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热带海洋学报 >

2025 , Vol. 44 >Issue 4: 67 - 76

DOI: https://doi.org/10.11978/2024239

海洋气象学

台风“暹芭”登陆后北折路径成因及诊断分析

  • 周云霞 ,
  • 翟丽萍 ,
  • 覃皓 ,
  • 黄晴 ,
  • 祁丽燕
展开
  • 广西壮族自治区气象台, 广西 南宁 530022
翟丽萍。email:

周云霞(1973—), 女, 广西壮族自治区南宁市人, 学士, 主要从事灾害性天气预报和研究工作。email:

Copy editor: 孙翠慈

收稿日期: 2024-12-23

  修回日期: 2025-01-25

  网络出版日期: 2025-03-03

基金资助

广西自然科学基金项目(2022GXNSFBA035565)

收起

Diagnostic analysis and causes of the northward turning path of typhoon Chaba after landfall

  • ZHOU Yunxia ,
  • ZHAI Liping ,
  • QIN Hao ,
  • HUANG Qing ,
  • QI Liyan
Expand
  • Guangxi Meteorological Observatory, Nanning 530022, China
ZHAI Liping. email:

Received date: 2024-12-23

  Revised date: 2025-01-25

  Online published: 2025-03-03

Supported by

Natural Science Foundation of Guangxi(2022GXNSFBA035565)

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摘要

2022年第4号台风“暹芭”在7月2日夜间进入广西后出现突然北折路径, 导致风雨预报出现显著偏差, 对台风防御工作造成重大影响。本文利用高空、地面、卫星等多源气象观测资料以及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)提供的第5代再分析资料 (ECMWF re-analysis 5, ERA5), 采用天气学诊断方法对台风路径北折的成因进行深入分析, 并运用位涡倾向方程进行定量诊断。结果表明: (1)“暹芭”台风路径北折是大尺度环流形势变化导致的深层引导气流改变与台风内部非对称结构变化共同作用的结果; (2)深层引导气流在路径转折中起主导作用, 西太平洋副热带高压的西伸加强、高空西风槽前和南亚高压单体西北侧的西南气流与台风北向出流的相互作用是引导气流改变的关键驱动因素; 同时正涡度平流的变化对“暹芭”台风路径北折具有指示性意义; (3)“暹芭”台风呈现非对称结构特征, 其内部垂直运动所引发的积云对流对台风北折有重要影响, 台风云系形态变化也为台风移向的转折提供指示; (4)位涡倾向方程定量诊断进一步表明, 台风在南海移动期间主要受外部大尺度环流形成的引导气流影响, 而台风进入内陆后突然北折则是引导气流和台风非对称结构引发垂直运动共同作用的结果; 此外“暹芭”台风具有趋向于位势倾向正值中心移动特征。

关键词： 台风路径北折; 引导气流; 台风非对称结构; 位涡倾向方程

本文引用格式

周云霞 , 翟丽萍 , 覃皓 , 黄晴 , 祁丽燕 . 台风“暹芭”登陆后北折路径成因及诊断分析[J]. 热带海洋学报, 2025 , 44(4) : 67 -76 . DOI: 10.11978/2024239

Abstract

Typhoon Chaba, the fourth typhoon of 2022, exhibited an abnormal northward turn after making landfall in Guangxi on the night of July 2, resulting in significant deviations in wind and rainfall forecasts and posing major challenges to typhoon defense efforts. This study employs a comprehensive approach utilizing multi-source meteorological observation data from the upper-air, surface, and satellite platforms, along with ERA5 (the fifth generation of European Centre for Medium-range Weather Forecasts) reanalysis data of the global climate. Through synoptic diagnostic analysis and quantitative diagnosis using the potential vorticity tendency equation, we investigate the causes of the typhoon's abnormal northward turn. The results indicate that: (1) The northward turn of typhoon Chaba resulted from the combined effects of changes in the deep-layer steering flow due to large-scale circulation pattern shifts and changes in the typhoon's internal asymmetric structure; (2) The deep-layer steering flow played a dominant role in the track deflection. Key factors driving the steering flow changes included the westward extension and intensification of the Western Pacific Subtropical High, the interaction between the southwest flow ahead of the upper-level westerly trough and the northwest side of the South Asian High, and the typhoon's northward outflow. Meanwhile, changes in positive vorticity advection served as important indicators of the typhoon's northward turn; (3) Typhoon Chaba displayed distinct asymmetric structural characteristics, with cumulonimbus convection triggered by its internal vertical motion significantly influencing the northward turn. Changes in the typhoon's cloud pattern also provided valuable indications of its directional shift; (4) Quantitative diagnosis using the potential vorticity tendency equation further revealed that during its movement over the South China Sea, the typhoon was primarily controlled by the steering flow formed by the external large-scale circulation. The abrupt northward turn after landfall resulted from the combined effects of this steering flow and vertical motion induced by the typhoon's asymmetric structure. Additionally, typhoon Chaba exhibited a consistent movement tendency towards the center of positive potential vorticity tendency.

