影响环渤海地区的北上台风特征及其各类典型大暴雨过程分析

杨晓亮，杨敏，隆璘雪，杨吕玉慈，王海川，杨玥

（1.河北省气象台，河北石家庄 050021；2.河北省气象行政技术服务中心,河北石家庄 050021；3.张家口市气象局，河北张家口 075000）

1 引言

北上台风是指台风在我国东南沿海登陆后并不迅速减弱，维持数日并向北深入到较高纬度，消失于我国北方内陆或再次入海。一般把进入我国30°N以北的台风定义为北上台风[1-3]。北上台风虽然数量不多，但一旦发生，往往给我国北方内陆地区带来大范围和长时间的暴雨，造成严重的灾害和损失，是我国华北和东北地区夏秋季主要灾害性天气之一。著名的“96.8”河北特大暴雨、“75.8”河南大洪水和“85.8”辽宁大洪水等都源于北上台风。在全球气候变暖的背景下，北上台风的频次及强度均有增加的趋势，2018年台风“安比”、台风“摩羯”和台风“温比亚”影响环渤海地区，带来的暴雨和大风天气导致河北171.6万人受灾，直接经济损失7.8亿元。

台风的移动路径和强度变化主要受控于大尺度环境场、下垫面和台风自身结构及其复杂的相互作用[4-5]。在过去几十年中，我国在台风的发生发展机制、数值模拟和预报等各方面的研究都取得了长足的进步[6]。国内学者开展的研究主要包括台风登陆点的预报、近海台风的突然加强和减弱、登陆台风残涡的维持、复苏和变性、台风风雨分布、地形对登陆台风结构和暴雨的影响等[7]。陈联寿等[8]指出，台风的陆地路径很重要，台风登陆后的影响范围和风雨分布均与陆地路径密切相关，影响台风暴雨落区的主要因子为台风涡旋环流的结构、台风周围环流和天气系统以及台风环流下垫面地形强迫等。曹晓岗等[2]认为近海北上热带气旋对华东沿海地区的影响取决于热带气旋北上强度、范围大小和路径距沿海地区的远近。丛春华等[9]专门针对台风远距离暴雨进行了研究。曹钢锋等[1]将影响我国淮河以北的台风分8类，分别统计了不同路径的降水分布。周小珊等[3]统计了北上热带气旋的气候特征。金荣花等[10]对近31 a北上台风特征及成因进行分析，认为西北太平洋副热带高压位置和强度变化、西风带系统和南亚高压会影响台风登陆后北上。朱业等[11]总结了125°E以西近海北上的热带气旋的特征，并就北上时的环流形势进行了分析。边清河等[12]和孙寿全等[13]统计了华北地区台风暴雨的特征。纪广辉[14]对2005—2014年间4个北上台风的路径、风雨、潮位特征及对我国渤海湾的影响进行了分析。此外，针对北上台风的个例研究还有很多[15-16]。

然而，上述研究主要侧重于台风气候特征、台风暴雨机理和疑难个例研究等方面，研究区域主要集中在我国东南沿海，对影响环渤海沿岸内陆地区的北上台风及典型大暴雨涉及较少。由于北上台风出现的频次低，环渤海区域内各省对其路径及大暴雨的预报一直是个难题。本文整理了71 a的台风历史资料，对影响环渤海地区的北上台风进行气候统计，分析台风时空分布、登陆点和强度等特征，尤其是各类典型台风路径与大尺度环流形势及降水的空间分布特征，提炼预报着眼点，旨在提高北上台风的预报能力，减小灾害损失。

2 资料与方法

2.1 资料

文中使用的资料包括：上海台风研究所整编的中国气象局热带气旋最佳路径数据集（包括热带气旋编号、名称、时间、强度、中心位置、中心最低气压和最大风速），时间为1949—2019年；同期京津冀地区地面降水资料，来自河北省气象数据环境及气象信息综合分析处理系统（Meteorology Information Comprehensive Analysis Process System，MICAPS）资料；天气背景场分析采用美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）逐6 h再分析资料，分辨率2.5°×2.5°。本文中环渤海地区主要包括渤海沿岸的京津冀、山东西北部和辽宁西南部。

