曹楚 王忠東 吳舒婷

(1.溫州市氣象局，浙江 溫州 325000；2.永嘉縣氣象局，浙江 永嘉 325100；3.洞頭區(qū)氣象局，浙江 洞頭 325700)

0 引 言

臺風(fēng)災(zāi)害往往是由臺風(fēng)引發(fā)的暴雨洪澇所致，臺風(fēng)暴雨研究長期以來是臺風(fēng)研究的最重要的方面之一。陳聯(lián)壽等指出臺風(fēng)登陸后的維持不消、停滯、源源不斷的水汽輸送、中低緯環(huán)流相互作用、中尺度系統(tǒng)影響及地形作用等時造成臺風(fēng)特大暴雨的重要因素[1]。林毅等對2005年“龍王”臺風(fēng)中尺度暴雨進行了分析，認為臺風(fēng)進入臺灣海峽后，其東南側(cè)的西南氣流受臺灣島地形影響出現(xiàn)分支而形成的兩只氣流在福州地區(qū)的再次交匯，在有利的環(huán)境條件激發(fā)中尺度對流云團發(fā)展是造成強降水的主要原因[2]。余貞壽等利用Q矢量、螺旋度、濕位渦對給華東造成嚴重災(zāi)害的臺風(fēng)“韋帕”(0713)進行了診斷分析[2]，楊宇紅等采用非靜力MM5(3.5)中尺度數(shù)值模式對0604(BILIS)進行了數(shù)值模擬與診斷分析發(fā)現(xiàn)暴雨區(qū)始終位于不穩(wěn)定能量高值區(qū)域，并存在對流不穩(wěn)定及條件性對稱不穩(wěn)定兩種機制[4]。張程明等對秋季臺風(fēng)“羅莎”(0716)進行了物理量診斷分析，認為垂直螺旋度可以用來表征秋季臺風(fēng)影響下的地面強降水的分布和變化，并在一定程度上可以指示強降水的移動趨勢[5]。錢卓蕾從大尺度環(huán)流形勢、動力、熱力和水汽條件等方面分析了“菲特”臺風(fēng)暴雨特征和形成機理，結(jié)果表明低層輻合高層輻散的分布有利于“菲特”強度的維持，暴雨中心輻合輻散交替分布，近地面輻合的增強預(yù)示著暴雨增幅[6]。沈曉玲等對“菲特”臺風(fēng)暴雨成因進行分析發(fā)現(xiàn)弱冷空氣的擴散使斜壓性增強，并使斜壓位能釋放轉(zhuǎn)化為動能，促使臺風(fēng)殘留低壓環(huán)流加劇，并在臺風(fēng)外圍東偏南暖濕氣流之間形成中尺度輻合帶，為暴雨天氣的產(chǎn)生提供了良好的動力條件[7]。還有很多學(xué)者和業(yè)務(wù)人員從其他方向?qū)ε_風(fēng)暴雨開展了研究[8-11]。2016年第14號臺風(fēng)“莫蘭蒂”在福建廈門翔安區(qū)登陸，登陸點距離浙江南部的溫州地區(qū)有450 km左右，卻給浙江造成了全省性的暴雨，部分大暴雨，所以有必要對此次暴雨過程進行分析研究。本文對“莫蘭蒂”影響期間的形勢場、物理量場以及云圖、雷達回波演變特征等方面做了分析，探尋暴雨的成因，希望能為日常預(yù)報業(yè)務(wù)提供參考。

1 “莫蘭蒂”風(fēng)雨影響概況及特點

2016年第14號臺風(fēng)“莫蘭蒂”于9月10日14時在西北太平洋洋面上生成，生成后強度不斷加強，至12日上午加強為超強臺風(fēng)；14日掠過臺灣南部，于15日03：05，在福建省廈門市翔安區(qū)沿海登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力15級(48 m·s-1)，中心氣壓945 hPa；之后強度逐漸減弱，向西北方向移動，15日17時減弱為熱帶低壓，并向偏北方向移動；16日夜里進入黃海海域，17日凌晨在黃海南部海域變性為溫帶氣旋，見圖1。

