1409号超强台风“威马逊”强度及路径异常的成因分析
李荔珊 高士欣 余丹丹
（61741部队）
摘 要 利用热带气旋警报报文资料、NCEP1°×1°格点资料以及avhrr卫星遥感海温资料，从高度场、涡度场、湿度场、风场和海温场出发，诊断分析超强台风“威马逊”近海强度急剧增强和移速多变的原因。结果表明，“威马逊”强度急剧增强与南亚高压东进及副高西伸直接有关，正涡度平流和涡量垂直输送是导致“威马逊”强度急剧增强的重要原因；“威马逊”强度急剧增强还与南海夏季风活动密切相关，充沛的水汽供应是“威马逊”强度急剧增强的直接原因，南海夏季风突然增强是“威马逊”强度急剧增强的根本原因。此外，暖洋面、弱纬向风垂直切变也是“威马逊”强度进一步维持和加强的必要条件。“威马逊”属于非均匀加速西行进入南海的热带气旋，副高脊非均匀加强西伸是导致“威马逊”非均匀加速西行的主要原因。
关键词：超强台风“威马逊”；西太平洋副热带高压；强度急剧增强；非均匀加速
The 1409 super typhoon "Wimason" strength and path analysis of the causes of abnormal
LI Lishan GAO Shinxin YU Dandan
(Unit 61741)
Use of tropical cyclone warning message data, NCEP 1°×1° grid point data and AVHRR satellite remote sensing SST data, starting from the height field, vorticity field, humidity field, wind field and SST, diagnostic analysis of super typhoon "Wimason" offshore enhancement and shift speed changing reasons. The results show that, "Wimason" enhancement is directly related to the East South Asia high and the subtropical high, the positive vorticity advection and vertical transport stream and vorticity is "an important reason leading to enhancement of Wimason"; "Wimason" enhancement is also closely related to the South China Sea summer monsoon activity, abundant water vapor supply is "direct the reason Wimason" enhancement of South China Sea summer monsoon abrupt enhancement, is the essential reason for the "Wimason" enhancement of. In addition, a necessary condition for the warm ocean, weak vertical shear of zonal wind is the "Wimason" strength to further maintain and strengthen the. "Ramasun" belongs to non uniformly accelerated westward into the South China Sea Tropical Cyclone, subtropical high ridge non-uniform strengthening and extending westward is the cause of "the main reason Wimason" non uniformly accelerated westward.
0 引言
