2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析.pdf
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1、荀爱萍,吕巧谊,黄昕,等.2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析J.热带气象学报,2023,39(3):337-347.文章编号:1004-4965(2023)03-0337-112006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析荀爱萍1,2,吕巧谊1,黄昕1,2,陈德花1,2,郑辉1,2(1.厦门市气象局/厦门市海峡气象开放重点实验室,福建 厦门 361012;2.厦门市气象台,福建 厦门 361012)摘要:利用ERA-5再分析资料、日本葵花8号卫星黑体亮温资料以及中国气象局上海台风研究所台风最佳路径集资料,对2020年第6号台风“米克拉”(2006)近海强度急剧增强进行诊断分析。(1)比
2、常年偏暖的2930 的南海东部海温是“米克拉”急剧增强的有利下垫面条件;200 hPa加强东移的南亚高压、500 hPa加强西伸的副高、低层加强的偏南-西南急流是主要影响系统;相对比深层和高层大气,持续低于4 m/s的低层大气垂直风切是重要因子。(2)“米克拉”的增强主要体现在对流层低层动能的不断增强,在台风急剧增强过程中,中低层的气旋性涡度、低层辐合强度、中高层辐散强度以及上升运动均明显加强;对流层中高层动能在台风急剧增强前的减小可能与增强的高空出流相关。(3)在“米克拉”急剧增强前,深对流云系强度不断增强,但覆盖面积变化不大;在急剧增强阶段,深对流云系组织的更加紧实集中,覆盖面积明显增大。
3、关键词:“米克拉”;近海;急剧增强;深对流云系中图分类号:P458.124文献标志码:ADoi:10.16032/j.issn.1004-4965.2023.031收稿日期:2021-12-14;修订日期:2023-03-28基金项目:国家自然科学基金(41805028);中国气象局创新发展专项(CXFZ2021Z034-041);福建省灾害天气重点实验室重大科技专项(2020TF07);厦 门 市 青 年 创 新 基 金(3502Z20206078);厦 门 市 社 会 发 展 领 域 指 导 性 项 目(3502Z20214ZD4008、3502Z20214ZD4009、3502Z2021
4、4ZD4004);厦门市气象局海洋气象精细化预报技术研究创新团队共同资助通讯作者:陈德花,女,福建省人,研究员级高级工程师,主要从事天气动力学研究。E-mail:第39卷 第3期2023年6月热 带 气 象 学 报JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGYVol.39,No.3Jun.,20231 1 引引言言福建地处华东沿海,是我国受台风影响最为严重的地区之一,阎俊岳1统计发现台风移到中国近海,强度急剧增强的个例达到16%左右。南海台风是指集中发生在中国南海中部偏东的海面上(90120 E,1220 N)的台风,其发生发展迅速,生命史相对较短,强度和路径不确定性较大,尤其
5、是在登陆前短时间内急剧增强的台风,预报难度极大,预报时间提前量和可预报性非常有限,给台风的防灾减灾带来了极大的困难。因此研究台风在近海急剧增强的特征与机理具有重要的意义。国内很多相关学者研究发现大气环境场(辐合辐散、海表温度、风切变、西南季风等)以及台风内核对台风强度的变化有至关重要的作用2-6,白莉娜等7对比全风速垂直切变和纬向风速垂直切变对台风强度变化的影响,发现全风速切变的作用更加显著。王伟等8通过统计和合成方法分析,在东风切变环境下的台风急剧增强个例达到近70%。Harnos等9发现强烈对流事件对台风急剧增强也有显著影响。Kaplan等10研究发现大西洋的台风强度变化与高层辐散和垂直切
6、变的相关性最高,而北太平洋的台风与台风内核对流的对称性相关性最高。Alvey等11研究发现急剧增强的台风在急剧增强开始前具有更对称的降水分布,并且降水的总面积覆盖范围更大。另外大量的专家学者也对不同的急剧增强的台风个例进行了单独的分析,梁建茵等12发现近热 带 气 象 学 报第39卷海加强的台风“黄蜂”登陆前的阶段,有小股干冷空气影响了台风内部热力结构,导致台风位势不稳定加强,从而有利于台风的强烈发展。于玉斌等13-14通过研究发现超强台风“桑美”近海强度突增具有前兆性,垂直风切变以及低层动能变化的响应时间约为18 h。高拴柱等15诊断发现强烈的高层辐散、低层辐合、丰富的中低层水汽输入、弱的垂
