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案例 分析:1323號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)菲特特點(diǎn)及預(yù)報(bào)難點(diǎn)
    作者:張毅宏

    隨著技術(shù)的進(jìn)步,各國(guó)臺(tái)風(fēng)/颶風(fēng)路徑預(yù)報(bào)取得了顯著進(jìn)步( Cangialosi  et  al, 2014;  Falvey, 2014; DeMariaet al,2014;錢傳海等,2012;許映龍等,2010),但對(duì)臺(tái)風(fēng)異常路徑(如南海臺(tái)風(fēng)北翹、臺(tái)風(fēng)移入近海后的路徑急變、路徑打轉(zhuǎn)、路徑回旋等突變路徑)的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)仍存在較大挑戰(zhàn),預(yù)報(bào)能力十分有限,如1013號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)鲇魚西行進(jìn)入南海后路徑北翹(許映龍,2011)和1323號(hào)臺(tái)風(fēng)菲特在臺(tái)灣以東洋面的突然西折在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)初期均沒有能夠預(yù)報(bào)出來。另外,與臺(tái)風(fēng)/颶風(fēng)路徑預(yù)報(bào)相比,強(qiáng)度預(yù)報(bào)進(jìn)展非常緩慢,目前臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)仍以定性分析和主觀經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)為主,尚缺乏有效的客觀預(yù)報(bào)方法支撐(Cangialosi et al,2014; DeMaria et al,2014;錢傳海等,2012;許映龍等,2010),特別是對(duì)作為臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)主要難點(diǎn)之一的臺(tái)風(fēng)近海突然增強(qiáng),業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)往往不能做出正確的分析和判斷,導(dǎo)致預(yù)報(bào)服務(wù)效果不理想的情況時(shí)有發(fā)生。余暉等(2002)指出對(duì)流層高層環(huán)境流場(chǎng)與臺(tái)風(fēng)外流之間的相互作用在我國(guó)近海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度突變過程中可能起著關(guān)鍵作用。官曉軍(2012)指出對(duì)流層高層臺(tái)風(fēng)南側(cè)輻散中心趨于合并和加強(qiáng),在對(duì)流層高層形成強(qiáng)的輻散外流,有利于0518號(hào)臺(tái)風(fēng)達(dá)維近海加強(qiáng)。林毅等(2005)指出0116臺(tái)風(fēng)百合在臺(tái)灣海峽南部海面近海再次加強(qiáng)的主要原因是臺(tái)風(fēng)上層強(qiáng)輻散流場(chǎng)的疊加。于玉斌等(2008)研究指出對(duì)流層高層輻散的增強(qiáng)是“桑美”近海急劇增強(qiáng)的重要原因。可見,對(duì)流層高層輻散在近海臺(tái)風(fēng)增強(qiáng)過程中有著重要作用。

    1323號(hào)臺(tái)風(fēng)菲特在臺(tái)灣以東洋面路徑突然發(fā)生西折,登陸華東沿海,在秋季臺(tái)風(fēng)中實(shí)屬歷史罕見。“菲特”路徑西折后,一直維持強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度,直至登陸福建沙埕,為1949年以來10月登陸我國(guó)大陸地區(qū)的最強(qiáng)秋季臺(tái)風(fēng)。但是,在“菲特”實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中,針對(duì)“菲特”路徑西折和近海強(qiáng)度維持的預(yù)報(bào),均出現(xiàn)了一定的預(yù)報(bào)偏差。具體表現(xiàn)為:數(shù)值模式預(yù)報(bào)和主觀綜合預(yù)報(bào)前期均沒有預(yù)報(bào)出“菲特”路徑的西折;“菲特”路徑發(fā)生西折后,24~72 h的路徑預(yù)報(bào)雖然預(yù)報(bào)出了“菲特”將在浙江中南部到福建北部一帶沿海登陸,但預(yù)報(bào)路徑較實(shí)況路徑仍然存在較大的偏差。而對(duì)“菲特”趨向華東近海的強(qiáng)度預(yù)報(bào),在實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中,由于考慮到“菲特”移至東海西部及華東近海海面時(shí),海表溫度偏低,且環(huán)境風(fēng)垂直切變變大,因此,預(yù)報(bào)“菲特”在華東近海強(qiáng)度將有所減弱,但實(shí)際上“菲特”在華東近海仍維持強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度,且從雷達(dá)和地面自動(dòng)站觀測(cè)看,其強(qiáng)度還存在一定程度增強(qiáng)的趨勢(shì)。此外,由于“菲特”路徑和強(qiáng)度業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的偏差,也導(dǎo)致了“菲特”的風(fēng)雨業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)出現(xiàn)了較大的偏差,風(fēng)雨量級(jí)的預(yù)報(bào)均比實(shí)況偏小,落區(qū)也出現(xiàn)了較大偏差。本文將利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)模式和NCEP再分析資料,對(duì)1323號(hào)臺(tái)風(fēng)菲特的特點(diǎn)和預(yù)報(bào)難點(diǎn)以及造成強(qiáng)風(fēng)雨的成因進(jìn)行綜合分析總結(jié),以期為今后臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供參考。

