臺風“玲玲”登陸的空間結構特征及變性過程分析

張宇彤　張同　石晨

摘要? ? 本文利用NCEP GFS全球預報系統的初始場數據和區域站常規觀測資料，探討了臺風“玲玲”登陸的空間結構特征和冷空氣入侵變性過程。結果表明，臺風的空間結構、副熱帶高壓和中緯度系統共同決定了臺風登陸后的路徑;500 hPa臺風水平方向風場具有非對稱結構，臺風與副熱帶高壓相互作用使其過渡區風速最大，其他地方風速較小;臺風垂直方向具有低層輻合、高層輻散的散度場配置，垂直速度場在臺風眼壁區右側上升運動明顯，臺風的垂直結構導致暴雨和大風落區位于臺風前進方向的右前側;臺風登陸后有干冷空氣入侵，破壞暖心結構，造成臺風變性并觸發強對流天氣。由以上研究結果得出，將臺風空間結構與冷空氣入侵變性過程結合研究，能更準確判斷臺風在變性過程中產生的降水分布特征，對東北地區臺風的預報業務起到一定指導作用。

關鍵詞? ? 臺風“玲玲”;空間結構;冷空氣;變性

中圖分類號? ? P458.1+24? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）03-0189-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

臺風是形成于溫暖洋面上的強大而深厚的熱帶氣旋性渦旋，其中心氣壓極低，底層中心附近風速極大，登陸帶來的強風、暴雨等強對流天氣對人們的生命健康、財產安全、交通出行、農業生產等帶來重大威脅，是影響我國最嚴重的氣象災害系統之一[1-3]。近幾年，受西北太平洋副熱帶高壓（副高）的影響轉向東北進入我國中緯度地區的臺風數量增多，2019年秋季的臺風“玲玲”更是直擊北上，在朝鮮沿海以西進入我國東北，給臺風不常登陸、缺乏抗臺經驗的東三省地區帶來嚴重災害。

已有研究主要從臺風登陸后與中緯度系統相互作用來解釋臺風暴雨的形成機制，而對臺風空間結構的研究較少。臺風空間結構的復雜性是臺風移動路徑、暴雨大風落區復雜多變的重要原因[4]，尤其是臺風北上后受冷空氣入侵變性，使其空間結構改變，造成臺風暴雨強風天氣更加復雜難判。因此，本文以2019年秋季登陸東北的臺風“玲玲”為個例，從臺風登陸時的空間結構特征入手，將登陸臺風內部結構變化和冷空氣入侵變性過程結合分析，并初步探討臺風在變性過程中帶來的降水分布特征。

1? ? 資料與方法

采用美國環境預報中心全球預報系統（GFS）的初始場數據，分析臺風登陸過程的環流形式和相關物理量的空間結構，數據分辨率為0.5°×0.5°，時間間隔為6 h。利用區域站常規觀測資料統計臺風登陸造成的強降水天氣。臺風的路徑和中心位置信息取自中國臺風網（www.typhoon.org.cn）。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 臺風概況

臺風“玲玲”于2019年8月31日20：00生成為熱低壓;9月2日8：00強度增強為熱帶風暴，正式編號為1913，并命名為“玲玲”;9月5日增強為超強臺風;9月6日“玲玲”以強臺風進入黃海南部;9月7日14：00在朝鮮西部沿海登陸（125.3°E，38°N），隨后進入我國東北地區;9月8日10：00，臺風受冷空氣東移南下的作用變性為溫帶氣旋，隨后移出我國境風。

臺風北上給東北地區帶來了大到暴雨，局部地區出現了大暴雨。以吉林省為例，降水時段主要集中在7日至8日白天，降水從東南向西北蔓延全省，中東部地區出現暴雨以上量級降水。24 h降水量超過100 mm的有4個站，50.0～99.9 mm的有368個站，降水量最大站位于吉林市永吉縣西陽鎮，為108.2 mm。全省大風主要分布在中東部地區，7級以上大風超過150個站，琿春地區局部風速可達25.3 m/s（10級）。

2.2? ? 臺風登陸的空間結構特征

2.2.1? ? 水平結構。從臺風登陸時對流層中層（500 hPa）的大氣環流場來看（圖1），臺風中心位于朝鮮西部與我國遼寧省東南部沿海（125.3°E，38°N），此時副高位于日本海面，呈南北向結構，推動臺風沿其西側外圍北進。臺風外圍600 km范圍的風場呈非對稱結構，臺風氣旋性環流與副高反氣旋性環流的過渡區氣壓梯度最大，是臺風大風區，其他位置風速較小。此時，西北側有中緯度西風槽推動干冷空氣東移南下，與臺風相遇。

圖2為臺風登陸時對流層中層（500 hPa）的渦度分布。可以看出，對流層中層臺風附近的相對渦度場呈近圓形分布，隨緯度升高正渦度區向東北方向傾斜。臺風中心位于強烈輻合的正渦度區，副高位于臺風東側強輻散的負渦度區，正渦度輻合環流與負渦度輻散環流的相互作用，使臺風和副高之間過渡區風速增強。