7、直风切变等条件有利于1010号台风“莫兰蒂”的强度在近海实现突增。同时薛霖等16通过数值模拟实验发现中国台湾地形是1010号台风“莫兰蒂”迅速加强的一个重要影响因子。Susca-Lopata等17发现台风内核区的降雨率和降雨区面积是导致台风“厄尔”急剧增强的条件之一。2020年第6号台风“米克拉”(2006)在南海生成,且在近海强度急剧增强,8月11日07时30分在福建省漳浦县沿海登陆,登陆时中心附近最大风力12级(33 m/s)、中心最低气压980 hPa,给福建南部地区造成了严重的灾害。据福建省应急管理厅统计,受其影响,厦门、泉州、漳州3市共5.9万人受灾,倒塌房屋18间,紧急转移4.4万
8、人,农作物受灾14.5千公顷,造成直接经济总损失12.1亿元。2 2 资料与方法资料与方法2.1 资料本文所使用的数据包括 ERA-5 再分析资料(水平分辨率为 0.25 0.25,垂直方向为 1 000hPa、975 hPa、950 hPa、925 hPa、900 hPa、875 hPa、850 hPa、825 hPa、800 hPa、775 hPa、750 hPa、700hPa、650 hPa、600 hPa、550 hPa、500 hPa、450 hPa、400 hPa、350 hPa、300 hPa、250 hPa、200 hPa、150hPa、100 hPa共24层,时间分辨率为1
9、h),其中有高度场、风场、温度场、相对湿度场、散度场、涡度场、垂直速度场、海平面温度场等;日本葵花8号卫星逐小时16种不同波段的黑体亮温(Black BodyTemperature,TBB)资料以及中国气象局上海台风研究所的台风最佳路径集资料。2.2 方法强度突变定义:P(I)代表I时的台风中心海平面最低气压,V(I)代表I时的台风近中心地面最大风速,I与I+1时刻间隔6 h。台风强度变化用每一时次的 6 h 变压(P6)或 12 h 风速变化(V12)表示,I+1时刻台风强度变化为P6(I+1)=P(I+1)-P(I)或V12(I+1)=V(I+2)-V(I),如台风14时强度变化可以表示为
10、P6(14时)=P(14时)-P(08时)或V12(14时)=V(20时)-V(08时)。根据于玉斌等18定义的台风强度急剧增强的标准,当 P6-7.78 hPa或V127.909 m/s,某一时刻两者有其一达到标准则定义该时刻为台风急剧增强时刻。3 3 台风台风“米克拉米克拉”概况概况图1给出了2020年第6号台风“米克拉”的路径图,“米克拉”于8月9日08时(除标明外为北京时,下同)在南海生成,生成后稳定向偏北方向移动,移速较快,强度逐渐加强,10日08时加强为热带风暴,20时加强为强热带风暴,11日05时进一步加强为台风级。07时30分“米克拉”在福建省漳浦县沿海登陆,登陆时台风强度保持
11、台风级。登陆后继续向西北方向移动,强度迅速减弱,14时在福建省连城县境内减弱为热带低压,17时停止编号。由表1可知,8月10日20时、11日02时以及08时是“米克拉”急剧增强时刻,故本文利用10日14时以及11日08时作为“米克拉”急剧增强前后的对比时刻,来研究“米克拉”在急剧增强前后的环境场特征以及结构特征变化。图1台风“米克拉”移动路径30N25N20N15N10N110E115E120E125E130E热带低压热带风暴强热带风暴台风338第3期荀爱萍等:2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析4 4 环境场特征分析环境场特征分析4.1 偏暖的南海东部海面海表的热力状况对台风的形成与
12、加强有重要作用,台风发生、发展的根本条件之一是要有足够大的海面或洋面,同时海温必须在 2627 以上,它决定水汽的来源和热力不稳定度的维持19。Chan等20通过数值模拟证实27 的海表温度是台风强度减弱的阈值,台风在海表温度处于2730 之间时其增强的速度最快。本文利用ERA-5高分辨率逐时海温资料对“米克拉”移动路径附近(10 10)的海表温度进行分析,图2给出了海平面气温(Sea Surface Temperature,SST)及其距平(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)的时间演变,在“米克拉”发展初期,纬度较低,海温基本在30 以上,较常年偏暖0
