“菲特”台风路径和强度预报难点分析

娄小芬，楼茂园，罗玲，范爱芬（浙江省气象台，浙江杭州310007）

“菲特”台风路径和强度预报难点分析

娄小芬，楼茂园，罗玲，范爱芬
（浙江省气象台，浙江杭州310007）

摘要：利用1°×1°NCEP再分析资料、NOAA海温资料对其进行分析，结果表明：（1）副高突然加强西进，中低层高压带加强，在台风北侧形成高压坝和强盛偏东气流，是台风路径突然西折的主要原因；（2）“丹娜丝”的活动在一定程度上阻止了副热带高压的南落，有利于副高南侧偏东急流的维持和加强，对“菲特”路径的突然西折起一定作用。敏感性数值试验结果表明“双台风”效应对“菲特”登陆前进一步西折具有决定作用；（3）高低空急流的配置,产生了动力场的耦合作用，加强了台风的对流活动，所释放的潜热可以补偿海温降低的影响,对“菲特”在近海强度维持起到了重要作用；（4）“菲特”的强度和环境风垂直切变的演变规律基本一致，较低的环境风垂直切变是“菲特”在近海强度维持的重要原因。

关键词：台风路径；强度；双台风；低空急流

1　引言

台风的路径和强度是台风预报中的2个重要方面，其中台风的路径预报也是台风预报难点所在。西北太平洋台风生成后，以西行、西北行、转向等移动路径为主，有时也可出现异常路径，如打转、突然转向、蛇形路径等。一些经典理论研究[1-3]指出热带气旋路径突变经常是由大尺度环流的调整所引起的，如副热带高压的进退、ITCZ的断裂、赤道缓冲带的形成和消退、行星波的传播以及信风和季风的交替等。另外，双台风效应等因子也是引发台风路径突变的原因之一。相比移动路径而言，长期以来对TC强度预报的研究相对较少。影响TC强度变化的因子大致可分为外部因子和内部因子。内部因子主要指热带气旋自身结构及相关动力过程，而外部因子主要包括下垫面、环境场风垂直切变、上层槽等[3]。

对我国影响较大的台风路径突变主要是东海台风的西折和南海台风的北翘。由于受西风槽、副热带高压、冷空气、双台风效应、赤道辐合带等多方面因素的影响，“菲特”路径和强度复杂多变。通常情况下，10月份副高东退南压，台风路径偏南或以近海北上转向为主，登陆华东的比例较小。而“菲特”路径高纬西折登陆浙闽交界，为历史罕见。“菲特”在近海的强度强，路径西折后始终维持强台风的强度，直至登陆，为1949年以来10月登陆我国华东的最强台风。

“菲特”2次路径西折以及登陆前强度的监测和预报对防灾减灾意义重大，是我们关注的重点。对热带气旋的预报,现在多数是利用数值模式的方法,经过几十年来对热带气旋的不断研究,国际上各预报中心对于一般热带气旋路径的预报已经有了很高的准确性,对于热带气旋的强度和一些特殊热带气旋的异常路径,预报能力还是非常有限,这些预报的误差会导致人员伤亡和经济损失。对“菲特”路径的预报，各家数值模式在台风生成之初都以北上转向为主，3日开始各机构的预报路径才逐渐向南调整，但登陆点的分歧依然较大，且登陆前路径的进一步西折都没有预报出来。在强度方面也主要考虑了秋季近海海温的降低对强度的影响，预报登陆时的强度基本偏弱。本文从多角度综合分析“菲特”路径2次西折、登陆前维持强台风强度的成因，找出相关问题的预报难点和预报着眼点，以期为今后类似台风的预报提供参考和依据。

2　资料和研究方法

研究所采用的资料包括：中央气象台实时发布的台风强度和位置资料；NOAA1°×1°的全球再分析的海温资料；NCEP 1°×1°6 h时间间隔的FNL资料；CIMSS的西北太平洋中层至高层水气及风场分析资料。

本文通过对副热带高压、高低空急流、水汽输送、海温、环境风垂直切变等多方面来分析“菲特”路径两次西折及近海强度维持的原因。并通过敏感性数值试验分析双台风效应对“菲特”路径西折造成的可能影响。

