第36卷第1期2021年2月
成都信息工程大学学报
JOURNAL OF CHENGDU UNIVERSITY OF INFORMATION TECHNOLOGY
V〇1.36 N o. 1
Feb. 2021
文章编号：2096-1618(2021)01 ■0086必
曾琰1’2，王伟、胡佳洁1
(1.成都信息工程大学大气科学学院四川省高原大气与环境重点实验室，四川成都610225;2.中国人民解 放军96733部队，湖南怀化418300)
摘要：为了解2018年第22号台风“山竹”的环流等特征，利用日本气象厅热带气旋最佳路径数据集、中国气象 局提供的测站降水资料和欧洲气象中心环流、海温数据，对其路径、强度变化、海温背景、环流特
征、水汽输送特征
晏镇；台风发展演变过程中，中心气压和中心最大风速变化呈负相关。“山竹”移动路径主要受西太平洋副热带高
压（简称副高）南侧偏东气流影响；台风发展至强盛过程中，环境风垂直切变跳跃式变低，最低值可达1.51762 m/s,
有利于维持“山竹”的暖心结构，促使其强度一直维持较高数值；下垫面较高海温的维持也为“山竹”的强盛发展提
供了有力支撑。“山竹”在海晏镇登陆前后形成强降水过程，其水汽主要来自孟加拉湾和南海；同时台风中心附近
有很强的辐合上升运动，广东地区上空的上升区与广西西部和台湾南部海域上空的下沉区构成垂直环流圈，充足
的水汽供应和强烈的辐合抬升运动，致使台风登陆前后暴雨持续发生。
关键词：气象学；天气分析；台风“山竹”；环流特征；水汽输送；海温
中图分类号：P458. 1+24 文献标志码：A
doi ： 10.16836/j. cnki. jcuit. 2021.01.014
〇引言
中国是世界上台风登陆最多，灾害最重的国家。2000-2013年，每年平均有7.6个台风在中国沿海登 陆[1]。同时由于台风灾害发生频率高，危害程度大，波及范围广，带来的狂风暴雨常给受影响地区造成严 重的灾害而受到气象工作者的广泛关注。
早在20世纪80年代，丁一汇等分别从动力学、温度和湿度场等方面详细研究了台风结构特征，之 后有学者研究了中纬度长波槽对台风发展的影响+5]，以及台风与中纬度环流系统的相互作用[6]。随着国内外监测手段的发展，数值模式和资料同化等 理论和技术的进步，台风的研究已取得显著成效，其研 究内容涉及诸多方面。周玲丽等[7]用％1^模式再现了台风“海棠”造成中尺度暴雨的边界层强中尺度辐 合带系统，有利于进一步分析台风暴雨。刘瑞等[8]利 用W R F模式选择几种云微物理方案对台风进行相关 研究，以便能较好地模拟台风暴雨的范围和强度。冯 佳宁等[91基于W R F模式，运用雷达资料同化对台风 “彩虹”进行了数值模拟改进，其结果能更好反映台风 “彩虹”近海加强的过程。Srivastava等[%应用多普勒雷达资料同化，有效改进了台风动热力结构、移动路径
收稿日期:2019-11-22
基金项目：国家自然科学基金资助项目（41005034)；公益性行业 (气象）科研专项资助项目（GYHY201506001)等方面的模拟效果。龚俊强等[11]基于W R F模式和 W R F D A三维变分同化系统，将无线电探空和飞机报 观测资料二者同时同化，有效改善了对台风移动路径 和中心附近最低气压的模拟，并且对台风的降水预报 在中雨和特大暴雨方面有明显改进。许娈等[12]以1011号台风为个例诊断分析了“凡亚比”台风的合力 散度水平分布及演变过程，发现合力散度演变能较好 地反映出台风强度及结构的发展与演变。温晓培 等[13]针对超强台风S A N B A进行了涡度和环流收支分 析。颜玲等[14]针对1401号台风M a t m o进行了动热力 结构和水汽输送特征分析，揭示了台风内部系统结构 和降水环流因子对预报台风登陆时造成暴风雨灾害的 重要性。何晓彤等[15]用G R A P E S_M E S O模式对1513 号台风苏迪罗进行了数值模拟，通过与实况资料对比 分析了台风云系时空演变特征。地形因素对台风的影 响也是不可忽视的，赵玉春等[16]就台湾岛地形对1614 号台风“莫兰蒂”的影响进行了研究，地形敏感性实验 证实了台湾地形对台风引发暴雨的重要作用。当前，通过各种监测和手段已能较好预报出台风的路径，但 对于台风路径突然转向（如南海台风路径北翘、路径 回旋等）的预报仍面临着许多严峻的考验[17]。
