“莫兰蒂”台风致灾大风的结构特征及成因

摘要利用多种观测资料分析1614号“莫兰蒂”台风致灾大风的风场结构特征及成因。结果表明：“莫兰蒂”登陆前台风环流内的局地强风呈阶段性波动特征，局地强风相对台风方位角的变化随着台风靠近先顺转后逆转；基于台风风压关系的分析表明“莫兰蒂”强度估计与实测吻合；台风登陆后受地形摩擦影响，台风左侧的风速大于右侧；数值模拟分析表明在影响局地强风过程的主要物理因子中，风矢量的水平平流和气压梯度项的影响最重要；“莫兰蒂”台风的强风区呈现明显的中尺度特征，较高动量的空气垂直输送和动量下传作用导致眼壁周围风力增强。

关键词“莫兰蒂”台风；致灾大风；风压关系；数值模拟

台风致灾大风是引发经济损失的重要天气，台风风场结构是台风研究的重点内容之一。Chen and Luo（1995）、徐祥德等（1998）、毕明玉等（2014）研究表明，台风动力热力的变化不仅会引起台风增强、减弱或变性，结构的变化不仅对台风风雨分布产生影响，还能够强迫出次级环流。罗哲贤（1994）、Meng et al.（1996）研究了不同尺度系统下，非线性平流、线性平流等物理因子对台风结构和移动路径产生影响。罗哲贤（2003）基于准地转正压模式，通过数值模拟研究了台风不同对称环流扰动的衰减、发展分别对应台风强度的减弱与增强，这对于台风强度预报和大风预报具有实用意义。谢红琴等（2001）通过对全球模式的客观分析场进行同化，得到了台风影响过程中近岸和河口区的海面风场资料。吴迪生（1991）对8816号台风风场的不对称结构进行分析，发现气旋性最大切向风位于台风右前象限，魏应植等（2007）在台风“艾利”的雷达风场分析中也论证了此现象。朱首贤等（2002）利用台风模型风场和背景风场的合成，建立了台风不对称气压场和风场模型。Reasor et al.（2000）通过空基双多普勒雷达导出的30 min分辨率的合成风场，分析正在衰减的热带气旋Olivia的结构变化，指出离台风中心20 km左右的回波带可能与径向波长为5～10 km的涡度带变化有关。前人对台风风场结构的研究主要是飞机侦察资料或理想的理论模型研究（李英等，2006；魏应植等，2006；马玉芬等，2009；端义宏等，2014；赵玉春和王叶红，2017），或是针对台风降雨的研究（黄新晴等，2014；吴海英等，2015；蔡菁等，2017），而基于多源观测资料对海峡西岸近岸影响的台风的风场细致分析研究相对较少。随着气象现代化的建设，海峡西岸多源观测设备逐渐增多，使得进一步剖析海峡西岸近岸登陆台风的风场细致结构成为可能。

2016年9月15日03时05分（北京时，下同）“莫兰蒂”台风在厦门翔安登陆，此台风是自5903号台风以来，对闽南地区影响最严重的台风。此台风风灾非常严重，导致厦门全城电力供应基本瘫痪，65万棵行道树倒伏。本文拟利用多源观测资料，结合数值模式，分析1614号“莫兰蒂”台风致灾大风的风场结构特征及成因，为今后此类台风的致灾大风预报提供参考。

1“莫兰蒂”台风移动路径及影响

11“莫兰蒂”台风移动路径

2016年第14号台风“莫兰蒂”于9月10日14时编号，15日03时05分在福建省厦门市翔安区沿海登陆，16日23时停编，其路径及强度变化如图1所示。“莫兰蒂”登陆前以西偏北路径为主，登陆后在福建西北部转向东北。登陆时中心最大风力为15级（48 m/s，年鉴上调至52 m/s）。“莫兰蒂”具有以下特点：1）强度超强、发展迅速：近中心最大风力达到70 m/s，以超强台风的强度持续了近61 h；2）移速快、路径稳定；3）登陆陆地强度强，破坏力大。

12“莫兰蒂”的风雨实况

14日夜间至15日白天，登陆点附近出现了17级以上的阵风，最大阵风出现在厦门五缘大桥（661 m/s），东渡国家基本站最大阵风达到16级（549 m/s）。福建沿海地区普遍出现8级以上大风。12级以上强风的影响范围非常集中，主要分布在登陆点厦门地区附近。全省出现大范围的暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，最大过程雨量为南安向阳乡达5002 mm。

13台风登陆前后福建局地强风的演变特征

为进一步研究“莫兰蒂”致灾大风在登陆过程中非对称结构的演变特征，选取了14日13时—15日12时福建区域内出现最大风和极大风风力最大的站点，分析站点与台风中心的方位角和距离的变化特征。定义最大风或极大风出现的站点与台风中心连线与0°角（正东方向）的夹角为局地强风方位角（以下简称方位角）。

从总趋势（图2）看，最大风和极大风的演变趋势较为一致，均为登陆前先增加后略有减小再增加。图2a显示登陆前台风环流内的局地强风呈现阶段性波动，14日20时最大风明显减小，由279 m/s减小到236 m/s，而极大风却是增强，由333 m/s增强到366 m/s，说明登陆前两者变化不一定同步，呈现阶段性波动。图2b显示登陆后两者变化同步。

登陆12 h之前强风区位于140°到180°（台风环流第二象限偏西位置）（图3）；登陆时从第二象限约150°顺转到100°；台风登陆2 h后略有逆轉，之后在第二象限摆动。方位角随着台风靠近福建沿岸先出现顺转后逆转。登陆前局地强风出现在第二象限，登陆时出现明显顺转（接近第一象限），登陆后局地大风出现逆转处于第二象限。

图4为“莫兰蒂”登陆过程中台风环流区域内局地强风出现的位置相对于台风中心的距离和方位角的变化。表明台风在登陆期间，局地强风大部分出现在第二象限。最大风约43%出现在距离台风中心100～200 km的范围内（图4a），极大风分布相对均衡，在距离台风中心300 km范围内（图4b），每100 km距离范围内各占30%。这种大风分布与台风的路径和结构有关，需要多个类似路径台风进一步验证。

2“莫兰蒂”致灾大风及成因分析

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