超强台风“威马逊”登陆前快速加强的特征和原因分析

林晓霞，王硕甫，冯业荣

（1．成都信息工程大学大气科学学院，四川成都 610225；2．广州热带海洋气象研究所，广东广州 510080；3．佛山市气象局，广东佛山 528000）



超强台风“威马逊”登陆前快速加强的特征和原因分析

林晓霞1，2，王硕甫1，3，冯业荣2

（1．成都信息工程大学大气科学学院，四川成都 610225；2．广州热带海洋气象研究所，广东广州 510080；3．佛山市气象局，广东佛山 528000）

摘 要：利用NCEP资料、CMA-STI热带气旋最佳路径数据和FY系列卫星云图对超强台风“威马逊”登陆前特征和突增成因进行分析。结果表明：“威马逊”强度突增期间副高西伸脊点显著东退，高低压之间维持强的气压梯度。台风急剧发展期间结构趋于对称化加强，高低层辐合辐散急剧发展，持续增强的正涡度柱不断向平流层上层发展，同时垂直速度不断增大从低层向上传播，这些结构都利于台风强度迅速增强。环境条件分析表明西太平洋高海温、弱的环境风垂直切变维持10 m/ s以下速度，有利于凝结潜热聚集和台风“暖心”结构维持；850 hPa上偏南气流显著增强，南侧水汽通道完全接通且水汽辐合与台风中心基本重合，促使水汽向台风中心辐合输入，是“威马逊”强度剧增的重要原因之一。

关键词：天气学；台风“威马逊”；近海强度；垂直风切变

林晓霞，王硕甫，冯业荣．超强台风“威马逊”登陆前快速加强的特征和原因分析［J］．广东气象，2016，38（3）：33 -37．

统计研究表明，16%的热带气旋移动到中国沿海会突然增强［1］，其中近海强度突增且达到台风强度的热带气旋为数不少，如7314号台风“玛琪”、0518号台风“达维”等相比于非近海加强的台风，往往造成更大的人员伤亡和经济损失。近年来台风的研究取得较大进展，路径预报水平不断提高，但对台风强度变化的认识和客观预报仍存在很大的不足，尤其是近海台风突然增强成因复杂，仍需要更多的分析研究。目前对台风近海强度突增原因的主要研究认为其与西太平洋副高、南亚高压的强度位置、中低层水汽的输送、弱冷空气的入侵、近海高海温和弱的环境风垂直切变以及台风自身的结构等诸多因素相互作用有关［2 -6］。雷小途等［7］通过对比有无大尺度环境场的作用，建立热带气旋强度变化的方程式，定性分析大尺度环境场在台风强度发展中的作用。李凡等［8］对台风“巨爵”（0815）的分析中发现台风在近海强度突增期间台风中心正涡度增大，同时正涡度柱向对流层中上层伸展。薛根元等［8］对“桑美”（0608）强度突增的原因以及海温的影响进行数值试验研究。上述研究揭示了影响台风近海加强的诸多因子，但大部分研究仍集中围绕大尺度环境进行诊断分析以及基于理想场开展数值试验研究，结合实际个例的研究仍然较少，因此有必要围绕更多强度突增个例开展研究，分析其物理机制，为日后台风强度突变的预报提供更加可靠参考。

台风“威马逊”（1408）在发展过程中自东向西移动，前后3次分别登陆海南、粤西和广西，在登陆华南沿岸前出现强度突增现象，发展成超强台风，给华南沿海带来的直接经济损失和人员伤亡属历史罕见。本研究利用NCEP/ NCAR 1°× 1°再分析资料（FNL）、CMA-STI热带气旋最佳路径数据、FY2卫星云图等资料，主要利用天气学方法，分析台风“威马逊”的环流特征，进一步探讨近海强度突增的原因和机理。

1　台风强度变化特征

“威马逊”源于关岛以西洋面，2014年7月12日14：00（北京时，下同）发展为热带低压，以西北偏西路径移动，于17日18：00加强为超强台风，并于18日15：30登陆海南省文昌市沿海地区。台风登陆时中心风力达70 m/ s，中心最低气压达880 hPa，登陆后强度维持，穿越北部湾后减弱为强台风。从强度演变（图1）可见“威马逊”发展过程中存在2个强度急剧加强的时段，主要集中在15日13：00-17：00和17日16：00-18 日15：00之间，分别对应于前2次登陆前临岸增强。从17日16：00开始短短的22 h内台风中心气压由850降至800 hPa，中心最大风速由45 m/ s发展到72 m/ s（超强台风）。从“威马逊”实况可以看出，18日08：00中心附近最大风速为65 m/ s，最低气压为800 hPa，至14：00中心附近最大风速达到72 m/ s，最低气压降至888 hPa，短短的6 h内中心最大风速增大7 m/ s，最低气压下降12 hPa，借鉴文献［4］，可见登陆前强度急剧加强的特征显著。