2.2 台风路径分类方法

合理进行台风路径分类，对于研究北上台风带来的暴雨至关重要。高松影等[17]将北上热带气旋分为转向北上和直接北上两大类，温连杰等[18]根据对渤海海域造成影响的程度，将进入125°E以西的黄海、渤海海域和30°N以北的我国近海内陆地区的热带气旋路径分4种类型。本文以115°E和120°E为界，按照京津冀地区暴雨强度的大小，将影响环渤海地区的台风路径划分为5类：（1）把未进入120°E以西的北上或转向台风定义为沿海路径；（2）把登陆继续西行进入115°E以西的定义为登陆填塞类；（3）未进入115°E以西的以北上为主的定义为登陆北上类；（4）未进入115°E以西转向的定义为登陆转向类；（5）台风沿东海、黄海北行从山东半岛西折登陆影响环渤海地区，定义为西折路径。

3 影响环渤海地区北上台风的气候特征

3.1 时间分布特征

对1949—2019年共71 a的资料统计分析发现（见图1），影响环渤海地区的热带气旋共有47个，平均约6.6个/10 a，但其年际分布极不均匀，有的年份一年最多可出现3次（如1984年、1994年和2018年），而有些年份一连数年都未出现一次。影响环渤海地区的热带气旋具有明显的季节性特征，一般出现在台风登陆盛期的7—9月，最早在7月4日前后，最晚出现在9月15日，但出现在7月上旬和9月的很少，大多集中出现在7月下旬—8月，其他季节本区域不受北上台风影响。这种季节分布与华北雨季具有一致性，7月中旬后，随着西太平洋副热带高压（以下简称“副高”）的第二次北跳，华北进入雨季，此时副高在全年中位置最北，其南侧活跃的热带系统最容易影响到环渤海地区。温连杰等[18]分析发现1960—2013年间一年中出现4次可能影响渤海海区台风的有5 a，热带气旋对渤海海区的影响时间为每年的5—11月；孙密娜等[19]统计了北上台风数量，1985年为4个，其中6月有2个，以上结论与本文略有差别，这是由于以上统计包括黄海北部区域，范围更大，而本文侧重对环渤海地区及沿海陆地上的影响。

图1 1949—2019年影响环渤海地区北上台风的时间分布图

3.2 台风登陆地点统计

从71 a影响环渤海区域的47次台风过程的路径及登陆地点分布可以明显看出（图略），影响环渤海地区的台风主要生成于我国台湾以东的西北太平洋上。登陆位置的南北跨度较大，南至台湾和福建，北达辽宁沿海，大致以32°N为界划分为南北两个集中的区域：一个在32°N以南的台湾、福建、浙江到江苏南部沿海，另一个在江苏北部、山东南部和辽宁南部，相比而言，浙闽沿海到江苏南部登陆次数明显多于江苏北部到山东南部，尤其在浙闽沿海登陆的次数最多。

3.3 各类北上台风的路径特征

按照2.2中台风路径分类方法，分别对5类台风路径进行分类。沿海路径共11例，影响环渤海地区时以热带风暴和热带低压为主，进入我国东北地区后变性；登陆填塞类有7例，登陆点集中在浙闽沿海，登陆后减弱为热带低压或变性；登陆北上类发生过9例，一般以弱于热带低压的强度影响环渤海地区，1例变性为温带气旋穿过河北；登陆转向类最多，登陆点也最分散，影响环渤海区域时强度为热带低压或热带风暴；西折路径发生的最少，只有5例，但有两次直接穿过了河北北部。从1949—2019年登陆转向类台风转向点的空间分布可以看出，转向点自南向北跨越了27°～38°N，但在东西方向比较集中，主要在115°～120°E之间发生转向，到达115°E以西再发生转向的不多。这表明影响北上台风转向的副高脊线位置南北跨度大，但副高西伸脊点相对集中，以上结论可供实际预报业务参考。

3.4 北上台风登陆时的强度特征

台风登陆时强度差异很大，统计发现（见图2），登陆中国大陆的北上台风中心气压最强达到923 hPa，最弱仅为1 006 hPa，主要分布在973～990 hPa之间（25%～75%分位数）。不同路径台风登陆时强度分布亦不同，登陆北上类台风登陆时气压最为分散，从930～998 hPa，25%～75%分位数跨度最小集中在983～990 hPa；登陆填塞类台风登陆海平面气压也较分散，在923～990 hPa之间，整体强于登陆北上类型，这类台风一般伴随较强降水，这可能和台风登陆时本身强度较大有关；登陆转向类台风登陆时海平面气压相对较为集中，在950～993 hPa之间，25%～75%分位数在登陆台风中海平面气压平均是最强的；西折路径台风登陆时海平面气压在971～999 hPa之间，平均强度是最弱的，这可能与西折路径台风登陆时位置最偏北，纬度偏高、黄海海温偏低有关；沿海路径台风登陆时海平面气压在965～1 006 hPa之间。以上分析发现，不同路径台风登陆时强度没有明显的界限，单纯从登陆时台风中心海平面气压无法判断未来台风路径。

