梁艷 劉峰 林群 宋珊珊 曹楚

(1.平陽縣氣象局,浙江 平陽 325400;2.溫州市氣象局,浙江 溫州 325000)

0 引 言

臺風(fēng)是對我國沿海造成影響最大的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)之一,它帶來的狂風(fēng)、暴雨以及風(fēng)暴潮等常造成受影響地區(qū)房屋倒損、滑坡、泥石流、城鄉(xiāng)積澇,對人民群眾生產(chǎn)生活以及經(jīng)濟社會的發(fā)展造成重大的危害。溫州地處浙江東南沿海,每年夏秋季節(jié)受到臺風(fēng)的影響和威脅,2016年9月溫州受17號臺風(fēng)“鲇魚”影響,給溫州特別是南部地區(qū)造成了嚴(yán)重影響,其雖在福建中部登陸并西進卻造成局部超800 mm的特大暴雨。對于登陸型的臺風(fēng)暴雨,前人做了很多相關(guān)研究[1-4],影響臺風(fēng)暴雨強度不僅和臺風(fēng)本身的強度、范圍以及結(jié)構(gòu)等有關(guān),還與下墊面地形[5]、水汽輸送[6]、冷空氣[7]等因素有關(guān),陳久康[8]等研究發(fā)現(xiàn)中低緯環(huán)流系統(tǒng)相互作用對登陸臺風(fēng)暴雨的突然增幅也有重要作用。本文試通過采用美國國家環(huán)境預(yù)報中心NCEP的1°×1°客觀再分析資料、Micaps資料、國家衛(wèi)星中心的FY-2F衛(wèi)星資料、多普勒雷達資料及浙江省中尺度站氣象資料等對“鲇魚”臺風(fēng)影響期間的環(huán)境場、水汽輸送、地形影響等方面進行分析,總結(jié)在閩中登陸的臺風(fēng)引發(fā)溫州南部特大暴雨的成因,為今后此類登陸型臺風(fēng)的雨量預(yù)報提供借鑒。

1 臺風(fēng)“鲇魚”概況及大尺度環(huán)流特征

1.1 臺風(fēng)“鲇魚”影響情況

臺風(fēng)“鲇魚”于2016年9月23日08時在菲律賓以東的西北太平洋洋面上生成后沿西北路徑移動,強度逐漸加強,并于28日4時40分前后在福建省泉州市惠安縣沿海登陸(33 m/s、975 hPa),登陸后強度迅速減弱,當(dāng)日23時在福建龍巖境內(nèi)減弱為熱帶低壓。受其影響,溫州各地出現(xiàn)了暴雨到大暴雨,特別是南部文成、泰順、蒼南、平陽、瑞安等地出現(xiàn)了局部出現(xiàn)特大暴雨。據(jù)浙江省自動站降水資料統(tǒng)計,2016年9月27日08時至29日12時,全市面雨量240.1 mm(圖1b)。單點累計雨量600 mm以上站點有19個,最大在文成周山鄉(xiāng)813.7 mm。據(jù)統(tǒng)計,該臺風(fēng)為2014年至今在9月份登陸大陸并對溫州有較嚴(yán)重影響臺風(fēng)中站點雨量極大值(文成周山鄉(xiāng)802.7 mm)最大、小時雨強(1 h降水達109.7 mm)最強和經(jīng)濟損失最大(35.98億)的臺風(fēng)。

1.2 大尺度環(huán)流背景

從“鲇魚”臺風(fēng)影響期間不同時次500 hPa流場演變圖(圖1a)來看,9月26日西太平洋副熱帶高壓(簡稱副高,下同)588線已深入我國大陸30°N以南地區(qū),副高脊線呈東東北—西西南走向,并形成高壓壩。臺風(fēng)受副高南側(cè)的東南氣流引導(dǎo)穩(wěn)定向西北方向移動,副高中心最強達596。28日前后受北方高空槽影響,副高斷裂成兩環(huán),其中東環(huán)高壓脊線北抬到30°N以北,且西伸至110°E附近。臺風(fēng)西行為主,并于當(dāng)天4:40前后在福建省泉州市惠安縣沿海登陸。對應(yīng)700 hPa和850 hPa環(huán)流特征(圖略),其演變形勢與高層相似,臺風(fēng)北側(cè)的高壓壩明顯,熱帶地區(qū)為西南急流區(qū),南海地區(qū)受夏季西南季風(fēng)影響將水汽源源不斷輸送到臺風(fēng)“鲇魚”環(huán)流內(nèi)。大氣上下層臺風(fēng)中心位置較一致,高空槽位置偏北,無冷空氣影響?？梢姶舜闻_風(fēng)暴雨期間,副高發(fā)展旺盛,其南側(cè)的東南氣流為臺風(fēng)的引導(dǎo)氣流,使其移動路徑較穩(wěn)定,水汽輸送明顯,強降水的發(fā)生主要為其本體系統(tǒng)造成。

