呂心艷 許映龍 董 林 高拴柱

國家氣象中心，北京 100081

提 要： 利用1949—2018年中國氣象局臺風(fēng)最佳路徑、2018年中央氣象臺的臺風(fēng)路徑強度實時預(yù)報、ECMWF數(shù)值預(yù)報以及NCEP逐日高分辨率海溫RTG_SST(0.083°×0.083°)等資料，對2018年西北太平洋臺風(fēng)活動的主要特征和預(yù)報難點進行了分析。結(jié)果表明：2018年臺風(fēng)生成頻數(shù)偏多,生成源地偏東，南海臺風(fēng)活躍；生成時間集中，盛夏臺風(fēng)異常偏多，臺風(fēng)群發(fā)性強，雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)共存活動頻次偏多；臺風(fēng)生命史長,累積氣旋能量偏高,超強臺風(fēng)偏多，但整體強度偏弱，較弱臺風(fēng)異常偏多；臺風(fēng)登陸頻數(shù)和頻次偏多,登陸地段偏北，且登陸臺風(fēng)強度明顯偏弱。中央氣象臺24～120 h臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差分別為72、124、179、262和388 km，各時效誤差較2017年均有減少，特別是長時效路徑預(yù)報誤差明顯減少；24～120 h臺風(fēng)強度預(yù)報誤差分別為3.7、5.1、5.5、6.6和7.1 m·s-1。由于雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)之間的相互作用、“鞍型場”等造成路徑預(yù)報難度大以及多臺風(fēng)之間復(fù)雜水汽輸送、近海臺風(fēng)強度變化不確定性大等原因,造成強度預(yù)報難度大。若采用更多觀測資料、進行更深入的臺風(fēng)機理研究以及研發(fā)更有效的臺風(fēng)客觀預(yù)報技術(shù)將是突破這些難點的有效途徑。

引 言

我國是世界上登陸臺風(fēng)或熱帶氣旋最多的國家之一，平均每年約有7個臺風(fēng)登陸我國沿海。登陸臺風(fēng)常帶來強風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮等重大災(zāi)害(陳聯(lián)壽等，2012)，尤其是給我國沿海地區(qū)造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。隨著臺風(fēng)綜合觀測體系的不斷完善和數(shù)值模式預(yù)報能力的提高(楊國杰等，2018；麻素紅等，2018)，我國臺風(fēng)預(yù)報，特別是近二十年來臺風(fēng)路徑預(yù)報水平有了明顯的進步(董林等，2019；陳國民等，2019；端義宏等，2020)，24 h路徑預(yù)報誤差由1991年的200 km減少到72 km (2016—2018年平均)，減少了60%。但是，異常和長時效臺風(fēng)路徑預(yù)報仍面臨著巨大挑戰(zhàn)，特別是多臺風(fēng)復(fù)雜相互作用下常常會出現(xiàn)異常臺風(fēng)路徑(羅哲賢和馬鏡嫻，2001；吳丹等，2017等)，路徑預(yù)報不確定大，預(yù)報難度明顯增加。如業(yè)務(wù)中前期沒有預(yù)報出臺風(fēng)菲特(1323)在臺灣以東洋面突然西折并登陸我國，分析發(fā)現(xiàn)其東側(cè)臺風(fēng)丹娜絲(1324)的存在有利于臺風(fēng)菲特突然西折(許映龍等，2015)，但是，前期數(shù)值模式和主觀預(yù)報對雙臺風(fēng)相互作用下路徑預(yù)報能力都非常有限，如臺風(fēng)納沙(1709)與海棠(1710)、臺風(fēng)梅花(1109)與洛坦(1108)和苗柏(1110)雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)相互作用期間臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差也明顯偏大(董林等，2020；許映龍等，2011)。另外，“鞍型場”是一種非常特殊的大尺度環(huán)流場，一旦臺風(fēng)進入“鞍型場”后，其引導(dǎo)氣流不明顯，臺風(fēng)移動方向難以被確定，常會出現(xiàn)停滯或緩慢移動、打轉(zhuǎn)、突然轉(zhuǎn)向等異常路徑(鄭浩陽等，2014)，造成路徑預(yù)報難度大。

相對于臺風(fēng)路徑預(yù)報，臺風(fēng)強度預(yù)報提高精度一直進展十分緩慢(DeMaria et al,2014； Emanuel and Zhang,2016;Tallapragada et al,2016)，強度預(yù)報誤差逐年波動(Emanuel，2018)，沒有明顯的提高，特別是近海臺風(fēng)強度預(yù)報難度大，常常會導(dǎo)致臺風(fēng)預(yù)報預(yù)警不及時、陷入被動局面。海洋上觀測資料的缺乏造成對臺風(fēng)強度變化機理認識不足以及數(shù)值模式對臺風(fēng)強度預(yù)報水平不高 (Rotunno et al,2009；DeMaria et al，2014；Magnusson et al,2019)。有效客觀預(yù)報方法的缺乏是導(dǎo)致臺風(fēng)強度預(yù)報技巧提高緩慢、預(yù)報水平停滯不前的主要原因。特別是雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)相互作用不但使得臺風(fēng)路徑預(yù)報難度大，也常造成臺風(fēng)強度突變、預(yù)報誤差增大，主要原因是臺風(fēng)之間存在高低層復(fù)雜的水汽交換(Xu and Lu,2014；吳丹等，2017)和渦度的互相輸送(于玉斌，2007；李英等，2009；鄭峰和張靈杰，2013；張曉慧等，2019)，臺風(fēng)強度變化不確定性大。

