王海平，董林，許映龍,2，聶高臻

(1.國(guó)家氣象中心，北京 100081；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

引言

近幾十年來(lái)，隨著數(shù)值模式的不斷發(fā)展，特別是集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)誤差都有所減小，特別是臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的誤差明顯減小[1]。然而，長(zhǎng)時(shí)效的路徑預(yù)報(bào)誤差仍然時(shí)常異常偏大，有研究[2-3]認(rèn)為可能與集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品有時(shí)發(fā)散度很大有關(guān)。那么，主觀預(yù)報(bào)還能否以及如何在數(shù)值模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步的人工訂正，從而將預(yù)報(bào)誤差進(jìn)一步減小，是擺在業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)員面前的一個(gè)最重要的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)數(shù)值模式的長(zhǎng)期檢驗(yàn)、對(duì)不同模式性能的了解以及分析大量歷史個(gè)例、積累預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)等都是目前主觀預(yù)報(bào)在客觀預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上進(jìn)行訂正的重要手段。

從對(duì)過(guò)去幾年的預(yù)報(bào)總結(jié)中可以看到，數(shù)值模式對(duì)一些疑難路徑和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)仍存在較大的預(yù)報(bào)誤差。例如：對(duì)于臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)的預(yù)報(bào)問(wèn)題，2018年臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”和“玉兔”、2017年臺(tái)風(fēng)“天鴿”等的數(shù)值模式預(yù)報(bào)都出現(xiàn)過(guò)24 h強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差在20 m·s-1以上的情況[4]；多臺(tái)風(fēng)相互作用問(wèn)題，如2017年臺(tái)風(fēng)“納沙”與“海棠”近距離相互作用，登陸后環(huán)流合并等復(fù)雜特征難以描述[5]；臺(tái)風(fēng)的快速移動(dòng)問(wèn)題，例如對(duì)2019年臺(tái)風(fēng)“楊柳”和“玲玲”的移動(dòng)速度預(yù)報(bào)明顯偏慢[6]。本文將通過(guò)分析2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”的路徑預(yù)報(bào)問(wèn)題，繼續(xù)對(duì)數(shù)值模式的性能以及訂正技術(shù)進(jìn)行分析，為數(shù)值預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 數(shù)據(jù)資料來(lái)源

所使用的數(shù)據(jù)資料包括：國(guó)家氣象信息中心提供的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象觀測(cè)站風(fēng)雨觀測(cè)資料；中央氣象臺(tái)、日本氣象廳(Japan Meteorological Agency，JMA)和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心(Joint Typhoon Warning Center，JTWC)的官方主觀分析和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)資料；模式預(yù)報(bào)資料主要來(lái)自國(guó)家氣象中心區(qū)域中尺度臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)(China Meteorological Administration_Regional Mesoscale Typhoon Numerical Prediction System，CMA_TYM)和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)、美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心(National Center for Environmental Prediction，NCEP)的臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

2 臺(tái)風(fēng)“煙花”概況

2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”于7月18日02時(shí)(北京時(shí)，下同)在西北太平洋洋面上生成，19日上午加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)，20日加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)級(jí)，21日上午加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，25日12：30前后在浙江舟山普陀沿海登陸(13級(jí)，38 m·s-1，臺(tái)風(fēng)級(jí))。穿過(guò)杭州灣后，于26日09：50在浙江平湖沿海再次登陸(10級(jí)，28 m·s-1，強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí))， 28日凌晨在安徽減弱為熱帶低壓，30日早晨由河北黃驊進(jìn)入渤海，30日晚上變性為溫帶氣旋，中央氣象臺(tái)對(duì)其停止編號(hào)(圖1a)。

