台风“烟花”（202106）影响过程的卫星遥感分析

摘要

2021年第6号台风“烟花”于7月18日生成，7月30日变性为温带气旋，生命史长达13天，先后对中国东部14个省市造成了影响。台风“烟花”的主要特点包括移动速度慢、陆上滞留时间长、累积雨量大等。本文基于静止气象卫星、降水测量卫星和极轨气象卫星的多通道观测和产品，对“烟花”影响过程进行了初步分析。主要结果如下：

• （1）“烟花”尺度较大（最大时半径约350公里），登陆前对流深厚、云系螺旋特征显著，登陆后云系结构遭到破坏、中等对流分布密集但没有组织性；
• （2）“烟花”在洋面上时液态水和冰态水含量丰富、分布对称，登陆之后液态水和冰态水主要集中在台风前进方向的右侧；
• （3）基于微波成像仪的降水反演结果在位置和形态上与实况比较吻合，但雨量估计值与实况仍有偏差。

关键词 台风“烟花” 卫星遥感 对流 降水

#01

台风“烟花”影响过程回顾

2021年第6号台风“烟花”（英文名：In-Fa）于北京时间7月18日02时（世界时7月17日18时）在西北太平洋洋面生成，21日11时加强为强台风级。在23日之后，台风“烟花”持续向西北方向移动，于25日12时30分在浙江舟山普陀沿海登陆，登陆时强度为台风级。在舟山岛滞留了5小时、杭州湾徘徊了16小时后，“烟花”于26日09时50分在浙江嘉兴平湖市沿海再次登陆，登陆时强度为强热带风暴级。“烟花”先后进入浙江、江苏、安徽、山东和河北境内，于30日晚间变性为温带气旋，20时被停止编号，至此生命史结束。台风“烟花”的移动路径和强度变化分别见图1和图2。

图1 台风“烟花”（202106）的移动路径。图中数字表示日期（世界时）。中央气象台台风网（http://typhoon.nmc.cn/web.html）提供素材。

图2 台风“烟花”（202106）中心海平面最低气压时序图。图中时间为世界时，不同颜色表示台风强度等级（同图1）。根据中央气象台提供的数据绘制。

台风“烟花”移动过程引导气流较弱，因此其移速非常缓慢（图3）。特别是在首次登陆（25日12时30分）之后，台风“烟花”以平均时速低于每小时10公里的速度缓慢向西北方向移动，56小时行进的直线距离仅约360公里。台风“烟花”在中国大陆上滞留时间长达95小时，为1949年以来之最。

图3 台风“烟花”（202106）的移速变化图。图中时间为世界时。根据中央气象台发布的台风中心位置计算得到。

台风“烟花”生命史长达13天，先后影响了我国台湾、浙江、上海、江苏、安徽、山东、河南、北京、天津、河北、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江等14个省市。“烟花”对多个省市的风雨影响创造了历史记录：

7月20日到21日，在副热带高压南侧偏东气流引导下，台风“烟花”大量水汽源源不断地从海上输送到内陆，并在多尺度系统相互作用及地形影响下，河南中北部产生持续性强降水，多个国家级气象观测站日降雨量突破有气象记录以来历史极值；其中，郑州气象观测站最大小时降雨量达201.9毫米（20日16时到17时），突破中国大陆小时降雨量历史峰值；

“烟花”是有气象记录以来首个在浙江省内两次登陆的台风；7月22日08时到28日08时，浙江省平均雨量191毫米，过程总雨量为浙江登陆台风之最大记录，最大雨量为1034毫米（余姚大岚镇），接近浙江登陆台风过程雨量极值记录（安吉天荒坪1056毫米；2013年台风“菲特”创造）；7月24日，受台风“烟花”的影响，又恰逢天文大潮期，浙江沿海出现了风暴潮，浙江省温岭市石塘镇金沙滩海域的巨浪高达30米；

在台风“烟花”螺旋雨带的持续影响下，7月24日08时到27日08时，上海市最大雨量为402.1毫米（金山亭林镇），“烟花”是近十年影响上海过程雨量最大的台风；

因为移速缓慢，台风“烟花”在江苏省内停留约37小时，是有记录以来停留时间最长的台风；7月24日00时到29日10时，江苏全省平均雨量220.9毫米，接近常年平均梅雨量，最大雨量为569.2毫米（江都真武镇），“烟花”成为有气象记录以来影响江苏过程雨量最大的台风。

#02

卫星遥感分析

2.1基于静止气象卫星观测和产品的分析

图4展示了台风“烟花”在不同生命史阶段的RGB合成图。可以看到，从19日08时达到台风级强度后，一直到25日12时接近登陆，台风“烟花”的云系呈现出显著螺旋形态、范围比较宽阔（最大时半径大约为350公里），台风眼清晰可辨。登陆之后，下垫面改变导致低层热量和水汽补给不足，深对流的发展受到抑制，“烟花”螺旋云系逐渐不完整，但影响范围仍很广，可同时覆盖四五个省。

图4 台风“烟花”（202106）在不同生命史阶段的RGB合成图（红色和绿色分量为0.6-μm可见光反射率，蓝色分量为11-μm红外亮温；图中晴空地表为蓝黑色，低云为黄色，深对流为白色，卷云为蓝色）。