另外，大多數(shù)臺風(fēng)登陸后再次入海強度會持續(xù)減弱，僅有少數(shù)(約24%)登陸后再次入海加強(郭麗霞等，2010)，業(yè)務(wù)中常對在陸地且已經(jīng)減弱的臺風(fēng)停止編號。一般來說登陸臺風(fēng)再次入海進入黃渤?；驏|海時，由于海表溫度相對于熱帶地區(qū)明顯偏低，水汽輸送條件變差，環(huán)境風(fēng)垂直切變也易加大，臺風(fēng)再次入海往往不會增強。但是，當其與西風(fēng)槽、高空急流相互作用，如臺風(fēng)進入西風(fēng)急流入口區(qū)右側(cè)的高輻散區(qū)或臺風(fēng)中心附近冷暖空氣交匯促進斜壓位能釋放，臺風(fēng)再次入海后仍有可能增強(吳云帆等，2016)，而業(yè)務(wù)中容易忽視這類臺風(fēng)，它們常給黃渤?；驏|海帶來狂風(fēng)巨浪，造成巨大的損失。

本文利用1949—2018年中國氣象局臺風(fēng)最佳路徑資料、2018年中央氣象臺的臺風(fēng)路徑和強度實時預(yù)報資料、ECMWF數(shù)值預(yù)報資料以及NCEP實時全球高分辨率海溫資料 RTG_SST(分辨率：0.083°×0.083°)，首先對2018年西北太平洋和南海臺風(fēng)活動的主要特征進行歸納，然后對主要預(yù)報技術(shù)難點進行了討論，以期為未來臺風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報和研究提供參考。

1 2018年臺風(fēng)活動特征

1.1 臺風(fēng)生成

2018年西北太平洋和南海海域共有29個臺風(fēng)生成(圖1a)，其中登陸我國的共有10個(圖1b)。從臺風(fēng)生成數(shù)量來看，2018年比1949—2017年的平均值(26.9個)偏多2.1個(圖2a)，比1981—2010年平均值(25.5個)偏多3.5個。從生成源地來看，150°E以東海域生成臺風(fēng)多達8個(圖2b)，占全年生成總數(shù)的27.6%，高于多年平均值(21.1%)；南海海域有7個臺風(fēng)生成，占全年總數(shù)的24.1%，比多年平均值(4.6個和16.9%)偏多。年平均臺風(fēng)生成位置為(15.9°N、139.5°E)，比多年平均值(1949—2017年，16.1°N、136.9°E)偏東，特別是夏季(6—8月)平均臺風(fēng)生成位置為(19.0°N、141.4°E)，比多年平均(1949—2017年，18.4°N、135.3°E)偏東6.1°。

圖1 2018年西北太平洋和南海海域臺風(fēng)路徑圖(a)所有生成臺風(fēng)，(b)登陸中國的臺風(fēng)Fig.1 Tracks of TCs over Northwestern Pacific and South China Sea in 2018(a) all generated TCs, (b) landing TCs in China

2018夏季6—8月共有18個臺風(fēng)生成(圖2c)，占全年總數(shù)的62.1%，較多年平均(11.6個和43.1%)偏多，為1949年以來最多年。特別是8月共有9個臺風(fēng)生成，較多年平均值(5.6個)偏多，僅次于1960年(11個)和1966年(10個)，為1949年以來排名第三。但是，秋季(9—11月)僅有8個臺風(fēng)生成，占全年27.6%，較多年同期平均(11.3個和42.0%)明顯偏少，特別是 10月僅有1個臺風(fēng)生成，與多年平均(3.81個)相比異常偏少，這種情況1949年以來僅出現(xiàn)過三次(1956，1976、2011年)；冬、春季(1—5月和12月)共有3個臺風(fēng)生成，占全年生成總數(shù)的10.3%，較多年同期平均(4.03個和15%)略有偏少?？梢?，2018年臺風(fēng)生成時間主要集中在夏季，且夏季臺風(fēng)異常偏多，但秋季則明顯偏少。

圖2 西北太平洋和南海海域(a)1949—2018 年逐年生成臺風(fēng)頻數(shù)變化曲線，(b)2018 年臺風(fēng)生成位置(紅色臺風(fēng)符號)分布與1949—2017 年臺風(fēng)生成源地密度分布(等值線)，(c)2018 年與1949—2017年多年平均逐月生成臺風(fēng)頻數(shù)Fig.2 (a) Annual TC genesis frequency over Northwestern Pacific and South China Sea from 1949 to 2018， (b) TCs’ generating location in 2018 (red typhoon symbol) and origin distribution density in 1949-2017 (isoline)， (c) monthly TC genesis frequency in the year 2018 and the 1949-2017 average

