进入杭州湾的两个台风降水特征及成因分析.pdf
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1、第43卷第4期2023年8 月李超,江鉴,周凯,等.进人杭州湾的两个台风降水特征及成因分析.气象科学,2 0 2 3,43(4):495-50 4.LI Chao,JIANG Yin,ZHOU Kai,et al.Precipitation distributions and possible mechanisms of tropical cyclones entering inHangzhou Bay.Journal of the Meteorological Sciences,2023,43(4):495-504.进入杭州湾的两个台风降水特征及成因分析气象科学Journal of the
2、Meteorological SciencesVol.43,No.4Aug.,2023李超12,3江签1,2周凯4杜雪婷4(1深圳市气象局,广东深圳,518 0 40;2 深圳市南方强天气研究重点实验室,广东深圳,518 0 0 13深圳市国家气候观象台,广东深圳,518 0 40;4浙江省气象台,杭州,310 0 17)摘要本文利用FY-4A红外云图和ERA5再分析等资料对“云雀”和“温比亚”两个台风的强降水进行诊断分析。结果表明:“云雀影响华东期间,西太平洋副热带高压(WPSH)不断加强西伸,台风路径右侧辐散环流维持,台风中心附近垂直风切变指向偏西方向,导致强降水始终集中在台风路径左侧。“
3、温比亚”登陆前,台风中心附近垂直风切变指向西北方向,台风左侧垂直速度强于右侧,有利于强降水发生在台风路径左侧。“温比亚”登陆后,垂直风切变转为指向东北方向,台风右侧垂直速度强于左侧,有利于强降水发生在台风路径右侧。进一步分析指出,“云雀”登陆时期的垂直风切变和WPSH南侧偏东风气流有关;而“温比亚”登陆后WPSH减弱东退和中高纬高空脊东移,垂直风切变指向变化和高空脊后部的西南气流有关。关键词台风降水非对称性;FY-4A卫星云图;西太平洋副热带高压;垂直风切变分类号:P458.3doi:10.12306/2022jms.0013Precipitation distributions and po
4、ssible mechanisms oftropical cyclones entering in Hangzhou BayLI Chao l 2,3 J(1 Meteorological Bureau of Shenzhen Municipality,Guangdong Shenzhen 518040,China;2 Shenzhen Key Laboratory of Severe Weather in South China,Guangdong Shenzhen 518001,China;3 Shenzhen National Climate Observatory,Guangdong
5、Shenzhen 518040,China;4 Zhejiang Meteorological Observatory,Hangzhou 310017,China)Abstract The asymmetric feature and possible mechanism of tropical cyclone precipitation ofJongdari(1812)and Rumbia(1818)were diagnosed by using merged grid precipitation data from CMA,FY-4A imagine,and ERA5 reanalysis
6、 dataset.Results show that during the affecting period of Jongdari(1810)in eastern China,the enhanced divergence flow at lower level associated with continuouslywestwards of Western Pacific Subtropical High(WPSH),as well as the westward direction of wind shearfavored the asymmetric precipitation on