图2 1949—2019年台风登陆时强度分布箱线图

4 北上台风大暴雨个例分析

从1949—2019年影响环渤海地区的47次台风过程中，挑选京津冀地区出现区域性大暴雨过程的个例共6例，按照沿海路径、登陆转向类、登陆北上类和登陆填塞类，分别就台风路径、天气形势及降水分布进行分析。由于西折路径没有产生区域性大暴雨的个例，不再分析。

4.1 6005号台风“Polly”个例（沿海路径）

由台风路径可知，台风在我国东部沿海北上，以强热带风暴的强度在山东半岛登陆，之后进入渤海，在辽东湾再次登陆后变性为温带气旋，在我国东北地区转向，从路径上属于沿海路径。对应降水分布发现，大暴雨区主要位于河北东南部的邯郸东部、邢台东部、衡水和沧州，最大过程雨量在邯郸东部的曲周达到251.2 mm。7月28日08时500 hPa天气形势为典型的经向环流，副高呈块状位置偏北偏东，位于日本上空，在我国华北地区上空为庞大的高空低涡，“西低东阻”的天气形势有利于华北出现强降水，台风沿块状副高588位势什米等值线外围偏南气流北上，台风环流已经不清楚。850 hPa台风低压环流与东侧副高之间有超过16 m/s的东南风低空急流，台风地面低压经过山东半岛后明显减弱。降水前地面比湿在16～18 g/kg，850 hPa存在超过15×10-3g/（cm·hPa·s）水汽通量大值区输送水汽，-15×10-2hPa/s的强上升运动促使水汽快速凝结。综上可见，本次大暴雨过程由热带气旋北上与中纬度低涡系统相互作用产生，由于副高偏东，热带气旋沿海北上，强降水落区位于河北的东南部。

4.2 8407号台风“Freda”个例（登陆转向类）

由台风路径可知，台风以强热带风暴的强度在我国福建沿海登陆后西北上，登陆北上的过程中很快变性，经福建、江西、湖北和河南后转向东北移动，在河北东部穿过后进入我国东北地区，从路径上属于登陆转向类。对应降水分布发现，大暴雨区主要位于北京东部、天津以及河北中东部，最大过程雨量在秦皇岛青龙达到379.2 mm。由8月9日08时500 hPa天气形势可知，西太平洋副高呈块状位置偏北、偏西，588位势什米等值线西伸到120°E，在蒙古国地区上空为宽广的槽区，变性台风沿块状副高外围偏南气流北上，越过副高脊线后蜕变为西风带槽，在河北上空形成“西低东高”天气形势。850 hPa台风低压环流北上减弱，与东侧副高之间有超过20 m/s的东南风低空急流，一直伸展到河北东部。台风地面倒槽伸到河北中南部地区，降水前地面比湿在19～22 g/kg，850 hPa存在超过15×10-3g/（cm·hPa·s）水汽通量大值区输送水汽，-5×10-2hPa/s的上升运动促使水汽快速凝结。本次大暴雨过程为热带气旋北上变性与副高相互作用产生，副高位置决定了变性气旋北上的路径及低空急流的位置，与河北强降水落区密切相关。

4.3 9406号台风“Tim”个例（登陆转向类）

由台风路径可知，台风以强热带风暴的强度在我国台湾和福建沿海登陆后西北上，在江西境内转向东北移动，经湖北、河南、安徽和山东后变性并从河北东部穿过，进入我国东北地区，从路径上属于登陆转向类。对应降水分布发现，大暴雨区主要位于河北东部的邯郸东部、邢台东部、衡水、沧州、保定东部、廊坊、唐山中北部、秦皇岛中北部和承德东部，最大过程雨量在衡水饶阳达到406.5 mm。由7月12日08时500 hPa天气形势可知，西太平洋副高呈块状位置偏北偏西，588位势什米等值线北界位于朝鲜半岛，河北西侧110°E有西风槽东移，北上台风沿块状副高外围偏南气流北上，逐渐与西风带槽同位向叠加，环流径向度加大。850 hPa台风低压环流北上，与东侧副高之间有超过20 m/s的偏南风低空急流，逐渐伸展到河北东部。台风地面倒槽北上伸展到河北东部地区，降水前地面比湿在19～21 g/kg，850 hPa存在超过15×10-3g/（cm·hPa·s）水汽通量大值区输送水汽，-10×10-2hPa/s的上升运动促使水汽快速凝结。本次大暴雨过程为热带气旋北上与西风槽相互作用，副高位置决定了变性气旋北上的路径及低空急流的位置，西风带冷空气的加入增强了降水。

