王忠東 曹楚 程瀛

(1.洞頭區(qū)氣象局，浙江 洞頭 325700；2.溫州市氣象局，浙江 溫州 325025；3.永嘉縣氣象局，浙江 永嘉 325100)

“蘇迪羅”(201513)臺(tái)風(fēng)引發(fā)浙南特大暴雨成因分析

王忠東1曹楚2程瀛3

(1.洞頭區(qū)氣象局，浙江 洞頭 325700；2.溫州市氣象局，浙江 溫州 325025；3.永嘉縣氣象局，浙江 永嘉 325100)

利用常規(guī)氣象資料和衛(wèi)星、雷達(dá)、區(qū)域自動(dòng)站等資料和NCEP再分析資料，對(duì)2015年 “蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)給浙南造成的特大暴雨成因做了初步分析，結(jié)果表明， “蘇迪羅”影響期間，浙南降水主要是由臺(tái)風(fēng)本體螺旋雨帶造成，前期局部強(qiáng)降水是由臺(tái)風(fēng)外圍云系造成，后期降水則由其殘留云系引起；溫州南部持續(xù)強(qiáng)降水是由臺(tái)風(fēng)本體的持續(xù)強(qiáng)回波導(dǎo)致列車(chē)效應(yīng)而造成的。通過(guò)對(duì)物理量的分析發(fā)現(xiàn)，“蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)水汽主要來(lái)自南海和西北太平洋，而強(qiáng)的水汽輸送和水汽輻合配合低層強(qiáng)輻合、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)以及中高層的強(qiáng)輻散導(dǎo)致浙南地區(qū)暴雨的發(fā)生；地形對(duì)暴雨的形成有一定的增幅。

熱帶氣旋；列車(chē)效應(yīng)；水汽通量；散度；地形

0 引 言

臺(tái)風(fēng)暴雨常常引發(fā)山洪、泥石流等重大災(zāi)害，長(zhǎng)期以來(lái)一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也是臺(tái)風(fēng)研究和氣象部門(mén)面向政府決策服務(wù)的重點(diǎn)。近年來(lái)隨著觀測(cè)資料的豐富，很多學(xué)者和業(yè)務(wù)人員從不同方面對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為臺(tái)風(fēng)暴雨的強(qiáng)度與水汽輻合、位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)、邊界層輻合和垂直運(yùn)動(dòng)等有關(guān)[1-4]，臺(tái)風(fēng)暴雨落區(qū)與臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)、臺(tái)風(fēng)路徑、地形等密切相關(guān)[5-8]。但由于造成臺(tái)風(fēng)暴雨的天氣系統(tǒng)除臺(tái)風(fēng)環(huán)流本身外，還經(jīng)常涉及到臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)帶系統(tǒng)[9]或熱帶系統(tǒng)共同作用以及地形等因素的影響，因而對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨強(qiáng)度和落區(qū)的預(yù)報(bào)仍十分困難[10]。2015年“蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)在福建省莆田登陸，卻給浙江南部地區(qū)造成了強(qiáng)降水，特別是溫州南部縣(市)降水集中，小時(shí)雨量打破了溫州歷史臺(tái)風(fēng)雨強(qiáng)記錄。本文利用常規(guī)觀測(cè)資料，自動(dòng)站加密資料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析資料、衛(wèi)星云圖、多普勒雷達(dá)等資料，分析和探討臺(tái)風(fēng)引發(fā)浙南特大暴雨成因，以期為業(yè)務(wù)臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

1 “蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)概況和降水時(shí)空特征

1.1 “蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)概況

2015年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇迪羅”于7月30日20時(shí)(北京時(shí))在西北太平洋洋面上生成，生成后向西偏北方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，8月3日14時(shí)加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，之后繼續(xù)向西偏北方向移動(dòng)，8日4：40在臺(tái)灣花蓮登陸，登陸時(shí)強(qiáng)度為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等級(jí)；之后受臺(tái)灣地形影響折向西南方向移動(dòng)，8日10時(shí)左右進(jìn)入臺(tái)灣海峽，強(qiáng)度減弱為臺(tái)風(fēng)級(jí)別，8日22：10再次在福建莆田秀嶼區(qū)登陸，登陸時(shí)近中心最大風(fēng)力13級(jí)(38 m·s-1)，近中心氣壓970 hPa。登陸后向西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸減弱，穿過(guò)福建、江西、安徽等地后于10日17時(shí)停止編報(bào)(圖1)。

