吳海英,曾明劍,王衛(wèi)芳,王磊,沈陽

(1.江蘇省氣象臺(tái),江蘇 南京 210008;2.中國氣象局 交通氣象重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008;

3.江蘇省氣象科學(xué)研究所,江蘇 南京 210008)

1211號(hào)“海葵”臺(tái)風(fēng)登陸后引發(fā)兩段大暴雨過程的對(duì)比分析

吳海英1,2,曾明劍2,3,王衛(wèi)芳1,王磊1,沈陽1

(1.江蘇省氣象臺(tái),江蘇 南京 210008;2.中國氣象局 交通氣象重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008;

3.江蘇省氣象科學(xué)研究所,江蘇 南京 210008)

摘要：利用地面加密自動(dòng)站觀測(cè)資料以及NCEP再分析資料,對(duì)1211號(hào)“?？迸_(tái)風(fēng)登陸后在江蘇引發(fā)的兩段降水對(duì)流特征差異明顯的大暴雨天氣進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明:第一段區(qū)域性大暴雨天氣發(fā)生在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心及北側(cè)偏東風(fēng)急流附近,此時(shí)臺(tái)風(fēng)環(huán)流完整,中心維持正壓結(jié)構(gòu),環(huán)流中心及其北側(cè)偏東急流附近伴有較大范圍的水汽輻合和強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng),有利于區(qū)域性大暴雨天氣發(fā)生,但降水發(fā)生在近乎中性的層結(jié)下,降水分布較均勻,發(fā)展平緩,降水期間對(duì)流活動(dòng)較弱;第二段大暴雨則發(fā)生在遠(yuǎn)離環(huán)流中心的臺(tái)風(fēng)倒槽頂部,降水期間暴雨區(qū)中高層伴有較明顯的冷平流,有利于對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展,降水發(fā)展過程中,地面風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn)中尺度擾動(dòng),增強(qiáng)了局地輻合和氣旋性渦度,加之地面鋒區(qū)發(fā)展,促進(jìn)了中尺度對(duì)流系統(tǒng)的形成和發(fā)展,此段降水中尺度特征顯著,發(fā)展迅速,雨強(qiáng)大,伴有明顯的對(duì)流特征,導(dǎo)致出現(xiàn)局地特大暴雨天氣。

關(guān)鍵詞：臺(tái)風(fēng);對(duì)流不穩(wěn)定;中尺度擾動(dòng);中尺度對(duì)流系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1674-7097(2015)05-0670-08P4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20141229002

Abstract:By using the comprehensive information of automatic weather observation and NCEP reanalysis data,this paper contrasts and analyses two rainstorm processes caused by the landing typhoon Haikui(1211),which happened in Jiangsu with different convective features.It shows that the first-phase regional heavy rainstorm occurred near the typhoon circulation center and its north side.The circulation of typhoon was intact with a barotropic center during this time.Large-scale moisture convergence and strong ascending movement appeared near the circulation center and its north side in the easterly jet stream.These characteristics were beneficial for a regional rainstorm.The rainstorm occurred in a nearly neutral stratification,and precipitation distribution was more uniform with a gentler development,lower rainfall intensity and weaker convective activity.The second-phase heavy rainstorm occurred near the top of typhoon inverted trough,which was far from the circulation center.The cold thermal advection in the middle and upper atmosphere was helpful for the development of convective instability.During the process of precipitation development,obvious mesoscale disturbances appeared in the surface wind field,enhancing the local convergence and cyclonic vorticity.Furthermore,the development of surface frontal zone also strengthened the formation and development of mesoscale convective systems.The precipitation had significant mesoscale characteristics with rapid development,high rainfall intensity,strong convection,which led to a local heavy rainstorm.

收稿日期：2013-05-20;改回日期:2013-10-30

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61105115;61272223)

通信作者：劉青山,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別與圖像處理,qsliu@nuist.edu.cn.