另外，按照臺風(fēng)群發(fā)的定義(呂心艷和端義宏，2011)，本年度4次臺風(fēng)群發(fā)過程，3次發(fā)生于季風(fēng)槽中，特別是8月8—18日臺風(fēng)生成十分活躍，僅11 d內(nèi)有6個臺風(fēng)相繼生成，平均1.8 d天生成一個。此外，11月17—20日在東風(fēng)波中出現(xiàn)了一次臺風(fēng)群發(fā)，11月中旬出現(xiàn)臺風(fēng)群發(fā)且數(shù)量為3個，比較少見。此外，2018年共出現(xiàn)了13次臺風(fēng)共存現(xiàn)象，較多年平均值(9.2次)偏多，其中有9次2個臺風(fēng)共存、4次3個臺風(fēng)共存，3個臺風(fēng)共存現(xiàn)象比多年平均偏高10.8%。

臺風(fēng)生成與海洋熱狀況密切相關(guān)(Gray,1968)，夏季南海北部海域和菲律賓以東的熱帶西北太平洋海域海溫均較氣候平均明顯偏高(圖3a)，特別是150°E以東海域海溫明顯偏高0.5℃以上，導(dǎo)致夏季南海臺風(fēng)活躍、生成源地偏東、生成頻數(shù)偏多。另外，60°～100°E越赤道氣流偏強(圖3b),導(dǎo)致100°E以東赤道西風(fēng)明顯偏強，南海北部至菲律賓以東季風(fēng)槽明顯偏強，有利于臺風(fēng)的生成(呂心艷和端義宏，2011)，因此，2018年季風(fēng)槽偏強和海溫偏高是夏季臺風(fēng)生成個數(shù)異常偏多的重要原因。

圖3 2018年6—8月(a)海溫距平(填色)， (b)850 hPa流場(流線)距平和風(fēng)速(填色)分布Fig.3 (a) Sea surface temperature anomaly (colored) and (b) 850 hPa flow field anomaly (streamline) and wind speed (colored) from June to August 2018

總之，2018年臺風(fēng)特征為：生成頻數(shù)偏多,生成源地偏東，但南海臺風(fēng)偏多；生成時間集中在夏季,夏季臺風(fēng)異常偏多；臺風(fēng)群發(fā)和多臺風(fēng)共存現(xiàn)象明顯偏多。臺風(fēng)生成異常與季風(fēng)槽偏強和海溫偏高關(guān)系密切。

1.2 臺風(fēng)登陸

2018年共有10個編號臺風(fēng)、13次以熱帶風(fēng)暴級及以上強度登陸我國沿海地區(qū)(圖1b，表1)，登陸頻數(shù)和頻次均較多年平均值(6.97個和8.9次)明顯偏多(圖4a)，其中，5次登陸廣東，較多年平均(2.7次)偏多近一倍(圖4b)，3個臺風(fēng)直接在上海或上海與浙江交界登陸，是1949年以來首次，為歷史上絕無僅有的異常事件，縱觀1949—2017年的69年中僅有6個臺風(fēng)登陸上海，也僅有2個在上海直接登陸。另外，2018年沒有熱帶風(fēng)暴級及其以上強度的臺風(fēng)登陸臺灣，與多年平均比(1.8 個)明顯偏少；僅有1個臺風(fēng)登陸福建，較歷史平均也偏少。另外，登陸臺風(fēng)陸地維持時間偏長，如強熱帶風(fēng)暴安比(1810)登陸上海后一路北上并深入到內(nèi)蒙古東南部，其在陸地上維持的時間長達62 h；臺風(fēng)摩羯(1814)登陸浙江沿海后由山東進入渤海，共在陸地維持時間約66 h；臺風(fēng)溫比亞(1818)從上海登陸后由山東北部進入渤海，在陸地上維持時間長達73 h,歷史少見。臺風(fēng)登陸位置與大尺度環(huán)流密切相關(guān)，7—8月極渦偏向西半球(圖略)，冷空氣活動偏弱，而副熱帶高壓明顯偏強、西脊點偏西、脊線位置偏北(圖略)，有利于臺風(fēng)西北行登陸我國，并且登陸地段偏北、陸上持續(xù)時間偏長。

表1 2018年登陸臺風(fēng)一覽表Table 1 List of the typhoons making landfall in China in 2018

2018年第一次臺風(fēng)登陸強度平均為27.3 m·s-1，較多年(1949—2017年)平均值(32.7 m·s-1)偏弱5.4 m·s-1；平均臺風(fēng)登陸強度(含多次登陸)為25.5 m·s-1，較多年平均值(31.7 m·s-1)偏弱6.2 m·s-1，可見，2018年登陸臺風(fēng)強度偏弱。另外，8月12—17日臺風(fēng)摩羯、貝碧嘉和溫比亞6 d內(nèi)先后在我國沿海登陸，登陸時間非常集中(圖4c)。

圖4 (a)1949—2018 年西北太平洋和南海逐年登陸中國臺風(fēng)(熱帶風(fēng)暴級以上)頻數(shù)變化,(b)2018年與1949—2017年平均登陸臺風(fēng)個數(shù)在中國各省(區(qū)、市)的分布；(c)2018年和1949—2017年平均逐月登陸臺風(fēng)個數(shù)分布Fig.4 (a) Annual frequency of TC landing in China over Northwestern Pacific and South China Sea from 1949 to 2018, (b) provincial frequency distribution of TCs landing in China in 2018 and the 1949-2017 average， (c) monthly landing TC frequency in the year 2018 and the 1949-2017 average