圖1 “蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑

1.2 降水時(shí)空特征

“蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)8月8日22：10在福建莆田秀嶼區(qū)登陸，受其影響 8月7日08時(shí)—10日20時(shí)浙江省平均面雨量131 mm，其中溫州261 mm，麗水190 mm，臺(tái)州177 mm；文成珊溪鎮(zhèn)仰山1 h雨強(qiáng)達(dá)124 mm(破溫州歷史臺(tái)風(fēng)的小時(shí)雨強(qiáng)記錄)，24 h雨強(qiáng)達(dá)690 mm(8月8日7時(shí)—9日7時(shí))；單站過(guò)程最大降水出現(xiàn)在文成珊溪鎮(zhèn)桂山，雨量達(dá)到了806 mm。從雨量分布圖可以看到，“蘇迪羅”影響期間浙江省300 mm以上降水主要集中在浙南地區(qū)(圖2a)；從自動(dòng)站逐小時(shí)降水資料知道，此次過(guò)程降水時(shí)段集中，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在8月8日后半夜到9日上午。選取過(guò)程雨量最大站點(diǎn)文成桂山站進(jìn)行逐小時(shí)降水時(shí)間序列分析(圖2b)，可以看到文成桂山站降水主要集中在2個(gè)時(shí)段，分別為8月8日08—10時(shí)和8日14—9日07時(shí)，其中8日23時(shí)1h降水達(dá)到了97.1 mm。

圖2 2015年8月7日08時(shí)—10日20時(shí)浙江省降水分布情況(a)和文成桂山站8日00時(shí)—9日20時(shí)逐小時(shí)降水序列圖(b)

2 環(huán)流演變分析

7月31日20時(shí)“蘇迪羅”在西北太平洋洋面上生成，500 hPa上副高為兩環(huán)，東環(huán)位于日本島附近，西環(huán)位于青藏高原北側(cè)；中高緯度多短波槽活動(dòng)，中西伯利亞地區(qū)有一低渦存在。之后，副高加強(qiáng)，于8月1日20時(shí)東西兩環(huán)合并一起，呈東西向帶狀分布，“蘇迪羅”在副高南側(cè)偏東汽流引導(dǎo)下穩(wěn)定向偏西方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。之后，受低渦槽東移影響，副高逐漸減退，但主體始終呈東西向。6日08時(shí)，西風(fēng)槽東移北縮，副高逐漸加強(qiáng)，在低層仍呈東西帶狀，其西脊點(diǎn)位于杭州灣附近，臺(tái)風(fēng)繼續(xù)向偏西方向移動(dòng)，浙南地區(qū)此時(shí)處于東北氣流中，不利于降水出現(xiàn)。7日20時(shí)，臺(tái)風(fēng)到達(dá)臺(tái)灣東部海域，此時(shí)浙南地區(qū)已處于臺(tái)風(fēng)環(huán)流中，同時(shí)臺(tái)風(fēng)與副高之間的偏東氣流增強(qiáng)，溫州局部降水明顯。8日08時(shí)，臺(tái)風(fēng)到達(dá)臺(tái)灣北側(cè)即將進(jìn)入臺(tái)灣海峽，浙南大部分地區(qū)處于臺(tái)風(fēng)環(huán)流中，溫州中南部出現(xiàn)集中強(qiáng)降水(圖3a)。之后，隨著“蘇迪羅”登陸，浙江沿海東南氣流持續(xù)增強(qiáng)(圖3b)，使得浙江沿海地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)降水。10日08時(shí)，臺(tái)風(fēng)減弱移動(dòng)到江西九江附近，溫州處于偏南氣流中，部分地區(qū)受殘留云系影響，出現(xiàn)局部強(qiáng)降水。由此可見(jiàn)“蘇迪羅”影響期間，浙南降水主要是由臺(tái)風(fēng)本體螺旋雨帶造成的，前期局部強(qiáng)降水是由臺(tái)風(fēng)外圍云系造成，后期降水則由其殘留云系造成。

圖3 8月8日08時(shí)(a)和9日08時(shí)(b)500 hPa形勢(shì)場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)

3 云圖及雷達(dá)特征分析

云圖和多普勒雷達(dá)產(chǎn)品作為臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)的重要手段，可以比較直觀的反映出引起暴雨的系統(tǒng)。分析“蘇迪羅”影響期間的FY衛(wèi)星云圖和多普勒雷達(dá)產(chǎn)品，進(jìn)一步探討暴雨的成因。

圖4 8月7日9：45(a)、8日4：15(c)FY云圖和8月7日9：50(b)、8日4：20(d)、9日15：40(f)雷達(dá)平圖以及8月8日21：53(e)溫州多普勒雷達(dá)組合反射率產(chǎn)品

