1917号台风“塔巴”对浙江沿海风场的影响及其成因分析

邱王泽禾，章蓝文

(1.台州市椒江区气象局，浙江 台州 318000； 2.台州市黄岩区气象局，浙江 台州 318020)

台风是热带洋面上生成的气旋环流，台风所造成的损失高居十大自然灾害之首。根据陈联寿等(1979)统计，在台风所造成的各种气象灾害中，大风灾害会导致船只翻沉、房屋倒塌，甚至会直接威胁到人民的生命财产安全，台风大风预报一直是台风预报研究的重点之一[1]。浙江地处我国东南沿海，经济发达、人口稠密，是频繁遭受台风灾害的省份之一。目前国内对于台风大风的研究已经有许多研究成果。陈联寿(2001)对中国气象科学研究院在热带气旋领域的研究作了一次系统性的回顾[2]。杨玉华等(2004)利用1949—2001年我国台风大风实测记录资料对在此期间登陆我国的台风引起的大风分布特征进行了统计分析[3]。俞燎霓等(2013)对台风给浙江沿海所造成的大风分布特点做了统计分析[4]。杨祖芳等(1999)通过运用1996—1997年间16个热带气旋的云顶亮温特征来确定海面的大风区[5]。还有很多气象人员为了寻找台风大风的成因，对个例进行了仔细分析。曹楚等(2013)[6]对0908号台风“莫拉克”影响期间浙江大风的成因作了分析，认为鞍型场、台风的相互影响导致该台风长时间影响浙江。

浙江省气象部门为加快气象现代化建设，2004年起在浙江沿海大量布设气象自动观测站。这在一定程度上弥补了沿海大风观测的空白，为分析研究影响浙江的台风大风提供了准确的观测资料。台风大风的影响因素与台风本身的强度与结构、周围天气系统以及地形等因素都有密切关系。目前研究大多集中在登陆或者强度剧烈的台风上，而忽视了对某些非登陆台风或者强度偏弱台风的分析。1917号台风“塔巴”在125.0°E以东转向远离，强度为台风级别，但却给浙江沿海海面造成持续130余小时的大风过程，给浙江沿海一带的海上运输、海洋捕捞以及旅游业都造成严重影响。本研究综合了各种资料，分析台风“塔巴”对浙江沿海风场的影响及其成因，试图为台风期间浙江沿海风场的预报工作寻找一些线索，为今后业务开展和决策服务提供一定的参考依据。

1 材料与方法

本研究中除特殊说明外，大风指极大风力≥8级(极大风速≥17.1 m/s)的风。选取浙江南部至北部沿海5个气象站用于研究，其中南部至北部各自选取1个国家代表站，由于此次台风大风过程浙江中北部沿海影响严重，因此另外选取该地区两个中尺度自动气象站用于辅助研究(表1)，其中南麂站为南部沿海代表站点；大陈站和雀儿岙站为中部沿海代表站点；白沙站和马迹山站为北部沿海代表站点。根据浙江省《台风业务和服务规定》，浙江省台风业务警戒线包括24 h警戒线和48 h警戒线，其中24 h警戒线范围如图1所示，当预计台风未来24 h内进入24 h警戒区或台风中心已经在24 h警戒区内时，应当发布台风警报及以上的警报类别。

表1 浙江南部至北部沿海5个气象站经纬度和海拔高度信息

2 结果与讨论

2.1 台风“塔巴”与相似路径台风的对比及其大风特点

2.1.1 相似路径台风大风对比 图1为1917号台风“塔巴”、1905号台风“丹娜丝”和1913号台风“玲玲”移动路径。中央气象台于2019年9月18日23时(北京时间，下同)将“塔巴”认定为热带低压。19日14时其在西太平洋洋面上升级为热带风暴并正式编号。20日14时升级为强热带风暴，于当日20时开始进入浙江省台风24 h警戒线。21日08时升级为台风级并向北偏西方向移动，17时其最西点位于125.3°E，并开始向东北方向移动。22日11时减弱为强热带风暴移出24 h警戒线，并继续向东北方向远离。23日14时变性为温带气旋，中央气象台对其停编。

