1409号超强台风“威马逊”近海加强成因分析①

陈 燕 吴 俞 王天巍

(1海南省南海气象防灾减灾重点实验室 海南海口 570203;2海南省突发事件预警信息发布中心 海南海口 570203;3海南省气象台 海南海口 570203)

近年来，随着自然科学技术的不断发展，热带气旋（以下简称TC）路径预报水平稳步提升，但是对TC强度变化的研究和预报不太理想，特别是TC的强度变化是TC预报的重点和难点之一，它关系到TC风雨影响程度的预报，关系到政府防台抗台的决策，而TC近海突然加强往往又是预报的重中之重，难上加难，如果预报有偏差均可能导致严重的灾害。TC强度变化受到很多因素的影响，当靠近陆地时影响因素更多、更复杂，同时海洋上缺乏稠密的探测资料也制约了对TC强度演变机理的深入研究，因此对TC近海加强成因的分析也更加复杂。针对TC近海加强的成因分析，前人已有了一定成果，主要体现在：一方面是进行统计分析，得出TC近海加强的气候特征［1-5］；另一方面是针对TC不同个例或环流背景，研究其近海加强的原因［6-17］。例如：于玉斌等［5］给出了TC强度突变标准，对我国近海突然增强和突然减弱的2组TC进行了合成分析和对比分析。寿绍文等［9］对爆发性发展台风的TC环境场诊断分析说明TC爆发性发展是大尺度环流和积云对流相互作用的结果。林良勋［10］指出，华南近海TC急剧加强主要发生在东高西低、北高南低和弱背景环流中；不同的环境背景下，西南季风、越赤道气流、东风波、弱冷空气、西风槽是诱发近海急剧加强的主要系统。罗哲贤［11］在守恒系统中TC强度变化及其可能因子的数值研究中指出，TC加强取决于两类因子：一是台风涡旋最大风速的取值及圆形基流切变的强弱；二是切变基流中的中尺度涡旋的自身条件。闫敬华等［12］对“黄蜂”的模拟研究指出，华南西部地形有利于低层弱冷空气向南侵袭，从而激发对流发展，是“黄蜂”近海加强的关键原因。叶宾宾等［13-17］分别对“莫兰蒂”“百合”“北冕”“桑美”“海葵”近海加强原因进行分析。

2014年第9号台风“威马逊”（超强台风级）是继7314号台风后登陆海南岛最强的TC，登陆海南岛时60 m/s（17级），中心最低气压910 hPa。“威马逊”于7月18日下午到傍晚，均以超强台风级别先后在海南岛、广东2次登陆，在广东境内一直维持超强台风级别，移入北部湾后7月19日05时才减弱为强台风。海南省三防统计，受“威马逊”影响，海南受灾人口达325.83万人，死亡25人，失踪6人，转移38.6万人，倒塌房屋23 163间，直接经济总损失119.52亿元。其中，农林牧渔业经济总损失74.24亿元，水利设施经济总损失3.69亿元，工业交通运输业经济总损失16.38亿元。“威马逊”具有路径稳定、移速快、强度强、眼区清晰、眼壁清楚、造成灾害大等特点。特别是“威马逊”近海加强，且强风范围小，在邻近登陆前3 h近海陆地气象要素无显著变化，这让人们容易产生麻痹心理，以为与往年TC没什么差别，对TC预报和防御提出了更大的挑战，因此，对“威马逊”近海加强的原因进行探讨很有必要。“威马逊”近海加强，有些专家也做了相关研究。郑艳等［18］指出，“威马逊”近海急剧加强的原因主要是低层辐合与高层辐散、弱的环境风垂直切变和适宜的海面温度、深厚的暖涡等引起。高安宁等［19-21］也分析了“威马逊”近海急剧加强的原因，魏晓雯等［22］研究低频水汽输送与“威马逊”近海加强的关系。本研究主要利用常规观测资料、EC、NCEP（0.5×0.5°）再分析资料、卫星雷达等资料进一步探讨“威马逊”靠近海南岛时急剧加强的原因，以期为更好地预报预警和防灾减灾提供科学参考。

1 材料与方法

本研究“威马逊”强度和位置资料来源于中央气象台的台风报文，形势场和物理量场分析来源于EC再分析资料，垂直风切变根据NCEP 0.5×0.5°分辨率的再分析资料统计分析获得，海温来源于日本气象厅提供的每日海温资料，卫星云图、雷达回波图来源于当地的观测资料。根据以上资料研究“威马逊”进入南海后，逐渐增强直至登陆海南岛后强度维持的原因分析。