中国是世界上受热带气旋影响最为严重的国家之一，平均有16%的热带气旋移到中国沿海时急剧增强[1]。对于近海突然增强的热带气旋来说，预报难度大，常因防范不及而造成十分严重的灾害。近年来国内外在热带气旋强度变化研究方面取得了一定的进展，研究表明，中国近海热带气旋强度突变具有复杂而显著的非线性变化特征[2]，既与其自身的内部结构有关[3、4]，也受环境场的影响，环境风垂直切变[5]、冷空气侵入[6]、海面温度[7]、水汽通量和潜热输送[8]等都是影响近海热带气旋强度变化的重要因子。但由于观测资料不足及热带气旋强度变化的物理机制尚未弄清，热带气旋强度变化仍是大气科学领域至今尚未解决的重要科学问题之一[9]。
1409号超强台风“威马逊”强度强、风力大，先后三次登陆我国，对我国华南沿海地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。“威马逊”16日上午进入南海后，向西北方向稳定移动，移速多变，在向海南岛靠近的过程中急剧增强，并以超强台风强度长期维持。各家数值预报模式对“威马逊”路径做出了较准确的预报，但对其强度突变均未报出，鉴于此，有必要对“威马逊”近海强度急剧变化过程作深入的分析。
本文利用中央气象台发布的热带气旋警报报文资料，每日4次的NCEP／NCAR再分析资料(水平分辨率为1°×1°，垂直方向为1000 hPa到100 hPa共11层)以及avhrr卫星遥感海温资料，对“威马逊”移速变化及近海强度急剧增强的原因进行天气和动力学诊断分析，以期为今后准确预报我国近海热带气旋强度提供一些有益的参考。
1 超强台风“威马逊"概况
1.1 生命史
20##年第9号超强台风“威马逊”(Rammasun)于7月12日14时(北京时，下同)在美国关岛以西大约210公里的西北太平洋洋面上生成，14日11时加强为强热带风暴，17时加强为台风，15日傍晚以强台风级别登陆菲律宾东部沿海，并给菲律宾带来严重影响和人员伤亡。受吕宋岛地形影响，“威马逊”穿过菲律宾中部期间强度减弱，16日上午以台风强度移入南海东部海面，之后稳定地向西北方向加速移动，17日17时急剧增强为强台风，18日05时在我国近海加强为超强台风。18日15时30分前后，“威马逊”在海南省文昌市翁田镇沿海首次登陆，登陆时中心附近最大风力有17级（60m?s-1），中心最低气压为910百帕。19时30分前后，“威马逊”在广东省徐闻县龙塘镇沿海再次登陆，登陆时中心附近最大风力仍有17级（60m?s-1），中心最低气压为910百帕。“威马逊”穿过雷州半岛后，进入北部湾，并于19日7时10分前后,在广西壮族自治区防城港市光坡镇沿海第三次登陆, 登陆时中心附近最大风力有15级（48m?s-1），中心最低气压为950百帕。“威马逊”19日晚间在中越交界附近地区减弱为热带风暴，20日05时进入云南省境内，并减弱为热带低压，中央台停止对其编报。
1.2 特点及影响
1409号超强台风“威马逊”是41年以来登陆华南的最强热带气旋。它具有移向稳定、移速多变、近海强度急剧增强以及多次登陆、破坏力极大等特点。
（1）移向稳定、移速多变
“威马逊”自生成后一直处在西太平洋副热带高压（以下，简称副高）南部的偏东气流中，稳定地向西移动，登陆菲律宾东部沿海，进入125°E以西后，受副高西伸脊控制，稳定地向西北方向移动。“威马逊”刚移入南海时，时速一度达到45 m·s-1，之后移速减慢，登陆前随着强度增强，移速再次加快。
（2）近海强度急剧增强
“威马逊”进入南海后，强度快速增强，在中沙群岛附近加强为强台风，在登陆海南岛前加强为超强台风，维持超强台风时间有一天之久，60m?s-1的中心最大风速持续长达9小时。“威马逊”沿海岸线横扫海南岛和雷州半岛，是继7314号超强台风“MARGE”后登陆华南最强的热带气旋。
（3）多次登陆、破坏力极大
“威马逊”先后三次登陆我国，在登陆地及沿海地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。广东、广西、海南、云南遭受的台风灾害已造成1107.3万人受灾，近百人失踪死亡，直接经济损失384.8亿元。
2 “威马逊”近海强度急剧增强的原因分析