3　台风“菲特”概况

2013年夏末秋初，西北太平洋海温较常年偏高1—3℃，暖水层异常深厚，导致副高在秋季偏北偏强，同时西南季风与跨赤道气流活跃，有利于西太平洋大范围气旋性切变的形成，从而使热带气旋（TC)生成数量异常偏多，1323号强台风“菲特”（Fitow）就是在这样的环流背景下于2013年9月30 日20时（北京时间，下同）在菲律宾以东洋面上生成。“菲特”路径的特点是经历了2次西折：在4日前以偏北行路径为主，4日20时开始突然左折，朝西北方向运动，6日14时以后偏西分量进一步加大，向偏西方向移动，致使预报的登陆点不断向南调整。“菲特”在生成初期增强缓慢，直到10月3日开始，随着高层极向流出通道的打开，“菲特”迅速增强，3日05时加强为台风，4日傍晚17时前后发展为强台风，此后一直维持强台风强度，于7日凌晨01时15分在福建省福鼎市沙埕镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力达14级（风速为42 m/s），中心最低气压为955 hPa，为强台风强度，是继0608“桑美”以后正面袭击华东强度最强的热带气旋，也是历史上登陆华东时间最晚、近年来华东地区破坏力最大的热带气旋之一。“菲特”在秋季走出了独特的高纬西折路径，出现了罕见的十月东海近海增强，并造成了华东地区历史同期罕见的暴雨洪涝灾害。

4　台风“菲特”路径分析

“菲特”最大的特点即是其十分特别的路径（见图1）。一般情况下，进入夏末秋初，副热带高压较夏季明显南压东退，副高脊线位于25°—30°N附近，西风带系统也开始活跃，此时生成的台风或在西风槽的作用下东北转向、或沿副高南部西行登陆华南沿海，登陆华东的台风比例较少，而且像“菲特”这种在云图上呈现“6字形”的台风，在人们的常识中应是东北转向路径的典型，但是“菲特”却走出了逆时针偏折的高纬西折路径，而且这一现象还是发生在大气环流开始向冬季过渡的十月，极其罕见。因此，有必要对“菲特”的路径的进行深入的分析，为今后预报提供参考。

4.1副高加强西进是“菲特”路径西折的根本原因

台风移动路径受大尺度环流场和β效应的制约。在研究西北太平洋台风移动路径时，许多专家学者注重环境场变化的研究，特别关注西北太平洋副热带高压演变对台风移动路径的影响。“菲特”从9月29日生成到10月4日20时转向前以偏北行路径为主，4日20时路径突然向左偏折，转为偏西路径，“菲特”台风移动路径的这种变化，与此期间500 hPa等压面上环流场变化有关。下面从大尺度环流的演变特征分析一下路径西折的原因。

图1　“菲特”台风路径图

图2　500 hPa位势高度场和200 hPa全风速场（阴影区表示风速大于36 m/s）

台风在形成初期，受台风“圣帕”北上的影响，副高东退，西脊点位于140°E以东，与“菲特”距离较远，台风主要受赤道反气旋西侧偏南风及其内力的作用下朝偏北方向运动。1日开始位于贝加尔湖地区的西风槽东移并不断加深，受其影响，位于华南地区的大陆高压减弱西撤。3日20时（见图2a），西风槽移到了我国东北地区，槽底南探到长江以南，“菲特”处于副热带高压和大陆高压之间的鞍型场中，同时在西风槽作用下朝偏北方向运动，移动缓慢。4日20时（见图2b），西风槽浅化北收，中高纬逐渐转为平直的纬向环流，无明显温度平流，日本上空出现强烈的正变高，副高随即迅速加强西伸，西段北抬，“菲特”转受副高西南侧东南气流的引导，路径突然左折，开始朝西北方向移动。在“菲特”加强成为强台风之后，渤海-东北上空的暖脊发展，强烈的正变高促使副高继续加强西伸，4日20时副高西脊点还位于136°E，到了6日20时西伸到125°E。副高的持续西伸加强，有利于台风持续朝西北偏西方向运动。在副高加强西伸的过程中200 hPa副热带西风急流也发生了重大的调整：从200 hPa西风急流的演变分析，10月1—3日的高空西风急流轴位于日本上空，呈东北-西南走向，急流中心风速50—60 m/s之间。4日20时，急流轴逐渐转为东西走向，急流中心风速明显增强，达到了80 m/s以上。

