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1、 7 台风 Maggie路径异常的数值研究 张中锋1 , 2刘启汉2 1 . 民航北京气象中心北京1 0 0 6 2 1 2 . 香港科技大学海岸与大气研究中心香港 摘 要 台风 M a g g i e 1 9 9 9 是近年来比较特殊的一个台风它在登陆前路径的异常致使所有的台风预报中心都没能准确地预报其移动路径本文通过两个数值试验揭示了台风 M a g g i e路径异常的原因即 M a g g i e路径异常的主要原因是它与邻近的一个热带气旋相互作用的结果 关键词台风路径异常初始化 1 引言 热带气旋移动的预报与研究一直是气象科学领域的一个重要的课题就气旋本身来讲北半球的热带气旋有向西北移
2、动的惯性C h a n a n d W i l l i a m s , 1 9 8 7 1 然而热带气旋的移动方向主要还是受环境的影响包括引导气流( D o n g , K . , a n d N e u m a n n , 1 9 8 6 ) 2 两个气旋的相互作用 ( D o n g , K . , a n d N e u m a n n , 1 9 8 3 ) 3 与中纬度天气系统的相互作用地形的影响( B e n d e r e t a l . 1 9 8 7 ) 4 等一般来讲主要因素还是引导气流西北太平洋地区台风主要发生在副热带高压的南缘或西南边缘并沿着副高的边缘向西北方向移动这与
3、台风的惯性移动方向是一致的也被观测数据所证实 理想情况下即如果副热带高压较强且环境流场稳定台风将沿直线运动台风移动过程中环境场不断变化上述其他影响台风路径的因子可能对台风的移动方向起到重要的作用所以实际的台风路径是不规则甚至是古怪的 图 1 给出了台风 M a g g i e的路径 可以看到登陆前 M a g g i e的路径向南偏离 这种情况是非常少见的正因为如此美国联合台风预报中心( J T W C ) 中国气象局和香港天文台( H K O ) 等几个气象中心对其登陆前路径的预报偏差都比较大 图 1 00 6 0 0 U T C的 2 4 小时预报都向西北方向偏离 预报误差分别为 2 4
4、52 2 8 和 2 0 6 公里所以一定有一个不寻常的因子影响其登陆前的移动路径我们注意到在南海上有一个热带低气压与台风 M a g g i e 几乎同时发展 6 月 4 日联合台风预报中心就此发布了热带气旋生成警报 从香港天文台的地面天气图图 2美国国家环境预报中心N C E P 的 5 0 0 h p a 分析场图 3 以及卫星云图图 4 上都可以清楚地识别这个热带气旋事后的分析提醒我们台风 M a g g i e 的异常路径可能是由于与邻近的热带气旋相互作用的结果 两个热带气旋相互作用使得它们以其中心连线上的一个点为轴转动D o n g a n d N e u m a n n ( 1
5、9 8 3 ) 3 提出在西北太平洋赤道辐合带及其邻近区域的双台风相互作用使得它们以其中心连线上的一个点为轴逆时针转动台风 M a g g i e的情形与上诉情况非常相似唯一不同的是与其相互作用的热带气旋的强度相对较弱 本文利用数值方法来研究 M a g g i e与其邻近的另外一个热带气旋的相互作用对其路径的影响第二节对台风 M a g g i e作简要地描述第三节对所用的数值预报模式进行简要介绍第四节给出数值试验的设计方案台风 M a g g i e数值研究的结果及讨论在第五节给出第六节给出总结与结论正文五号宋体正文五号宋体正文五号宋体正文五号宋体正文五号宋体正文五号宋体正文五号宋体 2
