北上热带气旋的主要特征及其对河北的影响

宿海良， 费晓臣， 王福侠

（1.唐山市气象局，河北 唐山 063000； 2.河北省气象与生态环境重点实验室，石家庄 050021；3.河北省气象台，石家庄 050021）

进入21世纪以来，随着“麦莎”（0509）“梅花”（1109）“达维”（1210）“安比”（1810）等热带气旋北上给所经地区带来严重灾害，北上热带气旋（Northward Moving Tropical Cyclone，简称NMTC，下同）越来越引起广泛关注.NMTC通常是指进入我国华北、东北地区或在北方近海北上的热带气旋［1］. 它是影响我国北部沿海地区的重要天气系统，在北上过程中给中高纬度地区带来了大面积降水、缓解旱情的同时，也造成大风、洪涝、风暴潮等灾害. 近年来，一些气象工作者对NMTC进行了相关研究［2-6］.陈艳等［7］利用NCEP再分析资料以及中尺度模式MM5模拟结果，分析了台风“麦莎”造成冀东大暴雨的成因；梁军等［8］分析了1971—2000年影响辽东半岛及黄渤海海域NMTC 的气候特征；吴亚楠等［9］研究模拟了近50年北上经过山东沿海的33场台风暴潮过程，计算了100年一遇台风暴潮增水极值. 前人研究或主要是单独天气个例分析［10-12］，或统计分析多采用2005年以前的资料［13-17］，而对近15年NMTC研究不多，并且对进入河北地区的NMTC研究更少. 本文拟对1949—2018年这70年来所有进入定义区及对河北影响较大的关键区和进入河北的NMTC的时空分布特征进行分析研究，并分析了进入不同区域的NMTC典型个例对河北的影响，以期为防灾减灾抗御台风灾害提供一些参考.

1 资料和定义

本文对1949—2018 年的热带气旋资料进行统计分析，数据来自中国台风网（www.typhoon.org.cn）的CMA-STI热带气旋最佳路径数据集.

根据王达文［1］定义，将进入30°N 纬线为南界，30°N，125°E、35°N，130°E 两点连线为东界，105°E 以东、130°E 以西区域的TC定义为NMTC；由于本文重点研究NMTC对河北地区的影响，将35°N 纬线为南界，125°E为东界，105°E以东、125°E以西的区域定义为关键区（图1）.

图1 NMTC定义区域和关键区域Fig.1 The definition area and key area of NMTC

热带气旋（Tropical Cyclone，TC）［18］划分为6个等级，即超强台风（Super TY，风力16级以上）、强台风（STY，风力14～15级）、台风（TY，风力12～13级）、强热带风暴（STS，风力10～11级）、热带风暴（TS，风力8～9级）、热带低压（TD，风力6～7级）.

2 NMTC的主要特征分析

2.1 NMTC年际变化

统计分析表明，1949—2018年在西北太平洋地区共生成热带气旋（TC）2299个. 其中，北上进入定义区的有180个，占生成总数的7.8%. 平均每年生成TC 32.8个，北上的有2.6个. NMTC 的年际差异明显，最多年份8个，出现在1994年；其次是7个，出现在1999年；在2012年和2018年各出现6个. 1993、2013、2017年这3年TC没有进入定义区. 线性倾向估计分析表明，近70年NMTC的频数呈略增加的趋势（图2）. 从长期变化趋势来看，20世纪90年代以前，NMTC的出现频数较均匀，为1～5个/a；90年代以后，震荡加剧，有3年没有出现NMTC，4年出现6个以上NMTC的年份也均出现在90年代以后.

图2 历年NMTCs年频数变化Fig.2 Annual frequency changes of NMTCs over the years

1949—2018年进入关键区的NMTC共有71个，年均1个，占NMTC的38.5%. 年最多是3个，分别出现在1962、1985、1994年；而有25年没有NMTC进入关键区（图略）.

2.2 NMTC的年代际变化

按年代统计NMTC 的频数，分析结果表明：进入定义区的NMTC 数量随年代总体呈波动状：20世纪50～90年代逐渐增多，90年代达到30个；21世纪00年代NMTC 减少，10年代开始又增加. 进入关键区的NMTC频数年代际变化不同，总体呈略减少趋势. 20世纪50～60年代最多，都是12个；其次是80年代11个，70年代和90年代最少，都是8个；进入21世纪，呈略增加趋势（图3）.

