馮德花，牛法寶,張 蕾

(1．云南省文山壯族苗族自治州氣象局,云南 文山 663000;2.云南省氣象局,云南 昆明 650034)

0 引言

熱帶氣旋是生成于熱帶或副熱帶洋面有組織的對(duì)流和確定的氣旋性環(huán)流的非鋒面性渦旋的統(tǒng)稱，我國(guó)是受其影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，其帶來(lái)的強(qiáng)降水一方面會(huì)引發(fā)城市內(nèi)澇，農(nóng)田淹沒等災(zāi)害，另一方面其也能緩解旱情[1-2]。云南地處內(nèi)陸低緯高原地區(qū)，受熱帶氣旋影響頻率和影響強(qiáng)度均較東部地區(qū)低，但其登陸減弱后的低壓西行幾乎每年都有影響云南[3]，是引發(fā)云南大范圍強(qiáng)降水的主要系統(tǒng)之一。許美玲等[4]對(duì)近30 a來(lái)影響云南西行的熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)指出進(jìn)入18°N以北、110°E以西區(qū)域的熱帶氣旋對(duì)云南才會(huì)有影響，并按影響程度把關(guān)鍵區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)，其中臺(tái)風(fēng)進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)Ⅲ(20°N以北、105°E以西)對(duì)云南影響最大。郭榮芬等[5]對(duì)2006年臺(tái)風(fēng)派比安和2008年臺(tái)風(fēng)北冕對(duì)云南降水分析表明：活躍的季風(fēng)系統(tǒng)、低空急流增強(qiáng)造成的對(duì)稱不穩(wěn)定和深厚斜壓性的正反饋機(jī)制造成云南強(qiáng)降水。鐘愛華等[6]分析1213號(hào)臺(tái)風(fēng)啟德和1309號(hào)熱帶風(fēng)暴海燕發(fā)現(xiàn)：把握青藏高壓和副熱帶高壓的位置形態(tài)有利于預(yù)報(bào)熱帶低壓路徑對(duì)云南降水強(qiáng)度和范圍的預(yù)報(bào)。金少華等[7]對(duì)1002號(hào)臺(tái)風(fēng)康森和1003號(hào)臺(tái)風(fēng)燦都造成的云南降水分析表明：低緯高原的高能環(huán)境，地形抬升作用以及低壓溫濕對(duì)稱造成其較長(zhǎng)時(shí)間的降水。梁紅麗等[8]人對(duì)2014年臺(tái)風(fēng)威馬遜和海鷗沿偏西路徑影響云南特征差異診斷表明：造成暴雨分布差異主要是環(huán)境場(chǎng)氣流鋒生，能量變化和地形的共同作用。

MJO不同季節(jié)不同位相可以對(duì)很多地區(qū)的降水產(chǎn)生不同影響[9-13]，覃衛(wèi)堅(jiān)等[14]對(duì)熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩與廣西熱帶氣旋生成發(fā)展的研究發(fā)現(xiàn)：MJO位于西太平洋時(shí)影響廣西的熱帶氣旋偏多。何潔琳等[15]研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流在赤道印度洋東部發(fā)展并東傳到西太平洋熱帶地區(qū)時(shí)，廣西可出現(xiàn)冬季持續(xù)強(qiáng)降水。胡德強(qiáng)等[16]研究海南熱帶氣旋與MJO關(guān)系發(fā)現(xiàn)7—8月和9—10月的熱帶氣旋活躍期和沉寂期對(duì)應(yīng)的MJO位相和強(qiáng)度有所不同。為了探索MJO對(duì)云南降水的影響，李汀等[17]，牛法寶等[18]，米瑞芝等[19]的研究表明MJO活動(dòng)中心進(jìn)入孟加拉灣及西太平洋地區(qū)濕窗口會(huì)激發(fā)這些地區(qū)對(duì)流活動(dòng)，云南降水日數(shù)和降水強(qiáng)度明顯增多。楊素雨等[20]通過(guò)對(duì)MJO合成事件分析顯示，當(dāng)其對(duì)流位于第2位相，云南秋季降水干旱背景下南部降水異常偏多。本文將兩次登陸路徑極其相似的臺(tái)風(fēng)西行進(jìn)入云南對(duì)云南降水的差異從MJO背景、環(huán)流條件、物理量和云圖特征進(jìn)行對(duì)比分析，為云南臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料來(lái)源