“煙花”與7號(hào)臺(tái)風(fēng)“查帕卡”和8號(hào)臺(tái)風(fēng)“尼伯特”共存并相互作用，同時(shí)副熱帶高壓偏北偏東，引導(dǎo)氣流偏弱，致使“煙花”路徑復(fù)雜。登陸浙江舟山后，在本島滯留5 h，在杭州灣緩慢西行16 h后再次在浙江嘉興平湖登陸，為自1949年有氣象記錄以來(lái)首個(gè)在浙江省內(nèi)兩次登陸的臺(tái)風(fēng)。之后又長(zhǎng)時(shí)間滯留在浙北和江蘇南部，最后一路北上。強(qiáng)度減弱速度慢，陸地上維持時(shí)間達(dá)到4 d。

“煙花”自南向北影響我國(guó)東部地區(qū)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 d(7月22—31日)，是有記錄以來(lái)影響我國(guó)大陸地區(qū)時(shí)間最長(zhǎng)的臺(tái)風(fēng)，導(dǎo)致風(fēng)雨影響范圍廣、累計(jì)降雨量大。強(qiáng)風(fēng)雨天氣先后影響臺(tái)灣、浙江、上海、江蘇、安徽、山東、河南、北京、天津、河北、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江等14個(gè)省(區(qū)、市)。

浙江、上海、江蘇、安徽、山東中西部、河北東南部和天津部分地區(qū)出現(xiàn)8～9級(jí)陣風(fēng)，上海沿海、江蘇東南部沿海、浙江東部沿海風(fēng)力10～12級(jí)，浙江沿海島嶼風(fēng)力達(dá)13～14級(jí)，浙江岱山縣泥螺山(48.1 m·s-1，25日08—09時(shí))和嵊泗縣徐公島(47.1 m·s-1，25日05—06時(shí))陣風(fēng)達(dá)15級(jí)(圖1b)。

由過(guò)程降雨量分布情況(圖1c)來(lái)看，華東、華北、東北等地累計(jì)降雨量50 mm以上的國(guó)土面積達(dá)79萬(wàn)km2，100 mm以上的面積38萬(wàn)km2，250 mm以上的面積近6萬(wàn)km2。江蘇平均降水量為220.9 mm，接近常年平均降雨量，為有記錄以來(lái)影響江蘇過(guò)程雨量最大的臺(tái)風(fēng)；浙江平均累計(jì)降雨量為191 mm，突破該省登陸臺(tái)風(fēng)降雨量紀(jì)錄，單站最大降雨量出現(xiàn)在余姚大嵐鎮(zhèn)丁家畈，達(dá)1 034 mm，接近1323“菲特”單站降雨極值(安吉天荒坪1 056 mm)。

圖1 臺(tái)風(fēng)“煙花”全路徑(a)、過(guò)程最大陣風(fēng)實(shí)況(b)和過(guò)程降水量實(shí)況(c)Fig.1 Track of Typhoon In-fa (a), observed maximum gust (b), and observed precipitation (c) during typhoon

3 預(yù)報(bào)誤差分析

中央氣象臺(tái)主觀路徑預(yù)報(bào)誤差在24 h、48 h、72 h、96 h和120 h的路徑預(yù)報(bào)誤差分別是56.2 km、106.5 km、188.7 km、259.2 km和319.2 km，其中72 h內(nèi)的誤差略大于日本氣象廳和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心的主觀預(yù)報(bào)，但在96～120 h誤差小于這兩家主觀預(yù)報(bào)。CMA_TYM模式的路徑預(yù)報(bào)誤差在48 h內(nèi)與日、美主觀預(yù)報(bào)基本相當(dāng)，72～120 h誤差略大于ECMWF和NCEP的確定性路徑預(yù)報(bào)(圖2)。

圖2 中、日、美官方預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑誤差對(duì)比(a)與數(shù)值模式預(yù)報(bào)誤差對(duì)比(b)(單位：km)Fig.2 Comparison of track errors of Typhoon In-fa between official forecasts (a) from China, Japan, and the United States and between numerical models of CMA_TYM, ECMWF, and NCEP (b) (units: km)

