引言

当热带气旋移到近海时, 由于水汽来源的明显减少和近海陆表地形摩擦等作用, 绝大多数热带气旋的强度是减弱的^[1], 但有少数热带气旋强度会迅速加强^{[2 ~ 4]}, 并给海上作业及人员造成重大威胁和损失。如在粤东近海迅速加强的0411号热带风暴, 致使多艘船只被风浪打翻, 12人死亡, 14人失踪。热带气旋在近海急剧加强目前仍是业务预报的一大难题和研究热点。

本文在给出华南近海急剧加强热带气旋定义的基础上, 对46个符合定义条件的热带气旋进行气候特征分析; 对相应的历史天气图进行普查统计; 利用NCEP/NCAR格点资料对热带气旋近海急剧加强与大气环流形势的关系进行了探讨, 找出可能诱发热带气旋近海急剧加强的主要天气系统, 并对其特征进行分析, 给出对业务预报有参考价值的信息。

1 近海急剧加强热带气旋的气候特征

使用的统计资料含中国气象局编的1949 ~ 1969年《西北太平洋台风路径图》、1970 ~ 1988年《台风年鉴》、1989 ~ 2002年《热带气旋年鉴》和2003 ~ 2004年广东省气象台热带气旋修正资料; 1949 ~ 2004年NCEP相关格点资料。

结合登陆或影响华南热带气旋的特点和预(警)报防御区域的需要, 充分体现出强度的“急剧加强”和发生海域的“近海”两方面, 在阎俊岳等^[3]的研究基础上, 近海急剧加强热带气旋定义如下:凡活动在厦门以西、广东、广西离海岸线150km以内海域, 中心附近最大风速6小时内增大≥5 m·s^-1, 同时最低气压下降≥5hPa; 或中心附近最大风速12小时内增大≥10 m·s^-1, 同时最低气压下降≥10hPa的热带气旋(简称RIO-TC)。

1.1 近海急剧加强热带气旋的区域

1949 ~ 2004年移入上述定义海域的342个热带气旋中有46个符合定义条件(见表 1), 占总数的13.5%, 平均每年约0.8个。由表 1发现, RIO-TC个数没有明显的年代际变化。另外, RIO-TC仅发生在5 ~ 10月份, 其中以9月份最多, 占了总个例数的40%, 7月份次之, 占24%。

图 1给出了46个RIO-TC发生加强时的落区分布。可见, 珠江口东侧的汕尾附近海面是热带气旋急剧加强的多发区, 占26%; 其次是川山群岛附近海面和汕头附近海面, 分别占总数的20%和17%。但46个个例中没有在厦门以西福建海面发生近海急剧加强的个例^{[4, 5]}。

另外, 46个RIO-TC中54%在南海形成。其中, 南海中部海面生成的占了南海生成的50%左右, 以中沙最多, 其次是南海东北部。源于130°E以西至菲律宾以东洋面的占西太平洋生成的大多数, 其次是130 ~ 140°E洋面。源于西太平洋的RIO-TC在华南近海有由东往西减少的趋势, 而源于南海的RIO-TC在汕尾附近海面和川山群岛附近海面较多(见表 2)。

1.2 强度及路径特征

在46个RIO-TC中, 临近出现急剧加强以强热带风暴最多见, 达14个; 其次是热带风暴和热带低压, 分别为11个和12个, 台风级别和从热带扰动急剧加强为热带低压的分别为7个和2个。可见, 扰动阶段出现近海急剧加强的热带气旋不多见, 台风级别出现近海急剧加强的可能性也较其他强度级别的热带气旋出现的可能性小。

路径分析发现, 偏西北正常路径和异常路径RIO-TC各占50%, 说明异常路径所占的比例是相当高的, 这可能与RIO-TC多源于南海有关。在异常路径中主要有北上、转向、回旋和先东北后西折, 而且它们各自出现的个例数几乎相当。另外, 急剧加强的前24小时平均移速仅有12. 9km·h^-1, 小于10km·h^-1移速的有18例。移速偏慢的热带气旋较容易出现急剧加强的现象。

1.3 风雨分布特征

RIO-TC的大风分布不规则, 最大风速多偏于气旋中心的南侧和东侧, 这与西南气流向气旋中心的卷入有关; 转向的RIO-TC, 转向前后大风分布有一个调整过程, 多由偏心于南侧和东侧转为偏心于南北两侧, 然后调整为偏心于东侧, 如7301和7513号热带气旋。当其转向东北至粤东海面时, 除了在热带气旋中心附近出现大风风圈外, 台湾海峡由于其狭管效应也会出现一个大风区, 如7310号和5813号热带气旋。

分析46个RIO-TC在华南地区的降水日数和过程总降水量可得:降水日数与气旋的强度有关, 降水持续5 ~ 7天的12个热带气旋中有7个是台风, 但并不是所有台风强度的热带气旋都能带来持续多天的降水, 这还与气旋登陆时的移速和登陆后减弱的快慢有关, 但与在近海加强前后的移速没有对应关系。过程最大总降水量出现在登陆热带气旋的路径附近或偏于其右侧。