从底层700—850 hPa平均环流来看（见图3），3 日20时“菲特”处于大陆高压和副热带高压之间的鞍型场中，主要受副高西侧的偏南风引导，以偏北路径为主。4日20时，西环大陆高压比前期减弱，西风槽收缩，贝加尔湖脊强烈发展，朝鲜半岛-华北地区强烈的正变高诱导东环副高迅速西伸，且此时的副高和“菲特”两者的强度都明显加强，副高南侧出现大于12 m/s的偏东风急流，台风在它的引导下，路径迅速西折，朝西北偏西方向运动。5日20时，贝加尔湖地区又有西风槽发展东移，槽前的暖平流使得我国华北到东北的脊也随之强烈发展，副高进一步增强西伸。6日20时，西风槽东移过程中略有北缩，东西两环副高打通，强大的副高横贯西北太平洋到我国大陆的中纬度地区形成高压坝，其南侧的偏东气流增强到16—20 m/s，引导台风在登陆前进一步西折。从10月4日20时—6日20时中低层环流的配置看，低层和高层正好相反。在低层“菲特”北侧是冷高压变性而成的高压坝，但在高层就是槽位，这也是这个节气跟8月的本质性的不同，热力场不同，高低层温压场差距甚大。从500 hPa和低层引导气流对台风路径的影响来看，中低层的引导气流偏西分量更大一些，和实际台风突然西折对应的更好。因此秋季台风的移动，要特别关注低层引导气流的作用。

图3　850—700 hPa平均的位势高度和全风速场（阴影区表示风速大于12 m/s）

4.2“丹娜丝”对台风“菲特”移动路径的影响

对于双台风的研究，藤原效应的模型概念在分析双台风的相互影响时被广泛应用。后来陈联寿[1]等对双台风之间相互作用进一步拓展，指出了双台风之间距离较远时通过环境场相互产生间接作用，并指出，当两台风之间的距离大于15纬距时，双台风之间大多发生间接作用。罗哲贤[4]数值模拟表明，双台风之间的相互作用是激发台风移动路径突变的一个原因。蔡海艇等[5]对双台风相互影响的统计研究表明，当两台风相距20纬距以内，两个台风就可能产生明显的相互旋转现象。

台风“菲特”在北上过程中，东部有一发展的热带风暴“丹娜丝”向西移动。由于它距台风“菲特”较远，大于20个纬距之上，故他们之间的相互作用较弱。4日之后在副高加强西进的过程中，“丹娜丝”也随之向西移动，两个台风之间距离逐渐缩小，6日前后，两者距离在10个纬距左右，双台风的相互作用逐渐加大。“丹娜丝”的存在，一方面有利于高压带东西向的维持，形成宽广的东风带，有利于“菲特”偏西行。另一方面在两者距离靠近的过程中，产生了互旋，使得“菲特”在登陆前路径进一步西折。

为了更好的揭示“丹娜丝”对“菲特”路径的影响，采用NCAR开发的非静力中尺度模式（WRFV3.1.1）进行数值模拟，模拟时间从2013年10 月4日20时开始至10月8日20时，共96h，利用NCEP/NCAR1°×1°6h时间间隔的FNL资料并使用全球地面和高空观测资料作客观分析后作为模式初始场及边界条件，模拟区域以（30°N，125°E）为中心，采用双重网格嵌套，水平分辨率分别为27 km 和9 km，积分步长分别为120 s和40 s。模式垂直方向分27层，模式顶气压取50 hPa。粗细网格均采用WSM 3-class简单冰方案的微物理过程、YSU边界层方案以及Kain-Fritch积云参数化方案。敏感试验中滤除丹娜丝台风采用Kurihara[6]等提出的方法。共设计5组实验（见表1）。

