基于卫星资料对“海燕”台风影响海南岛风雨分布的分析

吴俞　李静　杨仁勇

摘 要 基于NOAA极轨卫星反演资料，同时结合GFS模式分析资料和海南岛乡镇自动站资料，综合分析超强台风“海燕”靠近海南岛南部近海时的结构变化特征及其对海南岛带来的风雨影响。得到的高分辨率卫星红外云图清晰地反演了“海燕”内部对流结构呈不对称分布，海南岛的降水分布与“海燕”内螺旋雨带的走向密不可分，而海南岛的地形分布及上空的大气环境又为螺旋雨带内小尺度对流的发展、维持提供有利的条件；微波散射计反演的10 m风场表明，“海燕”经过海南岛南部近海时，风场分布也呈明显的不对称，大风区主要位于台风中心的东北方位，不同级别风圈的分布直接决定着海南岛的大风分布。

关键词 台风“海燕” ；AMSU散射计 ；螺旋雨带

分类号 P457.8

Abstract In this paper， based on the data of NOAA polar orbiting satellite retrieval， combining the GFS model analysis of influence of wind and rain data and Hainan Island Township automatic station comprehensive analysis of the data of the ultra strong typhoon "Haiyan"near the Hainan Island southern coastal area of the structure and variation of the Hainan Island bring. To obtain high resolution satellite infrared cloud image clearly reflects the "Haiyan" internal convection structure distribution asymmetry， towards the rainfall distribution of Hainan Island and " Haiyan" inner spiral rainbands are inseparable， and the atmospheric environment and the topographic distribution over Hainan Island and small scale convection in the development and maintenance of spiral rain bands provide favorable conditions； the 10m wind field microwave scatterometer inversion that "petrel" through southern Hainan Island off shore wind field distribution also showed obvious asymmetry， northeast azimuth wind zone are mainly located in the center of the typhoon， the distribution of different level loop directly determines the wind distribution in Hainan Island.

Keywords Haiyan ； AMSU scatterometer ； spiral rainband ； winds

2013年第30号超强台风“海燕”从海南岛南部近海擦过时给海南岛带来了极强的风雨影响，并造成了严重的经济损失。“海燕”的强度、路径和风雨等也成为国内专家研究的热点，张玲等[1]对“海燕”快速加强和快速移动原因进行了深入分析，指出“海燕”在登陆菲律宾之前快速加强和加速移动的原因与副热带西风急流加强南压，从而导致副热带高压南侧对流层各层低纬东风加强有关，另外“海燕”强度持续增强的可能原因包括风场的不对称分布导致的切变正涡度的增加，内核对流层低层水平辐合和对流层中低层涡度的持续增长，以及台风所处环境的高层辐散的明显增加和高低层垂直切变的减小。陈子通等[2]通过高分辨率数值模拟分析了“海燕”的变化机理， 发现高层暖心、高中低层一致东风气流是其超强发展和快速西移的主要特征；黄翠银等[3]通过对比分析“山神”和“海燕”影响广西的降水分布发现，“山神”停编前在广西是单一的暖云降水，停编后其残余环流与南下的冷空气相互影响引起桂东强降雨，“海燕”影响广西时恰好冷空气南下，两者结合降雨增幅造成广西大范围暴雨天气。以上研究对了解“海燕”强度、路径变化的内在机理有很大的帮助，但是“海燕”在靠近海南岛南部近海时其内部结构特征如何，又是如何影响海南岛的风雨分布，还有待进一步分析，这对实际业务预报会有一定的指导意义。本文以“海燕”为例，利用NOAA极轨卫星资料、GFS模式（0.5°分辨率）分析场资料和海南岛乡镇自动站资料，对超强台风“海燕”影响海南岛期间的风雨分布特点进行分析，特别是NOAA卫星资料中将用到AMSU微波散射计反演资料。魏应植等[4-6]曾指出，微波具有穿透云的能力，AMSU微波散射计具有较强的垂直探测能力，能够清晰地揭示热带气旋的暖心结构、地面风速和强降水的落区等，这对我们了解“海燕”影响海南岛时的真实结构非常有帮助。

1 “海燕”的基本概况

从图1的“海燕”移动路径可以看出，“海燕”从生成到移入南海东部海面时以偏西路径为主，之后呈西北路径移近海南岛南部近海，进入北部湾后转向北上影响广西。从强度变化看（图2），“海燕”经历了迅速加强到缓慢减弱的过程，其强度变化的机理张玲等[1]已经做了非常详细的分析。总的来说“海燕”具有以下特点：1、强度强，“海燕”在其最强阶段登陆菲律宾，登陆时中心平均风速达到75 m/s。进入南海后向西北方向移动，近海擦过海南岛西南部乐东县时，强度维持在强台风级（风速达到42 m/s），是2013年影响海南岛的最强台风。2、移速快，“海燕”登陆菲律宾前移速约30～35 km/h，进入南海后到靠近越南北部期间，时速保持在25～30 km，属于移速较快的强台风。3、生命史长，影响范围广，“海燕”发展强度强，携带能量巨大，多次登陆后减弱缓慢，从4日早晨在西太平洋生成到11日夜间在广西南宁市境内减弱为热带低压，共历时182 h，严重影响了菲律宾、越南和我国华南地区。