受“莫蘭蒂”影響，浙江省出現(xiàn)全省性的暴雨天氣，部分大暴雨。由圖1可知，14日08時至17日08時全省面雨量達149 mm，有934個自動氣象站累計雨量超過100 mm，其中275個站超過200 mm、92個站超過300 mm、17個站超過400 mm，單站累計雨量較大的有臺州黃巖區(qū)嶼頭鄉(xiāng)后岙村534 mm、溫州文成縣珊溪鎮(zhèn)三垟村482 mm、麗水青田縣小舟山鄉(xiāng)476 mm。另外，14日至16日浙江省沿海出現(xiàn)8～10級大風(fēng)，局部11級，最大為寧波寧?？h茶院鄉(xiāng)雞壟山32.1 m·s-1(11級)、溫州平陽縣昆陽鎮(zhèn)29.4 m·s-1(11級)。

圖1 “莫蘭蒂”臺風(fēng)路徑圖(a)和14日08時—17日08時浙江省雨量分布圖(b)(單位：mm)

2 環(huán)流背景分析

2.1 500 hPa形勢場分析

9月10日14時“莫蘭蒂”在西太平洋洋面上生成，500 hPa上中高緯度呈“兩槽一脊”分布，東槽位于東北到華北沿海一帶，西槽位于里海附近，脊區(qū)位于貝加爾湖到新疆地區(qū)，副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)呈東西向帶狀分布，“莫蘭蒂”在副高南側(cè)偏東氣流引導(dǎo)下向偏西方向移動；之后中高緯維持“兩槽一脊”分布，副高加強西伸，“莫蘭蒂”在偏東氣流引導(dǎo)下穩(wěn)定向偏西方向移動，強度逐漸加強；14日08時，“莫蘭蒂”到達臺灣南側(cè)海域，東槽東移，副高呈東西帶狀分布，其中心東退，浙江南部地區(qū)處于副高與“莫蘭蒂”形成東南氣流中，開始出現(xiàn)降水；14日20時，“莫蘭蒂”靠近福建南部沿海，副高斷為東西兩環(huán)，副高西南側(cè)與“莫蘭蒂”形成的東南氣流進一步加強影響浙中南地區(qū)(圖2a)，浙南降水明顯增強，小時雨強達到50 mm以上；浙北地區(qū)處于副高形成的高壓鼻控制，降水不明顯。15日08時，“莫蘭蒂”登陸西進，副高受西風(fēng)槽東移和臺風(fēng)共同影響，進一步東退，此時浙江全省都處于“莫蘭蒂”外圍環(huán)流影響下，浙北降水也明顯增大；15日20時，隨著“莫蘭蒂”繼續(xù)西進，“莫蘭蒂”尾部西南氣流與副高西南側(cè)的東南氣流在浙江交匯，形成風(fēng)向的輻合，有利于對流性降水的產(chǎn)生，同時西風(fēng)槽東移帶來的弱冷空氣開始影響浙江，與以上系統(tǒng)結(jié)合后進一步從促使對流發(fā)展(圖2b)，導(dǎo)致浙江全省出現(xiàn)明顯降水，部分地區(qū)小時雨強達到了70 mm。16日08時，“莫蘭蒂”減弱繼續(xù)北上，浙江全省處于西南氣流之中，降水趨于減弱。所以從上分析可以發(fā)現(xiàn)，浙南前期降水是臺風(fēng)外圍東南氣流造成；后期降水是由臺風(fēng)環(huán)流后部的西南氣流與副高西南側(cè)東南氣流交匯加之弱冷空氣共同影響促使對流發(fā)展引起。

圖2 14日20時(a)和15日20時(b)500 hPa形勢場(單位：hgdp)和風(fēng)場(單位：m·s-1)

