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台风的空心现象 台风的空间分布特点

2024-06-20 来源:天气网

导语:台风作为一种强烈的气象现象,其内部结构复杂多变,空心现象便是其中一项引人关注的特点,空心现象,顾名思义,指的是台风中心区域风力较弱,甚至有时接近无风的特殊状态,这一现象的形成与台风内部的能量分布和气流运动密切相关,下面就去看看台风的空间分布特点吧!

台风的空心现象

台风的空心现象 台风的空间分布特点

台风

定义

台风的空心现象是指台风近中心风雨小,甚至是风平浪静,可见晴天,而在台风外围相距100~200km以外,风大雨狂的一种奇怪现象。这是台风结构中的一个特殊的值得深入研究的一个课题,通常简称为空心台风(TyphoonofHollowCenter)。空心台风主要出现在我国近海域,大约在130°E以西的我国东海、台湾省周围及南海等海域上。

成因

形成空心现象的原因,大体上可分为四类:一是台风中心登陆我国台湾省后,由于受到地形以及特定环境流场等不利因素的影响,促使台风中心强度迅速减弱而引起的。二是台风中心外围有多块云团存在,由于相距较远(一般相距≥300km),互相不能旋扭在一起,致使台风中心位于晴空区的结果。三是由于弱冷空气侵袭到热带低压外围,造成在台风发展的初期,出现了外围风力大,近中心风力小的现象。四是由于干舌卷入台风中心,促使台风中心减弱填塞而出现“空心”现象。

其原因是由于台风中心登陆后,由于受到台湾省中央山脉的影响,在地形摩擦以及有利于台风发展和维持的台风后部的切向风正值分量(南风)显著减小和对流层上部高空辐散流场消失等因素作用下,台风中心迅速减弱填塞,中心附近气压升高,出现3小时变压为正值。这时在台风中心移向的前方,仍存在3小时变压为负值,于是造成台风中心附近的3小时变压梯度方向与台风外围的3小时变压梯度方向恰好相反。

28日17时气压梯度①为3.4hPa·纬度-¹.29日17时气压梯度为3.5hPa·纬度,两者数值相近,但风力差异甚大,前者崇武、平潭风力达7级,后者崇武、平潭风力只4~5级,相差达2~3级之多。其原因,可能就是与3小时气压梯度方向有关,前者福州—崇武3小时变压差为0.5hPa,后者为一3.9hPa,3小时变压梯度方向恰好相反。

正是由于变压风的作用,致使中心风力小,外围风力大,于是形成了“空心”现象。在台湾省登陆后,再次在福建登陆的台风,经常可见到这种现象,例如6205(Kate)台风(7月23日在福鼎登陆)、7115(Nadine)台风(7月26日在晋江登陆)、7704(Thelma)台风(7月25日在福清登陆)、9714(Amber)台风(8月29日16~17时在福清登陆)等等都有这种“空心”现象。尤其是7704台风,7月25日19~20时在福清登陆时,几乎是静风、当地人几乎感受不到台风登陆的影响,但在其北侧的闽东北沿海风力仍然很猛,空心现象十分突出。

可见,台风中心登陆后到进入海峡时,中心附近的风速都很小,只有5m·s-¹(10kts·h-¹)左右,而外围东西两侧风速都很大,达30~45m·s-¹(60~90kts·h-')①。空心现象十分突出,并经常持续到再次登陆福建时。这类台风,福建沿海最强的风力通常都出现在台风登陆前几个小时内,登陆后风力即趋减弱,以后维持到登陆不再加强,其风力大小视台风登陆前的强度按减弱2个量级估计其风力大小。其量级划分,据统计结果,分为热带风暴、强热带风暴、台风、强台风(中心气压≤950hPa~921hPa)、特强台风(中心气压≤920hPa)5级。第二种类型,台风中心从台湾省南端通过,然后继续向西北移,如8015(Percy)台风。

