我国是西北太平洋沿岸受台风影响最严重的国家，平均每年有7~8个台风在我国沿海登陆，造成较大经济损失，甚至人员伤亡^[1-3]。台风移动路径是风雨落区预报的基础和前提，路径预报效果对其风雨影响预报以及灾害防御等至关重要，吴影等^[4]指出热带气旋(TC)路径的预报误差与其所致直接经济损失呈正相关关系。然而异常路径^[5-6]是路径预报中的难点，目前仍存在较大预报误差。台风路径的影响因素非常多且复杂，国内学者从多方面研究了这个问题^[7-9]。陈华等^[10]研究表明热带气旋(TC)与上游槽相互作用的关键区域的预报误差与TC转向后的路径预报误差表现出显著的相关性。郭兴亮等^[11]采用谱逼近方法对台风Megi(2010)路径模拟表明，天气尺度环境风场是影响台风路径变化的关键因子。许娈等^[12]在分析引导气流与台风路径变化关系时显示，中低层引导气流对台风路径变化影响更显著。近年来随着观测技术、数值模拟和资料同化等技术的发展，以及对台风运动物理机制的深入研究，台风路径预报的准确率有了大幅提升^[13-16]，但是对于突然性偏折等异常路径的预报目前仍然缺乏有效手段^[17-20]。台风主要受大型流场的操纵而移动^[21]。仲荣根等^[22]研究认为，台风主要在气压梯度力、地转偏向力及阻力三力的平衡与不平衡下运动，当三力不平衡时，台风将会加速移动，当三力平衡时，台风将减速移动。热带气旋作为大环境流场中一个涡旋，其异常运动往往发生在弱环境引导场中。张玲等^[23]研究表明，秋冬季台风的移动，除与西太平洋副热带高压、西风槽、对流层低层偏东风、越赤道气流有关外，对流层上层副热带西风急流的变化也有较大影响，特别是对于偏西行台风，副热带西风急流的加强南压将导致台风移速加快和强度加强。毕鑫鑫等^[24]研究发现超强台风“天鹅”的移动始终受西北太平洋副热带高压的影响，其次是来自季风涡旋及台风外围反气旋的贡献，在垂直方向上对流层中层系统的引导气流矢量与“天鹅”的移动最为吻合，而形成于低层系统的偏南风气流与“天鹅”向北突然转向有着密切的联系。张行才等^[25-27]曾指出，热带气旋的移动大多与700~500 hPa厚度场上暖舌的轴线相平行，中、高层台风中心附近的异常增温对台风未来的移动趋势有着很好的指示作用，移速较慢的台风低压一般处在气旋性环流、弱背景场和副热带高压西侧。并提出对流层上层增温极值曲线是台风未来的移动路径，并且300 hPa的资料对台风路径关系重大。研究表明^[28-29]高层辐散区对台风涡旋移动有“引导”作用，也是台风移动的动力机制，台风非对称动力模型中台风外围前方垂直环流圈上升支对台风未来运动方向具有“引导”作用。

尽管国内外气象学者对于台风登陆后的路径、强度、维持机制及其相应的天气变化等方面开展了不少研究，但由于热带气旋登陆后受陆地地表摩擦以及与中高纬系统的相互作用，其移动路径及风雨强度的预报仍有较大难度。河南省地处内陆，由台风系统造成的河南省大范围暴雨、特大暴雨的台风个例中，一般均由闽、浙登陆以后继续深入内陆的台风低压或倒槽导致^[30]，在华东登陆且低压中心进入河南境内后多次转向的台风个例极为少见。

