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试述登陆台湾岛后的台风移动路径特征
摘要：利用中央气象台逐小时的台风中心定位资料,对2007—2016年共10a登陆台湾岛后的台风移动路径特征进行了统计分析。结果表明:1)10a间登陆台湾岛后台风移动路径发生左折最多,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°,占折角总数的80%。2)一般台风移动缓慢时折角大,移动快时折角小。一般台风强度较弱时折角大,强度较强时折角小。3)登陆台湾岛后台风的突变路径主要分为西折、打转且北折两类,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。其余为打转且北折,主要为西北行打转后北折路径。突变折点主要分布在台湾北部,且多为左折突变。4)台湾岛地形诱生偶极涡与台风环流相互作用是台风路径发生偏折的重要原因。
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台风是影响我国最严重的自然灾害之一。台风带来的狂风、暴雨和风暴潮等常造成人民生命财产及国民经济的巨大损失,能否较准确预报台风的路径是减轻这类灾害的关键。陈联寿指出最严重的台风预报误差常由其路径突变引起[1]。许映龙等认为自1990年以来我国台风路径的综合预报误差在逐渐减小,但台风异常路径的预报能力仍十分有限[2]。目前对台风移动路径的统计研究已有不少。陈联寿等将1970—1974年发生北翘的9个台风分为急翘和缓翘两类,前者几乎成直角转折,后者一般通过两次转折来完成[3]。刘爱鸣等对1970—1990年我国近海115°～130°E,20°～38°N区域台风移向突变点的时空分布进行统计,分析了台风路径左折、右折和曲折3种异常路径的成因[4,5,6]。戴高菊等对1949—2010年西北太平洋(包括南海)热带气旋的运动特征进行统计,分析了热带气旋路径折角和移速的时空分布,折角与移速、气压之间的关系以及我国近海和大陆热带气旋异常路径的类型、地理分布等特征[7]。
台湾岛上地形复杂,2/3的陆地是凹凸不平的山地,最高的中央山脉与台湾岛的走向一致,长300km,宽120km,平均高度2km,玉山主峰高达3950m(图1)。已有不少研究指出台湾岛地形对过境台风的移动有重要影响。罗哲贤等用β平面准地转正压模式研究台湾岛地形对台风移动路径的作用,指出台湾岛地形会使台风路径向右偏移[8]。张文舟等对过台湾岛地区台风的内力变化和诱生低压的产生机制进行动力学分析,指出台湾岛地形的直接作用导致台风向北的内力分量显著增大,其移动路径明显向右偏[9]。孟智勇等用数值模拟方法研究了台湾岛地形强迫与台湾附近的环境流场的相互作用及其对热带气旋运动偏转的影响,指出台湾岛地形有利于环境场中诱生出一对偏差偶极涡,这对诱生偏差偶极涡将导致逼近岛屿的热带气旋产生运动方向的突然偏折,且在不同基本气流条件下,岛屿地形对热带气旋运动可能产生显著不同的影响[10]。台湾岛地形的作用引起过境台风路径发生偏折,这直接关系到其影响区域的变化,如登陆台湾岛后台风路径向右偏折(路径偏北),则对温州的风雨影响加重,如台风路径向左偏折(路径偏南),则对温州的风雨影响减弱。正因如此,准确预报过岛台风路径偏折趋势对于温州科学开展台风防御工作是至关重要的。目前对于登陆台湾岛台风路径的变化规律尚缺少系统统计研究,对其路径突变特征也认识不足。本文将对近年来登陆台湾岛后的台风移动路径特征进行统计分析。
图1台湾岛地形分布
1、资料和方法
使用1997—2016年中央气象台逐小时的台风中心定位资料,资料包括台风中心经纬度、中心最低气压、移动速度等。选取样本为登陆台湾岛的台风,总共16个个例。图2给出了所有个例的路径。计算每个台风登陆台湾岛后的路径转折角度,即登岛后至台风出岛入海对于登岛前6h的路径偏折。
路径偏折角度计算如下
