长时间维持和迅速减弱的华南登陆热带气旋对比分析

黄滢,彭俊龙,郭亮

(1.南京大学，大气科学，江苏南京210008；2.广西省防城港市气象局，广西防城港538001)

1 引言

热带气旋(简称TC，下同)登陆后，由于陆地摩擦、水汽减少，会逐渐衰亡。但有的TC登陆后不久就减弱消失，有的却能在陆地上维持很长时间，TC引起的重大灾害往往与其在陆地上维持有关，如0604“碧利斯”登陆后维持了4 天，深入内陆行经6个省份，一路狂风骤雨，引发山洪暴发、滑坡、泥石流等灾害，造成2016.7 万人受灾，死亡164 人，失踪140 人，直接经济损失118.7 亿元的巨大损失。因此，研究TC 登陆后的维持时间具有重要的意义。李英等[1]用中尺度模式MM5 对Bilis 陆上维持过程进行模拟，并通过多个敏感性试验，研究不同方向水汽输送对TC在陆上维持和降水的影响。于玉斌等[2]对超强台风“桑美”在中国近海急剧增强的特征及机理进行分析。郭丽霞等[3]分析了TC 登陆后进人黄渤海加强的环境场特征。黄荣成等[4]采用动态合成分析法对近海突然加强和突然减弱两类TC的环境场进行对比分析。尽管近年来国内外在TC衰减变化研究方面取得了一定的进展，但还有许多问题未解决，TC的强度变化仍是大气科学领域尚未解决的科学问题之一[5]。而且TC的衰减研究，在登陆北上影响华东、华北地区方面的成果较多，而研究登陆西移影响华南的TC 陆上强度变化、结构演变特征较少。华南是受登陆TC灾害影响较重的地区之一，因此研究华南登陆TC 衰减问题具有重要的意义。本文通过寻找长时间维持TC与迅速减弱TC的环境场、物理量场特征及其差异，以提高对登陆华南TC 衰减的认识，为提高预报能力和减少热带气旋灾害提供有益的参考依据。

2 选例及方法

为了找出影响登陆TC强度维持的大尺度环境场特征，对比分析登陆后长时间维持和迅速减弱的两类TC的影响系统。从1980—2010年登陆华南的TC个例中，选出7个登陆后长时间维持的热带气旋（简称LTC，下同），分别为8515、8607、9903、0103、0104、0312 和0606，选出10 例维持时间短的热带气旋（简称STC，下同），分别为8314、8903、9302、9509、9615、0107、0214、0313、0906和0915。选取的个例移动路径基本相似（见图1），登陆地点都在两广地区。LTC 登陆时中心最大风力为25—35 m/s，登陆后平均维持的时间为48.4 h，均≥40 h；STC登陆的强度为25—50 m/s，TC 登陆时强度很强，衰减时间却＜20 h。为研究两类TC环境场的不同，采用每天4 个时次、经纬网格距2.5°×2.5°、垂直方向17 层的NCEP再分析格点资料，对比分析了两类TC的天气形势和物理量场特征。

图1 两类TC的移动路径

图2 两类TC登陆后200 hPa气压等值线和风速阴影图

图3 两类TC登陆后200 hPa气压等值线和风速阴影图

图4 两类TC登陆后500 hPa等值线图

3 影响系统对比分析

研究两类TC从登陆后直至消失的动态演变情况，并对不同影响系统进行合成分析，以研究其差异，发现200 hPa的南亚高压和高空槽、500 hPa的副高、低层的季风槽和TC登陆后的衰减相关最密切，是其最重要的影响系统，当200 hPa、500 hPa、850 hPa三层均为有利形势时，TC会维持较长时间。

3.1 200 hPa南亚高压

200 hPa气压图上（见图2），当影响系统为南压高压时，LTC登陆后的0—72h南亚高压中心始终稳定位于20—30°N，50—120°E的范围内，在其上空形成明显的反气旋式环流，南亚高压强度一直维持在1256 hPa，1052 hPa的范围覆盖整个华南地区，高空辐散强，有利于低层辐合上升运动的维持，对TC环流的维持提供了有利的条件。8515、8607、9903、0104、0312 都属于这种情况。由图2 右图可看出，STC 登陆后，南亚高压强度明显偏弱时，高空辐散弱，不利于TC登陆后维持，8314、8903、9615均属于这种情况。