图1 “威马逊”实况强度变化

2　登陆前强度突增成因分析

2．1西太平洋副高位置与强度变化

以往研究表明，热带气旋的强度变化与南亚高压、副热带高压的强弱和位置密切相关。从“威马逊”进入南海后的生命期（7月15-18日）500 hPa的5 880 gpm线逐日演变图（图2a）可以看出，“威马逊”进入南海到消亡之前，副热带高压始终呈带状分布。7月15日“威马逊”进入南海前，副高强盛呈带状，5 880 gpm线西脊点位于105°E以西，脊线位于23°N附近，“威马逊”在副高南侧偏东气流引导下稳定向西移动。16-18日带状副高有所东退，但副高中心强度加强，西伸脊点退至113°E附近，“威马逊”受其东侧偏东南气流影响显著加强，转为向西北路径移动。从副高西伸脊点的时间序列图（图2b）可以看出，“威马逊”生成初期副高西伸发展，在热带气旋北侧形成强大的阻塞形势，影响低压偏西行路径，同时盘旋在洋面的低压也得以发展，从16日开始，副高西伸脊点迅速东退，台风转向偏北路径移动，此时“威马逊”与块状副高之间距离很近，两者之间形成了“东高西低”的形势，“威马逊”低压环流和高压之间维持很强的气压梯度，在这个时间段“威马逊”迅速发展加强为超强台风。由此可见，“威马逊”强度的急剧变化与副高位置和强度的演变有密切的关系，台风登陆前加强最快阶段副高西伸脊点退至最东边。

图2 “威马逊”发展期间500 hPa等压面上5880 gpm线（a）和副高西伸脊点位置（b）随时间变化图

2．2华南高层受分裂高层控制，维持强的辐散流场

从200 hPa高度场（图略）可以看到，“威马逊”生成到登陆过程中，在台风的西北方向始终维持着强大的南亚高压。至18日08：00，我国华南上空出现分裂弱高压中心，“威马逊”东南侧高空为2个分裂高压之间强的辐散流场控制，期间“威马逊”迅速增强。对比“威马逊”强度突增前后的高层散度场可看出，突增前（图略）“威马逊”东南侧高空存在明显块状辐散区，该辐散区偏离台风中心，散度剖面图上（图3a）也明显可看到高低层辐合辐散流场的配置不完整，台风中心南侧高空存在强的辐散区，台风中心附近仅在800 hPa以下存在辐合区，此时台风强度处于减弱阶段。临近登陆前突增时刻（图略）高层辐散区强烈发展并移至台风中心上空，大值区达10 ×10-7s-1以上，此时台风北侧偏东辐散气流尤为显著加强，辐散流场结构对称完整。从图3b也可以看到低层辐合高层辐散的明显配置，台风中心上空完整辐合区伸展至200 hPa以上，其南北两侧存在深厚的辐散区，对台风中心整体的辐合有促进作用，这样的高低层配置对水汽产生强抽吸作用，引发强烈的对流运动有利于台风强度发展至强盛。

图3 16日20：00（a）和18日14：00（b）经过台风中心散度经向-垂直剖面

2．3垂直运动对称化过程

从“威马逊”强度突增前后垂直运动结构变化（图略）可以看出突增前，850 hPa等压面上台风中心附近有垂直速度大值区，但强度较弱且呈离散分布，强垂直上升运动主要位于台风中心偏西南象限，随着台风的增强，7月18日14：00 850 hPa等压面上对流活动显著加强，对流中心逐渐呈南北向对称分布。从300 hPa等压面上垂直运动随时间的演变上也能清楚地看出，“威马逊”强度突然加强前，强垂直上升运动只要集中分布在台风中心偏东南象限，到强度突增时刻，强对流中心较均匀分布在台风中心附近。由此可见，随着台风强度的迅速增强，台风中心附近的对流中心从离散非均匀分布逐渐转为均匀分布。

2．4低层水汽充沛输送

图4 17日20：00（a）和19日08：00（b）850 hPa水汽通量（填色，单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）和水汽通量散度（等值线，单位：×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1）