Key words： northward turning of typhoon path; steering flow; asymmetric structure of typhoon; potential vorticity tendency equation

台风是华南地区主要灾害性天气, 台风带来的暴雨、大风、风暴潮导致人员伤亡及巨大的经济损失。低纬西太平洋及南海洋面上生成的台风一般向西北方向移动进入中高纬度带, 但有时移动路径会出现突变, 包括西行台风突然北翘、北上台风突然西折等类型(文永仁 等, 2017)。台风的移动路径决定了台风风雨影响区域, 路径突然转折往往导致台风预报出现偏差, 影响防台减灾工作的开展。
造成台风路径突变的物理过程复杂, 不同的台风影响因子各不相同(史得道 等, 2014; 王敏 等, 2020; 束艾青 等, 2022; 韩鼎妍 等, 2024; 孙泽铭 等, 2024)。台风路径突变一直是气象科学的重要研究课题之一, 取得了很多成果。例如, 陈联寿 等(2002)指出, 我国东部沿海有西风槽存在且副热带高压呈经向型时, 台风主要为偏北移动路径。姜丽萍 等(2008)研究发现台风“Chanchu”路径北翘受季风汇合线影响。Luo 等(2011)指出台风移动路径是外部和内部过程共同作用的结果。吴胜蓝 等(2023)采用位涡趋势诊断方法断得出, 非绝热加热因子可以影响台风的路径。温典 等(2019)认为台风“Meranti”北翘路径跟高空冷涡与它的南北向耦合有关。于慧珍 等(2022)发现整层大气高能区、高空强增温中心对台风“摩羯”路径转折有预示作用。
前人的研究成果加深了对台风路径突变的认识, 但主要集中在海上及华东区域(许映龙 等, 2010; 钱传海 等, 2012; 李泽椿 等, 2020), 华南区域研究较少。影响广西的台风在广东西部沿海登陆后, 进入广西内陆大多向西北方向继续移动(《广西天气预报技术和方法》编写组, 2012)。然而, 2022年第3号台风“暹芭”情况异常, 其在进入广西后在东南部突然转折北上影响广西东部地区。据应急部门统计, “暹芭”台风导致广西12市48县(市、区)遭受台风灾害, 71.7万人受灾, 紧急转移避险1.4万人, 紧急转移安置2.1万人, 直接经济损失7.3亿元。所有主客观路径预报出现较大偏差, 48—72h均预报台风路径西北移, 未能预报出路径北折, 导致台风暴雨、大风等相关预报失败, 对台风防御工作造成极大影响。因此, 我们需要深入研究 “暹芭”台风路径进入广西后突然北折的原因。本文利用常规高空和地面观测资料、风云卫星、ERA5再分析资料等, 采用天气学诊断方法对台风路径北折的成因进行深入分析, 并运用位涡倾向方程进行定量诊断, 以期加深对登陆台风路径突然北折的认识, 为此类异常台风路径业务预报提供参考。

1 资料和方法

1.1 资料

本文选用资料包括: (1)台风路径资料来自中国台风网(www.typhoon.gov.cn)的台风最佳路径数据集;(2)中国气象局(China Meteorological Administration, CMA)的官方主观分析和实时业务预报资料, 包括高空和地面观测资料、风云卫星资料、路径预报资料; (3)欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)提供的第五代水平分辨率为0.25°×0.25°、时间分辨率为1h的再分析资料(ECMWF re-analysis 5, ERA5)。

1.2 引导气流的计算

Dong 等(1983)指出, 深层平均引导气流(850~200hPa)相较任何单层的引导气流更能指示台风运动。本文以台风为中心, 计算距离台风中心8个经纬距半径内的850~200hPa各高度层的平均风场作为各层的引导气流, 再把各层引导气流的平均值作为台风的整层引导气流。

