引言

台风引起的主要灾害往往是在登陆前后造成的，而台风近海路径的偏折会直接影响风雨预报的精度，较准确地预报台风路径是减轻灾害的关键因素之一。对台风运动物理机制的探讨，一直是国内外台风研究者关注的问题。其中，环境引导气流被认为是影响台风移动路径的关键因子。引导气流指台风主要朝着涡度正变化最大的区域移动，且有学者提出台风移动的方向可由绝对涡度平流近似估计得出(陈联寿和丁一汇，1979；Chan and Gray, 1982)。在业务应用中，引导气流方法预报效果好，特别是对于正常路径的预报。考虑中纬度斜压大气的情况，Wu and Wang(2000)和Chan et al(2002)提出了一个更加普遍适用的诊断台风路径的动力学框架——用位涡来诊断预测台风的移动，即涡旋会朝着位涡趋势的一波分量最大的区域移动，其本质也是环境场的“引导”作用。

实际上台风移动路径通常与引导气流存在较大差异，在影响台风移动路径的关键因子中，除了引导气流，最引人关注的就是台风结构。在弱引导环境场中，台风内部的不对称环流是引起台风移向偏离引导气流的重要因素(陈联寿等，2002)。Chen and Luo(1995)指出，当台风环流内部强风速带出现在东北象限时，台风往往保持向西和西北方向移动趋势，不发生转向。当该强风速带移到台风西南象限时，可能是台风转向运动的强信号。Chen and Luo(1998)研究表明，涡度平流会使台风不对称结构均匀化，东西方向风速结构的不对称度越大，向西的运动分量也越大，这一结果在实际预报中有较高实用价值。姜丽萍等(2008)发现第0601号台风“珍珠”风场结构中不对称强风速区的转移对其北翘有预示作用。李霞等(2014)研究指出，第1208号台风“韦森特”快速偏西行后突然停滞长时间打转主要与副热带高压减退导致的引导气流减弱、台风风场不对称分布以及强风速区呈逆时针转移等因子有关。袁敏等(2018)利用多种资料对2011年第9号台风“梅花”的两次路径转折过程进行诊断分析和数值模拟，发现内部不对称结构与外部大尺度环境流场均对转向有重要影响。

台风不对称对流系统也被认为在台风移动中起重要作用，早有学者基于卫星图像提出台风会倾向在发展最旺盛的积雨云团的边缘移动(距离台风中心200~600 km处)。如陈联寿等(1997)通过数值模拟揭示台风周围不对称对流系统会显著影响台风的移动，台风有向内部对流不稳定区域移动的趋势。李天然等(2006)指出“珍珠”热力不对称结构的演变对其西行北翘路径影响明显。王新伟等(2015)也指出台风的热力不对称结构会直接影响台风的移动，倾向往发展最旺盛的积雨云团的边缘移动。不对称对流系统在位涡诊断方程中表现为非绝热加热作用。Chan et al(2002)指出位涡趋势一波分量主要是由水平平流项和非绝热加热过程起到重要贡献，水平平流项会在平稳移动的台风或者方向、速度没有太大变化的台风中起主导作用，而非绝热加热在缓慢移动、转向或者轨迹突变的台风中则非常关键。在业务应用方面，Yu et al(2007)基于中国气象局全球区域同化预报系统台风模式，指出与非绝热加热有关的位相锁定被认为是位涡强迫及第2005号台风“海棠”在台湾登陆前回旋和转折的主要贡献因子。吴胜蓝等(2023)也通过位涡倾向方程的非绝热加热项证实了台风的热力不对称结构会影响台风的移动，台风有向对流不稳定区域移动的趋势。

随着气象大模型在台风路径预测方面的应用，对天气尺度系统和环境场引导气流的把握更为精准，而台风环流的不对称结构和不对称对流系统的影响具有多样性和不确定性(陈涛等，2021；黄燕燕等，2023；梁军等，2024)，同时台风内核(0~350 km)也被证实是影响路径预测初始误差和可预报性最为显著的区域(Feng et al，2024)。尤其是在台风登陆前后其结构变化最为剧烈的阶段，经过下垫面其运动速度和方向会发生偏折。本文利用1950—2022年中国气象局热带气旋最佳路径数据集和再分析资料，分析影响华东北部沿海地区(浙江、上海及江苏)台风登陆前后路径的偏折情况，及路径偏折与台风不对称动力、热力结构间的关系。

