引言

热带气旋的主要灾害往往是在登陆前后造成的, 要减轻台风灾害, 一个重要的课题是研究其登陆问题。台风登陆后, 一般由于摩擦耗损迅速减弱, 但也有例外, 在浙江登陆的台风, 有时会在登陆后长时间维持, 甚至加强。了解台风登陆前后结构、强度的变化情况, 对防灾减灾有重大的意义。文献[1]全面总结了对台风登陆问题的研究成果, 文献[2~5]对一些台风个例的登陆过程的结构、强度和能量的变化情况进行了分析。目前, 新一代多普勒天气雷达的布网和高密度气象站的建立, 大大提高了探测能力, 为台风登陆问题的研究创造了良好的条件。台风蒲公英经历了两次登陆过程, 第一次在台湾登陆, 第二次在浙江登陆, 两次登陆时强度变化趋势不同, 是用来研究台风登陆问题的一个很好的个例。

1 台风情况简介

台风蒲公英于2004年6月23日在菲律宾以东洋面生成, 然后逐渐西行, 强度逐渐加强, 于27日14时(北京时, 下同)发展成为台风。30日下午路径突然转向偏北方向移动, 向台湾靠近, 7月1日08时减弱为强热带风暴, 22时30分在台湾花莲登陆, 登陆后朝北到西北方向移动, 中心最低气压维持在980hPa。2日11时出了台湾岛, 西折一下, 继续朝偏北方向移动, 3日08时靠近浙江南部地区, 强度减弱, 中心气压为985hPa。9时30分在温州乐清再次登陆, 11时减弱为热带风暴, 中心气压为987hPa, 以后在陆上的这段时间, 中心气压一直维持在987hPa, 16时开始进入舟山群岛, 20时中心气压为985hPa, 以后逐渐移出舟山群岛, 北上减弱。

2 雷达资料分析

用多普勒雷达探测的资料, 我们可以清楚地看到台风的结构情况、运动情况以及强度的变化。

根据台湾气象局网上发布的雷达资料, 我们可以看到台风蒲公英登陆台湾时情况。7月1日18时台风蒲公英已经减弱为强热带风暴, 中心气压为980hPa, 从雷达回波看, 是典型的台风形状, 有台风眼, 紧密的眼壁回波, 一条条清晰的螺旋雨带由周围向眼壁汇合, 螺旋雨带中心是大于40dBz的红色回波带。22时风暴中心即将登陆台湾时, 左边在台湾陆地上的回波范围迅速减小, 整个强热带风暴回波的范围减小了, 只有眼壁附近的回波达40dBz, 周围的螺旋雨带一般只达35dBz, 明显减弱。23时开始螺旋雨带的结构已经模糊, 眼也难以辨认, 7月2日以后, 从雷达回波上已看不出螺旋雨带和有组织的热带气旋的结构。

根据舟山台多普勒雷达资料可以看到“蒲公英”在浙江登陆时的情况。7月3日5时, 台风蒲公英到达浙江南部东面的海上, 在它的右边是最强的回波, 在它的北面是一些零散的弱回波, 在逐渐北上的过程中, 北面的回波逐渐加强, 7时形成了三条螺旋雨带, 而且越来越清晰, 结构越来越紧密(图 1a, 见彩页)。10时“蒲公英”外围的螺旋雨带与北面弱的冷锋降水回波相接, 同时“蒲公英”右边最强的一条螺旋雨带旋入了北面的回波中, 北面的回波逐渐发展壮大, 形成强降水区。12时北面的回波随热带风暴的气旋性环流旋进了西北象限, 进入了上海、浙江嘉兴、湖州等地, 这样形成了两条大的螺旋雨带, 初步有了热带气旋的结构特点, 但眼不清楚, 气旋中心附近回波不多。14时气旋的螺旋结构变得紧密了, 回波向气旋中心附近汇合, 眼仍有些模糊。17时(图 1b, 见彩页), 形成了一个非常清晰的台风眼。这说明“蒲公英”在浙江登陆后, 强度不但维持, 甚至有所加强。

3 浙江省自动气象站资料分析 3.1 雨量分布

把浙江省61个自动气象站的雨量资料用grads插值后绘出图来进行分析。7月3日8时的3小时雨量分布图(图 2a, 见彩页)上, 雨量主要集中在热带风暴的偏北和东北象限, 大的雨量中心在离中心不远的东北方向, 在偏北方向的杭州湾也有一个雨量中心, 达10mm。11时在热带风暴的西北方向, 湖州附近出现了24mm的降水中心。14时, 西北方向的降水区范围加大, 中心20mm。17时(图 2b, 见彩页), 降水的范围进一步深入到内陆地区, 达到热带风暴的西南象限, 并出现了几个强中心, 最强的中心仍在浙北, 达20mm。从雷达回波来推测, 江苏和上海的降水应该更强。这也说明“蒲公英”在浙江登陆后强度确实有所加强。