表1　不同数值试验方案

图4　敏感性试验中“菲特”路径图（Obs为观测，CTL为控制实验）

对比实况路径（红色）与CTL试验路径（白色）发现两者基本一致（见图4）。增强“丹娜丝”强度的EXP1和EXP2试验模拟的“菲特”路径比实况偏南，登陆点位于福建的中部到南部一带，且“丹娜丝”强度越强，“菲特”路径西折的越明显。过滤了“丹娜丝”或者将其强度降低的EXP4和EXP3试验模拟的“菲特”路径比实况明显偏北，最终在杭州湾附近登陆后转向北上。因此从数值模式的结果表明，“丹娜丝”的存在对“菲特”路径西折起到了重要作用，且“丹娜丝”强度越强，“菲特”路径西折的更显著。

5　“菲特”强度变化分析

“菲特”的另外一个重要特点是强度强。一般情况下，到了秋季由于东海海域温度已经降低，若有台风靠近，会在冷海温的作用下强度减弱，结构遭到破坏，即使登陆华东地区，破坏力也不大，而“菲特”在近海维持强台风，成为十月登陆华东地区最强的台风。因此有必要分析一下“菲特”在近海强度维持的原因。

5.1海温分布对“菲特”强度的影响

台风强度对SST变化比较敏感,暖的下垫面是台风强度维持和增强的主要原因之一,台风只能在温度高于26°C的洋面上生成发展[7]。通过对一系列经过高海温区突然加强的台风的研究[8]发现：上层海洋为大气边界层提供能量使台风能够加强,海表热容量较SST能更全面地体现海洋上层热状况。经验表明，海表热容量大于50 kJ/cm2时台风增强的概率大大增加。

“菲特”台风之所以能成为登陆华东最强的秋季台风和西太平洋偏暖的海温有密切联系。从9月下旬到10月上旬海温及距平的分布图上可以看到（图略），在此阶段，西北太平洋海温呈现为正距平，较常年偏高1—3°C，偏暖的海温是“菲特”能增强为强台风有利的下垫面条件。然而在台风靠近东海的过程中，海温逐渐降低，从10月6日的海温分布来看（图5a），在东海海域海温低于26°C。从TCHP（海表热容量）分布（图5b）也可以看到，东海海域海表热容量低于50 kJ/cm2，不利于台风强度的维持。从这些条件分析，海温情况是不利于后期“菲特”强度的维持和发展，而实际情况是在近海台风一直维持强台风强度直至登陆。由于在预报中过多的考虑了近海低海温对台风强度的影响，导致了对台风登陆强度的预报偏弱。

5.2高空急流对“菲特”强度的影响

高空水平流场影响热带气旋气流的流出，起“抽气”作用，有利于上升运动,使得对流发展强盛,有利于台风加强发展。热带气旋趋近高空西南急流加剧热带气旋上空的流出气流，和急流南侧正涡度区的共同作用下使得TC的强度得到迅猛发展。

“菲特”生成于西太平洋到南海海域广阔的季风槽中，初期辐合辐散较弱，发展缓慢，一直到9月30日20时开始编报。在随后的几天里，“菲特”一直稳定朝北偏西方向移动，逐渐脱离了季风槽，环流被迫缩小，有利于系统的发展整合。随着强度的增强，菲特开始构建起一个云卷风眼，但高层辐散较弱，北侧的干空气不断卷入使得“菲特”CISK机制运行的不顺利，深层对流一直存在缺口，使得“菲特”的强度迟迟得不到大的提升。直到10月3日形势迎来了转变。北半球高纬西风带维持着经向型环流，槽脊活动十分剧烈，位于我国东北北部一带的西风槽南摆并且与南支槽同相叠加，槽底南探到了长江以南地区。从图6a可以看出，“菲特”此时已经移动到了台湾以东海域，台风北侧趋近了高空西风急流，“菲特”在一天之内打开了一道优越的极向流出通道。极向流出的改善使“菲特”南强北弱的形态明显转好，同时大大加强了系统的辐合和抽吸作用；急流南侧正涡度平流的输送也在动力上支持了“菲特”的增强。可以说，在没有与西风带打通之前，“菲特”几乎没有出现显著的加强，直到此刻才开始了迅速的蜕变。

