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《台风期间台湾岛周边海域海面风场特征的卫星遥感研究》 关键词：海面风场 地形 台湾岛 台风 QuikSCAT 分类号: P444[免标]文献标识码：A文章编号：0438-0479（2007）01-0141-05栏目信息：研究论文 请老师帮下忙。。。非常感谢
第46卷 第1期厦门大学学报(自然科学版)Vol。46 No。1 2007年1月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Jan。2007 台风期间台湾岛周边海域海面风场特征 的卫星遥感研究 陈德文1,2,商少平1,23,商少凌2,张文舟2 (1。
厦门大学海洋学系,2。近海海洋环境科学国家重点实验室(厦门大学),福建厦门361005) 收稿日期:2006207210 基金项目:福建省科技厅重大专项(2004NZ03),"863"计划重大专 项(2003AA604)福建示范区资助 3通讯作者:spshang@ 摘要:利用1999～2005年QuikSCAT卫星遥感资料,对台风期间三种台风路径下台湾岛周边海域海面风场变化特征 及成因进行了分析。
结果表明,尽管台风强度被不同程度低估,台风中心附近风向反演受降雨影响明显,但遥感海面风场 的大致形态仍较为合理。地形对风场特征的形成有着显著作用,它导致了台湾海峡内大风(>10m/s)天气提前出现,中 央山脉两侧背风槽(或诱生低压)形成,中央山脉两端下风面"角流"形成等现象。
海峡内大风天气是否提前出现与台风中 心的位置有关。不同台风路径下,"角流"和背风槽的位置和范围不同。 关键词:海面风场;地形;台湾岛;台风;QuikSCAT 中图分类号:P444 文献标识码:A 文章编号:043820479(2007)0120141205 台湾岛位于西北太平洋台风移行的主要路径上, 平均每年有4个台风袭击台湾岛。
岛屿长300km,宽 100km,岛上地形复杂,中央山脉平均海拔达3000多 米。岛的西侧为台湾海峡,海峡两侧地势较高,呈北窄 南宽的喇叭形状(图1)。 图1 台湾岛及周边地形 Fig。1 TerraininthevicinityofTaiwanIsland 关于台湾岛地形对台风的影响过去已有过一些 研究。
Brand[1]统计分析了22个穿岛台风的强度和路 径变化,并提出了穿岛台风的一些预报规则。福建省 莆田气象台[2]在预报经验的基础上,分析了台风活动 期间台湾地形倒槽与福建沿海大风出现时间和强度 的关系。王时鼎等[3]把台湾地形对侵台台风的作用归 纳成两类边界层影响。
除了观测资料分析外,亦有不 少模型用于这方面的研究。Chang[4]模拟出理想地形 下台风穿越台湾岛时的台风路径偏折,强度减弱,地 形背风槽和次级低层环流形成等一些基本特征。 Benderd[5]等研究了两种基本气流下岛屿对台风的影 响,发现岛屿对基本气流和台风流场影响的综合效应 导致了台风路径,强度,移动速度的变化。
近年来国内 亦有一些学者通过台风个例数值模拟结合观测资料 分析,探讨了台湾岛附近地形对台风的影响[6]及台风 期间福建大风天气出现的特点和成因[7]。这些研究大 多主要关注地形如何影响台风路径和强度,所用观测 资料为陆地台站资料,或是数值模拟的结果。
而台站 风并不能完全代表海面风场的空间结构,后者只能通 过遥感手段获取。故本文尝试利用遥感海面风场数 据,研究台风期间台湾岛周边海域在特殊高海拔海岛 与大陆地形影响下,海面风场的小尺度特征及其变 化。 1 数据与方法 1。1 数据来源 NASA于1999年6月发射了第一颗海洋测风专 用卫星QuikSCAT,其上装有最新型微波散射计Sea Winds。
SeaWinds为Ku波段主动雷达,通过测量海面 散射截面(σ0)来反演海面风矢量。降雨是影响σ0的一 个主要因素;且在高风速(>20m/s)情况下,风速会 被低估。但有研究[8,9]表明σ0对各种降雨率下大风(高 达50m/s)的风速变化敏感;且σ0作为风速的一个函 图2 台风路径图 Fig。
