2022, Vol. 48 
台风(也称热带气旋)是影响我国的极端天气之一，我国也是世界上受台风影响最严重的国家之一，平均每年约有7个台风登陆我国沿海，登陆台风会带来强风、暴雨、风暴潮等灾害(端义宏等，2012)。台风登陆常给我国沿海和内陆地区造成巨额经济损失和人员伤亡，尤其是在经济发达和人口密度高的东南沿海地区(许映龙等，2010；端义宏等，2014)。
尽管2021年台风灾害给我国造成的经济损失及人员伤亡相对较轻，但在实际业务预报中仍面临了许多困难及挑战。如2106号台风烟花在移动过程中出现了3个时段的移速减慢过程，既包括了移速减慢后伴随的移动方向调整，使得预报登陆地点从浙闽交界调整到浙江中部沿海，也包括首次登陆后在杭州湾停滞少动长达18 h，给二次登陆预报带来诸多困难。又如2107号台风查帕卡属于典型的南海“土台风”，其在近海快速加强并在较短时间内登陆，给灾害防御提出了较大挑战。再如2114号台风灿都生成后即出现24 h内40 m·s-1的极端快速增强，该情况仍是目前台风预报领域很难解决的瓶颈问题之一；而在一度预报其会在浙江北部沿海登陆的情况下，最终“灿都”近距离擦过舟山群岛，并在东海北部徘徊长达3 d，说明台风的登陆或擦过仍是实际预报中不可回避的现实问题。因此，本文对2021年西北太平洋和南海台风活动情况及登陆台风的特征进行回顾，对预报难点进行初步分析和讨论，发现预报中的预报难点和值得讨论的问题，为改进台风预报业务水平提供有利参考。
采用中央气象台台风实时业务定位定强数据作为台风特征分析及预报检验数据来源，使用的实况观测资料包括：全国地面气象自动站观测资料、风云气象卫星资料、沿海雷达资料等。文中提到历史同期均采用的是1949—2020年平均。并且利用民政部门提供的台风灾害数据等分析了登陆台风的灾害损失。另外，在对台风预报难点分析时使用了欧洲中心的再分析资料ERA5。
1 2021年西北太平洋台风活动特征 1.1 台风生成特征 1.1.1 生成源地特征2021年西北太平洋和南海生成的22个台风，其平均生成位置(16.6°N、132.0°E)较历史平均生成位置(16.1°N、136.5°E)偏西约4.5°、偏北约0.5°，源地整体偏西(图 1)。5个台风在我国南海近海生成(2104号“小熊”、2107号“查帕卡”、2109号“卢碧”、2115号“电母”和2117号“狮子山”)，其中“小熊”“查帕卡”“卢碧”生成时距离海岸线在200 km以内，且都在华南沿海登陆，属于典型的南海“土台风”。
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图 1 2021年台风生成位置(标号代表台风编号) 与1949—2020年历史平均生成源地密度(等值线，单位：个·π-1·R-2，R=250 km)分布 Fig. 1 Density distribution (contour, unit: each· π-1·R-2, R=250 km) of TC formation over Western North Pacific and the South China Sea from 1949 to 2020 with 2021 TC genesis locations (TC number in black circle) |
2021年西北太平洋和南海共有22个台风(热带风暴级及以上)生成，较历史平均(27.0个)偏少5.0个。西北太平洋和南海连续两年出现台风生成数偏少的情况，特别是2020年7月出现了历史上首个“空台”事件。Wang et al(2021)研究认为，ENSO循环对西北太平洋台风活动有明显的影响(申松林和江静，2010；黄勇等，2008)。从2020年春季热带太平洋的El Niño事件衰减后，赤道中东太平洋海温转为冷位相，进入连续两年的La Niña事件(刘芸芸和高辉, 2021)，2021年作为La Niña事件衰减年，7月热带大气对前期La Niña事件结束后的响应最为强烈(赵俊虎等，2022)，热带对流活动被抑制，可能是导致台风活动频数减小的原因之一。
另一方面，西北太平洋和南海海域台风活动具有明显的季节性，夏秋季节活跃的台风数量约占全年台风总数的80% (陈联寿等，2012)。由2021年逐月台风生成个数与历史同期对比来看(图 2a)，台风活跃季前期(1—6月)共有5.0个台风生成，较历史同期平均值偏多0.6个; 台风活跃期(7—10月)共有15.0个台风生成，较历史同期平均值偏少3.5个; 台风季后期(11—12月)西北太平洋和南海共有2.0个台风生成，较历史同期平均偏少1.8个。全年来看，除了2月、4月、6月、10月台风生成个数达到历史平均值外，其余月份均少于历史平均，而活跃期(7—10月)内台风生成个数明显偏少。