13、.81.0,台风增强的速率较慢,而在“米克拉”发展中后期,台风逐渐向福建近海靠近,海面温度有所下降,处于2930 之间,海温相对常年偏暖的幅度也有所下降,偏暖0.60.7,台风增强速率明显加强,这与前人的研究结论一致。以上分析表明,南海东部比常年偏暖的高海温有利于“米克拉”的近海快速增强。表1台风“米克拉”基本情况时间(月/日/时)8/9/088/9/148/9/208/10/028/10/088/10/148/10/208/11/028/11/088/11/14中心位置117.9 E,15.2 N118.1 E,16.0 N118.4 E,16.8 N118.5 E,17.7 N118.5
14、E,19.0 N118.6 E,20.3 N118.5 E,21.6 N118.2 E,22.9 N117.8 E,24.1 N117.0 E,25.5 N中心气压(hPa)1 0041 0041 0021 0021 0009989909859751 002最大风速(m/s)131315151820252838156 h变压(hPa)/0-20-2-2-8-5-102712 h风速变化(m/s)/22357813-13/备注/急剧增强急剧增强急剧增强/图2台风“米克拉”移动过程中区域平均(10 10)海平面气温值(a,单位:)和海平面气温距平值(b,单位:)的时间演变图黑色虚线区间代表“米克拉
15、”急剧增强时段,0908代表9日08时,以此类推,下同。(a)(b)31.030.530.029.529.0SST/090809140920100210081014102011021108Time090809140920100210081014102011021108TimeSSTA/1.00.90.80.70.60.5339热 带 气 象 学 报第39卷4.2 增强的南亚高压与副热带高压覃丽等21通过对台风“天鸽”研究发现,“天鸽”在近海强度的变化与南亚高压、副热带高压的强度变化有正相关关系。本文用1 260 dagpm和588 dagpm等高线的包围区域分别代表南亚高压和副热带高压的强度。
16、图3是10日14时、11日08时的200 hPa和500 hPa高度场,从图3a、3b可见,在“米克拉”急剧增强之前,200 hPa闽浙沿海地区存在一个明显的小高压,高压强度1 256 dagpm,南亚高压1 260 dagpm线东脊点位于102 E左右。“米克拉”急剧增强之后,11日08时闽浙沿海地区的小高压减弱消失,南亚高压加强并明显东移,1 260 dagpm线东脊点移到110 E附近,“米克拉”位于南亚高压脊线东南侧,高层出流增强。从图3c、3d可见,10日14时500 hPa在115 E附近存在高空槽,副高呈带状分布,脊线位于20 N附近,到11 日 08 时高空槽东移并逐渐拉平,副
17、高加强西伸,副高北侧588线明显西伸北抬,592线西脊点由127 E西伸到122 E,“米克拉”位于588线西南侧。总体来说,南亚高压加强东移,副高加强西伸,中高层辐散增强,其“抽吸作用”有利于低层辐合,从而有利于台风增强。图38月10日14时(a)和11日08时(b)200 hPa高度场分布(单位:dagpm);8月10日14时(c)和11日08时(d)500 hPa高度场分布(单位:dagpm)阴影:200 hPa高度场为大于1 260 dagpm区域,500 hPa高度场为大于588 dagpm区域;红色台风图标代表当前时刻台风中心位置。4.3 有利的低层大气垂直风切变风速垂直切变(Ve
18、rtical Wind Shear,VWS)对台风发展的影响很大,本文利用ERA-5再分析资料计算不同层次间的VWS,以此研究其对“米克拉”台风增强的影响。具体做法为:以台风位置为中心点选取10 10 区域,计算“米克拉”强度变化过程中垂直风切变的区域平均值,用200 hPa与850 hPa 之间的垂直风切代表深层大气 VWS,200 hPa与500 hPa之间的垂直风切代表高层大气VWS,500 hPa与850 hPa之间的垂直风切代表低层大气VWS。白莉娜等7研究发现深层大气 VWS 低于8 m/s时有利于台风增强,且这种增强作用有一定的时间滞后。高拴柱等15诊断发现在“莫兰蒂”快速增强过
19、程中,其深层、高层大气VWS基本都在5 m/s 左右,低层大气 VWS 最小能达到 2 m/s 以下。图4给出“米克拉”的分析结果,其深层与高层大气VWS演变趋势保持一致,发展前期,深层与(a)200 hPa 1014(b)200 hPa 1108(c)500 hPa 1014(d)500 hPa 110850N40N30N20N10N50N40N30N20N10N100E110E120E130E140E100E110E120E130E140E340第3期荀爱萍等:2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析高层大气VWS值先略有下降,方向以偏东为主,从10日02时开始,VWS值不断增大,基本