业务研究表明台风的发生发展离不开低层充足水汽和能量的供应，从850 hPa水汽通量和水汽通量散度场可以看出台风“威马逊”基本呈水平对称分布（图略），水汽供应主要来自南面海洋，强烈的西南季风为该次台风提供充足的水汽。从17日02：00台风南侧有一条带状水汽输送带建立将水汽输送至台风环流中，从散度场上看辐合中心（虚线表示）和水汽通量大值区分离，台风中心附近水汽辐合不明显。17日20：00（图4a）台风环流水汽通量大值区显著扩大，水汽辐合中心和台风中心完全重合，强的水汽输送配合强烈辐合作用，此时“威马逊”急剧发展，至18日14：00（图略）南侧水汽通道完全接通，18 日08：00（图4b）台风环流与南侧的水汽输送带虽还相连，但已有所断裂且输送强度减弱，水汽辐合中心也逐渐和台风中心分离，“威马逊”强度逐渐减弱。从FY2E可见光云图图略可以看到，17日08：31（图略）台风外围云系较松散，西南低空水汽输送带不完整，到18日14：31（图略），台风云团结构密实完整、螺旋云带清晰、外围的卷云发展旺盛，其东北侧对流云系发展旺盛，台风南到西南侧可以看到明显的越赤道气流和西南季风的水汽输送带加强及向台风中心卷入，为“威马逊”的发展提供有利的水汽条件。

2．5高海温与弱的环境风垂直切变

台风发展的条件之一就是需要海温在26～27℃以上［10］，海面温度决定海洋向大气的能量输送。从图5a可以看到7月15-18日菲律宾东部海温普遍达到30℃以上，为“威马逊”发展提供了充足的能量。研究表明，环境风切变反映了台风扰动周围的“通风”条件，强的环境风垂直切变对台风强度的发展有抑制作用，弱的垂直风切变有利于气柱内凝结潜热的集聚和暖心结构的发展，有利于台风的维持和发展［11 -12］。本研究以台风中心附近8°×8°范围内200与850 hPa平均环境风垂直切变来表示对流层的垂直风切变，分析垂直风切变随时间演变（图5b）可看到，“威马逊”的强度和环境风垂直切变的变化趋势基本保持一致，在急剧发展期间环境风垂直切变均在10 m/ s以下，尤其是在18日14：00台风发展至最强，垂直风切变在6 m/ s以下。在发展期内，“威马逊”始终处于弱环境风垂直切变的环境下，对于“威马逊”的发展是非常有利的。由此可见，“威马逊”强度的急剧发展与高海温、弱的环境风垂直切变密切相关。

图5 2014年7月15-18日西太平洋平均海温（单位：℃）（a）和200～850 hPa环境垂直风切变（单位：m/ s）（b）

2．6涡度和垂直速度结构完整

从台风迅速加强发展时刻的涡度纬向垂直剖面图上可以看到，从高层到底层台风中心附近的正涡度呈铅直分布（图6）。

台风中心为深厚的正涡度柱，表明台风垂直正压结构十分完整。台风强度加强时（17日08：00）正涡度中心达60×10-5s-1（图6a），而18 日08：00中心大值增至80×10-5s-1（图6c），表明气旋性特征显著，发展过程中强正涡度柱明显发展至100 hPa以上，涡度大值中心基本维持在800 hPa附近，说明强的正涡度平流对“威马逊”强度的发展维持以及台风中心正涡度柱向对流层上层延伸对台风强度的剧增有着密切关系。穿过台风中心的正涡度一直维持至台风登陆海南，登陆后中心仍达55×10-5s-1，且减弱缓慢，进一步说明“威马逊”发展过程中垂直结构完整维持，强度减弱缓慢。从垂直速度剖面图上可以看到垂直速度的分布和散度是相配合的，高层辐散，低层辐合，台风中心附近整层存在强而深厚的垂直上升区，至18日08：00上升区一直增强扩展到100 hPa附近，上升速度大值区位于350 hPa附近，中心达- 10 Pa/ s（图6d）。可见垂直速度增强并从低层向上传播，强烈的上升运动有利于台风结构的维持和对流运动的发展，凝结潜热的释放又会进一步促进台风强度的发展。

图6 “威马逊”急剧增强前（a、b）和增强时（c、d）经过台风中心相对涡度（单位：×10-5s-1）（a、c）和垂直速度（单位：Pa/ s）（b、d）纬向-垂直剖面

3　结论

“威马逊”登陆前强度急剧增强，短短6 h内气压下降达12 hPa，中心最大风速增大7 m/ s，发展成超强台风，本研究对其环流特征和强度突增成因进行分析，得出以下结论：

1）“威马逊”生成初期副高呈带状西伸发展，在强度突增期间副高西伸脊点显著东退，块状副高紧靠台风，其东北侧的东南风速增强，高低压之间维持强的气压梯度。南亚高压强度减弱，华南上空存在强的辐散流出气流，高层辐散抽吸作用有利于台风强度的维持和发展。

2）伴随着“威马逊”强度的急剧增强，台风的结构发生显著变化，其结构趋于对称化加强，尤其是在剧烈增强时刻，台风中心高低层辐合辐散垂直结构急剧发展，持续增强的正涡度柱不断向对流层上层发展，同时垂直速度不断增大从低层向上传播，这样的高低层配置对水汽强的抽吸作用，台风中心始终维持着深厚的垂直上升运动区。这些结构都利于台风强度的迅速增强。