可見，2018年臺風(fēng)登陸頻數(shù)和頻次異常偏多，登陸地段偏北，登陸時間集中于夏季，陸地上維持時間長。但是，登陸臺灣、福建頻次明顯偏少，登陸強度明顯偏弱。

1.3 臺風(fēng)年度生命史和強度

臺風(fēng)年度生命史定義為所有臺風(fēng)維持熱帶風(fēng)暴級及以上強度(風(fēng)速≥17.2 m·s-1)的累積時間。使用間隔6 h的臺風(fēng)最佳路徑資料，得到2018年臺風(fēng)生命史為3 708 h，較多年平均值3 234 h偏多14.7%，但是，平均單個臺風(fēng)生命史為128 h，比多年平均值120 h略偏高8 h。另外，2018年累積熱帶氣旋能量(accumulated cyclone energy,ACE)，采用Bell et al(2000)的定義指數(shù)為297，較多年平均值273偏強9%，其中7個超強臺風(fēng)貢獻了全年ACE的61.2%。

2018年度臺風(fēng)極值強度為70 m·s-1(16級)，比多年平均極值強度72 m·s-1(17級以上)略低。年平均極值強度(所有臺風(fēng)極值強度平均值)為38.8 m·s-1，略低于多年平均值(40.1 m·s-1)。由表2可見，極值強度較弱的熱帶風(fēng)暴級和強熱帶風(fēng)暴級(17.2～32.6 m·s-1，8～11級)的臺風(fēng)共有15個，較多年平均值10.6個明顯偏多，出現(xiàn)百分比為51.8%，明顯高于多年平均值(39.3%)；極值強度臺風(fēng)級及臺風(fēng)級以上的臺風(fēng)(≥32.7 m·s-1，12級以上)出現(xiàn)百分比為48.2%，明顯低于多年平均值(60.7%)；但臺風(fēng)極值強度≥51.0 m·s-1(16級及以上)的超強臺風(fēng)有7個，較多年平均值(6個)偏多1個，出現(xiàn)百分比為24.1%，略高于多年平均值(22.1%)。

表2 2018年臺風(fēng)極值強度分布與歷史多年(1949—2017年)平均情況對比Table 2 TCs’ extreme intensity distribution in 2018 and the average during 1949-2017

綜上所述，2018年西北太平洋和南海海域共有29個臺風(fēng)生成，與多年平均值相比，生成頻數(shù)偏多，生成源地偏東，生成時間集中在夏季，臺風(fēng)群發(fā)性強；有10個臺風(fēng)登陸我國沿海，登陸臺風(fēng)個數(shù)和頻數(shù)明顯偏多；臺風(fēng)生命史明顯偏長、累積熱帶氣旋能量偏強，超強臺風(fēng)偏多，因此，2018年度臺風(fēng)活動相對比較活躍。但是，臺風(fēng)整體強度偏弱，較弱的臺風(fēng)數(shù)量明顯偏多，登陸臺風(fēng)強度偏弱。

2 主要預(yù)報難點和問題分析

2018年24～120 h各時效臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差分別為72、124、179、262和388 km，較2017年均有所減少，特別是長時效路徑(72～120 h)預(yù)報誤差明顯減少。但是，仍有一些臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差比較大，分析發(fā)現(xiàn)，當出現(xiàn)雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)共存、 “鞍型場”中臺風(fēng)以及轉(zhuǎn)向臺風(fēng)時，容易出現(xiàn)較大路徑預(yù)報誤差。

2018年臺風(fēng)強度預(yù)報各時效誤差分別為3.7、5.1、5.5、6.6和7.1 m·s-1；基本與2017年強度預(yù)報水平持平。2018年臺風(fēng)整體強度偏弱，較弱和超強臺風(fēng)偏多，較弱臺風(fēng)往往預(yù)報偏強，而偏強臺風(fēng)又易預(yù)報偏弱(圖略)，造成2018年整體臺風(fēng)強度預(yù)報進展不明顯。另外，對于近海(包括再次入海)臺風(fēng)強度準確預(yù)報還存在一定困難，常造成預(yù)報預(yù)警不及時，預(yù)報服務(wù)工作出現(xiàn)被動局面。

下文將對2018年臺風(fēng)艾云尼、摩羯和山竹典型個例的預(yù)報難點進行分析。

2.1 “艾云尼”路徑回旋

臺風(fēng)艾云尼(1804)于2018年6月5日上午在南海中部海面生成，然后緩慢向偏北方向移動(圖5a)，6—7日在廣東雷州半島東部、瓊州海峽、海南島東北部附近打轉(zhuǎn)、回旋(圖5a)，導(dǎo)致兩天內(nèi)先后在廣東徐聞、海南海口、廣東陽江三次登陸，之后強度逐漸減弱。業(yè)務(wù)中一直預(yù)報“艾云尼”將在雷州半島附近回旋打轉(zhuǎn)，之后轉(zhuǎn)向北偏東移動，與實際路徑存在很大的偏差(圖略),沒有預(yù)報出其打轉(zhuǎn)后登陸海南，造成了預(yù)報預(yù)警服務(wù)的被動局面。