可见, RIO-TC与非RIO-TC相比, 它们的风雨分布没有本质性的差异。

2 热带气旋近海急剧加强的环流形势分析 2.1 主要环流形势

46个RIO-TC中, 有39个在近海急剧加强期间, 中高纬度以西风环流为主, 槽脊活动不明显; 其余的虽有小波动东移, 但槽底多在28°N以北。分析副热带高压的特征发现, 热带气旋近海急剧加强主要发生在三种背景形势下:一是相对于热带气旋位置而言, 位势场出现东高西低型(图 2); 二是北高南低型(图 3); 三是弱背景环流型(图 4)。其中, 东高西低型下出现的个例最多(25个); 北高南低型和弱背景环流型出现的个例相当。

在东高西低型中, 环流形势的主要特征是庞大的副热带高压呈块状位于热带气旋的东到东北侧洋面上, 副高脊线多在26 ~ 32oN间, 西伸不明显, 主体较东。RIO-TC受偏南或东南气流引导(见图 2)。

在北高南低型中, 副高呈带状结构, 主体控制在西北太平洋上, 但其西伸的高压脊深入内陆, 在气旋的北侧形成强大的高压坝。中高纬度以平直的西风环流为主。热带气旋处在偏东到东南气流中(见图 3)。

在弱背景环流型中, 副高强度较弱, 位置偏东偏南, 引导气旋的系统不明显。但中纬地区有两种明显不同的环流形势:一是在华中到华北出现中脊的形势, 低槽活动较北, 对热带气旋无直接影响(见图 4); 二是东槽明显, 副高强度较弱(图略)。在弱背景环流型中气旋移动缓慢, 移向多变。

RIO-TC加强前后, 200hPa的环流形势稳定, 并表现为反气旋特征的占78%; 其余表现为以气旋性环流或高空槽为特征, 气旋位于槽前偏东南方辐散区。

2.2 影响天气系统

在三种环流背景下, 热带气旋在近海发生急剧加强现象与西南季风、越赤道气流、东风波、弱冷空气和西风短波槽等5类天气系统密切相关。约有20%的RIO-TC是在两类诱发天气系统的同时作用下出现近海急剧加强, 统计时以诱发作用最明显的系统进行分类。分析发现, 由西南季风诱发的最多, 且多发生在东高西低型; 越赤道气流诱发的有超过80%是在东高西低型, 见表 3。

由西南季风诱发的RIO-TC 80%以上出现在7 ~ 9月, 10月以后无这类诱发个例。该类诱发有两种形势:一是气旋在移到近海时西南季风明显加强, 并向气旋输送; 二是气旋从较弱的季风输送区移向较强或更强的季风输送区。季风输送通道以中南半岛的中南部、马来半岛及其以东的南海中南部最明显(图略), 中心最大风速一般≥ 12 m·s^-1, 甚至达16 ~ 20m·s^-1。一般地, 在珠江口以东发生加强的热带气旋, 季风输送通道的位置较南; 在珠江口以西的热带气旋, 输送通道的位置较北。

越赤道气流在5 ~ 10月份均可诱发RIO-TC, 其中9 ~ 10月出现较多, 主要发生在川山群岛及以东海域, 北部湾海面无这类热带气旋发生。诱发热带气旋近海急剧加强的越赤道气流在850hPa流场上反映最为明显。较强的越赤道气流多由南向北通过105°E附近向热带气旋输送。

东风波诱发RIO-TC仅发生在7 ~ 9月, 以7月最多, 占总数50%; 8个样本中有7个发生在粤东海面, 粤西和北部湾海面无该类气旋发生。北高南低型中, 东风波在向西传播较(加)快, 赶上西侧移速较(减)慢的气旋, 并叠加在气旋的北侧, 导致气旋加强; 在弱环流和东高西低型中, 往往是气旋北上移入东风波动区域致使气旋加强。

由弱冷空气诱发的RIO-TC虽然不多, 但其与上述诱发系统特别是东风波共同作用诱发RIO-TC还是常见的。4例冷空气诱发的样本中, 3例发生在9月份; 3例出现在珠江口外海面。分析Ⅴ分量发现, 低层弱冷空气多从气旋北到西北侧的华东—湖南—雷州半岛一线入侵。

西风短波槽诱发的RIO-TC最少, 且仅出现在9月, 粤西海面和北部湾无该类气旋发生。多出现在副高强度较弱、位置较东的时期, 500hPa西风带小槽东移靠近气旋西北侧, 槽前正涡度诱发热带气旋急剧加强。

3 小结

综上所述, 华南近海急剧加强热带气旋(RIO-TC)具有如下特征:

在移入华南近海的热带气旋中, 约有13.5%的热带气旋出现急剧加强, 平均每年约0.8个, 5 ~ 10月份均有热带气旋在近海发生急剧加强, 以9月份最多; 这类热带气旋源于南海的比源于西太平洋的多, 且在珠江口东西两侧的海域发生较多。

强热带风暴或热带风暴级别的热带气旋较容易出现急剧加强现象; 异常路径和移动较慢的热带气旋容易发生近海急剧加强。

RIO-TC造成的风雨分布情况与非RIO-TC造成的没有本质差异。

RIO-TC主要发生在东高西低型、北高南低型和弱背景环流型三种背景形势下。其中以东高西低型最多。三种环流背景下, 西南季风的加强和向南海北部海域输送、越赤道气流的北上, 东风波的西传, 弱冷空气的入侵及西风短波槽的诱发密切相关, 其中以西南季风诱发RIO-TC最多见。