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图 2 2021年(a)逐月和(b)不同强度台风生成个数与历史同期(1949—2020年)对比 (上、下边缘分别为最大、最小值，箱体上、中、下分别表示第75%、50%、25%分位值) Fig. 2 TC number in (a) each month and (b) different strengths in 2021 compared to climatology (The top/bottom lines represent the max/min values, the top/middle/bottom lines in box equal to 75th/50th/25th percentiles) |
22个台风的平均极值强度(生命史最大强度)为34.5 m·s-1(12级)，较历史平均值(40.1 m·s-1，13级)偏低5.6 m·s-1。从不同等级的极值强度分布上看(图 2b)，除热带风暴级(TS)较历史平均值偏多6.6个外，强热带风暴级(STS)偏少5.2个，热带低压(TD)偏少2.9个，台风级(TY)偏少2.7个，强台风级(STY)偏少2.6个，超强台风级(super TY)与历史同期的统计中位数相当，但较历史均值偏少0.9个。台风级及以上的占比(44%)较历史平均(66%)明显偏低，但有5个台风达到超强台风级。说明2021年台风强度整体偏弱，极值强度呈两极化分布特征，热带风暴级占比明显高于其他等级。
1.2 台风活动特征 1.2.1 群发期特征西北太平洋的台风多形成于西南季风气流与副热带高压(以下简称副高)南侧偏东气流产生的辐合带中，75%的台风发生在季风槽内(高建芸等，2011)，因此南海夏季风及东亚夏季风活动与台风活跃密切相关(王慧等，2006)。因而分析当年季风的活动情况与台风活动之间对应关系具有一定的参考意义。由于2021年台风生成源地整体偏西，由2021年6—10月南海夏季风强度指数与台风生成频数的逐日演变分布(图 3)可以看出，南海夏季风偏强阶段(图 3中红色时段)有11个台风活动，较季风活动偏弱阶段(图 3中蓝色时段)多5个。而在南海夏季风最强的峰值时段内(7月第4候至8月第1候)的20天内有6个台风活动，其中“卢碧”“银河” “妮妲”在8月5—8日同时活动且均是东北行路径，这可能与季风活跃带来强盛的西南气流有关。另外一个台风的群发期(10月8—13日)，“狮子山”“圆规”“南川”也与南海季风的阶段性增强有关。在南海夏季风偏弱的8月下旬至10月上旬，也有从“奥麦斯”到“蒲公英”共5个台风生成，但他们生成源地除“电母”外均在菲律宾以东，受到南海季风气流的影响较小。可见，南海季风的强弱与该海域夏季台风的群发及间断有明显的对应关系。
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图 3 2021年6—10月南海夏季风强度指数(数据源自国家气候中心)与台风活动 Fig. 3 The South China Sea summer monsoon index from June to October 2021 (data from National Climate Centre) and the genesis time of TCs |
22个台风中只有9个以单个台风出现，与历史平均单独活动台风数(9.8个)相当，其他以多台风活动同时出现。根据Ren et al(2020)最新提出的双台风定义标准，当西北太平洋两个同时存在的台风距离在1800 km以内，且共同存在时间在12 h以上则定义为双台风事件。据此标准，2021年共出现了3次双台风事件(表 1)，较多年平均(7.9次)明显偏少，且双台风之间最近距离均在1100 km以上，没有出现逆时针旋转，均属于非典型双台风事件。
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表 1 2021年西北太平洋及南海出现的双台风事件 Table 1 Double typhoon events over Western North Pacific and South China Sea in 2021 |
