2020年吉林地區(qū)三次臺風(fēng)對比診斷分析

摘 要：吉林地區(qū)2020年秋季半個月內(nèi)受到了3次臺風(fēng)的影響。采用多種常規(guī)或非常規(guī)觀測資料，對吉林地區(qū)2020年3次臺風(fēng)過程的降水特點、環(huán)流背景、水汽來源及輸送、動力和熱力機制的維持與發(fā)展、邊界層風(fēng)廓線雷達及雷達特征等進行了對比，發(fā)現(xiàn)3次臺風(fēng)天氣成因極為相似，尤其是9號和10號臺風(fēng)路徑竟然幾乎重合。3次臺風(fēng)均產(chǎn)生在相似的大尺度環(huán)流背景觸發(fā)條件下，但3次臺風(fēng)無論降水落區(qū)、降水量級、持續(xù)時間等均存在很大差異。

關(guān)鍵詞：臺風(fēng)暴雨；冷空氣；水汽；不穩(wěn)定能量

中圖分類號：P458 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

2020年，接二連三北上的秋季臺風(fēng)，半月內(nèi)連續(xù)3次給吉林地區(qū)帶來強風(fēng)雨天氣，造成降水落區(qū)高度重疊，累計降水量（包括所有加密站）234 mm也是歷年同期的4.7倍，占全年汛期降雨量（685.2 mm）的34%，最大站點降雨量458.5 mm；3次秋季臺風(fēng)帶來的最大風(fēng)力在7級以上，最大達到9級。3次臺風(fēng)屬于相同的轉(zhuǎn)向型路徑，同時具有相似的大尺度環(huán)流形勢；不同的是冷空氣及其他物理量的差異，造成降水強度、降水量級、降水持續(xù)時間不同。對這3次臺風(fēng)進行診斷對比分析，以期為后續(xù)的北上臺風(fēng)暴雨預(yù)報提供客觀判據(jù)，進而提高吉林地區(qū)臺風(fēng)暴雨預(yù)報的準(zhǔn)確率[1-2]。

1 3次臺風(fēng)天氣過程概況

1.1 臺風(fēng)路徑

2020年8月26—9月8日，吉林省連續(xù)遭受第8號臺風(fēng)“巴威”、第9號臺風(fēng)“美莎克”和第10號臺風(fēng)“海神”影響（后續(xù)只用臺風(fēng)編號說明），是有氣象記錄以來首次臺風(fēng)登陸吉林省，比常年全年影響吉林地區(qū)臺風(fēng)個數(shù)（1.5個）偏多1.5個。3個臺風(fēng)的共性特點如下：

第一，生命史較長，出現(xiàn)時間集中。8～10號臺風(fēng)均在西北太平洋上生成，生成時間集中在8月下旬至9月初，生命史均在5 d以上，其中，9號臺風(fēng)的生命史最長，達168 h（表1）。

第二，強度強，均是北上登陸臺風(fēng)。3個臺風(fēng)強度均是先增強、登陸前減弱，8號臺風(fēng)鼎盛時期的強度為強臺風(fēng)級，9號和10號臺風(fēng)達超強臺風(fēng)級；3個臺風(fēng)路徑穩(wěn)定，均是北上登陸臺風(fēng)，8號和10號臺風(fēng)登陸強度為臺風(fēng)級，9號為強臺風(fēng)級。3個臺風(fēng)先后移入吉林省后，減弱停編。8號臺風(fēng)移入遼寧丹東后，繼續(xù)向北移入吉林后減弱停編；9號和10號臺風(fēng)移入吉林省和龍市后，向西移入黑龍江，并逐漸變性為溫帶氣旋。其中，9號臺風(fēng)在東北地區(qū)滯留的時間最長，達27 h。