2018年第22號(hào)臺(tái)風(fēng)“山竹”、2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”路徑等資料來(lái)源于中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心。MJO數(shù)據(jù)來(lái)源于澳大利亞氣象局(http://www.bom.gov.au/climate/mjo/)。NCEP 1°×1°的逐日再分析資料為全球1 d 4次，要素主要包括水平緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)、位勢(shì)高度、溫度等。

2 臺(tái)風(fēng)路徑和影響

2.1 臺(tái)風(fēng)路徑

2018年第22號(hào)臺(tái)風(fēng)山竹于9月7日在西太平洋洋面上生成，之后不斷加強(qiáng)，15日以超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在菲律賓北部登陸，之后進(jìn)入南海，于16日17時(shí)在廣東臺(tái)山登陸(45 m/s，112.5°E,21.9°N)，之后減弱西行進(jìn)入廣西；17日08時(shí)減弱為低壓,其中心位于廣西百色；17日14時(shí)低壓中心位于云南、貴州和廣西交界處；17日20時(shí)環(huán)流中心減弱，其減弱后的低壓輻合繼續(xù)西行影響云南(圖1)。

圖1 臺(tái)風(fēng)路徑圖Fig.1 Tracks of typhoons

2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)天鴿于8月20日在西太平洋洋面上生成，8月22日上午加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，隨后于下午加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，并于23日上午加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，于23日12時(shí)在廣東珠海登陸，登陸時(shí)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別(48 m/s,113.5°E,21.9°N)，其后西北路徑移動(dòng)，經(jīng)過(guò)廣西減弱為熱帶低壓后進(jìn)入云南，8月24日17時(shí)停止編號(hào)，但其減弱后的低壓繼續(xù)西行影響云南(圖1)。

山竹生命史較長(zhǎng)，兩者均是以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別在廣東沿海登陸，但天鴿強(qiáng)度更大，山竹登陸位置較天鴿偏西一個(gè)經(jīng)度，二者登陸進(jìn)入廣東后都取西北路徑進(jìn)入廣西，天鴿進(jìn)入廣西之后其路徑較山竹偏南西行，天鴿和山竹均進(jìn)入影響云南的關(guān)鍵區(qū)Ⅲ后停止編號(hào)，減弱的低壓繼續(xù)西行影響云南。

2.2 云南降水概況

天鴿過(guò)程云南省出現(xiàn)一次中到大雨為主，局部暴雨、大暴雨天氣過(guò)程，強(qiáng)降水主要集中在云南南部和東部地區(qū)，48 h累積最大降雨量200.6 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)44.7 mm，208站次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，過(guò)程雨量150 mm以上22站次(集中在東部)，100～149.9 mm的共163站(集中在南部)，50～99.9 mm的共866站，0.1～49.9 mm的共2270站(圖2a)。2018年臺(tái)風(fēng)山竹過(guò)程云南降水較2017年天鴿過(guò)程明顯偏弱，全省以小到中雨、局部大到暴雨天氣為主，48h累計(jì)最大雨量為109.5 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)46.4 mm ，50站次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，較強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在云南省東部和西南部西雙版納地區(qū)，過(guò)程雨量100 mm以上的2站，50～99.9 mm的共50站，0.1～49.9 mm的共2 949站(圖2b)。強(qiáng)對(duì)流天氣方面：天鴿在廣東登陸后西北移動(dòng)過(guò)程中，受其外圍云系影響，全省雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水天氣突出，局地還出現(xiàn)了大風(fēng)天氣；2018年山竹過(guò)程中臺(tái)風(fēng)在廣東臺(tái)山登陸沿海地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣突出，但是西移過(guò)程中云南省東部未出現(xiàn)明顯強(qiáng)對(duì)流天氣，僅中部以西出現(xiàn)局地小范圍的雷暴和短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

(a)“天鴿”降水實(shí)況 (b)“山竹”降水實(shí)況圖2 云南降水實(shí)況圖Fig.2 Actual precipitation in Yunnan