    1  “菲特”概況及特點(diǎn)

    1323號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)菲特于2013年9月30日20時(shí)(北京時(shí))在菲律賓以東的西北太平洋洋面上生成,生成后以o~lo km.h-l的速度緩慢向北偏西方向移動(dòng),10月4日17時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。之后,“菲特”轉(zhuǎn)向西偏北方向移動(dòng),最后于7日01:15在福建省福鼎市沙埕鎮(zhèn)沿海登陸,登陸時(shí)仍為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí),中心附近最大風(fēng)力達(dá)14級(jí)(42 m·S-l),中心最低氣壓為955 hPa。登陸后,“菲特”強(qiáng)度迅速減弱,在福建省建甌市境內(nèi)減弱為熱帶低壓后,中央氣象臺(tái)于7日11時(shí)對(duì)其停止編號(hào)(圖1)。“菲特”活動(dòng)及其風(fēng)雨影響具有如下顯著特點(diǎn)。

    1.1  路徑西折登陸華東,歷史罕見

    進(jìn)入秋季以后,菲律賓以東的西北太平洋洋面上生成的臺(tái)風(fēng)的主要移動(dòng)路徑一般有兩條,一條是穿越菲律賓群島西行進(jìn)入南海,影響我國(guó)華南沿;蛟侥弦粠,一條是西北行或北上至我國(guó)臺(tái)灣以東洋面后轉(zhuǎn)向東北方向移去(圖略)。“菲特”則是在北上至我國(guó)臺(tái)灣以東洋面后,路徑突然發(fā)生西折,以近90°的直角西折,最后登陸福建北部。“菲特”在我國(guó)臺(tái)灣以東洋面路徑突然發(fā)生西折,登陸華東沿海,實(shí)屬歷史罕見。

    1.2  登陸強(qiáng)度強(qiáng)

    “菲特”在北上過程中,于10月4日17時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng),之后路徑突然發(fā)生西折,一直維持強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度,直至登陸福建沙埕。“菲特”登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力達(dá)14級(jí)(42 m.s-1),為1949年以來10月登陸我國(guó)大陸最強(qiáng)的秋季臺(tái)風(fēng)(除臺(tái)灣和海南兩大島嶼外),歷史罕見。

    1.3風(fēng)力強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

    受“菲特”影響,10月5日夜以后,浙江東部沿海及福建東北部沿海出現(xiàn)了8級(jí)以上大風(fēng)(圖略),6日下午風(fēng)力增強(qiáng)到10級(jí)以上,持續(xù)時(shí)間達(dá)15 h左右;浙江東南部沿海及福建東北部沿海風(fēng)力則達(dá)12~14級(jí),且持續(xù)時(shí)間達(dá)11 h左右;福建和浙江部分海島和山區(qū)觀測(cè)站瞬時(shí)極大風(fēng)速達(dá)15~17級(jí)以上,瞬時(shí)風(fēng)速較大的地點(diǎn)有:福建福鼎星仔島50.7 m.s-1(15級(jí)),浙江蒼南馬站63.0 m.S-1(17級(jí)以上)、平陽(yáng)南麂島60.0 m.S-l(17級(jí)),平陽(yáng)上頭嶼55.8 m.S-1(16級(jí))、瑞安北龍55.6 m.s-l(16級(jí))、蒼南龍沙53.1 m.s-1(16級(jí)),其中浙江蒼南石砰山(海拔316 m)和望洲山(海拔468 m)瞬時(shí)風(fēng)速則分別達(dá)76.1和73.1 m.s-l(17級(jí)以上),破浙江省瞬時(shí)大風(fēng)歷史紀(jì)錄,為浙江省超百年一遇極端大風(fēng)。浙江蒼南石砰山10 min平均風(fēng)達(dá)59.7 m.S-1(17級(jí)),破浙江省10 min最大風(fēng)速記錄,浙江平陽(yáng)上頭嶼10 min平均風(fēng)45.7 m.s-l、瑞安北龍44.7 m.s-1、蒼南龍沙43 m.s-l。