20、都保持在8 m/s以上,VWS方向偏北分量增大,以东北方向为主。这表明深层与高层大气VWS对于“米克拉”的增强没有起到有利的作用。Wang等22统计分析发现在台风活跃季节,对比深层切变,低层切变与台风强度变化的负相关更加显著。故本文进一步探讨低层大气VWS对“米克拉”增强的作用,在“米克拉”发展过程中,低层大气VWS值不断减小,到10日17时达到1 m/s以下,急剧增强阶段略有增大,但基本保持在4 m/s以下。10日14时之前低层大气VWS方向偏南分量逐渐增大,以东南方向为主,之后偏北分量突增,由东南方向转变为东北方向。由上述分析可知,不同于许多其他台风深层大气 VWS是其增强的有利因子13,
21、15,21,持续较小的低层大气VWS对“米克拉”增强的作用更加显著。图4台风“米克拉”深层(200850 hPa)、高层(200500 hPa)、低层(500850 hPa)大气区域平均(10 10)VWS大小(a,单位:m/s)和方向(b,单位:,0 代表指向正北)的时间演变图4.4 加强的偏南-西南急流图 5 给出了“米克拉”急剧增强前后 850 hPa风场与水汽通量场分布,在急剧增强前,台风西南侧海面以偏西风为主,低层大气风切方向为东南方向,水汽通量大值区主要位于台风中心逆风切方向左侧,强度达到28 kg/(mhPas);台风急剧增强之后,风切方向转变为东北方向,水汽通量明显增强,大值区
22、由逆风切左侧扩展到整个逆风切方向,达到40 kg/(mhPas)以上,偏南-西南急流明显加强,台风中心附近风速达到36 m/s以上,源源不断向台风输送水汽,使台风的水汽和低层潜热能不断增加,从而使台风暖心不断发展。将“米克拉”在急剧增强前后的相当位温场以及流场沿着低层大气VWS方向做剖面,10日14时,“米克拉”上升运动在中低层发展较强,台风的出流层在300400 hPa之间,相当位温达到 352 K 左右,台风中高层的暖心结构明显,且存在明显的不对称特征,在台风中心逆风切方向存在发展高度在700 hPa的反环流,阻止了台风东南侧方向的对流发展。11日08时,台风发展明显加强,上升运动显著增大
23、,台风的出流层明显升高,达到 250200 hPa,台风中心逆风切方向的反环流消失,台20151050VWS大小/(m/s)0908091409201002100810141020110211081114Time0908091409201002100810141020110211081114Time(a)(b)36031527022518013590VWS方向/深层大气高层大气低层大气341热 带 气 象 学 报第39卷风的暖心结构明显加强,出流层的相当位温达到360 K以上,且相对于急剧增强之前,暖心结构变得更加对称。5 5“米克拉米克拉”结构特征分析结构特征分析5.1 涡度、散度与垂直速度
24、的加强特征涡度是反映台风强度变化的重要指标,图6a、6b给出了“米克拉”增强前后过台风中心的涡度纬向剖面图,在台风急剧增强之前,涡度柱的中心值为510-4s-1,最大正涡度中心位于对流层中高层400500 hPa,台风急剧增强之后,最大正涡度中心向对流层中低层扩展,位于700 hPa左右,达到810-4s-1。从散度(图 6c、6d)以及垂直速度(图6e、6f)的纬向剖面来看,“米克拉”急剧增强之前,高层的辐散强度以及低层的辐合强度均较小,台风 内 部 上 升 运 动 最 强 烈 的 层 结 位 于 300400 hPa,最大值达到-2 Pa/s。“米克拉”急剧增强之后,辐散层、辐合层以及上升
25、运动大值区明显向对流层中低层扩展,与涡度场一致。辐散中心位于400500 hPa,最大达到310-4s-1,辐合中心达到-310-4s-1,位于9001000 hPa,上升运动增强,最强的层结位于700800 hPa,达到-6 Pa/s。低层的气旋性涡度和水平散度的辐合有利于形成上升气流和向上输送水汽,凝结潜热的释放可使云团内的空气增暖,形成台风的暖心结构。图58月10日14时850 hPa水汽通量(阴影,kg/(mhPas)),风矢量(m/s)(a);8月10日14时沿(a)中红线AB的相当位温(阴影,K),风矢量(m/s)的垂直剖面(b);(c)同(a),但为8月11日08时;(d)同(b
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