Comparative analysis on two rainstorm processes caused

by typhoon Haikui(1211) after landfall

WU Hai-ying1,2,ZENG Ming-jian2,3,WANG Wei-fang1,WANG Lei1,SHEN Yang1

(1.Jiangsu Meteorological Observatory,Nanjing 210008,China;

2.Key Laboratory of Transportation Meteorology,CMA,Nanjing 210008,China;

3.Jiangsu Institute of Meteorological Sciences,Nanjing 210008,China)

Key words:typhoon;convective instability;mesoscale disturbance;mesoscale convective system

0引言

臺(tái)風(fēng)是最具破壞力的自然災(zāi)害之一,我國地處太平洋西岸,受臺(tái)風(fēng)影響嚴(yán)重,特別是登陸臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的狂風(fēng)暴雨往往造成極其慘重的災(zāi)難。臺(tái)風(fēng)登陸后,受到移經(jīng)下墊面和周圍環(huán)境場(chǎng)的影響與制約,與相鄰天氣系統(tǒng)相互作用,導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并影響降水分布(陶祖鈺等,1994;陳聯(lián)壽和羅哲賢,1996;周玲麗等,2011)。登陸臺(tái)風(fēng)降水往往呈非對(duì)稱特征(羅哲賢,1994;陳聯(lián)壽等,1997;雷小途,2000;陳濤和畢寶貴,2004),例如臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)在其前進(jìn)方向右側(cè)的暴雨范圍及強(qiáng)度往往大于左側(cè)(陳聯(lián)壽等,2002,2004;程正泉等,2005)。中低緯度環(huán)流系統(tǒng)的相互作用對(duì)登陸北上臺(tái)風(fēng)降水發(fā)展有重要作用,這種背景下產(chǎn)生的暴雨常和高空急流、西風(fēng)槽、臺(tái)風(fēng)倒槽向北伸展(楊金錫和洪吉,1986;蔣尚城和林楠,1988)、北方冷空氣南下(錢自強(qiáng)和張德,1985;丁治英和陳久康,1995;狄利華等,2008;郭英蓮和徐海明,2010;吳海英等,2014)等諸多因素有關(guān)。兩者間的相互作用顯著體現(xiàn)在中尺度系統(tǒng)活動(dòng)上(張雪晨等,2013),并通過能量轉(zhuǎn)化、動(dòng)力激發(fā)等方式,促發(fā)登陸臺(tái)風(fēng)內(nèi)部的中尺度對(duì)流系統(tǒng)(Mesoscale Convective System,MCS)并造成強(qiáng)降水(孟智勇等,2002),盡管臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)度明顯減弱,但臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)部及臺(tái)風(fēng)倒槽、臺(tái)風(fēng)環(huán)流與中緯度系統(tǒng)結(jié)合處等部位仍會(huì)有MCS的生消演變(Parrish et al.,1982;Dodge et al.,2000),活躍在其中的MCS,會(huì)造成登陸臺(tái)風(fēng)降水伴有明顯的對(duì)流特征,對(duì)流發(fā)展同樣是非對(duì)稱的,這與環(huán)境風(fēng)垂直切變、地形及臺(tái)風(fēng)登陸過程相關(guān)象限對(duì)流受限有關(guān)(Zhu et al.,2012)。當(dāng)?shù)顷懪_(tái)風(fēng)移至潮濕飽和的下墊面后,飽和濕地的熱量通量有利于臺(tái)風(fēng)環(huán)流維持及殘余環(huán)流內(nèi)MCS的發(fā)展(李英等,2005)。若臺(tái)風(fēng)登陸后仍與西南季風(fēng)相聯(lián)系,兩者間的相互作用也將使臺(tái)風(fēng)環(huán)流維持,并激發(fā)MCS,促進(jìn)降水發(fā)展(王黎娟等,2011)。