3 MJO位置和強(qiáng)度分析

山竹和天鴿于西太平洋洋面生成時(shí)，MJO分別位于第8和第1位相，均生成于MJO非活躍位相，生成時(shí)MJO弱,隨后往東傳,天鴿在生成東傳過(guò)程中MJO不斷增強(qiáng)，23日沿海登陸后由弱MJO增為強(qiáng)MJO,減弱低壓西行影響云南強(qiáng)降水時(shí)段主要集中在24—26日，這期間MJO一直處于第2位相，且強(qiáng)度增強(qiáng)，MJO>1(圖3a)。山竹于9月7日生成，此時(shí)MJO位于第8位相且MJO<1，之后東傳過(guò)程中略有增強(qiáng)，僅于8—11日時(shí)增強(qiáng)為強(qiáng)MJO,其余時(shí)段均為弱MJO,16日在廣東登陸后強(qiáng)度略增強(qiáng)，云南降水集中在17—19日，該時(shí)段為弱MJO且由第3位相進(jìn)入第4位相(圖3b)。綜合分析可見，2次臺(tái)風(fēng)過(guò)程分別在8月下旬和9月中旬，季節(jié)上有所不同，但臺(tái)風(fēng)登陸后MJO都有一個(gè)增強(qiáng)過(guò)程，不同的是MJO指數(shù)山竹較天鴿弱，山竹登陸后東傳減弱，而天鴿過(guò)程MJO東傳中持續(xù)增強(qiáng)。

以上分析可見,臺(tái)風(fēng)生成時(shí)MJO位于非活躍位相，臺(tái)風(fēng)西移過(guò)程中MJO東傳可不斷增強(qiáng)，2次臺(tái)風(fēng)均以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別在廣東沿海登陸，但是山竹登陸點(diǎn)較天鴿略偏西，登陸時(shí)強(qiáng)度略小，登陸時(shí)MJO均位于中東印度洋，減弱后的低壓影響云南時(shí),天鴿過(guò)程MJO位于第2位相為強(qiáng)MJO，山竹位于第3～4位相為弱MJO,2次過(guò)程對(duì)比發(fā)現(xiàn)強(qiáng)MJO背景下云南強(qiáng)降水區(qū)域更大，強(qiáng)度更強(qiáng)。

(a)天鴿 (b)山竹圖3 MJO位相圖Fig.3 MJO phase

4 天氣環(huán)流背景

山竹過(guò)程中，副熱帶高壓呈比較明顯的塊狀分布，在廣東臺(tái)山登陸之后，16日20時(shí)其588 dagpm線伸至105°E附近，受其副熱帶高壓西南側(cè)氣流影響，低壓沿其西側(cè)往西北方向移動(dòng)。17日14時(shí)中心位于云南、貴州和廣西交界處減弱后停止編號(hào)，低壓繼續(xù)西行；17日20時(shí)588 dagpm線東退至110°E 附近，環(huán)流中心位于越南北部于云南文山南部交界處(圖4a)。西行過(guò)程中對(duì)云南南部影響較大，之后與孟加拉灣低壓合并，影響減弱。

天鴿過(guò)程副熱帶高壓為帶狀分布，在廣東珠海登陸后，23日14時(shí)588 dagpm線西伸至75°E附近，登陸后沿著副熱帶高壓南側(cè)以西行為主；24日17時(shí)停止編號(hào)之后，減弱的低壓繼續(xù)西行；24日20時(shí)588 dagpm西脊點(diǎn)較之前東退到100°E附近，低壓環(huán)流沿副熱帶高壓南側(cè)西移至云南南部(圖4b)，25日08時(shí)其減弱后的低壓環(huán)流移至云南西雙版納西部邊緣，25日14時(shí)與孟加拉灣至中南半島一帶的低壓環(huán)流合并。

(a)2018年9月17日20時(shí) (b)2017年8月24日20時(shí)圖4 500 hPa高度場(chǎng)(單位：dagpm)和700 hPa流場(chǎng)合成圖(陰影：700 hPa上風(fēng)速>12 m·s-1)Fig.4 500 hPa height (unit: dagpm) & 700 hPa flow (shadow:wind speed above 12 m·s-1 on 700 hPa)

臺(tái)風(fēng)山竹和天鴿減弱后的低壓環(huán)流均西移對(duì)云南產(chǎn)生影響，天鴿過(guò)程副熱帶高壓強(qiáng)盛，影響過(guò)程中588 dagpm東退在100°E附近；山竹過(guò)程副熱帶高壓略弱，其塊狀特征明顯，588 dagpm東退至110°E附近，天鴿過(guò)程沿南側(cè)以西移為主，而山竹過(guò)程西北移動(dòng)且減弱較快，副高位置分布差異下兩次臺(tái)風(fēng)降水范圍和區(qū)域不同。700 hPa上山竹低壓環(huán)流較天鴿略偏南，其西側(cè)孟加拉灣到中南半島附近均有氣旋性環(huán)流，形成與臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流共存的雙渦模式，逆時(shí)針互旋運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流西行，不同之處在孟加拉灣至中南半島一帶的低壓環(huán)流中心山竹較天鴿偏南5個(gè)緯度，天鴿過(guò)程兩環(huán)流中心緯度差距不大(圖4a)，平行的雙渦環(huán)流模式更利于臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流的維持和西移。

