2014年兩次路徑相似臺風(fēng)降水特征對比分析

2014年兩次路徑相似臺風(fēng)降水特征對比分析

1tc極端降水另一方面，熱帶氣體（tc）是“雙刃劍”。另一方面，它給干燥地區(qū)帶來了“干露”，緩解了干旱。另一方面，它往往造成巨大的破壞力，這是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。人們常常注意到后者。因?yàn)闊釒怏w突發(fā)性強(qiáng)，破壞效果好，造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失令人驚嘆。降雨是造成熱帶氣體破壞的三種形式之一。到目前為止，最大的降雨是由熱帶氣體引起的。這場風(fēng)暴會導(dǎo)致山間溪流、河流坍塌和水庫崩塌等嚴(yán)重事件。其中，tc極端降水的災(zāi)害尤其嚴(yán)重。因此，為了更好地生存，人們必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，追求利益。因此，ts極端降水無疑是科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。關(guān)于TC極端降水的特征,已有一些研究.在結(jié)構(gòu)上,當(dāng)TC出現(xiàn)在洋面時(shí),本身環(huán)流產(chǎn)生的降水分布并沒有明顯的不對稱性;而當(dāng)TC將要或已經(jīng)登陸時(shí),TC極端降水的非對稱性特征明顯,在不同區(qū)域分布不同(很多學(xué)者對TC極端降水的成因進(jìn)行了分析研究.研究(海南是受熱帶氣旋影響最多的省份之一,關(guān)于海南TC極端降水的研究則甚少.通過以上的分析,以往對熱帶氣旋極端降水的研究多偏重于某些個(gè)例大尺度的天氣學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面,而專門針對小尺度局地特殊背景下的研究則較少,尤其是,專門針對相似路徑的臺風(fēng)對局地造成的極端降水特征及其成因的對比研究則甚少.系統(tǒng)地對比分析相似路徑臺風(fēng)對局地造成的極端降水特征及其成因有待加強(qiáng),本文擬選取具有相似路徑的臺風(fēng)對海南島降水影響進(jìn)行對比分析.1409號超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”和1415號強(qiáng)臺風(fēng)“海鷗”是2014年對海南島影響最大的兩個(gè)臺風(fēng),且登陸前后路徑非常相似(在海南島文昌市登陸或擦過,向西北偏西行,經(jīng)瓊州海峽,到達(dá)北部灣北部類路徑),因此對比分析兩者在海南島產(chǎn)生的降水特征及其成因的異同點(diǎn)具有重要的價(jià)值,可以為預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供理論依據(jù).2資料與數(shù)據(jù)分析本文使用的數(shù)據(jù)資料如下:(1)臺站降水資料為中國氣象局氣象信息中心提供的華南(包括廣東、廣西和海南三省)191個(gè)氣象站(圖1)的2014年的逐日資料和海南省18個(gè)氣象站的2014年的逐小時(shí)降水資料.日降水為協(xié)調(diào)世界時(shí)前一日12時(shí)一當(dāng)日12時(shí).(2)“威馬遜”和“海鷗”資料取自上海臺風(fēng)所熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集,包含每6h的位置、中心附近最大風(fēng)速等.(3)再分析數(shù)據(jù)為NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)的MERRA資料,時(shí)間分辨率是一日四次,空間分辨率是0.67°×0.50°,要素包括風(fēng)場、濕度場、高度場等.