登陸臺(tái)風(fēng)暴雨產(chǎn)生原因復(fù)雜,且觀測(cè)資料欠缺,客觀上導(dǎo)致學(xué)界對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)內(nèi)部MCS的生消機(jī)制缺乏深入了解,同時(shí)針對(duì)由此引起的降水中可能伴有的對(duì)流發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)受到很大的限制,亟待展開相關(guān)深入研究。2012年8月8—10日,1211號(hào)“海葵”臺(tái)風(fēng)登陸后先后在江蘇造成了兩段對(duì)流發(fā)展明顯不同的大暴雨天氣,通過對(duì)這兩段強(qiáng)降水天氣特征和發(fā)生環(huán)境的對(duì)比分析,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)不同環(huán)流背景下登陸臺(tái)風(fēng)暴雨發(fā)展演變的趨勢(shì)及原因,將有助于提高登陸臺(tái)風(fēng)降水的預(yù)報(bào)能力。

1資料

文中分析涉及資料包括:江蘇省2012年8月8—11日地面自動(dòng)氣象站雨量、風(fēng)場(chǎng)資料和1°×1°的NCEP再分析資料。

2降水實(shí)況和環(huán)流背景

2.1　降水實(shí)況

2012年8月8日03時(shí)20分,1211號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“?？痹谡憬笊窖睾５顷?隨后西移北上。8日,在浙北及蘇皖南部造成了區(qū)域性大暴雨天氣。9日白天,降水逐漸減弱,強(qiáng)降水范圍逐漸收縮于臺(tái)風(fēng)低壓中心附近。但10日凌晨至上午,中心停滯于皖南的臺(tái)風(fēng)倒槽頂部(江蘇東北部地區(qū))降水突然迅速發(fā)展,出現(xiàn)局地特大暴雨天氣。據(jù)江蘇地面自動(dòng)站降水資料分析可知,“?？迸_(tái)風(fēng)登陸后先后在江蘇造成兩段大暴雨:第一段大暴雨出現(xiàn)在8日08時(shí)—9日08時(shí)(圖1a),江蘇沿江及蘇南普降大暴雨,基本站中出現(xiàn)1站特大暴雨,14站大暴雨,8站暴雨;第二段大暴雨發(fā)生在10日08時(shí)—11日08時(shí)(圖1b),基本站中出現(xiàn)2站特大暴雨(響水站降雨量達(dá)487.4 mm),3站大暴雨。暴雨區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)倒槽頂端,即江蘇東北部地區(qū),降水具有明顯的中尺度特征,暴雨集中在方圓200 km左右區(qū)域內(nèi),特大暴雨則僅限于響水附近50 km范圍內(nèi)。

圖1　8月8日08時(shí)—9日08時(shí)(a)、10日08時(shí)—11日08時(shí)(b)24 h降水分布(圖a、b中星號(hào)分別表示昆山站、響水站;單位:mm)Fig.1　Distrbutions of 24 h accumulated rainfall (a)from 08:00 BST 8 to 08:00 BST 9 and (b)from 08:00 BST 10 to 08:00 BST 11 August(The stars denote Kunshan and Xiangshui stations in (a) and (b),respectively.Units:mm)

2.2　環(huán)流背景

1211號(hào)臺(tái)風(fēng)“?？庇?012年8月3日08時(shí)在菲律賓以東洋面生成(圖略),后逐漸增強(qiáng)西行北上,8月8日03時(shí)20分在浙江象山沿海登陸,登陸時(shí)維持強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別,并繼續(xù)向西北方向移動(dòng),強(qiáng)度迅速減弱。8日08時(shí)臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心位于浙江北部,環(huán)流結(jié)構(gòu)清晰,在臺(tái)風(fēng)中心附近及北側(cè)強(qiáng)盛的東南或東北急流區(qū)中出現(xiàn)了區(qū)域性大暴雨天氣。9日12時(shí),在安徽池州境內(nèi)減弱為熱帶低壓,低壓中心在安徽南部維持少動(dòng),臺(tái)風(fēng)低壓倒槽伸展至江蘇北部,穩(wěn)定少動(dòng)。10日早晨,倒槽頂部輻合區(qū)內(nèi)的降水突然發(fā)展,出現(xiàn)特大暴雨天氣。