3.2 200 hPa高空槽

DeMaria等[6]用TC高空的涡动角动量通量的大小来判断TC 是否与槽相互作用，并将高空槽分为两类：一类是有利于TC增强的槽，另一类是不利于TC增强的槽，在TC中心诱生出太大的垂直切变使TC 暖心通风而减弱。对这17 个TC 个例的研究也发现类似的情况。当200 hPa的影响系统为高空槽时（见图3），LTC 登陆后至24h，200hPa 南亚高压分为两个中心，分别位于青藏高原和日本海，我国的中部为一槽，槽底离TC中心有一段距离，华南地区位为高空槽前的辐散区域，有利于低层的TC 环流的维持，0103、0606 属于这种情况。而影响STC 的高空槽比影响LTC的要深得多，高空槽深入到华南的南部，槽底南压到TC中心附近，并且槽前和西太平洋高压形成很强的气压梯度，TC中心附近的高空风风速形成超过20 m/s的急流，研究表明[7]当TC靠近西风急流但还有一定距离时，急流给TC 环流的高层流出提供了高速气流以及一个高层反气旋切变的环境，可使TC发展。当TC与西风急流距离非常近时，由于垂直切变增大或急流造成的高层气旋性切变流场，TC 的发展将受到显著抑制或迅速减弱。因此这种类型的槽不利于STC 环流的维持，0214属于这种情况。

3.3 500 hPa副高

500 hPa高度场（见图4），LTC在位于副高西侧，随着TC的登陆，副高从120°以东逐渐加强西伸，副高和TC环流之间维持较强的气压梯度，因此TC东侧的东南风风速增强，产生了东南风急流，海上低空东南急流源源不断地向华南沿海输送水汽，因此这种副高和TC 的位置配置，有利于形成气压梯度和水汽输送，有利于低压环流的维持。而STC开始登陆时，西太平洋副高西脊点西伸超过110°E，并且从TC 的北部、东部到西北部对TC 形成了包围，TC进人副热带高压内部或向强的高压脊前进，副高的热力结构不利于TC的维持，TC的垂直环流会受到抑制，对流减弱，因此这种形势不利于TC强度的维持。9302、9509、0107、0906、0915 号均属于这种情况，以0915 为例，登陆时中心附近最大风力12 级，但是副高对TC 形成一个包围的形势，副高的下沉气流对TC的维持产生不利的影响，这个TC登陆后迅速减弱，仅维持了19 h。

图5 两类TC登陆后850 hPa流线和风速阴影图

图6 两类TC登陆后穿过TC中心的南北向散度垂直剖面图

3.4 850 hPa西南季风

850 hPa 图中（见图5），所有的LTC 登陆期间，850 hPa低层印缅地区均稳定存在一个季风槽，季风槽深厚，有≥12 m/s的西南风低空急流源源不断地向华南地区输送水汽，局部的风速还超过了24 m/s；TC的东侧，由于TC和西太平洋高压形成强的气压梯度，TC 东侧的偏南风也较强，登陆时和登陆后24 h，均达到12—16 m/s，登陆后48—72 h 才减弱。低空急流和水汽输送是TC能够在登陆后长久维持的重要环境条件。而STC登陆后，孟加拉湾季风槽较弱，登陆后24 ≥8 m/s 的西南风在输送到华南地区时中断，水汽输送被切断，TC东侧的风速也不大，水汽输送弱，TC迅速减弱。8314、8903、9615、0107、0915均属于这种情况。

4 物理量动态合成分析

对LTC 和STC 两类TC，采用动态合成分析方法进行诊断分析，诊断分析数据采用NCEP 的客观再分析资料，每天4 个时次（02、08、14、20），分辨率为2.5°×2.5°，垂直方向17 层。以各时次各TC 中心位置为中心、南北、东西各30 个格点、60°×60°的经纬距范围区域分别对LTC 和STC 进行动态求和平均，代表该时次此类TC的物理量场。

4.1 散度

图7 两类TC登陆后穿过TC中心的从地面到300 hPa的整层水汽通量图

从图6可以看出，在TC中心附近,两类TC散度均在低层为辐合，高层为辐散；但可以看出LTC 高空辐散明显比STC强，LTC在登陆时和登陆后24 h，TC中心上空高层辐散平均维持在15—20×10-7s-1，而STC登陆时，TC上空的辐散在9×10-7s-1以下，并且很快减弱。对比前面所述LTC 的高空形势场知道，LTC登陆后华南上空为强的南亚高压控制或处于高空西风槽前，TC 移入一个高空辐散区中，高空辐散是维持低层辐合的补偿机制，在高空辐散的抽吸作用下，使得低层辐合上升运动得到加强和维持，对TC 环流的长时间维持提供了有利的条件，而STC的高空辐散较弱，不利于TC登陆后的维持。

4.2 整层水汽通量

大量研究表明，登陆后TC 的衰减主要是热量和水汽供应减少，从而导致对流活动的减弱[8]。为显示登陆TC 的水汽环境变化，计算了整层水汽积分，即计算水汽通量从地面到300 hPa 的积分。从图7上看，水汽图通量图上有两个中心，表明登陆华南TC的水汽来源主要是来自西南季风和登陆后TC东南侧的海上水汽的输送。对比天气形势也可以发现，LTC登陆期间，印缅季风槽强，形成西南风急流，水汽输送强盛，LTC 在登陆后0—72h 在季风区均维持一个20 g·cm¯1hPa¯1s¯1以上大的水汽通量中心，LTC 的水汽通量中心强度比STC 明显偏强，此外，副高和LTC的位置配置，使得TC后部和副高之间形成较大的气压梯度，因此LTC后部的东南风急流，在LTC 东南部形成水汽通量强中心，将水汽从海面源源不断输送到TC中。TC热量主要来源于水汽凝结潜热的释放，所以充足、持续的水汽输送使登陆TC 获得水汽凝结潜热的补充，有利于LTC 气旋性环流在陆地上维持，减缓其登陆后的强度衰减，而STC的水汽通量中心强度明显偏弱。