總體看來(lái)，雖然國(guó)內(nèi)外的主客觀路徑預(yù)報(bào)質(zhì)量在不同時(shí)效各有高低，但并沒(méi)有較大的差距。在實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)過(guò)程中，預(yù)報(bào)員也發(fā)現(xiàn)各個(gè)模式預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大誤差的階段不盡相同。

4 預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

中央氣象臺(tái)在對(duì)“煙花”的業(yè)務(wù)路徑預(yù)報(bào)中出現(xiàn)了3次較為明顯的階段性調(diào)整(圖3)，分別為：第一次將登陸點(diǎn)從浙閩交界處調(diào)整到舟山附近；第二次將預(yù)報(bào)登陸后緩慢西行調(diào)整為預(yù)報(bào)登陸后西北行爾后轉(zhuǎn)向東北方向移動(dòng)，從山東半島南部沿海進(jìn)入黃海中部海域；第三次將預(yù)報(bào)的入海位置由山東半島南部進(jìn)入黃海中部調(diào)整為由山東半島北部進(jìn)入渤海海域。以下將主要針對(duì)這3次預(yù)報(bào)調(diào)整過(guò)程中出現(xiàn)的預(yù)報(bào)難點(diǎn)問(wèn)題做出具體分析。

圖3 中央氣象臺(tái)對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑預(yù)報(bào)的三次重要調(diào)整(a.第一次調(diào)整，b.第二次調(diào)整，c.第三次調(diào)整)Fig.3 Three important adjustments to the track forecast of Typhoon In-fa made by National Meteorological Observatory (a. the first adjustment, b. the second adjustment, c. the third adjustment)

4.1 登陸點(diǎn)由浙閩交界調(diào)整到舟山的原因分析

臺(tái)風(fēng)“煙花”生成初期，中央氣象臺(tái)主觀預(yù)報(bào)和模式確定性預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)其路徑的預(yù)報(bào)都是西行，在浙閩交界處附近沿海登陸，后期均調(diào)整為先西行，爾后轉(zhuǎn)為西北行，在浙江北部沿海登陸。同時(shí)，集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品絕大多數(shù)成員的表現(xiàn)也是如此(圖4)。面對(duì)這樣的局面，預(yù)報(bào)員難以對(duì)西行路徑做出向北的調(diào)整，因此，各國(guó)官方預(yù)報(bào)在初期都是預(yù)報(bào)的西行路徑。各家模式預(yù)報(bào)發(fā)生轉(zhuǎn)折的時(shí)間點(diǎn)均在7月19—20日。

圖4 ECMWF(a、c)和NCEP(b、d)數(shù)值模式對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑的集合預(yù)報(bào)(a、b. 7月19日20時(shí)，c、d. 7月20日20時(shí))Fig.4 Ensemble forecast of track of Typhoon In-fa by ECMWF (a/c) and NCEP (b/d) numerical models (a/b. 20:00 BST 19 July, c/d. 20:00 BST 20 July)

由7月19日20時(shí)起報(bào)的72 h時(shí)效(圖5a)和7月20日20時(shí)起報(bào)的48 h時(shí)效(圖5b)的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)預(yù)報(bào)圖可以看到，兩者的差別并不大，都是在臺(tái)風(fēng)“煙花”的北側(cè)有弱的塊狀副熱帶高壓的存在，引導(dǎo)氣流弱，“煙花”停滯少動(dòng)。但是，從7月19日20時(shí)起報(bào)的96 h時(shí)效(圖5c)和7月20日20時(shí)起報(bào)的72 h時(shí)效(圖5d)的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)預(yù)報(bào)圖上則可以清楚地看到兩者的明顯區(qū)別：前者預(yù)報(bào)的“煙花”位于大致為東西向的存在多個(gè)渦旋的西南季風(fēng)輻合帶中，北側(cè)海上副熱帶高壓和大陸副熱帶高壓打通形成帶狀高壓帶，“煙花”的東側(cè)為另一熱帶氣旋“尼伯特”，這樣的形勢(shì)場(chǎng)有利于臺(tái)風(fēng)向偏西方向移動(dòng)[6]；而后者，海上副熱帶高壓與大陸副熱帶高壓之間是斷開的，“煙花”則位于副熱帶高壓西南側(cè)，在其引導(dǎo)下，有利于“煙花”向西北方向移動(dòng)。這就解釋了模式對(duì)路徑預(yù)報(bào)的調(diào)整。