8日08時(shí),500 hPa上(圖略),東亞中高緯為一較寬廣的槽區(qū),貝湖西側(cè)和漠河北部各有一個(gè)低渦中心,大陸高壓控制了華西地區(qū),并與西太平洋副高相連,在30～40°N地區(qū)形成一帶狀高壓壩。“?？迸_(tái)風(fēng)位于帶狀高壓南側(cè),中心在浙北,向西偏北方向行進(jìn),臺(tái)風(fēng)北側(cè)與高壓帶之間維持強(qiáng)盛的偏東氣流,有利于水汽和能量的輸送。第一段大暴雨發(fā)生在環(huán)流中心及北側(cè)偏東急流區(qū)中(浙北及蘇皖南部)。9日08時(shí),由漠河北部冷渦中心伸至我國華北地區(qū)的西風(fēng)槽東移。9日20時(shí),西風(fēng)槽移過120°E,槽底位于山東半島附近,槽后有冷空氣南下。與此同時(shí),副熱帶高壓呈南北向塊狀分布,高壓北側(cè)伸展至日本海南部,大陸高壓則進(jìn)一步東擴(kuò)。已經(jīng)減弱為熱帶低壓的“?？蔽餍惺茏?在兩高壓之間的皖南地區(qū)停滯,低壓倒槽頂端伸至江蘇東北部,倒槽東側(cè)的東南急流攜暖濕氣流,與南下的冷空氣交匯于倒槽頂部,使這一地區(qū)對(duì)流迅速發(fā)展,導(dǎo)致第二段特大暴雨天氣的出現(xiàn)。

3兩段大暴雨期間的層結(jié)與水汽條件對(duì)比

3.1　層結(jié)特征對(duì)比

8日08時(shí),沿121°E假相當(dāng)位溫θse的垂直剖面(圖2a)顯示,臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心位于30°N附近,環(huán)流中心維持正壓結(jié)構(gòu),近乎垂直的暖濕中心從地面伸展至300 hPa,其兩側(cè)為相對(duì)干冷的環(huán)境。暖濕區(qū)內(nèi),θse值較均勻,500 hPa以下基本為354 K。從θse的垂直分布來看,位于臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心及北側(cè)的暴雨區(qū)發(fā)生在近中性的層結(jié)之下,且此處θse等值線稀疏,梯度均勻,無明顯的鋒面存在。而第二段大暴雨發(fā)展過程中大氣層結(jié)結(jié)構(gòu)則明顯不同,10日08時(shí)(圖2b),暴雨區(qū)北側(cè)36～38°N之間存在比較清晰的鋒面結(jié)構(gòu),鋒面隨高度逐漸向南傾斜,中層500～600 hPa之間有一相對(duì)干冷區(qū)向南伸展,使暴雨區(qū)上空北側(cè)等位溫線密集區(qū)的范圍縮小,促進(jìn)中層鋒生(吳海英等,2014)。大暴雨發(fā)生在鋒面南側(cè)的暖區(qū)中,暴雨區(qū)附近,邊界層內(nèi)為θse大值區(qū),θse值隨高度逐漸減小,大氣層結(jié)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的對(duì)流不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

圖2　8月8日08時(shí)沿121°E(a)、10日08時(shí)沿120°E(b)假相當(dāng)位溫的垂直剖面(單位:K;紅色短線為暴雨區(qū));8月8日08時(shí)(c)、10日08時(shí)(d)500 hPa溫度平流(單位:10-5 ℃·s-1);8月8日08時(shí)寶山(e)、10日08時(shí)射陽(f)的T-lnP圖Fig.2　Vetical sections of potential pseudo-equivalent temperature along (a)121°E at 08:00 BST 8 August and (b)120°E at 08:00 BST 10 August(units:K;red short line shows the heavy rain area);Temperature advection at 500 hPa at (c)08:00 BST 8 and 08:00 BST 10 August(units:10-5 ℃·s-1);T-lnP pictures of (e)Sheyang station at 08:00 BST 8 August and (f)Baoshan station at 08:00BST 10 August