第三，3個臺風(fēng)給吉林省帶來了較強風(fēng)雨影響。3次臺風(fēng)影響期間，臺風(fēng)移入東北地區(qū)后，8號臺風(fēng)以6～7級陣風(fēng)為主，局地8～10級；9號臺風(fēng)以8～10級陣風(fēng)為主，局地11～12級；10號臺風(fēng)以8～9級陣風(fēng)為主，局地10級。其中，9號臺風(fēng)風(fēng)雨影響最強。全市累計降雨量達234.2 mm，是歷年同期50.9 mm的468%，占全年汛期降雨量528.3 mm的44.3%，最大降雨量

458.5 mm；出現(xiàn)6級以上大風(fēng)220站/次，個別站點陣風(fēng)達9級（8號臺風(fēng)57個站，最大風(fēng)速17.5 m/s；9號臺風(fēng)81站，最大風(fēng)速21.6 m/s；10號臺風(fēng)82個站，最大風(fēng)速21.7 m/s）。

1.2 臺風(fēng)降水實況

受8號臺風(fēng)的影響，26日20：00—27日18：00，全市平均降雨量為23.6 mm，過程降雨量最大的站點煙筒山解放南屯63.0 mm；受9號臺風(fēng)影響，9月2日20：00

—4日08：00，全市平均降雨82.6 mm，降雨量最大的站點磐石煙筒山解放南屯222.0 mm；受10號臺風(fēng)影響，7日開始吉林市自東向西出現(xiàn)降雨天氣，全市平均降雨量為84.0 mm。降雨量最大的站點市區(qū)唐家崴子農(nóng)戶147.9 mm（表1）。

1.3 臺風(fēng)過程的行星尺度環(huán)流背景

行星尺度和天氣尺度為臺風(fēng)的形成提供了環(huán)流背景和水汽供應(yīng)，因此，要想分析臺風(fēng)的發(fā)生發(fā)展，必須先了解其大尺度環(huán)流背景。

將3次臺風(fēng)500 hPa高度場分別作平均可知（圖略），3次臺風(fēng)過程對應(yīng)的中高空形勢較為類似，均在東北地區(qū)北部存在1個中心大致位于50～60°N之間的低渦，上游貝加爾湖附近為高壓脊，南側(cè)副熱帶高壓較常年明顯偏強，呈東西向帶狀分布，副高北界位置較常年偏北，吉林地區(qū)處于低渦底部與副高之間寬廣的緯向環(huán)流。

略有不同的是：（1）9號和10號臺風(fēng)較8號臺風(fēng)中心位置偏東一些，因此9號臺風(fēng)和10號臺風(fēng)與冷空氣結(jié)合更明顯；（2）9號臺風(fēng)呈經(jīng)向分布，中心氣壓值偏低，等壓線較密集，風(fēng)力較其他2場臺風(fēng)偏強。

將3次臺風(fēng)過程的850 hPa風(fēng)場分別作平均（圖略），低層平均風(fēng)場顯示，8號臺風(fēng)過程中，吉林地區(qū)受東南低空急流影響，較9號和10號臺風(fēng)過程偏西，同時向西北部的冷渦補充暖濕氣流；9號和10號臺風(fēng)過程中，風(fēng)場強輻合中心位于吉林省中部。

從海平面氣壓圖可以看到（圖略），13日與19日20：00左右的降水過程均受到中心位于鄂霍次克海西側(cè)的氣旋影響，不同的是，13日短時強降水發(fā)生時吉林地區(qū)位于地面冷鋒前，而20日凌晨短時強降水在河套氣旋暖鋒影響下發(fā)生。

2 強降水成因分析

暴雨天氣形成的基本條件有3個：（1）充足的水汽供應(yīng)；（2）強烈的上升運動；（3）較長的持續(xù)時間。臺風(fēng)暴雨的形成還要考慮臺風(fēng)的生消發(fā)展條件，引入臺風(fēng)消失和變性的有利條件：強烈的垂直風(fēng)切變和干空氣侵入。針對這2個條件進行診斷分析，試圖探索3次臺風(fēng)降水的區(qū)別。