7、the left side of Jongdari during the whole period.The verticalshear of ambient wind pointed northwest before landfall,and turned southeast after landfall of Rumbia,which favor the transition of asymmetric circulation and precipitation.Further analyses show the relationbetween wind shear and deep cir
8、culation of WPSH during the period the Jongdari,while an eastwardmigration of upper high ridge at mid-high latitudes play important role in the transition of wind shearduring the period the Rumbia.Key words asymmetric tropical cyclone precipitation;FY-4A imagine;WPSH;vertical wind shear文献标识码:AJIANG
9、Yin2ZHOU Kait*DU Xueting*收稿日期(Received):2 0 2 0-12-2 1;修改稿日期(Revised):2 0 2 2-0 4-12基金项目:中国气象局预报员专项基金资助项目(CMAYBY2019-045)通信作者(Corresponding author):江签(JIANG Yin).j y _s z 16 3.c o m496引言西北太平洋是台风发生频率最高的海区,每年约有3.2 个台风进人东海区域,其中转向占40.2%,登陆华东占59.8%1,进人东海西行和转向台风均可能对华东造成明显降水影响2-3。近年来影响华东地区的台风数量有增加趋势4-6 ,往往
10、给人民生命财产安全造成严重影响,台风降水强度和落区是研究和预报的重点和难点。台风位于开阔海域时缺少站点观测,许多研究使用TRMM等卫星降水产品研究台风降水分布特征7 。全球不同海区台风统计表明,降水量的大值一般分布在台风前部,中等强度台风右前侧降水更为明显,降水非对称性随台风移速加快而增强“,非对称性随台风增强而减弱。不同海区台风降水分布和非对称特点存在着差异9,Corbosiero,e tal101指出大西洋台风内核对流主要分布在台风移动方向前部,并偏向右侧,而台风外部雨带的对流主要发生在移动方向的右前侧。台风降水和移动速度存在一定关系,北大西洋移速较快台风最大降水主要发生在台风前侧,而移速
11、较快的台风降水多发生在台风右侧。朱佩君等12 对2 0 0 52 0 0 8年间影响华东的台风统计分析发现登陆前台风路径西侧降水强于东侧,台风南侧降水强于北侧。研究表明台风结构和降水分布受垂直风切变影响,Jones13认为垂直风引起台风涡旋随高度发生倾斜并引起次级环流,有利于顺切变右侧垂直运动和降水增强;Frank,et al14指出降水潜热释放会抵消次级环流,导致强降水位于垂直风切变的左侧;更多研究结果支持台风强降水位于垂直风切变的左侧9,15 台风登陆后由海一气相互作用转变为陆一气相互作用16 。沿海丘陵等复杂地形有利于台风移速减慢和对流降水增强17-18 ,导致台风登陆后降水分布发生变化
12、19。陈联寿等16 和程正泉等2 0 基于大量观测资料指出多数台风登陆时在其前进方向的右半圆区内的暴雨范围及强度要明显大于左半圆区。2 0 11年强台风“纳沙”造成的特大暴雨集中出现在路径左侧海南岛15,说明登陆台风降水的非对称性分布具有复杂性。台风登陆以后与中高纬大气环流场相互作用对台风降水分布影响也十分重要。Atallah,et al21研究指出偏左型台风降水分布和台风变性有关,而偏右型降水分布则由台风与下游高空脊相互作用有关。丁治英等2 2 指出台气象科学风“海棠”(0 50 5)外围辐散气流与南亚高压气流结合导致高层气旋性流场加强,抑制台风西北侧降水。卜松等2 3 发现影响华东的偏右型
