台风焚风效应对平潭日最高气温的影响分析

张海燕 洪 伟 陈潇潇 林彦婷 李长顺

(1.福建省平潭综合实验区气象局，福建 平潭 350400;2.福建省气象局科技与预报处，福建 福州 350000;3.福建省气象服务中心，福建 福州 350001)

0 引言

前人在台风方面开展了大量研究，包括台风的移动路径[1]、强度变化[2]、台风风雨影响[3]、因台风导致的升温现象[4]等。日常生活中，人们更加关注台风风雨对生命、财产造成的影响，而较少发现台风也会导致高温现象。由台风引起的升温现象大体分2种，一是台风外围气流与地形相配合，形成台风焚风效应。台风焚风效应主要是指台风外围强烈的气流与山脉垂直而受阻时，被迫抬升，以湿绝热状态冷却，空气中的水汽不断在山脉迎风坡凝结降落，直至山顶雨止云消而变为干燥空气，随后翻越山岭以干绝热状态下沉增温，及至地面变成干热的焚风，严重的干热风会造成作物枯萎，甚至诱发森林火灾，对国民经济甚至人民的健康产生危害[5]。陈瑞闪[6]利用常规观测数据分析1989年7月20日福建因台风“荷贝”出现的一次焚风效应，研究表明福建台风焚风效应的出现与台风中心位置、梯度层内的风向风速、初始气温高低及台风云团大小等有关，且当福建位于台风的西南象限时易出现焚风现象，有利于福建东部形成高温天气。邹燕等[7]分析1961—1999年福建夏季高温成因时同样表明，台风外围西北风场控制下的显著升温现象是影响高温过程的重要天气系统。白华等[8]利用常规观测资料，分析2012年7月9日丹东地区一次温度预报失误原因，发现主要是由于未考虑台风“卡努”外围气流与地形配合引起的焚风现象。张丽[4]在分析1953—2008年深圳夏季高温成因、林蟒等[9]在分析1951—2004年广州夏季高温成因时，均表明台风焚风效应对夏季高温起一定增幅作用，但发生台风焚风现象并不一定出现高温天气。二是台风外围强烈下沉气流引起的绝热增温。黄忠等[10]、卢山等[11]对广州高温天气的研究均表明，广州灾害性高温天气的出现归因于副热带高压内部和台风外围的下沉运动，副热带高压控制是灾害性高温天气出现的基础，台风外围下沉气流导致的强下沉增温是重要因素。

福建省地势西北高东南低，平潭位于福建的东部沿海。前人研究表明[6-7]，当福建位于台风的西南象限、被台风外围的西北气流控制时，福建东部地区易出现高温天气。本文主要分析平潭近60年高温天气的形成是否和台风焚风效应有关，以及当台风位于哪一区域时平潭易出现焚风，导致日最高气温(Tmax)升高，以期为今后预报类似过程积累经验。

1 资料与方法

本文所用资料包括1961—2021年平潭国家基本气象站(58944，下文中平潭均指58944站)逐日最高气温、1日4次相对湿度资料，欧洲中心再分析资料(ERA 5)的500hPa位势高度和水平风场、850hPa水平风场，水平分辨率为1°×1°，及美国联合台风警报中心(JTWC)的台风路径资料。

利用逐日最高气温资料，统计分析平潭高温日(根据中国气象局规定，Tmax≥35℃的天气称为高温日)。通过分析相对湿度、500hPa位势高度和水平风场、850hPa水平风场、JTWC台风路径资料，研究平潭高温的出现是否和台风焚风效应有关，以及台风位置对平潭Tmax的影响。依据前人对福建出现台风焚风效应的研究[6-7]，判定平潭高温由台风焚风效应引起的特征有：平潭上游区域上空为偏西北气流、平潭当日相对湿度小(定义当日近地面相对湿度低于历史同期气候平均的1倍标准差为相对湿度小)、周边出现台风、可排除是由副热带高压导致的高温。因每日最高气温一般出现在13—16时之间，故台风位置取每日14时台风所在位置。

2 台风位置与平潭日最高气温的关系分析

2.1 平潭近60年高温日

统计分析平潭逐日最高气温资料表明(见表1)，近60年平潭仅出现7d高温日，均集中在7—8月。通过初步筛选分析发现，7d中有6d高温与台风焚风效应有关，其中202106号台风“In-Fa”造成平潭两日高温，分别为2021年7月24日和26日。与台风焚风效应相关的平潭6d高温日，每日14时的相对湿度均低于历史同期(历史同期：1991—2020年与高温日同日期的30d中每日14时)气候平均，且除1962年8月1日(低于历史同期气候平均0.2倍标准差)外，其余5d均异常偏低超过1倍标准差。

表1 1961—2021年平潭高温日的日最高气温(Tmax)及14时相对湿度的历史同期气候平均和标准差

2.2 平潭高温日环流形势分析

由近60年平潭高温日14时的500hPa位势高度场和水平风场(见图1)可知，7d中仅有2020年8月7日平潭被副热带高压所控制[图1(f)]，在副热带高压下沉气流影响下，平潭出现Tmax为35.3℃的高温天气；其余6d高温日平潭均在台风西南象限，有5d福建整体均在偏西北气流的影响下，副热带高压减弱东退至日本以东的西北太平洋洋面[图1(b)、(c)、(d)、(e)、(g)]，即这5d可排除是由副热带高压导致的高温；1966年8月16日福建被偏北气流控制，较为特殊的是当天5880gpm线虽然受台风影响而断裂，但大陆高压仍然很强[图1(a)]，平潭位于高压东南象限、台风西南象限，大陆高压的下沉气流可能对平潭当日的高温仍有一定影响。