2.2 低空急流分析

暴雨的產(chǎn)生與低空急流有密切的關(guān)系。本文通過分析850 hPa低空急流來探討“莫蘭蒂”影響期間低空急流與暴雨的關(guān)系。14日08時，“莫蘭蒂”到達臺灣南側(cè)海域，臺風(fēng)與副高形成的偏東急流開始影響福建沿海，浙江南部處于急流北側(cè)邊緣(圖略)，對照實況此時浙南出現(xiàn)了弱降水。14時，“莫蘭蒂”到達臺灣西南側(cè)海域，進入臺灣海峽，其本體環(huán)流開始影響福建沿海，浙江南部處于其外圍環(huán)流中，偏東氣流明顯加強，此時浙南部分地區(qū)和寧波象山部分地區(qū)出現(xiàn)短時強降水。14日20時，“莫蘭蒂”靠近福建沿海，浙南處于臺風(fēng)外圍東南急流影響區(qū)域內(nèi)(圖3a)，此時從實況分析知道在溫州中南部、溫州與臺州交界處以及寧波奉化形成了3個強降水中心，其中溫州南部1 h最大降水達到了53.4 mm。之后，隨著“莫蘭蒂”登陸，東南急流影響區(qū)域向浙北擴展，且東南急流明顯加強(圖3b、圖3c)，從實況可以知道此段時間浙東南沿海強降水明顯增強，強降水范圍增大。15日20時，“莫蘭蒂”減弱為熱帶低壓進入江西境內(nèi)，“莫蘭蒂”低壓環(huán)流與副高之間的東南急流分成兩支，一支位于浙閩交界處影響浙閩交界地區(qū)，另一支位于寧波沿海，影響寧波、紹興、杭州等地，此時強降水主要位于浙中北沿海以及紹興、杭州等地(圖略)。16日02時，“莫蘭蒂”移動到達江西上饒附近，此時第16號臺風(fēng)“馬勒卡”到達菲律賓移動洋面，“馬勒卡”臺風(fēng)外圍偏東急流與副高西南側(cè)的偏南氣流合并向浙江輸送水汽，以上氣流與“莫蘭蒂”殘留環(huán)流形成的西南氣流在浙江交匯，兩者形成的急流區(qū)主要位于寧波、紹興、舟山等地(圖3d)，此時強降水也位于以上地區(qū)。之后隨著“莫蘭蒂”進一步減弱北上，浙江降水減弱停止。由上分析可知，強降水落區(qū)和偏東或東南急流影響區(qū)域基本一致，或者強降水落區(qū)位于偏東或東南急流的右前方。另外，當臺風(fēng)殘留環(huán)流與副高形成的偏南急流在有充足水汽輸送時，若影響浙江中北部沿海，以上地區(qū)仍可能有短時強降水發(fā)生。

圖3 14日20時(a)、15日02時(b)、08時(c)和16日02時(d)850 hPa低空急流(單位：m·s-1，陰影部分為風(fēng)速大于12 m·s-1)

3 云圖和雷達分析

云圖和雷達作為目前臺風(fēng)暴雨監(jiān)測的重要手段，在臺風(fēng)暴雨落區(qū)預(yù)報以及成因的分析中發(fā)揮著重要的作用。文中利用雷達組網(wǎng)監(jiān)測拼圖和FY2號氣象衛(wèi)星云圖對“莫蘭蒂”暴雨成因做進一步分析。

13日23時，“莫蘭蒂”到達臺灣東南側(cè)海域，從云圖發(fā)現(xiàn)其外圍螺旋云系已進入浙江和福建沿海地區(qū)，雷達拼圖上表現(xiàn)弱降水回波影響以上區(qū)域，浙江、福建沿海出現(xiàn)弱降水。隨著“莫蘭蒂”逐漸靠近福建沿海，其螺旋云系進一步影響浙閩沿海地區(qū)，14日12時螺旋云系已進入浙江東南部沿海，從回波拼圖看到寧波、舟山附近有回波帶，強回波主要位于舟山漁場，浙江沿海受弱回波影響，出現(xiàn)陣性降水。14日20時，“莫蘭蒂”靠近福建沿海，浙江處于“莫蘭蒂”外圍螺旋云系覆蓋下(圖4a)，從雷達拼圖看此時浙南以及溫州、臺州漁場有大片的強回波帶影響以上區(qū)域(圖4b)，回波強度達到了30 dBz，部分地區(qū)達到40 dBz，浙南地區(qū)出現(xiàn)短時強降水，小時雨量最大達到了50 mm左右；之后隨著“莫蘭蒂”登陸福建，從云圖可以看到臺風(fēng)結(jié)構(gòu)減弱松散，雷達回波反映其外圍回波帶也有所減弱；15日7：20，“莫蘭蒂”強度進一步減弱(圖4c)，從雷達拼圖可以看到其中心已基本填塞，強回波主要位于福建地區(qū)，而此時在浙閩交界有一塊強回波從東南向西北方向移動(圖4d)，影響浙南地區(qū)；16：45，“莫蘭蒂”環(huán)流已減弱消失(圖4e)，其殘留云系與西風(fēng)槽云系結(jié)合后影響浙江，從雷達拼圖可以看到有持續(xù)的強回波從浙東南沿海向浙北移動,并在移動過程中增強，回波強度達到了30～45 dBz，部分回波強度達到了45 dBz以上，強回波持續(xù)從以上地區(qū)經(jīng)過，形成了列車效應(yīng)，造成了以上地區(qū)的強降水；16日10時，從云圖可以看到“莫蘭蒂”殘留云系已移出浙江，雷達拼圖也顯示除沿海有弱回波外，其他地區(qū)無回波，浙江降水減弱停止。