根据于玉斌[10]定义的热带气旋急剧增强的方法和标准，利用热带气旋每日4个时次（02时、08时、14时和20时）的报文资料，计算得出“威马逊”进入我国南海后经历了急剧增强过程(表1)。如表1所示，7月17日20时、18日02时、18日08时为“威马逊”急剧增强时刻，其中18日02时强度变化最为显著，6小时中心气压下降了15 hPa, 12小时中心风速增大了13 m·s-1。18日14时“威马逊”强度达到最强，中心最大风速60 m·s-1，中心最低气压910 hPa。
表1 超强台风“威马逊”在其强度急剧变化前后基本情况一览表
2.1 “威马逊”强度急剧增强与高压演变的关系
2.1.1 “威马逊”强度急剧增强与南亚高压东进及副高西伸有关
为了弄清“威马逊”强度急剧增强前后，南亚高压和副热带高压的演变特征，绘制7月17日02时、17日14时、18日02时和18日14时4个时次， 100hPa上16800等高线和500hPa上5900等高线，以此表征南亚高压和副高的强度和范围(图1)。从图上可以看出，“威马逊”在急剧增强过程中，其中心西北侧始终由南亚高压控制，而且南亚高压不断向东伸展，在“威马逊”强度达到最强时（7月18日14时），南亚高压面积最大，位置最东。高空反气旋环流扩展到西北太平洋地区，形成有利于热带气旋发展的高层辐散条件，“威马逊”正是位于高层辐散流场的下方，才一路发展加强。同时，“威马逊”又位于副高的西南侧，在其急剧增强过程中，副高不断西伸，范围不断扩大。从移动路经来看，“威马逊”在带状副高南侧偏东气流引导下，稳定向偏西方向移动。
图1 7月17日02时、17日14时、18日02时和18日14时16800特征线（实线）和5900特征线（虚线）的演变
2.1.2 正涡度平流和涡量垂直输送是“威马逊”强度急剧增强的重要原因
图2为7月17日02时、17日14时、18日02时和18日14时4个时次，850 hPa上涡度平流分布图，在“威马逊”强度急剧增强过程中，其中心上空西北侧都伴随着较强的正涡度平流，而且正涡度平流中心都出现在热带气旋中心移动方向的前方，和移动路径相一致。正是因为环境场有正涡度持续内传至“威马逊”中心，使其获得涡量而增强。
(a) 7月17日02时 (b) 7月17日14时
(c) 7月18日02时 (d) 7月18日14时
图2 850 hPa上涡度平流分布（单位：10-10s-2）
图3给出了“威马逊”急剧增强过程中，其中心涡度的垂直变化。从图中可以看到，在“威马逊”急剧增强前，正涡度中心位于对流层中、低层，在“威马逊”急剧增强时刻，中、低层涡度均有显著的增大，最大正涡度中心值增大至10×10-5s-1，而且正涡度向上伸展到200 hPa。所以说，热带气旋中心附近正涡度的增大和正涡度向对流层高层输送导致“威马逊”急剧增强。
由此可见，南亚高压东扩，为“威马逊”的发展增强提供了有利的高层辐散条件，“威马逊”移动方向上有较强的正涡度平流，在其移动过程中又将涡量向上输送，这是“威马逊”强度急剧增强的重要原因。
图3 16日08时-19日08时，“威马逊”中心连线上涡度的垂直剖面图（单位：10-5s-1）
2.2 “威马逊”强度急剧增强与南海夏季风活动的关系
2.2.1 充沛的水汽供应是“威马逊”强度急剧增强的直接原因
“威马逊”进入南海后，从卫星云图(图略)可以看到，南海对流云系极其旺盛，热带气旋中心区的南侧不断有螺旋云带的卷入，成片的亮白云区为“威马逊”的发展增强提供了大量的水汽和能量。绘制7月17日02时、17日14时、18日02时和18日14时4个时次，850 hPa水汽通量和流场图(图4)，图上“威马逊”的水汽通道主要来自南海南部的偏西气流以及南海越赤道气流。“威马逊”强度急剧增强过程中，位于其中心东南侧的水汽通量不断增强， 7月18日02时，“威马逊”强度变化最显著，此时水汽通量中心值也增至最大，因此水汽供应量不断增强是“威马逊”急剧增强的有利保证。
(a) 7月17日02时 (b) 7月17日14时
(c) 7月18日02时 (d) 7月18日14时
图4 850 hPa水汽通量分布（单位：g／(s·cm·hPa)）
2.2.2 南海夏季风突然增强是“威马逊”强度急剧增强的根本原因
图5所示，“威马逊”整个生命史期间，南海盛行西风，夏季风较为活跃，有利于水汽向北输送。7月15日14时，西风明显增强，并逐渐向北扩展，7月17日20时，西风增大至12 m·s-1，可见，南海西风加强北抬过程与“威马逊”强度急剧增强过程相对应，“威马逊”强度随西风增大而不断增强。