1 资料和方法

(1) 中国气象局热带气旋最佳路径数据集，时间间隔为6 h，2017年以后登陆台风在登陆前24 h时段内加密为3 h(https://tcdata.typhoon.org.cn；Ying et al，2014；Lu et al，2021)。

(2) 欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料(以下简称ERA5)，时间分辨率为1 h，水平分辨率为0.25°×0.25°，共37层。

利用Galarneau and Davis(2013)提出的最优环境引导气流方法，具体为在给定时次选用不同垂直层平均与合适的半径组合计算多个引导气流，比较每个候选引导气流与实际台风移动之间矢量差。最优环境引导气流就定义为给定时次与实际台风移动最小矢量差的半径和垂直层组合的结果。该方法在分析诊断时可以最大程度地贴近不同强度、尺度台风实际的环境场气流。具体方法为：分别选用850~200、850~300和850~400 hPa垂直层风场平均，以及半径200~400、300~500和400~600 km环状区域的平均，垂直层次使用的是平均标准等压面资料。

热力不对称参数(B)是反映热带气旋逐渐变性成为温带气旋的“相空间”法(Hart，2003；郭蓉等，2011)中包含的一个指标参数，表征气旋在对流层低层的热力不对称结构，通过气旋前进方向两侧的900~600 hPa的厚度差在台风中心范围平均计算而得：

$ B=\left|\overline{Z_{600\ \mathrm{hPa}}-Z_{900\ \mathrm{hPa}}}\right|_{\mathrm{L}}-\left|\overline{Z_{600\ \mathrm{hPa}}-Z_{900\ \mathrm{hPa}}}\right|_{\mathrm{R}} $

(1)

式中：Z为等压面高度，R和L分别指示气旋当前位置前进方向的右侧和左侧。B=0 m表示台风前进方向左右两侧完全对称，实际中几乎不存在这种情况；当B达到一定的阈值，即气旋有明显的热力不对称结构出现。Hart(2003)统计了大西洋的变性台风，认为该阈值在10 m左右，也就是说B>10 m时，有冷空气侵入台风，台风变性过程开始发生。

参考该参数定义了动力不对称参数(E)用于表征气旋在对流层低层的动力不对称结构，用气旋前进方向两侧900~600 hPa垂直层平均风速差计算而得：

$ E=\left|\bar{V}_{600 \sim 900}\right|_{\mathrm{L}}-\left|\bar{V}_{600 \sim 900}\right|_{\mathrm{R}} $

(2)

式中V为风速。当动力不对称参数达到一定的阈值，气旋对流层低层风场会出现明显的不对称结构。两个参数均以台风中心为中心，对最外围闭合等压线半径(the radius of the outermost closed isobar，ROCI; 牛海祯，2021)区域进行平均。ROCI为从台风中心到东、西、南、北四个方向闭合等压线最大值距离的平均，等压线间隔为1 hPa。

分析影响华东北部(浙江、上海及江苏)台风登陆前后的路径相对于引导气流的偏折情况。临近登陆时刻定义为最佳路径数据集台风登陆前一记录时刻的对应时次。

2 登陆台风路径偏折特征

1950—2022年共54个台风登陆华东北部(浙江、上海及江苏)，年均为0.74个，最多年为2018年(4个)，图 1展示了登陆华东北部沿海地区的台风路径和临近登陆时刻位置。统计这54个台风登陆时刻，影响月份集中在夏季，8月最多，占比为48.1%，秋季个数较少(图 2a)。53.8%的登陆强度为强热带风暴及以上级别，其中9.3%属于台风级别，1.9%属于强台风级别(图 2b)。临近登陆前后移动方向最多为西北行(40.7%)，西西北次之(25.9%)，北行、西行和北西北占比分别为13.0%、11.1%和9.3%(图 2c)。临近登陆前后移速大部分集中在10.0~39.9 km·h^-1(96.3%，图 2d)，移速最慢的个例为1989年第9号台风，临近登陆时刻移速为11.2 km·h^-1；最快的为2012年第10号台风“达维”(45.0 km·h^-1)。

