第1章 绪论
1.1 国家台风防灾减灾的需求
我国是全球受台风影响*严重的国家之一。台风灾害主要发生在台风登陆前后（也称台风登陆过程），它所带来的大风、暴雨，以及由此诱发的风暴潮、洪水、山体滑坡、泥石流等，会造成重大的人员和财产损失。台风登陆前后常伴随着异常变化（指台风路径、强度或结构及其带来的风雨的突然变化），这种异常变化常难以准确预报，从而导致台风灾害防御的措手不及或过度防御，造成严重的灾害或不必要的损失。
减灾和可持续发展是 21世纪世界各国的重要挑战．认识台风运动规律，提高台风预报水平，有效减轻台风灾害损失，已经成为我国政府十分关注的重大问题。为此，2006年 4月国家有关部门召开香山科学讨论会，专门研究“登陆台风前沿科学问题及其灾害应对策略飞《国家中长期科技发展纲要》已将“台风灾害”列入影响国家公共安全的主要自然灾害之一。
自21世纪初以来，登陆我国的台风有增多和增强的趋势。同时，我国海岸线漫长，下垫面复杂，加上热带和温带气流的交汇，天气系统多样，使得台风活动复杂多变。因此，认识影响我国的登陆台风，不仅是国家防灾减灾亟待研究的课题，而且具有重大的科学意义。
我国遭受台风袭击频繁，年均达 9.3个，居世界首位。台风给我国国民经济和人民生命财产造成的损失，例如， 1997年11号台风登陆浙江，严重影响十多个省（市），造成6 000余人死伤，直接经济损失400亿元；2005年的台风灾害造成经济损失796亿元，死亡人数达1 200人，居当年自然灾害之首。
台风不仅影响沿海地区经济和社会发展，而且会在内陆地区造成严重的生命财产损失。我国沿海地区是人口*稠密及重要港口群所在地，也是亚洲经济发展*有活力的地区。但是这些地区对于灾害的承受能力脆弱，一旦台风袭击，极易造成严重灾害。不仅如此，台风登陆后在内陆地区仍然可以产生巨大的灾害，如 1975年 7503号台风登陆浙江后长驱直入，造成河南省驻马店特大暴雨，导致水库垮坝、农田被淹，冲毁京广铁路，1100万人受灾， 4万余人死亡，是我国 1949年以来仅次于唐山大地震的一次巨灾。
突发的台风灾害会影响社会稳定，甚至危及国家公共安全。 2005年，袭击美国新奥尔良市的“卡特里娜”飓风不仅造成严重的经济损失和人员伤亡，灾后还诱发了大量偷盗和抢劫等刑事案件，剌激了石油等能源价格土涨，严重影响了美国的正常生活秩序。无论是从登陆中国的台风强度，还是从承受台风灾害“脆弱”区（如珠江三角洲、长江三角洲和环渤海湾地区等经济发达地区）来考虑，都存在类似美国新奥尔良市遭“卡特里娜”飓风袭击的惨重灾难在中国沿海重演的可能。对此，我们必须引起足够的重视。
台风灾害的有效预警，对登陆台风预报准确率提出了更高要求。近十几年来，台风路径预报水平有了明显进步，但是对直接致灾的台风强度、台风暴雨和大风的预报水平依然较低，尤其在台风登陆前后异常变化情况下，预报不准所造成的台风过度预警（预警范围过大、预警时间过长，造成不必要的防灾抗灾的人力和资源的浪费）时有发生，如 2005年由于对台风“麦莎”强度和路径变化预报失误，导致北京地区过度防御，带来不良的社会影响．造成预报失误的主要原因是对台风登陆前后的异常变化认识不足．
总之，台风是影响我国*严重的自然灾害之一，严重威胁我国的经济发展、人民生命和财产安全，乃至社会稳定和国家安全．因此，深入认识台风登陆前后的异常变化规律，增强我国对登陆台风的预报能力，乃是适应国家台风防灾减灾的迫切需要。
1.2 登陆台风异常变化的关键科学问题
1.2.1 台风登陆前后异常变化研究的科学意义
登陆台风异常变化的主要表现特征包括：台风移动方向或速度突然改变；台风强度突然增强或减弱；台风在登陆后快速消亡或长时间维持；台风降水分布极不均匀；台风降水强度突然增强或者减弱等。初步的研究结果表明，这些异常变化是发生在台风从较单一、比较均匀的海洋环境移动到有不同地表、地形特征下，且又受其他多种天气（梅雨、季风、西风槽等）系统的影响，以及其内部结构变化的作用下所产生，但是产生这些异常变化现象的物理机制尚不清楚，这是制约台风登陆前后预报不准的主要原因，使得台风灾害防范区的确定更加困难。
