探討近海臺風突然增強與大氣熱源的關系

譚雅麗，鐘瑜珊，潘劍波

（新豐縣氣象局，廣東 新豐 511100）

我國是一個臺風發生頻率較高的國家。臺風近海加強帶來的影響是十分嚴重的，由于強度大，對整個沿海及影響地區造成嚴重的經濟損失及人員傷亡。例如，2016年的超強臺風“莫蘭蒂”由于近海加強，造成福建省有179.58×104人受災，緊急轉移65.55×104人，各地發生人員因災死亡18人、失蹤11人，可見近海增強臺風的影響嚴重。鄭峰等[1]對1949年—2003年中國近海突然增強的臺風進行分析，發現近海突然增強臺風占臺風總數的10.19%，是一個小概率事件。現在對臺風的路徑預報有了很大提升，但是對于臺風的強度預報較欠缺。大氣熱源對于副高位置的變動及季風槽等都有很大的影響，這些季風槽與熱帶氣旋的生成及發展有一定的相關性[2]。研究近海臺風突然增強與大氣熱源的關系，對以后的近海突然增強臺風的原理及機制有所幫助。

1 對我國近海范圍的確定及對近海突然增強的臺風進行分析

1.1 年際變化

采用上海臺風研究所編制的CMA-STI熱帶氣旋的資料，包括臺風的生成發展時間、最大風速、中心最低氣壓、經緯度等資料[3]。根據1949年—2016年的臺風數據資料顯示，在1949年—2016年生成的熱帶氣旋有2 247個，平均每年有33個熱帶氣旋在西北太平洋生成，其中熱帶氣旋發展過程中會有加強、減弱和轉向的情況出現。1967年和1971年的熱帶氣旋數最多達50個以上。根據熱帶氣旋加強的標準：熱帶氣旋發展的中心氣壓與上一時次氣壓降低小于-7.87 hPa的數量一共是896個，平均每年有13個熱帶氣旋在生成發展期間加強。由圖2發現熱帶氣旋個數與熱帶氣旋發展過程中增強的熱帶氣旋個數沒有明顯的相關關系。當年的熱帶氣旋個數出現的情況較多的時候，增強的熱帶氣旋數量還會相應地減少，例如1978年臺風數達到了41個，增強的臺風卻只有8個。對于1977年總臺風數28個卻有14個增強熱帶氣旋。根據Emanuel（1987）提出的臺風最大可能強度（MPI）理論模型，Holland（1997）、Henderson-Seller等（1998）推斷，高SST會導致臺風的MPI增大，即臺風可能更強或強臺風會增多。由圖1可見20世紀60年代—70年代的熱帶氣旋個數較多，后面的年份熱帶氣旋個數趨于穩定。到2000年左右熱帶氣旋的數量有所減少。其中在強厄爾尼諾年的臺風數量少于30個。強拉尼娜年的臺風數量會增多，大于30個，但是臺風增強的個數比強厄爾尼諾的少。在1999年強拉尼娜年出現的突然增強熱帶氣旋達最少，只有3個，沒有近海增強的臺風。在1949年—2016年的2 247個熱帶氣旋資料數據來看，在我國近海突然加強的熱帶氣旋共有67個，可見在我國近海加強的熱帶氣旋數量相對來說較少，占總的臺風數的2.98%。根據我國的《熱帶氣旋等級標準》（GB/T 19201—2006）可按近中心最大風速劃分，定義風速達32.7～41.4 m/s的熱帶氣旋稱為臺風，篩選得出我國近海增強的臺風數量為50個，我國近海突然加強的臺風數量占總臺風數的2.22%。

圖1 熱帶氣旋數量統計Fig.1 Thestatistics of tropical cyclones

1.2 月際變化

近海加強臺風主要發生在6月—10月，在7月—9月較頻繁，其中9月的近海突然增強的臺風數最多，達21個。在統計分析的過程中發現，在7月生成、8月發展并消亡的臺風當中突然增強的時次都會存在于7月—8月。但是臺風在9月生成在10月消亡的，突然增強的時次只出現在9月，與7月和8月的情況不一致。這與當時的海溫有關聯，7月和8月處于夏季，海溫和大氣相對來說溫度較其他月份偏高。在7月和8月之間臺風受海溫影響在移動過程中會突然增強。在9月末生成的是屬于秋臺風，在9月—10月生成發展的過程中，會在9月增強是因為其海溫相對于10月來說偏高，有利于臺風的突然增強。