其中a⃗为A、B两点构成的向量,b⃗为B、C两点构成的向量。
台风折角的计算。计算登岛前6h位置A、登岛位置B和登岛位置B、出岛入海位置C组成的两个向量之间的夹角。如图3a所示,向量BC−→−相对AB−→−偏折角度θ即为所求台风路径折角。图3b是左、右偏折示意图。向量BC−→−(BC′−→−)相对AB−→−顺(逆)转视为右(左)折。
图21997—2016年所有穿过台湾岛的台风路径图,分别为(a)0708蝴蝶、(b)0709圣帕、(c)0716罗莎、(d)0807海鸥、(e)0808凤凰、(f)0813森拉克、(g)0815蔷薇、(h)0908莫拉克、(i)1011凡亚比、(j)1111南玛都、(k)1307苏力、(l)1410麦德姆、(m)1513苏迪罗、(n)1521杜鹃、(o)1601尼伯特和(p)1617鲇鱼
图21997—2016年所有穿过台湾岛的台风路径图,分别为(a)0708蝴蝶、(b)0709圣帕、(c)0716罗莎、(d)0807海鸥、(e)0808凤凰、(f)0813森拉克、(g)0815蔷薇、(h)0908莫拉克、(i)1011凡亚比、(j)1111南玛都、(k)1307苏力、(l)1410麦德姆、(m)1513苏迪罗、(n)1521杜鹃、(o)1601尼伯特和(p)1617鲇鱼下载原图
图3折角θ(a)及相对AB→右折(BC′→)和左折(BC→)示意(b)
2、结果与分析
2.1登陆台湾岛后台风路径偏折的一般特征
2.1.1偏折概况
2007—2016年间共有16个台风登陆台湾岛,年均1.6个。最多年为2008年达4个,最少为2012年,该年没有出现台风登陆台湾岛。Chan等研究大西洋上气旋时,定义12h内移向变化>20°为向右转折路径,移向<-20°为向左转折路径,移向变化在-10°～10°间为直行路径[11]11]。一般台风在台湾岛滞留时间为几个到十几个小时,所以本文计算的台风登陆台湾岛后的转折角度近似为12h内台风转折角度,取转折角度在10°内为直行路径。图4a显示台风登陆台湾岛后路径发生左折、右折以及没有明显变化保持直行路径的次数柱状图。共发生左折10次,右折1次,直行5次,各占总数的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。可见,台湾岛东侧登陆的台风易出现左折。对最易出现的左偏折频数按15°间隔分等级统计。左折偏折角度都在60°以内,平均偏折37.73°,主要集中在15°～45°,占折角总数的80%,45°～60°折角占折角总数的20%(图4b)。
图4台风路径发生左折、右折、直行次数分布(a)和左折每15°频数分布(b)
2.1.2折角与移速、强度的关系
从台风偏折角度与其移速的相关散点图(图5a)可以看出,台风偏折角度最多的15°～45°,对应移速为15～20km/h。一般移动快的台风折角较小,移速达到20km/h以上的台风,其折角基本<30°且主要集中在10°以内。而大折角台风移动缓慢,基本<15km/h。从折角与其同期中心海平面气压的关系看(图5b),台风越强其折角越小。当中心气压<940hPa时,角度基本<30°,而大折角多出现在950～990hPa台风相对偏弱阶段。
综上所述,一般台风移动缓慢时折角大,移动快时折角小。一般台风强度较弱时折角大,强度较强时折角小。这与戴高菊等的研究结果一致[7]7]。需要说明的是,台风移动缓慢,表明引导气流弱,无论台风强度偏强还是偏弱,台湾岛对台风路径的影响比重均增大,折角偏大;台风移动快,表明引导气流强,台湾岛对台风路径的影响比重减小,折角偏小;台风强度弱,内力小,移动路径稳定性弱,路径更易受台湾岛影响,折角偏大;台风强度强,内力大,移动路径稳定性强,路径受台湾岛影响偏小,折角偏小。
图5台风偏折角度与其移速(a,km/h)和同期中心海平面气压(b,hPa)的相关散点(圆点为左折,三角形为右折,正方形为直行)
2.2登陆台湾岛后台风路径突变特征