图3 NMTC进入定义区和关键区的频数年代际变化Fig.3 The frequency changes of NMTCs in the definition area or key area per age

2.3 NMTC的月际变化

从NMTC的频数月际分布来看，除了1月—4月、12月外，其他各月都有NMTC（图4）. 最早进入定义区的NMTC 是2006 年5 月18 日的1 号台风“珍珠”（Chanchu）；最晚的是1972 年11 月9 日的20 号台风“柏美娜”（Pamela）. NMTC 的北上时段趋于集中，高频期出现在7 月—9 月，共有164 个，约占全年总数的91.1% ；其中8月最多，有76个，约占全年总数的42.2%；8月NMTC中，年频数最大是4个，分别出现在1999、2012、2018年，7 月—9 月前后均明显减少. 进入关键区的NMTC 出现在6 月—9 月，最早进入关键区的是1990 年6 月25 日的9005 号台风“欧菲莉”（Ofelia）；最晚的是1971年9月25日的7123 号台风“贝丝”（Bess）.NMTC进入关键区以8月最多，有33个，约占全年总数的46.5%；其次是7月份24个，约占全年总数的33.8%；6月份只有2个. 8月份进入关键区的NMTC中，年频数最大是3个，出现在1985年.

2.4 NMTC的强度分析

NMTC 从暖湿的低纬度到中纬度地区，强度一般会明显减弱，但能够到达中纬度的TC 一般强度较强.对每个NMTC按照其整个生命史阶段的强度、进入定义区和关键区的强度分别进行统计（表1）.

图4 NMTC进入定义区和关键区的频数月际变化Fig.4 The frequency changes of NMTCs in the definition area or key area monthly

表1 1949—2018年NMTC的强度分类统计Tab.1 Statistics of intensity of NMTCs from 1949 to 2018

NMTC 在整个生命史中，最多的是超强台风，占NMTC 总数的31%；其次是台风，占25.5%；强台风占16.7%. 台风以上强度占了NMTC 总数的73.3%，热带风暴及以下强度仅占5%. 可见，能够进入定义区的NMTC大部分强度在强热带风暴以上.

NMTC 在进入定义区即到达进入30°N 后，强度明显减弱. 超强台风减少30%仅占1.1%；强台风减少12.3%占4.4%；台风减少3.8%占21.7%；台风以上强度占了进入定义区NMTC总数的27.2%. 热带低压增加18.3%占19.4%，热带风暴增加17.8%占21.7%，强热带风暴增加2.2%占23.9%. 超强台风减少幅度最大，热带低压增加幅度最大. 可见，NMTC在进入定义区后一般以台风以下强度为主，强热带风暴占比最大.

NMTC由定义区进入关键区即到达进入35°N后，强度进一步减弱，已没有超强台风和强台风；台风减少11.9%仅占9.8%，强热带风暴增加2.9%占26.8%，热带风暴增加10.7%占32.4%，热带低压略有减少占16.9%. 台风减小幅度最大，热带风暴增加幅度最大. 可见，NMTC在进入关键区后，强度一般减弱到强热带风暴以下，以热带风暴为主.

进入定义区后强度在台风以上的NMTC，首次登陆地点基本在浙江及以北地区. 首次登陆地点越偏北，进入定义区后的NMTC强度越强，主要是由于未登陆前海洋上源源不断的水汽输送和良好的环境有利于台风强度的维持. 如进入定义区后仍维持超强台风强度的两个NMTC，一个是5107 号超强台风“玛琪”（Marge）首次登陆地点在韩国，另一个是5907号超强台风“格鲁吉亚”（Georgia）首次登陆地点在日本. 这两个超强台风在西北太平洋生成后，一路北上. 而能够北上进入关键区后强度维持台风级别的NMTC，首次登陆地点基本在山东及以北地区. 如1215号超强台风“布拉万”（Bolaven）进入定义区后减弱为强台风，进入关键区后强度维持在台风级别，最后在朝鲜西北部地区首次登陆，登陆时强度减弱为强热带风暴，给我国东北地区带来大范围暴雨天气.