1.3 位涡倾向方程的计算

p坐标下的位涡方程的表达式为:
P = − g ζ + f ∂ θ ∂ p + ∂ u ∂ p ∂ θ ∂ y − ∂ v ∂ p ∂ θ ∂ x
对以上表达式求时间的全导数并将涡度方程代入, 可得到位涡倾向方程:
∂ P ∂ t = F 1 + F 2 + F 3 + F 4
其中, F1代表水平平流项:
F 1 = − u ∂ P ∂ x − v ∂ P ∂ y
F2代表垂直平流项:
F 2 = − ω ∂ P ∂ p
F3代表非绝热加热项:
F 3 = − g ζ + f ∂ ∂ p d θ d t +               ∂ u ∂ p ∂ ∂ y d θ d t − ∂ v ∂ p ∂ ∂ x d θ d t
F4代表摩擦项:
F 4 = − g ∂ F y ∂ x − ∂ F x ∂ y ∂ θ ∂ p + ∂ F x ∂ p ∂ θ ∂ y − ∂ F y ∂ p ∂ θ ∂ x
式中, P、ω、g、ζ、θ、f分别为位涡、垂直速度、重力加速度、相对涡度、位温、地转参数; x、y、p分别为纬向、经向和垂直坐标; u、v分别为纬向和经向风速。上述公式可知, 位涡倾向(potential vorticity tendency, PVT)由水平平流项(horizontal advection, HA)、垂直平流项(vertical advection, VA)、非绝热加热项(diabatic heating, DH)和摩擦项(friction term, FT)决定, 其中, HA表征大尺度环流形成的位涡输送; VA表征垂直运动对位涡的垂直输送对位涡的影响(袁敏等, 2018)。PVT可以诊断台风的移动方向, 分析影响台风移动因素。

2 “暹芭”台风概况

2022年第3号台风“暹芭”于6月30日在南海中部海面上生成后, 稳定向西北方向移动, 并于7月2日15时(北京时, 下文同)前后以台风级强度在广东电白沿海登陆。随后, 于22时以强热带风暴级强度从广西东南部进入广西, 并在3日02时在广西东南部突然北折继续北上, 3日17时台风在广西东北部减弱为热带低压并转向东北方向移动, 4日08时前后进入湖南南部, 中央气象台对其停止编号(图1红色实线)。“暹芭”台风在广西境内移动缓慢, 滞留广西时间长达34h, 给广西东部地区带来明显的风雨影响。
图1 2022年6月30日—7月4日“暹芭”台风移动路径和6月30日20时路径预报图

红色和蓝色实线分别为台风移动路径和预报路径; 该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号GS(2024)0650标准地图制作

Fig. 1 Movement track of typhoon Chaba from 30 June to 4 July 2022 and its forecast track at 20:00 BST on 30 June 2022 by CMA

“暹芭”台风影响广西的过程预报出现较大的偏差, 48—72h所有主客观路径预报未能预报出路径北折。图1蓝色实线为6月30日20时CMA主观路径预报“暹芭”台风7月2日夜间从广西东南部进入广西后继续向西北方向移动, 预报偏西, 与实际路径偏差大, 72h路径预报误差达331km。台风进入广西后多以西北移方向为主, “暹芭”台风在广西境内路径的突然北折为历史少见, 因此下面将探讨造成 “暹芭”台风路径进入广西后突然北折的主要影响因素。