圖1 臺風(fēng)“鲇魚”26—28日500 hPa形勢場、臺風(fēng)位置(a,單位:dagpm)和溫州市過程雨量(b,單位:mm)

1.3 衛(wèi)星云圖分析

降水與云的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),云頂亮溫是氣象衛(wèi)星紅外探測通道獲取的云頂及無云或少云區(qū)地球表面的向外輻射,是生成紅外云圖和各種不同增強顯示云圖最原始的定量資料,以相當(dāng)于黑體溫度(Black-Body Temperature,縮寫為TBB)表示,TBB資料因其時空分辨率較高,可用來反映強天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和消亡。在少云區(qū)或無云區(qū),一般TBB>273 K;在有云區(qū),一般TBB≤273 K,且TBB越低,對應(yīng)云頂越高,對流越旺盛,降水潛勢也越大[9]。利用FY-2F衛(wèi)星相當(dāng)黑體亮溫TBB資料,結(jié)合中尺度加密自動站資料,具體分析“鲇魚”臺風(fēng)影響期間云系演變特征。27日22時溫州南部出現(xiàn)TBB低值區(qū)發(fā)展降水區(qū)雨強增強,28日03時(圖2a)開始TBB出現(xiàn)220 K的低值區(qū),且東部海上有大片低值區(qū)域移向溫州南部沿海,實況上南部各縣陸續(xù)出現(xiàn)小時雨強≥30 mm的站點。到08時前后低值區(qū)一直維持在中南部地區(qū)降水也主要位于南部的文成、泰順、蒼南、平陽一帶,8—14時強降水主要位于120.5°E以西地區(qū),這和TBB低值區(qū)位置也基本一致。TBB海上低值區(qū)15時再次發(fā)展并移至平陽文成交界,其后16時(圖略)平陽中西部、文成東部小時雨強3個站達100 mm以上,50 mm以上站點23個,相較于14時6站和15時3站明顯增多。

圖2b給出了位于暴雨中心的文成周山鄉(xiāng)站(27.7°N,120.2°E)9月28日08—20時逐時TBB與其后1 h累積雨量演變,可以看到TBB達230 K左右,該站出現(xiàn)了小時雨量10 mm以上降水,15時和16時TBB均較低為210 K和214 K,對應(yīng)的小時雨量108.5 mm、70.8 mm,降水效率大,17時TBB增大至232 K,對應(yīng)降水效率有所下降,20時TBB增大至257 K,降水明顯減弱,后一小時雨量僅0.8 mm。上述分析表明,TBB低值區(qū)與強降水區(qū)相對應(yīng),TBB值反映小時雨強的大小有約一小時的提前量,TBB值對降水強度也有一定的指示意義,即TBB低于230 K預(yù)示將有明顯降水出現(xiàn),210 K左右出現(xiàn)大暴雨概率較大。另外,結(jié)合15—17時衛(wèi)星云圖資料,發(fā)現(xiàn)此次強降水過程存在MCS。15時起溫州中南部地區(qū)逐漸出現(xiàn)小于241 K云頂亮溫中心,16時該區(qū)域逐漸發(fā)展成為長軸約2個緯距,短軸約1.5個緯距的β中尺度MCS(馬禹等將云頂亮溫小于等于241 K的短軸長度在1.5～3個緯距的對流系統(tǒng)定義為MβCS[10]),系統(tǒng)旺盛時出現(xiàn)-213 K的上沖云頂,實況上強降水發(fā)生在云頂亮溫梯度較大區(qū)域,即文成、瑞安和平陽交界一帶。