中央气象台于2019年7月15日17时将“丹娜丝”认定为热带低压。16日15时升级为热带风暴，于18日09时开始进入24 h警戒线，之后向偏北方向移动，在舟山移动的东海海面上达到其巅峰强度(热带风暴级)，其位置的最西点位于123.8°E，20日02时移出24 h警戒线，最终于21日23时被中央气象台停编。

“玲玲”于2019年9月2日在菲律宾以东洋面生成，之后向偏北方向移动，强度迅速增强。9月5日10时加强为超强台风，18时进入24 h警戒线，之后一直维持超强台风级别向偏北方向移动，其位置的最西点位于125.0°E。6日20时减弱为强台风，7日01时移出24 h警戒线向偏北方向远离，8日10时变性为温带气旋，中央气象台对其停编。

对比来看，台风“丹娜丝”虽然强度弱于台风“塔巴”，但是其移动路径的偏西分量要比“塔巴”大的多；台风“玲玲”与台风“塔巴”移动路径的偏西分量虽然只相差0.3个经度，但是台风“玲玲”的强度却远远大于台风“塔巴”。台风“塔巴”影响期间，浙江沿海地区普遍出现11～13级大风，沿海海面大风过程持续130余小时；台风“丹娜丝”给浙江沿海地区造成8～10级大风，沿海大风持续时间10余小时；台风“玲玲”影响期间，浙江中北部沿海普遍出现9～11级大风，北部个别站点达12～13级，沿海大风持续时间20余小时。由此可见，台风“丹娜丝”和“玲玲”对浙江沿海造成的大风影响相比于台风“塔巴”要小很多。

2.1.2 台风“塔巴”大风特点 图2为浙江沿海自动气象站2019年9月18日08时至22日20时逐3 h极大风速的变化。可以发现此次台风大风过程具有以下几个特点：①沿海9级大风起风时间早。19日14时，台风正式开始编号，此时距离台风中心934 km的大陈站已经出现9级大风；②大风影响期间强度强、范围广。在“塔巴”影响期间浙江沿海普遍出现了11～13级大风，浙江中西部部分平原地区也出现8级以上大风，个别高山站有12级大风(图略)。其中9月21日16时，“塔巴”中心位于东海海面上，近中心最大风速为33.0 m/s(12级下限)，台风西北侧的7级风圈为500 km，10级风圈为200 km，此时距离台风中心333 km的浙江中部雀儿岙站1 h极大风速达到了37.2 m/s，10级风圈之外站点风速大大超过台风中心最大风速，而且距离台风中心550 km以上的浙江中西部部分平原地区也有8级及以上的大风出现；③大风影响时间长。21日17时，“塔巴”已经向东北方向移动远离浙江，移动速度为25.0～30.0 km/h，22日11时，“塔巴”已经减弱为强热带风暴移出浙江省台风24 h警戒线，并加速向东北方向远离，此时台风西南侧7级风圈为380 km，10级风圈为100 km，而此时距离台风中心450 km的浙江北部马迹山站仍维持9～10级大风，浙北沿海多数站点8级以上大风一直持续到23日下午。

图1 1917号台风“塔巴”、1905号台风“丹娜丝”和1913号台风“玲玲”移动路径以及浙江省台风24 h警戒线Fig. 1 Tracks of the typhoons 1917 Tapah,1905 Danas,1913 Lingling and a 24-hour typhoon warning line of Zhejiang Province

图2 浙江沿海自动气象站2019年9月18日08时至22日20时逐3 h极大风风速的变化Fig. 2 Evolution of every 3 hours extreme wind speed at the automatic meteorological stations along the Zhejiang coast from 08:00 BT 18 to 20:00 BT 22 September， 2019

