台风“韦帕”的非对称结构特征及其登陆异常的成因分析

2021-04-18曾佩芳薛宇峰徐建军

气象研究与应用 2021年1期

曾佩芳，薛宇峰*，梁梅，徐建军，徐峰

（1.广东海洋大学海洋与气象学院，广东湛江 524088；2.广东海洋大学南海海洋气象研究院，广东湛江 524088）

台风路径与台风暴雨历来是人们关注的焦点，大量研究分析了台风暴雨与垂直运动、水汽输送、边界层辐合和层结稳定度的关系［1-4］；也有研究表明，副热带高压、西风槽和越赤道气流等外部环境场的变化对台风路径转向有影响［5］；当台风非对称性加强时，移向转为大风速轴方向，也易造成打转的异常路径［6］。这些成果加深了人们对台风活动规律的认识，提高了台风路径和风雨的预报能力，但异常路径及其成因始终是台风预报中的难点之一。

利用0.25°×0.25°分辨率的ERA5 再分析资料，分析了热带气旋“韦帕”的环流背景和物理量场特征，探讨了“韦帕”路径演变及强降水发展变化的可能原因。

1 “韦帕”概况

1.1 登陆后的降水特征

1907 号台风“韦帕”（Wipha）于7 月31 日08 时（北京时，下同）在南海中部海面生成，8 月3 日20时在越南境内消亡，给海南、广东、广西带来了100～300mm 的降雨量，海南昌江、东方、广东江门、阳江、茂名、湛江及广西钦州局地380～468mm，最大小时雨强60～113mm。8 月1 日凌晨“韦帕”登陆海南停滞、打转6h 后又入海北上，傍晚前后在湛江再次登陆，期间，海南中北部、广东西南部普降暴雨到大暴雨；1 日晚至2 日，“韦帕”西行进入北部湾，强降水主要出现在海南和雷州半岛西部、广西南部，阳江至珠江口一带也有分布不均的暴雨到大暴雨；2 日夜间“韦帕”登陆防城港至3 日进入越南境内减弱，强降水区主要出现在广西西南沿海地区，粤西沿海局地也出现大暴雨。

1.2 移动路径

7 月31 日08 时在南海中部海面初生的“韦帕”最大风速18m·s-1，中心最低气压992hPa，其中心位于海南文昌东偏南约330km 的海面上，以大约20km·h-1的速度沿着西北路径向海南靠近（图1）。8月1 日凌晨01∶50 前后在海南文昌沿海登陆，登陆时中心附近最大风力9 级（23m·s-1），最低气压985hPa。登陆后在海南东北角停滞、打转近6h 后，再次入海并向偏北方向移动。8 月1 日17∶40，在湛江市坡头区沿海再次登陆，中心最大风力9 级，最低气压985hPa。随后“韦帕”折向偏西方向穿越雷州半岛并于1 日夜间来到北部湾海面，次日21∶20 前后在广西防城港沿海第三次登陆，中心附近最大风力依然达到9 级，之后西南向进入越南，3 日05 时，其中心位于越南北江境内，最大风力8 级（20m·s-1），中心最低气压988hPa。“韦帕”在越南境内向西南方向移动，强度逐渐减弱，3 日20 时减弱消失。“韦帕”生命期达99h，对华南中西部沿海地区的影响超过30h；三次登陆，强度并没有明显地变化，一直维持热带风暴级别（9 级大风），并且移动速度减慢到10km·h-1以下。