路径突变是台风预报的难点。台湾岛地形常使登岛台风移动路径产生突变。下面就2007—2016年10a登陆台湾岛后台风的突变路径进行统计。采用85-906攻关项目[12]12]中的规定,取左折>30°,右折>45°定义台风移向突变。
2.2.1路径类型
10a间登陆台湾岛后路径折角达到突变标准的台风共计7个,其中左折6个,右折1个。以东、西、南、北4个方向为基准(左右45°的范围视为该方向),对这7个台风进行分类。台风移向突变可包括北折、南折、西折、东折,再加上打转(形成完整的圈)和停滞6类路径。有时一个台风可分属多个类型。由此统计登陆台湾岛后台风的突变路径类型主要有两类,一类是西折(图6a),另一类是打转且北折(图6b)。西折最多,共5个,占总数的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,占总数的80%。其余为打转且北折,主要为西北行打转后北折路径,仅2个,占总数的28.57%。
图6西折(a)、打转且北折(b)台风分类路径
2.2.2突变折点空间分布
图7为登陆台湾岛后台风移向突变折点(亦为登陆地点)分布(圆点为左折点,三角形为右折点),突变点分布范围较广,台湾北部、中部、南部都有突变点分布。主要集中地为台湾北部,且多为左折突变。
图7台风路径的突变点分布(圆点为左折,三角形为右折)
3、台湾岛地形对台风移动路径影响的可能原因
孟智勇等通过对理想东、西风场受台湾岛地形影响的数值试验研究发现,台湾岛地形强迫与基本气流的相互作用,可产生一对偶极涡,这对偶极涡附加环流的叠加作用能够显著影响台风的运动,具体表现为:东风场中,岛屿西侧为气旋,东侧为反气旋,当台风从台湾东北部接近台湾时,东侧的反气旋与台风环流相互作用可使台风向北运动,西侧的气旋环流使台风向西南方向转向,也即“左折”现象;当台风从台湾东南部接近台湾时,东侧的反气旋可使台风向南偏转,西侧的气旋则可使台风向北运动[10]10]。由此可以解释,台风从台湾岛东侧登陆台湾岛时,即环境基本气流为偏东气流,如在台湾东北部登陆,偶极涡中西侧的气旋作用是台风路径发生左折的主要原因,东侧的反气旋作用是台风路径发生右折的主要原因;如在台湾东南部登陆,偶极涡中东侧的反气旋作用是台风路径发生左折的主要原因,西侧的气旋作用是台风路径发生右折的主要原因。另外,除台湾岛地形诱生的偶极涡可对台风运动产生显著影响外,台风登陆台湾岛后的移动路径还受大尺度环境引导气流的强弱、台风本身的特性或其他因子的影响。
4、结语
对2007—2016年10a间登陆台湾岛后的台风移动路径特征进行了统计,主要得出以下结论。
1)10a间登陆台湾岛后台风移动路径发生左折最多,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°,占折角总数的80%。
2)一般台风移动缓慢时折角大,移动快时折角小。一般台风强度较弱时折角大,强度较强时折角小。
3)登陆台湾岛后台风的突变路径主要分为西折、打转且北折两类,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。其余为打转且北折,主要为西北行打转后北折路径。突变折点主要分布在台湾北部,且多为左折突变。
4)台湾岛地形诱生偶极涡与台风环流相互作用是台风路径发生偏折的重要原因。
本文的结论仅基于最近10a间登陆台湾岛台风个例的计算结果,下一步将积累更多的个例做进一步统计分析。台湾岛地形对台风移动路径影响的原因也有待于通过数值试验来作进一步研究。
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张灵杰.近年来台风登陆台湾岛后路径偏折的若干统计特征[J].浙江气象,2020,41(01):15-19+38.
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2020-06-11
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