8月7日9時(shí)“蘇迪羅”移動(dòng)到臺(tái)灣東部海域，螺旋云系開(kāi)始影響臺(tái)灣地區(qū)，此時(shí)從云圖可以看到浙南沿海開(kāi)始受臺(tái)風(fēng)外圍的零散云團(tuán)影響(圖4a)，雷達(dá)拼圖上也反映出此時(shí)浙南沿海地區(qū)有零散強(qiáng)回波，浙南沿海地區(qū)局部出現(xiàn)明顯降水(圖4b)。之后隨著“蘇迪羅”繼續(xù)向偏西移動(dòng)，臺(tái)風(fēng)本體螺旋云帶向浙江沿?？拷?日4：40，“蘇迪羅”在臺(tái)灣登陸，此時(shí)從云圖上看浙南沿海處于臺(tái)風(fēng)本體螺旋云帶邊緣(圖4c)，雷達(dá)拼圖也顯示后期將有持續(xù)的強(qiáng)回波區(qū)影響浙南地區(qū)(圖4d)，從自動(dòng)站實(shí)況知道浙南開(kāi)始出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)降水。之后，浙南持續(xù)處于臺(tái)風(fēng)本體云系影響之中，強(qiáng)降水持續(xù)。選取降水最大區(qū)域的溫州雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在臺(tái)風(fēng)本體影響期間，螺旋雨帶中有中尺度系統(tǒng)持續(xù)影響平陽(yáng)、蒼南、文成、泰順地區(qū)。8月8日21時(shí)開(kāi)始有一條強(qiáng)度達(dá)到40～50 dBz的帶狀回波從東南向西北方向移動(dòng)持續(xù)影響平陽(yáng)水頭等地近7個(gè)小時(shí)，引起列車(chē)效應(yīng)，從而導(dǎo)致溫州南部出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)降水(圖4e)。之后隨著臺(tái)風(fēng)登陸后向內(nèi)陸移動(dòng)減弱，影響逐漸減弱，但臺(tái)風(fēng)后部殘留回波仍向偏北方向移動(dòng)(圖4f)，影響溫州地區(qū)，導(dǎo)致后期降水。從上分析認(rèn)為：浙南地區(qū)前期降水由臺(tái)風(fēng)外圍零散云團(tuán)造成，而溫州南部持續(xù)強(qiáng)降水則是由于臺(tái)風(fēng)本體的持續(xù)強(qiáng)回波導(dǎo)致列車(chē)效應(yīng)而造成的。

4 物理量場(chǎng)分析

4.1 水汽條件

充足的水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件，同時(shí)充沛的水汽供應(yīng)有利于臺(tái)風(fēng)發(fā)展和維持。分析臺(tái)風(fēng)“蘇迪羅”影響期間850 hPa水汽通量和風(fēng)場(chǎng)結(jié)果表明，登陸前臺(tái)風(fēng)的水汽輸送主要由兩支氣流組成：一支是“蘇迪羅”南側(cè)的偏南氣流從南海攜帶大量的水汽向北輸送。同時(shí)，在此期間，西南季風(fēng)處于強(qiáng)盛期，熱帶輻合帶活躍，進(jìn)一步增強(qiáng)了西南氣流，促使水汽和能量向北輸送，使得“蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)不斷加強(qiáng)。另外一支則是“蘇迪羅”東側(cè)的偏東氣流將西北太平洋水汽向西輸送，兩支氣流在“蘇迪羅”東側(cè)和東北側(cè)匯合，從低空急流強(qiáng)度看偏南急流明顯強(qiáng)與偏東急流，只是到后期副高明顯增強(qiáng)后，偏東急流才較偏南急流強(qiáng)。因此過(guò)程水汽主要來(lái)源于南海和西太平洋。同時(shí)從水汽通量場(chǎng)可以看到2015年8月8日08時(shí)起浙南地區(qū)東南面開(kāi)始有強(qiáng)的水汽輸送帶，浙南地區(qū)處于強(qiáng)水汽輸送帶的邊緣，到8日20時(shí)浙南處于強(qiáng)水汽輸送帶中，尤其是溫州南部處于強(qiáng)水汽輸送帶的中心區(qū)域，水汽通量中心達(dá)到了35 g·cm-1·hPa-1·s-1(圖5a)；隨著“蘇迪羅”登陸，水汽通量中心向北抬，到9日02時(shí)，浙南地區(qū)處于水汽通量輸送帶的中心區(qū)域中，同時(shí)此時(shí)從水汽通量散度可以看到最強(qiáng)的水汽輻合中心位于浙閩交界處，中心強(qiáng)度達(dá)到-10×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1(圖5b)，溫州南部正處于此中心區(qū)域，非常有利于暴雨的產(chǎn)生。之后隨著“蘇迪羅”登陸向西北行，水汽通量逐漸減弱，但9日14時(shí)水汽通量再次增強(qiáng)，溫、臺(tái)地區(qū)處于此水汽通量輸送帶中(圖略)，臺(tái)州地區(qū)局部出現(xiàn)了暴雨。由此可見(jiàn)強(qiáng)的水汽輸送和水汽輻合導(dǎo)致浙南地區(qū)，特別是溫州南部地區(qū)強(qiáng)降水的出現(xiàn)。