從溫度平流的分布可以看出,第一段大暴雨發(fā)展過程中中高層維持較強(qiáng)的暖平流(圖2c)。而在后一段大暴雨發(fā)生前期(9日20時(shí)),500 hPa(圖2d)上,東移高空槽后部有冷空氣擴(kuò)散南下,在江蘇北部形成明顯的冷平流中心,暴雨區(qū)處于冷平流區(qū)內(nèi)。此時(shí)暴雨區(qū)低層并無明顯冷平流影響(圖略),因而暴雨區(qū)上空構(gòu)建了冷平流疊置于暖平流之上的溫度平流垂直結(jié)構(gòu),促進(jìn)了對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展。從兩段大暴雨區(qū)中各選一探空站分析大氣層結(jié)的溫濕結(jié)構(gòu),第一段大暴雨中的上海寶山站探空曲線顯示,8日08時(shí)(圖2e),該站上空濕層深厚,溫度與露點(diǎn)溫度幾乎重合,整層大氣處于近飽和狀態(tài)。上下層為一致的偏東風(fēng),整層風(fēng)速超過20 m/s。寶山站的沙氏指數(shù)(SI)為1.22 ℃,CAPE值也僅為104 J/kg?？梢姷谝欢未蟊┯臧l(fā)生在較穩(wěn)定的大氣層結(jié)之下;而第二段大暴雨期間,10日08時(shí),射陽站上空濕層同樣深厚(從地面至400 hPa),但在400～300 hPa間有一干層。20時(shí)前后,干層底部向下擴(kuò)展至700 hPa附近,且700 hPa風(fēng)由西南風(fēng)轉(zhuǎn)偏北風(fēng),這表明暴雨發(fā)展過程中高層有相對(duì)干的空氣入侵且向底層擴(kuò)展。10日08時(shí)(圖2f),射陽站的SI指數(shù)為-1.71 ℃,CAPE值達(dá)到1 420 J/kg,表明第二段大暴雨發(fā)生于層結(jié)極不穩(wěn)定的大氣環(huán)境中,有利于降水期間對(duì)流的發(fā)展。

3.2　水汽分布特征對(duì)比

從兩段大暴雨期間850 hPa風(fēng)場(chǎng)及水汽通量的分布可以看出,8日08時(shí)(圖3a),臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流結(jié)構(gòu)清晰,仍與一支強(qiáng)盛的西南季風(fēng)相連,沿這支氣流形成了一條西南至東北向的水汽通道,充沛的水汽源源不斷地輸送至臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi),在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心附近形成水汽通量大值中心;9日20時(shí)(圖3b),臺(tái)風(fēng)低壓中心附近及與之相連的西南氣流明顯減弱,水汽通道強(qiáng)度減弱,臺(tái)風(fēng)環(huán)流周邊取代環(huán)流中心出現(xiàn)水汽通道的相對(duì)大值區(qū)。

圖3　8月8日08時(shí)(a)、9日20時(shí)(b)850 hPa風(fēng)場(chǎng)及水汽通量(陰影;單位:g·cm-1·s-1·hPa-1)及8日08時(shí)(c)、10日08時(shí)(d)沿120°E的水汽通量散度(陰影;單位:10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1)、渦度(等值線;單位:10-5 s-1)及v-w的垂直剖面(紅色短線為暴雨區(qū))Fig.3　Wind and water vapor flux(shading;units:g·cm-1·s-1·hPa-1) at 850 hPa at (a)08:00 BST 8 and (b)08:00 BST 10 August,and vertical sections of water vapor flux divergence(shading;units:10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1),vorticity(isoline;units:10-5 s-1) and v-w along 120°E at (c)08:00 BST 8 and (d)08:00 BST 10 August(red short line shows the heavy rain area)