4.4 6205号台风“Kate”个例（登陆北上类）

由台风路径可知，台风以强热带风暴的强度在我国浙江沿海登陆后北上，北上的过程很快发生变性，经浙江和安徽进入山东南部，从路径上属于登陆北上类。对应降水分布发现，大暴雨区主要位于河北中东部的衡水、沧州、廊坊、唐山、秦皇岛和承德南部，最大过程雨量在唐山唐海达到429.7 mm。7月25日08时500 hPa天气形势为典型的经向环流，副高呈块状位置偏北，位于日本海上空，在蒙古国地区上空为庞大的高空低涡，形成“西低东阻”有利于华北强降水的天气形势，台风沿块状副高外围偏南气流北上，逐渐合并到低涡前部的偏南气流中。850 hPa台风低压环流北上减弱，与东侧副高之间有超过20 m/s的东南风低空急流，一直伸展到河北东北部。地面在蒙古国地区为强大的气压中心。台风登陆后明显减弱合并到蒙古低压中，降水前地面比湿在18～22 g/kg，850 hPa存在超过20×10-3g/（cm·hPa·s）水汽通量大值区输送水汽，-20×10-2hPa/s的上升运动促使水汽快速凝结。可见本次大暴雨过程为热带气旋北上变性与中纬度西风带系统相互作用产生，副热带高压、变性气旋及低空急流共同产生了京津冀东部的强降水过程。

4.5 5612号台风“Wanda”个例（登陆填塞类）

由台风路径可知，台风在浙江北部沿海登陆，登陆时强度为超强台风，之后一路西北行深入内陆，经浙江、安徽到河南北部变性为温带气旋，最终到达115°E以西地区，从路径上属于登陆填塞类。对应降水分布发现，大暴雨区主要出现在北京和河北太行山东麓的保定、石家庄、邢台和邯郸4个地区，最大过程雨量在石家庄井陉达到379.1 mm。由8月3日08时500 hPa天气形势可知，副高位置偏北，位于日本海上空，并逐渐西伸与位于我国西北地区的大陆高压连通，在40°N附近形成东西向高压坝，台风登陆北上后受北侧高压坝阻挡在河北南部停滞。850 hPa副高与台风之间有超过20 m/s的东南风低空急流,降水前地面比湿在16～20 g/kg，850 hPa存在超过15×10-3g/（cm·hPa·s）水汽通量大值区输送水汽，-20×10-2hPa/s的上升运动促使水汽快速凝结。台风地面低压倒槽辐合位于河北中南部，偏东风与南北走向的太行山相互作用，在太行山东麓产生特大暴雨，地形效应明显。

4.6 9608号台风“Herb”个例（登陆填塞类）

由台风路径可知，台风以强热带风暴的强度在我国福建沿海登陆后一路西北行，经福建、江西、湖北和河南变性后逐渐填塞，消失在115°E以西地区，从路径上属于登陆填塞类。对应降水分布发现，大暴雨区主要位于河北西南部太行山东麓的邯郸西部、邢台西部、石家庄以及保定中部、廊坊和北京南部，最大过程雨量在石家庄井陉达到520.7 mm。由8月4日08时500 hPa天气形势可知，副高呈块状位置偏北偏西，588位势什米等值线控制了河北大部地区，北上台风沿块状副高外围偏南气流北上。850 hPa台风减弱低涡环流北上，与东侧副高之间有超过12 m/s的东-东南风低空急流，逐渐伸展到河北东部。降水前地面比湿在20～23 g/kg，850 hPa存在超过10×10-3g/（cm·hPa·s）水汽通量大值区输送水汽，-15×10-2hPa/s的上升运动促使水汽快速凝结。地面台风倒槽北上伸展到河北南部地区，形成北高南低的形势，偏东风在太行山东麓迎风坡爬升，大暴雨主要位于太行山山前。