5 物理量分析

5.1 水汽通量

山竹在廣西百色減弱為熱帶低壓影響廣西、云南東部時(shí)，其700 hPa上的低壓環(huán)流為近似圓形，水汽通量大值區(qū)位于低壓中心東北象限的廣西地區(qū)，云南東南部地區(qū)水汽通量在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5a)。隨著低壓減弱西移動(dòng)，18日08時(shí)，700 hPa上低壓中心減弱西移動(dòng)至云南西南邊緣，水汽通量12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上的地區(qū)位于廣西—貴州地區(qū)，云南中部以東為全省水汽通量的大值區(qū)，值在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5b)，強(qiáng)降雨主要集中在云南中部以東的區(qū)域，之后低壓中心與孟加拉灣低壓合并減弱，強(qiáng)降雨區(qū)西移至云南的普洱和西雙版納。天鴿進(jìn)入廣西影響百色時(shí)，700 hPa上低壓環(huán)流近似橢圓形，中心位于越南，較山竹偏西偏南，云南中部以東地區(qū)水汽通量在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5c)，低壓西移速度較山竹慢，25日08時(shí)中心位于云南西雙版納，為近似橢圓形的低壓環(huán)流，低壓環(huán)流東部及北部水汽通量明顯增大，大部分地區(qū)12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，局地達(dá)16 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5d)，強(qiáng)降水區(qū)域隨著低壓西移；14時(shí)水汽條件進(jìn)一步加強(qiáng)，降雨持續(xù)，25日20時(shí)低壓中心消散減弱移出云南省，水汽通量值明顯減小，降雨減弱。

圖5 700 hPa水汽通量(單位：g·cm-2·hPa-1·s-1)和流場(chǎng)合成圖Fig.5 700 hPa water-vapor flux (unit:g·cm-2·hPa-1·s-1 ) &flow

當(dāng)700 hPa上臺(tái)風(fēng)低壓中心進(jìn)入影響云南的關(guān)鍵區(qū)Ⅲ而未進(jìn)入云南境內(nèi)時(shí)，位于環(huán)流中心前部的云南東部地區(qū)水汽通量較大，在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上；云南西北部水汽通量都較小，但中部地區(qū)天鴿過(guò)程水汽通量值比山竹大，4 g·cm-2·hPa-1·s-1以上的區(qū)域更廣。隨著低壓環(huán)流中心西移進(jìn)入云南，東部水汽通量減弱，但仍然是云南水汽通量大值區(qū)，天鴿過(guò)程云南大部地區(qū)在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，局部在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，山竹僅東部邊緣地區(qū)在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上。山竹水汽條件總體較天鴿過(guò)程略差，實(shí)況中過(guò)程帶來(lái)的降雨量也較天鴿小。

5.2 垂直速度

兩次過(guò)程均選取了強(qiáng)降水較為明顯的區(qū)域點(diǎn)垂直速度進(jìn)行剖面分析(圖略)，從圖中可以看出：山竹過(guò)程上升運(yùn)動(dòng)主要集中在400 hPa以下，9月17日14時(shí)上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)，強(qiáng)中心位于700 hPa附近，最強(qiáng)區(qū)域?yàn)榇怪彼俣葹?1 Pa·s-1，低層到高層都是以東北風(fēng)為主，18日02時(shí)隨著低壓中心西移，低層到高層都轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，上升運(yùn)動(dòng)減弱，低層開始轉(zhuǎn)為弱下沉運(yùn)動(dòng)。天鴿過(guò)程從24—25日整層都以上升運(yùn)動(dòng)為主，中低層上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)，最強(qiáng)中心位于700 hPa附近，其垂直速度為-2.6 Pa·s-1，24日20時(shí)從低層到高層都由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)。兩次過(guò)程較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)都出現(xiàn)整層由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)的前12 h，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)均出現(xiàn)在700 hPa附近，天鴿過(guò)程中垂直上升運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)更深厚，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，其西行臺(tái)風(fēng)低壓影響下云南的降水更強(qiáng)。