2018年9月台风“山竹”先登陆菲律宾，后在中国 广东台山海晏镇登陆，是有可靠气象记录以来登陆广 东的最大台风，对珠三角地区造成了极大影响。文中
第1期曾玫，等：]822号台风“山竹”演变特征分析87
1150
1100
图1 1822号台风最大风速、中心最低
气压以及垂直风切变的时间演变
图2给出了实际海温与26 t 做差值所得的海温 距平分布图。广阔的暖洋面（超过26 T )是台风得以 发展如此壮大的重要原因。9月为夏季向秋季过渡， 太阳直射点由北向南移动，所以导致海温偏暖，积攒了 较多能量。台风生成初期海面温度基本大于26丈（图 2a )，特别是台风移动路径一带，普遍温度差达3丈。 到12日，菲律宾以东海洋面温度极高，温度差达到 4 t (图2b )，而台风“山竹”即将进人这最暖的海洋 面，强度也得以维持加强。到14日08时，虽然之前有 台风“百里嘉”发展经过，但南海地区海温依旧很高 (图2c )，到15日台风经过菲律宾岛后，虽然强度有所 减弱，但依旧能获取充沛能量维持其庞大的环流。这 与前人的研究结论一致[19]。
速度向南海行进;16日17时山竹”在广东台山海晏 镇登陆，登陆时其中心附近最大风力达约31 m /s ，中心 最低气压为955 hPa ;17日台风强度迅速减弱，到14 B 寸 其降为热带低压，到晚间停止对其编号。
图1是台风的强度随时间的演变。8-12日台风 中心最大风速不断增大，气压不断减小，从图1可以看 到丨0日由于环境垂直风切变值较大，“山竹”强度发 展较为迟缓，之后（10-12日）垂直风切变以跳跃式迅 速减小，台风强度也继续猛增，到12日08时达到环境 所能承受的极限，垂直风切变值最低达到 1.51762 m /s ,“山竹”才暂时停止加强，中心最低气压 达至I J 905 hPa ，最大风速达到约56 m /s 。15日凌晨台风 登陆菲律宾后，可以看到气压逐渐升高，风速迅速减 小，到16日17时登陆海晏镇后，由于地形摩擦使得台 风强度进一步减弱，但依旧给广东广西贵州一带带来 大量降水（图3)。17日08时台风消亡，垂直风切变 值为0，原中心所在地气压约为1000 hPa 。
将对1822号台风“山竹”在西北太平洋洋面上生成后 西行，先后登陆菲律宾以及中国广东过程中的各气象 要素进行分析，辅以涡度、散度等动热力物理量场的特 点分析，旨在揭示“山竹”在生成发展到登陆减弱过程 的时空演变特征，阐明天气环流形势、不同内部结构配 置对台风山竹的发展以及降水强度和落区的影响，希 望能够为台风风雨预报提供一定依据。
1数据与方法
选用日本气象厅提供的热带气旋最佳路径数据 集，再现台风路径、中心气压以及最大风速。选用欧洲 气象资料中心提供的再分析资料和海温数据，其中位
势高度场、风场、水汽、温度等要素水平分辨率为0.75°
x 0. 75°，下垫面海温数据的水平分辨率为0.125° x
0. 125°，时间分辨率均为6 h 。降水实况选用中国气象 局提供的每6 h 累计降水量站点资料。
选用的特征物理量计算公式如下：水平散度〇 =笋+#
ox o y (i )单层水汽通量
g
(2)单层水汽通量散度4
g
(3)
风速垂直切变霞s = V ( w 200 -a 85。）2 + (z ；200~V S50 )
(4)
其中,u ，i ；为风速的纬向风和经向风，g 为比湿，F 为全 风速，g 为重力加速度，u 200和w 85。表7T C 200 h P a 和 850 hPa 等压面上的纬向风速，i ;200和〃85。表示200 hPa 和 850 hPa 等压面上的经向风速；环境垂直风切变，采用 将一定区域内200 hPa 平均风场矢量和850 hPa 平均风 场矢量的差来表示。参照Palmer C K [18]的方法，以热 带气旋位置为中心，在l 〇°x 10°正方形网格区域内，分 别对850 hPa 和200 hPa 层上的u ，i ；求区域平均，进而求 出风速垂直切变大小。
