QX气象Meteorological Monthly1000-0526气象编辑部中国北京qx-44-5-61210.7519/j.issn.1000-0526.2018.05.002P458.1+24论文Articles登陆过程中台风高层暖心结构演变特征分析Evolution of Warm-Core Structure in Upper Level of Landfalling Typhoons王尚宏WANGShanghong
Based on the 0.5° reanalysis data of National Centers for Environmental Prediction (NCEP) and typhoon best track data from China Meteorological Administration-Shanghai Typhoon Institute (CMA-STI), the warm-core structure of upper level in typhoons making landfall in China during 1979-2010 are diagnosed. The results of this study are shown as follows. (1) The intensity of landing typhoon cases always strengthens at the moment of 18 h before landing. (2) The structure of warm-core shows a remarkable asymmetry during landing, and the area of the onshore part is more remarkable. In the coastline region before landing, the warm-core structure is slightly asymmetrical in both left and right sides. And the left half of landing typhoons will go on developing until landing, and vice versa. (3) The distribution of warm-core temperature gradient is non-uniform. The closer to the periphery, the bigger the temperature gradient is. And in the inner core area, the temperature gradient is much smaller. When the intensity of warm-core changes, the change rate of central temperature is increased. (4) The warm-core intensity would decay more tempestuously in vertical direction in the landing process. (5) The several calculation methods proposed in this paper for the typhoon warm-core feature are relatively simple, and the physical meaning is very clear as well. When data is not complete or computational time requirements of operational forecast is higher, it can provide relatively better quantified reference, and especially help understand the relationship between typhoon warm-core structure and variation of typhoon intensity. Thus, it could have practical application values.
在全球范围内,广阔的沿海区域和数以亿计的人口遭受着台风及其他类型的热带气旋所带来的不同程度的影响(埃尔斯本里,1994)。我国作为世界上受台风影响最严重的国家之一(Zhang et al,2009),平均每年会遭受约6~7个台风的侵袭,从而导致数百人死亡以及高达370多亿人民币(2008年经济水平)的直接经济损失(张娇艳等,2011)。而台风造成的主要灾害通常是在其登陆前后的一段时间内发生的,因此防范台风灾害,关键在于对台风登陆过程进行深入的研究和预报。