臺風(fēng)移動主要由大尺度環(huán)流的引導(dǎo)決定,臺風(fēng)艾云尼在南海生成后,受其東側(cè)副熱帶高壓(以下簡稱副高)西側(cè)偏南風(fēng)的引導(dǎo)緩慢向偏北移動(圖5b和圖6a，引導(dǎo)氣流定義為距離臺風(fēng)中心200～800 km環(huán)形區(qū)域的平均風(fēng))，其西北側(cè)為西風(fēng)帶高空槽， 6日隨著西風(fēng)槽不斷東移，副高減弱東移，而槽后高壓脊與緬甸附近大陸高壓打通，而南側(cè)赤道高壓向北移動，“艾云尼”進入了典型“鞍型場”中，引導(dǎo)氣流相對于5日明顯減弱(圖5b)，并且隨著副高小幅度減弱東移(圖6b)，西側(cè)大陸高壓開始引導(dǎo)它向偏南方向移動，導(dǎo)致了“艾云尼”在雷州半島南部至海南島北部移速進一步減慢，并出現(xiàn)了逆時針打轉(zhuǎn)異常路徑。7日后，隨著西風(fēng)槽北縮、東移(圖略)，副高向西伸展，“艾云尼”再次在副高西側(cè)偏北氣流引導(dǎo)下轉(zhuǎn)向偏北方向移動。

圖5 2018年(a)臺風(fēng)艾云尼移動路徑及其(b)各層引導(dǎo)氣流的分布Fig.5 (a) The track and (b) distribution of steering flow of Typhoon Ewiniar in 2018

一般來說“鞍型場”中由于引導(dǎo)氣流不明顯，臺風(fēng)路徑預(yù)報存在很大不確定性，這也是臺風(fēng)艾云尼起編時ECMWF、NCEP和CMC等集合模式對其后期的路徑預(yù)報發(fā)散度非常大的主要原因。雖然，有些模式也預(yù)報出了“艾云尼”會出現(xiàn)打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，但是，與實際移動路徑還是存在較大的偏差。另外，“艾云尼”打轉(zhuǎn)期間，臺風(fēng)馬力斯(1805)生成前的熱帶低壓已經(jīng)出現(xiàn)在其東側(cè)(圖6b ),兩者之間距離大大約為1 600 km左右，符合雙臺風(fēng)發(fā)生相互作用的間距閾值(吳限等，2011)，并同處于一個尺度較大季風(fēng)渦旋中，雙臺風(fēng)或渦旋的相互作用進一步增加了“艾云尼”路徑預(yù)報的不確定性。

圖6 2018年6月(a)5日08時和(b)6日08時ECMWF模式500 hPa流線和等風(fēng)速線(填色，≥4 m·s-1)分析場Fig.6 Analysis of ECMWF 500 hPa streamline and wind speed (colored, ≥4 m·s-1) at (a) 08:00 BT 5 and (b) 08:00 BT 6 June 2018

2.2 “摩羯”長時效路徑預(yù)報

臺風(fēng)摩羯(1814)于8月8日14時在西北太平洋洋面上生成，11日夜間進入東海(圖7a)，12日23時在浙江溫嶺沿海登陸，13日17時前后進入安徽中部，14日05時進入山東西南部，15日由山東東營進入渤海，并再次加強為熱帶風(fēng)暴。業(yè)務(wù)中，前期預(yù)報“摩羯”將在我國近海北上而不登陸我國，與實際路徑偏差較大，120 h平均路徑預(yù)報誤差為551 km，其中9日02時120 h路徑預(yù)報誤差高達745 km，96 h 平均路徑預(yù)報誤差為362 km，其路徑誤差是2018年所有臺風(fēng)預(yù)報中最高的?？梢?，雖然近20年臺風(fēng)路徑預(yù)報已經(jīng)取得了明顯的進步，但是一些臺風(fēng)的長時效路徑預(yù)報仍是業(yè)務(wù)預(yù)報難點，本節(jié)以臺風(fēng)摩羯早期長時效路徑預(yù)報偏差大、預(yù)報難度大為例進行分析，以期對今后臺風(fēng)預(yù)報有所借鑒。

圖7 2018年(a)臺風(fēng)摩羯移動路徑，(b)8月7日20時起報的ECWMF臺風(fēng)摩羯集合預(yù)報路徑圖Fig.7 (a) The track of Typhoon Yagi， (b) ECWMF ensemble track forecast of Typhoon Yagi at the initial time of 20:00 BT 7 August 2018