3 引导气流的变化

台风移动路径主要受到大尺度环境场的引导气流影响(毕鑫鑫 等, 2018), 深层平均引导气流对台风运动有更强的指示作用(王斌 等, 1998), 通过分析深层平均引导气流的变化, 探讨其对台风路径变化的影响。
“暹芭”台风路径突然北折, 引导气流突然改变是关键因素。图2给出深层平均引导气流随时间的演变, 可见“暹芭”台风整个生命史中, 全风速引导气流基本维持在3~5m·s-1之间, 变化不大, 经向和纬向平均引导气流变化趋势与全风速引导气流基本保持一致, 但数值大小经向分量与全风速更为接近, 纬向分量偏小, 说明“暹芭”台风全引导气流主要由经向风贡献; 经向分量始终为正值, 为南风, 纬向分量正负值转换, 出现东风(正值)和西风(负值)的转换。“暹芭”台风在南海活动期间, 同时维持着东风和南风分量, 此时台风向西北方向移动。7月1日20时后随着台风向沿海趋近, 东风分量逐渐减小, 南风分量总体上逐渐增强, 路径北移分量开始加大; 值得注意的是, 7月2日17—20时(图2红色方框)台风在转向之前, 南风分量略有下降, 与此同时纬向平均引导气流速度减弱为0m·s-1, 此阶段为东风分量向西风分量转换时期, 预示引导气流将作调整, 台风路径将发生转折; 7月2日20时—3日02时(图2蓝色方框), 纬向转为西风分量并快速增强, 同时南风分量再次加大, 台风路径完成了从西北方向移动到北上的路径转折。
图2 2022年6月30日08时—7月3日20时深层平均引导气流的演变

黑色折线为全风速引导气流, 蓝色折线为引导气流的纬向分量, 红色折线为引导气流的经向分量(单位: m·s-1)

Fig. 2 Temporal evolution of the deep-layer average steering flow from 08:00 BST 30 June to 20:00 BST 3 July 2022

因此, “暹芭”台风的移动路径与深层平均引导气流的变化有着密切的关系, 路径出现北折时, 引导气流呈现纬向分量由东风转为西风, 同时经向分量南风增大的特征。

3.1 天气尺度环境场的作用

引导气流的变化主要由大尺度影响系统导致。台风“暹芭”活动期间处于对流层中层西太平洋副热带高压(以下简称副高)与大陆高压之间的鞍型场中, 引导气流弱, 同时“暹芭”台风东侧的西太平洋海面上有另一个台风“艾利”活动, 偏弱的引导气流加上双台风效应的不确定性, 致使“暹芭”台风登陆后的路径预报尤为困难。

3.1.1 副热带高压

“暹芭”台风生成初期, 500hPa欧亚中高纬呈一槽一脊的形势, 槽脊稳定少动, 位于欧洲北部的低压不断分裂短波槽东移影响我国偏北的区域, 同时大陆高压脊东伸至青藏高原, 副高主体偏东, 脊线位于30°N, 在副高西南侧的东南气流影响下, “暹芭”台风稳定向西北方向移动。
台风在广东西部沿海登陆后, 500hPa环流形势出现了明显调整。2日20时(图3a), 西风槽东移影响导致的槽后脊与副高叠加作用, 使得副高西伸发展加强, 西脊点西伸展至120°E, 副高呈现双脊线的形态, 南、北脊线分别位于15°N、35°N附近, 台风中心(21.9°N、110.7°E)位于副高西侧; 此时, 由于台风与副高之间距离缩短, 两者间的气压梯度加大, 副高西侧偏南风突然加强至20m·s-1, 引导气流加强。受副高西侧偏南气流引导, 台风于3日凌晨02时突然转为向北移动。
图3 2022年7月2日20时500hPa(a)和200hPa(b)高度场及风场

等值线为高度场(单位: dagpm), 箭头为水平风场, 红色标记为“暹芭”台风中心位置, 蓝色标记为“艾利”台风中心位置

Fig. 3 Geopotential height and wind fields at 500 hPa (a) and 200 hPa (b) at 20:00 BST 2 July 2022

此外, 位于东海海面上的另一个台风“艾利”对副高的加强也有一定的影响。“暹芭”台风生命史期间, 两个台风平均距离均超过1500km, 大于双台风互旋的临界距离(1200km), 因此没有产生双台风互旋作用。然而相距较远的两个台风通过对周围大尺度系统的影响可能产生相互作用, 从而间接影响台风路径(刘开源 等, 2024)。2日20时(图3a), 副高呈现“虎口”状, “艾利”台风位于“虎口”之中, 被副高三面包围, 移动缓慢。“艾利”台风北侧的偏东气流与副高反气旋环流叠加, 有利其北侧西脊点的向西伸展, 加强西伸的副高有利于“暹芭”台风路径转为北上。
因此, 高空脊的叠加作用与“艾利”台风的间接影响导致副高加强西伸, 呈现双脊线形态的西太平洋副热带高压与台风之间的气压梯度力加大, 从而产生了增强的偏南引导气流。这一增强的偏南引导气流是导致台风“暹芭”路径突然北折的主要因素。