快速增强(即24 h最大风速增加大于15 m·s-1)事件是台风预报中的难点问题之一。2021年的22个台风中, 有6个台风经历了快速增强，分别为“舒力基”“查帕卡”“灿都”“蒲公英”“妮娅图”“雷伊”(表 2)，其中“蒲公英”出现快速增强的时段最长，累计长达31 h。从快速增强发生的位置可见，仅有“查帕卡”是登陆前在华南沿海出现了快速增强。
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表 2 2021年西北太平洋及南海出现的台风快速增强事件 Table 2 Rapid strengthening of TCs over Western North Pacific and South China Sea in 2021 |
24 h强度增幅最大的为“灿都”，在生成后立即出现了显著的快速增强，9月7日08时至8日08时最大风速由18 m·s-1增强到58 m·s-1，增幅达40 m·s-1，统计表明这样的强度增幅具有极端性(图略)，为过去30年中增强幅度最大的一次台风快速增强事件。
1.3 台风登陆特征2021年有6个台风(“小熊”“烟花”“查帕卡”“卢碧”“狮子山”“圆规”)共9次登陆我国沿海地区，其中“烟花”“卢碧”分别出现2次和3次登陆(图 4)。另有2个台风(“灿都”“雷伊”)虽未直接登陆我国(图略)，仍对我国近海海域及沿海地区带来了明显的风雨影响。
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图 4 2021年登陆我国台风路径 (颜色代表台风强度等级，下同) Fig. 4 Tracks of Landfall TCs in China in 2021 (Colors represent scales of typhoon strength, the same below) |
2021年共有6个台风登陆我国，较1991—2020年平均偏少1.6个(图 5a)，为近30年(1991—2020年)来第三次出现连续2年登陆个数偏少(第一次为1997年和1998年，第二次为2014年和2015年)。6个台风的平均登陆强度(27.3 m·s-1) 较近30年平均(32.6 m·s-1)明显偏弱(图 5b)。
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图 5 1991—2021年登陆我国(a)台风个数和(b)平均登陆强度 Fig. 5 (a) Numbers and (b) averaged strength of landing TCs in 1991-2021 |
6个登陆台风中，登陆广东有2个(“查帕卡”“卢碧”)，登陆海南3个(“小熊”“狮子山”“圆规”)，登陆浙江1个(“烟花”)，登陆福建和台湾1个(“卢碧”)。其中，登陆广东、海南和台湾的平均登陆强度均小于历史平均值，说明2021年登陆华南台风的平均登陆强度偏弱。登陆浙江的“烟花”，其平均登陆强度远高于历史同期平均值(32.7 m·s-1)。
1.3.2 登陆后维持时间长6个登陆台风的平均生命史为5.9 d，较历史平均(7.6 d)偏少超过1 d(图略)，说明2021年登陆台风的生命史偏短。6个台风登陆后平均维持时间为69.8 h，远高于历史平均登陆后维持时间(47.3 h)，说明登陆后维持时间较长。这主要是由于“烟花”登陆后维持热带低压及以上强度达128 h，二次登陆后维持时间为79 h，为历史上登陆华东后陆上维持时间最长的台风。
1.3.3 风雨影响及灾害2021年的6个登陆台风均对我国造成了一定程度的风雨影响(表 3)，台风灾害造成14个省份共计644.1万人受灾，5人死亡，161.4万人紧急避险转移，198.2万人紧急转移安置；800余间房屋倒塌，9 400余间不同程度损坏；农作物受灾面积达44.12万hm2，其中绝收面积为4.45万hm2。总体来看，2021年台风灾害造成的损失为近20年最低。登陆台风给华东、华南以及华北一带造成不同程度的风雨及灾害影响，其中“烟花”影响我国大陆地区时间最长(10 d)，影响范围多达14个省份，均打破纪录，但由于气象预警发布及时、灾害防御得力，并未造成人员死亡。
