張靈杰

(1.中國氣象局上海臺風(fēng)研究所溫州聯(lián)合實驗室,浙江 溫州 325027;2.溫州市氣象臺院士工作站，浙江 溫州 325027；3.文成縣氣象局,浙江 文成 325300)

0 引 言

臺風(fēng)是影響我國最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。臺風(fēng)帶來的狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮等常造成人民生命財產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)的巨大損失,能否較準(zhǔn)確預(yù)報臺風(fēng)的路徑是減輕這類災(zāi)害的關(guān)鍵。陳聯(lián)壽指出最嚴(yán)重的臺風(fēng)預(yù)報誤差常由其路徑突變引起[1]。許映龍等認(rèn)為自1990年以來我國臺風(fēng)路徑的綜合預(yù)報誤差在逐漸減小,但臺風(fēng)異常路徑的預(yù)報能力仍十分有限[2]。目前對臺風(fēng)移動路徑的統(tǒng)計研究已有不少。陳聯(lián)壽等將1970—1974年發(fā)生北翹的9個臺風(fēng)分為急翹和緩翹兩類,前者幾乎成直角轉(zhuǎn)折,后者一般通過兩次轉(zhuǎn)折來完成[3]。劉愛鳴等對1970—1990年我國近海115°～130°E,20°～38°N區(qū)域臺風(fēng)移向突變點的時空分布進(jìn)行統(tǒng)計,分析了臺風(fēng)路徑左折、右折和曲折3種異常路徑的成因[4-6]。戴高菊等對1949—2010年西北太平洋(包括南海)熱帶氣旋的運動特征進(jìn)行統(tǒng)計,分析了熱帶氣旋路徑折角和移速的時空分布,折角與移速、氣壓之間的關(guān)系以及我國近海和大陸熱帶氣旋異常路徑的類型、地理分布等特征[7]。

臺灣島上地形復(fù)雜,2/3的陸地是凹凸不平的山地,最高的中央山脈與臺灣島的走向一致,長300 km,寬120 km,平均高度2 km,玉山主峰高達(dá)3950 m(圖1)。已有不少研究指出臺灣島地形對過境臺風(fēng)的移動有重要影響。羅哲賢等用β平面準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式研究臺灣島地形對臺風(fēng)移動路徑的作用,指出臺灣島地形會使臺風(fēng)路徑向右偏移[8]。張文舟等對過臺灣島地區(qū)臺風(fēng)的內(nèi)力變化和誘生低壓的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行動力學(xué)分析,指出臺灣島地形的直接作用導(dǎo)致臺風(fēng)向北的內(nèi)力分量顯著增大,其移動路徑明顯向右偏[9]。孟智勇等用數(shù)值模擬方法研究了臺灣島地形強(qiáng)迫與臺灣附近的環(huán)境流場的相互作用及其對熱帶氣旋運動偏轉(zhuǎn)的影響,指出臺灣島地形有利于環(huán)境場中誘生出一對偏差偶極渦,這對誘生偏差偶極渦將導(dǎo)致逼近島嶼的熱帶氣旋產(chǎn)生運動方向的突然偏折,且在不同基本氣流條件下,島嶼地形對熱帶氣旋運動可能產(chǎn)生顯著不同的影響[10]。臺灣島地形的作用引起過境臺風(fēng)路徑發(fā)生偏折,這直接關(guān)系到其影響區(qū)域的變化,如登陸臺灣島后臺風(fēng)路徑向右偏折(路徑偏北),則對溫州的風(fēng)雨影響加重,如臺風(fēng)路徑向左偏折(路徑偏南),則對溫州的風(fēng)雨影響減弱。正因如此,準(zhǔn)確預(yù)報過島臺風(fēng)路徑偏折趨勢對于溫州科學(xué)開展臺風(fēng)防御工作是至關(guān)重要的。目前對于登陸臺灣島臺風(fēng)路徑的變化規(guī)律尚缺少系統(tǒng)統(tǒng)計研究,對其路徑突變特征也認(rèn)識不足。本文將對近年來登陸臺灣島后的臺風(fēng)移動路徑特征進(jìn)行統(tǒng)計分析。

圖1 臺灣島地形分布

1 資料和方法

使用1997—2016年中央氣象臺逐小時的臺風(fēng)中心定位資料,資料包括臺風(fēng)中心經(jīng)緯度、中心最低氣壓、移動速度等。選取樣本為登陸臺灣島的臺風(fēng),總共16個個例。圖2給出了所有個例的路徑。計算每個臺風(fēng)登陸臺灣島后的路徑轉(zhuǎn)折角度,即登島后至臺風(fēng)出島入海對于登島前6 h的路徑偏折。

