台风“玲玲”登陆的空间结构特征及变性过程分析

张宇彤　张同　石晨

摘要    本文利用NCEP GFS全球预报系统的初始场数据和区域站常规观测资料，探讨了台风“玲玲”登陆的空间结构特征和冷空气入侵变性过程。结果表明，台风的空间结构、副热带高压和中纬度系统共同决定了台风登陆后的路径;500 hPa台风水平方向风场具有非对称结构，台风与副热带高压相互作用使其过渡区风速最大，其他地方风速较小;台风垂直方向具有低层辐合、高层辐散的散度场配置，垂直速度场在台风眼壁区右侧上升运动明显，台风的垂直结构导致暴雨和大风落区位于台风前进方向的右前侧;台风登陆后有干冷空气入侵，破坏暖心结构，造成台风变性并触发强对流天气。由以上研究结果得出，将台风空间结构与冷空气入侵变性过程结合研究，能更准确判断台风在变性过程中产生的降水分布特征，对东北地区台风的预报业务起到一定指导作用。

关键词    台风“玲玲”;空间结构;冷空气;变性

中图分类号    P458.1+24        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）03-0189-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

台风是形成于温暖洋面上的强大而深厚的热带气旋性涡旋，其中心气压极低，底层中心附近风速极大，登陆带来的强风、暴雨等强对流天气对人们的生命健康、财产安全、交通出行、农业生产等带来重大威胁，是影响我国最严重的气象灾害系统之一[1-3]。近几年，受西北太平洋副热带高压（副高）的影响转向东北进入我国中纬度地区的台风数量增多，2019年秋季的台风“玲玲”更是直击北上，在朝鲜沿海以西进入我国东北，给台风不常登陆、缺乏抗台经验的东三省地区带来严重灾害。

已有研究主要从台风登陆后与中纬度系统相互作用来解释台风暴雨的形成机制，而对台风空间结构的研究较少。台风空间结构的复杂性是台风移动路径、暴雨大风落区复杂多变的重要原因[4]，尤其是台风北上后受冷空气入侵变性，使其空间结构改变，造成台风暴雨强风天气更加复杂难判。因此，本文以2019年秋季登陆东北的台风“玲玲”为个例，从台风登陆时的空间结构特征入手，将登陆台风内部结构变化和冷空气入侵变性过程结合分析，并初步探讨台风在变性过程中带来的降水分布特征。

1    資料与方法

采用美国环境预报中心全球预报系统（GFS）的初始场数据，分析台风登陆过程的环流形式和相关物理量的空间结构，数据分辨率为0.5°×0.5°，时间间隔为6 h。利用区域站常规观测资料统计台风登陆造成的强降水天气。台风的路径和中心位置信息取自中国台风网（www.typhoon.org.cn）。

2    结果与分析

2.1    台风概况

台风“玲玲”于2019年8月31日20：00生成为热低压;9月2日8：00强度增强为热带风暴，正式编号为1913，并命名为“玲玲”;9月5日增强为超强台风;9月6日“玲玲”以强台风进入黄海南部;9月7日14：00在朝鲜西部沿海登陆（125.3°E，38°N），随后进入我国东北地区;9月8日10：00，台风受冷空气东移南下的作用变性为温带气旋，随后移出我国境风。

台风北上给东北地区带来了大到暴雨，局部地区出现了大暴雨。以吉林省为例，降水时段主要集中在7日至8日白天，降水从东南向西北蔓延全省，中东部地区出现暴雨以上量级降水。24 h降水量超过100 mm的有4个站，50.0～99.9 mm的有368个站，降水量最大站位于吉林市永吉县西阳镇，为108.2 mm。全省大风主要分布在中东部地区，7级以上大风超过150个站，珲春地区局部风速可达25.3 m/s（10级）。

2.2    台风登陆的空间结构特征

2.2.1    水平结构。从台风登陆时对流层中层（500 hPa）的大气环流场来看（图1），台风中心位于朝鲜西部与我国辽宁省东南部沿海（125.3°E，38°N），此时副高位于日本海面，呈南北向结构，推动台风沿其西侧外围北进。台风外围600 km范围的风场呈非对称结构，台风气旋性环流与副高反气旋性环流的过渡区气压梯度最大，是台风大风区，其他位置风速较小。此时，西北侧有中纬度西风槽推动干冷空气东移南下，与台风相遇。

图2为台风登陆时对流层中层（500 hPa）的涡度分布。可以看出，对流层中层台风附近的相对涡度场呈近圆形分布，随纬度升高正涡度区向东北方向倾斜。台风中心位于强烈辐合的正涡度区，副高位于台风东侧强辐散的负涡度区，正涡度辐合环流与负涡度辐散环流的相互作用，使台风和副高之间过渡区风速增强。

