中国东南地区热带气旋大风及其伴随天气的统计特征.pdf
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1、刘婧茹,李英,孟青,等.2023.中国东南地区热带气旋大风及其伴随天气的统计特征 J.大气科学,47(4):10241038.LIUJingru,LIYing,MENGQing,etal.2023.StatisticalCharacteristicsofTropicalCycloneGaleandItsAccompanyingWeatherinSoutheastChinaJ.ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),47(4):10241038.doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21136中国东南地区热带气旋
2、大风及其伴随天气的统计特征刘婧茹1李英1孟青1王洁21中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京 1000812北京玖天气象科技有限公司,北京 100081摘要利用 20102016 年中国地面站重要天气报文、中国气象局(CMA)热带气旋最佳路径数据集以及地面站逐小时降水资料,对热带气旋(TC)影响下我国东南地区地面大风及其伴随天气特征进行统计分析,结果表明:(1)该区域 TC 大风主要沿海岸线分布,至内陆频次递减;TC 大风多以东北风向为主,登陆前大风站点居多,12 级以上的强风速基本分布在距 TC 中心 300km 范围内。(2)强热带风暴(STS)和台风(TY)强度 TC引起的站点大
3、风最多,但 16 级以上大风主要出现在强台风(STY)和超强台风(SuperTY)强度等级。慢速TC 引起的站点大风主要出现其移向右前侧,快速主要出现在其右后侧。TC 大风中向岸风均值略大于离岸风,其中 12 级以上风速向岸风站点多于离岸风,但 16 级以上大风则是离岸风站点明显多于向岸风。(3)约 89.8%的TC 大风伴随降水,分布于 TC 中心附近,东北风为主,峰值出现在 8 月。约 10.2%的 TC 大风无降水,主要分布在 TC 外围,北风和东南风为主,风速较弱,多出现于 5 月和 12 月。12 级以上 TC 大风几乎均伴随着降水,而无降水 TC 大风风速达 12 级以上样本很少。
4、(4)约 23.8%的 TC 大风伴随强对流天气,以东北风为主,平均风速大于非强对流 TC 大风。TC 大风伴随的强对流天气包括短时强降水和雷暴,以短时强降水居多(约占该类TC 大风的 79.5%),主要分布在 TC 中心附近东北象限,而雷暴 TC 大风则主要出现在 TC 外围(约占该类 TC大风的 28.0%),东南象限相对较少。(5)同时出现短时强降水和雷暴的 TC 大风仅占强对流 TC 大风的 7.5%,TC 大风的 1.8%,说明 TC 大风伴随的短时强降水中不常见雷暴现象。关键词东南地区热带气旋大风伴随天气统计特征文章编号1006-9895(2023)04-1024-15中图分类号P
5、425.4+7文献标识码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21136Statistical Characteristics of Tropical Cyclone Gale and ItsAccompanying Weather in Southeast ChinaLIUJingru1,LIYing1,MENGQing1,andWANGJie21State Key Laboratory of Severe Weather,Chinese Academy of Meteorological Sciences,Beijing 1000812Beijing Jiu
6、tian Meteorological Technology Co.Ltd,Beijing 100081Abstract The China Meteorological Administration(CMA)tropical cyclone best track data and hour-by-hourprecipitationdatafrom2010to2016wereusedinastatisticalanalysisofsurfacegalesandtheiraccompanyingweatherinsoutheasternChinaundertheinfluenceoftropic
7、alcyclones(TCs),andtheresultsshowthat:(1)Inthisregion,TCgaleis收稿日期2021-07-26;网络预出版日期2021-11-30作者简介刘婧茹,女,1997 年出生,硕士研究生,主要从事热带气旋研究。E-mail:通讯作者李英,E-mail:资助项目国家自然科学基金项目 41930972、42005141,国家科技部“科技助力经济 2020”重点专项 KJZLJJ202006Funded byNationalNaturalScienceFoundationofChina(Grants41930972,42005141),Ministr
8、yofScienceandTechnologysTechnologyBoostsEconomy2020SpecialKeyProgram(GrantKJZLJJ202006)第47卷第4期大气科学Vol.47No.42023年7月ChineseJournalofAtmosphericSciencesJul.2023primarilydispersedalongthecoastline,withdecreasingfrequencyfromcoasttoinland;TCgaleisdominatedbythenortheastwinddirection,andthegaleoccursprim
