基于不同水分来源，对台湾海峡及其周边地区热带气旋降水特征的比较研究

《Atmospheric Research》：Comparisons of tropical cyclone precipitation characteristics over Taiwan Strait and its surrounding areas based on different moisture sources

台湾海峡区域受热带气旋引发强降雨影响显著，基于2001-2022年数据，120个事件通过HYSPLIT后向轨迹追踪分为西太平洋型、南海型和混合型三类，分析其水汽来源、分布特征及中尺度对流系统（MCS）作用，揭示地形调制下不同水汽源比例差异及MCS强度空间分异规律。

　　

黄和斌|陈光华|饶晨宏|鲍旭伟|赵玉春

中国武汉暴雨研究中心

摘要

台湾海峡地区容易受到与热带气旋（TCR）相关的大雨影响。基于2001年至2022年的最佳路径数据，识别出了120个发生在台湾海峡台风影响区（TSZ）内的TCR事件，并通过后向轨迹追踪方法将这些事件主要分为三种类型。在WNP型和SCS型中，大部分水分主要来源于西北太平洋（WNP）和南海（SCS）；而在混合型中，水分来源于WNP和SCS的比例相当。WNP型的大雨主要分布在TSZ的东部，SCS型则主要分布在台湾岛的西南部，混合型则分布在台湾岛的中部。本文从动力和热力学条件角度分析了大暴雨的天气系统和水分输送过程。受中央山脉调节的水分汇聚区域与大雨区域基本一致。在不同类型中，进入TSZ的水分在南部、东部和北部的比例各不相同。空间滤波得到的中尺度特征表明，中尺度气旋在一定程度上解释了大雨的发生。SCS型中的中尺度水分对台湾岛西南部的大雨有显著贡献。不同类型中的中尺度对流系统（MCSs）的分布与TCR的分布高度吻合，其中SCS型中的MCSs最为强烈。

引言

台湾海峡位于中国东南部，在温暖季节常受到与热带气旋（TCs）相关的大雨影响，这对当地经济、农业和人们的生活产生重大影响。已有许多研究系统地探讨了台湾地区的TC相关降雨（Wu等人，2015年；Liang等人，2017年；Liao和Wu，2025年）。

以往的大部分研究侧重于通过观测和数值模拟来研究个别TC相关极端降雨事件。例如，2009年的莫拉克台风在台湾南部带来了破纪录的强降雨，4天内降雨量超过3000毫米，被认为是过去50年来台湾最严重的天气事件（Hong等人，2010年）。台湾地区的TC相关降雨分布和量通常被认为与TC的路径密切相关，因为路径决定了台湾中央山脉（CMR）对台风环流的影响（Yang等人，2008年；Cheung等人，2008年；Henny等人，2021年；Cheng等人，2025年；Wu和Liao，2026年）。此外，其他研究还强调了内核风暴环流（Gao等人，2009年；Wang等人，2020年）、多尺度系统相互作用（Wang等人，2012年）、水分供应（Ge等人，2010年；Tao等人，2011年）、相邻双台风效应（Wu等人，2010年）以及与TC相关降雨相关的其他有利因素（Witcraft等人，2005年；Agyakwah和Lin，2021年）的作用。

研究表明，降雨强度不一定与台风强度成正比，而是受到多种环境和地形因素的协同作用的影响（Chien和Kuo，2011年）。地形锁相机制为理解CMR上的降雨提供了基础，并已被用于改进降雨预报（Wu和Kuo，1999年；Lin等人，2005年）。地形锁相的对流会向风暴的后侧移动，可能导致登陆台风的移动速度变慢（持续时间延长），从而在登陆前和登陆后阶段产生更长时间的降雨（Chien和Kuo，2011年；Hsu等人，2013年）。此外，台湾海峡地区的TC相关降雨还受到东亚和西北太平洋（WNP）多个尺度天气系统的影响（Wang，2023年）。控制TC路径的主要引导气流是西北太平洋副热带高压（WNPH），它对TC的位置和移动具有主导作用（Tu等人，2009年；Chu等人，2012年）。引导气流的减弱会导致TC移动速度减慢，持续时间延长，从而在台湾引发更频繁和更强烈的极端降雨（Tu和Chou，2013年）。此外，盛行于南海（SCS）的强西南季风提供了丰富的水汽和对流不稳定能量，对降雨增强至关重要（Chien等人，2008年）。以2004年的强热带风暴Bilis为例，登陆后涡旋与季风涌动的长时间相互作用提供了大量水分和不稳定能量，延长了涡旋残余物的寿命，导致中国东南部持续降雨（Gao等人，2009年）。另一个对降雨有贡献的关键环境气流是西风低层急流（LLJ），它可能在TC环流中得到加强（Wang等人，2015年）。强季风条件也有利于中尺度对流系统的形成和维持（Zhou和Wu，2019年）。一些统计研究表明，不对称对流的发展与台风环流和西南季风的相互作用有关（Su等人，2012年）。嵌入在西南风中的长期存在的中尺度对流引发了2009年莫拉克台风在台湾西南部的大雨（Lin等人，2011年）。2004年的Mindulle台风也出现了类似现象（Chien等人，2008年；Lee等人，2008年）。