2.1 水汽條件

針對暴雨的成因，水汽來源是否充沛是重要因素之一。僅依靠本地水汽不可能造成當(dāng)?shù)貜姸掷m(xù)的降水，必須有周邊源源不斷的水汽輸送至此地。因此，水汽來源是做好臺風(fēng)暴雨預(yù)報的重要考慮因素之一。利用HYSPLIT模式對3次臺風(fēng)降水過程發(fā)生之前吉林省中部的水汽軌跡進行模擬（選取高度為1 000、

2 000、3 000 AGL），為臺風(fēng)暴雨預(yù)報工作提供可用依據(jù)。

8號臺風(fēng)過程的水汽路徑：925～850 hPa水汽沿西南路徑，由京津冀、黃海、渤海一帶向東北方向輸送，整層水汽路徑都是從日本海、朝鮮東北部向吉林省輸送。

9號和10號臺風(fēng)過程：水汽路徑主要來自渤海、黃海一帶，經(jīng)朝鮮半島北部，同時結(jié)合日本海水汽，最后向吉林省輸送；700 hPa附近水汽主要來自渤海、黃海；925～850 hPa附近水汽主要是3個海域水汽的匯合。水汽通量整層積分顯示，由西南急流輸送的水汽是此次降水過程的主要水汽來源，此路徑的水汽通量值明顯大于西北路徑。

2.2 動力抬升條件

2.2.1 中尺度系統(tǒng)對比分析

抬升機制是對流啟動的“開關(guān)”，大氣中存在的不穩(wěn)定層結(jié)需要由某種機制觸發(fā)，導(dǎo)致低層輻合抬升，高層強烈輻散，臺風(fēng)才能穩(wěn)定維持，不至于減弱或消亡。

從中尺度系統(tǒng)分析來看，低層風(fēng)場的輻合（圖略）是臺風(fēng)暴雨最直接的觸發(fā)系統(tǒng)。臺風(fēng)眼移入前，受臺風(fēng)外圍的螺旋雨帶影響，吉林地區(qū)出現(xiàn)強降水時段，即強降水的集中時段；隨著臺風(fēng)眼逐漸移入吉林省，降水趨于減弱。

2.2.2 高低層散度場對比分析

8號臺風(fēng)過程中，在降水最明顯時段，低層輻合不明顯，中高層輻合明顯，高層對應(yīng)有較強輻散。

9號臺風(fēng)過程中，在降水最明顯時段，低層有強輻合，高層有強輻散，高低空抽吸作用明顯，有強風(fēng)流出，也是此次臺風(fēng)暴雨發(fā)展和維持的關(guān)鍵點。

10號臺風(fēng)過程，在臺風(fēng)停止編號前后，中高層有強輻合，高層有較強輻散，臺風(fēng)停止編號之后，低空形成明顯西北低空急流，為后續(xù)降水的維持提供了動力。

2.3 不穩(wěn)定層結(jié)

在3次臺風(fēng)暴雨過程中（圖1），8號臺風(fēng)能量鋒區(qū)處于西北東南向，假相當(dāng)位溫最大值為70，差值為5；9號臺風(fēng)能量鋒區(qū)處于東北西南向，假相當(dāng)位溫最大值為70，差值為15；10號臺風(fēng)能量鋒區(qū)接近南北向，假相當(dāng)位溫最大值為55，差值為5；可見能量鋒區(qū)的強弱影響降水量的大小。

2.4 持續(xù)時間

降水持續(xù)時間的長短與低緯度西風(fēng)系統(tǒng)有關(guān)，包括8號臺風(fēng)，9號臺風(fēng)在發(fā)展過程中不但受雙阻的影響，同時受10號臺風(fēng)生成影響，加速其發(fā)展，導(dǎo)致降水時間不長；而10號臺風(fēng)在登陸吉林省后很快減弱停止編號，但與西側(cè)高空低渦結(jié)合，同時受到東阻的影響，導(dǎo)致降水持續(xù)。

2.5 強烈的垂直風(fēng)切變

臺風(fēng)的生消與發(fā)展受4個條件的制約。由于考慮臺風(fēng)已經(jīng)登陸，因此，僅考慮強烈的垂直風(fēng)切變和干冷空氣的侵入2個因素是如何影響臺風(fēng)發(fā)展，進而影響降水的。