沿暴雨區(qū)所在經(jīng)度制作的水汽通量散度、風(fēng)場(chǎng)、渦度場(chǎng)的垂直剖面顯示,第一段大暴雨期間(圖3c),與臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心相對(duì)應(yīng)的是一深厚的正渦度區(qū),渦度中心位于700 hPa附近,值為20×10-5s-1,正渦度區(qū)與一支較寬廣的傾斜上升氣流區(qū)相配合,水汽在對(duì)流層低層臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心附近強(qiáng)烈輻合,在800 hPa以下形成一較大范圍的強(qiáng)水汽輻合中心,中心值超過18×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1,低層充沛的水汽沿上升氣流向上輸送,促進(jìn)了降水的發(fā)展。與之相比,第二段大暴雨發(fā)生發(fā)展過程中動(dòng)力及水汽場(chǎng)表現(xiàn)出明顯不同的垂直結(jié)構(gòu)(圖3d):其一,對(duì)流層低層水汽輻合區(qū)范圍和強(qiáng)度明顯減弱,近地面水汽輻合中心值僅為6×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1。大暴雨區(qū)附近風(fēng)場(chǎng)也較弱,當(dāng)然這可能與再分析資料分辨率較低,無法準(zhǔn)確描述中尺度對(duì)流發(fā)展所伴隨的局地水汽集中和上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展強(qiáng)度有關(guān),但從大尺度的水汽輻合和垂直運(yùn)動(dòng)環(huán)境來看,這樣的垂直結(jié)構(gòu)并不利于區(qū)域性大暴雨天氣發(fā)生;其二,較強(qiáng)的上升氣流位于對(duì)流層中層(500～400 hPa),并非如8日自下而上均為較強(qiáng)盛的上升氣流,且出現(xiàn)了一個(gè)弱的氣旋性渦度中心,這可能是由于暴雨區(qū)北側(cè)中層有偏北氣流侵入,與偏南氣流對(duì)峙于暴雨區(qū)上空,使此處中層風(fēng)場(chǎng)輻合和氣旋性渦度發(fā)展,導(dǎo)致暴雨區(qū)上空垂直運(yùn)動(dòng)得以增強(qiáng),促進(jìn)了局地降水的發(fā)展。

綜上所述,盡管這兩段大暴雨過程都是由“海葵”臺(tái)風(fēng)登陸后引起的,但其發(fā)展過程中所處的熱、動(dòng)力及水汽環(huán)境卻有明顯區(qū)別:第一段區(qū)域性大暴雨發(fā)生在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心及北側(cè),此時(shí)雖然臺(tái)風(fēng)已減弱,但環(huán)流結(jié)構(gòu)完整,臺(tái)風(fēng)中心在一定程度上依舊維持正壓熱力結(jié)構(gòu)。與臺(tái)風(fēng)環(huán)流相連的強(qiáng)盛的西南季風(fēng),提供了充沛的水汽,并在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心附近中低層形成較大范圍的強(qiáng)水汽輻合區(qū),與上升運(yùn)動(dòng)區(qū)相配合,促進(jìn)了降水發(fā)展。臺(tái)風(fēng)環(huán)流北側(cè)的高壓帶阻止了北方冷空氣入侵,降水過程中并無冷空氣的參與,大暴雨發(fā)生在相對(duì)穩(wěn)定的層結(jié)之下,故降水期間對(duì)流活動(dòng)較弱;第二段大暴雨發(fā)生在遠(yuǎn)離環(huán)流中心的臺(tái)風(fēng)倒槽頂部,暴雨發(fā)展過程中,臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心附近風(fēng)場(chǎng)、與之相連的西南季風(fēng)及水汽輸送通道明顯弱于第一段強(qiáng)降水,且暴雨區(qū)低層大尺度水汽輻合區(qū)及上升氣流區(qū)的強(qiáng)度、范圍也小于前者。但高空槽后部伴有冷平流,有利于暴雨區(qū)上空對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展,促進(jìn)了中尺度對(duì)流擾動(dòng)的形成,導(dǎo)致降水期間局地對(duì)流發(fā)展旺盛。

