2020年吉林省三场台风连续北上环流背景场分析

刘 娜 丑士连 王昆鹏 王太然

（1.白山市气象局，吉林白山 134300；2.松原市气象局，吉林松原 138000）

1 引言

台风是影响中国夏季降水的主要天气系统之一[1-2]。余锦华等[3]比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差，发现近年台风路径预报准确性显著提高；申松林等[4]发现副热带高压、季风槽、越赤道气流以及赤道中东太平洋的混合层海温与台风频数的年代际变化有非常显著的关系；潘静等[5]发现热带大气季节内振荡对西北太平洋台风生成有比较明显的调制作用；田华等[6]发现大气季节内振荡对西北太平洋台风路径有重要影响，指出其对台风路径预报有重要参考意义；李英等[7]通过多个敏感性试验研究不同方向水汽输送对热带气旋在陆上维持和降水的影响，发现外界持续的水汽输送有利于热带气旋气旋性环流在陆地上维持，减缓其登陆后的强度衰减；王凌等[8]通过对过去35年的登陆台风研究发现，西北太平洋和南海生成的台风和热带风暴有减少的趋势，并且登陆我国的台风和热带风暴也有微弱的减少趋势。

台风暴雨是吉林省夏季主要的灾害性天气之一，对于吉林省台风暴雨的研究，多侧重于台风降水机理及降水量级和落区的关系研究[9-13]，而对于台风发生的天气及气候背景研究相对较少。2020年盛夏副热带高压异常偏强，长时间控制吉林省，出现持续高温天气，随着后期副热带高压东撤，台风得以北上，影响吉林省出现降水天气。8月下旬—9月上旬，吉林省连受3场台风北上影响，导致吉林省部分县（市）发生严重洪涝、山洪地质灾害，造成农作物减产，给人民生产、生活造成严重损失。

本文旨在分析2020年3场连续北上影响吉林省台风的环流背景场，给出海温、中高纬度和副热带系统的基本特征，为以后预测影响吉林省的台风趋势提供有利的技术指标。

2 2020年汛末3场台风天气过程概况

2020年8月26日—9月9日，吉林省先后受第2008号台风“巴威”、2009号台风“美莎克”、2010号台风“海神”3次台风影响（图1），全省累计平均降水量206.6mm，远远超过历史同期值。其中通化252.1mm，吉林223.0mm，辽源219.2mm，长春217.5mm，白山212.7mm，延边207.7mm，松原177.6mm，四平176.5mm，长白山保护区157.9mm，白城157.6mm。有329个测站累积雨量在250.0mm以上，4个测站超过400.0mm。累计降水量前5位的测站分别为：梅河484.9mm，磐石解放南屯436.2mm，龙井平顶村424.9mm，榆树泗河镇402.1mm，靖宇榆树川村387.9mm。“三台叠加”效应凸显，各类灾害风险高。一年有3个以上台风影响吉林省时，多为台风远距离影响（外围水汽影响等）。仅1985年有3个台风直接影响吉林省（8月1—20日），2020年半个月内3个台风直接进入吉林省，这在历史上为首次。

图1 台风“巴威”“美莎克”“海神”北上路径

3 环流背景场分析

2020年整个6月仅有第2号台风“鹦鹉”登陆我国，在经历1949年以来首次“空台”的7月，8月西太平洋和南海海域就陆续生成8个台风，其中有3个登陆我国，较常年明显偏多，台风活跃的阶段特征突出。历史平均每年影响东北地区台风有1.2个，2020年汛末半月内有3个台风连续北上影响东北地区为历史首次。台风北上主要受大尺度环流强迫作用，移向受副热带高压、西风带槽脊、台风内力（β效应）、高层系统、双台风等因素影响，其中起决定作用的是副热带高压。

3.1 海温分布情况

为更加充分地反映赤道中、东太平洋的整体状况，目前中国气象局国家气候中心在业务上主要以NINOZ区（亦称NINO综合区，即NINO1+2+3+4区）的海温距平指数作为判定厄尔尼诺和拉尼娜事件的依据。NINO综合区海温距平指数持续6个月以上≥0.5℃（过程中间可有单个月份未达指标）为一次厄尔尼诺事件；若该区指数持续5个月≥0.5℃，且5个月的指数之和≥4.0℃，也定义为一次厄尔尼诺事件。NINOZ区海温距平指数至少持续6个月≤-0.5℃（过程中间可有单个月份未达指标）为一次拉尼娜事件；若该区指数持续5个月≤-0.5℃，且5个月的指数之和≤-4.0℃时，也定义为一次拉尼娜事件。2020年5月开始赤道中东太平洋NINO Z区表层海水温度持续下降，为厄尔尼诺现象转拉尼娜现象趋势，11月降到最低，到12月转变为拉尼娜状态（图2）。3场台风连续北上出现在拉尼娜现象形成至加强期。