6、台风 M a g g i e 简介 1 9 9 9 年是我国南海地区台风活动较频繁的年份 香港天文台共对 8 个台风发布了台风警报 其中台风 M a g g i e 是为香港及附近沿海地区带来强风暴天气的台风之一 8 台风 M a g g i e 的发生得力于较强的跨赤道湿空气流 并在由东南亚伸展到菲律宾海的季风槽中发展到五月底联合台风预报中心在西太平洋区域确定了两个有可能发展为热带气旋的对流区域一个位于南中国海的北纬 1 10东经 1 1 50附近另外一个位于西太平洋菲律宾以东的北纬 1 00东经 1 3 00附近位于菲律宾以东的对流系统最终发展为台风 M a g g i e 并且从 6 月
7、 2 日至 6 月 4 日向西北方向移动直指台湾岛南端6 月 5 日 M a g g i e受台湾岛的影响经过巴士海峡北部进入南中国海接着 M a g g i e 继续向西移动至 6 月 6 日 1 2 Z中心位于香港以东 1 2 0公里附近的海岸线上其后M a g g i e 沿海岸线向西南移动并于当晚 2 0 Z左右经过香港并于第二天消亡在 M a g g i e发展的同时另外一个位于南海的对流系统大部分时间里也在同步发展根据美国联合台风预报中心的报告他于 6 月 4 日在 M a g g i e 的西南方形成热带低压其后几天维持其强度并于 6 月 6 日加强后面的数值试验证实了 M a
8、g g i e 沿海岸线向西南方向的移动是与这个系统相互作用的结果 3 中尺度模式和台风初始化方法 3 . 1 模式介绍 香港科技大学海岸与大气研究中心基于美国国家大气研究中心的中尺度数值模式M M 5 建立起了一套准业务化的数值预报系统( L a u e t a l . 1 9 9 6 , G i l l e t a l . 1 9 9 5 ) 5 M M 5 是地形追随坐标系下的非静力原始方程模式( G r e l l e t a l . 1 9 9 4 ) 6 业务运行的模式中垂直方向取 2 7 层物理过程参数化方案包括R e i s n e r 的混合相微物理过程方案R e i s n
9、 e r e t a l . 1 9 9 8 ) 7 此方案中利用五个方程分别对水气云水雨水冰晶和雪进行预报M R F 边界层方案( H o n g a n d P a n , 1 9 9 6 ) 8 用来计算动量水气和能量的垂直通量 模式系统利用 N C E P 的 A V N 模式的分析及预报场作为系统的第一猜场及边界条件海面温度利用 N C E P 的 1 0 x 1 0的分析场并在积分过程中保持不变( R e y n o l d s a n d S m i t h 1 9 9 4 ) 9 客观分析用常规探空资料对模式的第一猜测场进行订正模式采用双重嵌套网格水平分辨率分别为 5 4公里和
10、 1 8 公里图 5 3 . 2 新的台风初始化方法 由于模式的第一猜测场来自于大尺度模式 其分辨率较低 所以不能很好地描述台风的强度 图 6 a而在大洋上又没有足够的探测资料用来对模式的第一猜测场进行修订 所以模式中的台风初始化方法对模式初值的好坏起到非常大的作用( B e n d e r , e t a l , 1 9 9 1 ) 1 0 基于多年利用中尺度数值预报模式预报台风的经验我们发展了一套可用于业务模式的台风初始化方法平衡涡旋法这种方法使用模式以前的预报结果对新的模式初值进行初始化 即将有效时间在新的预报初始时刻的 2 4 或 3 6 小时的预报中的涡旋的信息以探空资料的格式提取出
11、来 和常规探空资料一起通过客观分析对模式的第一猜测场进行订正我们用台风 L e o 1 9 9 9 为例来对这种台风初始化方法进行说明图 6 a 是 1 9 9 9 年 4 月 3 0 日 0 0 U T C模式的第一猜测场A V N 模式的分析场图 6 b 是不用台风初始化方法所得的模式初始场图 6 c 是预报时效为 4 月 3 0 日 0 0 U T C的模式 2 4 小时预报 提取图中阴影部分的信息 对模式的第一猜场进行修订图 6 d 是利用台风初始化方法以后获得的模式的初始场比较图 6 b 和图 6 d 我们可以清楚地看出用这种方法可获得一个更加真实的初始场 由于用于初始化模式的涡旋是