2018年第18号台风“温比亚”于8月17日凌晨自上海登陆后一路向西偏北行，于18日凌晨进入河南省，19日20时(北京时，下同)移出。台风低压在河南境内滞留长达40小时，停滞期间发生多次转向，给河南省带来的风雨影响超过50小时，是自“75.8”台风暴雨后的近40年来河南省受台风低压影响最强的一次，导致河南省8个国家气象站日降水量突破建站以来历史极值，是历次降水过程中超过极值站数最多的一次，同时伴有大范围强风天气。对“温比亚”停滞及转向的预报是预报业务和服务中的难点，因此本文采用常规观测资料、NCEP再分析资料及中央气象台台风定位数据等，详细分析了台风“温比亚”异常移动路径的影响因子及物理机制，为日后登陆台风的路径预报提供参考。

本文风场及环流形势分析资料来源于美国国家环境预报中心的NCEP 1 °×1 °逐6小时再分析资料，台风资料来源于中央气象台台风报及台风网，风雨等实况统计资料来源于河南省气象局自动站和区域站观测数据。

受1818号台风“温比亚”登陆后减弱的热带低压影响，2018年8月17日08时—19日20时，河南省中东部出现了大范围强风雨天气(图 1a)，商丘、周口两地区累计雨量达特大暴雨。共计站过程降水量超过50 mm，544站超过100 mm，141站超过250 mm，3站超过500 mm，这三站分别是：柘城远襄集(553.1 mm)、睢县长岗(543 mm)、商丘睢阳区勒马(533.8 mm)。过程期间96站小时雨强超过50 mm，虞城沙集站最大小时雨强达到112 mm。共有8个国家气象站日(17日20时—18日20时)降水量突破建站以来历史极值，其中夏邑站为355.2 mm，超历史极值两倍。大部分站点强降水的同时伴有6级以上偏北风，中东部阵风8~9级，自动站极大风速为信阳新县22.4 m/s(图 1b)。

图 1

图 1 2018年8月17日08时—19日20时河南省累计雨量（a）和极大风速图（b）

受强风雨影响，商丘、周口等地出现严重的城市内涝，部分城市电力中断、列车晚点、航班延迟或取消。全省共有527.3万人受灾，因灾死亡2人，紧急转移安置10 914人，农作物受灾面积8 930 km²，房屋倒塌86户122间，严重损坏386户430间，造成直接经济损失14.6亿元，农业直接经济损失13.4亿元。

2018年第18号台风“温比亚”于8月17日04时05分于上海浦东新区南部沿海登陆，登陆时中心附近最低气压982 hPa，最大风速25 m/s，为强热带风暴。登陆后迅速减弱为热带风暴，以5.6~8.3 m/s速度向西略偏北移动。于18日凌晨进入河南固始境内，进入河南以后移速迅速减慢并转向，以2.8~4.2 m/s的速度向西北方向经淮滨、新蔡进入正阳境内，14时减弱为热低压，17时进入汝南境内后移速进一步减小至1.4~2.8 m/s，20时再次转向偏北行，在汝南境内滞留约12小时后转向东北并加速，于19日20时移出河南进入山东单县境内，20日05时进入渤海再次加强为热带风暴后继续向东北偏东移动，直至20日23时停止编报(图 2a)。

图 2

图 2 台风中心移动路径(a)和台风中心最低气压、移动速度、最大风力折线图(b)

台风低压自8月18日凌晨进入河南境内至19日20时移出，在河南境内滞留长达40小时，尤其在汝南县境内徘徊长达12小时并完成两次转向。台风低压进入河南境内时中心气压最低值为988 hPa，经过40小时后移出河南时为995 hPa，填塞不明显，在汝南境内停滞期间，中心气压最低值始终保持992 hPa，中心最大风力维持16~18 m/s(图 2b)。此次“温比亚”从登陆到停止编报，移向发生了西-西北-北-东北的转变，移速发生由快到慢再到快的改变，强度稳定维持，给河南省东部地区带来强风雨天气(图 1)。