圖4 14日19：45(a)、15日7：15(c)、16：45(e)風(fēng)云二號衛(wèi)星云圖和14日19：50(b)、15日7：20(d)、16：40(f)浙江雷達拼圖

從云圖和回波的演變發(fā)現(xiàn)，前期主要是臺風(fēng)外圍環(huán)流云系影響，雷達回波強度主要在30 dBz左右，部分達到40 dBz，主要以混合型降水為主；后期隨著“莫蘭蒂”的減弱，其殘留云系與西風(fēng)槽云系結(jié)合后共同影響浙江，雷達回波強度主要在30～45 dBz之間，部分回波強度達到了45 dBz以上，對流性降水比較明顯。

4 物理量診斷分析

4.1 925 hPa水汽通量散度分析

分析“莫蘭蒂”影響期間925 hPa水汽通量散度場，可以發(fā)現(xiàn)強降水落區(qū)基本和水汽通量散度大值區(qū)重合。13日隨著“莫蘭蒂”靠近臺灣東南側(cè)海域，浙江沿海逐漸處于偏東氣流之中，水汽通量散度場看浙江沿海處于弱的水汽通量散度負值區(qū)內(nèi)(圖略)，表明有水汽在以上區(qū)域輻合；之后隨著“莫蘭蒂”西進，水汽通量輻合進一步加強，14日08時水汽通量散度負值中心位于臺灣南側(cè)，中心值達到了-30×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，浙江東南沿海處于-5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1區(qū)域內(nèi)；14日20時，水汽通量負值區(qū)進一步擴大，負值中心位于臺灣海峽內(nèi)，另外在樂清灣附近有一負值中心，中心值為-5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，此時在溫州與臺州交接區(qū)域出現(xiàn)強降水；15日02時“莫蘭蒂”即將登陸福建，此時水汽通量散度大值區(qū)進一步擴大，負值中心位于福建中南部，中心值為-18×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，浙江東南部處于負值區(qū)域內(nèi)，水汽通量散度值為-6×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1～-9×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1(圖5a)，水汽輻合有所加強，此時降水實況反映以上區(qū)域降水明顯增強；之后隨著“莫蘭蒂”登陸西進，水汽通量散度有所減弱，但浙南始終處于水汽通量散度負值區(qū)域內(nèi)(圖5b)，有利于強降水的發(fā)生；15日20時，“莫蘭蒂”北上后，水汽通量散度負值區(qū)明顯減小，負值區(qū)位于浙北地區(qū)，中心值為-6×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，同時在浙東南沿海有弱的水汽通量散度負值區(qū)；之后，隨著“莫蘭蒂”進一步減弱，水汽通量散度負值區(qū)移出浙江，浙江降水減弱停止。

圖5 2016年9月15日02時(a)和14時(b)925 hPa水汽通量散度(單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)及風(fēng)場(單位：m·s-1)