13、台风降水分布和高层环流南亚高压断裂有关。以上研究表明,不同登陆台风降水分布特征和机理存在着差异,有必要针对典型台风个例进行深入研究。历史同期8 月,西太平洋副热带高压(WPSH)西伸脊点相对偏南(30.5N,136.5E附近),进人东海的台风以登陆福建和浙中南地区或转向居多,进人杭州湾或登陆上海的台风较为罕见。2 0 18 年WPSH和季风槽异常偏北偏西,WPSH西伸脊点在(34.5N,12 3.5E)附近,登陆华东地区台风异常偏多。2 0 18 年12 号台风“云雀”8 月3日凌晨进人杭州湾后10 时30 分(北京时,下同)在上海金山沿海登陆,随后向西北方向移动;第18 号台风“温比亚”8月
14、17 日进人杭州湾后0 4时0 5分在上海浦东沿海登陆,随后向偏西方向移动2 4。“云雀 登陆前后强降水始终位于路径左侧(图1la、b)。“温比亚”登陆前路径左侧杭州湾地区强降水分布更为密实(图1c),“温比亚”登陆后强降水则主要集中在路径右侧(图1d)。欧洲中期天气预报(ECMWF)等数值天气预报并没有反映出台风“温比亚”登陆前后降水非对称性变化,两个台风的强降水非对称分布仍需进一步深入分析。通过对两个相似路径台风的降水分布研究,特别是分析强降水非对称性的物理机理,有利于提高台风降水的科学认识和预报能力,为防灾减灾提供科学依据。1资料和方法本研究中台风路径使用上海台风研究所提供的逐6 h的热
15、带气旋最佳路径数据集,结合中国气象局提供的小时降水格点数据,用来分析台风登陆期间和登陆之后的降水分布特征。该降水资料基于全国4万多个自动气象站,形成覆盖全国陆地的小时格点降水,空间分辨率为0.1,并由小时雨量累计得到日雨量,如8 月3日0 8 时日雨量为8 月2日0 8 时至3日0 8 时2 4h累计雨量。风云四号气象卫星是我国第二代静止气象卫星,2 0 17 年2 月业务运行为天气监测预报提供彩色卫星云图,本文利用FY-4A红外卫星云图(波长为10.8 m)资料分析台风位于开阔海域时结构和非对称性特征。利用ECWMF发布分辨率为0.2 50.2 5的ERA5再分析资料,包含高度场、风场、垂直
16、速度和散度等要素,分析影响两个台风影响过程的东亚大43卷4期李超,等:进入杭州湾的两个台风降水特征及成因分析497mm180-12034N292434N292018/08/03/10:302018/08/17/04:052018/08/03/10:302018/08/17/04:05703015524116图12 0 18 年8 月3日(a)和4日(b)10 时和17 日(c)和18 日(d)04时2 4h累计降水量(单位:mm):Fig.1 Accumulated 24 h rainfall at 10:00 BST on 3(a),and on 4(b),04:00 BST on 17(c
17、),and on 18(d),August 2018(unit:mm),the black lines denote the typhoon tracks of Jongdari in(a)and(b),and tracks of Rumbia in(c)and(d),respectively气环流特征。垂直风切变的计算方法参考舒守娟等2 5,计算距离台风中心8 0 0 km范围内2 0 0 hPa和8 50 hPa经向风和纬向风的平均风速,再求出这两层的区域平均矢量差作为垂直风切变,放置在台风中心位置,沿切变方向为顺切变,反之,称之为逆切变。2风空间特征2.1台风路径和降水分布台风“云雀”2
18、 0 18 年7 月2 5日0 5时在西北太平洋上(2 0.5N,137 E)生成,最强达到强台风级别,自东向西穿越日本后进入东海,8 月3日凌晨以热带风暴级别进入杭州湾后10 时30 分在上海金山沿海登陆。登陆前2 4 h降水主要集中在台风路径左侧的杭州湾两岸(图1a),雨量在50 8 0 mm,台风路径右侧上海也有50 7 0 mm降水,但降水量级和区域均较路径左侧偏弱。台风“云雀”登陆后向西北方向移动进入江苏,登陆后2 4h强降水仍集中在台风路径左侧(图1b),分布在浙江北部和江苏西部等地区,台风路径右侧的江苏东部为小于1530mm左右的弱降水区,强降水非对称性较登陆前进一步增强。121
19、(a、b)曲线为云雀 路径;(c、d)中曲线为“温比亚 路径卫星云图台风位于开阔海域时缺少站点降水观测,卫星云图可以较好反映整个生命周期内台风结构变化,使用FY-4A卫星云图分析两个台风登陆前位于东海时结构变化(图2、3)。图2 使用50 0 hPa等压面上58 8 gpdm等高线所围区域表示WPSH范围2 6 ,“云雀”登陆前2 4h(图2 a),台风中心位于12 7 E附近,距离WPSH较远,台风云系呈现螺旋状,集中在126E116台风“温比亚”2 0 18 年8 月15日11时生成后向西北方向移动,进人东海后不断增强,登陆前达到强热带风暴,17 日0 4时登陆上海浦东;登陆前2 4h路径