2 Tracksoftyphoon 数对高于35m/s的风仍有明显变化。因此尽管遥感 方法有着自身的局限性,但它在一定程度上仍可反映 出海面风场的结构特征。 图3 0313号台风海面风场(m/s) Fig。3 Seasurfacewindfield(m/s)oftyphoon0313 本文采用数据为NASA发布的QuikSCATL3 级逐日海面(10m高)风矢量数据,分为升轨和降轨数 据,过境时间分别约为当地时间6时和18时。
数据刈 幅宽1800km,空间分辨率为25km,风向精度为20°, 风速精度在不同的风速区间分别为2m/s(3～20m/ s)和10%(20～30m/s)。 台风资料有两个来源,1999～2004年资料取自 《热带气旋年鉴》(中国气象局),2005年资料来源于中 央气象台上海台风研究所网站(http:PPwww。
ty2 1。2 方 法 根据历史台风路径资料,结合台风移动过程的环 流特点,可将西北太平洋台风路径分为七类[10],其中 登陆华东,倒抛物线,西行进入南海和低纬转向的四 类台风对台湾岛和闽浙沿海影响较大。在台风个例选 取时,为减小基本气流的差异,主要选取路径稳定向 西或西北方向移行的前三类台风作为研究对象。
注意 到台风中心从不同空间位置穿(掠)过台湾岛时,会导 致海面风场特征变化有显著差异,为此进一步区分以 下3种台风路径: (1)台风经吕宋海峡进入南海北部或台湾海峡南 部,简称南路。 (2)台风横穿过台湾岛和台湾海峡登陆福建中北 部,简称中路。
(3)台风经台湾岛北部海域登陆闽浙沿海,简称 北路。在拥有QuikSCAT数据的1999～2005年间,共 有12个台风个例符合以上原则(图2)。按照不同的路 径类型,分别选取典型个例进行详细分析。 2 结果与讨论 2。1 台风循南路西行期间的海面风场特征 241 厦门大学学报(自然科学版) 2007年 图4 0505号台风海面风场(m/s) Fig。
4 Seasurfacewindfield(m/s)oftyphoon0505 图3为0313号台风海面风场。2003年9月1日6 时的台风中心(黑色五角星标记处)位于吕宋海峡以 东洋面(图3a),台湾岛周边海域主要受到台风外围环 流的影响,台湾海峡以北盛行东北风,风向与中央山 脉的长轴方向几乎平行,山脉对气流的作用主要为 "分流影响"[3],"开通道"地形的存在,使得东北方向 台风外围气流从海峡北口进入,沿海峡南下,产生"狭 管"效应,海峡中部风力加强,遥感风速达15m/s。
此 种海峡中部先于周边海域出现大风天气的现象,在以 往的一些研究中已有过报道[1,6,7]。 随着台风中心继续逼近台湾海峡(图3b),12h之 后,海峡中部遥感风速迅速增强到20～25m/s(图 3b)。风速增强的原因可能有2个:一是台风逼近,穿 过海峡的环流增强;二是台风向台湾岛南部移动,台 湾岛东部由东北风转变成东风,在中央山脉阻挡强迫 下,山脉西部背风面形成地形倒槽,加大了海峡中北 部的气压梯度,导致风速增强[1]。
地形倒槽的形成有 一个显著特征,即在背风面有风速较低的弱尾流区, 图3b中并无明显的风速低值区,从而说明海峡中部 风速增强主要是由台风闭合环流增强引起的。 台风中心穿过吕宋海峡,在吕宋岛和台湾岛的双 面阻挡下,台风底层外围闭合环流被阻隔。
9月2日6 时(图3c),台风中心刚出吕宋海峡,台湾海峡南部以 及南海北部主要为台风环流风场。图中遥感最大风速 约为33m/s,低于台风年鉴中的记录45m/s,而台风 中心附近由于受到降雨影响较大遥感风向比较紊乱。 台湾岛东侧为大面积的东南风,中央山脉背面澎湖附 近形成明显的地形倒槽,出现低风速尾流区。
倒槽的 形成加大了台湾海峡北口(25°N附近)和福建中,北部 沿海的气压梯度,使得海峡北部出现"角流"高风速区 和海峡西侧风速增强。 图3d为0313号台风登陆前两小时的观测图像。 此时台风中心已西行远离台湾岛,台湾岛周边海域受 台风影响减弱,风速减小。
整个台湾岛周边海域均为 东南风;台湾海峡南部离台风中心较近,风速较大;海 峡中,北部由于受到台湾岛的"遮蔽",风速很小;海峡 北部仍有较弱的"角流"存在。 2。2 台风循中路西行期间的海面风场特征 图4为0505号台风2005年7月16～18日的海 面风场。