路徑偏折角度計算如下

圖2 1997—2016年所有穿過臺灣島的臺風(fēng)路徑圖,分別為(a)0708蝴蝶、(b)0709圣帕、(c)0716羅莎、(d)0807海鷗、(e)0808鳳凰、(f)0813森拉克、(g)0815薔薇、(h)0908莫拉克、(i)1011凡亞比、(j)1111南瑪都、(k)1307蘇力、(l)1410麥德姆、(m)1513蘇迪羅、(n)1521杜鵑、(o)1601尼伯特和(p)1617鲇魚

圖3 折角θ(a)及相對右折和左折示意(b)

2 結(jié)果與分析

2.1 登陸臺灣島后臺風(fēng)路徑偏折的一般特征

2.1.1 偏折概況

2007—2016年間共有16個臺風(fēng)登陸臺灣島,年均1.6個。最多年為2008年達(dá)4個,最少為2012年,該年沒有出現(xiàn)臺風(fēng)登陸臺灣島。Chan等研究大西洋上氣旋時,定義12 h內(nèi)移向變化>20°為向右轉(zhuǎn)折路徑,移向<-20°為向左轉(zhuǎn)折路徑,移向變化在-10°～10°間為直行路徑[11]。一般臺風(fēng)在臺灣島滯留時間為幾個到十幾個小時,所以本文計算的臺風(fēng)登陸臺灣島后的轉(zhuǎn)折角度近似為12 h內(nèi)臺風(fēng)轉(zhuǎn)折角度,取轉(zhuǎn)折角度在10°內(nèi)為直行路徑。圖4a顯示臺風(fēng)登陸臺灣島后路徑發(fā)生左折、右折以及沒有明顯變化保持直行路徑的次數(shù)柱狀圖。共發(fā)生左折10次,右折1次,直行5次,各占總數(shù)的62.5%、6.25%和31.25%,左折最多,比右折和直行之和多25%,而右折最少?？梢?臺灣島東側(cè)登陸的臺風(fēng)易出現(xiàn)左折。對最易出現(xiàn)的左偏折頻數(shù)按15°間隔分等級統(tǒng)計。左折偏折角度都在60°以內(nèi),平均偏折37.73°,主要集中在15°～45°,占折角總數(shù)的80%,45°～60°折角占折角總數(shù)的20%(圖4b)。

圖4 臺風(fēng)路徑發(fā)生左折、右折、直行次數(shù)分布(a)和左折每15°頻數(shù)分布(b)

2.1.2 折角與移速、強(qiáng)度的關(guān)系

從臺風(fēng)偏折角度與其移速的相關(guān)散點圖(圖5a)可以看出,臺風(fēng)偏折角度最多的15°～45°,對應(yīng)移速為15～20 km/h。一般移動快的臺風(fēng)折角較小,移速達(dá)到20 km/h以上的臺風(fēng),其折角基本<30°且主要集中在10°以內(nèi)。而大折角臺風(fēng)移動緩慢,基本<15 km/h。從折角與其同期中心海平面氣壓的關(guān)系看(圖5b),臺風(fēng)越強(qiáng)其折角越小。當(dāng)中心氣壓<940 hPa時,角度基本<30°,而大折角多出現(xiàn)在950～990 hPa臺風(fēng)相對偏弱階段。

綜上所述,一般臺風(fēng)移動緩慢時折角大,移動快時折角小。一般臺風(fēng)強(qiáng)度較弱時折角大,強(qiáng)度較強(qiáng)時折角小。這與戴高菊等的研究結(jié)果一致[7]。需要說明的是,臺風(fēng)移動緩慢,表明引導(dǎo)氣流弱,無論臺風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng)還是偏弱,臺灣島對臺風(fēng)路徑的影響比重均增大,折角偏大；臺風(fēng)移動快,表明引導(dǎo)氣流強(qiáng),臺灣島對臺風(fēng)路徑的影響比重減小,折角偏??；臺風(fēng)強(qiáng)度弱,內(nèi)力小,移動路徑穩(wěn)定性弱,路徑更易受臺灣島影響,折角偏大；臺風(fēng)強(qiáng)度強(qiáng),內(nèi)力大,移動路徑穩(wěn)定性強(qiáng),路徑受臺灣島影響偏小,折角偏小。

圖5 臺風(fēng)偏折角度與其移速(a,km/h)和同期中心海平面氣壓(b,hPa)的相關(guān)散點(圓點為左折,三角形為右折,正方形為直行)

2.2 登陸臺灣島后臺風(fēng)路徑突變特征

路徑突變是臺風(fēng)預(yù)報的難點。臺灣島地形常使登島臺風(fēng)移動路徑產(chǎn)生突變。下面就2007—2016年10 a登陸臺灣島后臺風(fēng)的突變路徑進(jìn)行統(tǒng)計。采用85-906攻關(guān)項目[12]中的規(guī)定,取左折>30°,右折>45°定義臺風(fēng)移向突變。