3.2 地面涡度分析

把浙江省61个自动气象站的风资料用grads插值后, 计算涡度, 绘出图来, 可以分析“蒲公英”地面涡度的分布特点。7月3日08时, 在“蒲公英”的偏北方向有两个正涡度中心, 一个在绍兴附近, 最高值达20×10^-5 s^-1, 另一个在象山附近, 达25×10^-5 s^-1。11时(图 3a, 见彩页), 在热带风暴中心周围有5个正涡度中心, 除了杭州附近的一个中心值达15×10^-5 s^-1, 其他几个都是(5~10)×10^-5 s^-1。14时, 在西北象限出现了几个超过20×10^-5 s^-1的强中心。17时(图 3b, 见彩页), 在偏西方向出现了三个超过20×10^-5 s^-1的强中心, 另外还有几个超过15×10^-5 s^-1的强中心。这也说明“蒲公英”在浙江北上的过程中强度在增强。

4 台风蒲公英两次登陆时强度变化的原因

采用NCEPT 1°×1°的再分析资料来分析有关物理条件, 寻找台风蒲公英两次登陆时强度变化的原因。

4.1 水汽输送

水汽输送对TC非常重要, 它不但是降水的来源, 而且对台风的维持也有重要作用。如果登陆台风能从其环流中继续获得水汽供应, 将能在陆上维持较长时间^[6], Emanuel ^[7]研究表明, 环境湿度与TC未来的强度变化有正相关。李英^[8]通过对Bilis台风的数值实验表明:水汽输送通过影响TC的热力结构来影响TC强度, 水汽凝结、潜热释放是TC获得能量维持的重要条件。南边界水汽输送对TC维持影响最为明显, 其次是东边界, 北边界和西边界影响微弱。图 4 (见彩页)是“蒲公英”即将登陆前的低层的流场和相对湿度分布(只给出85%以上的湿度分布), 在登陆台湾岛前(图 4a), 大于85%的湿度范围很小, 在浙江江登陆前夕(图 4b), 大于85%的湿度范围明显增大, 最大的地区达到了100%。在上海、浙北是相对湿度的高值区, 气旋南面有一支强的输送带, 同时气旋北面的偏东气流又把海上的水汽带入内陆地区。“蒲公英”登陆后失去了北边界和西边界的水汽供应, 但这两边界的水汽供应对TC的影响微弱, 对TC的维持非常重要的南边界和东边界的水汽供应在一定时间内仍然存在, 所以“蒲公英”登陆后强度仍能维持。

4.2 斜压能

当台风与冷空气相互作用时, 台风低压环流有从中纬度获得斜压能量的可能, 有利于登陆台风低压维持^{[1, 10]}。一般情况下, 假设各层等温线平行, 可以用热成风涡度平流来表示大气的斜压性^[11]。台风蒲公英在台湾登陆时(图 5a, 见彩页), 台风西面的温度梯度比较大, 但热成风的方向是向西, 热成风涡度平流把台风中心的涡度向外输送。而在浙江登陆时(图 5b, 见彩页), 台风北面热成风的方向是向东, 热成风涡度平流向台风中心输送涡度。由于北面有弱冷空气渗透下来, 在“蒲公英”北部, 温度梯度加大, 等温线和等高线的交角很大, 几乎垂直, 从而形成强的力管场, 使大气的斜压不稳定能量增加, 为气旋的维持提供了有利条件。同时, 暖空气上升, 冷空气下沉使位能不断向动能转换。所以在“蒲公英”北面的雨带逐渐发展壮大, 这与雷达回波显示气旋回波与北面冷锋降水回波合并后加强也是一致的。

4.3 高空辐散

当气旋移到高空辐散流场覆盖之下的区域时, 高空辐散的抽吸作用将加强气旋的垂直运动和低空辐合运动, 有利于气旋性环流的维持^[1]。7月3日8时, 在台风的附近, 高空300hPa以上辐散, 在200hPa附近有辐散中心, 沿121°E作散度的垂直剖面图, 200hPa从27°N到33°N都是辐散, 这样“蒲公英”在浙江登陆后北上的过程中, 高空环境场对它强度的维持也是有利的。

5 结论

(1) “蒲公英”在台湾和浙江的两次登陆过程, 虽然从中央台的定位报来看, 中心最低气压没有明显变化, 但从雷达回波来看, 结构上有很大变化。在台湾登陆前后, 从有组织、结构紧密的典型热带气旋变为结构松散、无明显螺旋雨带的气旋, 而在浙江登陆后, 从结构松散、无明显螺旋雨带的气旋重新又变为有组织、有明显螺旋雨带的气旋。

(2) 从雨带分布、地面涡度分布的变化情况进一步可以证实“蒲公英”在浙江的登陆后强度确实有所加强。

(3) 分析“蒲公英”在浙江登陆后强度加强的原因有多种, 是水汽、能量等各种环境条件共同作用的结果, 最主要的原因有水汽供应的维持、北面弱冷空气的入侵形成斜压不稳定的环境场。雷达回波上显示气旋与北面冷锋降水回波合并后加强也证实了这一点。