台风登陆前后常出现移速和移向的异常变化，如突然转折、突然加速等。一方面，登陆地点的预报是直接影响防台减灾决策的关键，台风登陆受环境场、地形、近海海洋状况等的影响，其路径常发生意想不到的变化，例如，1994年14号台风从台湾东北部海域向浙江沿岸逼近，当时的各种预报均显示它将在浙江温州登陆，但是在登陆前 12小时突然转向北偏东运动，远离大陆而去，造成路径预报失败。正是由于这次登陆预报的失误，导致两周后17号台风登陆浙江温州的准确预报未能被公众接受，由于没有采取必要防范措施，造成 2300多人伤亡。另一方面，台风登陆后路径走向更复杂多变，使得台风登陆后的路径预报难度更大，如 2005年的台风“麦莎”，在登陆继续向北移动过程中，由于受北方弱冷空气的作用，路径发生偏转，造成北京地区暴雨预报失误，过度防范，产生不良的社会影响。
台风登陆前后结构和强度突然变化，如强度突然增强或减弱、台风尺度的突然扩大或缩小、强风区域的不均匀分布。目前国内外对登陆台风强度的客观预报能力依然较低，台风强度预报几乎是依靠预报员的经验，带有相当大的主观因素和不确定性。而台风强度的突变往往造成防灾措手不及或过度防御，如 1988年 07号台风，登陆浙江后持续增强，影响杭州市时风力增大到 12级，造成杭州市停水停电 3天。再如， 2006年台风“桑美”登陆前在 12小时内强度连增 3级，突然增强到超强台风。不仅如此，台风登陆后因物理条件差异，有的登陆后因能量耗损，短暂即消，而有的因有能量补充，竟可维持数天不消，维持不消的台风往往引发大灾，如 2006年台风“碧利斯”登陆后维持 5天多，引发我国华南大范围持续强降水，造成严重的人员伤亡和财产损失。这些台风登陆前后的结构和强度变化与环境扬、海洋以及自身结构变化有关，但是物理机制还有待于进一步研究。
台风登陆前后，受地形、近海海岸带或受冷空气或西南季风系统的影响，大风和降水分布发生显著变化，并有可能产生跑线、龙卷等剧烈的中小尺度系统，使登陆台风强风暴雨分布的演变规律更加复杂。登陆台风强风和暴雨是致灾的直接因素，是引起风暴潮、诱发山洪地质灾害的重要因素，防范台风的科学决策必须依据台风的风雨分布预报，而目前由于对其风雨分布变化规律认识的不足，其预报远不能满足社会防灾和减灾的需要。例如 2005年台风“龙王”，尽管预报员准确地预报其在厦门登陆，但却没有预计到在福州出现的罕见强降水．又如，“758”河南特大暴雨，就是因为 1975年 7503号台风登陆浙江后继续向西北方向移动，台风带来的大量水汽与北方冷空气结合，加上地形效应，造成特大暴雨。从现有的观测资料分析看，这些强降水过程都伴有许多中尺度的对流系统发生发展。但是，人们对台风环流内这些中小尺度的对流系统发生发展机理还缺乏足够的认识。
1.2.2 台风登陆过程研究是国际台风研究前沿
世界气象组织（ WMO）非常重视台风登陆过程研究，设有专门的台风研究管理和协调机构（ tropical cyclone program， TCP），统筹考虑全球的台风研究计划。在 2005年年初于日本神户举行的世界减灾大会上， WMO指出：“减少自然灾害是 WMO及其 187个成员的核心任务”。在其所列的气象灾害中，第一位的就是登陆台风灾害。 WMO未来 15年的目标是将因气象、水文和气候自然灾害造成的伤亡人数减半，为了实现这个目标，首要任务就是建立有效的台风登陆预警系统和相应的减灾响应计划。2005年 3月， WMO在中国澳门召开台风登陆过程国际研讨会 (IWTC-VI)，专门讨论登陆台风的科学问题。 2006年 11月， WMO在哥斯达黎加召开的第 6次台风国际研讨会 OWTC VD将登陆台风及其影响作为讨论的主题；会议指出，路径变化、强度和结构变化以及风雨分布及其影响，是未来登陆台风研究的主要方向．