3 北上进入河北省的TC

由于地形原因，受山东半岛和辽东半岛的阻隔，1949年以来，在西北太平洋地区生成的2299个TC中，没有一个首次登陆地点为河北. NMTC由关键区能够进入河北地区的共有8个，均是间接登陆（表2）. 其中有2个在本地减弱消失，其余6个继续向西北或东北方向移动，影响内蒙古或辽宁. 在河北停留时间最长的是7416号和1810号台风“安比”（Ampil），均为14 h.“安比”也是进入河北强度最强的一个TC，始终保持热带风暴（TS）级别，直至移出河北. 有4个以热带低压（TD）强度进入河北，3个进入河北时已经减弱为低气压，风力仅有5级. 从表中可见，NMTC进入河北时的强度与其初次登陆时的强度没有明显的正相关关系.

表2 1949—2018年进入河北的NMTC统计Tab.2 Statistics of NMTCs in Hebei Province from 1949 to 2018

4 北上不同区域的TC对河北的影响分析

以北上进入定义区、关键区、河北地区3个不同区域的NMTC为例，分析不同距离TC对河北造成的影响.

4.1 进入定义区的9608号超强台风“贺伯”（Herb）

1996 年7 月31 日夜间9608号台风“贺伯”登陆台湾基隆，登陆时风力为14 级（强台风级别）；8 月1 日上午登陆福建福清，此次登陆时风力仍有12 级（台风级别）. 登陆后风力迅速减弱，穿越江西、湖南进入湖北，在湖北西北部的老河口市减弱消失（图5）.受减弱台风低压影响，8月3日—5日河北省出现了一次大范围的暴雨过程，其中中南部降了特大暴雨. 暴雨中心在石家庄市的西部山区，48 h 雨量超过100 mm 的 市（县）有34 个，超过200 mm 的市（县）有20 个.其中，石家庄市、井陉、平山、元氏4 市（县）降雨量均在400 mm 以上，邢台县野沟门水库和井陉县的吴家窑水文站分别观测到616 mm和670 mm.

9608号台风引发的是河北省自1963年以来最大的一次暴雨过程. 由于前期降雨偏多，加上此次特大暴雨，导致河北省西南部山洪暴发，河水猛涨，全省17座大型水库有10座库满溢洪，100多座中小水库泄洪；海河流域的子牙河、漳卫河、大清河发生自1963年以来的最大洪水，滹沱河上游发生超过1963年的特大洪水. 全省91个县市、1517万人受灾；冲毁耕地8.6×104hm2，农作物受灾面积1.2×106hm2，成灾9.2×105hm2，绝收4.3×105hm2；倒塌房屋200多万间，冲毁中小学校337所；石太、邯长铁路一度中断，大批水利设施遭毁坏，通讯、供电中断，使河北省的工农业生产和人民的生命财产遭受了巨大损失，据不完全统计，造成直接经济损失达456.3亿元［19］.

图5 “贺伯”、“麦莎”、“安比”的移动路径Fig.5 Paths of Typhoon Herb，Matsa and Ampil

此次远距离台风暴雨发生在副热带高压连续北跳和副热带环流强经向型的背景下，副热带高压、台风、中低空急流和中纬度西风槽的协同作用，形成多个稳定的暴雨云团，地面伴随多个中尺度系统发展造成了暴雨连续发生.

4.2 进入关键区的0509号强台风“麦莎”（Matsa）

2005 年8 月6 日凌晨3 时40 分，0509 号台风“麦莎”在浙江省玉环县沿海登陆，登陆时中心最大风力14级. 该台风先西北行后转向东北，先后经浙江、安徽、江苏、山东并于8日14时进入渤海，而后风暴中心以20 km/h左右的速度向东北方向移动，于9日07时10分在辽宁省大连市龙王塘镇再次登陆，进入辽东半岛.受其影响，8日08时—10日08时，河北自东向西出现降水，沧州、廊坊、唐山、秦皇岛、承德共有105个雨量站出现了50～100 mm 的暴雨，其中，沧州、廊坊、唐山有13 个雨量站出现了大于100 mm 的大暴雨，唐山乐亭降水量为达115 mm. 沿海地区8日出现7～9 级偏东大风，唐山曹妃甸阵风达到10级. 受台风和天文大潮的共同影响，渤海北部出现了近20年来最高潮位，曹妃甸最高潮位超过4 m，沧州沿海出现了5.02 m的最高潮位，超过5 m的警戒水位，秦皇岛新开港码头潮位距堤坝仅15 cm，接近承载水位. 沿海的部分盐田和虾池在狂风暴雨中受到损失，部分交通、电力输送受到影响，仅唐山地区经济损失就达840 万元［4］.