2 “山竹”路径、强度及降水
“山竹”的移动路径及强度变化（图略）特征为: 2018年9月7日08时，在国际换日线以西海域生成 的低压升格为热带低压;9月9日上午8时45分，其 强度升为台风；其后,“山竹”沿偏西路径前进，经过关 岛附
近海域；11日以后路径逐渐转为西偏北方向，强 度和体积继续增大;15日凌晨台风“山竹”登陆菲律宾 北部，临近中午时分，离开菲律宾并以每小时25 k m 的
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都信息工程大学学报第36卷
120°E I 135°E 50。N
40° N-40° N 30° N-
30° N 150°E 105°E 120°E
135°E 150°E
50° N 20° N 10° N
90° E 50° N 40。N
30° N
20。N
10°N
20°N -L k
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40° N-30° N-(a)10日08时
50° N (b) 12 日 08 时
90° E
105°E
120°E
(c)14日08时
135°E 150°E 90° E 105°E 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
120°E
(d)17•日08时
135°E 150°E
图2 1822号台风演变过程中实际海温与26 t 差值分布图（黑实线是温差为3 T ：等值线)
16日上午开始，受到台风“山竹”宽广的环流影 响，广东沿海地区降水量开始逐渐增多（图3a )，到下 午14时，虽然台风眼还没有登陆广东，但是其西北部 大部分主体已经影响广东沿海一带，降水量急剧增加， 越靠近海洋降水量越大，最大达到40 m m 以上（图 3b )。到16日20时，降水强度持续增大，并且影响范
围也显著增加，从广东沿海一带扩大到广东广西以及 福建区域（图3c )。到17日08时，台风主体已经移动 到广西，台风强度明显减弱，降水范围维持，强度显著
降低，到17日20时，台风主体影响的两广云贵地区降 水强度进一步减弱，此时停止对“山竹”进行编号，可 以说台风本身环流所造成的降雨已经宣告结束。
0.1
4 10 20 30 40
图3
1822号台风登陆广东前后6 h
累积降水量分布图
第1期曾琰，等：1822号台风“山竹”演变特征分析89
台风在广东登陆后，16日20时（图3c)，江苏南部到上 海地区出现范围很小但降水强度很大的暴雨点，最大 6 h降水量达40 m m以上，随时间变化暴雨区逐渐向南 推移蔓延到浙江北部地区。这部分地区很明显远离台 风主体范围，乃是台风外围形成的倒槽造成M-221。根 据中国气象局发布的资料（略）可知，苏州常熟在此次 过程中遭特大暴雨袭击，一夜之间雨量接近300 m m，超过“山竹”本体在珠三角的雨量最大值，再次论证了 陈联寿等[23]在中国台风特大暴雨综述中提出的台风 外围尤其是台风倒槽引发的暴雨可能会超过台风本体 暴雨。
3环流形势和水汽通量的演变