9、arilybeforethetyphoonlandfall.Strongwindspeedsofmagnitude12andhigherarescatteredwithin300kmoftheTCcenter;(2)TCsoftropicalstorm(TS)andtyphoon(TY)intensitycausedthemostgales,whilestrongwindspeedsofmagnitude16andabovearemainlyfoundintheseveretyphoon(STY)andsupertyphoon(SuperTY)intensityclasses.Galeindu
10、cedbyslowTCappearsprimarilyontherightfrontside,whilegalecausedbyquickTCappearsprimarilyontherightrearside.ThemeanonshorewindspeedofTCgalesisslightlygreaterthantheoffshorewindspeed,despitethefactthatthestationfrequencyofonshorewindisgreaterthanthatofoffshorewindwhenthewindspeedisbetweenlevel12andleve
11、l16,andwhenthewindspeedisabovelevel16,offshore wind is much greater than that of onshore wind;(3)The percentage of TC gales that are precipitation-accompanied accounts for roughly 89.8%of the total number of TC gales;these gales are primarily caused bynortheasterlywinds,peakinginAugust.About10.2%oft
12、heTCsgalesaredry,withthemajorityoccurringattheTCsperipherywithweaknortherlyandsoutheasterlywinds,primarilyinMayandDecember.TCgaleswithwindspeedsabovelevel12arealmostalwaysaccompaniedbyprecipitation,whiletherearefewsamplesofTCgaleswithwindspeedsabove12withoutprecipitation;(4)TCgalesaccompaniedbystron
13、gconvectiveweatheraccountforapproximately23.8%ofthetotalTCgale,withnortheasterlywindsdominating,theaveragewindspeedislargerthanthenon-strongconvectiveTCgale;strongconvectiveweatherwithshort-termheavyprecipitationandthunderstorms,withthemajorityofwhichisshort-termheavyprecipitation(approximately79.5%
14、ofthistypeofTCgale),mainlydistributedinthenortheastquadrantneartheTCcenter,whilethunderstormTCgalemainlyappearsintheperipheryofTC(approximately28.0%ofthistypeof TC gale),of which there are relatively few in the southeast quadrant.(5)TC gale with both short-term heavyprecipitationandthunderstormsacco
15、untsforonly1.8%ofthetotalTCgaleand7.5%ofstrongconvectiveTCgale,indicatingthatthunderstormsarenotcommoninTCgalewithshort-termheavyprecipitation.KeywordsSoutheastChina,Tropicalcyclonegale,Accompanyingweather,Statisticalcharacteristics 1 引言热带气旋(TC)作为中心气压极低的涡旋具有强大的气压梯度和旋转力,能引起极大的风速,是 TC 致灾的主要因素之一(梁必骐等,1
16、995)。根据天气预报业务规范,TC 影响下 10min 平均风速10.8ms1(6 级)或 2min 平均风速17.2ms1(8 级)即定义为 TC 大风。登陆我国的TC 约 89%会引起大风过程(杨玉华和雷小途,2004);而广东沿海 95%的 8 级以上大风都是由TC 造成的,历史极大风速更是 100%来自 TC 天气(宋丽莉等,2004)。20 世纪 80 年代后,虽然TC 大风频率呈下降趋势(Nietal.,2015),但在全球变暖的气候条件下,超级台风的频数增多,这可能会导致其引发的极端大风频次增加(Chenetal.,2020)。TC 大风的影响因子复杂。一方面由于 效应以及环境
17、气压形势等因素(Powell,1987;Chanetal.,2004;Zhangetal.,2013),TC 环流内地面和低空风场表现出不对称性,最大风速一般位于 TC 前进方向的右侧(Uhlhornetal.,2014;KlotzandJiang,2016);另一方面是复杂下垫面的影响。下垫面摩擦(Shapiro and Willoughby,1982;陈 德 花 等,2018)、山脉阻挡绕流(綦昕瑶和高路,2020)、狭管效应、喇叭口效应(高珊等,2012;盛春岩等,2014)等,均能影响 TC 大风的强度和分布。如,地形影响下 TC 可能出现中心填塞的空心结构(郭达烽等,2017),使