计算台风实际移动路径与最优环境引导气流之间的偏折情况。最优环境引导气流不同于以往固定范围和高度平均的引导气流计算方法，可以在分析诊断时最大程度地贴近不同强度、尺度台风实际的环境场气流，且在模式检验应用中误差最小，该方法被许多学者广泛引用(Qian et al，2014；Peng et al，2017；Rios-Berrios and Torn, 2017；Dai et al，2022；Wang et al，2023)。图 3为台风路径及其最优环境引导气流(红色箭头)个例示意，大部分时刻的最优环境引导气流能与实际台风路径较好匹配，但也有些时次二者之间会出现差异。将台风实际移动路径往引导气流方向左侧移动认为是左偏，反之则认为是右偏，偏折角度小于5°(占比低于85%)认为没有太大偏差。如图 3所示，2020年第4号台风“黑格比”在临近登陆时刻为左偏(紫色箭头)，台风实际移动路径往引导气流方向左侧移动，偏折角度为15.3°。

经统计，在54个登陆台风中，46个(85.2%)在临近登陆时刻出现左偏，其中2个是先偏左后偏右，即2018年第12号台风“云雀”和同年第18号台风“温比亚”，也一起归算在左偏结果中。这与张灵杰(2020)统计的2007—2016年登陆台湾岛后的台风移动路径发生左偏折最多的结果是较为一致的，但只关注实际路径的偏折(未使用引导气流作为参考)。其余18个在登陆时刻与引导气流没有太大偏差。临近登陆时刻台风移动路径左偏主要与下垫面粗糙度的不连续导致涡旋朝着陆地方向前行有关。下垫面通过改变低层风场分布，产生不对称的对流活动以及涡度分布，一对β涡旋中心的通风流矢量使得涡旋朝着陆地方向前行(孟智勇等，1998；Wong and Chan, 2006)。也有研究指出下垫面会影响对流活动和热力结构分布, 从而激发不对称对流活动，迎风坡辐合抬升引起的不均匀非绝热加热作用使得路径发生偏折(Yeh and Elsberry, 1993a；1993b；Li et al，2014)。

除了考虑台风实际移动路径与引导气流的偏折方向，还计算了登陆前一日平均和临近登陆时刻的偏折角度(如无数据则按实际情况缩短平均时次)。由图 4可见，登陆前24 h与登陆前一日平均的偏折角度均差异较小，临近登陆时刻的偏折角度中值为14.25°，远高于登陆前一日平均的中值(8.15°)，由此可见下垫面对于台风移动偏离引导气流的影响是较大的，临近登陆时刻平均会产生6°~7°的偏折角度，这可能与沿海地形引起的不对称环流结构，以及被激发的不对称对流活动有关，下文将着重讨论登陆偏折角度与两者的关系。

业务预报中还关注不同移向台风临近登陆时刻的平均偏折角度，有助于提升实际预报效果。其中，北西北和西西北移向的平均偏折角度较大，分别为19.68°和17.44°，北行和西行的平均偏折角度偏小，分别为9.94°和11.42°，西北行则为15.98°(图略)。

3 登陆路径偏折与不对称结构的关系

简单起见，在讨论登陆路径偏折角度与热力不对称参数关系时，仅考虑气旋前进方向左右两侧厚度差值的绝对值。54个登陆台风临近登陆时刻热力不对称参数的平均值为5.7 m，也就是说热力不对称参数>5.7 m认为是热力较不对称，而≤5.7 m则认为热力结构趋于对称。其最小值出现在1994年第17号台风，为0.5 m；如图 5a所示台风在临近登陆时刻对流层低层左右两侧是接近对称的，红圈为台风此刻ROCI(即计算900~600 hPa厚度差时的区域平均)。其最大值出现在2021年第6号台风，为11.9 m，从图 5b可以看到台风在临近登陆时刻，其前进方向左右两侧900~600 hPa的厚度是有较大差异的，左侧可能由于沿海地形摩擦或辐合作用，对流更为活跃，引起低层等压面厚度变大，热力不对称结构较为明显。