3.1.2 高空西风槽和南亚高压的共同影响

高层引导气流对台风的路径起重要作用(王海平, 2023)。位置偏南的高空槽在向东移动过程中, 有利于台风中心在槽前转向北上(刘爱鸣 等, 2010)。在“暹芭”台风活动期间伴随着高空西风槽东移且向南加深, 同时该台风在南海向西北方向移动逐渐趋近西风槽。台风登陆前, 高空200hPa在40°N附近有高空槽活动, 南亚高压断裂为东西两个高压中心, 东侧中心位于江南上空, 脊线位于25°N附近。高空槽东移过程中与南亚高压逐渐靠近, 槽前的西南气流与南亚高压西北侧的西南气流相互叠加, 西南气流得以加强。2日20时(图3b)台风登陆后, 其中心西北移过程中逐渐靠近高空槽和南亚高压之间的西南气流, 使得台风高层北侧出流与西南气流连通, 形成西南急流(黑色方框内), 进一步加强的高层北向气流将引导“暹芭”台风北上。同时台风北侧形成了强烈的风速辐散和北向出流, 利于台风的维持或发展。台风有向利于其强度维持或发展的环境场移动的趋势(金荣花 等, 2006), 因此“暹芭”台风在2日夜间出现右折向北移动。

3.2 涡度平流的指示作用

台风是一种具有气旋性环流的系统, 其环流中总是存在明显的平流输送和旋转(周玉淑 等, 2010), 涡度平流对热带气旋的移动有着明显的影响(李瑞芬 等, 2021)。
对“暹芭”台风不同发展阶段的涡度平流特征进行了分析。从500hPa涡度平流及风场图上可以看到, 台风登陆前1日20时(图4a), 台风中心西北侧存在着正涡度平流区, 而负涡度平流区主要位于台风中心南侧, 台风北侧只有两个小范围的负涡度平流区, 正涡度平流区大于15×10-9s-2的区域范围明显大于负涡度平流区。此时台风向西北方向移动。台风中心西北侧正涡度平流区的形成, 与500hPa东南引导气流将台风中心的涡度向西北方向输送有关, 而正涡度平流有利地面气压的降低和上升运动的发展, 形成对流不稳定区, 因此台风趋向正涡度平流区移动。登陆后, 路径转向前的2日20时(图4b), 正涡度平流大值区移至台风中心北侧, 并分裂成多个中心, 尤其在其移动方向前端的北部有两个近于垂直的正涡度平流大值中心, 说明出现了导致涡度向偏北方向输送的偏南气流, 也表明台风未来将向北移动, 与3日02时台风转向北上的移动路径基本一致。由此可知, 正涡度平流的变化对“暹芭”台风路径北折有指示作用。
图4 2022年7月1日20时(a)和7月2日20时(b)500hPa涡度平流及风场

箭头为水平风场, 红色标记为“暹芭”台风中心位置

Fig. 4 Vorticity advection and wind fields at 500 hPa at (a) 20:00 BST on 1 July and (b) 20:00 BST on 2 July 2022

4 台风非对称结构变化对路径的影响

台风内部的非对称结构对其运动有一定影响, 风场非对称结构对台风路径影响明显(王新伟 等, 2015)。850hPa风场表明, “暹芭”台风活动期间风场呈现明显的不对称结构。路径北折前, 2日20时(图5a)850hPa风场在台风北部及东南部有两个风速中心, 最强风速区位于北部, 偏东风达28m·s-1, 然而中心东侧20m·s-1的大风区范围明显大于北侧, 此时“暹芭”台风正向西北方向移动。路径北折期间, 3日02时(图5b), 台风北部偏东风减弱, 而东部维持26m·s-1的偏南风, 风速中心转至台风的东部, 偏南风分量增加, 对应台风转向偏北方向移动。因此, “暹芭”台风风场呈现的非对称结构对其移动具有一定的影响, 非对称结构方位发生变化, 移动路径也产生相应变化。
图5 2022年7月2日20时(a)和3日02时(b)850hPa风场

箭头为平均风场, 红色标记为“暹芭”台风中心位置

Fig. 5 The 850-hPa wind fields at (a) 20:00 BST 2 July and (b) 02:00 BST 3 July 2022