從模式大尺度環(huán)流預(yù)報看， 8月08日08時起報，500 hPa上96 h預(yù)報的588 dagpm等高線(圖8a)比分析場(圖8b)明顯偏東，表明預(yù)報場副高西脊點比實際偏東，未西伸到陸地，“摩羯”在副高外圍環(huán)流的引導(dǎo)下近海北上，導(dǎo)致臺風(fēng)長時效路徑預(yù)報為轉(zhuǎn)向型。而高層200 hPa環(huán)流預(yù)報場(圖9a)與分析場(圖9b)相對比較一致，副高向西伸入到了陸地，有利于“摩羯”登陸我國，可見，高、低層環(huán)流形勢出現(xiàn)了明顯的不匹配。如何準確分析模式高、低層預(yù)報的合理性以及判斷“摩羯”未來的移動方向是預(yù)報的難點之一。另外，“摩羯”起編時，雖然ECMWF(圖7b)和NCEP(圖略)集合模式路徑預(yù)報有一定的發(fā)散度，但是，對“摩羯”路徑預(yù)報比較一致，即大部分成員和集合平均都預(yù)報“摩羯”后期將近海北上，僅有少部分成員預(yù)報“摩羯”后期將向西北方向移動并登陸我國，與實際移動路徑更為接近。在集合模式成員預(yù)報發(fā)散度大且大部分成員預(yù)報不登陸情況下，如何判斷其余少部分成員的預(yù)報更為合理，并較準確預(yù)報出長時效臺風(fēng)移動方向也是業(yè)務(wù)預(yù)報難點之一。

圖8 ECWMF模式500 hPa流場和等風(fēng)速線(填色，≥6 m·s-1)(a)2018年8月8日20時起報96 h預(yù)報場，(b)2018年8月12日20時分析場Fig.8 ECMWF 500 hPa streamline and wind speed (colored, ≥6 m·s-1)(a) the 96 h forecast at initial time of 20:00 BT 8 August 2018, (b) analysis at 20:00 BT 12 August 2018

圖9 同圖8，但為200 hPa流線和等風(fēng)速線(填色，≥12 m·s-1)Fig.9 Same as Fig.8, but for ECMWF 200 hPa streamline and wind speed (colored, ≥12 m·s-1)

另外，在 “摩羯”以東塞班島附近一直存在一個熱帶低壓，該低壓于8月8日加強為臺風(fēng)麗琵(1815)。目前，模式對臺風(fēng)生成預(yù)報能力非常有限，臺風(fēng)麗琵的初始渦旋在前期模式中基本沒被體現(xiàn)或非常弱(圖8a)，因此，數(shù)值預(yù)報對沒有編號臺風(fēng)預(yù)報能力有限，更不能準確地預(yù)報其對已存在臺風(fēng)的影響。隨著該熱帶低壓的逐漸加強，后期模式中也漸漸能刻畫出“麗琵”對副高和“摩羯”的影響，表現(xiàn)在“麗琵”的增強有利于副高進一步西伸，“摩羯”路徑也隨之逐漸向西調(diào)整，基于以往預(yù)報經(jīng)驗，業(yè)務(wù)人員較早將預(yù)報路徑向西訂正。但是，模式和主觀預(yù)報對后期是否有臺風(fēng)生成以及生成后雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)相互作用對當前臺風(fēng)影響的把握能力非常有限，這也是“摩羯”早期路徑預(yù)報偏差大的一個重要原因。雖然，業(yè)務(wù)人員對雙臺風(fēng)相互作用常導(dǎo)致臺風(fēng)路徑復(fù)雜突變這個難題一直非常關(guān)注，并對一些典型個例做了分析，得到有一些結(jié)論(許映龍等，2015)。但是，目前業(yè)務(wù)中對雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)相互作用的理解還不夠深入，僅僅是積累了一些經(jīng)驗，今后需要針對更多個例做進一步深入研究，建立預(yù)報概念模型，進一步提高臺風(fēng)預(yù)報。

2.3 臺風(fēng)摩羯再次入海加強

臺風(fēng)摩羯于8月15日從山東移入渤海后由熱帶低壓再次加強為熱帶風(fēng)暴。但是，實際業(yè)務(wù)中，由于13日23時“摩羯”減弱為熱帶低壓，14日08時強度進一步減弱，并考慮到“摩羯”雖然再次入海，但所處位置緯度比較高，環(huán)境風(fēng)垂直切變將逐漸增大且都在12 m·s-1以上，不利于“摩羯”再次增強，中央氣象臺對其停止編號，造成“摩羯”后期預(yù)報服務(wù)出現(xiàn)非常被動局面。

“摩羯”入海再次加強的原因主要有以下三個方面：渤海海域海表溫度均在27℃以上(圖10a)，較常年平均異常偏暖，海溫距平高達2～4℃(圖10b)，特別是“摩羯”中心經(jīng)過的海表溫度達28℃以上，臺風(fēng)發(fā)展的能量主要來源于海洋，因此，海洋熱狀況異常偏暖有利于“摩羯”入海再次增強。另外，“摩羯”進入渤海后，對流層高層200 hPa上從中國東北到日本海一帶一直維持一個西南—東北向的高空急流區(qū)(圖11a)，急流核強度最大風(fēng)速達65 m·s-1，而“摩羯”中心恰好位于高空急流入口右側(cè)的強輻散區(qū)，促進“摩羯”高層出流明顯增強(圖12a，高層出流強度用距臺風(fēng)中心500 km圓形區(qū)域中200 hPa散度的平均值表示)，有利于“摩羯”增強。此外，“摩羯”東側(cè)臺風(fēng)麗琵(1815)以及東南側(cè)臺風(fēng)溫比亞(1818)初始渦旋的存在，有利于低層偏東或東南氣流向“摩羯”源源不斷輸送暖濕氣流(圖11b)并且“摩羯”、“貝碧嘉”和“溫比亞”初始渦旋同處于一個大季風(fēng)槽中，也有利于將西南季風(fēng)向“摩羯”輸送暖濕氣流，使得“摩羯”水汽不斷得到補充(圖12b，凈水汽流入定義為通過以臺風(fēng)為中心500 km圓形區(qū)域中的850 hPa水汽凈流入量)，有利于“摩羯”增強。綜上所述，渤海海溫異常偏暖、高層出流強、水汽輸送充沛是“摩羯”入海再次增強的重要原因。