除了案例研究外，还采用了多种方法从统计角度对台湾地区的TC降雨事件进行分类。例如，Hung等人（2020年）根据台风入侵天数对事件进行了分类。根据登陆位置，一些研究将台风在台湾的登陆类型分为北部、中部和南部（Chang等人，2013年；Wu等人，2015年）。此外，Wu等人（2017年）根据台风中心与台湾的相对距离和方位角将台风分为七种亚型。Zhao等人（2022年）根据台风中心与极端降雨位置的相对距离，将台湾地区的极端降雨事件分为两种类型：台风内核降雨和台风倒槽降雨。虽然这些分类方法捕捉到了TC相关降雨的特征，但它们在很大程度上依赖于TC路径、登陆位置或天气系统模式。因此，这些分类方法并未明确考虑影响降雨强度和分布的水分来源。

众所周知，水分输送是控制TC相关降雨的关键因素。然而，仍有几个关键问题尚未得到解答：台湾海峡（TSZ）周围TC相关降雨与水分来源之间的统计关系是什么？不同的水分来源如何在天气系统和中尺度上调节TSZ内的TC降雨特征？除了回答这些问题外，本研究还探讨了地形对TSZ内TCR的影响，以帮助预测TCR的强度和分布，并提高灾害预防和减灾能力。为此，本研究应用了混合单粒子拉格朗日积分轨迹模型（HYSPLIT）对2001年至2022年的长期TC降雨事件数据进行了分析，系统地研究了影响TC相关降雨（TCR）的水分来源的统计特征。根据不同的主要水分来源区域，将TSZ内的TCR事件分为三种主要类型。第2节描述了数据和分析方法，第3节展示了分类结果，并分析了三种不同事件类型的天气系统模式。第4节分析了中尺度特征，包括中尺度对流系统（MCS）的分布和强度，第5节总结了研究结果。

数据

TC的位置、日期和强度数据来自国际最佳路径档案（IBTrACS）（Knapp等人，2010年）。该数据集的时间间隔为6小时，涵盖了2001年至2022年的数据，用于筛选影响台湾海峡的TC，并从所有降雨事件中提取TC相关降雨成分。为了追踪空气团的轨迹并分析TSZ内TCR事件的天气系统，使用了水平分辨率为0.25°×0.25°的重分析数据。

台湾海峡内TCR事件的分类

台湾海峡经常受到来自WNP和SCS的TC影响（图1a）。WNP上的TC寿命长、强度大（Camargo和Sobel，2005年；Wang和Wang，2023年；Xu等人，2024年），而SCS中形成的TC路径复杂，登陆风险高（Huang等人，2023年）。因此，本研究选择WNP（0°–50°N，125°E–180°）和SCS（3°N–27°N，100°E–125°E，不包括TSZ区域）作为主要的水分来源区域进行研究（图2）。

中尺度特征

中尺度系统在TCR的发生中起着重要作用。为了研究影响台湾海峡TCR事件的中尺度系统，通过带通滤波器提取了300公里和800公里尺度的中尺度信号。如图10a–c所示，在每种类型中，TSZ内700百帕高度处都观察到了大于800公里的大型气旋。WNP型中的气旋向东方移动得更远（图10a），而SCS型中的气旋则向西方移动得更远（图10b）。

结论与讨论

本研究在2001年至2022年间共识别出120个发生在TSZ（21°–27°N，115°–125°E）内的TCR事件。这些事件根据HYSPLIT模型中的后向轨迹追踪方法，主要根据主要的水分来源区域被分为三种类型（WNP型、SCS型和混合型）。然后，全面分析了这三种类型的TC路径、降雨特征、天气系统模式和水分输送情况。最后，我们研究了其中的中尺度特征。

CRediT作者贡献声明

黄和斌：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，验证，方法论，数据整理，概念构思。陈光华：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取，概念构思。饶晨宏：方法论。鲍旭伟：监督。赵玉春：资金获取。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：U2342202）、中国暴雨研究基金（项目编号：BYKJ2024Z03）和厦门海峡气象重点实验室开放项目的共同支持。

未引用参考文献

Chen等人，2017年

Gahtan等人，2024年

NCAR，2019年

Python，2023年

Wang等人，2009年

利益冲突声明

作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。