(4)雷達(dá)資料包括海口、三亞、西沙、陽江、湛江和南寧的2014年7—9月的基數(shù)據(jù).海南島地處中國南部沿海,瀕臨西北太平洋和南海,易受兩海域內(nèi)熱帶氣旋的影響.地形有其特殊性,海拔從沿海向內(nèi)陸逐漸增高(圖2),五指山山脈位于海南島中南部內(nèi)陸,主峰海拔1867.1m.受地形的影響,處于五指山不同方位的區(qū)域會有截然不同的天氣和氣候.根據(jù)地形特征和預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn),氣象業(yè)務(wù)中將海南島分為五個(gè)區(qū)域(圖2),分別是北部、西部、東部、中部和南部.其中,北部包括?？凇⒊芜~、定安、臨高共四個(gè)臺站,西部包括儋州、白沙、昌江、東方共四個(gè)臺站,東部包括文昌、瓊海、萬寧共三個(gè)臺站,中部有屯昌、瓊中、五指山共三個(gè)臺站,南部包括三亞、陵水、保亭、樂東.TC降水的分離利用需要說明的是,本文在分析兩臺風(fēng)所造成華南降水特征的基礎(chǔ)上,關(guān)注在海南島產(chǎn)生的降水,依據(jù)暴雨(100mm>p≥50mm)、大暴雨(250mm>p≥100mm)、特大暴雨(p≥250mm)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析.另外,在研究TC降水特征的基礎(chǔ)上,突出TC造成的強(qiáng)降水的原因.如無特別說明,本文均指協(xié)調(diào)世界時(shí).3降水特征的比較3.1月17—空間分布“威馬遜”在華南產(chǎn)生的降水發(fā)生在2014年7月17—20日(圖3),17日降水強(qiáng)度較弱,臺站降水最大是44.2mm,位于廣西東興;18日,TC降水站點(diǎn)明顯增多,最大是在海南島的?？谡?達(dá)到大暴雨(215.5mm),大于100mm的臺站主要在海南島和廣東的東部沿海、南部沿海;而到了19日,降水明顯增強(qiáng),強(qiáng)降水區(qū)域向西移動(dòng),主要在海南島、廣西南部和廣東西南部,大于200mm的臺站有五個(gè),分別是海南昌江、白沙、臨高、澄邁和廣西潿洲島,達(dá)到特大暴雨的有4站,分別是海南昌江、廣西潿洲島、海南白沙、海南澄邁,降水量分別是544.3、303.6mm、301.1、271.3mm,其中有三個(gè)臺站是屬于海南島;到了20日,降水減弱,強(qiáng)降水繼續(xù)西移,降水較強(qiáng)的區(qū)域轉(zhuǎn)移到廣西的西部,最大日降水量是143.5mm,位于廣西寧明站.綜上分析,“威馬遜”在海南島西北產(chǎn)生的日降水最強(qiáng),4個(gè)特大暴雨臺站中有三個(gè)位于海南島,這三個(gè)臺站分別是西部的昌江、白沙和北部的澄邁.從7月17—20日“威馬遜”在華南產(chǎn)生的過程降水(圖4)來看,≥100mm的降水主要在華南的西南部,包括海南島、廣西的西部和南部、廣東的西南部,≥200mm的站點(diǎn)主要在海南島和廣西南部,≥300mm的站點(diǎn)在海南島的西部和北部、廣西省南部,而≥400mm的站點(diǎn)全部在海南島的西部和北部,包括昌江(581.1mm)、澄邁(498.2mm)、白沙(459.1mm)、?？?410.0mm),降水最多的站點(diǎn)是西部的昌江.可見,“威馬遜”在海南島西北部產(chǎn)生的過程降水也是最強(qiáng).與“威馬遜”產(chǎn)生的日降水相比,“海鷗”在華南產(chǎn)生的降水也是持續(xù)4天(圖5),時(shí)間段是2014年9月14—17日.14日在廣東的東部開始有降水,降水量最大是11.1mm;15日降水范圍擴(kuò)大,在兩廣(廣東和廣西)沿海和海南島,最大降水量是42.1mm(海南澄邁);16日,降水達(dá)到最強(qiáng),大于200mm的有7站,均在海南島的西北半部,其中達(dá)到特大暴雨的是海南儋州(296.5mm)、昌江(268.6mm)和白沙(263.0mm),均位于西部地區(qū);17日,降水強(qiáng)度減弱,降水較強(qiáng)的區(qū)域西移到廣西的西南部,最強(qiáng)在廣西的南寧(228.7mm).