2.2.2    垂直结构。分析台风登陆时850 hPa和300 hPa高度上的散度场（图3），台风中心850 hPa为明显负散度区，辐合很强，300 hPa为辐散区，低层辐合高层辐散的高低空配置使台风眼壁区上升运动加强。高低层散度中心均位于台风偏北侧，使台风北部发展强，高层辐散区随纬度升高向东北方向倾斜，与台风前进路径一致。为更直观地了解台风登陆时大气垂直运动情况，给出沿台风中心垂直速度的纬度-高度剖面图。台风眼区附近为明显的下沉气流，眼壁周围是上升气流区，再向外为上升和下沉气流间隔分布的螺旋云带区，在垂直方向构成台风次级环流[5]。台风右侧眼壁区上升运动明显，是强暴雨区，与吉林省中东部降水落区一致（图4）。上升运动从地面到400 hPa高度上发展强烈，400 hPa高度往上上升运动中心向东偏移，强度减弱。台风眼壁区上升运动中心位置随高度的位置变化，使台风眼壁向东偏移。台风中心左侧的上升气流区强度较弱，上升运动仅维持在600～800 hPa之间。因此，台风垂直运动的空间结构导致其降水和大风区位于其中心的右前侧。

2.3    台风变性过程分析

台风是垂直方向具有暖中心结构的热带气旋性环流[3]，其暖心的结构对热带气旋发生发展至关重要。随着“玲玲”北上登陆，中高纬西风带低槽不断东移南下，冷空气与台风暖湿气流交汇，释放斜压位能，破坏台风暖心结构，造成台风变性并产生强对流天气。

通过温度距平的纬度-高度剖面来分析台风暖心结构的变化。在“玲玲”登陆初期，对流层高层有浅薄的弱冷空气从东部侵入，此时“玲玲”暖心结构不再圆滑，呈不规则扁平状，水平方向仍具有较对称特征;至8日2：00，“玲玲”中心偏西侧出现冷空气补充，冷中心高度可达250 hPa，“玲玲”暖心结构开始向东倾斜，台风开始变性。至8日8：00，台风中心偏西侧冷空气强度增强，斜压位能的释放使得台风暖心进一步被破坏。

为进一步揭示台风变性过程中的能量条件和冷空气入侵作用，对登陆前后各时次700 hPa的相对湿度场及假相当位温（θse）场进行分析（图5）。由于干冷空气具有低θse和低相对湿度的特征，本文以θse的低值（≤333 K）及相对湿度的低值（<70%）代表干冷空气的活动。

7日14：00，“玲玲”登陆初期仍具有暖心结构，台风周围大范围水汽充沛，相对湿度在90%以上，θse大值中心为335 K左右，高能高湿环境给暴雨带来充沛的湿能量条件，见图5（a）。台风西侧高压脊稳定少移，对台风向西移动起到阻挡作用。脊前偏北气流引导干冷空气自西北向东南移动，8日2：00，干冷空气从台风西南部向北入侵台风中心，冷暖气流不断交汇使大气不稳定能量聚集。对应于地面，7日午后干冷空气入侵后吉林省中东部降水明显增强，出现暴雨区，表明干冷空气入侵使台风湿能量得到充分释放，见图5（c）。8日8：00，台风脱离高能高湿环境，暖心结构基本被破坏，热带台风变性为温带气旋，见图5（d）。

3    结论与讨论

分析台风“玲玲”登陆时的空间结构特征和冷空气入侵变性过程，可得到以下几点结论。

（1）台风“玲玲”于9月7日14：00在朝鲜西部沿海登陆（125.3°E，38°N）进入东北地区，8日10：00受冷空气作用变性为温带气旋，随后移出我国。台风的空间结构、副热带高压和中纬度系统共同决定了台风登陆后的路径，副高南北向拉长引导台风北进，中纬度高压脊阻挡台风西移，对流层中层正涡度区、高层正散度区随纬度升高向东北方向倾斜的特征，指引台风路径向东北方向移动。

（2）台风在对流层中层的水平结构表现为，风场呈非对称结构，台风与副高间的过渡区风速最大，其他地方风速较小。相对涡度场呈近圆形分布，正涡度辐合环流与副高负涡度辐散环流的相互作用，是台风与副高之间过渡区风速增强的主要原因。

（3）台风的垂直结构表现为低层辐合、高层辐散的散度场配置，高、低层散度中心均位于台风偏北侧，使台风在北部发展强;台风眼区附近为明显的下沉气流，右侧眼壁区上升运动明显，左侧上升气流区强度较弱。因此，台风垂直方向的空间结构导致暴雨和大风落区位于台风前进方向的右前侧。

（4）随着台风登陆，中纬度西风带干冷空气自西北向东南移动，从台风西南部侵入台风中心，破坏台风暖心结构，造成台风变性。与此同时，干冷空气的入侵触发了台风湿能量的释放，造成强对流天气。

通过上述分析发现，台风的空间结构变化对台风的移动路径、强降水落区有一定的指示意义，将台风空间结构与冷空气入侵变性过程结合研究，能更准确判断台风在变性过程中产生的降水特征，为东北地区台风预报业务提供一定的参考。

4    参考文献

[1] 梁必骐，梁经萍，温之平.中国台风灾害及其影响的研究[J].自然灾害学报，1995（1）：84-91.

[2] 陈佩燕，杨玉华，雷小途，等.我国台风灾害成因分析及灾情预估[J].自然灾害學报，2009，18（1）：64-73.

[3] 付驹，董贞花，谭季青.台风登陆前后暖心结构变化的探讨[J].科技通报，2011，27（1）：18-24.

[4] 白爱娟，蔡亲波，朱顺红.2011年“纳沙”台风登陆海南岛的天气和结构特征分析[J].成都信息工程学院学报，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.