5 影响环渤海地区台风大暴雨预报着眼点

我们对比了北上台风引起的京津冀地区6次区域性大暴雨过程（见表1）。从路径看，6005号台风为沿海路径，其余均为登陆类，其中登陆填塞类和登陆转向类各2个，登陆北上类1个；从登陆点来看，除沿海转向个例在山东半岛登陆外，其余5次过程均在浙闽沿海登陆。从登陆时强度分析，除登陆填塞的5612号为超强台风外，其余5次过程均为强热带风暴级别。从大暴雨落区来看，台风暴雨与北上台风路径密切相关。登陆填塞类大暴雨落区主要位于河北南部太行山前，地形作用明显，此时无西风带系统影响，副高控制整个河北，或形成高压坝，迫使北上台风西北行达到115°E以西填塞；其余4个过程副高全部呈块状，位于日本海附近上空，或有西风带低槽（涡）或台风北上形成西低东高的形势，导致台风继续北上或转向，大暴雨区主要位于河北中东部地区，太行山前不产生大暴雨，其中沿海路径降水范围最偏东，降水量也最小，登陆北上与登陆转向路径大暴雨落区差别不大，只是登陆转向类台风生命史更长且强度更大，两次都穿过河北，产生的大暴雨范围更广。6次过程的共同特点是低空急流较强，地面比湿大多高于18 g/kg，850 hPa水汽通量超过10×10-3g/（cm·hPa·s），上升运动大于-10×10-2hPa/s。

表1 6次北上台风过程特征对比

通过以上分析，对影响环渤海地区北上台风的气候规律和大尺度环流特征有了一定的认识，为更好地应用于气象预报业务，总结预报着眼点如下：

（1）平均而言，7月下旬和8月北上台风影响环渤海地区的可能性最高。

（2）北上台风路径主要取决于副高的位置和强度。副高明显偏西偏强，能够控制整个河北或形成北部的高压坝时，台风更可能以登陆填塞路径影响本区域，大暴雨主要位于河北南部太行山前，南北走向的太行山对暴雨有增幅作用；块状副高主体位于日本上空时，北上台风可能以登陆北上、登陆转向或沿海路径影响本区域，容易形成“西低东阻”的经向型环流形势，雨带呈南北向，大暴雨主要位于河北中东部，大暴雨范围取决于北上台风的强度和路径。

（3）除登陆填塞类外，其他路径北上台风要注意是否与西风带系统相结合。

（4）北上台风与副高之间的低空急流较强，与大暴雨落区关系密切。

6 结论与讨论

本文对1949—2019年影响环渤海地区的北上台风路径及降水进行了分析，得出以下结论：

（1）影响环渤海地区的热带气旋平均约6.6个/10 a，但年际分布极不均匀，最早在7月4日前后，最晚出现在9月15日，集中出现在7月下旬—8月。影响环渤海区域台风登陆位置的南部跨度大，以32°N为界划分为南北两个集中的区域，32°N以南的福建、浙江到江苏南部沿海登陆次数明显多于江苏北部、山东南部和辽宁南部，其中在浙闽沿海登陆的最多。

（2）按照京津冀地区暴雨强度大小，将北上台风分为登陆填塞、登陆北上、登陆转向、沿海路径和西折路径共5类，其中登陆转向类的转向点一般位于115°E以东。北上台风登陆时强度差异大，平均而言登陆转向类强度最强，沿海路径类最弱。

（3）对京津冀地区产生区域性大暴雨的6次北上台风过程的登陆点、路径和天气形势进行了对比分析，副高明显控制整个河北或形成北部的高压坝时，台风更可能以登陆填塞路径影响本区域，大暴雨主要位于河北南部太行山前；块状副高主体位于日本上空时，北上台风可能以登陆北上、登陆转向或沿海路径影响本区域，容易形成“西低东阻”的经向型环流形势，雨带呈南北向，大暴雨主要位于河北中东部。影响大暴雨落区的因子主要有西太平洋副热带高压、西风带系统、低空急流和地形。

本文对影响环渤海地区不同路径的北上台风环流形势及大暴雨进行了定性分析，提出了大暴雨落区的预报着眼点，为开展北上台风预报提供参考。台风暴雨落区受台风涡旋环流结构、台风上下游天气系统以及复杂下垫面强迫影响，机理复杂，预报难度较大。因此还需要在大量个例观测事实的基础上，进一步开展北上台风大暴雨的物理机制及精细化预报技术研究。