2014年两次路径相似台风降水特征对比分析

2014年两次路径相似台风降水特征对比分析

1tc极端降水另一方面，热带气体（tc）是“双刃剑”。另一方面，它给干燥地区带来了“干露”，缓解了干旱。另一方面，它往往造成巨大的破坏力，这是世界上最严重的自然灾害之一。人们常常注意到后者。因为热带气体突发性强，破坏效果好，造成的生命和财产损失令人惊叹。降雨是造成热带气体破坏的三种形式之一。到目前为止，最大的降雨是由热带气体引起的。这场风暴会导致山间溪流、河流坍塌和水库崩塌等严重事件。其中，tc极端降水的灾害尤其严重。因此，为了更好地生存，人们必须采取适当的措施，追求利益。因此，ts极端降水无疑是科学家们研究的重点。关于TC极端降水的特征,已有一些研究.在结构上,当TC出现在洋面时,本身环流产生的降水分布并没有明显的不对称性;而当TC将要或已经登陆时,TC极端降水的非对称性特征明显,在不同区域分布不同(很多学者对TC极端降水的成因进行了分析研究.研究(海南是受热带气旋影响最多的省份之一,关于海南TC极端降水的研究则甚少.通过以上的分析,以往对热带气旋极端降水的研究多偏重于某些个例大尺度的天气学和动力学方面,而专门针对小尺度局地特殊背景下的研究则较少,尤其是,专门针对相似路径的台风对局地造成的极端降水特征及其成因的对比研究则甚少.系统地对比分析相似路径台风对局地造成的极端降水特征及其成因有待加强,本文拟选取具有相似路径的台风对海南岛降水影响进行对比分析.1409号超强台风“威马逊”和1415号强台风“海鸥”是2014年对海南岛影响最大的两个台风,且登陆前后路径非常相似(在海南岛文昌市登陆或擦过,向西北偏西行,经琼州海峡,到达北部湾北部类路径),因此对比分析两者在海南岛产生的降水特征及其成因的异同点具有重要的价值,可以为预报业务提供理论依据.2资料与数据分析本文使用的数据资料如下:(1)台站降水资料为中国气象局气象信息中心提供的华南(包括广东、广西和海南三省)191个气象站(图1)的2014年的逐日资料和海南省18个气象站的2014年的逐小时降水资料.日降水为协调世界时前一日12时一当日12时.(2)“威马逊”和“海鸥”资料取自上海台风所热带气旋最佳路径数据集,包含每6h的位置、中心附近最大风速等.(3)再分析数据为NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)的MERRA资料,时间分辨率是一日四次,空间分辨率是0.67°×0.50°,要素包括风场、湿度场、高度场等.(4)雷达资料包括海口、三亚、西沙、阳江、湛江和南宁的2014年7—9月的基数据.海南岛地处中国南部沿海,濒临西北太平洋和南海,易受两海域内热带气旋的影响.地形有其特殊性,海拔从沿海向内陆逐渐增高(图2),五指山山脉位于海南岛中南部内陆,主峰海拔1867.1m.受地形的影响,处于五指山不同方位的区域会有截然不同的天气和气候.根据地形特征和预报经验,气象业务中将海南岛分为五个区域(图2),分别是北部、西部、东部、中部和南部.其中,北部包括海口、澄迈、定安、临高共四个台站,西部包括儋州、白沙、昌江、东方共四个台站,东部包括文昌、琼海、万宁共三个台站,中部有屯昌、琼中、五指山共三个台站,南部包括三亚、陵水、保亭、乐东.TC降水的分离利用需要说明的是,本文在分析两台风所造成华南降水特征的基础上,关注在海南岛产生的降水,依据暴雨(100mm>p≥50mm)、大暴雨(250mm>p≥100mm)、特大暴雨(p≥250mm)的标准进行分析.另外,在研究TC降水特征的基础上,突出TC造成的强降水的原因.如无特别说明,本文均指协调世界时.3降水特征的比较3.1月17—空间分布“威马逊”在华南产生的降水发生在2014年7月17—20日(图3),17日降水强度较弱,台站降水最大是44.2mm,位于广西东兴;18日,TC降水站点明显增多,最大是在海南岛的海口站,达到大暴雨(215.5mm),大于100mm的台站主要在海南岛和广东的东部沿海、南部沿海;而到了19日,降水明显增强,强降水区域向西移动,主要在海南岛、广西南部和广东西南部,大于200mm的台站有五个,分别是海南昌江、白沙、临高、澄迈和广西涠洲岛,达到特大暴雨的有4站,分别是海南昌江、广西涠洲岛、海南白沙、海南澄迈,降水量分别是544.3、303.6mm、301.1、271.3mm,其中有三个台站是属于海南岛;到了20日,降水减弱,强降水继续西移,降水较强的区域转移到广西的西部,最大日降水量是143.5mm,位于广西宁明站.综上分析,“威马逊”在海南岛西北产生的日降水最强,4个特大暴雨台站中有三个位于海南岛,这三个台站分别是西部的昌江、白沙和北部的澄迈.