圖10 2018年8月15日海洋熱狀況分布(a)海表溫度，(b)海表溫度距平Fig.10 (a) Sea surface temperature and (b) its anomaly on 15 August 2018

圖11 2018年8月15日08時ECMWF模式流線和等風(fēng)速線分析場(a)200 hPa (填色，≥12 m·s-1),(b)850 hPa(填色，≥6 m·s-1)Fig.11 Analysis of ECMWF streamline and wind speed at 08:00 BT 15 August 2018 (a) 200 hPa (colored， ≥12 m·s-1), (b) 850hPa (colored， ≥6 m·s-1)

圖12 2018年8月臺風(fēng)摩羯(a)200 hPa出流強度和臺風(fēng)強度的變化，(b)850 hPa凈水汽流入和臺風(fēng)強度的變化Fig.12 (a) Variation of upper-level outflow strength and intensity， (b) net moisture inflow at 850 hPa and intensity of Typhoon Yagi in August 2018

臺風(fēng)在副熱帶或較高緯度地區(qū)強度變化與熱帶地區(qū)有一定的差別，如當海洋熱狀況和其他動力條件(如高層出流、水汽)都比較有利于臺風(fēng)增強時，環(huán)境風(fēng)垂直切變對臺風(fēng)強度削弱作用并不太明顯，這與以往統(tǒng)計結(jié)果也是一致的(郭麗霞等，2010)。另外，雙臺風(fēng)相互作用下，某些情況下東側(cè)臺風(fēng)存在有利于西側(cè)臺風(fēng)的水汽輸送，如臺風(fēng)菲特(1323)和丹娜絲(1324)(許映龍等，2015)，但是，有些情況則相反，如臺風(fēng)燦鴻(1509)與蓮花(1510)(吳丹等，2017)。因此，對雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)相互作用下臺風(fēng)水汽輸送的變化規(guī)律尚不清楚，今后應(yīng)加強多臺風(fēng)相互作用下臺風(fēng)強度變化機理的研究及相關(guān)物理概念模型的建立。

2.4 “山竹”近海臺風(fēng)強度預(yù)報偏差

近海臺風(fēng)強度變化預(yù)報準確性直接影響到臺風(fēng)預(yù)報預(yù)警的效果，因此，目前近海臺風(fēng)強度預(yù)報精度還需進一步提高，本節(jié)以臺風(fēng)山竹(1822)在南海強度預(yù)報偏差為例進行分析，以期為今后近海臺風(fēng)強度預(yù)報提供參考?！吧街瘛庇?月7日20時在西北太平洋洋面生成，隨后一路西行并不斷加強，15日凌晨以超強臺風(fēng)級強度在菲律賓呂宋島東北部沿海登陸，之后強度迅速減弱，進入南海后強度變化不大，16日17時前后以強臺風(fēng)級強度在廣東省江門市臺山沿海登陸，17日20時在廣西境內(nèi)減弱消失。但是，業(yè)務(wù)人員根據(jù)以往經(jīng)驗，預(yù)計“山竹”將在南海北部海面再次明顯加強，并可能以超強臺風(fēng)強度登陸廣東。

業(yè)務(wù)中，從預(yù)報場來看，隨著臺風(fēng)山竹逐漸向南海北部海域靠近,對流層高層南亞高壓南側(cè)的熱帶東風(fēng)急流將加強、東伸(圖13a和13b),急流核最大強度將由35 m·s-1逐漸增強至45 m·s-1, 有利于“山竹”進入南海北部海域后其西南側(cè)高層出流明顯增強(圖14a ,綠線)。同時，低層熱帶西風(fēng)急流也將顯著增強(圖略)，將有更多低層水汽向“山竹”輸送，有利于臺風(fēng)凝結(jié)潛熱釋放增加。另外，隨著“山竹”移入南海北部海域，環(huán)境風(fēng)垂直切變有逐漸變小趨勢(圖略)，并且環(huán)境風(fēng)垂直切變均小于6 m·s-1。此外，從多年統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)南海北部海域是臺風(fēng)快速增強比較容易發(fā)生的地帶(Lyu et al,2019)，如臺風(fēng)威馬遜(1409)、彩虹(1522)、天鴿(1713)都在南海北部海域出現(xiàn)了快速增強。因此，從預(yù)報場判斷出現(xiàn)了有利于山竹在南海北部海域再次加強的條件。

圖13 2018年9月14日20時ECMWF模式100 hPa流線和等風(fēng)速線(填色，≥12 m·s-1)分布(a)20時分析場，(b)20時起報36 h預(yù)報場 Fig.13 ECMWF 100 hPa streamline and wind speed (colored， ≥12 m·s-1) 14 September 2018(a) analysis at 20:00 BT, (b) the 36 h forecast at initial time of 20:00 BT