图2 2020年NINO综合区海温距平

3.2 高低空环流形势诊断

从2020年8月10日—9月10日500hPa位势高度场、距平场和海平面气压场、距平场分析来看（图3），500hPa中高纬度为一高空脊区控制，40°N附近为低槽区，副热带高压退居海上，高压中心强度异常偏强，副热带高压西南部东南气流与中纬度槽前西南气流合并，有利于台风沿着副热带高压后部气流北上。西太平洋上台风的移动路径主要受副热带高压和西风带环流影响，预报台风移动路径主要着眼于西太平洋副热带高压和西风带槽脊的位置及强度变化，副热带高压西伸脊点位置在32°N，138°E附近，台风受副热带高压西侧东南气流影响，向西北方向移动。台风向西移过140°E后，进一步受到中高纬度低槽影响，开始转向，受副热带高压后部西南偏南气流和槽前西南气流控制向东北方向移动。

图3 2020年8月10日—9月10日500 hPa位势高度场、距平场（a，单位：gpm，阴影区为距平）和海平面气压场、距平场（b，单位：hPa，阴影区为距平）

从平均海平面气压场可以看出，110°E—120°E，10°N—30°N附近南亚高压为带状分布，海上副热带高压呈块状分布，两高之间存在一个低压通道区。副热带高压和南亚高压对台风有一定的阻挡和引导作用，当副热带高压位置北抬、东退，前期高压控制区域高温高湿能量充沛，为台风生成提供了较好的环境条件。台风生成后沿着副热带高压西侧东南风向西北方向移动，受到南亚高压阻挡后，转而沿着副热带高压外围西南气流向东北方向移动，其中高海温、充足的水汽输送、高空急流等因素，可以为台风维持和加强提供充足的动力，有利于台风从两高压之间经过，北上影响我国东北地区。

高层200hPa高空急流对台风有两方面作用，当台风靠近西风急流但还有一定距离时，急流给台风环流的高层流出提供高速气流以及高层反气旋切变环境，可以使扰动发展成台风，或者台风得到极剧烈发展；当台风继续向西北移入某一地区，与西风急流距离非常近时，垂直切变增大或急流造成的高层气旋性切变流场，台风的发展将受到显著抑制或迅速减弱。从3次台风影响期间200hPa风场（图4）可以看出，3次台风均有高空急流存在，且均处于高空急流入口区的右侧。特别是台风“美莎克”影响期间，高空急流核区最大风速达98m/s，也是导致其降水较其他两个台风偏强的原因之一。在台风北上过程中急流前期为台风发展提供较好的动力条件，一方面将降水凝结释放潜热输送走，保持台风内部暖心结构；另一方面入口区右侧偏差风辐散抽吸作用有利于上升运动的维持和加强。所以急流在3场台风降水过程中至关重要。

图4 2020年8月26日08时（a）、9月3日08时（b）、9月7日08时（c）200hPa风场（单位：m/s，阴影区为≥30m/s风速区）

3.3 亚洲经纬向环流特征

从逐月亚洲经向和纬向环流指数（图5）可以看出，1—3月亚洲经向环流偏弱；4—10月径向环流指数为加强趋势，比历年同期明显偏强；在8—9月经向环流指数比历年同期偏强15～20。而同期的纬向环流指数是明显偏弱趋势，比历年同期指数偏弱10～15。从8—9月亚洲纬向和经向环流指数可以看出，亚洲经向环流明显，纬向环流偏弱，有利于冷空气南下活动，同时经向环流偏强也有利于中低纬度系统北上。南部暖湿空气与北部干冷空气作用，有利于降水的产生和加强。