    1.4  降雨強(qiáng)度大、范圍廣

    “菲特”降雨呈現(xiàn)了秋臺(tái)風(fēng)降雨的特點(diǎn),降雨強(qiáng)度大且范圍廣。10月5日20時(shí)至9日08時(shí),江蘇東南部、上海、浙江北部和東部、福建東北部等地部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨或大暴雨,局部特大暴雨,降雨量一般有200~350 mm,其中浙江北部和東部部分地區(qū)達(dá)400~600 mm,浙江安吉天荒坪達(dá)1056 mm(圖2),浙江奉化、余姚、上虞、慈溪、紹興、杭州、寧波、湖州、瑞安等13個(gè)縣(市、區(qū))日雨量在200~400 mm,均破當(dāng)?shù)厝沼炅繗v史紀(jì)錄,其中奉化、余姚和杭州日降水量分別達(dá)397、394和246 mm。

    2  “菲特”路徑預(yù)報(bào)難點(diǎn)及不確定性分析

    2.1  路徑預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

    在“菲特”實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中,無論是數(shù)值預(yù)報(bào),還是主觀綜合預(yù)報(bào),前期均沒能夠預(yù)報(bào)出“菲特”在臺(tái)灣以東洋面的突然西折。為了分析“菲特”路徑突然發(fā)生西折的具體原因,圖3分別給出了“菲特”北上階段(9月30日20時(shí)至10月4日20時(shí))和西折階段(10月4日20時(shí)至7日20時(shí))的500 hPa平均流線圖,以考察“菲特”西折前后的大氣環(huán)流形勢(shì)差異。“菲特”西折前后,對(duì)流層中低層大氣環(huán)流形勢(shì)存在顯著的差異。在北上階段,“菲特”一直處于對(duì)流層中低層?xùn)|西兩環(huán)副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)的鞍型場(chǎng)中,但“菲特”東側(cè)有三支偏南氣流匯入(圖3a),這三支氣流分別是110°E附近和130°E附近的越赤道氣流及赤道高壓西側(cè)的偏南氣流,因此,“菲特”在偏南氣流的引導(dǎo)下向北偏西方向移動(dòng),但移速較慢。而從預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)來看,如果大氣環(huán)流形勢(shì)不發(fā)生大的調(diào)整,“菲特”將在越過東環(huán)副高脊線以后,逐漸轉(zhuǎn)向北偏東或東北方向移去。但西折階段的環(huán)流形勢(shì)卻發(fā)生了根本性的改變,東環(huán)副高明顯西進(jìn),西環(huán)副高則出現(xiàn)明顯西退(圖3b),且在700~850 hPa的對(duì)流層中低層?xùn)|西兩環(huán)副高順利打通,“菲特”北側(cè)中低層盛行強(qiáng)盛的偏東氣流(圖略),因此“菲特”路徑出現(xiàn)突然西折,最后登陸福建北部。

    由上述的分析可知,東環(huán)副高的增強(qiáng)西進(jìn)是對(duì)流層中低層大氣環(huán)流形勢(shì)調(diào)整的結(jié)果,那么是什么因素導(dǎo)致對(duì)流層中低層大氣環(huán)流形勢(shì)發(fā)生重大調(diào)整,并進(jìn)而引起東環(huán)副高增強(qiáng)西進(jìn)呢?仔細(xì)分析“菲特”北上階段的500 hPa高度形勢(shì)場(chǎng),可以發(fā)現(xiàn),“菲特”北上階段,歐亞中高緯為兩槽一脊形勢(shì),兩槽分別位于西西伯利亞一中亞一線以及東西伯利亞  我國(guó)東北西部一華北北部一線,高壓脊則位于貝加爾湖以西到我國(guó)新疆北部一線(圖略)。隨著位于西西伯利亞一中亞一線的西風(fēng)槽發(fā)展加深,貝加爾湖以西到我國(guó)新疆北部的高壓脊得到經(jīng)向發(fā)展并東移,引導(dǎo)極地冷空氣南下,導(dǎo)致在我國(guó)黑龍江北部到俄羅斯交界一帶地區(qū)有切斷低渦生成(圖4a)。在切斷低渦東移的過程中,其西側(cè)的高壓脊逐漸減弱,亞洲中高緯環(huán)流逐漸由經(jīng)向型環(huán)流調(diào)整為緯向型環(huán)流,同時(shí)由于切斷低渦與位于日本東南洋面的東環(huán)副高相疊加,日本海南部到日本東北部洋面一帶的副熱帶鋒區(qū)變得相當(dāng)密集,副熱帶鋒區(qū)上溫度水平梯度迅速增大,于是東亞副熱帶西風(fēng)急流也隨之迅速增強(qiáng),在西風(fēng)急流上出現(xiàn)了超過80 m.s-1的急流核(圖4b)。此外,隨著切斷低渦的進(jìn)一步東移,東亞副熱帶西風(fēng)急流核的軸向也逐漸由東北一西南向轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)東西向。正是由于東亞副熱帶西風(fēng)急流核的迅速增強(qiáng),使得其南側(cè)的負(fù)渦度也迅速增加,而通過位勢(shì)傾向方程可以得知,負(fù)渦度的迅速增加有利于其南側(cè)中低層位勢(shì)高度的增加,并由此導(dǎo)致東環(huán)副高增強(qiáng)西進(jìn)。由沿200 hPa急流核軸線的渦度垂直剖面圖(圖略)也可以看到150°E以西的對(duì)流層中低層均為較強(qiáng)的負(fù)渦度帶,有利于東環(huán)副高增強(qiáng)西進(jìn)。同時(shí),在對(duì)流層高層,可見大洋中部槽( TUTT)向西南延伸加強(qiáng)(圖略),并有切斷低渦(TUTT Cell)生成西移,而統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:當(dāng)太平洋中部槽在增強(qiáng)或重建時(shí)(中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所熱帶氣象研究組,1977),副高將增強(qiáng)西伸,因此,TUTT Cell的西移也有利于副高的增強(qiáng)西伸。