500 h P a位势高度和风场空间分布演变图上，副高 强势稳定维持，“山竹”登陆前一直受副热带高压调 控。图4(a)中，位于中国南海的台风“百里嘉”已经 减弱消退，太平洋高压和大陆高压连成东西向的高压坝，控制着中国大部分地区。台风在副高南侧偏东气 流的引导下一直以西行路径前进，且范围强度不断增 大。在“山竹”靠近菲律宾时，由于副高在其东南侧插 人（图4b)，台风路径由原来的偏西路径转为偏西北路 径。登陆菲律宾后，台风强度虽由于地形摩擦有所减 弱，但因成功避开菲律宾最高的两座大山从而仍保留 了一定的强度。随后“山竹”向中国广东方向行进，由于台风“百里嘉”的发展和消退，南海地区为台风“山竹”提供了一定的扰动能量，所以进人南海之后台风 强度得以继续维持（图4c)。“山竹”登陆广东后，副 热带高压减弱东退，维持在中国东海地带，且有部分仍 控制着中国华南到西南一带，副高中心强度依可达5900 g p m，此时台风“山竹”受副高西侧东南气流影响 路径以西北方向为主（图4d~e)。在大陆高压偏北冷 空气的影响下，台风“山竹”移速减缓，由于下垫面摩 擦作用强度也迅速减弱，到17日08时到达广西（图4f)，到17日晚间，“山竹”到达广西和云南交界处，减 弱为热带低压，很快就停止转动，此次台风活动结束。
(<1)16 日08 时（e)16 日14 时
图4 1822号台风登陆广东前后500 hPa位势高度和风场分布图
(f)17 日08 时
图5为台风“山竹” 16日17时登陆广东前后850 hPa的位势高度场和风场分布图。图5(a~b)中台风中心还没有登陆广东，但因其范围宽广，周边环流 已经开始影响两广地区，从而造成相应较强降水（图3a~b)。从阴影区域可以看到，台风正式登陆前后3 h (图5c)，都有较强的西南急流（>16 m/s)把暖湿水汽 源源不断地从孟加拉湾和南海输送到台风“山竹”内部，有利于台风强度的维持，并给两广地区输送水汽和能量，形成较强降水（图3b~c)。17日08时（图5d)台风强度迅速减弱，低空西南急流不再明显，暖湿空气带 来的能量(潜热)减弱，再加上受地形摩擦影响，台风强 度继续大幅度减弱。但值得注意的是，由于台风“山竹”环流广阔，能量充沛，其逐步消散减弱的过程中强盛的 东南气流并没有减弱（图5d~ e)，它与南下的冷空气汇 合继续造成强度较大的降水（图3d~ e
)。
90成都信息工程大学学报第36卷
40° N
20° N
90°E 120°E 150°E
(h)16日14时
40°N-
20° N-40°N
莫兰蒂台风20°N
90° E 120°E 150°E
(c)lfi日20时
40° N
20°N
90°E 120°E 15〇°E
(e)17日14时90° E 120°E 150°E
(f)17 日 20 时
图5 1822号台风登陆广东前后850 hPa的位势高度和风场分布图（阴影区代表风速大于16m/s的K域）
台风“山竹”登陆中国阶段，水汽输送来源主要有 两条（图6a):—条是西南气流带来的孟加拉湾和南海 的水汽，一条则是西太副高南侧偏东气流带来的水汽。有利于台风“山竹”在中国广东广西地区形成暴雨天 气。台风“山竹”登陆后（图6b ~C)水汽输送呈现出 明显的不对称结构，台风中心偏东北侧为明显的水汽 通量大值区，为东侧对流系统发展提供了充沛的水汽，这种不对称结构，主要是由于下垫面的变化导致。由于广东北侧为丘陵地带，地形的阻拦作用使得水汽在 此处聚集，造成广东沿海地区的大暴雨。到17日08 时（图6 d)，水汽输送通量明显减少，没有了充足暖湿 空气的供应，台风“山竹”强度迅速减弱，降水强度相 应降低（图3d)。
^一
100°E120°E
(b)16日14时
140°E
30°N-
20°N-
10°N-
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V产一-
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100°E
40 50
120°E
(d)17日08时
g/(s hPa cm)
140°E
100° E
广r，
120°E
(c)16日20时
140°E
30。N
30°N-
(V 100°E
I I
120。E 140。E
(a)16日08时
图6 1822号台风登陆广东前后900 h P a风场和水汽输送通量图（填区为水汽通量
)
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