20、左侧杭州湾两岸强降水分布更加密实(图1c),浙江12 个自动站日降水150 mm以上,10 9个自动站日降水超过10 0 mm,台风路径右侧的上海和江苏中南部等地区日降水普遍在10 0 mm以下,降水强度较台风路径左侧偏弱。“温比亚”登陆后向西移动由江苏进人安徽境内;登陆后2 4h强降水转为台风路径右侧(图1d),分布在江苏和安徽中部地区,最大日降水量超过10 0 mm,明显强于路径左侧,台风降水的非对称性较登陆前有明显变化,强降水从台风路径左侧转到路径右侧,且非对称性特征明显增强。2.2121126E498气象科学43卷a40N302040N3020110图2 2 0 18 年8 月2 日1
21、0 时(a)和2 2 时(b)和3日10 时(c)和2 2 时(d)FY-4A红外云图,图中黑色线为50 0 hPa上58 8 gpdm等高线,Fig.2 Imagines of FY-4A IR at 10:00 BST(a),22:00 BST(b)on 2 August,and 10:00 BST(c),22:00 BST(d)on 3 August 2018.The black curves represent contour of 588 gpdm at 500 hPa and the red lines and cross denote the tracks and centers
22、 of Jongdari台风南侧和东侧。登陆前12 h(图2 b),“云雀”向西北方向移动到12 4E,台风云系变为非常松散,台风北侧云系发展明显受到抑制,对流云团主要分布在台风西南侧和东南侧。登陆时台风路径西侧云团变得更加密实(图2 c),展现出和降水分布(图1a)一致的非对称性特征。登陆后12 h(图2 d),台风中心向西北方向移动,台风西侧的对流云团向西进一步远离台风中心,非对称性继续增强,云团特征和“云雀”登陆后的降水分布(图1b)是一致的。可见,“云雀”影响时段,WPSH不断加强西伸,随着“云雀”和WPSH距离接近,台风北侧云团受到明显抑制,台风西侧即台风路径左侧对流云团更加明显。8
23、月16 日0 4时,“温比亚”登陆前2 4h(图3a),台风中心位于12 5E附近,此时58 8 gpdm等高线位于华北到东北地区,“温比亚”受WPSH影响较小,“温比亚云团较为松散,主要分布在台风东侧;台风北侧为东北一西南向的西风带的带状云系。16日16 时(图3b)台风中心移动到12 4E附近,受西风带带状云系东移靠近影响,台风北侧和东侧云团明显发展,“温比亚”云团呈现了较强的不对称分布120210220230240250260270280红线和红色十字分别为台风”云雀”路径和中心位置特点。17 日0 4时“温比亚”登陆时(图3c)W PSH范围最大,“温比亚”北侧靠近WPSH的对流减弱,
24、远离WPSH的台风西南侧对流云团增强。“温比亚”登陆后(图3d)继续向西偏北方向移动,WPSH范围明显减小,台风路径北侧对流活动明显增强,“温比亚”降水非对称性再次改变。综上“云雀”云团发展变化主要受WPSH影响,从东海西行到登陆过程中WPSH不断加强西伸,台风南侧对流云团发展更为明显。“温比亚”受WPSH影响相对较小,WPSH呈现不断东退减弱的特征。3可能机理分析3.1物理量台风降水非对称性和台风结构、垂直速度以及散度分布等因素密切相关。3日0 4时“云雀”登陆前6 h,对流层高层2 0 0 hPa台风路径南侧为明显辐散和上升运动(图4a),低层92 5hPa台风路径南侧为明显辐合和上升运动
25、(图4b);台风路径北侧的高低空辐合辐散特征均不明显。“云雀”高层2 0 0 hPa130E110120130E4期李超,等:进入杭州湾的两个台风降水特征及成因分析49940N-3020(d)40N-5883020110图3同图2,但为2 0 18 年8 月16 日0 4时(a)和16 时(b)17 日0 4时(c和16 时(d),红线和红色十字分别为台风“温比亚 路径和Fig.3 Same as fig.2,but for 04:00(a)BST,16:00 BST(b)on 16 August,and 04:00 BST(c),16:00 BST(d)on 17 August,2018.1
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