2005年7月16日18时台风位于台湾岛以东 洋面(图4a),台湾岛周边海域风场特征与第一种路径 前期的风场特征类似,海峡中部提前出现大风天气。 7月17日18时(图4b),遥感最大风速为35m/s, 与台风年鉴中结果(55m/s)相差达到20m/s。
此时台湾 岛周边海域已处在了台风闭合环流中,台湾海峡受台风 环流影响增强。环流在台湾岛北部分为两支,一支从台 湾岛东侧经过,另一支经台湾海峡,吕宋海峡绕回台风 系统。台湾岛南端出现很小一块风速低值区。 341 第1期 陈德文等:台风期间台湾岛周边海域海面风场特征的卫星遥感研究 图5 0515号(a)和0216号(b,c,d)台风海面风场(m/s) Fig。
5 Seasurfacewindfield(m/s)oftyphoon0515(a)and0216(b,c,d) 台风靠近,登陆台湾岛,台风系统受到中央山脉影 响加强,台湾岛周边海域的风场变得复杂。7月18日6 时(图4c),遥感观测结果显示台湾岛东侧成功外海出现 一个气旋式的风速低值区。
该低风速区被台湾学者称为 "三角尾流区",它与中央山脉背风槽(或诱生低压)的形 成有关;而在它的南部,即台湾岛南端下风面,有一块风 速高达33m/s的"角流"区,该"角流"的形成除中央山 脉阻挡动力强迫外,还与山脉背风槽(或诱导低压)的形 成以及向台风中心气压梯度有关[3]。
随着台风西行登陆台湾岛(图4d),台湾岛南端 "角流"逆时针转到岛东侧原"三角尾流区"位置,而原 尾流消失了。台湾岛北端遥感最大风速出现在平潭外 海一带,这与以往关于此处"角流"的研究结果[3,6]一 致。但一般台风云墙处风速最大,降雨也最强,而强降 雨会对遥感风的反演造成较大的影响,图4d中台湾 岛周边海域又正好位于台风云墙附近,遥感风在此观 测到的风速分布的真实程度仍有待进一步检验。
2。3 台风循北路西行期间的海面风场特征 此种路径下台风在移行过程中与地形作用较小, 海面风场结构相对简单。若台风从台湾岛以东沿西北 方向前进,在前期台湾海峡内出现大风天气,但随着 台风移至台湾岛以北时消失,如0515号台风(图5a)。
若台风在台湾岛以北一路西行,如0216号台风,则在 前期海峡内风速很小(图5b),无大风天气出现。从而 说明,海峡内是否出现大风与台风中心位置相关,而 和路径关系不大。 图5c和5d为2002年9月7日观测到的两张 0216号台风风场图像。
其中图5c观测时刻为6时,此 时台风中心位于台湾岛东北部,海面风场环流结构明 显,最大风速(33m/s)出现在危险半圈,略小于台风 年鉴中结果40m/s。由于地形阻挡,台湾海峡,南海北 部以及台湾岛东侧遥感风速都很小;台湾岛南端山角 下风面出现大面积扇型"角流"区,"角流"强度较弱, 风向呈气旋式。
遥感风场的此种分布特征在以往的研 究中[3]可得到印证。 随着台风西行,"角流"呈逆时针旋转,12h后"角 流"已转至台湾岛东侧,"角流"有所增强,其10m/s 风区范围向东到126°E,向北到26°N。此处"角流"的 形成原理和形态演变与中路台风中的南端"角流"相 同,但此处"角流"范围较大,这与此种路径下中央山 脉形成的背风槽或诱生低压的尺度较大有关。
3 结 论 通过对3种台风路径下台风期间台湾岛周边海 域QuikSCAT遥感海面风场的分析,得到以下结论: (1)尽管台风强度被不同程度低估,台风中心附 近风向反演受降雨影响明显,但风场结构的成因分析 441 厦门大学学报(自然科学版) 2007年 以及以往研究结果的印证亦表明,遥感海面风场大致 形态仍较为合理。
(2)台风期间,台湾海峡内大风天气提前出现,中 央山脉两侧形成背风槽(或诱生低压),中央山脉南北 两端下风面形成"角流",为地形对台湾岛周边海域风 场影响的显著特征。 (3)台湾海峡内是否提前出现大风天气与台风中 心的位置有关。