到了10月4日20时（见图6b），尽管西风大槽已经逐渐浅化北收，但频繁的西风短波槽活动依然给“菲特”带来了优越的极向流出，也造就了它北强南弱的不对称结构。配合低空强烈的辐合，系统内部出现了强大的抽吸作用，从水汽云图可以清楚地看在良好的辐散流出作用下，“菲特”的风眼逐渐清晰，核心环流收紧，“菲特”增强为超强台风。此后高空一直有优越的极向流出和强辐散存在，为台风在近海强度维持，成为秋季登陆华东最强的台风起到了重要作用。由此可知，在台风强度的预报中，要特别关注高空急流的位置和强度。

图5　2013年10月6日海表面温度（单位：℃）和海表热容量（单位：kJ/cm2)

图6　MTSAT反演的“菲特”水汽云图及高空风场(引自：美国威斯康辛大学气象卫星研究所CIMSS网站)

5.3低空急流和水汽输送对“菲特”强度的影响低空急流能够为热带气旋带来大量的能量、水汽，从而影响热带气旋的发展和维持。李英[9]等通过数值研究揭示出强的水汽输送对暖心的发展与维持有促进作用，增强热带气旋雨带中的对流活动，对热带气旋的强度与结构有十分重要的作用。从低空急流和水汽输送看（见图7），3日20时“菲特”东部“丹娜丝”的存在使得在副高南部存在一支东风急流，在10—12 m/s之间，风力不强，水汽输送也比较弱。4日20时随着“丹娜丝”的加强和两者距离的接近，东风气流加强，达到了12 m/s以上。到了5—6日急流进一步加强，达16—22 m/s，水汽通量在28—32 g/（cm·hPa·s）之间，充沛的水汽和能量输送弥补了由于海温降低所损失的能量，为“菲特”在近海维持强台风提供了热力输送作用；同时，东风水汽输送的加强亦有效抵御了干空气的入侵，为系统结构的重整创造了条件。低层弱冷空气恰到好处的渗透进一步加强了低层辐合流入并促进了对流不稳定能量的释放，所激发的潜热可以补偿海温降低的影响，是造成“菲特”在近海强度维持的一个动力因素。而“菲特”在成功眼壁置换后整体环流紧缩，也减少了对海水中热焓的依赖与消耗。

图7　“菲特”850 hPa风场（单位：m/s）和水汽通量（单位：g/（cm·hPa·s））

图8　“菲特”强度和环境风垂直切变时间演变

5.4环境垂直风切变对“菲特”强度的影响

在影响台风生成和发展的主要因子中，环境流场垂直风切变也是一个重要因子。环境风垂直切变的大小决定由积云对流产生的加热能否在中上层集中,从而形成和维持明显的暖心结构。这对判断气旋的发生发展至关重要。经验表明西北太平洋上大于10 m/s的环境风垂直切变是不利于气旋发生发展的。

关于风场垂直切变的求法差异很大。近年来许多学者利用850 hPa和200 hPa两层区域平均的风场矢量差来计算垂直切变值，但在所取的区域范围上又有较大差别。如Palmer[10]等利用九点平滑的方法，分别计算了5°×5°、10°×10°、15°×15°三种网格内的平均风场的垂直切变，从经验来看，10°×10°网格内的垂直切变值相对较好[11]。本文的环境风垂直切变是指200 hPa和850 hPa两气压层之间的平均风矢量差。令ΔU=u200-u850、ΔV=v200-v850，切变值W=[(ΔU)2+(ΔV)2]1/2，单位：m/s。因此，在具体的计算过程中，以每个时次台风的中心位置为中心点，计算台风中心周围10°×10°范围内200 hPa和850 hPa之间的平均风矢量差。

从“菲特”环境风垂直切变及台风强度的时间演变来看，台风强度和垂直风切变的变化规律基本一致，有很好的对应关系。台风生成之初风的垂直切变超过16 m/s，因此“菲特”强度较弱。此后垂直切变逐渐下降，到了10月4日08时以后，风切变下降到了10 m/s以下，对应台风有一个迅速增强的过程，于10月4日20时增强为超级台风。此后垂直风切变一直维持较低的数值，基本在4—8 m/s之间，较小的环境风垂直切变使得在海温降低这样一个不利条件下，“菲特”仍然维持强台风强度，直至登陆。