2.2 台风发展过程中冷空气作用分析

2.2.1 气压梯度的作用 风场与气压梯度有着非常密切的关系。气压场分布影响风场分布，陈联寿等根据陆上气压场不同，将台风影响下大风天气分为低压型和冷空气结合型[1]：前者受陆地低压控制，在台风到来之前由于维持低气压梯度导致风力较小，直到台风临近受其本体环流影响才出现大风；后者受地面冷空气南下影响，气压梯度加大，造成台风未到，陆上东北大风已经先起。2019年16日08时地面弱冷空气已经渗透南下(图略)，浙江沿海风力有所增大。由图3可知，随着弱冷空气前锋影响，位于浙江中部沿海的大陈站已经有部分时次出现8级大风，之后虽然地面弱冷空气仍在不断南下影响，但是大陈站的极大风力基本维持在7级上下，并未达到大风级别。18日08时之后，逐渐形成的“塔巴”环流与浙江沿海的地面弱冷空气之间形成一定气压梯度的堆积，使得偏北风风速迅速增大。18日14时之后，大陈站的极大风力便一直维持在9级上下。

图3 2019年9月16日08时至9月19日20时大陈站逐小时极大风速变化Fig. 3 Hourly variation of extreme wind speed at Dachen automatic meteorological stationfrom 08:00 BT 16 to 20:00 BT 19 September， 2019

图4 2019年9月18日14时和9月19日14时500 hPa高度场和850 hPa风场叠加以及对应时次的地面气压场Fig. 4 Height of 500 hPa， wind of 850 hPa and surface pressure at 14:00 BT 18 and 19 September， 2019(a)为9月18日14时500 hPa高度场和850 hPa风场叠加；(b)为9月19日14时500 hPa高度场和850 hPa风场叠加；(c)为9月18日14时地面气压场；(d)为9月19日14时地面气压场；图(a)、(b)黑色实线为500 hPa高度场，单位为dagpm，蓝色风杆为850 hPa风场；图(c)、(d)实线为地面气压场，单位为hPa。

图5 2019年9月18日08时500 hPa高度场上相对湿度、风场和温度场的叠加图Fig. 5 Relative humidity, wind and temperature of 500 hPa at 08:00 BT 18 September， 2019图中阴影部分为相对湿度，单位为%，蓝色风杆为风场，红色虚线为温度，单位为℃。

进一步分析形势场，图4是2019年9月18日14时和9月19日14时500 hPa高度场和850 hPa风场叠加以及对应时次的地面气压场。18日14时[图4(a)],500 hPa中高纬度地区为“两槽一脊”的形势，东亚大槽位于东北北部，浙江位于高空槽后，850 hPa沿海一带有弱冷空气渗透南下。脊区位于内蒙古北部，副热带高压(以下简称“副高”)呈带状分布，高压中心位于日本东南洋面。副高南侧“塔巴”环流形成并发展，地面图上[图4(c)]，在30.0°—45.0° N一带，华北高压东移，高压底部向浙江中部沿海一带突出，浙江中部沿海与“塔巴”环流中心气压差为15.0 hPa，此时大陈站与台风低压环流相距约1 058 km，由此可以大致得出浙江与“塔巴”环流之间的气压梯度为1.4 Pa/km；19日14时[图4(b)]，500 hPa东亚大槽东移，内蒙古西北部小槽东移，850 hPa浙江沿海一带弱冷空气继续渗透南下。此时“塔巴”已经发展为强热带风暴，副高断裂成东西两块，海上副高位于日本东南部洋面，西脊点位于134.0°E附近，台风“塔巴”在海上副高的引导下向偏西方向移动靠近，浙江处于大陆高压区，此时大陈站与台风环流之间相距约为934 km。地面图上[图4(d)]，“塔巴”环流的发展使得浙江中部与其环流中心的气压差增大到21.3 hPa，台风中心与浙江中部沿海之间的气压梯度为2.3 Pa/km，较前一日有所增大，有利于大风继续维持。综上，虽然浙江沿海海面在16日由于地面弱冷空气的影响，已经出现8级大风，但是由于此次冷空气势力较弱，短暂的8级大风过后，浙江沿海一带风力基本维持在7级左右。台风环流与浙江沿海地面弱冷空气之间形成一定的气压梯度堆积以及后续随着台风环流的发展加强，两者之间气压梯度进一步增大，是导致此次台风大风提早出现的原因之一。