4地面中尺度輻合對(duì)局地特大暴雨增幅作用

利用地面加密自動(dòng)站資料對(duì)比分析了兩段大暴雨期間地面要素場(chǎng)演變的中尺度特征,圖4a、b和圖4c、d分別是兩段大暴雨期間降水最強(qiáng)盛階段的地面風(fēng)場(chǎng)及對(duì)應(yīng)時(shí)刻的降水分布。8日,隨著臺(tái)風(fēng)登陸西行北上,臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心附近的雨區(qū)逐漸向西北擴(kuò)展。8日16時(shí)(圖4a),位于臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心北側(cè)的蘇皖南部偏東氣流開始增強(qiáng),且在增強(qiáng)的偏東風(fēng)場(chǎng)中出現(xiàn)帶狀輻合區(qū)(圖略),降水沿輻合帶發(fā)展形成降水分布較均勻的雨帶,降水強(qiáng)度約為10 mm/h,雨帶緩慢北推。2 h后(圖4b),北界移至沿江附近,之后在蘇皖南部徘徊十幾小時(shí),雨強(qiáng)基本變化不大,降水較長時(shí)間的維持造成了蘇皖南部的區(qū)域性大暴雨天氣。第二段強(qiáng)降水發(fā)展過程中伴有明顯的中尺度特征,從暴雨中心響水站雨量逐時(shí)變化(圖略)來看,09—10時(shí)及12—13時(shí)兩個(gè)時(shí)次的雨強(qiáng)最強(qiáng),響水附近存在極強(qiáng)的中尺度雨團(tuán)(圖4c、d)。結(jié)合風(fēng)場(chǎng)的分布和變化來看,在降水發(fā)展過程中,響水東側(cè)的偏東氣流、南側(cè)的東南氣流均有所增強(qiáng),兩支氣流在響水附近匯合(圖4d),風(fēng)場(chǎng)中出現(xiàn)一強(qiáng)輻合中心(圖4e)。值得注意的是,偏東氣流在響水附近出現(xiàn)明顯的氣旋性偏折,對(duì)應(yīng)地面氣旋性渦度的發(fā)展(圖4f),有利于此處中小尺度系統(tǒng)的發(fā)展。地面氣流連續(xù)幾個(gè)時(shí)次在響水附近都出現(xiàn)偏折,結(jié)合此處地形特征,響水北部連云港境內(nèi)的云臺(tái)山的阻擋作用可能導(dǎo)致近地層氣流轉(zhuǎn)向,或?qū)Υ硕尉值貜?qiáng)降水的發(fā)展有一定作用。另外,從地面假相當(dāng)位溫(θse)演變(圖略)表明,第二段強(qiáng)降水期間地面上對(duì)應(yīng)有清晰的鋒區(qū)發(fā)展和移動(dòng),而第一段強(qiáng)降水過程中并沒有鋒面形成。

綜上,兩段大暴雨過程均與地面風(fēng)場(chǎng)發(fā)展演變密切相關(guān),當(dāng)臺(tái)風(fēng)環(huán)流向西北方向推進(jìn)時(shí),環(huán)流中心附近及北側(cè)的偏東氣流明顯增強(qiáng)形成范圍較大的輻合區(qū),有利于水汽的匯聚和降水的發(fā)展,導(dǎo)致第一段區(qū)域性大暴雨。相比較而言,第二段大暴雨期間,地面風(fēng)場(chǎng)較弱,但風(fēng)場(chǎng)中出現(xiàn)了清晰的中尺度擾動(dòng),使局地輻合和氣旋性渦度明顯增強(qiáng),配合地面鋒區(qū)的發(fā)展,有利于局地中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的形成和特大暴雨的產(chǎn)生。