圖2 9月28日03時相當(dāng)黑體亮溫(a,單位:K)和周山鄉(xiāng)站9月28日08—20時逐時TBB與其后1 h累積雨量演變圖(b)

3 強降水成因分析

3.1 水汽條件分析

分析28日02時850 hPa水汽通量(圖3a),浙江東南部沿海地區(qū)的強降水的水汽主要來源于南海的西南季風(fēng)輸送,越過20°N后逐漸轉(zhuǎn)為東南急流,形成明顯的水汽通道。同時,輸送來的水汽在浙江南部地區(qū)上空輻合,形成強水汽通量輻合中心,其值小于等于-5。29日02時受西風(fēng)槽東移影響,副高588線已斷裂,臺風(fēng)南側(cè)水汽輸送帶減弱,但臺風(fēng)東側(cè)偏南氣流與副高西側(cè)東南氣流的匯合,為臺風(fēng)登陸后的暴雨提供水汽條件。

圖3 850 hPa水汽通量(a,28日02時,箭矢,g·cm-1·s-1·hPa-1;b,29日02時)、水汽通量散度分布

圖3c為通過周山鄉(xiāng)站強降雨中心水汽通量散度逐6 h剖面時序圖,可以看出,27日08時至29日08時,900 hPa以下均被水汽輻合區(qū)控制。其中18時開始,強降雨中心水汽通量輻合持續(xù)增強,擴展到850 hPa附近,28日00時后,水汽通量輻合增強迅速,08時左右達到峰值,為-30,浙江東南沿海地區(qū)開始出現(xiàn)大面積強降雨就出現(xiàn)在水汽通量輻合峰值附近。結(jié)合水汽通量場(圖3d)發(fā)現(xiàn)鲇魚臺風(fēng)引發(fā)的暴雨期間,水汽通量大于30的大值區(qū)從27日12時至28日06時持續(xù)18 h,期間中心最大為45,強度強持續(xù)時間長,與水汽通量輻合配合較好?？梢?強的水汽通量輻合和充足的水汽輸送是這次強降水形成和維持的必要條件。

3.2 動力條件分析

為揭示臺風(fēng)“鲇魚”的動力結(jié)構(gòu)特征,計算了2016年9月26日20時—29日20時周山鄉(xiāng)站(27.7°N,120.2°E)每隔6 h的散度和垂直速度(圖4),對該站上空大氣的輻合輻散進行診斷分析。27日08時開始,近地面大氣輻合作用加強,中層700 hPa大氣出現(xiàn)較強的輻散運動,由于臺風(fēng)距離較遠,水汽輸送有限,實況上該地未出現(xiàn)明顯降水。27日20時—28日08時,底層大氣輻合進一步加強,中心強度達到-12,高層200 hPa附近同時出現(xiàn)強的輻散中心。垂直速度場上28日02時開始大氣上升運動迅速達到200 hPa附近,利于將低層水汽往高層輸送,在一定程度上增強了雨強,結(jié)合實況看溫州南部地區(qū)開始出現(xiàn)強降水。同樣,28日14時附近大氣上空上升運動明顯,底層大氣持續(xù)輻合運動,且高層200 hPa的輻散中心存在。這種強的低層輻合高層輻散結(jié)構(gòu),配合強上升運動區(qū),使得低層暖濕空氣以氣旋式環(huán)流向暴雨中心輻合上升至高空后向周圍輻散,有利于臺風(fēng)對流云的發(fā)展和暴雨的產(chǎn)生。