台湾省学者王时鼎(ShihTingWang),详细研究三种不同路径类型台风登陆后风速分布特征:第一种类型是台风中心直接朝中央山脉向偏西移动。图5-65是5904(Joan)台风路径,是这种类型的一个例子。台风中心在台湾省中部登陆后,穿过中央山脉,左折西移,进入台湾海峡。然后再右折,朝西北移登陆福建。这类台风,登陆南端后,在岛上形成短暂的空心现象,进入台湾海峡南部时,近中心风力再度加强,这类台风再次在福建省登陆时,近中心风力很强,空心现象消失,这是必须特别注意的。

第三种类型台风中心朝NNW方向移动,斜穿中央山脉,这类台风登陆后,由于斜穿中央山脉,因而地形摩擦引起的减弱作用最突出,空心现象也最突出,台风后部的偏南风常比其前部的东—东北风要大,台风中心登陆前,强风主要在中心附近,同时在主中心西北侧,形成副中心,并逐渐取代主中心,空心现象十分突出,可见,螺旋云带比较明显,在螺旋云带之内,有A、B、C三个大小不同的云团。A、B较大,C较小,但从结构上分析,C较结实,并略呈螺旋结构,A、B较松散,当时强热带风暴中心。据28日07时41分飞机探测位置位于17.5°N、124.7°E,中心气压990hPa,风速25m·s-¹。台风定位在17.8°N、126.0°E,气压990hPa,风速20m·s¹,前者把位置定在A云团内,与整个外围大螺旋云带不相称,也与其后的实测位置(28日13时40分飞机探测位置在18.0°E、124.6°E,中心气压986hPa,风速25m·s-1)不一致。

因此28日08时台风定位是较合适的,它和飞机探测位置偏东1.3°经距,偏北0.3°纬距。若此,它位于A云团的边缘,似乎处在3个云团之间的晴空区内,因此飞机探测没有云和雨的记载。28日08时在C云团的东北侧从850hPa~500hPa都有很强的ESE风,因而C云团以时速高达67km的速度向WNW方向移动。28日20时C云团移到台湾省境内,850hPa有一个气旋性环流相配合,台北850hPa风速高达30m·s¹,的减压。福建沿海从8月28日20时起出现7~8级阵风9级的东北大风,以后C云团在高空偏东气流引导下向西移动,强度减弱。B云团与A云团同时西移,但B比A慢,因而两者之间的晴空区扩大了。

台风的空心现象 台风的空间分布特点

台风

29日14时,B云团分裂一部分以每小时60km的速度向NW方向移动,30日02时移到台湾省。29日20时由于受到B云团影响,福建沿海再次出现减压、风力再度加强。以后B云团继续西移,速度减慢,强度加强,31日02时发展成为有螺旋形状的云团。据增强显示云图辨别,其冷云温度低达一80℃以下,可见其对流发展之强。A云团是这次台风过程中的一个主要云团,强度很强,冷云温度大约低于一80℃以下,并很有规律地向西移。由此推测,在这次强热带风暴①过程中,其北侧先后有C、B云团沿热带气旋外围的气流轨迹移动,引起云团与其北侧晴空区之间对流—辐射加热的差异,造成云团内部的减压,致使风暴北侧形成比其中心附近更大的气压梯度,因而外围风速反而比近中心的风速大。

在风暴中心南侧的A云团,据冷云温度分析,其高度可达16km以上,同样原理,由于对流—辐射加热的差异,引起云团内部减压,加大了风暴中心南侧外围的气压梯度,使其出现比风暴附近更大的风速,于是形成空心现象。这次强热带风暴中心于1984年8月31日04时,在广东省惠来—汕头之间沿海登陆,1984年8月30日18时至31日05时东山、诏安、汕头、惠来4站风力实况,由表可见,位于强热带风暴登陆点的汕头和惠来风力很小,惠来在强热带风暴登陆前后几乎是静风。