8號臺風(fēng)過程中，0～1 km垂直風(fēng)切變在27日14：00

突然增加，垂直風(fēng)切變最大值為16，臺風(fēng)移入吉林省，持續(xù)3 h后，停止編號，之后降水趨于減弱。

9號臺風(fēng)過程中，0～1 km垂直風(fēng)切變在9月3日14：00

突然增加，破壞臺風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，垂直風(fēng)切變最大值達到16，同時臺風(fēng)移入延邊和龍市，氣壓持續(xù)升高5 hPa，持續(xù)6 h后，20：00移出吉林省境內(nèi)，之后降水趨于結(jié)束。

10號臺風(fēng)過程中，0～1 km垂直風(fēng)切變在9月7日20：00突然增加，破壞臺風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，垂直風(fēng)切變最大值達到16，同時8日2：00臺風(fēng)移入延邊和龍市，氣壓升高3 hPa，持續(xù)4 h后，臺風(fēng)停止編號，之后降水趨于結(jié)束。可見強垂直風(fēng)切變有利于臺風(fēng)減弱或消亡，為以后臺風(fēng)暴雨的結(jié)束提供指示性。

3 雷達資料對比分析

3.1 雷達資料

從雷達資料可知，3次臺風(fēng)均以混合穩(wěn)定性降水為主，9號臺風(fēng)過程中，雷達反射率因子明顯看見有超過32 dBz的積云性對流回波存在，也是9號臺風(fēng)過程產(chǎn)生最大小時雨強的依據(jù)。

3.2 風(fēng)廓線雷達資料

從風(fēng)廓線雷達資料可知，3次臺風(fēng)過境時風(fēng)場從低到高有逆時針旋轉(zhuǎn)，有暖平流的移入，同時臺風(fēng)靠近時吉林地區(qū)有明顯風(fēng)場的輻合。降水開始和結(jié)束徑向速度的變化都有所對應(yīng)。

4 結(jié)束語

（1）從行星尺度環(huán)流系統(tǒng)可以看出，3次臺風(fēng)過程主要受到貝加爾湖阻高、副熱帶高壓、偏北低渦的共同影響，處于寬廣的緯向環(huán)流帶。3次臺風(fēng)旋轉(zhuǎn)北上，將華東地區(qū)和渤海、黃海的暖濕空氣大量輸送至吉林地區(qū)；吉林地區(qū)始終處于臺風(fēng)的第二象限；強的垂直風(fēng)切變對3次臺風(fēng)的減弱甚至消亡都有一定的指示。

（2）9號和10號臺風(fēng)暴雨天氣成因和臺風(fēng)路徑極為相似，均產(chǎn)生在有利的水汽、不穩(wěn)定層結(jié)、低空地面觸發(fā)條件下，雖然均具有雨量大、范圍廣的特點，但在持續(xù)時間、強降水時段集中方面存在很大差異。低空強輻合在吉林省中東部維持，另外后2次臺風(fēng)過程有干冷空氣侵入，為臺風(fēng)降水的產(chǎn)生提供了充沛的水汽和不穩(wěn)定能量。雷達回波顯示，后2次臺風(fēng)過程以混合型降水為主，9號臺風(fēng)移速較快，與10號臺風(fēng)的生成發(fā)展有很大作用，而10號臺風(fēng)停止標(biāo)號還能在吉林地區(qū)維持長達36 h，是因為變性后與西風(fēng)槽的相互作用，后2次臺風(fēng)高低空有較好的動力和熱力條件相配合。

參考文獻

[1] 陳聯(lián)壽，羅哲賢，李英.登陸熱帶氣旋研究的進展[J].氣象學(xué)報，2004（5）：541-549.

[2] 劉輝，董克勤.環(huán)境溫度場對臺風(fēng)等擾動發(fā)展和移動的影響[J].氣象學(xué)報，1987（2）：188-194.

收稿日期：2024-03-18

作者簡介：杜冠男（1985—），女，吉林吉林人，工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報和氣候預(yù)測工作。