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表 3 2021年登陆我国台风一览表 Table 3 List of typhoons landing in China in 2021 |
另外，“灿都”在东海北部近海海域长时间回旋，使得华东沿海及台湾岛东部都出现了大到暴雨。“雷伊”进入南海后再次加强为超强台风级，使得南沙群岛、中沙群岛、海南岛东部近海出现8~10级风，部分岛礁阵风达12级以上，三沙市共有5个岛礁出现大到暴雨。
2 2021年台风业务预报误差分析 2.1 台风路径预报分析2021年中央气象台对西北太平洋及南海生成的22个台风的24、48、60、70、120 h各预报时效主观路径预报误差分别为76、131、189、235和278 km(图 6a)，较2016—2020年各时效的平均误差(71、129、201、271和359 km)在72、96、120 h相对分别提高6.5%、13.4%和22.6%，该误差数据由中央气象台业务定位及定强数据计算而得。
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图 6 中央气象台逐年台风平均(a)路径和(b)强度预报误差 Fig. 6 Annual mean errors of CMA (a) tracks and (b) strength of typhoon forecasts |
从各个台风的路径误差贡献率可以看出(图 7a)，就24 h路径预报而言，误差贡献率(误差贡献率定义为某个台风预报误差之和占总误差的比率)最大的“灿都”，其次是“烟花”。进一步分析单个台风预报误差大样本值发现，8月5日在西北太平洋上同时存在的“卢碧”“银河”“妮妲”3个台风均出现了200 km以上的24 h路径预报误差，说明多台风活动期内新生成台风(“银河”“妮妲”均为8月5日14时生成)初期存在较大的路径不确定性，并且给“卢碧”的路径预报带来更多的不确定性。
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图 7 2021年单个台风的(a)路径和(b)强度预报误差贡献率 Fig. 7 Contribution rate of (a) track forecast and (b) strength forecast errors from each TC in 2021 |
2021年中央气象台24~120 h各时效主观强度预报平均误差分别为3.6、4.5、4.1、4.7和5.1 m·s-1(图 6b)，较2016—2020年各时效平均误差的相对提高比例分别为10.7%、20.0%、34.1%、33.4%和28.9%，2021年的各时次强度误差明显小于过去5年平均。
从单个台风的强度误差贡献率可以看出(图 7b)，对24 h强度误差贡献最大的也是“灿都”，其次为“舒力基”。进一步分析单个台风的预报误差大值样本发现，强度的误差值与台风的快速增强过程密切相关，表 2中所列的6个发生快速增强的过程，均为出现了较大的强度误差样本。统计表明，约60%~70%的强度预报误差来源于快速增强台风，这说明快速增强仍然是台风预报中的难点问题之一。
3 2021年台风预报难点分析 3.1 弱引导气流下的路径预报研究指出，台风的移动不仅受到大尺度环境背景流场的影响(Tao et al, 2017)，也与beta效应(Wang and Holland, 1996)、海陆差异(Fiorino and Elsberry, 1989)、地形影响(Wu and Wang, 2000; George and Gray, 1976)，以及其他天气系统(沈新勇等，2012；毕鑫鑫等，2018)等因素有关。一般而言，西北太平洋的台风路径主要受其周围环境气流的引导(Velden and Leslie, 1991)，在弱引导气流下台风的移动速度减慢，甚至出现回旋少动，而后发生的路径转折往往是台风路径预报中较大误差的来源之一。