2“威马逊”强度概况

“威马逊”于2014年7月12日下午在西北太平洋洋面上生成，向偏西方向移动，14日11时加强为强热带风暴，14日17时继续加强为台风，15日14时进一步加强为强台风，15日傍晚在菲律宾中部沿海登陆，之后向西北方向移动，强度减弱为台风，17日17时重新加强为强台风，18日05时继续加强为超强台风，逐渐靠近海南岛，强度继续加强，18日11时加强到60 m/s（17级），18日15时30分在海南文昌翁田镇沿海登陆，登陆后穿过文昌东北角进入琼州海峡，强度仍维持60 m/s，18日19时30分在广东徐闻县南部沿海再次登陆后，强度减弱为55 m/s，继续减弱，于19日05时减弱为强台风，07时10分在广西防城港市光坡镇沿海第三次登陆，登陆时中心附近最大风力48 m/s（15级）（图1）。

图1 “威马逊”中心气压和中心风速实况

根据陈乾金［23］的定义：12 hTC中心风速加强≥10m/s的则定义为TC突然加强。“威马逊”17日23时至18日11时中心最大风速从48m/s加强至60 m/s，12 h其风速加强了12 m/s，符合TC突然加强标准。Holiday［24］对发生在西北太平洋迅速加强的TC进行研究，认为用中心气压来衡量TC强度比用最大风力更为可靠和稳妥，并把1 h降压≥1.74 hPa或24 h≥42 hPa作为迅速加强的评判标准。“威马逊”17日15时至18日15时中心气压从960 hPa降至910 hPa，24h降了50 hPa，而从18日10时的930 hPa降至18日11时的920 hPa，1 h降了10 hPa，两者均符合迅速加强的标准。因此，可认为“威马逊”属于近海突然加强的TC。

“威马逊”进入南海后，维持台风级别30 h有余，于17日17时加强为强台风，18日05时加强为超强台风，之后一直加强并维持，18日20时略有减弱，但仍维持超强台风级别，19日05时才减弱为强台风级别。“威马逊”维持17级（60 m/s）达9 h之久，为历史罕见。下面探讨“威马逊”近海加强和维持的原因。

3“威马逊”近海加强成因分析

3.1 形势场分析

从大尺度环流形势场分析，“威马逊”进入南海后，始终位于副热带高压西南侧，这种环流形势隔断了其与中高纬西风带的相互作用，受副高西南侧东南气流引导，稳定向西北方向移动，7月17日副高加强西伸，“威马逊”和副高之间气压梯度不断加大，从18日08时500 hPa位势高度图（图2）来看，588线已靠近“威马逊”东北侧，大风主要分布于“威马逊”东北侧，此时“威马逊”中心气压已下降至930 hPa，近中心最大风速高达55 m/s，18日14时副高还在加强，此时“威马逊”中心气压继续下降至915 hPa近中心最大风速高达60 m/s。可见，TC与副高之间的气压梯度加强，加剧了TC非对称结构的发展，而TC非对称结构对其强度变化产生了很大的影响。

图2 2014年7月18日500 hPa位势高度和卫星云图叠加图

另外，从卫星红外云图（图2）来看，在“威马逊”西北移动过程中，“威马逊”浓密云团范围不断变小，云系不断变得很紧密，台风眼越发清晰。根据角动量守恒定律，风速与半径成反比，当“威马逊”在移动中随着云团半径的收缩，风速增大，强度增强。

3.2 水汽输送

TC的主要能量来源是水汽凝结时释放的潜热，充足的水汽供应有利于TC暖心结构的维持，也为TC的发展提供充足的能量。从低空水汽输送来看（图3），“威马逊”加强过程中一直有高通量的水汽输入，且分布的对称性十分显著。对比不同时次水汽输送强度，7月17日20时至18日08时水汽通量中心值从35 g/（s.hPa.cm）增强至60 g/（s.hPa.cm），在这12小时内“威马逊”中心气压快速下降了25 hPa，水汽通量中心值持续升至19日08时65 g/（s.hPa.cm），19日14时仍维持65 g/（s.hPa.cm），直至19日20时才下降至25 g/（s.hPa.cm）。可见，持续并逐渐加强的水汽输送对TC强度加强起着重要作用。

从水汽通量与低空急流配置来看，图3中存在强盛的西南急流，西南季风的卷入为“威马逊”源源不断地输送水汽，水汽通量大值区也分布在该低空急流带。从图2中也可以看出，西南季风发展旺盛，西南气流和越赤道气流不断向“威马逊”输送水汽，有利于“威马逊”加强和维持。