1.3 臺風路徑的篩選

篩選1949年—2016年的近海熱帶氣旋，根據臺風的標準，最大風速＞32.7 m/s的熱帶氣旋成為臺風。厄爾尼諾年西太平洋海溫比常年偏低，對流減弱，副高位置偏南，南側的熱帶輻合帶位置偏南，導致西太平洋（包括南海）在我國沿海登陸的熱帶氣旋數量偏低。因此把強厄爾尼諾年里近海突然增強臺風當中的突然增強的點篩選出來，對比突然增強的前6 h和后6 h的大氣熱源、水汽源，做出分析和對比排除厄爾尼諾年西太平洋海溫偏低對臺風的影響。厄爾尼諾年生成的臺風強度偏強。根據Nin～o 3.4 Index資料選擇強厄爾尼諾年里的近海突然增強臺風，排除異常海溫的影響。Nin～o 3.4指數大于1.0的是強厄爾尼諾年,結果顯示1982年—1983年、1986年—1987年、1991年、1997年—1998年、2009年、2015年—2016年都是強厄爾尼諾年，在這些年份根據所得的臺風資料進行篩選，選出近海突然增強臺風。

2 大氣熱源

2.1 大氣熱源的計算

利用1980年—2016年的NECP/DOE再分析資料，網格分辨率是2.5°×2.5°，標準氣壓層為1 000 hPa、925 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa、300 hPa、250 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa、70 hPa、50 hPa、30 hPa、20 hPa、10 hPa等17層資料，利用倒算法對突然增強臺風的增強時次的前6 h和后6 h的垂直加熱率進行區域平均，計算增強前后時次的大氣垂直加熱率。

式中：Q1——大氣熱源；V——水平風矢量；T——溫度；p——坐標的垂直速度。

計算大氣熱源時假設對流層頂處=0，地面氣壓P0=1 000 hPa；K=R/Cp。R和Cp分別是干空氣氣體常數和定壓比。

由公式（1）可知，Q1由等式右邊3項組成：第1項，溫度局地變化項；第2項是溫度平流項；第3項，溫度垂直運動項。

將（1）式進行整層積分，得到大氣熱源的垂直積分值表示為：

式中：＜Q1＞——整個氣柱的熱源，氣柱頂層氣壓Pt=10 hPa；Ps——地面氣壓；P1——大氣頂氣壓（設P1=100 hPa）。

2.2 大氣熱源

計算臺風增強前、后6 h在20°S～60°N，0°E～180°E，1 000 hPa的大氣熱源。2009年第15號臺風增強前一個時次大氣熱源在我國南海地區的大氣熱源值較高，熱源較高值分布在西太平洋一帶。由于南海區域的大氣熱源是一個負值，不屬于熱源狀態，所以增強的后一時次與前一時次的大氣熱源相比有明顯的差異。在突然增強的前一時次，低層的大氣熱源存在于南海到菲律賓海域一帶，臺風在靠近我國移動過程中受到南海到菲律賓海域一帶的大氣熱源影響，起到了動力抬升的作用，加上低層海域的熱源值較大，在該海域受到低層源源不斷的熱源輸送，渦度擾動相應地也會增強，整個臺風的水汽輸送有所增加，導致臺風突然增強。當臺風增強過后，其移動過程中吸收該海面的熱量導致增強的后一時次海面大氣熱源相對應地減少，南海到菲律賓一帶海域的大氣熱源屬于負值狀態。隨著臺風在近海移動登陸過程中，會帶動熱源的移動使沿海的陸地大氣熱源較高，這也是臺風來臨前天氣悶熱的原因。前6 h在靠近我國的沿海區域例如南海和菲律賓等大氣熱源值相對地較高，出現高值區。后6 h在變壓變小之后在南海菲律賓一帶的大氣熱源值相對應地減少，在我國沿海地區或陸地的大氣熱源值相應地增高。在南海、菲律賓海域一帶都是前6 h的大氣熱源值較大，后6 h的大氣熱源值相應地降低，西太平洋海域的大氣熱源也相應地降低。

3 結語

（1）強厄爾尼諾年西太平洋的海溫比常年低，強厄爾尼諾年生成的臺風數量也相對較少，近海增強的臺風數也較少，占臺風數的2.22%。近海增強臺風在6月—10月發生，但在9月的突然加強的頻率較高。

（2）強厄爾尼諾年的臺風生成的源地偏南，與厄爾尼諾年海溫異常有一定關系。靠近菲律賓海域西側一帶且臺風的移動路徑大多西移或西北移動，幾乎都在華南一帶登陸。