过台湾岛的台风所引发的东南沿海地区的暴雨特征分析.pdf
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1、书书书林小红,杨舒楠,王健治,等,过台湾岛的台风所引发的东南沿海地区的暴雨特征分析气象,():,():()过台湾岛的台风所引发的东南沿海地区的暴雨特征分析林小红,杨舒楠王健治尹丝雨福建省灾害天气重点实验室,福州 福建省气象台,福州 国家气象中心,北京 民航厦门空管站,厦门 提要:利用 年中国气象局上海台风研究所台风资料和中国台站逐日台风降水资料,对我国东南沿海地区(浙江、福建和广东)过台湾岛台风(以下简称过岛台风)不同量级暴雨的气候特征进行统计分析,并初步探讨造成过岛台风极端降水差异的成因。研究表明:九成过岛台风会给东南沿海地区带来暴雨影响,年均有 次过岛台风暴雨事件发生。过岛台风日最大降水量
2、的年际变化有明显增强趋势,特别是自 年以来暴雨极端事件呈现明显增多增强现象。不同量级日暴雨发生的频次月变化均表现为单峰型,月为高峰季。过岛台风过程日最大降水不同量级发生的频次表明,东南沿海 以上强降水频次随着降水强度的增加而减少,以上强降水频次明显减少。空间分布上,东南沿海日暴雨频次呈现由沿海向内陆不均匀快速递减特征。过岛台风暴雨对福建北部沿海地区的影响最为突出,其中福建的柘荣站是暴雨极值中心。利用 再分析资料对两组相似台风引发极端降水差异的大尺度环境对比显示:强降水组的台风中心北侧大风速区导致向岸风较大,在山脉地形作用下,山前具有更强的辐合及深厚的强垂直上升运动,配合更有利的水汽条件,将低空
3、高能高湿水汽送至中高层,降水动力和水汽条件均明显强于弱降水组的台风,从而造成更强的台风暴雨。关键词:过台湾岛台风,东南沿海地区,不同量级暴雨,成因分析中图分类号:文献标志码:犇 犗 犐:,犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,福建省灾害天气重点实验室重大科技专项(、)、福建省科技厅面上项目()共同资助 年月 日收稿;年月日收修定稿第一作者:林小红,主要从事台风、暴雨等预报技术研究 :通讯作者:杨舒楠,主要从事灾害性天气预报研究 :第 卷 第期年月气象 ,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:,引言台风是一种严重的灾害性天气,台风暴雨引发的灾害令人触目惊心,如 号超强台风尼伯特()登陆台湾岛后再次登陆福建石
4、狮,造成福建因灾死亡 人,失踪 人,直接经济损失达 亿元。长期以来,台风暴雨的形成机理及预报技术都是台风研究的重要前沿科学问题之一(端义宏等,;陈博宇等,)。研究认为:台风环流长时间维持或滞留;低空急流、季风涌、双台风作用及下垫面水体的水汽和潜热能量输送;中纬度槽提供的位能和不稳定能量;山脉地形和台风高层云团中的微物理过程等均对台风暴雨的产生起着重要作用(,;,;陈联寿和丁一汇,;陈联寿等,;陈联寿和许映龙,;李英等,;陈涛等,)。目前,台风暴雨预报主要面临三个方面挑战:暴雨落区预报偏差大,暴雨强度预报准确性不高,缺乏暴雨精细分布预报能力。因此,台风灾害防御对台风暴雨的精细化准确预报需求非常迫
5、切。浙江、福建和广东(以下简称东南沿海地区)是我国遭受台风影响最为严重的地区,其地理位置与台湾岛隔海峡毗邻。统计显示 年登陆东南沿海地区的台风中有八成曾登陆过台湾岛,而台风经过台湾岛前后,其路径、结构、强度等均会发生明显改变或调整(孟莹等,;董林和端义宏,;胡姝等,;薛霖等,;邢蕊等,)。在台风路径方面,当台风靠近台湾岛时,地形可使台风东北西南向非对称性结构增大,路径通常会发生北 翘(,;,;邢蕊等,),过台湾岛后强度较弱且移动缓慢的台风,路径发生偏折的现象更加明显(,);在台风环流结构上,会诱生次生低压、产生地形辐合线、迎风坡上降水明显增强、背风坡上形 成 焚 风 效 应 等(,;,;骆荣宗