图 6a给出了临近登陆时刻台风实际移动路径与引导气流之间的偏折角度，以及热力不对称参数绝对值间的对应关系，相关系数为0.45，通过了0.05的显著性水平检验。也就是说临近登陆时刻偏折角度与热力不对称结构有较高的相关性，热力结构接近对称的气旋一般对应较小的偏折角度，而明显的热力不对称结构会使得台风实际移动路径与引导气流之间的偏折角度在登陆前偏大的可能性增加。临近登陆时刻的热力不对称结构可能是受下垫面的影响，由被激发的不对称对流活动所致。

在临近登陆时刻，所有台风均为左侧风力较大，动力不对称参数均为正值，其均值为7.9 m·s^-1，即动力不对称参数>7.9 m·s^-1认为是动力较不对称，而≤7.9 m·s^-1则认为动力结构趋于对称。动力不对称参数最小值出现在1966年第11号台风，为2.5 m·s^-1；最大值出现在1990年第5号台风，为14.2 m·s^-1。计算偏折角度与动力不对称参数的对应关系，相关系数为0.16，未通过显著性水平检验(图 6b)，即临近登陆时刻台风实际移动路径与引导气流之间的偏折与动力不对称结构关系不明显。

除了热力、动力不对称影响外，临近登陆时刻台风移速与偏折角度间的相关系数为0.19，也未通过显著性水平检验(图 6c)。但可以看出，移速与动力不对称参数的分布与图 6a较为类似，两者的相关系数为0.52，通过了0.05的显著性水平检验(图 6d)。也就是说不对称风场结构与台风移速有较高相关性，统计结果显示台风左右两侧不对称风场结构越强，对应台风移速相应越快；反之台风越接近轴对称结构，移速会相对偏慢。台风的移速不仅取决于引导气流的强度，也与台风的不对称结构密切相关，这也说明了引导气流和台风不对称结构之间存在复杂的相互作用(罗哲贤和平凡，2012；Luo and Ping, 2012)。但不同方位、不同半径范围的动力不对称，对台风移速的影响有较大的差别(余晖，1999)。本文仅讨论台风左右两侧不对称风场结构，而实际由动力不对称引起的台风移速变化在不同象限表现较为不同。

4 登陆时刻热力不对称参数的变化特征

上文分析了临近登陆时刻偏折角度与热力不对称参数存在较好的对应关系，但具体热力结构的分布及其影响机制还不清楚，下文通过临近登陆前后热力结构的演变，解释临近登陆时刻台风实际移动路径向引导气流方向左偏的可能原因。

仅分析热力不对称参数的绝对值不足以很好解释临近登陆时刻偏折角度与热力不对称参数之间的关系。对应热力不对称参数的定义，图 7具体分析了气旋前进方向左右两侧厚度的相对变化，图中散点展示了登陆前与临近登陆时刻热力不对称参数的对应关系，登陆前选用临近登陆时刻前一日的平均。四个不同颜色区域的划分代表了临近登陆时刻气旋前进方向左(右)侧厚度的改变以及热力不对称参数的变化。对比临近登陆时刻，登陆前平均的热力不对称参数为3.6 m，与临近登陆时刻5.7 m的均值差异通过了0.05的显著性水平检验。也就是说临近登陆时刻热力不对称参数是明显增大的，沿海地形对热力结构的分布有显著影响。其中，42个在临近登陆时刻不对称性增加，分布在绿色和红色区域，12个不对称性减小，对应图中蓝色和黄色区域(图 7)。

对应热力不对称参数的定义，通过图 7可以发现，约五分之四的个例(44个，分布在绿色和蓝色区域)临近登陆时刻是气旋前进方向左(右)侧厚度增加(减少)的，即约80%的个例都如图 5b所示的台风“烟花”，在临近登陆时刻沿海一带对流层低层厚度明显增加，这可能与沿海地形激发的气旋前进方向左侧不对称对流活动有关。由于气旋移动路径与沿海地形间的角度问题，约80%的个例在临近登陆时刻是气旋前进方向左侧厚度增加较右侧更为明显，而对流活动潜热释放引起的非绝热加热项是对流层低层厚度发生变化的主要因子。而台风的热力不对称结构会影响台风的移动，台风有向对流不稳定区域移动的趋势，位涡倾向方程的非绝热加热项也证实了这一观点(吴胜蓝等，2023)，这就可以解释大部分个例在临近登陆时刻台风实际移动路径出现向引导气流方向左偏的问题。