世界受台风影响的主要国家，都有针对台风登陆过程的研究计划。例如，美国的天气研究计划（ USWR即将台风登陆过程列为*优先研究领域，并开展了海气边界层交换试验（ CBLAST）、强度预报试验 (IFEX）和台风雨带和强度变化试验（ RAINEX），澳大利亚针对登陆台风实施了台风海岸影响计划（ATCCIP）。以上计划对台风登陆过程中的海气相互作用、内核与外雨带相互作用、变性过程等开展了有针对性的观测研究．可见，台风登陆问题是国际台风研究领域的前沿．
1.3 国内外研究现状和趋势
1.3.1 国外研究现状及趋势
1. 台风登陆过程及成央机理是国际台凤研究的焦点问题
近年来，全球受热带气旋影响严重的国家或地区都陆续开展热带气旋外场科学试验，对登陆前后的海-陆-气相互作用、内核与外雨带精细结构、快速增强过程等开展有针对性的观测研究，包括美国的桐合边界层海气交换试验（CBLAST）、强度预报试验 CIFEX）（Rogers et al. ， 2006）和飓风雨带和强度变化试验（ RAINEX）（Houze et al. ， 2006），澳大利亚的热带气旋海岸影响计划（ATCCIP）（ Power and Pearce， 2007）等，获取了大量关于登陆过程新的观测事实，在强风条件下海气通量、中小尺度结构、高分辨率搞合模式等方面取得了突破性进展。 2004年至今，我国台湾地区实施了 DOTSTAR计划（ Wu et al. ， 2007），在关键区域内对可能影响台湾的台风进行飞机探测，并及时将获取的资料同化进多个全球或区域台风路径预报模式，显著改进了模式的台风路径预报。在世界气象组织（WMO）天气研究计划 （WMO/WWRP）发起的“全球观测系统研究与可预报性试验”（THORPEX）中，台风观测及其可预报性研究也是其各区域子计划的重要组成部分，如 THORPEX亚太区域计划（T PARC) （陈德辉， 2007）、大西洋 THORPEX观测系统试验（ Atlantic-TOST）等。
鉴于热带气旋灾害主要发生在其登陆前后， 2006年 11月在哥斯达黎加召开的第 6次国际热带气旋研讨会（IWTCVI）将“登陆台风的定量预报”作为特别议题进行了研讨。此外，在多次其他全球性国际会议上，如热带气旋登陆过程国际研讨会（ 2005年）、台风委员会届会（ 2005年、 2006年、 2007年）、 WMO热带气象研究工作组会议（ 2005年、 2007年）等，台风登陆过程及成灾机理也都是受关注的重点，是当前国际台风研究的焦点问题。
2. 台风中小尺度结构演变及其对台凤异常变化影晌是国际台凤研究主要趋势
台风结构研究经历了点涡→轴对称结构→非对称结构→复杂精细结构等几个阶段（罗哲贤， 2002）。 20世纪 80～ 90年代，关于影响台风路径物理机制的研究成果促进了台风路径预报准确率的显著提高，但是台风结构和强度的预报能力则一直徘徊不前。越来越多的观测事实表明，台风虽是天气尺度系统，其内部却包含十分复杂的中小尺度结构（余晖和王玉清， 2006），如中尺度涡、同心双眼墙、眼墙对流非对称、内外螺旋雨带等，这些中小尺度结构的演变对于台风活动有重要影响，尤其被认为是引起台风活动异常变化的主要原因，如突然转折、快速增强以及局地风雨的突然增强等。
随着观测与研究资料的积累，台风内部中小尺度结构及其对台风活动异常变化的影响研究已成为国际台风研究的主要趋势。 20世纪 90年代至今，*为重要的台风结构理论进展当属台风内部扰动发生、发展和传播的线性机制（ Montgomery and Kallenbach， 1997; Enagonio and Montgomer
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