台风登陆过程中,下垫面环境由相对光滑的洋面移至较为粗糙的大陆架、沿海山地、岛屿等地区,受外围环境场变化、下垫面摩擦作用、地形辐合引起的局部中尺度对流天气系统等因素影响,台风自身的结构也发生改变,引起台风强度和移动路径的急剧变化、同时大大增强了台风降水分布及强度的不确定性(陈联寿等,2002),从而给预报和防台减灾带来极大的难度。继专项研究台风登陆的“可预报性和动力学(Predictability and Dynamical, PDP)计划”(Marks,1998)在国内开展后,台风的登陆问题作为一个独立方向受到学者们的广泛关注,相关研究迅速发展。通过对登陆台风的大尺度环流进行讨论,影响登陆台风长久维持或迅速衰减的大尺度环流特征被发现(Chen,1998;李英等,2004)。季亮和费建芳(2009)从等熵面位涡的角度对登陆台风温妮的位涡收支关系进行分析,研究了其登陆过程中的结构变化。登陆台风的“湿心”结构在不同环境场下存在3种不同的变化方式(徐健,2007)。冀春晓等(2011)的研究发现台风登陆过程中中尺度扰动提供的正涡度有利于台风维持,而台风中近地层湍流(宋丽莉等,2005)和内核区湍流(魏超时等,2011)在登陆过程中的分布变化也已被揭示。
高层暖心作为台风形成的指示特征之一(陈联寿和丁一汇,1979),其形成得益于眼区附近的下沉增温作用和潜热加热作用(喻世华和陆胜元,1986)。热带气旋无论是在西太平洋还是在西北大西洋,其高层均存在暖心和局地正湿度距平(McBride, 1981)。台风暖心结构在不同海温加热场下有着明显的不同(徐祥德和朱复成, 1989)。台风中扰动的发展与否和暖心结构的强弱息息相关(费建芳, 1996)。垂直风切变对暖心发展的负反馈作用影响着台风的发展(Knaff et al, 2004)。李忆平和罗哲贤(2008)通过研究南海台风形成个例,分析了台风形成过程中,其暖心结构变化特征。学者们对暖心在台风形成和成熟阶段的研究已取得相当丰硕的成果,而对于暖心结构在登陆过程中的变化关注也日益加强,付驹等(2011)分析了18个登陆台风个例的暖心变化,得出登陆台风暖心结构图形不规则化、暖心面积缩小化的趋势,并依据其暖心衰减程度将登陆台风登陆点划分为两大类。
对于登陆台风高层暖心结构开展的研究虽然已有成果,但受限于使用资料的水平分辨率和垂直方向层数,上述研究对于登陆台风高层的精细化结构描述较少,同时研究限于个例的分析,所表现的特征不一定适用于反映大量样本的平均水平。对登陆问题的研究,还应考虑登陆台风登陆方向和海岸线的相对位置。针对以上不足,本文使用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)提供的具有较高分辨率(0.5°×0.5°)的气候预报系统再分析资料(climate forecast system reanalysis,CFSR),利用旋转坐标系和Cressman插值技术构建以登陆台风海岸分界线及其垂线为坐标轴的坐标系,并对1979—2010年于30°N以南登陆中国(含我国大陆地区、海南岛、台湾岛)的台风进行合成,对高层暖心和相关量化参数进行分析,意在找出其在台风登陆过程中结构分布及变化特征,加强对台风登陆过程的认识,同时讨论了几种定量化参数在实际应用中的参考作用。
资料与方法
通过参考国外学者对比多种常用再分析资料后的结果(Decker et al,2012;Murakami,2014)发现,在综合考量热带气旋的年均数量、全球分布、季节变化、资料对热带气旋的命中率和误报率及其反映热带气旋结构特征的能力以及资料数据本身的分辨率等条件下,NCEP中心提供的CFSR资料有较好的效果。CFSR资料是全球第三代高分辨率再分析资料,它耦合了海-气-陆-冰系统,数据集提供1979年至今(CFSRv1:1979—2010,CFSRv2:2011至今)的数据。本文将使用的CFSRv1资料时间跨度为1979—2010年,其水平分辨率为0.5°×0.5°,垂直方向上有37层,涵盖范围1000~1 hPa,其中500 hPa以上层次有22层,数据在高层也有较好的分辨率,资料时间分辨率为6 h。
www.typhoon.gov.cn)的“中国气象局上海台风研究所(China Meteorological Administration-Shanghai Typhoon Institute, CMA-STI)热带气旋最佳路径数据集”(Ying et al,2014)作为登陆台风强度和位置数据的参考。台风强度判定以正点时刻前2 min至正点时刻间的风速平均值为基准, 参见《热带气旋等级》国家标准(GB/T 1920—2006)(表 1)。本文所统计的登陆台风样本为1979—2010年于30°N以南(考虑到30°N为中低纬度分界线,且在其以北登陆的台风后续多有变性,在此暂不讨论)登陆我国(包括中国大陆、海南岛、台湾岛)的台风(表 2)。同时,为了比较台风在登陆期间不同时刻的结构变化,记各台风样本登陆时刻为+00 h时,取前后各延伸24 h内的逐6 h数据进行分析。]]>
热带气旋等级国家标准(GB/T 1920—2006)
National standard for tropical cyclone grades
等级
风速范围/m·s-1
弱于热带低压(WTD)
≤10.7
热带低压(TD)
10.8~17.1
热带风暴(TS)
17.2~24.4
强热带风暴(STS)
24.5~32.6
台风(TY)
32.7~41.4
强台风(STY)
41.5~ 50.9
超强台风(SPTY)
≥51.0
1979—2010年30°N以南登陆我国的不同时刻和强度的台风样本数
Numbers of typhoon samples with different times and intensities to the south of 30°N during 1979-2010
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