而在强热带风暴中心东侧、东北侧的东山和诏安风力很强,其中诏安平均风力10级,阵风12级,东山平均风力9级,阵风11级。这是因为其东北侧、东侧的气压差比其西北侧和西侧的气压差大得多的结果。例如30日20时,漳州—东山的气压差为8.1hPa·纬距-',而海丰一惠来的气压差只有0.6hPa·纬距-'。因而在风力上形成明显的空心现象。雨量分布也反映了中心附近雨小,外围雨大的特点,图5-85为1984年8月30日08时至31日08雨量图,主要降水在福建省南部漳州市所属的县市,最大达142mm(南靖县)。而在强热带风暴中心登陆点附近的汕头只有31mm。

因此,从雨量分析也具有明显空心现象。9216(Percy)台风也是一个典型的空心台风。其原因也是由于在螺旋云带内的几块云团始终不能扭合在一起。而在其外围风雨都很大,在这个台风过程中,整个华东沿海北从山东,南至闽北沿海都出现很强的大风。同时又逢天文大潮与台风耦合在一起,形成华东沿海出现超历史的风暴潮。在台风登陆之前福建沿海各地市出现大暴雨,8月31日6时,台风中心在福建长乐登陆,则雨过天晴,风平浪静。可见,在8月25日20时的IR云图上,当时在10.2°N、150.8°E有一个9215(Omar)台风前期的热带低压正在发展,在10°N~20°N、125°E~140°E之间,有几个对流发展比较旺盛的,然而是分散的云团。在东部云团的东北,可见螺旋云带结构。在8月25日20时500hPa高空图上,592的副热带高压位于日本以东洋面上,呈带状分布,588西脊点西伸到105°E,如图5-89所示。

两个深对流发展较旺盛的区域,在200hPa高压范围内。1992年8月25日08时850hPa形势,可见一个很强的ITCZ系统位于18°N~19°N之间,其南侧的西南风和北侧的东南风都比较大。在10°N~20°N,125°E~140°E之间是相对气旋性涡度较大的洋面。综合以上分析可见,在上游效应,在低空气旋性涡度和高层辐散,ITCZ北侧500hPa东风气流较强等有利热带气旋发展条件的共同作用下,8月26日08时在18°N、138°E附近洋面上开始形成热带低压。26日20时东侧云团已形成较强的螺旋雨带,成半月形,西侧的云团向东移,仍分为3个主要云团。

8月27日20时,由云图可见位于紧靠副热带高压西南侧的螺旋云带,在高空强的东南气流的推动下,快速西移,并互相旋转,于是形成了南北相对应的两条螺旋云带,其东侧的云团有较大发展。但从云图上,可以看出3块云团(带)仍然分散在同一个大的螺旋云带组成的环流中。这时,由于各种有利于发展的条件的作用,地面气压继续下降,8月27日20时,位于台湾东部约22.0°N、125.5°E附近海面的热带气旋,其中心气压已降至990hPa,外围已出现8级以上大风,已达热带风暴以上标准,于是开始编为9216台风(《台风年鉴》资料在事后整编时,将达到热带风暴的时间提前到27日02时)。

台风的空心现象 台风的空间分布特点

台风

其实27日08时从地面到850、700、500hPa三层高空的气旋环流都十分完整,外围风速也很大,尤其是850hPa,东北侧的ESE风速高达26m·s-¹,同时其东南侧的9215强热带风暴进一步发展加强,上游效应作用相应加大。8月28日20时,9216强热带风暴气压进一步下降,达985hPa,中心在23.0°N、124.0°E,其外围1000hPa闭合的等压线直径达18经距,可见其范围之广。同时在500hPa由584线组成的一个闭合低压几乎是整个ITCZ系统的反映。范围十分广阔,西自95°E,东至150°E,但外围的螺旋云带由于受台湾地形影响,北侧部分已减弱,南侧和东南侧继续维持,强度也有点减弱。