从7月17—20日“威马逊”在华南产生的过程降水(图4)来看,≥100mm的降水主要在华南的西南部,包括海南岛、广西的西部和南部、广东的西南部,≥200mm的站点主要在海南岛和广西南部,≥300mm的站点在海南岛的西部和北部、广西省南部,而≥400mm的站点全部在海南岛的西部和北部,包括昌江(581.1mm)、澄迈(498.2mm)、白沙(459.1mm)、海口(410.0mm),降水最多的站点是西部的昌江.可见,“威马逊”在海南岛西北部产生的过程降水也是最强.与“威马逊”产生的日降水相比,“海鸥”在华南产生的降水也是持续4天(图5),时间段是2014年9月14—17日.14日在广东的东部开始有降水,降水量最大是11.1mm;15日降水范围扩大,在两广(广东和广西)沿海和海南岛,最大降水量是42.1mm(海南澄迈);16日,降水达到最强,大于200mm的有7站,均在海南岛的西北半部,其中达到特大暴雨的是海南儋州(296.5mm)、昌江(268.6mm)和白沙(263.0mm),均位于西部地区;17日,降水强度减弱,降水较强的区域西移到广西的西南部,最强在广西的南宁(228.7mm).由此可知,“海鸥”过程在海南岛产生的日降水最强,共有三个台站产生特大暴雨,均在海南岛西部.“海鸥”在华南产生的过程降水最强也是在海南岛(图6),尤其在海南岛的西部和北部.≥200mm的站点有15个,在海南岛的北半部和广西的南部,≥300mm的站点只有2个,分别是海南岛澄迈(304.8mm)和儋州(304.5mm).其过程降水比“威马逊”过程降水明显偏弱.对比分析日降水和过程降水,“威马逊”和“海鸥”在华南的最强降水均在海南岛一侧,因此本文将重点讨论台风对海南岛的影响部分.进一步分析“威马逊”过程在海南岛18个台站产生的最大小时降水(图7a),海南岛所有台站的最大小时降水均超过了15mm,有一半台站超过了30mm,排名前五的是昌江(131.1mm)、澄迈(65.2mm)、白沙(56.1mm)、五指山(46.3mm)、海口(41.4mm),降水较弱的台站主要在海南的南部和东部,如南部的三亚(15.2mm)和东部的万宁(16.9mm).“海鸥”的最大小时降水有12个站超过了30mm(图7b),有5站超过40mm,最大的是儋州(54.3mm),其次是澄迈(52.7mm)和昌江(47.7mm),均位于海南岛的西部和北部.对比两者最大小时降水可以发现,排名前三的台站均在海南岛的西部和北部.综合分析发现,“威马逊”和“海鸥”在海南岛产生的过程降水、最大日降水和最大小时降水中,排名前三的主要在海南岛的西部和北部.3.2u3000“海鸥”与5.9.“威马逊”在海南岛产生的≥5mm的台站平均降水集中在18日04—21时共18个小时(图8a),≥10mm的台站平均降水出现在18日08—20时共13个小时,其中最强的时间是18日16时(23.1mm).“海鸥”在海南岛产生的≥5mm的台站平均降水的时间段是15日15—17时和15日23时一16日11时共16个小时(图8b),≥10mm的降水时间段是16日01—07时共7个小时,最强是在16日04时(14.8mm).因此,根据台站平均降水的时间变化特征,规定“威马逊”的强降水时段是7月18日08—20时,最强降水时间是7月18日16时,“海鸥”的强降水时段是9月16日01—07时,最强降水时间是9月16日04时.4日降水、过程降水特征及形成原因对比两台风降水特征,发现有三个显著的特征.首先,两者台站最大日降水差异明显,“威马逊”最大日降水达到544.3mm,“海鸥”较弱(296.5mm).其次,两者在华南产生的日降水和过程降水表现出明显的非对称性,最强均在海南岛.再次,两者在海南岛产生的过程降水、日降水和最大小时降水最强均在海南岛西部和北部.下面将从这三个方面来分析其形成原因.4.1tc强度和移动速度的影响TC自身特征有时对TC强降水的强度起至关重要的作用.对比强降水时段两TC的各点平均的近中心最大风速(图9)可知,“威马逊”的强度较大,达到58.00m·s“威马逊”的移动速度(20.74km·h由上可知,TC强度和移动速度对强降水的强弱均起显著作用,做预报时不可忽视.4.2环境流场的影响通过以上分析,两组TC自身特征有明显的差异,这些差异从根本上说和环境背景场密切相关,所以需要深入分析两组TC环境场的异同.这里分别对比分析高、中、低层环境流场的相同和不同之处.在做环境场对比时,各TC选取距降水最强时刻最近的两个时间点进行分析,用以说明降水强弱差异的原因.4.2.1高压场对比将100hPa上16800gpm线包围的区域作为南亚高压强度指标,纬向风速零线作为脊线,16800gpm线东部脊点经度作为南亚高压东伸指数.