“烟花”生命史期间(2021年7月18—30日)，其平均移速为10.6 km·h-1，而在生成之初的19日和21—23日，以及登陆后的26—27日出现了3个时段的移速减慢(图略)。其中，21—23日的移速减慢伴随着移动路径由西偏南方向移动转为北偏西方向移动。如图 8所示，在移速减慢的阶段(21日08时至23日20时)中央气象台所有的路径预报都偏向于实际路径的左侧，并且预报的登陆位置在浙江中部沿海，较实际登陆地点偏南。为了分析在此路径转折过程中不同预报时效的误差分布情况，将该时段内的路径误差分解为顺着路径方向误差(along track，AT)和垂直路径方向误差(cross track，CT)，发现从24~72 h路径预报均明显偏向于实际路径的左侧(CT＜0)，主要的路径预报误差是垂直路径的由移动方向偏差造成(CT误差为主)，即在移动减慢过程中对之后移动方向预报的偏差较大，说明弱引导气流下台风移动路径预报存在较大的不确定性。
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图 8 2021年7月21日08时至23日20时(a)台风烟花的路径预报(灰线)和该时段内的(b)24 h、(b)48 h和(c)72 h的AT和CT误差散点分布 (彩色线为实况路径) (Color line represents the observation of Typhoon In-Fa) |
根据Velden and Leslie(1991)的计算方案，选取距台风中心3°~7°经纬距圆环，计算1000~200 hPa各高度层引导气流，再对850~200 hPa进行各层平均得到整层引导气流。得到“烟花”7月20—24日的对流层各层及整层的引导气流(图 9)。分析发现，在发生移动减慢的阶段(21日20时至22日20时)对流层整体的环境引导气流都较弱，各层的引导气流都在3 m·s-1以下，这也是导致“烟花”移动减慢的重要原因。23日白天开始对流中下层和对流层高层均出现了自南向北的引导气流，且对流层高层的引导气流具有更为深厚的垂直分布和风速矢量。整层引导气流矢量的时间分布(图 9上方方框内)也清晰地反映了引导气流大小及方向的变化过程，尤其是23日后，整层引导气流的偏北分量逐渐加大，造成了“烟花”移速开始加快，并由之前的西偏南路径转为北偏西方向移动。在弱引导气流下，“烟花”的移动变化与整层引导气流的变化密切相关。
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图 9 2021年7月20—24日台风烟花引导气流(风矢，填色)及整层平均(上方框内风矢)的时间演变 Fig. 9 The steering flow temporal evolution of Typhoon In-Fa during 20-24 July 2021 (vector, colored) and the vertically integrated average (vector in top box) |
进一步分析造成对流层高层(200 hPa)引导气流发生改变的主要原因，发现7月21日“烟花”高层是各向均匀的流出气流(图 10a)；22日开始，中心位于朝鲜半岛以西的高空冷涡系统(图 10中“C”表示)开始逐渐从“烟花”中心(图 10中红色“十”表示)的西侧逐渐移动到北侧，且冷涡下游的反气旋性环流加深了冷涡中心与台风之间的高层偏南气流，有利于“烟花”在23日之后的转向和移速加快(图 10d)。另外，此时“烟花”东侧正有热带扰动发展(后期发展为“尼伯特”)，也会对其移动趋势造成影响。温典等(2019)研究也发现，对流层上部槽的切断高空冷涡是台风路径变化的一个重要影响系统。
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图 10 2021年7月(a)21日08时、(b)22日08时、(c)23日08时和(d)24日08时的200 hPa流场 (填色和流线表示风速，红色“十”代表高层台风中心位置，“C”代表高层冷涡位置) Fig. 10 Streamline at 200 hPa at 08:00 BT (a) 21, (b) 22, (c) 23 and (d) 24 July 2021 (Color and strean line represent wind speed, red cross represents the TC center in upper level, C represents the center of upper-air cold vortex) |
