观测与预报篇：中国登陆台风降水分布之演变

江边野店寒无色， 南国归桡趁晚程。 台施瑶席换龙须， 风雨飘多著叶迟。

我国地处西北太平洋西岸，海岸线漫长，平均每年有7-8个热带气旋（Tropical cyclone，西北太平洋称为台风，大西洋以及东北太平洋为飓风）登陆。登陆台风暴雨已经成为中国沿海区域最严重的自然灾害之一，据统计中国因台风造成的年平均经济损失为287亿元，年平均死亡人数达472人。而这些受灾区域受影响最大的问题是由登陆台风降水分布决定的。因此由于涉及台风降水预报问题，登陆台风降水的空间分布问题一直受到气象学家们的重点关注。

以往大部分研究都集中在海上台风的降水对称性及非对称分布特征。Yu等（2015，2017）利用TRMM卫星降水资料，通过登陆前后TC降水场合成分析，诊断环境垂直风切变（VWS）、台风移动、台风强度等对登陆我国沿海台风降水对称与非对称分布的影响，来分析登陆我国不同区域的台风降水分布差异，以及它们在登陆过程中的变化。

1、登陆台风轴对称降水分布

图1给出了在这5个区域登陆前后台风平均轴对称降水分布对比。研究发现伴随台风登陆，TC轴对称降水强度迅速减弱。需要注意的是，登陆后台风对称降水强度减弱的这个结论仍需要通过地面站降水资料或雷达估测降水资料进一步验证，因为考虑到卫星很难探测到陆地上复杂地形区域的层状弱降水率（Negri and Adler 1993; Kubota et al. 2009; Shige et al. 2013）。

图1 (a)(b)分别为登陆前24 h、后24 h时间内，2001-2015年在中国不同区域的登陆台风平均降水分布。x轴表示距离台风中心的位置，y轴表示平均轴对称降水率(单位：mm/h)。

研究还探讨了台风强度与降水轴对称分布特征（包括降水率、降水面积、总降水）之间的关系。图2显示：登陆台风强度会明显影响降水的平均特征（包括平均降水强度、平均降水面积），登陆台风强度变化与台风降水变化也有一定关系。总体来说，登陆台风强度越强（弱），平均降水强度越大（小），平均降水面积亦越大（小）；登陆后台风的强度减弱越快，台风降水量减小越快。但进一步研究发现：台风强度与最大降水的落区与强度之间关系具有不确定性，强台风并非伴有最强降水，而往往是弱台风带来极端降水过程。在总降水中，快速增强（快速减弱）的台风具有更高的轴对称性（非对称性）降水。

图2 (a)强(4-6级)、弱(2-3级)台风的降水率分布概率对比；(b)台风强度(2-6级：热带风暴-超强台风)与平均降水率(距离台风中心500 km半径内总降水)的分布关系。

2、登陆台风降水非对称分布

台风1波非对称降水能很好地展示出降水最大值落区位置。研究分析了5个区域的登陆台风在登陆前24 h、登陆时、登陆后24 h的1波非对称降水分布。对所有区域而言，在登陆前台风最大的降水非对称均位于台风中心的南侧。有趣的是，降水非对称的最大值从华南往华东（也就是说，从海南、广东、台湾、福建至浙江）发生了气旋性旋转。海南的最大降水非对称位于台风中心西南侧，广东和台湾的位于台风中心南侧，福建的位于台风中心南侧和东南侧，浙江的位于台风中心东南侧。在登陆后，这种气旋性旋转依然存在。除了海南的最大降水始终位于台风中心西南侧以外，其他区域的登陆台风最大降水发生了气旋性旋转，与登陆前的情况相似。

对所有区域而言，无论是登陆前24 h、登陆时，还是登陆后24 h，最大降水都位于顺风切及顺风切左侧。因此，环境垂直风切变是影响登陆台风降水非对称的首要控制因子。由于从华南往华东，垂直风切变表现出气旋性旋转，从而一个相似的气旋性旋转出现在台风最大降水分布上。

对极值降水而言，登陆台风降水最大值往往位于顺风切及顺风切左侧方位。与海上台风不同的是，台风移向、移速、强度都不会明显影响登陆台风最大降水落区（图略）。但当环境垂直风切变减弱（从大于7.5 m/s减小为小于5 m/s）时，最大降水位置发生气旋性旋转，从顺风切和台风离岸侧变为逆风切和台风向岸一侧，尤其是在台风外围及登陆时刻更为明显（图3）。研究还对环境垂直风切变和海陆差异共同影响登陆台风降水分布机制提出概念模型（图4）。

图3 不同VWS条件下登陆台风1波非对称降水分布：(a) 弱（<5 m/s）环境垂直风切变；(b) 中等(5-7.5 m/s)环境垂直风切变；(c) 强(>7.5 m/s)环境垂直风切变。黑箭头代表风切方向，东西向为海岸线。X 和 Y 轴是距离台风中心(原点)的距离(经纬度)。(I) 为登陆前24 h，(II)为登陆时，(III)为登陆后24 h。彩色填充表示平均的非对称降水量(单位：mm)。

图4 强(a)和弱(b)环境垂直风切变(VWS，红色箭头所示)和海岸线(粗体黑线所示)共同作用下的登陆热带气旋的降水非对称(蓝色填充所示)分布示意图。

3、登陆台风降水分布预报

然而，尽管TC路径预报在过去几十年里取得了巨大的进步，但是降水预报水平却明显落后于路径预报。Yu 等（2020）最新研究结果显示，当登陆TC降水量为250 mm以上时，24 h降水预报的ETS评分都不及0.1（甚至接近0）。6/48/72 h时效的预报水平更低。进一步的目标检验结果显示：登陆TC降水分布形态是当前台风降水预报的主要误差来源。因此，准确预报登陆台风降水的极值分布和大小是十分重要的科学问题，但对当前的实际业务预报来说充满巨大挑战。

相关的研究文章Yu et al.（2015, 2017, 2018, 2020）分别发表在《Journal of Applied Meteorology and Climatology》、《Meteorological Applications》等（见参考文献列表），第一作者为中国气象局上海台风研究所喻自凤研究员，合作作者包括美国夏威夷大学王玉清教授、南京信息工程大学徐海明教授、中国气象局上海台风研究所余晖研究员、中国气象科学研究院端义宏研究员。

参考文献 >

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https://doi.org/10.1175/JAMC-D-13-0359.1

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