4.3 Q矢量

自从Q 矢量被提出后，Q 矢量一直不断得到改进与完善，是天气诊断分析的一种重要的方法。以Q矢量散度为强迫项的非地转w方程[9]为：

Q矢量散度表示的是产生垂直运动的强迫机制的强弱[10]，从(1)式可以看出，当w具有波状特征时，式(1)左边与-w成正比，从而▽·与w成正比。当▽·＜0 即Q矢量辐合时，则w＜0，非地转上升运动会在一定时间尺度内得以维持，持续一定强度的上升运动，有利于TC 环流的维持；反之w＞0，垂直方向上为下沉运动。从两类TC 穿过TC 中心的850 hPa Q矢量散度图（图略）可以看出，闭合的Q矢量正负中心呈相间分布，即辐合和辐散区相间，LTC登陆后0—24 h，TC 中心附近有一对正负Q 矢量散度中心，TC中心位于为鞍形结构中，登陆后48 h，正负速度中心移动到TC 中心的西北侧，且正负中心的强度梯度减弱。STC 登陆时，在TC 中心附近也有一正负强度中心，但其梯度比LTC 的小，且在登陆24 h 后就迅速减弱。这表明Q 矢量辐合辐散中心的强度变化在一定程度上反映出TC衰减的过程。

5 结论及讨论

对LTC和STC两类TC的影响系统和物理量场进行了对比分析，结果表明，两类TC的影响系统和物理量场存在明显的差异：

（1）影响两类TC 的天气系统差异显著：影响LTC 的南亚高压强度较STC 明显偏强；当200 hPa高空槽距离TC 有一定的距离时，其高空槽前的辐散气流有利于TC 的维持，而当槽底距离TC 很近时，由于垂直切变增大，TC将迅速减弱；副高和登陆后TC 的位置配置有利时，在TC 的东部形成急流，急流将海上的水汽输送到TC内部，有利于TC的维持，而当副高较强时，TC的垂直环流会受到抑制，不利于其环流的维持；强的西南季风槽带来热带海洋上源源不断的水汽输送，减缓了TC环流的衰减；

（2）物理量场方面，LTC上空存在较强高空强辐散，高空辐散的抽吸作用有利于维持低层辐合，从而有利于TC 的维持。水汽条件是TC 能维持的重要环境条件，从水汽条件的物理量诊断分析看出,华南登陆TC有两个水汽通道，即西南季风及TC东侧的水汽通道。登陆期间，LTC 两个水汽通道的水汽通量均较STC 明显偏强。Q 矢量分析表明，Q 矢量辐合辐散中心的强度变化在一定程度上反映出TC衰减的过程；

（3）影响登陆华南TC 陆上衰减的天气系统和物理量场是相互联系的。高空影响LTC 的天气系统——强南压高压和高空槽前，会导致LTC高空的辐散明显偏强；强的季风槽输送热带海洋上强盛的水汽，LTC 水汽通道的水汽通量就会明显偏强。物理量场是天气系统是否有利及其有利程度的佐证，并反映了其物理本质；

（4）南压高压强大或处于高空槽前的辐散区域，适当的副高位置配置，强盛的季风槽，这种形势下，容易出现登陆后长久不消的热带气旋。而当影响系统出现以下之一的不利条件：200 hPa南亚高压中心强度弱；TC距离高空槽强度太近；副高太强；季风槽弱，这时TC 登陆后的维持时间就会大大减少。TC的维持与南亚高压、高空槽、副热带高压、季风槽密切相关，相对应的物理量对TC 强度的维持也具有很好的预报意义，可以作为TC 强度预报的重要参考，分析表明，当48—72 h 预报出现有利TC维持的影响系统和物理量场时，就要考虑登陆TC长时间维持和出现灾害的可能性，提高警惕，采取各种积极的措施避免灾害的发生。

[1]李英，陈联寿，徐祥德.水汽输送影响登陆热带气旋维持和降水的数值试验[J].大气科学,2005，29(1):91-98.

[2]于玉斌,陈联寿,杨昌贤.超强台风“桑美”（2006）近海急剧增强特征及机理分析[J].大气科学,2008，32(2):405-416.

[3]郭丽霞,陈联寿,李英.登陆热带气旋入黄渤海强度变化的环境场特征[J].应用气象学报,2010，21(5):570-579.

[4]黄荣成,雷小途.环境场对近海热带气旋突然增强与突然减弱影响的对比分析[J].热带气象学报,2010，26(2):129-137.

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