图5 2020年亚洲经向（a）、纬向（b）环流指数及历史气候值序列

3.4 西太平洋副热带高压特征

西太平洋副热带高压是大气环流的一个重要组成部分，特别是在台风季，西太平洋副热带高压南侧的东南信风区更是直接影响台风生成的主要源地，对台风生成、发展和移动有着直接影响，所以台风活动与副热带高压有极为密切的关系。从2020年500hPa副热带高压的面积、强度、脊线和脊线位置变化4个方面进行分析（图6），得出2020年副热带高压面积指数持续偏强。6月和8月达到2个峰值，最大值在160～180；7月份略有减弱，但较历年平均来看还是偏强，这与前期分析太平洋地区海温异常偏高是相对应的，暖高压为深厚的系统。从500hPa副热带高压强度指数同样可以看出，对比历史同期全年副热带高压强度指数明显偏强，8月副热带高压强度出现峰值。副热带高压强度偏强，长时间控制，导致其控制区域出现高温高湿的气象条件，在其东退过程中，西风带系统和热带系统北上，大气环流转变，有利于强天气的产生。从2020年500hPa副热带高压脊线位置变化来看，7—9月副热带高压脊线南北摆动幅度较大。7月之后副热带高压脊线位置不断北移；8月中下旬副热带高压脊线达到33°N，较历年同期偏北3～5个纬度。在副热带高压长期控制下，高温高湿的气候背景为后期降水提供了较好的能量条件。到9月上旬副热带高压脊线开始南撤，较历史平均偏北2个纬度。副热带高压异常偏北强度偏强，对后期台风北上有一定的影响。从副热带高压西伸脊点可以看出，全年西伸脊点偏东，特别是8—9月一般在115°E～130°E。脊线西伸脊点偏东，同时由于副热带高压强度异常偏强，有利于台风沿外围副热带高压后部偏南气流向北移动。

图6 西太平洋副热带高压面积指数（a）、强度指数（b）、脊线位置（c）、脊线西伸脊点（d）分布情况

从2020年台风北上的模型（图7）可以看出，2020年5月开始赤道中东太平洋NINO Z区表层海水温度持续下降，为厄尔尼诺现象转拉尼娜现象趋势，到12月转变为拉尼娜状态，3场台风连续北上形成于拉尼娜现象的形成至加强期。

图7 2020年台风北上模型（黑色箭头实线表示2020年8月下旬—9月上旬副热带高压环流分布；黑色箭头虚线表示1981—2010年平均副热带高压环流分布；蓝色闭合回流线表示2020年8月下旬—9月上旬气旋式环流；蓝色箭头实线为气旋式环流场外部气流；蓝阴影区为2020年8月下旬—9月上旬海温负异常区）

2020年8月超过28℃洋面面积较历年偏大，洋面温度偏高，为台风形成提供了有利的热力条件。2020年8—9月西太平洋副热带高压面积指数和强度指数均明显偏大；8月中下旬副高脊线达到33°N，较历年同期明显偏北；西伸脊点偏东，8—9月一般在115°E～130°E，强大的副热带高压退居海上，为台风沿着副热带高压外围气流北上提供了有利的环流条件。

4 结语

（1）2020年汛末“三台叠加”效应凸显，气象灾害风险偏高，半个月内3个台风直接进入吉林省，这在历史上为首次。2020年5月开始赤道中东太平洋NINO Z区表层海水温度持续下降，为厄尔尼诺现象转拉尼娜现象趋势，11月降到最低，到12月转变为拉尼娜状态，3场台风连续北上出现在拉尼娜现象形成至加强期。

（2）副热带高压和南亚高压对台风有一定阻挡和引导作用，有利于台风从两高压之间经过，北上影响东北地区。期间东北地区低压环流异常偏强，200hPa均有高空急流存在，且均处于高空急流入口区的右侧。在台风北上过程中急流前期为台风发展提供了较好的动力条件，一方面将降水凝结释放潜热输送走，保持台风内部暖心结构；另一方面入口区右侧偏差风辐散抽吸作用有利于上升运动的维持和加强。所以急流在3场台风降水过程中至关重要。

（3）8—9月亚洲经向环流明显，纬向环流偏弱，有利于冷空气南下活动，同时经向环流偏强也有利于中低纬度系统北上。

（4）2020年副热带高压特征指数较历年同期均有所偏大，特别是8—9月西太平洋副热带高压面积指数和强度指数均明显偏大。8月中下旬副热带高压脊线较历年同期明显偏北，西伸脊点偏东，强大的副热带高压退居海上，为台风沿着副热带高压外围气流北上提供了有利的环流条件。