2.2.2 干冷空气入侵分析 在此次沿海大风过程中，干的弱冷空气扮演了非常重要的角色。狄利华等(2008)通过研究冷空气对热带气旋变性的作用，提出弱冷空气有利于热带气旋变性加强的观点[7]。本研究参考Browning等(1995)对干冷空气的描述，以相对湿度(RH)<50%来表征干空气[8]。图5为18日08时500 hPa相对湿度、温度和风场的叠加，其中阴影部分表示RH<50%。可以看到华东和华南沿海一带存在干空气。同时从500 hPa温度场的分布来看，干区对应的位置为冷区，表征华东和华南沿海一带有干冷空气正渗透南下。假相当位温(θse)是温度、湿度和气压的函数。TBB (Black Body Temperature)是云顶黑体亮温，在有云区，TBB值一般≤0 ℃，并且数值越低表征云顶越高。因此，可以根据TBB资料来推断天气系统的移动、强度变化以及可能伴随的天气现象等。2019年18日14时[图6(a)]，“塔巴”低压环流发展，整个低压云系表现为椭圆型，主要的TBB位于低压环流的西南侧，最低数值在-72℃左右，云系比较密集。19日14时[图6(b)]，“塔巴”环流继续发展，由原先的东北—西南向转为南—北向，北侧云系稀疏，结构松散，主要的TBB大值区位于台风环流南侧，整个台风云系表现为明显的偏心结构。此时台风停滞少动，与其西北侧的冷空气相对距离缓慢缩小。20日14时[图6(c)]，此时台风环流结构向西北方向倾斜，移动缓慢。台风的密蔽云区和螺旋云系结构清晰，最小亮温中心处于台风密蔽云区中心附近，TBB最小数值为-82 ℃，台风强度增强。21日14时[图6(d)]，台风进一步发展且移速加快，随着台风外围环流与冷空气距离拉近，部分干冷空气开始侵入台风环流，台风环流西北象限的干冷空气团和台风内部的暖空气团之间的θse等值线开始变得密集，在浙江沿海一带形成一条明显的南—北向温度梯度大值区，环流附近风速增强。22日14时[图6(e)]，随着台风西侧干冷空气逐渐逆时针卷入台风环流，TBB数值减小，台风环流南侧已经开始出现无云区，台风“塔巴”开始减弱，此时台风环流与西风槽逐渐靠近，槽后的偏北气流与台风西侧环流叠加，浙江中北部沿海地区大风持续。与此同时，由于干冷空气的侵入，冷、暖空气相互作用累积并释放斜压能，导致台风开始发生变性。23日08时(图略)，此时500 hPa台风环流已经并入西风槽，低层环流维持，台风进一步变性减弱。