(a)1966年8月16日

(b)2021年7月24日

(c)2002年7月4日

(d)1962年8月1日

(e)1978年8月1日

(f)2020年8月7日

(g)2021年7月26日图1 平潭高温日14时的500 hPa位势高度场(阴影，单位：10gpm)和水平风场(风矢杆，单位：m/s)(紫红色点和黄点分别为当天台风和平潭所在位置，黑色等值线为5880gpm线所在位置)

分析850hPa水平风场(见图2)可知，与台风焚风效应有关的平潭6d高温日，在其上游区域从南平到福州一带均被偏西北气流控制，福建地势西北高东南低，偏西北气流翻越山脉被迫抬升以湿绝热状态冷却，空气中的水汽在迎风坡凝结降落从而变成干燥空气，在背风坡以干绝热状态下沉增温，从而导致背风坡区域气温升高空气干燥。结合图1(a)和图2(a)，1966年8月16日平潭出现近60年的最高气温，比其他6个高温日气温高出1.5℃及以上，这可能是台风焚风效应和大陆高压相互叠加的作用。

(a)1966年8月16日

(b)2021年7月24日

(c)2002年7月4日

(d)1962年8月1日

(e)1978年8月1日

(f)2021年7月26日图2 与台风焚风效应相关的平潭6d高温日14时的850hPa水平风场(单位：m/s)(红点为平潭所在位置)

2.3 台风位置与平潭日最高气温的关系

根据前文分析可知，平潭近60年的7d高温日中有6d与台风焚风效应有关，因此我们分析了表1中5个台风路径，欲厘清台风位于哪一区域时平潭易出现焚风效应，从而导致当日Tmax较高。

依据图3星号所在位置，可粗略框选出当台风位于平潭东北方向(25°N～32°N，120°E～128°E)区域内，平潭易出现焚风现象，此时副热带高压东退至日本以东的西北太平洋洋面。

图3 引起平潭高温日的5个台风路径分布(星号为平潭高温日11时、14时、17时台风所在位置，红点为平潭所在位置，红色矩形框范围为25°N～32°N，120°E～128°E)

平潭地理位置独特，位于台湾海峡北部，四面环海。海洋下垫面导致平潭Tmax不会很高，1961—2021年7—9月Tmax在20.7～ 37.4℃之间，均值为30.2℃，其中Tmax超过35℃仅有7d，超过33℃有283d，出现概率仅为5%。

由于近60年平潭仅出现6个台风焚风效应引起的高温日，样本数量太少，所以在探究台风位于哪一区域易引起平潭高温时，选取Tmax≥33℃的样本。统计1991—2020年7—9月平潭Tmax的气候平均为30.4℃、标准差为2.0℃，33℃异常偏高于气候平均1倍标准差，故选定33℃为标准。同时，由图3可知，经过区域(25°N～32°N，120°E～128°E)的台风可能会造成平潭焚风现象，统计1961—2021年7—9月经过此区域的台风[图4(a)，台风位置为每日14时所在位置]，并将此区域细分为1°×1°的网格。先计算每个网格台风经过的总数，再统计每个网格里有台风经过时平潭Tmax≥33℃的台风总数，两者比值高值区即为焚风效应引起平潭高温、台风出现位置的集中区域[图4(b)]。由图4(b)可知，当在(26°N～29°N，123°E～126°E)矩形区域呈西南—东北走向的对角线附近时，此区域偏离浙闽沿海3～4个经度，引起平潭Tmax≥33℃的台风出现频率较高，在40%～70%之间[图4(b)红色矩形框内]。

(a)1961—2021年7—9月经过(25°N～32°N，120°E～128°E)区域(红色矩形框)的台风位置分布(14时台风位置)(红点为平潭所在位置)

(b)(25°N～32°N，120°E～128°E)区域每1°×1°网格中有台风经过且平潭Tmax≥33℃的台风总数(分子)、在经过此网格的台风总数(分母)中出现的频率(P)分布(红点为平潭所在位置，红色矩形框范围为26°N～29°N，123°E～126°E，红色字体表示P≥40%)图4

3 结论与讨论

①平潭近60年仅出现7d日最高气温超过35℃的高温日，其中有6d是由位于其东北方向的台风所引起的焚风效应导致。当台风焚风效应发生时，平潭上游区域从南平到福州一带500hPa和850hPa均为较一致的偏西北气流，副热带高压减弱东退至日本以东的西北太平洋洋面上，且高温日当天平潭相对湿度异常小、空气干热。

②当在(26°N～29°N，123°E～126°E)这一矩形区域呈西南—东北走向的对角线附近、偏离浙闽沿海3～4个经度时，引起平潭出现焚风效应且日最高气温超过33℃的台风出现频率较高，在40%～70%之间。这一结论在7—9月有台风影响时，可为预报员判断平潭是否出现台风焚风效应及日最高气温的预报提供指示意义。

本研究仍发现了一些值得探讨的问题，一是位于同一区域的台风，有些会引起焚风效应，有些不会，是否与台风云团的大小有关；二是出现焚风效应日最高气温的偏高程度是否和台风位置有关，这些问题有待后续深入研究。