“温比亚”于2018年8月18日03时进入河南，而后移动方向由偏西转向西北且移速减慢，18日20—23时停滞不前（表 1），之后移向再次发生改变由西北转为正北；18日23时—19日02时3小时内向北仅移动了0.1个纬距约11 km；19日02—05时再次停滞原地回旋，而后同样发生了移向改变，由正北转向东北；05时以后加速向东北方向移出河南。18日20时—19日05时期间，出现两次移向改变，并伴随长达6小时停滞原地盘旋，可见“温比亚”进入河南以后，移向及移速均发生了非线性改变，因而增加了对移动路径及降水落区预报的难度，因此对其停滞及转向机理有必要进行深入探析，为今后类似台风移动路径的预报提供科学依据。

表 1

表 1 台风低压中心位置及风力/(m/s) 时间 经度/°E 纬度/°N 风力/(m/s) 2018081814 114.6 32.7 16 2018081817 114.5 32.8 16 2018081820 114.4 32.9 16 2018081823 114.4 32.9 16 2018081902 114.4 33.0 16 2018081905 114.4 33.0 16 2018081908 114.7 33.3 16 2018081911 115.0 33.5 16

表 1 台风低压中心位置及风力/(m/s)

2018年8月17日20时500 hPa高空图显示，副热带高压(以下简称副高)脊线位于37 °N附近、西伸点达116 °E，副高主体与低压中心呈南北向平行分布，二者之间为偏东风，引导低压继续西行，随着台风低压继续西行进入河南境内，副高主体快速减弱东退。至18日08时，588 dagpm收缩东退至126 °E以东地区(图 3a)，12小时内东退达10个经距，此时，副高主体与低压中心呈西北东南向平行分布，低压东北象限与副高西侧之间为东南风，584 dagpm线环绕在低压外围除西南象限外的其他三个方向，在此过程中随着低压与副高间风向的转变，18日凌晨低压进入河南境内后首次发生移向的改变，由西行转向西北行。同时100 hPa等压面上(图略)，南亚高压呈带状分布在30~42 °N之间，高压南北两侧等压线均匀分布，地转风大小相等方向相反，台风低压恰好处在高压带内的弱风区中，对低压移动无引导作用。700 hPa等压面上的312 dagpm线及850 hPa等压面上的148 dagpm线环绕在台风低压外围除南侧外的其他三个方向，台风低压被高压带“包裹”在中间寸步难行。地面场同低层流场相似，1 010 hPa高压坝同样围绕在台风低压外围(图略)，对低压前行起到了一定阻挡作用，因此低压转向并减速西北行。

图 3

图 3 500 hPa风场(矢量)、等高线(黑实线，单位：dagpm) a. 18日08时；b. 18日20时。

18日20时，副高主体仍位于126 °E以东地区(图 3b)，584 dagpm线较08时发生较大改变，由原来的西南向的开口转变为相反方向开口即倒“Ω”型，584 dagpm与588 dagpm之间由东南风转为偏南风，风速略小于08时，此刻恰好对应台风低压停滞及第二次转向(由西北行转为偏北行)。地面图上1 010 hPa高压坝缩减成块状位于华北北部，同样对未来低压北行起到一定减缓作用。19日02—08时，随着高空风向及风速的改变，台风低压随之转向并加速，于19日20时，移出河南省。综上表明，台风低压进入河南境内以后，由于副高快速东退，引导气流变弱，同时低层受高压带“包裹”和阻挡，低压移速缓慢或原地盘旋，移动路径及方向随着中层气流的改变而改变。