图1 1907 号台风“韦帕”移动路径

2 路径成因分析

2.1 500hPa 环流形势

7 月31 日西太平洋副热带高压强度强、位置偏北，呈带状分布，588dagpm 西脊点伸到113°E、30°N附近，592dagpm 线也伸向朝鲜半岛南部。“韦帕”位于副高西南侧、受偏东气流引导，沿西北路径移动。7月31 日夜间之后，副高开始缓慢减弱东撤，转呈方头形态；8 月1 日清晨，台风中心基本稳定在110°E附近，但副高西脊点逐渐东退到120°E 附近，副高与台风渐行渐远，致使其引导气流变弱，“韦帕”移速变缓，以12km·h-1左右的速度缓慢移行。受副高东移和方头状的影响，“韦帕”先在海口—文昌之间打转，6h 后转向偏北方向移动，1 日傍晚到达湛江市区沿岸。2 日以后，副高强度、位置维持少变，08 时在副高西南侧台湾岛北部形成一个气旋性环流并缓慢加强，20 时在菲律宾西北部南海海面也出现一个气旋性环流。虽然这两个热带低压气旋环流强度不强，但都维持到3 日凌晨，与“韦帕”共同形成“双台风效应”，从而导致“韦帕”登陆湛江后又转向偏西方向进入北部湾，最后在广西防城港沿海第三次登陆。

500hPa 风场显示，“韦帕”登陆海南文昌后，由于副高东撤，对“韦帕”引导减弱，台风内部结构的作用就显得更重要了。而此时恰好中心附近的风速表现出明显的非对称结构，第一、第二象限风速大于第三、第四象限风速。第二象限的东北风风力要大于第四象限中的西南风，在内力作用下，有利于台风发生逆时针打转，所以在文昌登陆后，台风转向西南方向移动。类似地，在后期登陆广西后，呈现出第二象限流线密而第四象限流线疏的非对称结构，第二象限中的东北风要大于第四象限的西南风，台风再次发生逆时针转向，使得“韦帕”第三次登陆广西后转向西南方向移动。之后，“韦帕”远离广西，进入越南境内逐渐减弱消失。

2.2 850hPa 风场

850hPa 风场图上，8 月1 日02 时“韦帕”登陆海南前后，强风区主要在第一、第二象限，超过24m·s-1的最大风速集中在第二象限，东北风强盛，促使“韦帕”向西南偏转。此后副高减弱东撤出现方头形态，两广交界、两湖一带出现负变高，有利于台风掉头北上，最终在海南东北部海口-文昌一带形成先南下后北上的转圈路径；同时台风环流整体风速稍有减弱，强风区主要出现在第二象限和第三象限，最大风速在22～24m·s-1之间。至2 日02 时风速继续减小，大风范围也缩小，强风区主要集中在第一象限，以东南偏东气流为主，引导台风向偏西方向移动。由于南海北部和北部湾海温极高，7 月31 日20 时至8 月2日02 时持续维持的西南风水汽输送带为台风提供了源源不断的水汽，所以“韦帕”基本保持原有强度并于2 日21∶20 前后在广西第三次登陆，风力开始逐渐减弱，中心附近风速趋于对称分布。

综合500hPa 和850hPa 分析可知，8 月1 日前“韦帕”西行登陆海南主要是受副高引导，随后副高东退，“韦帕”受内力和不对称结构作用而转折向北登陆湛江。1 日晚再次西折，主要是受到台湾岛北部和菲律宾西北部南海热带低压气旋性环流与“韦帕”构成的“双台风效应”以及“韦帕”自身的不对称结构两者叠加作用的结果。

3 降水成因分析

3.1 水汽条件

计算500hPa 与850hPa 之间的水汽通量散度之差，称为水汽通量相对散度［7］（D500-850），水汽通量相对散度越大，表明在对流层低层水汽堆积越强，越有利于水汽抬升凝结，形成的暴雨越强［8］。