4.2 850 hPa渦度場分析

14日08時，“莫蘭蒂”位于臺灣東南側(cè)海域，此時渦度中心與臺風(fēng)中心基本重合，另外福建沿海和浙東北沿海有弱的渦度中心，與降水實況疊加可以看到，降水區(qū)域與正渦度區(qū)基本重合；之后隨著“莫蘭蒂”向福建沿?？拷?，浙江全省逐漸處于正渦度影響區(qū)域，且正渦度值增大；15日14時，“莫蘭蒂”登陸后已西進到福建西北部地區(qū)，此時有3個渦度中心，分別位于福建西北、浙江南部和臺灣北部地區(qū)，其中浙江南部渦度中心15×10-5s-1，有利于降水的發(fā)生，與降水大值區(qū)基本重合；20時，“莫蘭蒂”到達江西境內(nèi)，正渦度中心有兩個，分別位于江西境內(nèi)和浙江中南部地區(qū)，位于浙江中南部的中心值達到了9×10-5s-1，與降水大值區(qū)基本重合；之后隨著“莫蘭蒂”減弱北上，正渦度中心值及影響區(qū)域也減弱北上，浙江降水停止。所以從上分析發(fā)現(xiàn)，正渦度大值中心與強降水落區(qū)基本一致。

圖6 2016年9月15日14時(a)和20時(b)850 hPa渦度場和雨量疊加圖(渦度單位：10-5s-1；雨量單位：mm)

5 地形影響分析

浙江省位于東海之濱，地勢西南部高，東北部低，自西南向東北傾斜，呈梯級下降。西南部為平均海撥800 m的山區(qū)，中部以丘陵為主，東北部為沖積平原。全省主要山脈呈西南—東北走向，自北而南分成3支。北支自浙贛交界的懷玉山，向東構(gòu)成浙江的天目山脈、里崗山脈；中支從浙閩交界的仙霞嶺，向東北延展成天臺山、四明山和會稽山脈，天臺山脈自西往東北沒入海中，構(gòu)成舟山群島；南支由浙閩交界的洞宮山脈，向東北伸展為南雁蕩山脈、北雁蕩山脈和括蒼山脈。當有偏東或東南氣流影響時，由于東南沿海南北雁蕩山、天臺山以及四明山與偏東或東南氣流正交，在迎風(fēng)坡造成氣流的抬升，從而導(dǎo)致云團在抬升條件下加強發(fā)展，甚至導(dǎo)致云團停滯，在雷達回波上反映為回波的加強或回波停滯。在“莫蘭蒂”影響期間，偏東或東南急流明顯，特別是14日17時到15日23時期間，從雷達回波拼圖可以看到，在海上回波強度基本維持在30～35 dBz，當回波移入浙東南沿海后回波都有明顯加強，強度達到40～45 dBz，而回波繼續(xù)向西移動進入中部丘陵地區(qū)后，回波則有所減弱。從降水分布可以知道，“莫蘭蒂”影響期間強降水基本分布在浙東南沿海地區(qū)。所以從上分析認為，當偏東或東南氣流影響時，浙東南特殊的地形分布有利于云團的發(fā)展，降水的進一步增大。

圖7 浙江地形圖和氣流影響

6 結(jié) 語

1)從環(huán)流形勢及云圖、雷達資料分析發(fā)現(xiàn)浙南前期降水是臺風(fēng)外圍東南氣流造成；后期降水是由臺風(fēng)環(huán)流后部的西南氣流與副高西南側(cè)東南氣流交匯加之弱冷空氣共同影響促使對流發(fā)展引起。

2)分析低空急流演變發(fā)現(xiàn)強降水落區(qū)和偏東或東南急流影響區(qū)域基本一致，或者強降水落區(qū)位于偏東或東南急流的右前方。另外，當臺風(fēng)殘留環(huán)流與副高形成的偏南急流在有充足水汽輸送時，若影響浙江中北部沿海，以上地區(qū)仍可能有短時強降水發(fā)生。

3)對水汽通量散度和渦度進行分析發(fā)現(xiàn)水汽通量散度負值區(qū)和正渦度區(qū)對強降水的落區(qū)有一定的指示意義。

4)浙東南沿海特殊的地形分布，造成了降水的進一步增幅。