圖5 ECMWF數(shù)值模式7月19日20時(shí)起報(bào)72 h(a)、96 h(c)與7月20日20時(shí)起報(bào)48 h(b)、72 h(d)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)Fig.5 500 hPa geopotential height field (isoline, units: dagpm) forecast for 72 h (a) and 96 h (c) from 20:00 BST 19 July and for 48 h (b) and 72 h (d) from 20:00 BST 20 July by ECMWF numerical models

為了能夠找到一些500 hPa形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)發(fā)生明顯變化的原因，嘗試從高空200 hPa流場(chǎng)和風(fēng)速圖上進(jìn)行分析。19日20時(shí)和20日20時(shí)起報(bào)的對(duì)21日20時(shí)的流場(chǎng)和風(fēng)速預(yù)報(bào)較為一致，即在“煙花”的北側(cè)存在一個(gè)經(jīng)向度較大的長(zhǎng)波槽，槽內(nèi)存在一個(gè)尺度較小的冷渦(圖略)。然而，對(duì)22日20時(shí)的預(yù)報(bào)則出現(xiàn)了明顯的不同。19日20時(shí)起報(bào)的72 h預(yù)報(bào)(圖6a)為北側(cè)長(zhǎng)波槽北縮，經(jīng)向度明顯減小，“煙花”位于槽后的西北氣流影響下，而20日20時(shí)起報(bào)的48 h預(yù)報(bào)(圖6b)則為該長(zhǎng)波槽內(nèi)的冷渦正位于“煙花”的北側(cè)，與“煙花”同位相，更加接近實(shí)況(圖6c)。而從與圖5對(duì)應(yīng)時(shí)刻的500 hPa形勢(shì)場(chǎng)中可以看到，19日20時(shí)與20日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的差別，也就是說(shuō)，在200 hPa的高層先于500 hPa出現(xiàn)了有利于“煙花”向北轉(zhuǎn)向的信號(hào)。

圖6 ECMWF數(shù)值模式7月19日20時(shí)起報(bào)72 h(a)、7月20日20時(shí)起報(bào)48 h(b)預(yù)報(bào)以及7月22日20時(shí)(c)200 hPa流場(chǎng)(箭頭)和風(fēng)速場(chǎng)(色階，單位：m·s-1)Fig.6 200 hPa flow field (arrow) and wind speed field (color scale, units: m·s-1) forecast for 72 h (a) from 20:00 BST 19 July and for 48 h (b) from 20:00 BST 20 July, and 200 hPa flow field (arrow) and wind speed field (color scale, units: m·s-1) observed at 20:00 BST 22 July (c) by ECMWF numerical models

從歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)中心各集合預(yù)報(bào)成員的200 hPa高空流場(chǎng)中也可以看到，路徑預(yù)報(bào)西行的一組，“煙花”北側(cè)的長(zhǎng)波槽較為平直，槽內(nèi)冷渦弱(圖7a、b)，而路徑預(yù)報(bào)北上的一組，“煙花”北側(cè)的長(zhǎng)波槽經(jīng)向度明顯更深，槽內(nèi)冷渦更強(qiáng)(圖7c、d)。