这时在南海海域里,在西南季风的作用下,有云系在发展,29日14时发展很强,并向东北方向移动,30日02时移到120°E以东,30日08时来自南海的一个大云团迅速向东北旋转移到宫古岛东南。这时从南海又有一个云团进入巴士海峡,于是又形成了3个云团大小相当,互相间距为300km的鼎立状态,9216台风仍然是空心现象,而气压继续下降,中心最低气压达975hPa。外围1000hPa的闭合等压线范围又进一步扩大到20个经距,850、700、500hPa三层等压面高度的最低值分别为121、288、564位势什米,且范围都很广,尤其是850hPa图上,144位势什米的闭合范围西南自102°E起向东北到130°E,长达近30个经距,30日14时3个云团继续成气旋性旋转,原位于宫古岛东南侧的云团已移到东海。

30日20时该云团袭击闽北—浙南一带形成大暴雨。以后又沿台风外围的东北气流向西南移袭击福州、莆田、泉州等市,31日08时在泉州市沿海减弱。由以上分析可见,这次台风无论从中心气压或者是外围的最大风速和高空各层环流范围的大小来看,都应该说是一个比较强,比较大,比较像样的台风。然而,由于组成台风的几个云团不断在进行旧消新长的替代过程,且始终没能扭合在一起,因而其中心始终没有眼区,没有眼壁生成,于是在台风中心附近形成了风雨均比外围小的空心现象。

这是个比较典型的空心台风,也是台风形成和台风结构中一个比较特殊的例子。形成台风中心气压不断下降的原因,可能是外围多个云团减压共同叠加的结果,它似乎和等边三角形组成的重心有点类似,同时,高空各层大范围的气旋环流提供的正涡度也具有重要贡献。可见,在台风中心的外围有三个最大风速中心,分别位于台风中心的NNW、SSE、ESE三个方位上,距台风中心的距离分别为450、300、500km,最大平均风速都超过20m·s-',以NNW方位为最大,达26m·s-',瞬间最大风速达39m·s¹。

然而在台风中心附近,风速很小,最小值只1m·s-¹,几乎是静风。这种风场结构特征,与29日14时卫星云图的特征是完全一致的。由云图可见,台风中心就在台湾岛以东的睛空区附近,几个风速最大中心几乎与外围的几个云团相对应。从气压场的特征也可看出,中心附近的气压梯度,比外围的气压梯度要小,可见,这是一个十分典型的空心台风。

台风的空间分布特点

台风的空间分布特点主要表现在其发生频率和影响区域的特定性。

发生频率:台风主要发生在夏秋季节,尤其是沿海地区。这是因为夏秋季节,海洋温度较高,有利于台风的形成和发展。此外,沿海地区因其地理位置,更容易受到台风的影响。

影响区域:台风的形成具有一定条件,通常发生在南、北纬度5-25度左右的热带洋面上。北半球的台风主要发生在7至10月,而其他季节的发生频率明显减少。台风的移动路径受到多种因素的影响,包括副热带高压和长波槽等大尺度天气系统的引导,导致其路径平滑、稳定,但也有少数台风路径曲折多变。

台风的结构和风场分布也是其空间分布特点的重要组成部分。台风水平风场表现为一近似圆形的涡旋,气流围绕中心作气旋式(反时针方向)旋转。在台风的不同区域,风速和天气条件差异显著。外圈风速向中心急增,中圈是对流和风雨最强烈的区域,破坏力最大,而内圈则风速迅速减小或静风。台风眼区风力很小,天气晴朗,被称为台风的“世外桃源”。眼壁周围是云墙区,云墙高耸,狂风呼啸,大雨如注,是天气最恶劣的区域。螺旋雨带区则是云墙外的螺旋状雨带,雨带宽几十千米到几百千米,长几千千米,雨带所经之处会降阵雨,出现大风天气。

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