台风中心位于台湾岛东面或东南面 时,海峡内提前出现大风天气;台风中心位于台湾岛 北面或东北面时,海峡内无大风天气出现。 (4)当台风循南路经过吕宋海峡时,台湾岛东侧 澎湖附近形成台风地形倒槽,导致台湾海峡北部气压 梯度加大,出现"角流";当台风沿中路穿过台湾岛时, 台湾岛东侧有背风槽或低压中心形成,南北两端下风 面均有"角流"形成;当台风循北路掠过台湾岛时,台 湾岛东侧形成背风槽或低压中心,南端下风面出现大 范围"角流"。
致谢:QuikSCAT资料下载于NASAPhysicalOceanogra2 phyDistributedActiveArchiveCenterattheJetPropulsionLa2 boratory,CaliforniaInstituteofTechnology,谨此致谢! 参考文献: [1] BrandS,BlellochJW。
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DepartmentofOceanography,XiamenUniversity, 2。StateKeyLaboratoryofMarineEnvironmentalScience(XiamenUniversity),Xiamen361005,China) Abstract:TheQuikSCATremotesensingdatafrom1999to2005wereusedtostudythefeaturesandmechanismsofseasurface windfieldsaroundTaiwanIslandduringtyphoonperiods。
Twelvewestwardornorthwestwardtyphoonswereselected,andsepara2 tedintothreecategoriesduetothesituationoftyphoontrackandTaiwanIsland。
Threetyphoonswereanalyzedindetailastypical casesofthreecategories。Theresultshowed:Thestrengthoftyphoonswereunderestimatedtodifferentextentandthewinddirec2 tionretrievalnearthetyphooncenterwasinfluencedseriouslybyrain,howeverthegeneralpatternofremotesensingwindfields werereasonable。
Terrainhadprominenteffectsontheformationofwindfieldfeatures;itcausedsomeinterestingphenomena,such asstrongwind(>10m/s)appearingearlierinTaiwanStrait,theformationofleewardtroughand"cornerflow"totheflanksof CenterMountainRange(CMR)anddownstreamofthetipsofCMRrespectively。
Whetherthestrongwindsappearedearlierstillde2 pendedonthelocationofthetyphooncenter。Alongdifferentcategoryoftracks,thelocationandscopeof"cornerflow"andleeward troughweredifferent。
Keywords:seasurfacewindfield;terrain;TaiwanIsland;typhoon;QuikSCAT 541 第1期 陈德文等:台风期间台湾岛周边海域海面风场特征的卫星遥感研究 。
答：发展成熟的热带气旋（达到风暴级以上强度），在深厚云区的中间，往往存在一个直径为几十公里，近似圆形的晴空少云区，称为眼区。在卫星云图上，眼区表现为密蔽云区中心附近...详情>>
答：一个成熟的人,世界观也就不变了,到了今天还觉得世界上有八耻八荣,无非是小题大作,以德治国,是各行各业都要遵守的原则,如果大家都向雷锋精神学习,也就是说向雷锋同志...详情>>