圖7 ECMWF集合預(yù)報(bào)7月19日20時(shí)起報(bào)72 h臺(tái)風(fēng)西行成員(a、b)與臺(tái)風(fēng)北上成員(c、d)200 hPa流場(chǎng)(箭頭)和風(fēng)速場(chǎng)(色階，單位：m·s-1)(藍(lán)色線條代表高空槽與冷渦，紅色線條代表臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)路徑)Fig.7 200 hPa flow field (arrow) and wind speed field (color scale, units: m·s-1) forecast for 72 h from 20:00 BST 19 July by ECMWF ensemble model members who forecast the typhoon moves toward the west (a/b) and members who forecast the typhoon moves toward the north (c/d) (blue line represents upper trough and cold vortex and red line represents forecast track of typhoon)

此外，在對(duì)2010年第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”的路徑預(yù)報(bào)中同時(shí)發(fā)現(xiàn)，高空冷渦是影響“莫蘭蒂”路徑發(fā)生北翹的主要原因[7]。通常情況下，冷渦切斷以后，對(duì)臺(tái)風(fēng)周圍的基本流場(chǎng)有很大影響，臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)易受此氣旋性環(huán)流的引導(dǎo)。而冷渦的切斷過(guò)程又很突然，切斷后也不如行星尺度系統(tǒng)穩(wěn)定，因此易使臺(tái)風(fēng)路徑發(fā)生急劇而異常的變化[8]。冷渦外圍氣流對(duì)臺(tái)風(fēng)有牽引作用，這也是導(dǎo)致“煙花”路徑發(fā)生西北折的重要原因。然而，目前國(guó)內(nèi)外的模式對(duì)于冷渦切斷過(guò)程的預(yù)報(bào)仍很困難，因此，給臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)也造成了極大的困難。

4.2 “煙花”登陸后緩慢移動(dòng)和長(zhǎng)久維持的原因分析

臺(tái)風(fēng)“煙花”總體上是一個(gè)移動(dòng)緩慢的臺(tái)風(fēng)，依據(jù)中央氣象臺(tái)業(yè)務(wù)定位計(jì)算的全生命史逐6 h平均移動(dòng)速度僅為10.6 km·h-1，其中移動(dòng)速度最慢的3個(gè)階段都發(fā)生在“煙花”的路徑調(diào)整階段，一是由西北行轉(zhuǎn)為西偏南行，二是由西偏南行轉(zhuǎn)為北偏西行，三是登陸后。從對(duì)24 h路徑預(yù)報(bào)的誤差圖(圖略)中可以看到，對(duì)于這3個(gè)移動(dòng)緩慢階段的路徑預(yù)報(bào)誤差相對(duì)較大。本文將重點(diǎn)討論登陸后的緩慢移動(dòng)問(wèn)題，因?yàn)檫@一階段的緩慢移動(dòng)給浙江沿海造成了長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)雨影響。

“煙花”于7月25日12：30，在浙江省舟山市普陀區(qū)沿海登陸，登陸后緩慢向西北方向移動(dòng)進(jìn)入杭州灣，而后持續(xù)緩慢移動(dòng)，直到7月26日09：50，在浙江省嘉興市平湖二次登陸，約130 km的距離耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)約21 h 20 min，平均移動(dòng)速度約為6 km·h-1。二次登陸后繼續(xù)緩慢地向西偏北方向移動(dòng)，直到27日晚上移動(dòng)速度才開始逐漸加快，并向北偏西方向移動(dòng)。移動(dòng)大約210 km的距離，耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)約34 h，平均移動(dòng)速度也約為6 km·h-1。