近海快速加强一直都是台风业务预报中的难点问题之一, 也是热带气旋研究领域重要的科学问题之一(余晖和端义宏，2002)。统计分析表明，约17%的台风在靠近岛屿或陆地时出现了快速加强现象(冯锦全和陈多，1995)。“查帕卡”于7月18日14时在南海北部海域生成后即开始快速加强，19日白天到夜间迅速发展加强，最大的24 h强度增幅达到23 m·s-1(距离广东西部沿海在150 km以内)，属于典型的近海快速增强台风。在实际预报中考虑到“查帕卡”生成后距离陆地较近发展空间有限, 并且受到东侧“烟花”的影响，使得“查帕卡”后期的路径具有一定的不确定性。目前对于海上台风的强度分析使用的是基于卫星云图的台风强度客观分析方法，该方法根据卫星云图分析台风云型特征，得到最终强度指数(CI指数)，并给出对应的台风最大风速和最低气压结果(Velden et al，2006)。在此次“查帕卡”的近海快速加强过程中，由于其低层中心距离陆地较近，广东阳江雷达捕捉到了其快速加强过程中台风眼墙的形成过程。如图 11a所示，19日20时雷达反射率上已经可以清晰地看到正在发展增强过程中的眼墙结构，眼壁回波最强在台风中心的西侧和北侧(50 dBz以上)，最强回波的伸展高度达到7.5 km，说明此时台风的眼墙结构已经形成。而在同时刻的FY-4A卫星的BD增强红外图像中(图 11b)，“查帕卡”低层环流中心被深厚的冷云盖所覆盖，仅从云型结构分析上很难判断出台风中心深对流的快速发展。19日20时，客观Dvorak分析算法得到的CI指数为3.0，对应的最大风速值应为20~25 m·s-1，而中国、日本、美国的主观强度分析结果分别为30、28、20 m·s-1，存在较大的差异。19日夜间，距离“查帕卡”中心约90 km的广东省台山市川岛镇记录到了30.1 m·s-1(11级)的平均风和37.8 m·s-1(13级)阵风(图略)，说明我国的主观强度分析结果更为合理。20日白天，随着可见光云图上台风眼结构的逐渐清晰(图略)，基于卫星云图的强度分析由强热带风暴级加强为台风级。由此可见，单纯用卫星资料分析台风的强度，由于台风低层对流的发展加强可能早于对流层高层，另外夜间仅有红外通道观测资料而缺少必要的台风低层环流信息，因而与实际台风强度的发展存在一定的滞后。在实际的业务监测分析中，为了避免对快速加强过程中台风强度的低估，需要应用如雷达观测、海岛自动站及其他观测手段，以获取更全面的台风强度变化信息。
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图 11 2021年7月19日20时(a)阳江雷达反射率和(b)FY-4A的BD增强红外云图 (红色“十”为台风中心位置) Fig. 11 (a) Radar reflectivity from YJGD radar observation and (b) BD intensified IR image of FY-4A at 20:00 BT 19 July 2021 (Red cross represents the center of TC) |
对于台风近海快速增强的原因，研究发现除了影响台风强度发展的大尺度环境动力及热力条件外, 海陆热力差异的变化也与近海台风易出现快速增强密切相关(Qiu et al, 2020; Chen, 2011)。研究发现，近海的台风尺度和移动速度可能会对台风周围的海气相互作用产生影响，Lok et al(2021)对1713号台风天鸽和1822号台风山竹的对比分析发现, 台风尺度偏小且移动快的台风在临近登陆前，其外围的下沉气流将使其移动方向前方云量减少，太阳辐射增温明显，导致沿岸海域的海面温度升高，最终通过潜热加热造成台风临近登陆前的加强。
“查帕卡”尽管尺度小但其移速较慢(登陆前平均移速为4.8 km·h-1)，19日白天发生快速增强阶段其移动方向前侧并也未出现明显的晴空区。在快速增强过程中，南海西北部海域的海面温度都维持在29℃以上，较气候平均偏高1℃以上(图略)。台风中心附近的表层海水受到台风低层环流影响, 较其他海域海面温度略低，但值得注意的是在广东西部沿岸海域出现了一条狭窄的暖水区(图 12a)；由于该暖水区的存在，海面向大气释放感热(图 12b)，最强的感热通量区位于台风中心的北侧，即靠近海陆边界的一侧。另一方面，“查帕卡”北侧对流则持续发展(图 12a)造成对流性降水在北侧的增加(图 12c)，其结果是对流性降水的潜热释放进一步加强了台风中心北侧的能量收支。在潜热加热和感热加热的共同作用下，使得“查帕卡”北侧的大气获得更大的能量。