2.2.1 路徑類型

10 a間登陸臺灣島后路徑折角達(dá)到突變標(biāo)準(zhǔn)的臺風(fēng)共計7個,其中左折6個,右折1個。以東、西、南、北4個方向為基準(zhǔn)(左右45°的范圍視為該方向),對這7個臺風(fēng)進(jìn)行分類。臺風(fēng)移向突變可包括北折、南折、西折、東折,再加上打轉(zhuǎn)(形成完整的圈)和停滯6類路徑。有時一個臺風(fēng)可分屬多個類型。由此統(tǒng)計登陸臺灣島后臺風(fēng)的突變路徑類型主要有兩類,一類是西折(圖6a),另一類是打轉(zhuǎn)且北折(圖6b)。西折最多,共5個,占總數(shù)的71.43%,西折又分西北行西折和北上西折,其中西北行西折最多,占總數(shù)的80%。其余為打轉(zhuǎn)且北折,主要為西北行打轉(zhuǎn)后北折路徑,僅2個,占總數(shù)的28.57%。

2.2.2 突變折點空間分布

圖7為登陸臺灣島后臺風(fēng)移向突變折點(亦為登陸地點)分布(圓點為左折點,三角形為右折點),突變點分布范圍較廣,臺灣北部、中部、南部都有突變點分布。主要集中地為臺灣北部,且多為左折突變。

圖7 臺風(fēng)路徑的突變點分布(圓點為左折,三角形為右折)

3 臺灣島地形對臺風(fēng)移動路徑影響的可能原因

孟智勇等通過對理想東、西風(fēng)場受臺灣島地形影響的數(shù)值試驗研究發(fā)現(xiàn),臺灣島地形強(qiáng)迫與基本氣流的相互作用,可產(chǎn)生一對偶極渦,這對偶極渦附加環(huán)流的疊加作用能夠顯著影響臺風(fēng)的運動,具體表現(xiàn)為:東風(fēng)場中,島嶼西側(cè)為氣旋,東側(cè)為反氣旋,當(dāng)臺風(fēng)從臺灣東北部接近臺灣時,東側(cè)的反氣旋與臺風(fēng)環(huán)流相互作用可使臺風(fēng)向北運動,西側(cè)的氣旋環(huán)流使臺風(fēng)向西南方向轉(zhuǎn)向,也即“左折”現(xiàn)象；當(dāng)臺風(fēng)從臺灣東南部接近臺灣時,東側(cè)的反氣旋可使臺風(fēng)向南偏轉(zhuǎn),西側(cè)的氣旋則可使臺風(fēng)向北運動[10]。由此可以解釋,臺風(fēng)從臺灣島東側(cè)登陸臺灣島時,即環(huán)境基本氣流為偏東氣流,如在臺灣東北部登陸,偶極渦中西側(cè)的氣旋作用是臺風(fēng)路徑發(fā)生左折的主要原因,東側(cè)的反氣旋作用是臺風(fēng)路徑發(fā)生右折的主要原因；如在臺灣東南部登陸,偶極渦中東側(cè)的反氣旋作用是臺風(fēng)路徑發(fā)生左折的主要原因,西側(cè)的氣旋作用是臺風(fēng)路徑發(fā)生右折的主要原因。另外,除臺灣島地形誘生的偶極渦可對臺風(fēng)運動產(chǎn)生顯著影響外,臺風(fēng)登陸臺灣島后的移動路徑還受大尺度環(huán)境引導(dǎo)氣流的強(qiáng)弱、臺風(fēng)本身的特性或其他因子的影響。

4 結(jié) 語

對2007—2016年10 a間登陸臺灣島后的臺風(fēng)移動路徑特征進(jìn)行了統(tǒng)計,主要得出以下結(jié)論。

1)10 a間登陸臺灣島后臺風(fēng)移動路徑發(fā)生左折最多,比右折和直行之和多25%,右折最少。左折平均偏折37.73°,主要集中在15°～45°,占折角總數(shù)的80%。

2)一般臺風(fēng)移動緩慢時折角大,移動快時折角小。一般臺風(fēng)強(qiáng)度較弱時折角大,強(qiáng)度較強(qiáng)時折角小。

3)登陸臺灣島后臺風(fēng)的突變路徑主要分為西折、打轉(zhuǎn)且北折兩類,其中西折最多。西折分西北行西折和北上西折,其中西北行西折最多。其余為打轉(zhuǎn)且北折,主要為西北行打轉(zhuǎn)后北折路徑。突變折點主要分布在臺灣北部,且多為左折突變。

4)臺灣島地形誘生偶極渦與臺風(fēng)環(huán)流相互作用是臺風(fēng)路徑發(fā)生偏折的重要原因。

本文的結(jié)論僅基于最近10 a間登陸臺灣島臺風(fēng)個例的計算結(jié)果,下一步將積累更多的個例做進(jìn)一步統(tǒng)計分析。臺灣島地形對臺風(fēng)移動路徑影響的原因也有待于通過數(shù)值試驗來作進(jìn)一步研究。

致謝十分感謝溫州市氣象局張慧良高工的指導(dǎo)。