经过对17日20时—19日02时逐6小时200 hPa风场演变详尽分析可知，尽管高空风速很小，但台风低压移速及转向与200 hPa风速及风向的改变仍有直接关系。18日02时200 hPa风场(图 4a)显示，在123 °E，30 °N附近有一高压环流，高压脊线向西北方向伸到河南省东部商丘地区；另外在108 °E，28 °N附近即贵州东北部有一低压环流，低压切变线向东偏北伸展到117 °E，30 °N附近；36 °N以北为平直西风环流，此时台风低压处在高压脊线左侧及低压切变北侧东南风里，在东南风作用下，台风低压由西行转为西北行。18日14时(图 4b)，低压环流西南移到贵州中部，低压切变逆转为低压倒槽，由低压中心向东北方伸展到110 °E，32 °N附近；随着低压中心向西南移动及倒槽的西移北抬，东部高压环流西边界向西扩展，脊线由西北-东南向转为南北向；高压环流与低压倒槽之间及台风低压南侧转为偏南风，台风低压附近及北侧仍为2~4 m/s的东南风，台风低压继续减速西北行；同时在103 °E附近，33 °N以北地区有浅槽逐渐发展。18日20时(图 4c)，高低压环流稳定少动，低压倒槽随其南侧西南风逐渐加强，其北伸点再次西北抬到108 °E，32 °N附近；高压脊线由南北向顺转为东北-西南向；高低压之间32 °N以南由偏南风转为西南风，台风低压附近及以北地区，由14时东南风转为偏南或西南风并有风速辐合，随着低压附近风向改变，其移动方向也由西北行转为偏北行，由于周边及其下游风速较小且有辐合，因此移速进一步减慢或停滞；33 °N以北低槽加深略东移。19日02时(图 4d)，低压倒槽与北部加深的低槽在104~105 °E之间同位向叠加，东部高压稳定维持，槽前与高压之间西南气流明显加强，台风低压南侧西南风加大到12~14 m/s，北侧约10 m/s，风速辐合明显，低压再次停滞少动。直至19日05时以后，高压快速东南退，上游低槽加速东移，槽前西南气流显著增强，台风低压下游西南风明显大于上游，高层向东北方向辐散增强，引导台风低压转向并加速向东北方向移动。

图 4

图 4 200 hPa风场 为台风中心位置，G为高压中心位置，D为低压中心位置。 a.18日02时；b.18日14时；c. 18日20时；d.19日02时。

非对称结构理论的应用指出，在台风环流非对称结构随时间的演变过程中，若从非对称结构转变为对称结构或近似同心圆对称结构，往往意味着台风西移速度变慢，台风路径将转向，有时会出现逆时针打转^[31]。由500 hPa和850 hPa合成风场与台风低压位置关系可知，“温比亚”登陆西行期间，低压中心附近大风速区始终位于中心北侧，强风速中心由北侧略向西侧逆时针缓慢旋转，并且中心强度明显减弱，由17日08时大于27 m/s至20时减小到21 m/s，台风中心北侧偏东风远远大于南侧偏西风，不对称结构非常明显，西侧偏北风由开始时小于东侧偏南风逐渐转为大于东侧偏南风，在此过程中“温比亚”减速西行。

18日02时(图 5a)，北侧偏东风大风速带逐渐向东西两侧延伸，除南侧外其他三面均被大风速带包围，强中心位于台风低压的东北象限，中心强度为21 m/s的东南风，在其引导下低压由西行转向西北行，低压的移动方向与台风外围最大风速区的长轴线方向一致。18日08时(图 5b)，东北象限大风速中心减小到18 m/s，随着风速的减小台风低压移速再次减慢。18日14时(图 5c)，台风低压附近大风速区范围及强度继续减小，东北象限及西北象限的大风速区基本呈轴对称分布，可见，低压周围风场由非对称向对称演变时对应低压减速西北行。至18日20时(图 5d)，强风速中心减小到15 m/s，并且断裂成东西两块，尤其在低压西北-西侧有大于15 m/s的偏北风大值中心，使得原本西北行的低压受阻，致使18日20—23时停滞少动原地回旋。19日02时(图 5e)中心附近最大风速由15 m/s进一步减小到12 m/s，但东侧大于12 m/s的南风区域远远大于西侧的北风区域，随着强风区顺时针旋转，在18日23时—19日02时期间，低压移动方向也随之顺时针改变，由西北转为偏北。而后非对称结构逐渐增强，东侧偏南风范围及强度远超西侧北风，随着非对称结构的逐渐增强，19日05时以后，原本停滞少动的低压再次发生移向和移速改变，由偏北行转为东北行，08时(图 5f)中心东侧南风继续增强到15 m/s，西侧北风减小到12 m/s以下，南北风速差显著增大，低压加速向东北方向移出河南省。