“麦莎”对河北的影响既有远距离的影响，又有台风北上变性过程中的直接影响. 副热带高压是此次台风路径的直接影响系统，高低空急流的耦合配置是此次强降水的一个重要原因. 暴雨区上空有准饱和且深厚稳定的湿层，低层强烈辐合与高层辐散互相配合；台风东部暖、西部冷，中低层偏东风急流将海洋上的高能量暖湿空气向暴雨区输送，为此次台风暴雨的产生和维持提供了充沛的水汽、热力和动力条件.

4.3 进入河北的1810号台风“安比”（Ampil）

2018年第10号台风“安比”于7月22日12时30分在上海崇明东部登陆，登陆时中心附近最大风力10级（强热带风暴级）. 台风登陆后继续北上，经过江苏、山东后，于7月24日3时10分移入河北省沧州市南皮与盐山交界处. 入境时“安比”维持热带风暴级别，中心最大风力达8级（热带风暴级），是1949年以来第一个保持热带风暴强度直接影响河北的台风. 7月24日17时，“安比”中心由承德移出进入辽宁，最后在内蒙古开鲁境内变性为温带气旋. 受其影响，7月23日20时—24日20时，河北东北部地区出现暴雨，其中承德、唐山、秦皇岛、廊坊等地区有252个雨量站降水超过100 mm，三河、青龙、大城等8个站达大暴雨，三河日最大降水量突破该站有气象记录以来历史最大值. 最大降水量出现在青龙祖山，为322.6 mm. 河北省沿岸海域和沿海地区先后出现7～8级大风，阵风9～10级，秦皇岛昌黎的十里铺乡葡萄沟最大风力达25.2 m/s（10级）.

综上分析，无论远距离NMTC还是受NMTC直接影响都有可能为河北带来狂风暴雨，灾害程度因距离不同而各异. 远距离NMTC与中纬度西风槽相互作用主要产生暴雨洪涝灾害，而近距离或受NMTC直接影响，风灾可能更多；NMTC登陆前后若适逢天文大潮期，风暴潮与天文大潮相耦合，则潮灾更加严重.

5 结论与讨论

1）1949—2018年共计70年间在西北太平洋地区平均每年生成TC 32.8个，北上进入定义区的有2.6个，占TC 生成总数的7.8%. 1949—2018 年NMTC 的频数呈略增加的趋势，进入关键区的NMTC 年均1 个，占NMTC总数的38.5%.

2）NMTC频数按年代统计分析总体呈波动状：20世纪50～90年代逐渐增多，90年代达到波峰；进入21世纪00年代减少，10年代开始又增加. 进入关键区的NMTC频数随年代总体呈略减少趋势.

3）NMTC最早进入定义区是5月18日，最晚是11月9日. 北上时段集中在7月—9 月，约占全年总数的91.1%，8月最多；进入关键区的NMTC出现在6月—9月，其中8月最多，约占全年总数的46.5%.

4）能够进入定义区的NMTC 大部分强度在强热带风暴以上. NMTC 在整个生命史中，最多的是超强台风，台风以上强度占NMTC总数的73.3%；进入定义区后，强度明显减弱，一般强度在台风以下，强热带风暴占比最大，超强台风减少幅度最大；进入关键区后强度一般减弱到强热带风暴以下，已没有超强台风和强台风，而以热带风暴为主. 另外，进入定义区后强度在台风以上的NMTC，首次登陆地点一般在浙江及其以北地区；能够进入关键区后强度维持台风级别的NMTC，首次登陆地点一般在山东及其以北地区.

5）在西北太平洋上生成的TC北上时没有首次登陆地点为河北. 70年间能够进入河北地区的NMTC共有8个，均是间接登陆；NMTC进入河北时的强度与其初次登陆时的强度没有明显的正相关关系.

6）无论远距离NMTC 还是受其直接影响都有可能为河北带来狂风暴雨，灾害程度因距离不同而各异.远距离NMTC与中纬度西风槽相互作用主要产生暴雨洪涝灾害，而近距离或受NMTC直接影响，风灾可能更多；NMTC登陆前后若适逢天文大潮期，风暴潮与天文大潮相耦合，则潮灾更加严重.