由此可知,“海鷗”過程在海南島產(chǎn)生的日降水最強(qiáng),共有三個(gè)臺站產(chǎn)生特大暴雨,均在海南島西部.“海鷗”在華南產(chǎn)生的過程降水最強(qiáng)也是在海南島(圖6),尤其在海南島的西部和北部.≥200mm的站點(diǎn)有15個(gè),在海南島的北半部和廣西的南部,≥300mm的站點(diǎn)只有2個(gè),分別是海南島澄邁(304.8mm)和儋州(304.5mm).其過程降水比“威馬遜”過程降水明顯偏弱.對比分析日降水和過程降水,“威馬遜”和“海鷗”在華南的最強(qiáng)降水均在海南島一側(cè),因此本文將重點(diǎn)討論臺風(fēng)對海南島的影響部分.進(jìn)一步分析“威馬遜”過程在海南島18個(gè)臺站產(chǎn)生的最大小時(shí)降水(圖7a),海南島所有臺站的最大小時(shí)降水均超過了15mm,有一半臺站超過了30mm,排名前五的是昌江(131.1mm)、澄邁(65.2mm)、白沙(56.1mm)、五指山(46.3mm)、海口(41.4mm),降水較弱的臺站主要在海南的南部和東部,如南部的三亞(15.2mm)和東部的萬寧(16.9mm).“海鷗”的最大小時(shí)降水有12個(gè)站超過了30mm(圖7b),有5站超過40mm,最大的是儋州(54.3mm),其次是澄邁(52.7mm)和昌江(47.7mm),均位于海南島的西部和北部.對比兩者最大小時(shí)降水可以發(fā)現(xiàn),排名前三的臺站均在海南島的西部和北部.綜合分析發(fā)現(xiàn),“威馬遜”和“海鷗”在海南島產(chǎn)生的過程降水、最大日降水和最大小時(shí)降水中,排名前三的主要在海南島的西部和北部.3.2u3000“海鷗”與5.9.“威馬遜”在海南島產(chǎn)生的≥5mm的臺站平均降水集中在18日04—21時(shí)共18個(gè)小時(shí)(圖8a),≥10mm的臺站平均降水出現(xiàn)在18日08—20時(shí)共13個(gè)小時(shí),其中最強(qiáng)的時(shí)間是18日16時(shí)(23.1mm).“海鷗”在海南島產(chǎn)生的≥5mm的臺站平均降水的時(shí)間段是15日15—17時(shí)和15日23時(shí)一16日11時(shí)共16個(gè)小時(shí)(圖8b),≥10mm的降水時(shí)間段是16日01—07時(shí)共7個(gè)小時(shí),最強(qiáng)是在16日04時(shí)(14.8mm).因此,根據(jù)臺站平均降水的時(shí)間變化特征,規(guī)定“威馬遜”的強(qiáng)降水時(shí)段是7月18日08—20時(shí),最強(qiáng)降水時(shí)間是7月18日16時(shí),“海鷗”的強(qiáng)降水時(shí)段是9月16日01—07時(shí),最強(qiáng)降水時(shí)間是9月16日04時(shí).4日降水、過程降水特征及形成原因?qū)Ρ葍膳_風(fēng)降水特征,發(fā)現(xiàn)有三個(gè)顯著的特征.首先,兩者臺站最大日降水差異明顯,“威馬遜”最大日降水達(dá)到544.3mm,“海鷗”較弱(296.5mm).其次,兩者在華南產(chǎn)生的日降水和過程降水表現(xiàn)出明顯的非對稱性,最強(qiáng)均在海南島.再次,兩者在海南島產(chǎn)生的過程降水、日降水和最大小時(shí)降水最強(qiáng)均在海南島西部和北部.下面將從這三個(gè)方面來分析其形成原因.4.1tc強(qiáng)度和移動(dòng)速度的影響TC自身特征有時(shí)對TC強(qiáng)降水的強(qiáng)度起至關(guān)重要的作用.