本文分析了2017年夏季(6—8月,下同)北半球的大气环流特征及逐月的演变对我国近海天气的影响, 并对我国近海海域发生的几种灾害性天气进行了总结。夏季影响我国近海海域的主要灾害性天气系统是热带气旋, 因此重点分析了西北太平洋和南海热带气旋的生成、演变及其所带来的大风、降水及海浪等要素的变化情况。此外,还统计了其他各大洋的热带气旋情况。
文中使用的数据资料来源和提到的大风过程、雷暴大风、海雾过程、大浪过程等几种重大过程的统计标准同文献[1]。
1 环流特征与演变 1.1 环流特征由2017年夏季500 hPa平均位势高度图(图 1)可以看出,夏季北半球环流形势极涡与春季相似,仍为单极型分布,且主体仍位于北极上空,但极涡平均中心强度由春季的520 dagpm减弱为夏季的538 dagpm。北半球中高纬度西风带槽脊相比春季明显减弱,我国近海北部海域处于较为平直的西风带控制之下,冷空气活动减弱,南部海域受西伸的副热带高压影响更为明显。
6月500 hPa位势高度场上,欧亚大陆及西北太平洋海域在中高纬度环流呈现为两槽一脊型(图 2),亚洲大陆处于高压脊控制之下,我国北部海域及日本海受脊前弱的西北气流控制,有弱冷空气南下。我国南部海域及其以东的西北太平洋洋面受副热带高压控制,范围较5月有所北扩,位置接近常年;从距平场看到,我国近海北部海域位势高度场为弱的负距平,说明冷空气较常年夏季略为活跃,6月共出现由入海温带气旋影响造成的大风过程4次,但强度较春季明显减弱。由对应的海平面平均气压场可以看出,我国近海平均气压梯度较小,呈现出6月我国近海海域总体风力不大的现象。
7月500 hPa位势高度场上,亚洲大陆及我国近海海域上空的中高纬度环流进一步趋于平直(图 3),东亚大槽减弱变浅;由距平场可以看到,渤海和黄海北部海域为弱的正距平,说明该海域冷空气活动较常年略偏弱,我国其余近海海域环流场同常年平均相差不大。在中低纬度地区,西北太平洋副热带高压继续北抬,脊线位置由6月的15°N附近北抬至25°N附近。由海平面气压场来看,我国近海北部海域处在大陆高压前部的东北气流控制中,有回流冷空气南下,但高空为平直的西风气流,因此冷空气较弱。7月初,北部海域出现了一次较为明显的海雾过程。另外,7月共有8个台风在西北太平洋和南海生成,是热带气旋高发期,其中4次影响了我国近海海域。
8月500 hPa位势高度场上,我国近海海域的中高纬度纬向环流仍较为平直,但渤海和黄海北部海域的距平值由7月的正距平转为负距平,说明该海域冷空气活动较常年略偏强,我国其余近海海域环流场同常年平均相差不大(图 4);在中低纬度地区,西北太平洋副热带高压进一步西伸,脊线位置变化不大,仍维持在25°N附近,但高压带南北两侧的范围均有所减小。高空槽与副热带高压北侧的辐合带作用有利于黄渤海入海气旋的生成,8月中旬黄海中南部和东海西北部海域分别发生了一次入海气旋和雷暴大风引起的海上大风过程。海平面气压场上,我国整个近海海域处在弱的气压梯度控制下,整体风力较弱,但我国北部海域及日本海、日本以东洋面的气压较常年同期偏低,气旋活动也较为频繁。8月影响我国的热带气旋过程共有3次。
2017年夏季,我国近海出现了15次8级以上大风过程,夏季大风主要受热带气旋活动影响,共出现了8次,其次受入海气旋影响的过程有5次,此外,还有2次强对流导致的雷暴大风过程(表 1)。
入海气旋是造成6月海上大风过程的主要原因,7—8月的大风过程主要是受活跃的热带气旋影响。受入海气旋影响的大风过程持续时间一般在1~2 d,受热带气旋影响的大风过程持续时间较长,最长的一次过程对我国近海大风影响长达7 d。
从大风影响海域来看,由于夏季主要受到热带气旋影响,其大风影响区主要位于我国近海的东部和南部海域,受入海气旋影响的大风区主要是东海,其次为渤海和黄海。
下面重点分析8月初由台风“天鸽”引起的一次我国近海海上大风过程。