    此外,“菲特”活動(dòng)期間,其東側(cè)還有1324號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)丹娜絲活動(dòng),兩者最近相距不到1300 km。“丹娜絲”北側(cè)強(qiáng)勁的偏東風(fēng)氣流,對(duì)副高的南落起著阻擋作用,有利于副高進(jìn)一步西伸和“菲特”西行。利用1 km高分辨率ARW-WRF中尺度數(shù)值模式(3.5.1版本)模擬的結(jié)果也顯示“丹娜絲”的存在一定程度阻擋了副高的南落,并有利于副高的西伸和“菲特”西行,且數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明“丹娜絲”強(qiáng)度越強(qiáng),副高的西伸幅度越大,“菲特”路徑西進(jìn)更為明顯,且“菲特”登陸后的路徑還會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的南掉;相反,若減弱“丹娜絲”強(qiáng)度或?yàn)V除其環(huán)流后,則副高西伸的幅度將明顯減小,并出現(xiàn)南落.從而導(dǎo)致“菲特”在華東近海北上轉(zhuǎn)向。因此,“丹娜絲”的存在也是“菲特”路徑西折的重要原因之一。這與李春虎等(2002)、任素玲等(2007)得出的臺(tái)風(fēng)與副高的相互作用可導(dǎo)致副高西伸的研究結(jié)論是一致的。關(guān)于“丹娜絲”對(duì)“菲特”路徑西折的數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果的具體分析將另文闡述,這里不再贅述。

    2.2  路徑預(yù)報(bào)不確定性分析

    上述針對(duì)“菲特”路徑西折的分析結(jié)果表明,對(duì)流層中低層大氣環(huán)流形勢(shì)調(diào)整導(dǎo)致東環(huán)副高增強(qiáng)西進(jìn)是“菲特”路徑西折的重要原因。那么,不同業(yè)務(wù)數(shù)值模式對(duì)東環(huán)副高增強(qiáng)西進(jìn)的預(yù)報(bào)又有怎樣的表現(xiàn)呢?圖5為不同業(yè)務(wù)數(shù)值模式9月30日20時(shí)起報(bào)的500 hPa高度120 h預(yù)報(bào)場(chǎng)與10月5日20時(shí)分析場(chǎng)的對(duì)比,可見,“菲特”生成后的北上階段初期,ECMWF、NCEP、T213和JMA模式均未能預(yù)報(bào)出東環(huán)副高的增強(qiáng)西進(jìn),而是預(yù)報(bào)我國(guó)東部海區(qū)將處于副高西側(cè)和西風(fēng)槽前的西南或偏南氣流控制之下,“菲特”未來將在我國(guó)東部海區(qū)轉(zhuǎn)向東北或北偏東方向移去。而從不同業(yè)務(wù)數(shù)值模式10月1日20時(shí)起報(bào)的500 hPa高度96 h預(yù)報(bào)場(chǎng)圖上可見(圖略),ECMWF和JMA模式雖均預(yù)報(bào)出東環(huán)副高的增強(qiáng)西進(jìn),但副高主體西伸的幅度仍較分析場(chǎng)偏東,NCEP和T213模式則未能預(yù)報(bào)出東環(huán)副高的增強(qiáng)西進(jìn),NCEP模式直到10月2日20時(shí)起報(bào)的500 hPa高度72 h預(yù)報(bào)場(chǎng)才與實(shí)況接近,而T213模式直到10月3日20時(shí)起報(bào)的500 hPa高度48 h預(yù)報(bào)場(chǎng)才與實(shí)況接近(圖略)?梢,“菲特”北上階段,不同業(yè)務(wù)數(shù)值模式對(duì)大尺度環(huán)流形勢(shì)(尤其是副高)的預(yù)報(bào)存在較大的分歧,且隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的臨近,不同業(yè)務(wù)數(shù)值模式對(duì)大尺度環(huán)流形勢(shì)預(yù)報(bào)調(diào)整的速度也不盡相同,ECMWF模式調(diào)整速度較NCEP模式快1天左右,而T213模式調(diào)整速度最慢。正是由于不同業(yè)務(wù)數(shù)值模式對(duì)大尺度環(huán)流形勢(shì)的預(yù)報(bào)存在較大的分歧,從而導(dǎo)致不同業(yè)務(wù)數(shù)值模式針對(duì)“菲特”的路徑預(yù)報(bào)也存在著較大的不確定性-并具體表現(xiàn)為不同業(yè)務(wù)集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)的路徑預(yù)報(bào)結(jié)果也均呈現(xiàn)出非常大的發(fā)散度(圖略),尤其是ECMWF和NCEP早期均未能預(yù)報(bào)出“菲特”路徑的西折,而CMC、UKMO和JMA雖有部分成員預(yù)報(bào)出“菲特”路徑將出現(xiàn)西折,但路徑預(yù)報(bào)成員的發(fā)散度非常大,從菲律賓北部到日本西南部均有登陸的可能?梢姡(dāng)不同數(shù)值預(yù)報(bào)模式尤其是不同集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)出現(xiàn)非常大的發(fā)散度或者是出現(xiàn)截然不同的預(yù)報(bào)結(jié)果時(shí),在業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中必須考慮臺(tái)風(fēng)路徑將發(fā)生較大改變的可能性,而采用多模式集合預(yù)報(bào)訂正技術(shù)則可能是提高臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的有效途徑之一。