图 5

图 5 850 hPa与500 hPa平均风场（矢量）及台风中心（）分布图 a. 18日02时；b. 18日08时；c. 18日14时；d. 18日20时；e. 19日02时；f. 19日08时。

当台风低压周围风场由非对称结构向对称结构转变并且风速快速减小时，低压移速将减慢缓行，反之加快。当低压中心北侧东风远远大于南侧西风、东侧南风与西侧北风相差不大时，低压向偏西方向移动；当低压中心南侧西风大于北侧东风、东侧南风大于西侧北风时，即低压周边风场由对称结构向非对称结构演变，原本西行的台风低压将顺时针转向偏北或东北方并逐渐加速。在此过程中，风场经历了非对称-对称-非对称的演变，相应的低压移速经历了快-慢-快的改变。两次转向前低压均维持长达3小时的停滞，可见停滞是转向的前兆。

从500 hPa台风中心北侧最大东风(-U)、南侧最大西风(U)及其东风与西风风速差(图 6a)可知，台风低压自8月17日凌晨上海登陆后，南北两侧东西风及其差值均略有增加。17日08时起，北侧东风逐渐减小，至19日20时减小到最小值1 m/s；南侧西风缓慢减弱后略有增加而后保持不变，18日14时—19日20时均维持在11 m/s左右。18日20时，东风减小到与西风相等，此时台风低压停滞并转向，转向后东风继续减小，西风仍保持不变，西风大于东风，二者差值逐渐加大。

图 6

图 6 500 hPa台风中心附近最大U风及差值(a)、最大V风及差值(b)

从500 hPa台风中心东侧最大南风(V)、西侧最大北风(-V)及其南风与北风风速差(图 6b)可知，18日20时前，南、北风多起伏，南风略大于北风，二者差值多波动，17日14时—18日08时期间，二者差值呈增大趋势，18日08时起，二者差值快速减小，至18日20时减小到最小值1 m/s，此时东西风差值也是最小时刻，并对应低压由西北行转为偏北行。19日02时以后，东侧南风逐渐增大，西侧北风逐渐减小，二者差值呈明显增大趋势，19日05时，台风低压再次由北行转为东北行。

综上可知，台风低压在陆上西行过程中，随着北侧东风逐渐减小，西行速度随之变慢。当东西风速差和南北风速差均减小到最小值时，台风低压将停滞并转向。随着东风逐渐减小并转为西风大于东风，南风略大于北风时，低压由西北行转向偏北行。而后随着西风逐渐加大，东西风速差明显加大，同时南风明显大于北风，台风低压附近有向东北方合动量，使得原本北行台风低压顺时针转为东北行。

（1）台风“温比亚”进入河南以后，移速锐减并多次发生停滞及转向，主要由于大尺度流场发生明显改变。低压外围584 dagpm线的走向对低压移动路径有较好的指示意义。当低压位于南亚高压中心处且对流层低层低压周围被高压带包裹，低压缓行或停滞。

（2）200 hPa风场改变与低压移向、移速关系密切，当台风低压附近及北侧风向发生顺时针改变时，低压移动路径将随之发生相应改变；当周边及其下游风速较小且有辐合时，低压移速减慢或停滞；当台风低压下游西南风明显大于上游时，低压加速并转向东北方向移动。

（3）500 hPa与850 hPa合成风分析表明，低压中心北侧偏东风远大于南侧偏西风时，低压西行；低压中心东侧南风大于西侧北风时，低压北行；低压周围风场对称分布时，低压停滞，而后随着非对称结构逐渐加强，移向转为大风速轴的方向。

（4）500 hPa低压中心附近U、V风速变化与低压移速、移向的改变有较好的对应关系。当低压附近东西风速差及南北风速差均减小到最小值0~1 m/s时，低压先停滞后转向，而后随着反方向风速的逐渐增大，低压沿着合动量方向移动。