沿海地形激发的不对称对流活动影响热力结构的分布，但不意味着热力不对称参数临近登陆时刻都会增大，也有趋于更加对称的情况(图 7蓝色区域)，这取决于登陆前的热力不对称分布。图 8给出了1995年第7号台风“Janis”在临近登陆前后的900~600 hPa厚度差变化(对应图 7箭头所示个例)，到登陆前(1995年8月24日06时，世界时；图 8a)气旋前进方向右侧的对流层低层厚度较左侧偏厚，登陆前一日平均热力不对称参数为-4.1 m；在临近登陆时次(8月24日18时，图 8b)气旋前进方向左侧由于沿海地形激发的不对称导致对流低层厚度有所增加，右侧也有所增加，但相较登陆前一日变化不显著，此时热力不对称参数为-2.9 m，绝对值减小，热力结构在临近登陆时刻趋于更加对称，而“Janis”临近登陆时刻仍左偏了12.1°。

图 7中还有约五分之一个例(10个，分布在黄色和红色区域)临近登陆时刻是气旋前进方向左(右)侧厚度减少(增加)，不能与大部分个例左偏的结果很好对应。其中6个与最优环境引导气流方向偏折角在5°以内(红色散点)，有3个强度非常弱，其登陆时刻的中心海平面气压均在990 hPa左右，沿海地形引起对流导致气旋前进方向左右侧厚度差异变化并不显著。

上述分析表明，临近登陆时刻沿海地形导致台风左侧对流活动更容易发展(约80%)，并引起其路径左偏。但登陆台风左侧对流发展，也可以使原本不对称性较大的台风趋于对称，因此，在实际业务应用中不能仅仅简单地依据不对称性的大小(热力不对称参数绝对值)判断路径偏折的可能角度，而应该更关注临近登陆时刻不对称性的变化，做出更准确的判断决策。

5 结论与讨论

利用中国气象局最佳路径数据集和欧洲中心ERA5再分析资料，对1950—2022年登陆华东北部(浙江、上海及江苏)的台风路径相对于引导气流的偏折特征进行了统计分析，主要得出以下结论：

(1) 在54个登陆台风中，85.2%在临近登陆时刻台风实际移动路径相对引导气流出现左偏(偏折角度大于5°)，临近登陆时刻的偏折角度中值为14.25°，登陆前一日平均的偏折角度中值为8.15°，临近登陆时刻沿海地形对于台风移动偏离引导气流平均会产生6°~7°的偏折角度。

(2) 临近登陆时刻台风实际移动路径与引导气流之间的偏折角度与热力不对称参数有较好对应关系。热力结构接近对称的气旋一般对应较小的偏折角度，而明显的热力不对称结构，会使得台风实际移动路径与引导气流之间的偏折角度在临近登陆前偏大的可能性增加。

(3) 沿海地形在临近登陆时刻易激发气旋前进方向左侧不对称对流活动，对流层低层厚度的增加影响热力结构分布，引起台风实际移动路径往引导气流方向左偏。但登陆台风左侧对流发展，也可使原本不对称性较大的台风趋于对称，取决于登陆前的热力不对称分布。

多因子影响台风路径的动力学极其复杂，特别是在临近登陆时刻。最优环境引导气流在大部分时间均与实际台风移动路径较好吻合，为分析临近登陆时刻路径偏差以及其与不对称热力结构的关系提供了较好帮助。同时热力不对称参数能较好地表征气旋在对流层低层的热力不对称结构，以及受下垫面影响激发的对流活动，且时空演变上较为平稳，受平均范围的影响较小。

但动力不对称结构与路径偏离引导气流角度的关系并不紧密，研究也尝试了多种不同的动力不对称参数定义方法，例如更低层的900 hPa风场在引导气流前进方向左右两侧的差值，涡度场在引导气流前进方向左右两侧的差值，900~600 hPa平均风场在地理位置左右两侧的差值，西北与东南象限差值，东北和西南象限差值，均没有找到各种不同定义方法下的动力不对称参数与临近登陆时刻偏折角度较好的对应关系，可能是临近登陆时刻低层风场具体分布会更为复杂，需要更深入的机制方面的探究。关于不对称环流和不对称热力结构演变对台风移动路径的影响也有待于通过数值试验进一步深入研究。