    3  “菲特”強(qiáng)度預(yù)報(bào)難點(diǎn)及風(fēng)雨成因分析

  眾所周知,臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的變化與高空輻散流出、低層輻合、環(huán)境風(fēng)垂直切變以及海溫等因素密切相關(guān)。從大尺度環(huán)境場(chǎng)來看,臺(tái)風(fēng)眼區(qū)周圍低層水平輻合形成大量的上升運(yùn)動(dòng),高層輻散流出,因此,臺(tái)風(fēng)上空對(duì)流層高層上有無明顯的輻散氣流是臺(tái)風(fēng)能否繼續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志,特別是近海臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)的主要原因(余暉等,2002;官曉軍,2011;林毅等,2005;于玉斌等,2008;張玲等,2014;周冠博等,2015)。

    “菲特”趨向華東近海時(shí),當(dāng)時(shí)考慮到東海西部海面及華東近海海表溫度(簡(jiǎn)稱SST)較低(SST<26℃,圖略),且環(huán)境風(fēng)垂直切變有變大的趨勢(shì),因此,預(yù)報(bào)“菲特”在華東近海將有所減弱,但實(shí)際上“菲特”在華東近海仍維持強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度,且從雷達(dá)和地面自動(dòng)站觀測(cè)看,還存在一定程度增強(qiáng)的趨勢(shì)。仔細(xì)分析“菲特”進(jìn)入東海到登陸我國(guó)期間的對(duì)流層高低層風(fēng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn),對(duì)流層低層850 hPa,由東環(huán)副高增強(qiáng)西進(jìn)和“丹娜絲”西北移帶來的低層偏東氣流匯人其低層環(huán)流(圖6a),使“菲特”低層輻合得到加強(qiáng);而在對(duì)流層高層200 hPa上,“菲特”進(jìn)入東海后,從朝鮮半島到日本北部一線一直維持一個(gè)近東北一西南向的高空急流區(qū),急流核強(qiáng)度最強(qiáng)達(dá)到80m· s-l以上,“菲特”正好處于該高空急流人口區(qū)的右側(cè)(圖6b),該區(qū)域高層輻散很強(qiáng),高層強(qiáng)烈的輻散氣流導(dǎo)致低層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),有利于臺(tái)風(fēng)環(huán)流低層減壓和增強(qiáng)。而在此期間,“菲特”環(huán)境水平風(fēng)垂直切變雖然有所增大,但一直維持在5~10 m.S-l的小值區(qū),也有利于“菲特”強(qiáng)度的維持或加強(qiáng)。綜上所述,“菲特”北側(cè)強(qiáng)高空急流的維持和存在是其強(qiáng)度近海維持或加強(qiáng)的重要原因,可見,“菲特”在近海維持或加強(qiáng)是大尺度環(huán)境場(chǎng)動(dòng)力強(qiáng)迫的結(jié)果。因此,當(dāng)動(dòng)力強(qiáng)迫作用顯著時(shí),不利的海洋熱力條件對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的影響可以忽略,如2011年1115號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)洛克登陸日本前,在日本西南部近海海面迅速加強(qiáng)也是在海洋熱力條件差的條件下大尺度環(huán)境場(chǎng)動(dòng)力強(qiáng)迫顯著作用的結(jié)果(張玲等,2013)。