2.2.2? ? 垂直結構。分析臺風登陸時850 hPa和300 hPa高度上的散度場（圖3），臺風中心850 hPa為明顯負散度區，輻合很強，300 hPa為輻散區，低層輻合高層輻散的高低空配置使臺風眼壁區上升運動加強。高低層散度中心均位于臺風偏北側，使臺風北部發展強，高層輻散區隨緯度升高向東北方向傾斜，與臺風前進路徑一致。為更直觀地了解臺風登陸時大氣垂直運動情況，給出沿臺風中心垂直速度的緯度-高度剖面圖。臺風眼區附近為明顯的下沉氣流，眼壁周圍是上升氣流區，再向外為上升和下沉氣流間隔分布的螺旋云帶區，在垂直方向構成臺風次級環流[5]。臺風右側眼壁區上升運動明顯，是強暴雨區，與吉林省中東部降水落區一致（圖4）。上升運動從地面到400 hPa高度上發展強烈，400 hPa高度往上上升運動中心向東偏移，強度減弱。臺風眼壁區上升運動中心位置隨高度的位置變化，使臺風眼壁向東偏移。臺風中心左側的上升氣流區強度較弱，上升運動僅維持在600～800 hPa之間。因此，臺風垂直運動的空間結構導致其降水和大風區位于其中心的右前側。

2.3? ? 臺風變性過程分析

臺風是垂直方向具有暖中心結構的熱帶氣旋性環流[3]，其暖心的結構對熱帶氣旋發生發展至關重要。隨著“玲玲”北上登陸，中高緯西風帶低槽不斷東移南下，冷空氣與臺風暖濕氣流交匯，釋放斜壓位能，破壞臺風暖心結構，造成臺風變性并產生強對流天氣。

通過溫度距平的緯度-高度剖面來分析臺風暖心結構的變化。在“玲玲”登陸初期，對流層高層有淺薄的弱冷空氣從東部侵入，此時“玲玲”暖心結構不再圓滑，呈不規則扁平狀，水平方向仍具有較對稱特征;至8日2：00，“玲玲”中心偏西側出現冷空氣補充，冷中心高度可達250 hPa，“玲玲”暖心結構開始向東傾斜，臺風開始變性。至8日8：00，臺風中心偏西側冷空氣強度增強，斜壓位能的釋放使得臺風暖心進一步被破壞。

為進一步揭示臺風變性過程中的能量條件和冷空氣入侵作用，對登陸前后各時次700 hPa的相對濕度場及假相當位溫（θse）場進行分析（圖5）。由于干冷空氣具有低θse和低相對濕度的特征，本文以θse的低值（≤333 K）及相對濕度的低值（<70%）代表干冷空氣的活動。

7日14：00，“玲玲”登陸初期仍具有暖心結構，臺風周圍大范圍水汽充沛，相對濕度在90%以上，θse大值中心為335 K左右，高能高濕環境給暴雨帶來充沛的濕能量條件，見圖5（a）。臺風西側高壓脊穩定少移，對臺風向西移動起到阻擋作用。脊前偏北氣流引導干冷空氣自西北向東南移動，8日2：00，干冷空氣從臺風西南部向北入侵臺風中心，冷暖氣流不斷交匯使大氣不穩定能量聚集。對應于地面，7日午后干冷空氣入侵后吉林省中東部降水明顯增強，出現暴雨區，表明干冷空氣入侵使臺風濕能量得到充分釋放，見圖5（c）。8日8：00，臺風脫離高能高濕環境，暖心結構基本被破壞，熱帶臺風變性為溫帶氣旋，見圖5（d）。

3? ? 結論與討論

分析臺風“玲玲”登陸時的空間結構特征和冷空氣入侵變性過程，可得到以下幾點結論。

（1）臺風“玲玲”于9月7日14：00在朝鮮西部沿海登陸（125.3°E，38°N）進入東北地區，8日10：00受冷空氣作用變性為溫帶氣旋，隨后移出我國。臺風的空間結構、副熱帶高壓和中緯度系統共同決定了臺風登陸后的路徑，副高南北向拉長引導臺風北進，中緯度高壓脊阻擋臺風西移，對流層中層正渦度區、高層正散度區隨緯度升高向東北方向傾斜的特征，指引臺風路徑向東北方向移動。

（2）臺風在對流層中層的水平結構表現為，風場呈非對稱結構，臺風與副高間的過渡區風速最大，其他地方風速較小。相對渦度場呈近圓形分布，正渦度輻合環流與副高負渦度輻散環流的相互作用，是臺風與副高之間過渡區風速增強的主要原因。

（3）臺風的垂直結構表現為低層輻合、高層輻散的散度場配置，高、低層散度中心均位于臺風偏北側，使臺風在北部發展強;臺風眼區附近為明顯的下沉氣流，右側眼壁區上升運動明顯，左側上升氣流區強度較弱。因此，臺風垂直方向的空間結構導致暴雨和大風落區位于臺風前進方向的右前側。

（4）隨著臺風登陸，中緯度西風帶干冷空氣自西北向東南移動，從臺風西南部侵入臺風中心，破壞臺風暖心結構，造成臺風變性。與此同時，干冷空氣的入侵觸發了臺風濕能量的釋放，造成強對流天氣。

通過上述分析發現，臺風的空間結構變化對臺風的移動路徑、強降水落區有一定的指示意義，將臺風空間結構與冷空氣入侵變性過程結合研究，能更準確判斷臺風在變性過程中產生的降水特征，為東北地區臺風預報業務提供一定的參考。

4? ? 參考文獻

[1] 梁必騏，梁經萍，溫之平.中國臺風災害及其影響的研究[J].自然災害學報，1995（1）：84-91.

[2] 陳佩燕，楊玉華，雷小途，等.我國臺風災害成因分析及災情預估[J].自然災害學報，2009，18（1）：64-73.

[3] 付駒，董貞花，譚季青.臺風登陸前后暖心結構變化的探討[J].科技通報，2011，27（1）：18-24.

[4] 白愛娟，蔡親波，朱順紅.2011年“納沙”臺風登陸海南島的天氣和結構特征分析[J].成都信息工程學院學報，2015，135（4）：71-78.

[5] GRAY WM.Recent advances in tropical cyclone research from rawinsonde composite analysis，WMO program on research in tropical meteorology[M].Colorado：Fort Collins，1979：407.