對比強(qiáng)降水時(shí)段兩TC的各點(diǎn)平均的近中心最大風(fēng)速(圖9)可知,“威馬遜”的強(qiáng)度較大,達(dá)到58.00m·s“威馬遜”的移動(dòng)速度(20.74km·h由上可知,TC強(qiáng)度和移動(dòng)速度對強(qiáng)降水的強(qiáng)弱均起顯著作用,做預(yù)報(bào)時(shí)不可忽視.4.2環(huán)境流場的影響通過以上分析,兩組TC自身特征有明顯的差異,這些差異從根本上說和環(huán)境背景場密切相關(guān),所以需要深入分析兩組TC環(huán)境場的異同.這里分別對比分析高、中、低層環(huán)境流場的相同和不同之處.在做環(huán)境場對比時(shí),各TC選取距降水最強(qiáng)時(shí)刻最近的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行分析,用以說明降水強(qiáng)弱差異的原因.4.2.1高壓場對比將100hPa上16800gpm線包圍的區(qū)域作為南亞高壓強(qiáng)度指標(biāo),緯向風(fēng)速零線作為脊線,16800gpm線東部脊點(diǎn)經(jīng)度作為南亞高壓東伸指數(shù).從100hPa高度場(圖10a,10b)看,“威馬遜”高層南亞高壓很強(qiáng),16800線包圍的區(qū)域連成一片,主體強(qiáng)大,最強(qiáng)中心在30°N附近,東伸指數(shù)在117°E附近,16700gpm線包圍海南島或經(jīng)過島上,使其高層處于南亞高壓東南部強(qiáng)東北氣流中.南亞高壓主體強(qiáng)大且偏南時(shí),會使海南島高層的輻散加強(qiáng),進(jìn)而通過抽吸作用加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng),從而形成強(qiáng)降水.與“威馬遜”相比,“海鷗”高層南亞高壓明顯偏弱(圖10c,10d),高度基本都小于16800gpm,16700gpm線南側(cè)的邊界在兩廣沿海,距海南島較遠(yuǎn).可見,“威馬遜”高層高度場非常有利于強(qiáng)降水,而“海鷗”不利于強(qiáng)降水.4.2.2副高環(huán)流形勢對副高環(huán)流影響的主要原因500hPa高度場(圖11a,10b)上,在中高緯度地區(qū),“威馬遜”經(jīng)向環(huán)流較強(qiáng),副高受“威馬遜”環(huán)流和高緯環(huán)流的擠壓,強(qiáng)度偏弱,5880gpm線包圍的面積明顯偏小,主體偏東,高度最高的區(qū)域在138°E以東地區(qū),這種形勢不利于副高環(huán)流對TC路徑的引導(dǎo)作用.從風(fēng)場來看,副高西南側(cè)的東南氣流偏弱,范圍偏小,這主要是由于副高偏弱使得副高邊緣環(huán)流與“威馬遜”中心之間的氣壓梯度較小所致,這樣致使“威馬遜”移動(dòng)緩慢,有利于強(qiáng)降水在某個(gè)區(qū)域長時(shí)間維持從而形成強(qiáng)降水.與“威馬遜”相比,“海鷗”中高緯地區(qū)緯向環(huán)流更強(qiáng)(圖11c,11d),故副高環(huán)流只受“海鷗”環(huán)流的擠壓,其北側(cè)脊點(diǎn)西伸仍然明顯,副高偏強(qiáng),5880gpm線包圍的面積明顯偏大,副高主體偏西,高度最高的區(qū)域在125°E附近,比“威馬遜”偏西13°左右,這種形勢有利于副高環(huán)流對TC路徑的引導(dǎo)作用.從風(fēng)場來看,“海鷗”副高西南側(cè)的東南氣流更強(qiáng),范圍更大,這樣致使“海鷗”移動(dòng)較快,不利于強(qiáng)降水在某個(gè)區(qū)域長時(shí)間維持形成強(qiáng)降水.4.2.3u3000hpa的通量散度分析850hPa水汽通量,與“威馬遜”相連的≥10個(gè)單位(g·s從850hPa的水汽通量散度對比(圖13)可以證明之,對于“威馬遜”,除了南部沿海,海南島其余地區(qū)均是水汽的輻合,最大可達(dá)12～15個(gè)單位(10g·s4.3強(qiáng)降水時(shí)間與環(huán)境風(fēng)垂直切變的雷達(dá)拾遺分析環