12、从模式本身的预报结果中提取出来的 所以它不存在与模式不匹配的问题 这种台风初始化方法不仅初始化风场 而且同时初始化温度场所以初始化后模式初值中的台风动力和热力结构维持平衡 从 1 9 9 7 到 1 9 9 9 年模式系统对台风预报的统计结果显示 包含这种台风初始化方法的模式系统可以很好地预报西太平洋及南海地区台风的强度及路径( L a m , H o k - Y i n , K a i - H o n L a u a n d W e i H u a n g , 1 9 9 9 ) 1 1 4 数值试验设计 为研究台风 M a g g i e 与其邻近的另一个热带气旋的相互作用我们设计了两个数
13、值试验试验 I 在利用平衡涡旋法对模式进行初始化时只初始化台风 M a g g i e 试验 I I 在利用平衡涡旋法对模式进行初9 始化时对台风 M a g g i e 和它附近的另一个热带气旋同时进行初始化 由于 M a g g i e 附近的热带气旋在第一猜测场中非常弱试验 I 中不对它进行初始化就相当于忽略它的存在即在模式积分过程中不考虑它对台风 M a g g i e 的影响试验 I I 对 M a g g i e 及其附近的热带气旋同时进行初始化即考虑它们两个的相互作用 两个试验的初始场都取在 6 月 6 日 0 0 : 0 0 U T C并分别进行 2 4 小时的预报 图 7 给
14、出了经初始化后两个试验的初始场可以看出在两个试验的初始场中 M a g g i e 的位置和强度是相同的而与 M a g g i e 相互作用的位于南海上的另外一个热带气旋的强度在两个试验的初始场中相差非常大 初始化时它们的位置都是根据美国联合台风预报中心的报告确定的 5 数值试验的结果及讨论 图 8 和图 9 分别给出了两个数值试验 1 2 小时和 1 8 小时的模拟结果我们可以清楚地看出 M a g g i e与其邻近的热带气旋相互作用使得路径和强度都发生了变化 1 2 小时的模拟结果可以看出 没有气旋与其相互作用的情况下图 8 a M a g g i e 在这 1 2 小时内向西北方向移
15、动中心位置比有气旋与其相互作用的情况图 8 b 偏东如果以香港岛和台湾岛中心的连线为参考的话试验 I 中积分 1 2 小时后 M a g g i e的中心位于连线中心点以东试验 I I中 M a g g i e的中心位于连线中心点以西从强度来看试验 I中M a g g i e 的中心气压为 9 9 2 h p a 试验 I I 中 M a g g i e的中心气压为 9 9 0 h p a 即 M a g g i e 与其邻近的热带气旋的相互作用不仅使得台风的路径发生变化向西偏移而且有利于其强度的维持在与其邻近的气旋的相互作用下1 8 小时后 M a g g i e 袭击香港比较图 8 b 和
16、图 9 b 可以看出试验 I I 中 6 月 6 日 1 2 时到 6月 6日 1 8时 M a g g i e的移动方向为西偏南这正是两个气旋相互作用的结果在整个试验过程中与M a g g i e 相互作用的热带气旋向东北方向移动 纵观两个气旋的移动 可以看出他们以其中心连线上的靠近 M a g g i e 方的一点为轴作逆时针旋转 两个试验的 2 4 小时模拟的路径 几个气象中心预报的路径与香港天文台报告的路径的比较见图 1 0可以清楚地看出试验 I 和试验 I I 两个数值试验结果的巨大差异没有气旋与 M a g g i e 相互作用时数值模拟的台风路径非常差比几个预报中心的预报都差有气旋与其相互作用时数值模拟的台风路径则非常好优于其它几个预报中心的预报且与香港天文台的报告的路径非常接近 6 结论 台风 M a g g i e是近年影响香港
