散度场来看，台风“美莎克”过程3日08时（图3a）在高空急流入口区右侧，台风中心西北侧有一强辐合中心，也正是强降水落区。台风“海神”7日20时（图3b）在高空急流入口区右侧台风中心北侧有一强辐合中心同样对应着强降水区域。
图3 2020年9月3日08时（a）、7日20时（b）200hPa高空急流（等值线，单位：m·s-1）、850hPa风场（风向杆，单位：m·s-1）和散度场（阴影，单位：s-1）
4.2.3 热力条件分析
分析两次台风暴雨期间经暴雨中心的纬向垂直剖面，发现台风“美莎克”850hPa以下∂θ/∂p=0，为中性层结，850hPa以上为稳定层结。从低层到高层有向西倾斜的θse等值线密集区即能量锋区，且锋区较强，锋区东侧的东南风将暖湿空气向锋区输送并与西侧的偏北风在锋区附近交汇造成较强的上升运动，暖湿空气向上输送，是降水发生在台风中心西北侧的主要原因，降水主要发生在能量锋区和垂直速度大值区叠加附近。
台风“海神”从底层到高层也有向西倾斜的θse等值线密集区，850hPa以下为不稳定层结，以上为稳定层结。锋区西侧低层有一能量舌，锋区东侧的东南风和西侧东北风在锋区附近交汇并造成较强的上升运动，垂直速度大值区主要位于850hPa以下且伸展高度弱于台风“美莎克”，强降水同样出现在能量锋区和垂直速度大值区叠加附近即台风中心的北侧。
（1）两次北上登陆的台风生命史长、强度大，台风“美莎克”在吉林省引发的降水强度强于“海神”，但降水的持续时间短于“海神”，最终二者在吉林省都产生了较强降水，降水呈非对称性。
（2）两次台风在偏南气流的引导下沿副热带高压外围向北偏西方向移动，进入中纬度地区后受东部阻塞高压和台风移动方向风场偏西分量增大的影响使台风向西北方向移动，进而影响整个吉林省。随着两次台风北上东部阻塞高压不断向西北发展，在台风和阻高之间形成了很强的东南气流，将来自台风和急流输送的能量和水汽不断向台风北侧输送，在北侧造成了强烈的辐合上升，暖湿空气向上输送，是降水发生在台风中心西北或北侧的主要原因。
（3）两次台风登陆前200hPa都有一支高空急流，台风登陆后移入高空辐散区，高层辐散低层辐合上下层耦合有利于上升运动的发展。
（4）两次台风登陆后强降水发生时其右侧有强盛的低空急流为其输送水汽，台风“美莎克”最大水汽通量值达到24～32kg·m-1·s-1，台风“海神”最大水汽通量为20～24kg·m-1·s-1，台风“美莎克”水汽条件好于台风“海神”。
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