31 日20 时，（0～10）×10-6g·（cm2·hPa·s）-1的水汽通量相对散度正值区几乎覆盖海南全岛（图略），珠三角地区D500-850也较大，降水加强，与ERA5 给出的3 小时累积降水量的变动对应一致（图4a）。1 日02 时，广西南部、广东中部为弱正值区，强中心在粤西南的湛江以及海南南部，8×10-6g·（cm2·hPa·s）-1的大值区域与湛江附近的暴雨落区吻合。2 日02时，广西西南至东北、海南西北部均为D500-850正值区，20～25×10-6g·（cm2·hPa·s）-1的大值中心位于广西与广东云浮交界处，强降水落区逐渐移入广西；此时，广东茂名以西至雷州半岛也被正值区覆盖，2 日雷州半岛局部也出现大暴雨。3 日02 时，阳江沿海一带D500-850中心值超过8×10-6g·（cm2·hPa·s）-1，对应3日阳江至茂名一带的暴雨。此后广东处在弱的D500-850正值区或负值区内，降水强度逐渐减弱。

925hPa 和850hPa 水汽通量和流场（图略）表明，西南季风为“韦帕”提供了丰沛的水汽输送。31日粤西的水汽通量逐渐增大，20 时粤西沿海出现40×10-4g·（cm·hPa·s）-1的水汽通量中心值，广东沿海强降水开始。造成沿海地区强降水的水汽主要来自台风北侧的偏东气流，随着台风西北移，水汽通量持续加强。1 日08 时，台风在文昌登陆并在海南东北部打转，水汽通量大值中心位于台风中心南侧和北侧，925hPa 粤西地区上空有35～40×10-4g·（cm·hPa·s）-1的水汽通量高值分布，海南南部海面也有强的水汽通量。傍晚台风登陆湛江，水汽通量中心也北移到西北侧，在粤西北部至广西东南部有一个40×10-4g·（cm·hPa·s）-1水汽通量中心，降水落区也移向西北部，水汽主要来自台风北侧的偏东气流和东侧的东南气流。随着台风西移，珠江口以东地区水汽通量逐渐减弱。2 日08 时，水汽通量中心进一步西移，20 时水汽通量强度和范围整体减弱，广东降水趋于结束。

3.2 垂直运动

7 月31 日20 时到8 月1 日02 时的500hPa 和850hPa 垂直速度（图略）显示，广东沿海一带以及海南东北角的垂直速度明显增大，降水增强。1 日02时500hPa 珠江口以西至湛江沿海一带出现-（2.5～3.0）hPa·s-1的上升气流中心区，对应广东沿海出现暴雨强降水过程。08 时500hPa 海南中部出现-（0.9～2.0）hPa·s-1的上升气流，也形成强降水中心。随着台风北上，粤西和珠三角沿海一带的上升运动强中心也北抬，20 时500hPa 两个中心分别位于粤西北部和珠三角区域，在低层850hPa 也有两个上升运动强中心，维持了近6h，该上升运动区与粤西以及珠三角地区的大暴雨中心相对应。

3.3 涡度场和散度场

7 月31 日20 时850hPa 涡度场，广东沿海以及海南逐渐受到台风正涡度中心外围影响，随着台风逐渐西移，海南东北部逐渐进入正涡度中心区，强降水主要出现在粤西南沿海到海口一带。1 日02 时台风正涡度区完全覆盖海南岛东北部及湛江，30×10-5·s-1的正涡度中心位于海南东北角，强降水就出现在该地区，08 时中心涡度值继续增大到41×10-5·s-1。“韦帕”二次登陆湛江后转向偏西移动，台风正涡度中心从粤西沿海一带逐渐移到北部湾，2 日02 时，北部湾和珠江口附近分别出现两个正涡度中心，导致广西南部和珠三角一带出现分布不均的大暴雨。08 时以后北部湾的正涡度中心移入广西南部，广东和海南的正涡度场迅速减弱，降水开始减弱。

1 日08 时200hPa 散度场（图略）上，强辐散区出现在台风中心偏西位置，中心值达到10×10-5·s-1，珠江口一带也呈现强烈的高空辐散；同时，925hPa（图略）在海南中部和珠江口附近产生辐合，高层辐散值大于低层辐合值，配合水汽通量显示的丰沛的水汽输送，导致这个时段在海南和珠江口同时出现暴雨以上量级的强降水。2 日08 时，925hPa 辐合中心移入广西，广东、海南降水开始明显减弱。