    4強(qiáng)風(fēng)雨成因分析

    4.1  強(qiáng)風(fēng)成因分析

    由地面風(fēng)速觀測(cè)可知(圖略),“菲特”產(chǎn)生的大風(fēng)區(qū)主要位于其中心經(jīng)過的附近區(qū)域及其前進(jìn)方向右側(cè)的浙東南沿海,強(qiáng)風(fēng)主要發(fā)生在其登陸前后的6~10 h內(nèi),這與“菲特”在華東近海強(qiáng)度的維持或加強(qiáng)是吻合的。

    由上述對(duì)“菲特”近海強(qiáng)度維持或加強(qiáng)的分析結(jié)果可以看出,“菲特”登陸福建前后,“菲特”前進(jìn)方向右側(cè)的浙東南沿海及海面位于對(duì)流層上部槽的槽前的強(qiáng)輻散區(qū)中,槽前伴有大于45 m.s-1的急流區(qū),且槽后也相伴有大于45 m.S-l的急流區(qū),并向東流向槽前(圖7a),導(dǎo)致槽前的急流區(qū)進(jìn)一步增強(qiáng)(圖7b)。由渦度方程分析可知,槽前的氣塊由南向北移動(dòng),由氣旋式渦度變到反氣旋式渦度,渦度減小,氣塊將產(chǎn)生水平輻散,因此槽前的流區(qū)的增強(qiáng),將使得高層輻散進(jìn)一步加強(qiáng),低層輻合和上升運(yùn)動(dòng)也將隨之增強(qiáng),導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)環(huán)流北側(cè)低層減壓明顯、云系對(duì)流增強(qiáng),氣壓梯度迅速增加,地面風(fēng)力相應(yīng)也迅速加大。可以顯見,“菲特”強(qiáng)風(fēng)的發(fā)生同樣也是大尺度環(huán)境場(chǎng)動(dòng)力強(qiáng)迫的結(jié)果,2012年1215號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)布拉萬北上移入東北地區(qū)后產(chǎn)生的大風(fēng)天氣也是同樣的情況。因此,當(dāng)臺(tái)風(fēng)移到近海時(shí),應(yīng)關(guān)注

高空大尺度環(huán)境場(chǎng)是否存在顯著的動(dòng)力強(qiáng)迫作用,如果存在,則應(yīng)考慮出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)發(fā)生的可能性。

    此外,“菲特”造成的強(qiáng)風(fēng)分布呈現(xiàn)極不均勻分布的特點(diǎn),這主要是浙江東南沿海的復(fù)雜地形和海陸差異所造成的。

    4.2  強(qiáng)降雨成因分析

    由圖2可以看出,“菲特”強(qiáng)降雨主要發(fā)生在江蘇東南部、上海、浙江北部和東部、福建東北部等地,尤其是浙江北部和東部部分地區(qū),降雨量達(dá)400~bOO mm,也即“菲特”的北側(cè),而其南側(cè)降雨明顯偏弱。強(qiáng)降雨主要發(fā)生在10月6日晚上至8日白天,其中6日晚上至7日上午為“菲特”本體、臺(tái)風(fēng)倒槽及偏東氣流共同影響階段,7日下午至8日白天為“菲特”殘余環(huán)流、冷空氣與偏東氣流共同影響階段。對(duì)于“菲特”的這次強(qiáng)降雨過程,中央氣象臺(tái)早在10月5日下午在針對(duì)“菲特”的臺(tái)風(fēng)專題會(huì)商中就指出”菲特”登陸后,在雙臺(tái)風(fēng)和冷空氣的相互作用下,浙北地區(qū)(尤其是杭州灣附近地區(qū))有可能出現(xiàn)超過500 mm的極端強(qiáng)降雨,但當(dāng)時(shí)沒有引起足夠的重視,主要原因是包括EC、JMA和NCEP的各家業(yè)務(wù)數(shù)值模式預(yù)報(bào)的強(qiáng)降雨落區(qū)均偏南偏西且強(qiáng)度偏弱(圖略),因此中央氣象臺(tái)24--72 h預(yù)報(bào)時(shí)效的24 h時(shí)降雨預(yù)報(bào)中的強(qiáng)降雨落區(qū)預(yù)報(bào)位置也偏南偏西,量級(jí)也偏小,預(yù)報(bào)偏差較大(圖略)?梢姡谂_(tái)風(fēng)降雨預(yù)報(bào)中,臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)和數(shù)值模式降雨預(yù)報(bào)結(jié)果常常會(huì)成為左右強(qiáng)降雨落區(qū)預(yù)報(bào)的重要因素。