2.1.2 1713号强台风“天鸽”大风过程分析1713号强台风“天鸽”于8月20日下午在菲律宾以东洋面上生成,之后一路西行,进入南海后强度持续发展,8月22日08时—23日08时,经历了从强热带风暴级到台风级,台风级继续加强到强台风级的“三连跳”,中心附近最大风速24 h增加了17 m/s,在广东南部沿海时,强度进一步发展,最强达到15级(48 m/s),最终于8月23日12:50前后以强台风级(14级,45 m/s)在广东珠海南部沿海登陆,成为今年以来登陆我国最强的台风,也是1949年以来登陆珠江口地区最强的台风(图 5a)。8月21—23日,东海南部海域、台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、南海大部海域出现了7~11级、阵风12~14级大风。
影响热带气旋风力的因素很多,包括热带气旋自身的强度和风圈半径、登陆点位置、周围天气系统配置和地形等[2-4]。这里主要分析“天鸽”影响期间的天气系统和台风本身对大风形成的作用。“天鸽”在8月21日08时进入南海之前,由500 hPa位势高度图可以看到,其东北侧为海上副热带高压,台风中心距离高压中心较远,气压梯度相对较小,此时台风强度为热带风暴级(图 5b)。22日08时,位于台风北侧的两环高压逐渐合并为一条高压带,气压梯度明显加大,台风加强为强热带风暴级,台风北侧和西侧的风力也逐渐加大(图 5c)。23日08时,台风北侧的副热带高压进一步西伸并强烈加强,受其影响台风北侧气压梯度也明显加大,台风强度在登陆前迅速加大到强台风级,使我国东南部近海的风力也迅速增大(图 5d)。
2.2 海雾过程2017年夏季,我国近海海雾过程相比春季明显减少,仅出现了1次比较明显的海雾过程,即7月3—5日。海雾过程持续时间在3 d左右,主要出现在渤海、渤海海峡、黄海北部和中部海域,为能见度不足1 km的大雾天气。7月3日这一带海域受500 hPa高空槽区控制,大部分海域的海雾尚未出现,只有渤海西部海域在槽后弱高压脊的控制下,出现了小范围的海雾。4—5日,这一带海域逐渐受槽后弱高压脊控制,由北向南先后出现明显的大雾天气(图 6)。6日开始,这一海域的高压脊东移,黄海大部海域转受西伸副热带高压北侧的西南气流控制,渤海受另一支槽前西南气流控制,风力开始加大,海雾逐渐趋于消散。
由2 m相对湿度和10 m风场(图 7)来看,7月3日渤海海域风力较小,且水汽充足,出现了小范围的海雾天气,黄海大部海域尽管相对湿度也在90%以上,但该海域有5~6级的偏南风,尚未有海雾形成。4—5日,渤海、黄海北部和中部海域处在静稳大气控制下,风力较小,此时虽然相对湿度相比3日有所减小,但海雾逐渐形成并加剧。6日,随着地面偏南风或东南风逐渐加大到5~6级,此时相对湿度又加大到了90%以上,但海雾仍趋于消散。
海气温差是海水表面温度与海表以上2 m气温的差值,是黄渤海海雾形成和维持的重要原因。这次海雾过程中黄渤海的海气温差一般均在1~2 ℃(图 8),尽管温差较春季有所减小,但配合弱的水平温度平流,仍有利于海雾的形成。
通过以上分析可以看出,黄渤海并不是水汽条件越好越容易出现海雾,在本次海雾过程中,海雾区出现在有弱的偏南气流和2 m相对湿度在80%以上的海域,是一次比较明显的平流雾过程。
2.3 热带气旋 2.3.1 西北太平洋和南海热带气旋2017年夏季,西北太平洋和南海共生成15个台风(表 2),与多年平均值持平。其中,1702“苗柏”、1707“洛克”、1709“纳沙”、1710“海棠”、1713“天鸽”、1714“帕卡”和1716“玛娃”7个台风在我国沿海登陆(图 9),登陆数较多年平均值(约4个)偏多3个。登陆地点均集中在华南地区,包括广东、福建、台湾和香港。表 2所列为中央气象台实时业务定强和定位的2017年6—8月西北太平洋和南海热带气旋简表。