图5 20##年7月12日08时～7月20日08时，沿100°E～120°E平均的850 hPa纬向风纬度-时间剖面
南海越赤道气流对南海夏季风推进有重要的作用，这里计算同期100°E～110°E经度带5°S～5°N之间的925hPa经向风距平的格点平均值，以此表征南海越赤道气流的强度变化（图6）。图中南海越赤道气流从7月16日02时开始持续增强（如箭头所示），18日08时强度达到峰值，该时刻恰好与“威马逊”强度急剧增强时刻相吻合。
图6 20##年7月12日08时～7月20日08时，925hPa上（100°E～110°E，5°S～5°N）范围内的平均经向风（单位：m·s-1）
由此可见，“威马逊”强度急剧增强与南海夏季风活动密切相关，南海越赤道气流明显增强推进南海夏季风发展，西南暖湿气流不断卷入，使得“威马逊”强度急剧增强。
2.3 暖洋面、弱纬向风垂直切变是“威马逊”强度急剧增强的必要条件
图7给出了7月17日“威马逊”强度急剧增强前海温场(图7a)以及850 hPa和200 hPa之间纬向风垂直切变分布(图7b)。图2a中南海北部海域维持29℃以上的高温区，这是“威马逊”强度得以长时间维持的能量来源。图4b中南海东北部环境风垂直风切变介于-4～8 m·s-1，这说明台风中心附近区域的风速垂直切变很小，低层风速与高层风速变化不明显，这对“威马逊”暖心结构的维持十分有利，也是其进一步维持和加强的必要条件。
(a) (b)
图7 7日17日(a)海温场分布（单位：℃）；(b)850 hPa和200 hPa之间纬向风垂直切变分布（单位：m·s-1）
3 “威马逊”移速多变的成因分析
从进入南海到登陆海南岛期间（7月16日08时～7月18日14时），“威马逊”每6 小时平均移速如表2所示，“威马逊”刚进入南海时，平均移速突然加快，直到16日20时平均移速都接近30km·h-1 ，达到快速移动，之后移速放缓至15～20km·h-1，直到登陆海南岛前，“威马逊”增强为超强台风，移速也随之增大，可见，“威马逊”进入南海后，移速的变化经历了先加快后减慢再加快的过程，属于非均匀加速西行进入南海的热带气旋。
副高和热带气旋之间的气压梯度是引导热带气旋快速移动的偏东气流得以加强和维持的关键。为此，采用中央气象台[11]定义的副高脊线指数，以副高脊线的纬度与“威马逊”中心所在的纬度之差来表征两者之间的纬间距，计算从7月16日08时到18日14时，逐6小时两者平均纬间距，如表2所示。分析发现，“威马逊”的移速和它与副高脊线之间的纬间距成反比，移速越快，纬间距越小，这也就解释了“威马逊”进入南海后，移速多变的原因。“威马逊”自西北太平洋生成后，一直处在副高南部的偏东气流中，稳定地向西移动，进入南海后，转向西北方向移动，此时，副高脊西伸，中心西进，使“威马逊”与副高之间距离变小，气压梯度加大，东风增强，有利于“威马逊”加速移动，之后，随着两者的纬间距加大，“威马逊”移速变缓，登陆前纬间距再次缩小，移速再次加快。所以说，副高脊非均匀加强西伸是导致“威马逊”非均匀加速西行的主要原因。
表2 7月16日08时-7月18日14时，逐6小时“威马逊”的平均移速以及它和副高脊线的平均纬间距。
4 小结
(1) 1409号超强台风“威马逊”是41年以来登陆华南的最强热带气旋。它具有路径稳定、非均匀加速西行、强度急剧增强及多次登陆、破坏力极大等特点。
(2) “威马逊”强度急剧增强与南亚高压东进及副高西伸直接有关, 南亚高压东扩，为“威马逊”的发展增强提供了有利的高层辐散条件，对流层低层“威马逊”移动方向有较强的正涡度平流，在其移动过程中又将涡量向上输送，这是“威马逊”强度急剧增强的重要原因。
（3）“威马逊”强度急剧增强与南海夏季风活动密切相关，充沛的水汽供应是“威马逊”强度急剧增强的直接原因，南海夏季风突然增强是“威马逊”强度急剧增强的根本原因。
（4）暖洋面、弱纬向风垂直切变为“威马逊”强度进一步维持和加强提供了必要条件。
（5）“威马逊”属于非均匀加速西行进入南海的热带气旋，副高脊非均匀加强西伸是导致“威马逊”非均匀加速西行的主要原因。
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