但是，從分析場與預(yù)報場對比分析可以看出，水汽條件預(yù)報和分析場比較一致(圖略)，即隨著“山竹”進入南海北部海域，凈水汽輸送明顯增加。而預(yù)報場中南亞高壓南側(cè)東風(fēng)急流明顯比分析場(圖略)偏強，15日夜間到16日上午實際“山竹”進入南海后高層出流雖有小幅度增強(圖14a ，黑色線)，但仍比預(yù)報場明顯偏弱很多。因此，東風(fēng)急流預(yù)報偏強，造成臺風(fēng)中心附近高層出流預(yù)報偏強，是導(dǎo)致“山竹”在南海強度預(yù)報偏強一個重要原因。另外，“山竹”前期預(yù)報路徑偏南(圖略)，其中心實際經(jīng)過的海溫明顯低于預(yù)報位置(圖14b),且較氣候平均明顯偏低0.5℃以上，通過海溫敏感性試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)“山竹”強度變化對海溫高低比較敏感(圖略)，隨著海溫升高，強度增強幅度也在增加。但是，即使海溫增大到30℃以上，“山竹”仍未出現(xiàn)明顯增強，這也進一步說明大氣的環(huán)境因子不利于其明顯增強，主要表現(xiàn)在高層出流條件不佳。

圖14 2018年(a)臺風(fēng)山竹100 hPa出流強度的變化，(b)9月13日海表溫度分布(填色)Fig.14 (a) Variation of 100 hPa outflow strength of Typhoon Mangkhut (unit: 10-5 s-1)， (b) distribution of sea surface temperature (colored) on 13 September 2018

綜上所述，臺風(fēng)山竹沒有像“威馬遜”“彩虹”“天鴿”登陸前在南海北部海域出現(xiàn)快速增強，而是強度變化不大，造成強度預(yù)報偏差的主要原因是對流層高層熱帶東風(fēng)急流預(yù)報偏強以及路徑預(yù)報偏南引起的。熱帶東風(fēng)急流的變化和近海海表溫度分布將是未來南海臺風(fēng)強度預(yù)報中需重點關(guān)注的影響因素。

3 結(jié)論與討論

(1)2018年西北太平洋和南海海域共有29個臺風(fēng)生成，與多年平均相比，生成頻數(shù)偏多，生成源地偏東，但南海臺風(fēng)活躍；生成時間集中在夏季，臺風(fēng)群發(fā)性強，多臺風(fēng)共存現(xiàn)象明顯偏多；登陸臺風(fēng)頻數(shù)和頻次異常偏多，登陸地段偏北，登陸時間集中，臺風(fēng)陸地上維持時間長；年度臺風(fēng)生命史偏長、累積熱帶氣旋能量偏強，超強臺風(fēng)偏多。但是，臺風(fēng)整體強度偏弱，較弱臺風(fēng)比例明顯偏多，登陸強度也明顯偏弱。季風(fēng)槽偏強和海溫偏高是夏季臺風(fēng)生成頻數(shù)偏多的重要原因。極渦明顯偏西，東亞冷空氣活動偏弱，副高明顯偏強、西脊點偏西、脊線偏北，有利于臺風(fēng)西北行登陸我國，且登陸地段偏北、陸地持續(xù)時間長。

(2)2018年24～120 h各時效臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差分別為72、124、179、262、388 km，較2017年各時效誤差均有減少。臺風(fēng)路徑誤差較大樣本主要集中在多臺風(fēng)共存期間的臺風(fēng)、“鞍型場”中臺風(fēng)以及轉(zhuǎn)向臺風(fēng)。另外，24～120 h各時效臺風(fēng)強度誤差分別為3.7、5.1、5.5、6.6和7.1 m·s-1，與2017年相比變化不大。2018年較弱和超強臺風(fēng)均明顯偏多，較弱臺風(fēng)增強緩慢，但預(yù)報易偏強，而偏強臺風(fēng)又易預(yù)報偏弱，導(dǎo)致2018年強度預(yù)報進展不明顯。

(3)2018年臺風(fēng)預(yù)報難點主要表現(xiàn)在雙臺風(fēng)或多臺風(fēng)之間復(fù)雜的相互作用、“鞍型場”中引導(dǎo)氣流弱等造成路徑預(yù)報難度大；近海臺風(fēng)強度變化不確定性大、熱帶高層?xùn)|風(fēng)急流預(yù)報偏差大等導(dǎo)致強度預(yù)報誤差大。這些預(yù)報難點包含了許多有待解決的科學(xué)問題，如多臺風(fēng)之間的相互作用對臺風(fēng)路徑和強度的影響機理、數(shù)值模式高低空環(huán)流不匹配問題、模式對對流層高層?xùn)|風(fēng)急流預(yù)報能力不足以及東風(fēng)急流對南海臺風(fēng)強度變化的影響機理等。業(yè)務(wù)中需要進一步研發(fā)臺風(fēng)客觀預(yù)報技術(shù)，特別是多模式集成預(yù)報方法，以及建立天氣物理概念模型、評估模式預(yù)報性能等。