2.2.3 台风热力结构变化分析 为了更清晰地揭示台风的垂直结构特征，特别是干冷空气入侵对台风塔巴强度影响的可能机制，下面从垂直方面做进一步探讨。2019年20日14时[图7(a)]，塔巴台风热力结构对称，暖中心位于低层925 hPa，台风环流发展。21日14时[图7(b)]，台风与影响浙江沿海的干冷空气距离进一步拉近，台风中心西侧850 hPa以下有一温度梯度带，部分冷空气已经开始入侵台风的低层中心，此时台风热力结构对称，暖中心分裂成两个，分别位于400 hPa和600 hPa附近，台风中心附近θse等值线逐渐密集，温度梯度进一步加大。22日14时[图7(c)],冷空气入侵范围延伸至600 hPa和127.0°E附近，且台风西侧θse等值线逐渐密集，冷暖空气相互作用加剧。此时台风内部结构已经开始发生倾斜，600 hPa暖中心维持，400 hPa暖中心上抬。到了22日20时[图7(d)]，随着冷空气的不断侵入，台风西侧700 hPa以下θse等值线更加密集，台风“塔巴”低层的暖心结构已经基本被冷空气占据，高层的暖心结构虽然强度维持，但是高度进一步上抬，形成上暖下冷的中心结构，台风由最初的正压对称结构变成斜压非对称结构，台风“塔巴”变性减弱。

2.3 物理量场分析

21日08时“塔巴”增强为台风级别并向北偏西方向移动，逐渐靠近浙江沿海。此时台风近中心最大风速为33.0 m/s，其西北侧的7级风圈为320 km，10级风圈为100 km，而距离台风中心约450 km的浙江中部沿海大陈站1 h极大风速已经达到30.4 m/s。之后,“塔巴”进入浙江省台风24 h警戒线进一步靠近并且强度维持，大陈站极大风速继续增大。22日14时，“塔巴”减弱移出台风24 h警戒线，并且加速向东北方向远离，此时“塔巴”中心已经距离大陈站约640 km，而浙江中部沿海部分站点仍长时间维持8级左右大风。

对21日08时至22日20时垂直速度和全风速沿28.5°N(浙江中部沿海大致所处纬度)进行剖面分析。21日08时[图8(a)],全风速有两个大值中心，一个最大风速中心21.0 m/s位于122.0°E上空850～900 hPa，一个27.0～30.0 m/s位于128.0°E上空500～800 hPa。120.0°—122.0°E上空低层处于全风速密集带，且随高度向西倾斜。122.0°—128.0°E上空400～900 hPa普遍是垂直上升区，垂直上升速度有两个中心，一个中心位于122.0°E上空800～900 hPa，垂直速度中心最大值为-1.4 Pa/s；一个中心位于124.0°E上空400～600 hPa，中心最大值为-0.8 Pa/s。浙江(118.0°—121.0°E)普遍位于下沉气流区，下沉气流最大速度为0.5 Pa/s，这样就形成了垂直的环流，有利于风速大值区向西输送和高层的动量下传，使得近地层风速开始增大。之后的几个时次，全风速中心和垂直速度中心逐渐向东移动且中心风力逐渐增大，到21日20时(图略)全风速中心已经达到40.0 m/s，高度在124.0°E上空700～850 hPa。118.0～121.0°E维持下沉气流，垂直环流配置维持并且全风速中心高度降低，有利于将高层强风速下传。22日14时[图8(b)]，台风“塔巴”向东北方向移动，500 hPa高空槽东移，两者逐渐靠近。118.0°E位于高空槽前上升运动区，垂直速度中心最大值为-1.0 Pa/s，下沉气流区略往东移且强度加强，中心值为1.2 Pa/s。全风速最大中心22.0 m/s，位于122.0°E附近及以东，密集带位于122.0°E以西，垂直环流配置仍然维持。因此，垂直方向环流的维持和加强，使得高层动量下传和水平方向上动量的输送得以长时间进行，因此近地层风速能够得到不断补充和加强。

图6 2019年9月18日14时至9月22日14时850 hPa θse、10 m流场和TBB的叠加图Fig. 6 Overlaps of θse of 850 hPa, stream distribution on the 10 m and TBB at 14:00 BT from 18 to 22 September， 2019(a)为18日14时，(b)为19日14时，(c)为20日14时，(d)为21日14时；(e)为22日14时；图中红色实线为θse等值线，数值单位为K，黑色带箭头实线为10 m风的流场。