    下面分別從“菲特”強(qiáng)降雨的兩個(gè)階段來具體分析強(qiáng)降雨發(fā)生的原因。

    在強(qiáng)降雨發(fā)生的第一階段(6日晚上至7日上午),隨著東環(huán)副高的西伸,“菲特”在福建福鼎沙埕登陸,其東側(cè)的1324號(hào)臺(tái)風(fēng)丹娜絲則快速西北移,兩者相距大約1000 --1100 km,雙臺(tái)風(fēng)的相互作用使得“菲特”及其后減弱的低壓環(huán)流長(zhǎng)時(shí)間滯留浙閩交界地區(qū),這與徐洪雄等( 2013)敏感性試驗(yàn)結(jié)果指出“天鵝”臺(tái)風(fēng)渦旋的存在對(duì)于“莫拉克”臺(tái)風(fēng)發(fā)展與維持過程有顯著的貢獻(xiàn)是一致的。與此同時(shí),副高南側(cè)的偏東氣流與“丹娜絲”西北移帶來的偏東氣流則向浙江東部沿海匯合,在850 hPa風(fēng)場(chǎng)上可以看到一支大于20 m.S-1的偏東急流流向浙江東部沿海(圖略),并將豐沛的水汽向浙江東部沿海輸送,大于0. 28 g.cm-l.hPa-l.s-1的水汽通量大值區(qū)幾乎覆蓋浙江全境(圖8a)。從對(duì)流層高層200 hPa風(fēng)場(chǎng)看,“菲特”登陸前后,其北側(cè)高空有大于50 m·s-l的西風(fēng)急流,位于“菲特”北側(cè)的浙江中東部地區(qū)處于高空急流入口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)(圖8b),高層強(qiáng)輻散氣流導(dǎo)致低層輻合和上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),從而有利于強(qiáng)降雨的發(fā)生;而位于“菲特”南側(cè)的福建大部地區(qū)高層則為輻合區(qū),低層為下沉運(yùn)動(dòng)(圖略)。因此,該階段的強(qiáng)降雨主要發(fā)生在浙江大部及福建東北部一帶,強(qiáng)降雨的落區(qū)與高層輻散區(qū)和低層上升運(yùn)動(dòng)區(qū)存在很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這與2012年1215號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)布拉萬北上深入黑龍江中部引發(fā)大暴雨的情況是一致的(任麗等,2013)。

    強(qiáng)降雨發(fā)生的第二階段(7日下午至8日白天),由于受地形摩擦和環(huán)境風(fēng)水平垂直切變?cè)龃蟮挠绊懀?#8220;菲特”減弱后的低壓環(huán)流趨于填塞,而其東南側(cè)的1324號(hào)臺(tái)風(fēng)丹娜絲繼續(xù)快速西北移。從對(duì)流層中低層風(fēng)場(chǎng)看,7日下午以后,由于“丹娜絲”快速西北移和西風(fēng)槽東移,東環(huán)副高略有北抬且開始東退,使得副高南側(cè)和“丹娜絲”北側(cè)的偏東急流北抬至浙江北部到江蘇東南部一帶,水汽輸送帶也隨之北抬至這一帶(圖9a)。與此同時(shí),在對(duì)流層低層的蒙古國(guó)到我國(guó)華北一帶有冷高壓發(fā)展,引導(dǎo)冷空氣由低層擴(kuò)散南下,與北抬至浙江北部到江蘇東南部一帶的偏東風(fēng)急流交匯于杭州灣附近地區(qū),在對(duì)流層低層形成中尺度輻合線(圖9b),并穩(wěn)定維持在杭州灣至長(zhǎng)江口一帶。在對(duì)流層高層,西風(fēng)槽東移導(dǎo)致副高北側(cè)的水平溫度梯度加大,西風(fēng)急流隨之加強(qiáng),急流強(qiáng)度增強(qiáng)到65 m.S-1以上(圖略)。江蘇東南部到浙江北部一帶正好處于高空急流入口區(qū)的右側(cè),西風(fēng)急流的加強(qiáng)導(dǎo)致高層強(qiáng)輻散氣流隨之加強(qiáng),使得該區(qū)域低層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),上升運(yùn)動(dòng)的大值區(qū)由浙江中東部北抬至浙江北部到江蘇東南部一帶(圖略).強(qiáng)降雨也隨之北抬。上述這種低層中尺度輻合線與高層強(qiáng)輻散流場(chǎng)的高低層環(huán)流配置,有利于低層上升運(yùn)動(dòng)的加劇,因此第二階段的雨量也較第一階段大。8日以后,隨著“丹娜絲”向東北方向移動(dòng),浙江北部到江蘇東南部一帶逐漸轉(zhuǎn)為東北或偏北氣流控制,強(qiáng)降雨也隨之趨于結(jié)束。