6、等,;,;孟智勇等,;孟莹等,);在台风强度方面,台风穿过台湾岛后强度通常会减弱,且从台湾岛东侧登陆损失的强度为西侧登陆的三倍左右(,;,;董林和端义宏,;胡姝等,),上述变化将导致台风风场、湿度场和降水分布等发生显著改变,这势必会给东南沿海地区的台风暴雨预报带来更多的不确定性。因此,研究台湾 气象 第 卷岛对东南沿海地区台风暴雨精细化预报的影响至关重要。上述回顾显示,针对过台湾岛台风对我国大陆暴雨影响的研究成果丰硕,但主要是针对个例的分析,缺乏对过台湾岛台风(以下简称过岛台风)对我国大陆暴雨影响的整体性特征研究。因此,本文基于 年我国长时间序列的台风资料、降水资料以及 再分析资料等,开展过岛
7、台风引发东南沿海地区不同量级暴雨的气候特征及产生极端降水的环境条件分析,为进一步提高东南沿海地区台风暴雨的预报准确率提供参考。资料与方法 资料采用 中 国 气 象 局 上 海 台 风 研 究 所 提 供 的 年间隔一次的台风资料、国家气象信息中心提供的 年中国大陆 个国家级气象站逐日(时至次日 时)降水数据。本文仅将受台风影响较为严重的东南沿海地区的共 个国家级气象站(图)作为研究区域。在环境条件分析中,利用美国国家环境预测中心(,)再分析资料,年之前仅有 网格再分析资料,将其插值成 网格 资 料,年 之 后 为 网格资料,要素包括风场、湿度场、温度场和高度场等,时间间隔为,层次为 层。图中国
8、东南沿海地区(浙江、福建和广东)个国家级气象站分布 (,)方法 定义东南沿海地区过岛台风暴雨事件是指过岛台风给东 南 沿 海 地 区 带 来 至 少个 站 的 日 降 水 量 的台风过程。平均降水强度指过岛台风暴雨事件发生时东南沿海地区各站点所有降水量()的降水量平均值。本文所指的台风包含热带低压及以上级别的所有热带气旋。本研究中过岛台风极端降水的定义参考国际上通用的百分位方法来定义不同站点的极端降水事件的阈值(翟盘茂和潘晓华,)。其方法为:对于某一台站,将 年台风日降水量 的降水序列按升序排列,定义其第 分位值为该站极端降水的阈值;当该站日降水量达到或超过该阈值时,即定义为一次极端降水事件。
9、台风降水天气图客观识别法本文采用 ()提出的台风降水天气图客 观 识 别 法(,)识别我国台风降水。该方法模拟预报员利用天气图人工分离台风降水的过程,将日降水场分解成几个独立的自然雨带和一些离散的降水台站,根据自然雨带与台风中心的位置关系,确定出可能台风雨带;最后针对每一个降水台站,根据它是否属于台风雨带以及它与台风中心之间的距离大小,判断它的降水是否为台风降水,进而将所有的台风降水台站组合成为台风降水场,再从中剥离出影响东南沿海地区的台风降水资料,对过岛台风及其降水进行统计。过岛台风特征统计 年共有 个过岛台风引发了东南沿海地区暴雨事件的发生,占过岛台风总数的 ;年均约受 个过岛台风影响。图
10、给出了这 个过岛台风移动路径的分布情况。图中显示,过岛台风主要来自于西北太平洋洋面上,台风西行登陆台湾岛后大部分台风再次登陆我国大陆,其中过岛登闽台风有 个,占比为 ;登浙个();登粤个();近海转向及海上减弱消失 个()。可见,过岛台风中有九成会给我国东南沿海地区带来暴雨过程,其中有八成会再次登陆大陆,又以登闽台风个数为最多。而过岛台风第期林小红等:过台湾岛的台风所引发的东南沿海地区的暴雨特征分析图 年引发东南沿海地区暴雨的过岛台风路径分布 中仅一成未给东南沿海地区带来暴雨过程,究其原因这些台风大都在登岛时强度已经减弱,其登岛后直接在岛上停编消失或下岛后迅速在海峡内停编消失,也有少量台风登岛