从100hPa高度场(图10a,10b)看,“威马逊”高层南亚高压很强,16800线包围的区域连成一片,主体强大,最强中心在30°N附近,东伸指数在117°E附近,16700gpm线包围海南岛或经过岛上,使其高层处于南亚高压东南部强东北气流中.南亚高压主体强大且偏南时,会使海南岛高层的辐散加强,进而通过抽吸作用加强上升运动,从而形成强降水.与“威马逊”相比,“海鸥”高层南亚高压明显偏弱(图10c,10d),高度基本都小于16800gpm,16700gpm线南侧的边界在两广沿海,距海南岛较远.可见,“威马逊”高层高度场非常有利于强降水,而“海鸥”不利于强降水.4.2.2副高环流形势对副高环流影响的主要原因500hPa高度场(图11a,10b)上,在中高纬度地区,“威马逊”经向环流较强,副高受“威马逊”环流和高纬环流的挤压,强度偏弱,5880gpm线包围的面积明显偏小,主体偏东,高度最高的区域在138°E以东地区,这种形势不利于副高环流对TC路径的引导作用.从风场来看,副高西南侧的东南气流偏弱,范围偏小,这主要是由于副高偏弱使得副高边缘环流与“威马逊”中心之间的气压梯度较小所致,这样致使“威马逊”移动缓慢,有利于强降水在某个区域长时间维持从而形成强降水.与“威马逊”相比,“海鸥”中高纬地区纬向环流更强(图11c,11d),故副高环流只受“海鸥”环流的挤压,其北侧脊点西伸仍然明显,副高偏强,5880gpm线包围的面积明显偏大,副高主体偏西,高度最高的区域在125°E附近,比“威马逊”偏西13°左右,这种形势有利于副高环流对TC路径的引导作用.从风场来看,“海鸥”副高西南侧的东南气流更强,范围更大,这样致使“海鸥”移动较快,不利于强降水在某个区域长时间维持形成强降水.4.2.3u3000hpa的通量散度分析850hPa水汽通量,与“威马逊”相连的≥10个单位(g·s从850hPa的水汽通量散度对比(图13)可以证明之,对于“威马逊”,除了南部沿海,海南岛其余地区均是水汽的辐合,最大可达12～15个单位(10g·s4.3强降水时间与环境风垂直切变的雷达拾遗分析环境风垂直切变影响着TC的结构和中尺度对流系统的组织发展(进一步分析“海鸥”强降水时间的雷达拼图特征(图14b)和环境风垂直切变(图15(e,f,g,h))的特征.16日00时,“海鸥”的区域平均的环境风垂直切变指向西南偏南方向,大小是7.28m·s4.4强降水设立及路径有时TC路径的微小差异可能导致强降水落区的明显差别.经以上的分析可知,“威马逊”和“海鸥”产生强降水的台站均在海南的西部和北部,这是否与TC路径有关?这里做进一步分析.“威马逊”在海南岛强降水时段是18日08—20时,绘制了该时段“威马逊”的路径(图16a).在海南的强降水时段,“威马逊”的路径始于海南岛的东北部海面(19.9°N,111.3°E),经海南文昌—琼州海峡—雷州半岛—北部湾北部,最后到达广西(21.7°N,108.3°E),在整个过程中,海南岛三个强降水台站处于路径的西南一东南部,受台风西北一西南风的控制(图17a,b,c,d),处于向岸风面或五指山的迎风坡,受地形的摩擦和抬升作用,容易导致暴雨的增幅.可见,“威马逊”的强降水落区与“威马逊”路径和山脉的相对位置的配置密切相关,强降水落区往往在向岸风面或山脉的迎风坡.“海鸥”强降水时间的路径与“威马逊”极其相似(图16b),源于海南岛东部海面,经过海南岛东北部—琼州海峡,到达北部湾北部地区.9月16日00时,台风中心位于强降水台站的东侧(图17e),此时受台风偏北气流的影响,这些台站降水主要受台风眼壁影响,到了06时(图17f),台风中心位于这些台站的北部,受台风南部偏西气流的影响,这些台站处于迎风坡,容易产生强降水,12时(图17g),台风中心位于三个台站的西北方向,受台风东南部的偏西气流的影响,这些台站也是处于迎风坡,有利于降水的产生.由上可知,两台风在海南岛西部和北部发生强降水时,台风中心位于强降水区的东北部—西北部,此时强降水区受台风西北—西南气流的控制,恰好处于五指山的迎风面.可见,海南岛地形和台风路径的配置对强降水落区起关键作用.5强降水和台风的关系利用NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)的MERRA再分析数据、台站降水资料、热带气旋最佳路径数据集和雷达资料初步对比探讨了2014年两次路径相似台风(“威马逊”和“海鸥”)的降水特征及其成因.在华南,两者的过程降水和日降水最强的区域均是在路径的左侧(海南岛一侧).在海南岛,两者的过程降水、日降水和最大小时降水最强均在海南岛的西部和北部.二者的最强日降水均发生在登陆后的第一天.但是两者降水强度差别明显.“威马逊”和“海鸥”的台站最大过程降水分别是581.1、304.8mm,台站最大日降水分别是544.3、