台风风场的非均匀性容易产生辐合辐散, 引起垂直运动, 导致台风内部对流的发展。陈蓉 等(1996)研究表明, 台风内部的积云对流表现出来的非对称性可以影响台风的整体结构和运动路径。台风本身云系及其变化也可以判别台风的路径, 云系的非对称分布对其移动路径具有一定的指示意义, 若台风呈“9”字, 台风将西移; 若台风呈“6”字, 台风将北上(陈渭民, 2005)。从红外云图上可看到, 2日08时(图6a)“暹芭”台风在近海时, 其密蔽云团结构密实、对流发展旺盛, 台风内部的积云对流表现出非对称性, 中心西侧、南侧红外亮温≤-52℃的深对流云系强度和范围强于东侧、北侧, 此外, 台风东侧螺旋云系活跃, 南侧与季风云系相连, 密蔽云团和主要螺旋云带形成类似“9”字型的有利南海台风西北行的云图特征, 此时“暹芭”台风正向西北方向移动; 台风登陆后, 2日20时(图6b), 对流云系强度减弱、结构松散, 内部对流分布的非对称性更加明显, “暹芭”台风移动方向的北侧有积云对流生成和发展, 中心西北侧的积云对流明显减弱, 同时西风槽南北向云系东移并与“暹芭”台风北侧、西侧的外围云带相接, 整个台风云系呈现出“6”字形的云图特征, 这有利于台风向北移动, 预示着台风未来将会路径北折, 3日02时“暹芭”台风转向北行。
图6 2022年7月2日08时(a)和2日20时(b)红外云图

黑色标记为“暹芭”台风中心位置

Fig. 6 Infrared satellite imagery at 08:00 BST (a) and 20:00 BST (b) on 2 July 2022

以上分析可知, “暹芭”台风活动过程中, 内部的垂直运动引发的积云对流具有非对称性, 其移动方向朝着对流活跃区域方向移动, 同时台风云系的形态变化对台风移向的转折有一定指示意义。

5 位涡倾向对路径影响的诊断

上述分析表明, “暹芭”台风路径变化主要由引导气流和台风非对称结构变化引起的, 即气流的水平平流和垂直运动造成的, 这些项在台风移动和转折过程中起到多大的作用? 利用位涡倾向方程可以对台风的运动趋势进行诊断(Wu et al, 2000), 台风的移动趋向于位涡倾向最大值区(吴胜蓝 等, 2023)。本文根据位涡倾向方程计算方程各项925~100hPa垂直积分值来诊断HA(表征大尺度环流形成的引导气流)和VA(表征台风非对称结构引发的内部垂直运动)在“暹芭”台风移动和转折过程中的演变及作用, 经计算DH和FT总体对PVT贡献较小, 这里对其演变不做分析。
“暹芭”台风在南海活动期间, 7月1日20时, 其环流影响区域内, PVT呈现螺旋状正—负相间的分布形式, 其中西北侧及东南侧螺旋分布尤为明显, 正值中心出现在台风移动方向的西北侧, 约为1.3×10-6m3·K·s-2·kg-1, 而最大负值区位于东南侧, 台风正朝着西北方向的最大正值区移动(图7a), 进一步分析HA及VA, 发现HA大小和分布与PVT基本一致, 而VA值相对较弱, 在“暹芭”台风移动的前方, HA(图7d)和VA(图7g)均在台风西北方向存在一个正值中心, 但HA明显大于VA, HA中心值(约为1.0×10-6m3·K·s-2·kg-1)是VA中心值(约0.2×10-6m3·K·s-2·kg-1)的5倍, 因此台风西北方向移动过程中, HA和VA对PVT均为正贡献, 但HA占比大, 约占PVT的77%, HA起主要作用表明HA是台风在南海活动期间影响路径的主要因素, DH和FT几乎趋向0, 影响不大。
图7 2022年7月1日20时(a)、2日20时(b)、3日02时(c)位涡倾向(PVT)垂直积分和1日20时(d)、2日20时(e)、3日02时(f)水平平流项(HA)垂直积分及1日20时(g)、2日20时(h)、3日02:00(i)垂直平流项(VA)垂直积分

红、黑色标记分别为当前、6h后“暹芭”台风中心位置

Fig. 7 Vertically integrated potential vorticity tendency (a-c), horizontal advection term (d-f), and vertical advection (g-i) term at 20:00 BST 1 July 2022 (a, d, g), 20:00 BST 2 July 2022 (b, e, h), and 02:00 BST 3 July 2022 (c, f, i)