圖4 周山鄉(xiāng)上空大氣散度場(單位:10-5 s-1)和垂直速度場(點劃線,單位:Pa·s-1)時間剖面圖

3.3 地形因素影響

根據(jù)前人研究[11],在臺風(fēng)降雨過程中,由于山地造成的降雨量與凝結(jié)率、山脈坡度和正交氣流速度成正比。此次鲇魚影響溫州南部地區(qū)的特大暴雨過程中,地形起到了明顯的增幅作用,主要有3個原因:1)溫州三面環(huán)山,一面臨海,境內(nèi)地勢從西南向東北呈梯形傾斜,有向東南開口的“簸箕”地形(圖5a),此時若有東南氣流、偏東風(fēng)等,會產(chǎn)生地形輻合上升運動。2)溫州南部沿岸地區(qū)由于地形原因,東南風(fēng)基本與海岸線正交,且持續(xù)時間較長,有利于氣流產(chǎn)生抬升。3)上述氣流進入內(nèi)陸后由于山脈阻擋和地形摩擦作用,風(fēng)向轉(zhuǎn)變,發(fā)展出一些中小尺度環(huán)流,輻合抬升進一步加強,從而促使雨量明顯增大。9月28日受底層?xùn)|南急流的不斷輸送,當(dāng)天下午溫州南部地區(qū)雨量較大,18—19時,溫州西部山區(qū)的平陽、瑞安和文成交界一帶上空出現(xiàn)氣旋性風(fēng)向輻合區(qū)(圖5c),系統(tǒng)逐漸發(fā)展并演變成逆風(fēng)區(qū),反射率因子回波強度上升到50 dBz以上,且中氣旋產(chǎn)品指示告警,表明該地區(qū)中小尺度系統(tǒng)活動明顯。由于存在喇叭口地形,地形的收縮致使氣流輻合加強,文成、瑞安和平陽交界一帶發(fā)展生成小尺度低壓系統(tǒng)(圖5d),實況上18—19時大于30 mm/h的暴雨中心也主要處于喇叭口附近。由此可見,地形引起的中小尺度系統(tǒng)對此次降水有明顯的增幅效應(yīng)。

4 歷史相似臺風(fēng)比較

對有氣象觀測記錄以來福州到廈門沿海一帶登陸的歷史臺風(fēng)進行整理分類,登陸后西行路徑的臺風(fēng)共10個,分別為5519、5810、6115、7122、7705、0519、0605、1312、1521、1617。除6115臺風(fēng)溫州各縣市僅出現(xiàn)小雨外,其他臺風(fēng)均有暴雨天氣出現(xiàn),其中1617“鲇魚”臺風(fēng)影響最重。對比臺風(fēng)移動路徑相似程度后,選取1521臺風(fēng)“杜鵑”與“鲇魚”進行比較,簡要分析閩中西進臺風(fēng)中判斷可能發(fā)生強降水的臺風(fēng)特征。

圖5 溫州市地形圖(a)、9月28日18—19時雨量分布(b)、18:51雷達徑向速度圖(c)和(d)18—19時地面自動站風(fēng)場

圖6 臺風(fēng)“杜鵑”和“鲇魚”移動路徑圖

1)副高發(fā)展強盛。在二者生命史期間,副高脊線位于30°N以南地區(qū),受高西北太平洋較高海溫影響,臺風(fēng)北部形成穩(wěn)定高壓壩,海上副高中心強度都達到596 dagpm。受強大的高壓引導(dǎo)臺風(fēng)穩(wěn)定西北行。在經(jīng)過臺灣島進入120°E后,臺風(fēng)南折至23.5°N附近又逐漸轉(zhuǎn)為西北行靠近大陸,且移速減慢,在臺灣海峽內(nèi)外圍風(fēng)圈半徑達到250～320 km,為局地持續(xù)性降水的形成創(chuàng)造了條件。登陸閩中時強度大,為臺風(fēng)級別。

2)水汽輸送充足。臺風(fēng)“杜鵑”影響期間9月29日08時溫州沿海東北轉(zhuǎn)東南風(fēng),水汽輸送條件轉(zhuǎn)好,到30日02時沿海850 hPa以上各層已轉(zhuǎn)為偏南風(fēng),低層925 hPa08時轉(zhuǎn)南風(fēng),水汽供應(yīng)減弱,東南風(fēng)維持不足24 h。而臺風(fēng)“鲇魚”影響期間9月28日08時各層轉(zhuǎn)東南氣流,29日08時仍維持東南氣流,20時后700 hPa以下仍維持弱的東南氣流,東南風(fēng)維持近36 h。