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图 12 2021年7月19日20时南海北部海域(a)海面温度，(b)感热通量，(c)对流性降水量，(d)潜热通量 Fig. 12 (a) Sea surface temperature, (b) sensible heat flux, (c) convective precipitation and (d) latent heat flux over northern of South China Sea at 20:00 BT 19 July 2021 |
从沿台风中心的纬度-高度垂直剖面可以看出(图 13)，7月19日20时“查帕卡”中心的北侧有明显的上升气流，主要云量集中在对流中高层；到了20日02时，台风中心南北两侧都出现了上升气流，而对流中低层的云量也随之增加。由于在夏季海陆下垫面的热力差异会造成海陆边界出现海陆风，因此在19日夜间至20日凌晨，近地面从暖的陆地下垫面吹向海面的偏北气流与台风外围气流在台风中心北侧辐合抬升，进一步增加潜热能的释放和台风中心北侧深对流的发展。季亮等(2007)、Lok et al(2021)指出低空急流汇入大量的水汽和边界层的潜热输送可能是近海加强的可能原因。“查帕卡”个例分析表明，在实际预报中，除了分析如海温、垂直切变等有利的大尺度环境动力和热带条件外，还需要考虑海陆热力差异造成的局地对流增幅以及辐射的日变化差异对台风强度发展可能造成的影响。
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图 13 2021年7月(a)19日20时及(b)20日02时沿台风中心的云量覆盖率(填色)、相对涡度(等值线，单位：10-5 s-1)和风场(风矢)的纬度-高度垂直剖面 Fig. 13 The vertical-latitude cross-section along cloud cover rate of TC center (colored), relative vorticity (contour, unit: 10-5 s-1) and winds (vector) at (a) 20:00 BT 19 and (b) 02:00 BT 20 July 2021 |
“灿都”的24~48 h路径预报误差贡献率在全年22个台风中最大(图 7a)。从9月11日08时至13日08时的路径预报及对应的AT和CT误差分布可以看出(图 14)，在移动速度稳定的情况下，主要的24 h路径预报误差来源于移向预报偏左(CT＜0)，而由于对其在东海北部长达3天的回旋预报不足，48~72 h的预报误差则多来源于移速偏快(AT＞0)。从9月11—14日大尺度环境场的演变可以发现，随着西风带短波槽的东移，11日位于“灿都”北侧的副热带高压坝在12日迅速崩溃，而13日又再度西伸加强。在此过程中“灿都”始终位于副高主体的西侧，在强大的气压梯度力作用下台风中心东侧偏南气流明显增强(图 15b)，这也对应了12日“灿都”向北移动的加快。尽管数值模式估计到了13日之后副高的西伸加强(图 15c)，但由于此时“灿都”已经移动到了副高主体的北沿，并影响了副高在其北侧的西伸加强；另一方面，由于南侧“康森”的持续西移加大了两者之间的距离，并使得副高在“灿都”南侧得以加强西伸，“灿都”南侧偏西气流的影响抵消了北侧陆地高压带来的偏东气流的影响。随着副高的持续加强西伸(图 15d)，“灿都”从14日开始持续3天位于副高控制下，从之前的偏北向移动转为在东海北部海面回旋打转。
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图 14 同图 8，但为2021年9月11日08时至13日08时的台风灿都 Fig. 14 Same as Fig. 8, but for Typhoon Chanthu from 08:00 BT 11 to 08:00 BT 13 September 2021 |