6　结论

本文利用1°×1°NCEP再分析资料、NOAA海温资料对“菲特”路径两次西折及登陆前强度维持的成因进行分析，得出以下结论：

（1）副高加强西进，中低层高压带加强，在台风北侧形成高压坝和强盛偏东气流，是台风路径突然西折的主要原因。秋季由于高低层热力性质的差异，温压场会有很大的不同，对于秋季台风的移动路径，要特别关注低层引导气流的作用；

（2）“丹娜丝”的活动在一定程度上阻止了副热带高压的南落，有利于副高南侧偏东急流的维持和加强，对“菲特”路径的突然西折起一定作用。敏感性数值预报实验结果表明，双台风效应对“菲特”登陆前后进一步西折起重要作用；

（3）高空急流加剧了“菲特”上空的流出气流，引起高空的强辐散，起到了“抽气”作用；低层偏东风急流的维持和加强，保证了TC水汽和能量的输送。高低空急流的配置,产生了动力场的耦合作用，加强了台风的对流活动，所释放的潜热可以补偿海温降低对强度的影响，对“菲特”在近海强度维持起到了重要作用。在秋季近海海温降低的情况下尤其要关注高空急流和低层的水汽辐合对台风的加强作用；

（4）“菲特”的强度和环境风垂直切变的演变规律基本一致，较低的环境风垂直切变是“菲特”在近海仍然维持强台风强度的重要原因。

“菲特”作为一个秋季台风，路径和强度受多方面因素的影响，复杂多变。在此次台风的预报中，低估了“丹娜丝”对“菲特”路径和强度的影响，登陆前路径的进一步西折没有预报出来；在靠近东海的时候又过多的考虑低海温对台风强度的影响，忽视了高空优越极向流出和弱的环境风垂直切变等有利条件，致使预报的登陆强度偏弱。因此在今后预报考中要综合考虑多方面的影响因素，尽量减小预报的误差。

致谢：特别感谢中国气象局台风海洋预报中心提供的数值模拟结果。

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Analysis of the forecast difficulties for moving track and intensity of typhoon“Fitow”

LOU Xiao-fen，LOU Mao-Yuan，LUO ling，FANAi-fen
（Zhejiang Meteorological Observatory,Hangzhou 310017 China）

Abstract：Based on NCEP/NCAR reanalysis data (1°×1°) and SST data from NOAA, they were analyzed. The results showed that: (1) the sudden strengthen and westward extend of subtropical high and the strengthen of high pressure belt in lower layer, the formation of high pressure barrier and the stronger flow on the north of the typhoon were the key causes of the path turning to the west suddenly. (2) The activity of typhoon“Danas”in some degree had blocked the south shift of subtropical high and was in favour of the maintaining and strengthening of the east flow on the southern of the subtropical high, playing a role in the path turning to the west suddenly. The sensitivity numerical experiments showed that the Fujiwhara effect of binary cyclone played the key role in the path turning to the west further. (3)The proper allocation of the high and low level jet stream produced the function of coincidence on dynamical field which strengthened the convection of typhoon and played an important role in the intensity maintaining offshore of typhoon“Fitow”. (4)The evolvement rules of the typhoon intensity and the environmental vertical wind shear were coincident, and the lower environmental vertical wind shear was an important cause of the intensity maintaining offshore of typhoon“Fitow”.

Key words：typhoon track；intensity；binary typhoons；low-leveljet stream

作者简介：娄小芬（1980-），女，工程师，硕士研究生，主要从事天气预报业务工作。E-mail：rhythm9806@sina.com

基金项目：中国气象局预报员专项（CMAYBY2014-026）；浙江省公益技术研究社会发展项目（2013C33037）

收稿日期：2014-06-04

DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2015.01.002

中图分类号：P444

文献标识码：A

文章编号：1003-0239（2015）01-0010-010