“暹芭”台风在北折之前, 2日20时, 其移动前端的PVT和HA的最大正值区向北调整, 位于台风中心西北偏北侧(图7b、e), 而VA的正值区位于台风中心南侧, 之前位于西北侧的弱正值区已消失(图7h), 台风继续向西北方向移动; 此时, PVT的中心值约1.1×10-6m3·K·s-2·kg-1, HA的中心值约1.4×10-6m3·K·s-2·kg-1, 为正贡献, 而VA的中心值-0.2×10-6m3·K·s-2·kg-1, 为负贡献, 因此HA仍为主要贡献项, 且贡献率进一步加大。
“暹芭”台风路径发生转折时, 3日02时, 其中心附近PVT的强度有所减弱, 大的正值区由西北侧转移到台风中心北侧, 中心值约0.8×10-6m3·K·s-2·kg-1(图7c), “暹芭”台风路径发生北折; HA与VA为正贡献, HA与PVT的强度变化及分布仍基本保持一致, 台风中心北侧的正值中心值约0.9×10-6m3·K·s-2·kg-1 (图7f), 约为PVT的110%, 仍为贡献最大; VA的正值区也出现在台风中心北侧, 值得注意的是, VA的贡献显著增大, 中心值加大到约0.6×10-6m3·K·s-2·kg-1 (图7i), 为PVT的75%, 为HA的2/3, 仅稍小于HA, 表明台风非对称结构对台风北折作用较大, 台风对流云系结构在转折时发生变化导致较强上升运动, 产生了位涡的垂直输送, 与台风非对称结构引起的积云对流具有非对称性, 台风朝着对流活跃区域方向移动的分析一致; FT的贡献率也快速上升, FT中心值约-0.7×10-6m3·K·s-2·kg-1, 主要是由于此时台风在陆地, 摩擦耗散的作用开始凸显, 但对台风的北折为负贡献。因此, HA和VA共同作用造成“暹芭”台风路径发生北折, HA作用最大, VA次之。
综上所述, “暹芭”台风趋向于PVT正值中心移动; 台风在南海活动时, 外部的大尺度环流形成的引导气流是影响其路径的主要因素; 台风进入内陆发生突然北折则是由引导气流和台风非对称结构导致的垂直运动共同作用导致的。因此在台风路径预报中, PVT的正值区分布具有较好的参考性, HA及VA的影响也是台风路径预报工作中有用的参考量。

6 结论和讨论

本文利用常规观测资料、风云卫星、ERA5再分析资料, 对“暹芭”台风路径突然北折成因开展天气学定性和位涡倾向方程定量诊断分析, 得到以下主要结论:
1)造成“暹芭”台风路径北折的主要原因, 是大尺度环流形势改变引起深层引导气流发生变化和台风内部非对称结构变化。
2)深层引导气流对移动路径的转折起主导作用, 引导气流由东风分量向西风分量的转变、起主要作用的径向南风分量的加强使得台风路径北折; 正涡度平流的变化对“暹芭”台风路径北折有指示作用。
3)高空脊的叠加作用使得双脊线形态的西太平洋副热带高压加强西伸, 导致偏南引导气流加大, 是“暹芭”台风在广西内陆移动路径突然发生北折的主要因子; 同时, 高空西风槽前及南亚高压单体西北侧的西南气流与台风北向出流相联接, 有利“暹芭”台风向北运动。
4)“暹芭”台风呈非对称结构, 内部的垂直运动引发的积云对流具有非对称性, 其移动方向朝着对流活跃区域方向移动, 同时台风云系的形态变化对台风移向的转折有一定指示意义。
5)位涡倾向方程诊断表明, “暹芭”台风趋向于位势倾向正值中心移动; 台风在南海活动时, 外部的大尺度环流形成的引导气流是影响其路径的主要因素; 台风进入内陆发生突然北折则是由引导气流和台风非对称结构导致的垂直运动共同作用导致的。
台风移动路径的产生机理复杂, 本文仅聚焦于外部大尺度环流和台风内部结构对移动路径的影响, 除此之外, 还有地形摩擦、非绝热加热等弱影响因子的影响。因此, 仍需要进行更深入的分析, 尤其可进一步开展高分辨率的数值模拟研究, 深入探讨地形、台风内部对流活动等对“暹芭”台风路径的影响。

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