3)生命維持較長。臺風(fēng)“杜鵑”登陸后維持1 h的臺風(fēng)和1 h的強熱帶風(fēng)暴級別后便減弱為熱帶風(fēng)暴級別,29日17時停止編號,陸上生命史9 h。臺風(fēng)“鲇魚”登陸后維持2 h臺風(fēng)級別和5 h的強熱帶風(fēng)暴級別,29日05時停止編號,陸上生命史24 h。分析各層大氣可以發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)“鲇魚”低層輻合運動,200 hPa高層輻散運動維持時間長,與其生命史對應(yīng)較好。

5 結(jié) 語

1)此次臺風(fēng)暴雨期間,副高發(fā)展旺盛,其南側(cè)的東南氣流為臺風(fēng)的引導(dǎo)氣流,使其移動路徑較穩(wěn)定。TBB大小對降水強度有一定的指示意義,即TBB低于230 K預(yù)示將有明顯降水出現(xiàn),210 K左右出現(xiàn)大暴雨概率較大。TBB值反映小時雨強的大小有約1 h的提前量。

2)通過對水汽通量及其散度、垂直速度、大氣散度場等物理量的診斷分析,認為東南氣流為暴雨的產(chǎn)生提供了充足水汽,暴雨區(qū)上空低層輻合、高層輻散以及強上升運動為臺風(fēng)暴雨提供動力條件。

3)溫州南部地區(qū)向東南開口的“簸箕”地形,引發(fā)的中小尺度環(huán)流,使得大氣輻合抬升進一步加強。同時海上東南風(fēng)基本與海岸線較長時間的正交影響,對此次強降水起到了明顯的增幅作用。

4)閩中西進臺風(fēng)的強降水分析中,可結(jié)合一是海上副高位置在30°N以南,強度達到596 hPa以上,臺風(fēng)穩(wěn)定西北行,進入臺灣海峽南折至23.5°N附近,且風(fēng)圈半徑達到300 km左右;二是海上水汽輸送帶與海岸線相對交角,持續(xù)的東南風(fēng)存在和近36 h的水汽輸送時間可能預(yù)示會對浙南造成嚴(yán)重影響;三是低層輻合運動200 hPa高層輻散運動維持時間近24 h,臺風(fēng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,生命史長。

參考文獻：

[1] 陳聯(lián)壽.熱帶氣旋研究和業(yè)務(wù)預(yù)報技術(shù)的發(fā)展[J].應(yīng)用氣象學(xué)報,2006,17(6):672-681.

[2] 鈕學(xué)新,杜惠良,滕代高,等.影響登陸臺風(fēng)降水量的主要因素分析[J].暴雨災(zāi)害,2010,29(1)76-80.

[3] 程正泉,陳聯(lián)壽,徐祥德,等.近10年中國臺風(fēng)暴雨研究進展[J].氣象,2005,31(12):3-9.

[4] 張建海,薛根元,諸曉明,等.臺風(fēng)Rananim登陸后引發(fā)強降水成因和暴雨分布的診斷分析[J].海洋學(xué)研究,2007,25(2):1-12.

[5] 周之栩,張喜亮,吳斌.830湖州西南山區(qū)大暴雨的地形影響特征[J].浙江氣象,2014,35(4):40-43.

[6] 李英,陳聯(lián)壽,徐祥德.水汽輸送對登陸臺風(fēng)維持機制的數(shù)值試驗[J].大氣科學(xué),2005,29(1):91-98.

[7] 周福,錢燕珍,朱憲春,等.“菲特”減弱時浙江大暴雨過程成因分析[J].氣象,2014,40(8):930-939.

[8] 陳久康,丁治英,陶祖玉,等.中低緯度環(huán)流系統(tǒng)相互作用對登陸臺風(fēng)暴雨突然增幅的影響[M].北京:氣象出版社,1996:52-54.

[9] 谷曉平,王長耀,王汶.GMS5紅外衛(wèi)星云圖參數(shù)化及在降水預(yù)測中的應(yīng)用[J].遙感學(xué)報,2005,9(4):459-467.

[10] 張雪晨,鄭媛媛,姚晨,等.一次遠距離臺風(fēng)暴雨中尺度對流系統(tǒng)的分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報,2013,36(3):346-353.

[11] 葉復(fù)聲.溫州地形對臺風(fēng)降水的影響[J].浙江氣象科技,1993,14(1):17-19.