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图 15 2021年9月(a)11日08时，(b)12日08时，(c)13日08时和(d)14日08时的500 hPa高度场和850 hPa风场 (等值线表示500 hPa高度场，单位：dagpm，588线为红色；“G”/“D”分别代表高/低压中心位置；红色“十”代表台风中心位置；棕色线代表槽线；彩色箭头表示850 hPa风矢量) Fig. 15 Geopotantial height at 500 hPa and wind field at 850 hPa at 08:00 BT of (a) 11, (b) 12, (c) 13 and (d) 14 September 2021 (Contours with 588 line specialized in red, unit: dagpm; G/D represents the location of high/low centers; red cross indicates the location of TC; brown line denotes the trough line; color arrow indicates wind speed at 850 hPa) |
对台风登陆点和登陆时间的预报预警在防台减灾及灾害应急管理中具有特殊的意义，而在“宁空勿漏”指导思想下，对部分近海擦过的台风往往也容易出现过度预警的情况(雷小途，2012)。在对“灿都”的预报中，也由于将防御台风登陆后的可能灾害影响放在首要位置，而出现了过度预警问题。9月10—11日的预警中先是预报“擦过或登陆台湾岛东北部”；12日预警调整为“登陆或擦过浙江东北部沿海”，同时也考虑“擦过舟山近海进入杭州湾”的可能；13日的预警中再度调整为“穿过舟山群岛，登陆上海浦东到江苏启动一带沿海”，同时也考虑“在杭州湾到长江口一带回旋”的可能。在已知台风后期的路径存在一定不确定性，即同时存在“登陆”和“擦过”两种可能性时，为了保持预报和预警的连续性，业务路径预报调整往往存在一定的滞后性，并且从防灾减灾的角度考虑，优先将“登陆”的可能性放在首位，从而造成了对一些近海“擦过”而未登陆台风的“空报”问题。
值得注意的是，尽管“灿都”最终没有在浙江东部沿海登陆(其中心距离浙江舟山嵊泗岛最近时约为80 km)，但浙江东部、上海大部、江苏南部、安徽东部及台湾岛等地出现大到暴雨，其中浙江东南部出现了特大暴雨，浙江宁波余姚累计降水量达到426 mm(图略)；浙江北部沿海也出现了10~12级的阵风，局部地区风力达13~15级，10级以上阵风持续时间超过3 d(图略)。由此可见，近海“擦过”和直接“登陆”的台风相比，其造成风雨影响的强度和范围并未减弱和缩小；相反，类似“灿都”这样没有登陆，但由于在近海长时间回旋，其风雨影响预报则更为困难。
4 结论与讨论对2021年西北太平洋和南海台风的活动特点及主要影响我国的台风进行了系统的概况和总结，主要结论如下：
(1) 2021年台风源地整体偏西，其中5个台风在我国南海近海生成；台风生成个数偏少，平均极值强度偏弱，热带风暴等级占比偏多；台风群发特征明显；全年共有6个台风经历了快速增强；登陆强度偏弱，“烟花”登陆后长时间维持，造成年度最大的风雨影响，全年台风的灾害损失相对较小。
(2) 预报误差分析说明，主要的强度预报误差来源于快速增强，而全年强度预报好于近5年平均；转向或移动缓慢台风是较大的路径预报误差的主要来源。
进一步对“烟花”“查帕卡”“灿都”3个难预报的台风分析发现：①弱引导气流下台风移动路径预报存在较大的不确定性，主观预报具有明显移向偏差，“烟花”在移速减慢后出现的偏北向移动与对流层高层高空冷涡的影响有关；②较卫星云图，“查帕卡”在雷达反射率图像上先出现明显的台风眼墙结构特征，而由海陆热力差异和局地辐合抬升造成的近岸对流增辐可能是其近海快速加强的主要原因；③在副高形态调整的背景下，从防灾减灾的需求优先考虑预报“灿都”登陆浙江北部，但对其路径的不确定性应予以充分的考虑。
值得进一步研究和讨论的科学问题包括：①2020—2021年连续2年台风的生成及登陆个数偏少，而同期的北大西洋飓风数量偏多，ENSO是如何协同影响这两大海域的台风生成频数是非常值得研究的科学问题；②在弱引导气流下路径调整仍是路径预报中的难点问题，需要关注多尺度系统的相互作用，及时考虑移速及移向变化与其他天气系统移动之间的联系；③近海快速增强的预报依然是台风强度预报领域中的瓶颈问题，值得在基础理论及预报方法上有更大的突破及创新性研究，另外局地海陆热力差异和日变化差异在近海台风快速加强中的作用也是值得研究的问题；④在实际预报为了避免过度预警的问题，可以通过增加路径袭击概率预报，或是登陆地点或重点影响城市的概率预报等来解决，并及时根据登陆概率的变化调整对应的风雨影响预报。
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