通过AMSU温度微波计反演的“海燕”温度垂直剖面图（图3 a），可以看出经过台风中心上空300 hPa的暖心特征明显，也比较完整，袁金南等[7-8]指出暖心结构与台风强度密切相关，另外从多层水平温度分布来看（图3 b），“海燕”外围西北侧中低层有弱冷空气影响，且700 hPa冷空气扩散速度比850 hPa要快，这种配置增强了台风外围的对流不稳定发展，从而也是其强度靠近海南岛南部近海时还能维持的原因。

2 “海燕”对海南岛的降水影响分析

“海燕”影响期间，海南岛共有122个乡镇过程雨量超过100 mm，其中36个乡镇过程雨量超过200 mm，17个乡镇过程雨量超过300 mm，保亭、琼中和五指山有7个乡镇过程雨量超过400 mm，最大为保亭毛感乡573.8 mm，可见“海燕”给海南岛带来了强降水过程，部分乡镇受灾严重。从图4 a的降水分布也可以看出强降水中心位于海南岛的中部和南部地区，结合海南岛的地形分布（图4 b），不难看出，中、南部山区对强降水中心有很大的影响，杨仁勇[9-10]曾利用中尺度模式WRF对1117号强台风“纳沙”的降水进行地形敏感性试验时发现地形的存在对降水量增幅明显。虽然地形对降水强度有所影响，但决定海南岛降水分布的仍取决于“海燕”自身降水云团的分布，对此，从NOAA极轨卫星高分辨率（1km）红外云图（图5 a、b）可以清晰的看到11-10-04：26，当“海燕”中心位于三亚南部近海时，强对流云团（TBB小于-60℃）主要位于台风中心的西南侧，表现出明显的非对称结构，另外螺旋雨带的特征非常明显，造成海南岛强降水的主要是距离台风中心50 km左右的内螺旋雨带，雨带内镶嵌多个小尺度的强对流单体并随着台风环流不断经过海南岛南部地区，造成降水的“列车效应”。朱佩君等[11]利用 MM5（V3）对强热带风暴 Kammuri的螺旋雨带进行数值模拟时指出，台风中的气旋式涡度、垂直运动、水平动量等都高度集中在螺旋雨带中，而且当外侧的空气具有明显的对流性不稳定时，将为螺旋雨带中对流的发展提供了不稳定能量。对此本文以11月10日12时（世界时，下同）的GFS模式分析场经过110°E做假相当位温和稳定度叠加的剖面图（图6 a），可以看出，在海南岛上空的大气具有低层暖湿、中层干冷的特性，中低层的不稳定度均大于0，且自北向南递增，说明海南岛南部的大气状况非常不稳定，有利于“海燕”螺旋雨带中的对流维持和发展。另外从相应时次的散度场和垂直速度场的垂直剖面（图6 b）来看，在海南岛南部（19°N以南）上空，不仅有强烈的垂直运动，且低层大气辐合，高层大气辐散，这样的环境场也为对流的激发、发展和维持提供了有利的动力条件。

总体而言，海南岛的降水分布与“海燕”内螺旋雨带的走向密不可分，而海南岛的地形分布及上空的大气环境又为螺旋雨带内小尺度对流的发展、维持提供有利的条件。另外，NOAA高分辨率的卫星红外云图反演了“海燕”更为细致的对流结构，眼区、眼墙、内螺旋雨带及外螺旋雨带的分布和强度都能清晰展现（图5 a、5b），这为日后业务预报中对台风中心定位、降水落区和强度预报有很好的指导意义。