3.3 对流层上层环境场的影响

根据Klein等［25-26］指出，对流层高层与TC外流层的相互作用对TC强度变化具有重要作用。从200 hPa风场上看（图4），“威马逊”加强和维持期间其南北侧出流非常明显，南支出流的最大风速从7月18日08时的30 m/s升至20时的40 m/s以上，而北支出流一直保持40 m/s以上，且范围逐渐增大，此时“威马逊”中心气压从930 hPa一直下降，18日15时降至最低气压910 hPa，且该低气压持续到登陆徐闻县后略有上升，为20时的915 hPa。如图4所示，高空“威马逊”中心南北两侧分别有偏西风急流和偏东风急流存在，“威马逊”位于它们的右侧，两支急流构成一个反气旋式辐散流场，南支急流与低空的西南急流存在很强的耦合，低层强辐合和高空强辐散促使TC猛烈发展。

3.4 垂直风切变的作用

Gray［27］提出，对流层高低层空气相对运动速度很小，凝结潜热释放的能量累积形成暖心，有利于TC加强，即“通风效应”。薛根元［28］等认为，风速差小于10 m/s的垂直切变是TC加强发展的一个必要条件。根据NCEP 0.5×0.5°分辨率的再分析资料围绕“威马逊”中心5°范围内得出200～850 hPa的垂直风切变演变图（图5），“威马逊”进入南海后，7月17日起垂直风切变较小，10 m/s以下，特别是18日20时下降至6 m/s，有利于“威马逊”的加强和维持。

3.5 海温

TC发生发展需要一定的条件，其一就是需要海面温度在26～27℃以上。根据日本气象厅提供的每日海温资料（图6）来看，TC所在位置以及未来移经区域均为30℃以上的高海温区，这种暖洋面蕴藏着较大的热量，海面蒸发旺盛，通过海气之间的湍流输送，使得“威马逊”所在的低层大气获得大量暖而湿的空气，形成“威马逊”发展加强的主要能源。

图5 NCEP200-850hPa离TC中心5°范围内的垂直风切变演变

图6 2014年7月18日海温

3.6 雷达回波分析

在海口雷达站能扫到“威马逊”整个眼区时，7月18日10时（图7-A）其已是超强台风级别，16级（55 m/s），930 hPa，但是从雷达回波上看，此时眼区清晰，但不够对称，且螺旋云带回波较弱；11时（图7-B）眼区逐渐缩小，圆而清晰，螺旋云带回波加强，此时加强为17级（60 m/s），920 hPa；15时35分（图7-C），“威马逊”登陆文昌，此时仍保持17级（60 m/s），但中心气压降到910 hPa，达到最低气压值，回波眼区缩小，更圆更清晰，结构紧密，螺旋云带回波进一步加强；由于受到陆地的摩擦打压，“威马逊”眼区变得模糊，但整个结构还是很紧密，此时“威马逊”有所减弱，16级（55 m/s），915 hPa。由此可见，从雷达回波上看，TC加强过程，回波结构逐渐紧密、对称，眼区逐渐变圆，减小而清晰，眼壁清楚，且眼区回波不断加强的过程。

4 讨论与结论

针对超强台风“威马逊”近海加强这一预报难点，首先从大尺度环流形势的演变、水汽输送、辐合辐散、垂直风切变、海温、卫星云图、雷达回波等方面对其近海加强成因进行分析。得到如下结论：

（1）副热带高压加强加剧了TC的非对称结构的发展，对TC强度演变产生了影响。

（2）充足的水汽输送是TC加强的重要条件，强盛的西南季风和越赤道气流是“威马逊”主要水汽输送带，有利于“威马逊”加强和维持。

图7 海口雷达回波

（3）低层强辐合和高空强辐散促使TC猛烈发展。

（4）垂直风切变小、高海温有利于TC强度加强。

（5）TC加强过程，云系不断紧密，台风眼越发清晰，且回波结构逐渐紧密、对称，眼区逐渐变圆，减小而清晰，眼壁清楚，眼区回波不断加强的过程。

本研究只是对“威马逊”近海强度急剧变化的特征及原因进行了初步分析，仅从影响天气系统、垂直风切变、海温、卫星雷达等方面进行了分析，其深层次的原因，还有待今后通过数值模拟的敏感性试验进行深入的机理诊断，为准确预报此类TC的强度变化以及防灾减灾提供依据。另外，“威马逊”造成的风雨影响表现出的不同特性，其原因还有待深入探讨。