(huán)境風(fēng)垂直切變影響著TC的結(jié)構(gòu)和中尺度對流系統(tǒng)的組織發(fā)展(進(jìn)一步分析“海鷗”強(qiáng)降水時(shí)間的雷達(dá)拼圖特征(圖14b)和環(huán)境風(fēng)垂直切變(圖15(e,f,g,h))的特征.16日00時(shí),“海鷗”的區(qū)域平均的環(huán)境風(fēng)垂直切變指向西南偏南方向,大小是7.28m·s4.4強(qiáng)降水設(shè)立及路徑有時(shí)TC路徑的微小差異可能導(dǎo)致強(qiáng)降水落區(qū)的明顯差別.經(jīng)以上的分析可知,“威馬遜”和“海鷗”產(chǎn)生強(qiáng)降水的臺站均在海南的西部和北部,這是否與TC路徑有關(guān)?這里做進(jìn)一步分析.“威馬遜”在海南島強(qiáng)降水時(shí)段是18日08—20時(shí),繪制了該時(shí)段“威馬遜”的路徑(圖16a).在海南的強(qiáng)降水時(shí)段,“威馬遜”的路徑始于海南島的東北部海面(19.9°N,111.3°E),經(jīng)海南文昌—瓊州海峽—雷州半島—北部灣北部,最后到達(dá)廣西(21.7°N,108.3°E),在整個(gè)過程中,海南島三個(gè)強(qiáng)降水臺站處于路徑的西南一東南部,受臺風(fēng)西北一西南風(fēng)的控制(圖17a,b,c,d),處于向岸風(fēng)面或五指山的迎風(fēng)坡,受地形的摩擦和抬升作用,容易導(dǎo)致暴雨的增幅.可見,“威馬遜”的強(qiáng)降水落區(qū)與“威馬遜”路徑和山脈的相對位置的配置密切相關(guān),強(qiáng)降水落區(qū)往往在向岸風(fēng)面或山脈的迎風(fēng)坡.“海鷗”強(qiáng)降水時(shí)間的路徑與“威馬遜”極其相似(圖16b),源于海南島東部海面,經(jīng)過海南島東北部—瓊州海峽,到達(dá)北部灣北部地區(qū).9月16日00時(shí),臺風(fēng)中心位于強(qiáng)降水臺站的東側(cè)(圖17e),此時(shí)受臺風(fēng)偏北氣流的影響,這些臺站降水主要受臺風(fēng)眼壁影響,到了06時(shí)(圖17f),臺風(fēng)中心位于這些臺站的北部,受臺風(fēng)南部偏西氣流的影響,這些臺站處于迎風(fēng)坡,容易產(chǎn)生強(qiáng)降水,12時(shí)(圖17g),臺風(fēng)中心位于三個(gè)臺站的西北方向,受臺風(fēng)東南部的偏西氣流的影響,這些臺站也是處于迎風(fēng)坡,有利于降水的產(chǎn)生.由上可知,兩臺風(fēng)在海南島西部和北部發(fā)生強(qiáng)降水時(shí),臺風(fēng)中心位于強(qiáng)降水區(qū)的東北部—西北部,此時(shí)強(qiáng)降水區(qū)受臺風(fēng)西北—西南氣流的控制,恰好處于五指山的迎風(fēng)面.可見,海南島地形和臺風(fēng)路徑的配置對強(qiáng)降水落區(qū)起關(guān)鍵作用.5強(qiáng)降水和臺風(fēng)的關(guān)系利用NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)的MERRA再分析數(shù)據(jù)、臺站降水資料、熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集和雷達(dá)資料初步對比探討了2014年兩次路徑相似臺風(fēng)(“威馬遜”和“海鷗”)的降水特征及其成因.在華南,兩者的過程降水和日降水最強(qiáng)的區(qū)域均是在路徑的左側(cè)(海南島一側(cè)).在海南島,兩者的過程降水、日降水和最大小時(shí)降水最強(qiáng)均在海南島的西部和北部.二者的最強(qiáng)日降水均發(fā)生在登陸后的第一天.但是兩者降水強(qiáng)度差別明顯.“威馬遜”和“海鷗”的臺站最大過程降水分別是581.1、304.8mm,臺站最大日降水分別是544.3、