6 云圖

從紅外云圖上分析：兩次臺(tái)風(fēng)在廣東登陸時(shí)均為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別，為有組織的渦旋狀云系，山竹登陸時(shí)其呈彎曲云帶，稠密云區(qū)不大，外圍螺旋云帶較為寬廣(圖6a)。天鴿登陸時(shí)其云型類似強(qiáng)風(fēng)切變型，結(jié)構(gòu)密實(shí)，中心稠密云區(qū)較大，外圍螺旋云帶向西伸展至越南和云南東南部，云南中部以東地區(qū)有分散強(qiáng)對(duì)流云系(圖6d)。隨著臺(tái)風(fēng)西移進(jìn)入廣西，受地形摩擦等作用影響，其云系開始逐漸分散，結(jié)構(gòu)不再完整，但仍然可見氣旋性的渦旋云系，山竹到達(dá)廣西時(shí)其中心云系已經(jīng)減弱，其東側(cè)和南側(cè)有分散對(duì)流云系(圖6b)；天鴿低壓中心進(jìn)入云南后，其中心低壓環(huán)流云系仍然比較強(qiáng)，螺旋結(jié)構(gòu)明顯，云南大部分地區(qū)受其云系影響(圖6e)。低壓環(huán)流繼續(xù)西行之后，對(duì)流云系進(jìn)一步減弱，山竹過(guò)程中云南東部降雨云系明顯(圖6c)，天鴿過(guò)程云系較之寬廣，云南大部地區(qū)云系明顯(圖6f)，實(shí)況上降雨也較山竹范圍更大、強(qiáng)度更強(qiáng)。

圖6 FY2E紅外衛(wèi)星云圖Fig.6 FY2E infrared satellite image

7 小結(jié)

①臺(tái)風(fēng)路徑：山竹和天鴿均在廣東沿海登陸，天鴿登陸位置較山竹偏東一個(gè)經(jīng)度，登陸之后均以西偏北路徑西行，進(jìn)入影響云南的關(guān)鍵區(qū)Ⅲ之后，天鴿路徑略偏南，低壓中心進(jìn)入云南文山，對(duì)影響云南降水的強(qiáng)度和范圍均更大。

②MJO影響：2次臺(tái)風(fēng)過(guò)程在廣東登陸之后其MJO強(qiáng)度均略有增強(qiáng)，山竹過(guò)程MJO雖前期略有增強(qiáng)，但仍然為弱的MJO，天鴿不斷增強(qiáng)為強(qiáng)MJO。減弱后的低壓影響云南時(shí),天鴿過(guò)程MJO位于第2位相為強(qiáng)MJO，山竹位于第3～4位相為弱MJO,2次過(guò)程對(duì)比發(fā)現(xiàn)強(qiáng)MJO背景下云南強(qiáng)降水區(qū)域更大，強(qiáng)度更強(qiáng)。

③臺(tái)風(fēng)路徑受到副熱帶高壓位置和強(qiáng)度的影響，山竹過(guò)程副熱帶高壓塊狀分布，其588 dagpm線西脊點(diǎn)在110°E附近擺動(dòng)；天鴿過(guò)程副熱帶高壓比較強(qiáng)盛，其呈帶狀分布，阻斷了南北之間的氣流交換，588 dagpm線在100°E附近，減弱后臺(tái)風(fēng)進(jìn)入影響云南的關(guān)鍵區(qū)之后以西行路徑為主，700 hPa上孟加拉灣至中南半島一帶均有低壓環(huán)流，天鴿過(guò)程與其中心位置緯度差距不大，有利于臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流的維持和西移，造成的降水強(qiáng)度和范圍更大。

④當(dāng)700 hPa上臺(tái)風(fēng)低壓中心進(jìn)入影響云南的關(guān)鍵區(qū)Ⅲ而未進(jìn)入云南境內(nèi)時(shí)，云南東部地區(qū)水汽通量均較大，隨著低壓環(huán)流中心西移進(jìn)入云南，東部水汽通量減弱，但仍然是云南水汽通量大值區(qū)，天鴿過(guò)程云南大部地區(qū)在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，山竹僅東部邊緣地區(qū)在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上。天鴿過(guò)程水汽通量條件較山竹好，實(shí)況中降雨量更大。

⑤兩次臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流影響云南的過(guò)程中，低層到高層都以上升運(yùn)動(dòng)為主，天鴿過(guò)程垂直速度絕對(duì)值更大，其上升運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)烈更深厚，較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，其降水強(qiáng)度及區(qū)域更大。臺(tái)風(fēng)天鴿登陸時(shí)云系結(jié)構(gòu)密實(shí)，西行過(guò)程中減弱慢，特別是進(jìn)入云南境內(nèi)其減弱的低壓環(huán)流云系仍然明顯，有利于臺(tái)風(fēng)在云南的持續(xù)性降水。