2.4 地形作用引起的风场再分布

地形不管是对降雨还是风场的再分布都具有非常重要的作用。浙江地势呈现西南向东北阶梯状倾斜。在雁荡山—括苍山—天台山山脉东侧为海拔较低的沿海平原地区，海拔多在100m以下，使得沿海一带地面摩擦减弱作用小，台风“塔巴”形成的大风所受到的减弱作用小，所以浙江沿海平原是大风形成的有利地区，10级以上的强风区也基本都出现在该地区。9月21日08时，此时台风中心距离温州的南麂站为511 km，距离台州的大陈站约为450 km。此时由于干冷空气、垂直环流等作用，大陈站已经出现10级偏北大风，而由于雁荡山—天台山山脉的阻挡作用有效地减弱了偏北风力，南麂站风力此时仍未达到8级。此外，地形能使系统性风向发生改变，在某些地方发生辐合或辐散。雀儿岙站和大陈站均位于浙江台州东部沿海，两者仅相距63 km，但是雀儿岙站在“塔巴”影响期间出现多个时次超过37.0 m/s的极大风速，而大陈站台风过程的极大风速在33.0 m/s左右。这是由于天台山—四明山山脉的地形作用，使得偏北风偏转为西北风与台风外围的东北风相互挤压南下，出现类似于“喇叭口”的形状，而雀儿岙站正是位于其下风的出口位置，因此风力较周边站点大。

图7 2019年9月20日14时至9月22日20时过台风塔巴中心的温度距平和θse的垂直剖面Fig. 7 Vertical profiles of the temperature departure and the θse at the center of typhoon from 14:00 BT 20 to 20:00 BT 22 September， 2019(a)为20日14时，(b)为21日14时，(c)为22日14时，(d)为22时20时；阴影部分为温度距平，单位为℃；实线为θse等值线，数值单位为K；黑色实心圆表示塔巴台风中心。

图8 2019年9月21日08时和22日14时沿28.5°N垂直速度和全风速的剖面图Fig. 8 Profiles of vertical velocity and the wind speed along 28.5°N at 08:00 BT 21 and 14:00 BT 22 September， 2019(a)为9月21日08时，(b)为9月22日14时；红色线为垂直速度等值线，数值单位为Pa/s(实线为正值，虚线为负值)；黑色实线为全风速，单位为m/s；蓝色矩形为下沉气流区。

3 结论

(1)1917号台风“塔巴”影响期间，浙江沿海普遍出现11～13级大风，中西部部分平原出现8级以上大风，个别高山站有12级大风。浙江中部沿海最早出现大风，而且在台风影响期间，中部沿海不管是风力级数还是持续时间都大于北部、南部沿海。

(2)风力与气压梯度密切相关，气压场分布影响风场分布。台风环流与浙江沿海地面弱冷空气之间形成一定气压梯度的堆积，以及后续随着台风环流的发展加强，两者之间气压梯度进一步增大，是导致此次台风9级大风提早出现的原因之一。垂直方向环流的维持有利于水平方向上的动量输送和高层的动量下传，近地层风速能得到不断补充和加强，导致此次台风大风过程范围大、强度强。

(3)冷空气在这次台风大风中起到非常重要的作用。随着台风外围环流与冷空气距离拉近，部分干冷空气侵入台风环流，冷暖气团之间θse等值线密集，环流附近风速增强。由于干冷空气的继续侵入，冷、暖空气相互作用累积并释放斜压能。同时台风低层的暖心结构被冷空气占据，高层暖性结构上抬，形成上暖下冷的中心结构，导致台风开始变性减弱。

(4)地形的辐合、阻挡和摩擦作用都会对风场的再分布有一定影响。

值得注意的是，本研究仅分析了一个个例，考虑到个例之间的差异性，上述结论，特别是干冷空气对我国近海台风相互作用所造成的影响还有待大量的实例来进行验证。