實(shí)際上對(duì)于“煙花”的移動(dòng)緩慢問(wèn)題，各家的主客觀預(yù)報(bào)都有所反映，從形勢(shì)場(chǎng)的預(yù)報(bào)(圖8a)中也可以很清楚地看到，“煙花”處在副熱帶高壓減弱東退的鞍形場(chǎng)中，且在其西側(cè)有臺(tái)風(fēng)“查帕卡”的存在，東側(cè)有臺(tái)風(fēng)“尼伯特”的存在，可能存在多臺(tái)風(fēng)的相互作用，這樣的形勢(shì)場(chǎng)是造成臺(tái)風(fēng)緩慢移動(dòng)的典型形勢(shì)場(chǎng)[9]。而當(dāng)出現(xiàn)這樣的大尺度環(huán)境引導(dǎo)氣流偏弱的情況時(shí)，依據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)以往的一些誤差檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模式對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)速度的預(yù)報(bào)往往難以把握，容易出現(xiàn)較大的、偏快或偏慢的路徑預(yù)報(bào)偏差。各家模式對(duì)于“煙花”登陸后緩慢移動(dòng)的程度預(yù)報(bào)存在較大差異。中央氣象臺(tái)的主觀預(yù)報(bào)對(duì)于緩慢移動(dòng)階段的路徑預(yù)報(bào)同樣出現(xiàn)了相對(duì)較大的誤差。究其原因，可能是由于一方面處在鞍型場(chǎng)內(nèi)，引導(dǎo)氣流弱，另一方面受到副熱帶高壓壩西側(cè)向西北方向的引導(dǎo)和受到臺(tái)風(fēng)東側(cè)另一渦旋向東南方向的引導(dǎo)，兩者相互牽制和抵消，進(jìn)一步導(dǎo)致了“煙花”的移動(dòng)極為緩慢[10-11]。

以7月24日20時(shí)起報(bào)的對(duì)“煙花”從第一次登陸舟山直至在江蘇西南部開始折向北偏西方向這一階段的預(yù)報(bào)為例，ECMWF確定性模式預(yù)報(bào)這一段距離的移動(dòng)所耗費(fèi)的時(shí)間約為100 h(圖8b)，CMA_TYM預(yù)報(bào)耗時(shí)大約90 h(圖8c)，而實(shí)況的耗時(shí)約為55 h，實(shí)際上，登陸后緩慢移動(dòng)并長(zhǎng)時(shí)間維持的臺(tái)風(fēng)個(gè)例并不少，但通過(guò)檢索和普查歷史個(gè)例，并未發(fā)現(xiàn)如上述數(shù)值模式所預(yù)報(bào)的登陸后緩慢移動(dòng)時(shí)間可維持90～100 h的個(gè)例。2018年第18號(hào)臺(tái)風(fēng)“溫比亞”登陸后緩慢移動(dòng)，且更加深入內(nèi)陸至河南省境內(nèi)，后也轉(zhuǎn)向東北方向入海，但其在登陸后維持緩慢移動(dòng)(平均移動(dòng)速度約為10 km·h-1)的時(shí)間也僅有大約35 h。因此預(yù)報(bào)員認(rèn)為“煙花”若經(jīng)歷了如數(shù)值模式所預(yù)報(bào)的這樣長(zhǎng)時(shí)間緩慢移動(dòng)后，其環(huán)流是難以在陸地上繼續(xù)維持的，因此預(yù)計(jì)其深入內(nèi)陸進(jìn)入安徽境內(nèi)后將減弱消散。中央氣象臺(tái)主觀預(yù)報(bào)將緩慢移動(dòng)的維持時(shí)間訂正為約45 h，與實(shí)況最為接近，但預(yù)報(bào)的路徑較實(shí)況偏南，并且“煙花”減弱后的熱帶低壓環(huán)流并未如主觀所預(yù)報(bào)的那樣很快消散，而是依舊長(zhǎng)時(shí)間在陸地上維持。

圖8 2021年7月24日20時(shí)起報(bào)的24 h預(yù)報(bào)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(a；等值線，單位：dagpm)和臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑預(yù)報(bào)(虛線)與實(shí)況路徑(實(shí)線)的對(duì)比(b. ECMWF，c. CMA_TYM)Fig.8 500 hPa geopotential height field (isoline, units: dagpm) forecast for 24 h from 20:00 BST 24 July 2021 (a) and comparison between forecast track (dashed line) and real track (solid line) of Typhoon In-fa (b. ECMWF, c. CMA_TYM)