图5展示了台风三个不同时刻（分别代表成熟期、登陆时和登陆后）的云产品反演结果。21日12时，“烟花”刚加强为强台风级，中心云系完整，以厚冰云（由光学厚度可知是积雨云）为主，沿眼墙的深对流发展深厚，上冲对流云顶高度达16公里。25日12时接近首次登陆时，“烟花”对流有所减弱，东半侧分布着较广的积雨云，云顶高度仍然有14公里；第四象限受陆地的影响，云顶高度明显降低，但大的光学厚度说明此处可能有较强的降水。27日12时，“烟花”刚刚进入江苏南京境内，此时云系主要由积雨云和多层云构成，云顶高度8到13公里；光学厚度极值分布不集中，说明对流组织性不强，台风螺旋雨带遭到了破坏。

图5 台风“烟花”在北京时间21日（上）、25日（中）、27日（下）12时的云产品结果：（左）云分类；（中）云顶高度（单位：公里）；（右）云光学厚度。

2.2基于降水测量卫星观测和产品的分析

北京时间7月23日04时，全球降水测量（GPM）卫星观测到了处于成熟期的“烟花”。图6显示的是GPM微波成像仪（GMI）综合图像，可以看到，低PCT89亮温和低D19值呈现出螺旋状分布，这说明台风云系发展深厚，液态水和冰态水含量丰富。从双频降水雷达（DPR）观测和反演结果（图7）来看，内螺旋雨带的近地表雷达反射率因子表现出了螺旋特征，雨带回波顶高超过11公里；最外围为对流活动，回波顶高大多超过13公里。云墙内近地表为高浓度的小粒子，外雨带近地表为低浓度的大粒子。台风中心东南方向的液态和冰水含量最高，近地表降水率也最高，表现出不对称性。

7月25日18时，GPM卫星再次以合适的角度观测到台风“烟花”。此时“烟花”刚离开舟山市，位于杭州湾内。在台风前进右侧方向，存在明显的低PCT89亮温带，而左侧为高亮温带，表现出明显的不对称性（图8）。从DPR观测和反演结果（图9）来看，台风液态水和冰态水主要集中在台风前进方向右侧（亦即北侧），而南侧含水量低，同时回波顶也低。南北侧的回波顶高差异很大，达到5公里。

图6 7月23日04时GPM/GMI观测的PCT89（左）和D19（右）的空间分布。PCT89全称为89GHz通道极化订正温度，与冰粒子散射相关，通常云中冰粒子含量越高， PCT89越低；D19是指19GHz通道垂直和水平极化亮温差，通常水粒子越多，D19越低。GPM轨道号为042037。

图7 7月23日4时GPM/DPR观测的（a）1.25km高度处雷达反射率；（b）近地表降水强度；（c）液态水路径；（d）冰水路径；（e）降水类型；（f）1.25km高度处粒子大小；（g）1.25km高度处粒子数浓度；（h）风暴顶高度。GPM轨道号为042037。

图8 同图6，但为 7月25日18时。GPM轨道号为042077。

图9 同图7，但为 7月25日18时。GPM轨道号为042077。

2.3基于极轨气象卫星微波成像仪的降水估计

风云三号D星（FY-3D）是极轨气象卫星，每天可以提供两次（凌晨2点和下午2点）同一地方的对地观测。基于FY-3D搭载的微波成像仪（MWRI）观测亮温，可反演地面降水率。图10左侧两幅子图分别是华东区域地面观测1小时降水量实况；右侧两幅子图则是基于MWRI反演的台风“烟花”过境苏皖时的降水率。总体上看，MWRI降水率空间分布和实况较为吻合，但在实况小时降水量大于15 毫米时，由于MWRI的观测视场较大（分辨率在25 公里），导致反演结果较实况偏弱。另外，反演算法基于降水粒子的散射特性，MWRI的观测频率对弱降水不敏感，在实况降水量较小区域，反演结果也存在偏差。

图10地面观测1小时降水量实况（左）和FY-3D/MWRI反演的降水率（右）。提醒：由于MWRI观测视场较大，海陆交界处反演结果不可信。

#03

结论

（1）静止气象卫星观测和产品显示，台风“烟花”的尺度较大（最大时半径约350公里）；在登陆前云系螺旋特征显著，对流深厚、上冲云顶突破16公里高度；登陆后云系结构遭到破坏，以中等对流为主，分布密集但没有组织性。

（2）全球降水测量卫星两次过境分别监测到“烟花”在洋面上和登陆之后的形态。“烟花”在洋面上时液态水和冰态水含量丰富、分布对称；登陆之后液态水和冰态水主要集中在台风前进方向的右侧，南北侧的回波顶高差异可达到5公里。

（3）基于风云三号微波成像仪的降水反演结果在位置和形态上与实况比较吻合，但不管是强降水还是弱降水，雨量估计值与实况仍有偏差。

制作：诸葛小勇，陈凤娇，唐飞等

审稿：费建芳，郑媛媛

审核：曾明剑