圖5 2015年8月8日20時(shí)850 hPa水汽通量(a，單位：g·cm-1·hPa-1.s-1)和9日02時(shí)850 hPa水汽通量散度(b，單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s -1)

4.2 動(dòng)力條件

臺(tái)風(fēng)過(guò)程中強(qiáng)降水的產(chǎn)生除了充足的水汽條件外，還與促成強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力條件有關(guān)。分析“蘇迪羅”高、低空散度場(chǎng)變化可看出，低空的輻合中心基本與高空的輻散中心一致。8月8日20時(shí)，“蘇迪羅”靠近福建沿海，臺(tái)風(fēng)中心位于119.5°E，24.8°N，沿臺(tái)風(fēng)中心做散度緯向垂直剖面圖(圖6a)，可以看到在臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)有比較明顯的輻合輻散中心，輻合中心高度位于900 hPa附近，中心值為-25×10-5s-1，輻散中心位于500 hPa附近，中心值為15×10-5s-1，此配置非常有利于暴雨的產(chǎn)生；對(duì)應(yīng)此時(shí)自動(dòng)站降水資料可以發(fā)現(xiàn)浙閩交界處出現(xiàn)強(qiáng)降水，與以上輻合輻散區(qū)一致。同時(shí)選取過(guò)程最大降水量站文成桂山站(27.64°N，120°E)，對(duì)其垂直速度和渦度做時(shí)間序列分析(圖6b)，可以看到8日20時(shí)到9日08時(shí)之間桂山站有強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度中心達(dá)到-3×10-2Pa·s-1，同時(shí)配合強(qiáng)輻合，輻合中心達(dá)到了15×10-5s-1，這樣強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)配合強(qiáng)輻合有利于低層水汽向高層輸送，導(dǎo)致暴雨的產(chǎn)生。由此可見(jiàn)低層強(qiáng)輻合、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)配合中高層的強(qiáng)輻散容易導(dǎo)致暴雨的發(fā)生。

圖6 2015年8月8日20時(shí)沿臺(tái)風(fēng)中心散度緯向垂直剖面圖(a，單位：10-5s-1)和文成桂山站(27.64°N，120°E)垂直速度和渦度時(shí)間序列圖(b，速度單位：10-2Pa·s-1；渦度單位：10-5s-1；其中時(shí)間軸為世界時(shí))

5 地形對(duì)降水的增幅作用

地形對(duì)降水的增幅作用包括地形摩擦輻合與抬升作用。據(jù)研究，地形引起降水增幅主要取決于兩個(gè)因素，一是低層風(fēng)速，風(fēng)速愈大增幅愈強(qiáng)，二是氣流的暖濕程度，氣流愈暖愈濕，地形對(duì)降水的增幅愈大。在臺(tái)風(fēng)活動(dòng)過(guò)程中，這兩個(gè)條件都具備，因而地形對(duì)降水的增幅作用極為明顯[11]。浙江中南部沿海山脈多呈NE—SW走向，西北高東南低的迎風(fēng)坡非常有利于SE氣流的抬升，容易造成降水量級(jí)的增大。此次降水中心集中在溫州南部的蒼南、文成、泰順交接的山區(qū)，分析溫州地形可以發(fā)現(xiàn)南雁蕩山、玉蒼山在以上區(qū)域相交，形成了向東開(kāi)口的峽口，當(dāng)海上有偏東氣流或東南氣流影響時(shí)，容易造成抬升，從而導(dǎo)致該區(qū)域降水進(jìn)一步增大。

6 結(jié) 語(yǔ)

1)“蘇迪羅”影響期間，浙南降水主要是由臺(tái)風(fēng)本體螺旋雨帶造成的，前期局部強(qiáng)降水是由臺(tái)風(fēng)外圍云系造成，后期降水則由其殘留云系造成；

2)從雷達(dá)資料分析發(fā)現(xiàn)，溫州南部持續(xù)的強(qiáng)回波影響，導(dǎo)致列車(chē)效應(yīng)，引發(fā)平陽(yáng)、文成等地出現(xiàn)特大暴雨；同時(shí)從雷達(dá)分析還認(rèn)為螺旋雨帶中的中尺度系統(tǒng)導(dǎo)致了溫州南部地區(qū)局部短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)；

3)“蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)水汽主要來(lái)自南海和西北太平洋，而強(qiáng)的水汽輸送和水汽輻合配合低層強(qiáng)輻合、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)以及中高層的強(qiáng)輻散導(dǎo)致浙南地區(qū)暴雨的發(fā)生；

4)溫州南部特殊的地形導(dǎo)致了降水進(jìn)一步增大。

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2016-03-22