11、后立即转向远离东南沿海地区。暴雨时空特征 时间特征过岛台风过程日最大降水不同量级的发生频次分布显示(图),东南沿海 以上强降水频次随着降水强度的增加而减少,尤其是 以上强降水频次明显减少;强降水频次主要集中位于 ,占总频次的 。在 次过岛台风暴雨事件中,有次台风过程日最大降水量在 ,占总比的;以上台风暴雨事件频次显著增加,达 次(),以上暴雨事件频次快速减少到 次(),以上 为 次(),以 上 仅 为次()。从台风日最大降水量的年际变化显示其随时间有明显增强趋势(图),且通过了 显著性水平检验,特别是自 年以来暴雨极端事件呈现明显增多、增强现象。台风降水致灾程度与降水强度关系密切,重灾的发生往
12、往由少数极端降水事件导致。表给出了东南沿海过岛台风过程日最大降水量 暴图 年东南沿海过岛台风过程日最大降水不同量级的发生频次分布 图 年东南沿海过岛台风日最大降水不同量级的年际分布 雨极端事件的历史排名,共有 次暴雨极端事件发生,排名第一为 年的“海棠()”,产生了 ()的日降水,其次为 年的“鲇鱼()”,第三位为 年的“莫拉克()”;台风暴雨极端事件主要发生在月,年以来暴雨极端事件发生次,部分反映了近 年来台风暴雨极端事件在不断增加的事实。东南沿海过岛台风日降水的季节变化与台风活动关系紧密。以上的日降水量主要发生在 月(图),以上主要发生在 月,以上则主要为月。年不同量级日降水的月频次变化均
13、表现为单峰型,月为高峰季。其中,除 以上日降水的峰 气象 第 卷值出现在月外,其他不同量级的日降水频次均在月达到峰值。因此,可将东南沿海过岛台风暴雨的影响时间划分为:早季(月)、高峰 季(月)及晚季(月)。此外,的日降水频次达 次,与 的频次(次)较接近;的日降水频次最多达到 次,占总频次的一半以上(),显著高于其他量级的降水频次;以上的日降水频次最少,仅为 次。表 年东南沿海过岛台风暴雨极端事件排名犜 犪 犫 犾 犲犎 犻 狊 狋 狅 狉 犻 犮 犪 犾 狉 犪 狀 犽 犻 狀 犵狅 犳 狋 狔 狆 犺 狅 狅 狀狉 犪 犻 狀 狊 狋 狅 狉 犿犲 狓 狋 狉 犲 犿 犲犲 狏 犲 狀 狋
14、 狊 犻 狀狋 犺 犲 狊 狅 狌 狋 犺 犲 犪 狊 狋 犮 狅 犪 狊 狋 犪 犾 犪 狉 犲 犪狅 犳犆 犺 犻 狀 犪犱 狌 狉 犻 狀 犵 狋 犺 犲狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊狅 犳 狋 狔 狆 犺 狅 狅 狀狆 犪 狊 狊 犻 狀 犵 狋 犺 狉 狅 狌 犵 犺犜 犪 犻 狑 犪 狀犐 狊 犾 犪 狀 犱犳 狉 狅 犿 狋 狅 排名台风编号(名称)台风暴雨时间过程日最大降水量观测站 (海棠,)年月 日 福建柘荣 (鲇鱼,)年月 日 福建柘荣 (莫拉克,)年月 日 福建柘荣 (碧利斯,)年月 日 广东博罗 (莫拉克,)年月日 福建南安 (凤凰,)年月 日 广东陆丰 ()年月 日 福建
15、柘荣 (凡亚比,)年月 日 广东上川岛 ()年月日 福建柘荣 ()年月 日 福建柘荣 (苏迪罗,)年月 日 福建周宁 ()年月 日 福建柘荣注:给出过程日最大降水量 排名。空间特征空间分布上,东南沿海过岛台风不同量级降水的发生频次及位置存在差异。分别选取日降水量超 和超 的影响频次作为研究对象,由两者发生频次的空间分布显示(图),年东南沿海日暴雨频次呈现由沿海向内陆不均匀快速递减的分布特征。日降水量超 的高频区(次)集中位于福建中北部沿海到浙江南部沿海一带,高频中心出现在福建的柘荣站,达 次(站点位图 年东南沿海过岛台风日最大降水不同量级发生频次的月分布 置见图 三角);福建南部沿海、广东东部
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