“煙花”于26日上午在浙江平湖二次登陸時(shí)的風(fēng)力是10級(jí)(25 m·s-1，強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí))，登陸后強(qiáng)度減弱緩慢，至28日凌晨03時(shí)左右減弱為熱帶低壓，此后維持低壓強(qiáng)度向偏北方向移動(dòng)，直至30日凌晨進(jìn)入渤海灣。

臺(tái)風(fēng)在陸地上能夠長(zhǎng)久維持，主要有兩種情況。一是臺(tái)風(fēng)仍保持暖心結(jié)構(gòu)，此時(shí)下墊面較為平坦，溫度較高，因此一般陸地長(zhǎng)時(shí)間維持的臺(tái)風(fēng)都發(fā)生在盛夏季節(jié)；對(duì)流層上部較強(qiáng)的輻散流場(chǎng)；臺(tái)風(fēng)氣柱中小的風(fēng)速垂直切變；水汽的供應(yīng)(最根本的條件)：得到潛熱維持暖心結(jié)構(gòu)，有利于流出層輻散的維持和加強(qiáng)。另外，還有第二種情況就是當(dāng)中緯度槽后部的冷空氣和鋒區(qū)疊加在低壓環(huán)流上空時(shí)，將使低壓環(huán)流變性成半冷半暖的溫帶氣旋結(jié)構(gòu)，水平力管項(xiàng)將釋放斜壓位能并轉(zhuǎn)化成動(dòng)能來(lái)加強(qiáng)和維持低壓環(huán)流[9]。

“煙花”登陸后所經(jīng)之處地勢(shì)平坦，溫度較高，在其高空的北側(cè)和東側(cè)存在較好的高空出流條件，且高低空垂直切變基本維持在8～9 m·s-1，尤其是低空的水汽通量輸送，雖然在登陸后與“煙花”南側(cè)的西南季風(fēng)水汽帶斷開，但由于“煙花”本體的東半部分仍位于海上，存在持續(xù)的水汽輸送(圖9a)。這與2018年登陸后長(zhǎng)久維持的臺(tái)風(fēng)“安比”的水汽輸送條件是類似的[12]。從整層的經(jīng)緯距8°×8°的水汽凈流入的計(jì)算結(jié)果可以看到，在“煙花”登陸后的25—29日，“煙花”都得到了較好的水汽凈流入，同樣“煙花”也維持一個(gè)較好的暖心結(jié)構(gòu)。29日后，水汽凈流入接近于0，但“煙花”仍維持低壓環(huán)流北上入海(圖略)，此時(shí)，“煙花”已開始逐漸并入西風(fēng)槽中，低壓環(huán)流開始逐漸向半冷半暖的溫帶氣旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，此時(shí)能夠?yàn)槠鋸?qiáng)度維持提供能量的就是上面提到的第二種情況，即斜壓位能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)化(圖9b)。

圖9 2021年7月27日08時(shí)850 hPa水汽通量(色階，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)和500 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢，單位：m·s-1)(a)、7月29日14時(shí)500 hPa等壓面上的假相當(dāng)位溫(色階，單位：K)和336 K等假相當(dāng)位溫面上400 hPa(藍(lán)線)、500 hPa(黑線)、850 hPa(虛線)等壓面的位置(b)Fig.9 Water vapor flux (color scale, units: g·cm-1·hPa-1·s-1) at 850 hPa and wind field (wind barb, units: m·s-1) at 500 hPa at 08:00 BST 27 July (a), pseudo-equivalent potential temperature (color scale, units: K) at 500 hPa, and positions of 400 hPa (blue line), 500 hPa (black line), and 850 hPa (dashed line) isobaric surfaces on 336 K pseudo-equivalent potential temperature surface at 14:00 BST 29 July 2021 (b)