    由上述的分析可知,“菲特”強(qiáng)降雨的發(fā)生和落區(qū)的變化,與副高南側(cè)及“丹娜絲”北側(cè)偏東急流位置的變化及水汽輸送密切相關(guān),低層冷空氣的擴(kuò)散南下則是觸發(fā)“菲特”第二階段強(qiáng)降雨發(fā)生及雨量加大的主要因素,對(duì)流層高層強(qiáng)輻散氣流的抽吸作用則是“菲特”強(qiáng)降雨發(fā)生的主要?jiǎng)恿C(jī)制。而在臺(tái)風(fēng)降雨業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中,對(duì)流層高層流場(chǎng)分析往往得不到應(yīng)有的重視,則可能是“菲特”強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大偏差的主要原因。

    5  結(jié)論

    (1)副高西伸是“菲特”路徑突然西折的主要原因。而副高的西伸與東亞副熱帶高空西風(fēng)急流的迅速增強(qiáng)和穩(wěn)定西進(jìn)具有密切相關(guān)。此外,與“丹娜絲”雙臺(tái)風(fēng)的相互作用以及大洋中部槽切斷低渦(TUTT Cell)的西移,也對(duì)副高的西伸具有一定的作用。

    (2)“菲特”近海強(qiáng)度維持或增強(qiáng)的主要原因是大尺度環(huán)境場(chǎng)動(dòng)力強(qiáng)迫作用的結(jié)果,這種動(dòng)力強(qiáng)迫作用與其北側(cè)強(qiáng)高空輻散氣流密切相關(guān),這是臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)中應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。

    (3)高空急流入口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)的抽吸作用是“菲特”北側(cè)強(qiáng)風(fēng)雨發(fā)生的主要?jiǎng)恿C(jī)制。“菲特”強(qiáng)降雨的落區(qū)與副高南側(cè)及“丹娜絲”北側(cè)偏東急流位置的變化密切相關(guān),低層冷空氣的擴(kuò)散南下則是觸發(fā)第二階段強(qiáng)降雨發(fā)生及雨量加大的主要因素。

    (4)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中,對(duì)對(duì)流層高層流場(chǎng)(尤其是副熱帶西風(fēng)急流)的分析以及雙臺(tái)風(fēng)相互作用的關(guān)注不夠,可能是“菲特”路徑、強(qiáng)度和風(fēng)雨預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大偏差的重要原因。

    (5)目前,長(zhǎng)時(shí)效的臺(tái)風(fēng)路徑集合預(yù)報(bào)結(jié)果仍具有較大的不確定性,因此,當(dāng)集合預(yù)報(bào)路徑發(fā)散度較大或不同集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)路徑預(yù)報(bào)結(jié)果存在較大差異時(shí),采用多模式集合預(yù)報(bào)訂正技術(shù)將是提高臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的有效途徑之一。

    6提  要:

    1323號(hào)臺(tái)風(fēng)菲特突然西折和近海強(qiáng)度維持是業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的主要難點(diǎn),也是其風(fēng)雨預(yù)報(bào)偏差的主要來源。本文利常用規(guī)氣象觀測(cè)資料、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)模式和NCEP再分析資料(l°×l°),對(duì)“菲特”的特點(diǎn)和預(yù)報(bào)難點(diǎn)以及造成強(qiáng)風(fēng)雨的成旱進(jìn)行了綜合分析。主要結(jié)論如下:東亞高空副熱帶西風(fēng)急流迅速增強(qiáng)導(dǎo)致副熱帶高壓加強(qiáng)西伸是“菲特”路徑突然西折的主要原因;福熱帶西風(fēng)急流入口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散是“菲特”近海強(qiáng)度維持及其北側(cè)強(qiáng)風(fēng)雨發(fā)生的主要?jiǎng)恿C(jī)制;“丹娜絲”的存在除了為“菲特”,,強(qiáng)降雨的發(fā)生和維持提供充足的水汽輸送外,還有利于副熱帶高壓的西伸,也是“菲特”路徑發(fā)生西折的主要原因之一;業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中,對(duì)對(duì)流層高層流場(chǎng)(尤其是副熱帶西風(fēng)急流)的分析以及雙臺(tái)風(fēng)相互作用的關(guān)注不夠,可能是“菲特”路徑、強(qiáng)度和風(fēng)雨預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大偏差的重要原因;此外,當(dāng)臺(tái)風(fēng)路徑集合預(yù)報(bào)發(fā)散度較大或不同集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)出現(xiàn)截然不同的路徑預(yù)報(bào)結(jié)果時(shí),采用多模式集合預(yù)報(bào)訂正技術(shù)將是提高臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的有效途徑之一。

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