3 “海燕”对海南岛的大风影响分析

“海燕”不仅给海南岛带来强降水，还带来了强风，当其从海南岛南部近海擦过时，海南岛四周沿海陆地普遍出现9级以上阵风，其中三亚、乐东和东方阵风达14级以上（图7）。本文通过NOAA基于多种微波散射计反演计算得到的10 m风进一步分析“海燕”对海南岛大风分布的影响。从图8 a的高分辨率风场分布来看，10日00时，“海燕”的大风分布较为对称，但12级大风主要分布在台风的东北和西北象限，10级大风主要在台风的西北象限，7级大风同样主要分布在台风的东北和西北象限，另外图中还反映了最大风速为86 kt（约43 m/s），最大风速半径为18 nmi（约32 km），方位为50°（即东北象限），可见海南岛东南部沿海已有7级大风出现。到了06时，当“海燕”靠近海南岛南部近海时，其12级大风分布不对称性开始明显，主要分布在东北象限（图8 b），10级和7级大风的分布与12级大风相似，东北象限的半径最大，另外卫星测得“海燕”在该时次表面风最大风速约为40 m/s，最大风速半径为41 km，方位为70°（即东北象限），此时海南岛大部分已经处在其7级大风风圈内，南部沿海风力加大到10级。10日12时，“海燕”移入北部湾南部海面时，风场的不对称性分布更加明显，12级大风主要分布在台风的东北和东南象限，影响到海南岛的西南部沿海（图8 c），但是该时次整个海南岛的风力由西南向东北依次减小。晚上18时，“海燕”已经移入了北部湾北部海面，从图8 d可以看出其10级风圈和7级风圈范围明显变大，但分布及其不对称，最大风速继续减小，其半径增大到63 km，位于100°（东南象限），海南岛除了西部沿海还受7级大风影响，其他地区风力明显减小。卫星反演的“海燕”10 m风与海南岛自动站10 m风相结合可以了解岛上跟洋面上的大风分布情况，卫星资料一方面弥补了海洋上自动站较少的不足，另一方面对气象决策服务也有很好的指导意义。

4 结论

本文利用NOAA极轨卫星反演资料、GFS模式分析场资料和和海南岛乡镇自动站资料综合分析超强台风“海燕”结构特征以及其对海南岛带来的风雨影响，得到一些有意义的结论。

（1）AMSU温度微波计反演资料发现，“海燕”靠近海南岛南部近海时其中心上空300 hPa的暖心特征明显，也比较完整，另外“海燕”外围西北侧中低层有弱冷空气影响，且700 hPa冷空气扩散速度比850 hPa要快，这种配置增强了台风外围的对流不稳定发展，使得“海燕”强度长时间维持。

（2）高分辨率的卫星红外云图清晰反映了“海燕”内部对流结构分布不对称，海南岛的降水分布与“海燕”内螺旋雨带的走向密不可分，而海南岛的地形分布及上空的大气环境又为螺旋雨带内小尺度对流的发展、维持提供有利的条件。

（3）“海燕”造成海南岛的极大风分布呈自西南向东北递减，这与“海燕”自身的风场分布有关，NOAA卫星微波散射计反演的10 m风场表明，“海燕”经过海南岛南部近海时风场分布也呈明显的不对称，大风区主要位于台风中心的东北方位，不同级别风圈的分布直接决定着海南岛的大风分布。

本文主要通过卫星资料的视角分析并呈现了超强台风“海燕”的一些观测事实，这对日后业务预报有一定的参考，但是还需要进一步对比分析相似路径热带气旋对海南岛风雨分布的异同及TC结构的变化特征等。

参考文献

[1] 张 玲，许映龙，黄奕武. 1330号台风海燕强烈发展和快速移动原因分析[J]. 气象，2014（12）：1 464-1 480.

[2] 黄翠银，农孟松，陈剑飞. 台风“山神”和“海燕”对广西影响对比分析[J]. 气象研究与应用，2014（02）：7-13

[3] 陈子通，张诚忠，黄燕燕，等. 南海台风模式对“海燕”移动路径的预报[J]. 气象学报，2014（04）：678-689.

[4] 魏应植，许健民. AMSU温度反演及其在台风研究中的应用[J]. 南京气象学院学报，2005（04）：522-529.

[5] 王 瑾，江吉喜. AMSU资料揭示的不同强度热带气旋热力结构特征[J]. 应用气象学报，2005（02）：159-166，267-269.

[6] 刘 喆，李万彪，韩志刚，等. 利用AMSU-A亮温估测西北太平洋区域热带气旋强度[J]. 地球物理学报，2008（01）：51-57.

[7] 袁金南，蒙伟光，张艳霞，等. AMSU-A温度反演及其对南海热带低压暖心的分析[J]. 热带气象学报，2013（06）：889-898.

[8] 陆佳麟，郭品文. 入侵冷空气强度对台风变性过程的影响[J]. 气象科学，2012（04）：355-364.

[9] 杨仁勇，闵锦忠，郑 艳. 强台风“纳沙”引发的特大暴雨过程数值试验[J]. 高原气象，2014（03）：753-761.

[10] 杨仁勇，闵锦忠，冯 文. 海南岛地形对南海西行台风降水影响的数值试验[J]. 热带气象学报，2013（03）：474-480.

[11] 朱佩君，郑永光，王洪庆，等. 台风螺旋雨带的数值模拟研究[J]. 科学通报，2005（05）：486-494.