4.3 “煙花”北上后出海位置的分析

“煙花”登陸后向西北方向移動(dòng)，先后進(jìn)入江蘇和安徽境內(nèi)，后減弱為熱帶低壓向東北方向移動(dòng)。對(duì)于轉(zhuǎn)向后出海位置的預(yù)報(bào)由從山東南部入黃海調(diào)整為由山東北部進(jìn)入渤海，造成了2021年7月26日早間對(duì)江蘇和山東南部的過(guò)程降水估計(jì)偏強(qiáng)。

各家數(shù)值模式對(duì)于出海位置的路徑預(yù)報(bào)同樣呈現(xiàn)出了差異，此時(shí)中央氣象臺(tái)的主觀預(yù)報(bào)更接近NCEP的模式預(yù)報(bào)，這主要是由于前期通過(guò)對(duì)北上臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ECMWF模式對(duì)于北上臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)往往偏向于實(shí)況路徑的左側(cè)。另外，從7月25日起報(bào)的500 hPa形勢(shì)場(chǎng)(圖10a)中也可以看到，“煙花”位于西風(fēng)槽前，其東北側(cè)為弱的副熱帶高壓壩和臺(tái)風(fēng)“尼伯特”，當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)隨著西風(fēng)槽的加深和東移，“煙花”也將隨即向西北方向移動(dòng)，在山東以南進(jìn)入黃海。但是，由于西風(fēng)槽北側(cè)阻塞高壓的存在，系統(tǒng)較為穩(wěn)定，并未持續(xù)向東移動(dòng)，而是維持了長(zhǎng)時(shí)間的少動(dòng)，使得“煙花”的轉(zhuǎn)向后路徑較預(yù)報(bào)偏北。7月27日將預(yù)報(bào)調(diào)整到了由山東北部進(jìn)入渤海。由7月28日500 hPa形勢(shì)場(chǎng)(圖10b)可以看到西風(fēng)槽的穩(wěn)定維持。

圖10 2021年7月25日08時(shí)起報(bào)的72 h預(yù)報(bào)(a；ECMWF)和7月28日08時(shí)(b；實(shí)況)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)Fig.10 500 hPa geopotential height field forecast (a; ECMWF) for 72 h from 08:00 BST 25 July and 500 hPa geopotential height field observed (b) at 08:00 BST 28 July 2021 (isoline, units: dagpm)

5 結(jié)論

應(yīng)用中、日、美官方綜合預(yù)報(bào)和多家模式預(yù)報(bào)資料對(duì)2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”的主要特點(diǎn)和主要預(yù)報(bào)難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，得出主要結(jié)論如下。

(1)“煙花”移動(dòng)緩慢，是首個(gè)兩次登陸浙江的臺(tái)風(fēng)，在浙北和杭州灣附近地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間滯留；二次登陸后陸上維持時(shí)間約為79 h。降雨影響范圍廣，華東、華北、東北地區(qū)出現(xiàn)大范圍降雨天氣。

(2)當(dāng)多數(shù)模式預(yù)報(bào)出現(xiàn)一致的偏差時(shí)，主觀訂正極為困難，因此極有必要開展對(duì)模式中臺(tái)風(fēng)重要影響系統(tǒng)，包括高空冷渦、熱帶對(duì)流層上層槽等的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)工作，為模式訂正技術(shù)支持積累經(jīng)驗(yàn)。

(3)臺(tái)風(fēng)移速緩慢的定量程度仍然難以把握，因此，需要通過(guò)總結(jié)歷史個(gè)例和敏感性試驗(yàn)等方法進(jìn)一步開展東側(cè)臺(tái)風(fēng)對(duì)西側(cè)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)緩慢影響的定量研究。

(4)西風(fēng)帶槽/脊對(duì)副熱帶高壓退/進(jìn)快慢的定量影響仍難以把握，以至于會(huì)影響北上臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置的預(yù)報(bào)，尤其是當(dāng)不同模式的形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)分歧較大時(shí)其預(yù)報(bào)難度更大。因此，對(duì)于北上臺(tái)風(fēng)模式表現(xiàn)的研究和訂正工作也需進(jìn)一步開展。