18、TC 大风分布在其外围。此外,TC 在与中纬度天气系统相互作用的变性过程中风场结构也会发生显著变化(王佳琪和李英,2019)。登陆过程中不仅 TC 大风结构复杂变化,其伴随的天气也不尽相同,可出现降水或无降水或是伴随不同强对流天气等。陈联寿等(2004)指出 TC在周围环流(高空槽、冷涡等系统)作用下生成的对流系统(雷暴、龙卷、飑线等)和中小尺度涡旋、地形次生中心等均可在局部地区产生强对流天气。中小尺度对流天气系统的产生、发展和卷入有时又会促进 TC 发展,对 TC 大风产生影响(周海霞和刘春霞,2014)。TC 强对流大风不仅出现在 TC 内核附近,还常在其边缘或外围出现,如 TC 前部龙卷
19、(Morotomietal.,2020),TC 前沿 300-500 公里出现的飑线(MengandZhang,2012)等。台前飑线过境时风向突变,风速增大近一倍,风层厚度伸展至对流层上部(陈永林等,2009)。而 TC 外4期刘婧茹等:中国东南地区热带气旋大风及其伴随天气的统计特征No.4LIUJingruetal.StatisticalCharacteristicsofTropicalCycloneGaleandItsAccompanyingWeather.1025围的强风通过加强低层风切变,增加水汽输送,可为强对流的发展积累对流不稳定能量(Zhengetal.,2016)。另一方面,大
20、部分 TC 大风伴随着降水。降水导致的下沉气流可将自由大气中的高速空气注入边界层产生下击暴流,至地面扩散从而导致地表风 速 的 增 强(Parrish et al.,1982;Caracena andMaier,1987)。螺旋雨带作为 TC 结构的核心降水区域,不仅可通过潜热释放的正反馈机制导致风场的外扩(XuandWang,2010),还会影响横跨最大风速半径的水平压力梯度从而改变风速大小(Wang,2009)。同时,登陆台风的风场环境也会影响降雨,最大风速的不同会造成降雨的强度和范围不同(程正泉等,2009)。由此可见,TC 登陆过程中与下垫面和环境不同环流系统的相互作用,TC 大风及其
21、伴随天气复杂多变,其致灾机理也不尽相同,而目前相关研究不多。我国东南地区频受 TC 影响,本文拟对该区域 TC 大风及其伴随天气特征进行统计分析,以增强和提高 TC 影响下地面大风及其不同天气特征的认识和预报水平。2 数据与方法我国东南地区大致选取范围(15N35N,105E123E),包括江苏、安徽、上海、浙江、福建、江西、广东、广西、海南几个省份以及河南、湖北、湖南的部分地区。采用 20102016 年 3 小时一次的中国地面站重要天气报文和 CMA 热带气旋最佳路径数据集(Yingetal.,2014;Luetal.,2021),提取 TC 大风及其天气现象以及 TC 信息。重要天气报文
22、包括站点的经纬度、海拔高度、2min 平均达到 17ms1以上的风速值、风向,以及雷暴、远电、冰雹等强对流天气的信息。共涉及 703 个地面站(包括自动站,图 1a)。由于海拔较高的测站中常年有大风记录,容易与强对流大风混淆,因此首先剔除重要天气报文中 20 个海拔600m 以上高山站,保留 683 个站点进行统计。将6 小时一次的 CMA 热带气旋最佳路径位置插值为3 小时,引用梁莉等(2018)对我国登陆热带气旋引起的大陆地面风场分布特征工作中的提取依据,定义距离气旋中心 500 公里内的地面大风为 TC大风。对 TC 大风风速风向分布特征讨论中:引起大风的 TC 依据热带气旋等级国家标准
23、分为热带低压(TD,正点前 2min 至正点内的平均风速10.817.1ms1,下同)、热带风暴(TS,17.224.4ms1)、强热带风暴(STS,24.532.6ms1)、台风(TY,32.741.4ms1)、强台风(STY,41.550.9ms1)、超强台风(SuperTY,大于或等于 51.0ms1)六种等级。根据 TC 路径插值后3 小时移动总距离与时间之比得每小时移动平均距图1(a)东南地区 703 个国家地面站分布(填色表示海拔高度,蓝色圆点为海拔 600m 以下的站点,红色圆点表示海拔大于或等于 600m的高山站点);20102016 年(b)各站点(圆点)热带气旋(TC)大风
24、年均频次分布和(c)引起大风的 TC 中心(圆点)位置地理分布,圆点的颜色代表不同频次Fig.1(a)Distributionsof703nationalgroundstationsinthesoutheastregionofChina(filledcolorindicatesaltitude,bluedotsarestationsbelow600mabovesealevel,reddotsindicatehighmountainstationswithanaltitudegreaterthanorequalto600m);geographicaldistributionsof(b)theav
25、erageannualfrequencyofTC(TropicalCyclone)galesateachstationand(c)thelocationofTCcausinggalefrom2010to2016,withthecolorofthedotsrepresentingdifferentfrequencies大气科学47卷1026ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol.47离,即为 1 小时平均移动速度。将东南地区海岸线大致视为东西向(广东、广西)、东北西南向(福建、浙江)、南北向(江苏、上海),其中内陆省份江西、湖南的识别标准以临近省份福建为参考
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