圖4　8月8日16時(shí)(a)、8日18時(shí)(b)、10日10時(shí)(c)、10日13時(shí)(d)地面風(fēng)場(chǎng)(單位:m·s-1)和1 h雨量(單位:mm),以及10日10時(shí)地面散度(e)和渦度(f)分布(單位:10-5 s-1;紅框表示降水中心)Fig.4　Surface wind field(units:m·s-1) and 1-hr rainfall(units:mm) at (a)16:00 BST 8,(b)18:00 BST 8,(c)10:00 BST 10,and 13:00 BST 10 August,and surface (e)divergence(units:10-5 s-1) and (f)vorticity(units:10-5 s-1) at 10:00 BST 10 August(red box denotes precipitition center)

5結(jié)論與討論

1)1211號(hào)“?？迸_(tái)風(fēng)登陸后造成了兩段對(duì)流發(fā)展明顯不同的大暴雨天氣。第一段大暴雨發(fā)生在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心及北側(cè),降水發(fā)展平緩,雨強(qiáng)及對(duì)流性相對(duì)較弱,持續(xù)時(shí)間較長;第二段大暴雨發(fā)生在遠(yuǎn)離環(huán)流中心的臺(tái)風(fēng)倒槽頂部,降水中尺度特征顯著,局地性強(qiáng),發(fā)展迅速,雨強(qiáng)大,降水期間對(duì)流旺盛。

2)在兩段大暴雨發(fā)生發(fā)展期間,暴雨區(qū)所處的層結(jié)和水汽環(huán)境差異顯著。第一段大暴雨發(fā)生在臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心及北側(cè)的偏東急流區(qū)附近,臺(tái)風(fēng)環(huán)流結(jié)構(gòu)完整,維持正壓結(jié)構(gòu),層結(jié)近乎中性,降水過程中無冷空氣參與,臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心附近中低層伴有較大尺度的強(qiáng)水汽輻合和上升運(yùn)動(dòng),區(qū)域性大暴雨由臺(tái)風(fēng)本身造成;第二段大暴雨期間,盡管大尺度水汽輻合及上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度、范圍明顯小于第一段大暴雨,但暴雨區(qū)中高層伴有明顯的冷平流,促進(jìn)了對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展,有利于降水期間對(duì)流的活躍和發(fā)展,導(dǎo)致局地特大暴雨的出現(xiàn)。

3)地面風(fēng)場(chǎng)的擾動(dòng)和發(fā)展與兩段大暴雨的形成密切相關(guān)。當(dāng)臺(tái)風(fēng)環(huán)流向西北方向推進(jìn)時(shí),環(huán)流中心附近及北側(cè)的偏東氣流增強(qiáng)形成輻合區(qū),有利于第一段區(qū)域性大暴雨發(fā)生;第二段大暴雨期間,盡管地面風(fēng)場(chǎng)相對(duì)較弱,但風(fēng)場(chǎng)中出現(xiàn)了明顯的中尺度擾動(dòng),使局地輻合和氣旋性渦度增強(qiáng),配合地面鋒區(qū)的發(fā)展,觸發(fā)了中小尺度對(duì)流系統(tǒng),促進(jìn)局地降水的迅速發(fā)展。

臺(tái)風(fēng)影響期間,降水的對(duì)流性或強(qiáng)或弱是預(yù)報(bào)難點(diǎn),由于影響臺(tái)風(fēng)降水期間對(duì)流發(fā)展的原因多且復(fù)雜,特別是中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)機(jī)制尚未明確,本文針對(duì)個(gè)例研究得到的結(jié)論,還有待進(jìn)一步的工作加以驗(yàn)證和深入。

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(責(zé)任編輯：孫寧)

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