2017年夏季,除西北太平洋和南海台风之外的其他各大洋共有18个8级以上热带气旋生成,分别为大西洋7个、东太平洋11个,南太平洋、南印度洋和北印度洋无热带气旋生成(表 3)。同历史平均(1981—2010年)个数对比来看,大西洋比平均数(4.9个)多2.1个,东太平洋比平均数(9.9个)多1.1个。表 3为依据世界气象组织强天气预警中心发布的全球热带气旋信息统计。
海浪是海水运动的重要形式之一。风通过海气界面时传送给海水很大的能量和动量, 是引起海浪的一个重要原因,除此之外,海浪主要包括了涌浪和近岸波[5-6]。以下通过法国卫星高度计AVISO反演的浪高场分析得到,2017年夏季我国近海一共有11次范围较大的2 m以上的大浪过程(表 4)。
6月冷空气势力较春季明显减弱,我国近海大于2 m的浪高的日数为5 d,7月大于2 m浪高的日数为6 d,8月受频繁且较强的热带气旋影响,大于2 m浪高日数为16 d。
由月平均的浪高场(图 10)可以看到,随着热带气旋的频繁影响,6—8月我国东部和南部近海的浪高逐渐增大。6月,平均达到1.2 m以上浪高的海区主要出现在东海南部海域和台湾以东洋面。7月,随着热带气旋影响频率的进一步增加,平均达到1.2 m以上浪高的海区有所南移,并且范围明显扩大到巴士海峡、南海北部和中部海域,其中南海北部和中部的部分海域平均浪高达到1.4 m以上。8月,平均达到1.2 m以上浪高的海区范围有所东缩,主要集中在东海大部海域、台湾海峡、巴士海峡和南海东北部海域。
2017年第13号台风“天鸽”登陆期间正值天文大潮期,台风风暴增水和天文大潮叠加,引起珠港澳地区出现狂风骤雨和海水倒灌。南海北部和广东、广西沿海出现了11~14级大风,部分地区出现了6~10 m的狂浪到狂涛区(图略);台风中心附近及其南侧的24 h降水达到特大暴雨量,其中茂名高州谢鸡镇最大24 h降水量达到319.6 mm;珠江口沿岸出现50~210 cm的风暴增水;广东部分站点超警戒潮位80~120 cm,广州南沙站、中山横门站、东莞泗盛围站、珠海赤湾站均超历史实测最高潮位。
3.2 海表温度我国近海海域海表温度在夏季呈现总体逐渐升温的态势(图 11),整个近海海区的最高温度在大约30 ℃,海温分布的梯度逐渐减小,同时升温程度由北向南逐渐递减。大致上在20°N以北海表升温变化比较明显,以南的南海中部和南部海域温度变化不明显。由逐月月平均海温图可以看出,6月渤海、渤海海峡和黄海大部的海表温度为18~22 ℃,7月上升至24~26 ℃,8月上升至26~29 ℃;东海大部海域以及台湾海峡、台湾以东洋面6月海温为22~28 ℃,7月上升至27~30 ℃,8月上升至29~30 ℃,其中东海北部升温相对较为明显,其他海域升温不明显;南海大部海域和北部湾的海表温度在这3个月的变化不明显,维持在29~30 ℃。我国整个近海海温从北到南的海表温度差从春季末18 ℃左右减小到夏季末的3 ℃左右。
2017年夏季,北半球极涡呈单极型分布,但强度较春季明显减弱,冷空气活动趋于减弱。6月,我国近海北部仍有弱冷空气活动,入海气旋活动仍较为活跃,南部海域受副热带高压控制。7—8月,中高纬度槽脊进一步减弱,副热带高压西伸北抬,热带气旋活动频繁。具体天气总结如下:
1) 夏季,我国近海共出现15次明显的大风过程。6月主要以入海气旋大风为主,7—8月,热带气旋导致的大风过程逐渐增多。
2) 我国近海仅在7月初出现了1次比较明显的海雾过程。
3) 西北太平洋和南海共生成15个台风,其中7个在我国沿海登陆,比常年偏多。其他各大洋共生成热带气旋18个,分别为大西洋7个、东太平洋11个,南太平洋、南印度洋和北印度洋无热带气旋生成。
4) 一共有11次明显的2 m以上大浪过程。6—8月,随着热带气旋活动日益频繁,2 m以上大浪日数由6月的5 d增加到8月的16 d。
5) 海表温度整体呈上升趋势,从北到南温度分布梯度趋于减弱,南海中部和南部海域海温变化不明显。
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