3）西太平洋平均海温高达30℃以上，为“威马逊”发展提供了下垫面条件；在增强期间，环境垂直风切变维持＜10 m/ s，“威马逊”始终处于弱环境风垂直切变的环境条件下，有利于凝结潜热的聚集和“暖心”结构的维持，对于“威马逊”的发展非常有利；850 hPa上偏南气流显著增强，南侧水汽通道完全接通且水汽辐合与台风中心基本重合，促使水汽向台风中心辐合输入，为台风发展提供了充沛的水汽，有利于凝结潜热的释放，是“威马逊”强度剧增的重要原因之一。

参考文献：

［1］阎俊岳．近海热带气旋迅速加强的气候特征［J］．应用气象学报，1886，7（1）：28 -35．

［2］袁方超，邓兆青，陈德文．1010号台风“莫兰蒂”近海强度突增诊断分析［J］．海洋预报，2012，28（4）：35 -41．

［3］季亮，费建芳，黄小刚．副热带高压对登陆台风影响的数值模拟研究［J］．气象学报，2010，68（1）：38 -47．

［4］林良勋，梁巧倩，黄忠．华南近海急剧加强热带气旋及其环流综合分析［J］．气象，2006，32（2）：14 -18．

［5］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）：128 -137．

［6］邓文剑，吴振鹏，吴乃庚，等．台风“巨爵”近海急剧加强的特征及成因分析［J］．广东气象，2014，36（3）：8 -14．

［7］雷小途，陈联寿．大尺度环境场对热带气旋影响的动力分析［J］．气象学报，2001，58（4）：428 -438．

［8］李凡，郑艳，李勋．0815号台风“巨爵”近海强度突增的诊断分析［J］．气象水文海洋仪器，2010（3）：87 -83．

［8］薛根元，张建海，陈红梅，等．超强台风Saomai（0608）加强成因分析及海温影响的数值试验研究［J］．第四纪研究，2007，27（3）：311 -321．

［10］林良勋，冯业荣，黄忠，等．广东省天气预报技术手册［M］．北京：气象出版社，2006．

［11］Heymsfield G M，Simpson J，Halverson J，et al．Structure of highly sheared Tropical Storm Chantal during CAMEX - 4［J］．Journal of the Atmospheric Sciences，2006，63（1）：268 -287．

［12］Paterson L A，Hanstrum B N，Davidson N E，et al．Influence of environmental vertical wind shear on the intensity of hurricane - strength tropical cyclones in the Australian region［J］．Monthly Weather Review，2005，133（12）：3644 -3660．

Analysis of the Characteristics of Rapid Intensification of Super Typhoon Rammasun and Their Causes

LIN Xiao-xia1，2，WANG Shuo-fu1，3，FENG Ye-rong2
（1．School of Atmospheric Sciences，Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225；2．Guangzhou Institute of Tropical Marine and Meteorology，China Meteorological Administration，Guangzhou 510080；3．Meteorological Bureau of Foshan City，Foshan 528000）

Abstract：Utilizing NCEP global assimilation analysis data，location data of tropical cyclones and FY satellite images，we analyzed the strength characteristics and causation of its intensification before the landing of Super TY Rammasun．Conclusions indicate that a subtropical high in Western Pacific（SHWP for short）strengthened and moved westward during the early phases of typhoon＇s development，but obviously eastward during the process of rapid intensification，which caused high pressure gradients between Super TY and SHWP．During the rapid intensification，symmetric structure，favorable background field with low - level convergence and high - level divergence，positive vorticity increasing in the eye of the typhoon and expanding to the mid and upper - troposphere，and vertical velocity increasing upward are the main reasons of the intensification of Rammasun．Analysis on the environment condition shows that high sea temperature and weak vertical wind shear lower than 10m/ s were in favor of gathering the latent heat of condensation and maintaining the“warm core”structure．Eventually，a noteworthy strengthening of southerly airflow over the northeast typhoon side，a southern water vapor channel fully connected to the typhoon circulation as well as the vapor convergence essentially coincident with the typhoon center are the most significant factors contributing to the intensification of Rammasun．

Key words：synoptics；typhoon Rammasun；offshore intensity；vertical wind shear

中图分类号：P44

文献标识码：A

doi：10．3868/ j．issn．1007 -6180．2016．03．008

收稿日期：2015 -07 -30

基金项目：公益性行业专项项目（GYHY201406008）和佛山市气象局科学技术研究项目（201501）共同资助

作者简介：林晓霞（1881年生），女，硕士研究生，主要从事大气数值模拟。E - mail：d673783825＠163．com