鄭麗娜 王媛 張子涵

(1 山東省濟(jì)南市氣象局，濟(jì)南 250102； 2 山東省東營(yíng)市氣象局，東營(yíng) 257091)

引言

在西北太平洋生成的熱帶氣旋(TC)位于副熱帶高壓南側(cè)，在偏東氣流的作用下一般向偏西方向移動(dòng)，然后登陸我國(guó)沿海地區(qū)，給沿海省份帶來(lái)極端降水與大風(fēng)天氣。臺(tái)風(fēng)登陸之后，一般情況下由于近地層摩擦效應(yīng)使得臺(tái)風(fēng)環(huán)流低層輸入動(dòng)能迅速減少，入流減弱，臺(tái)風(fēng)環(huán)流域內(nèi)的抽吸效應(yīng)減弱；同時(shí)由于臺(tái)風(fēng)登陸后下墊面水汽條件減弱，臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)不能維持，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度迅速減弱，降水減少[1-3]。但是登陸后的臺(tái)風(fēng)由于冷空氣的侵入[4]，與中緯度系統(tǒng)相互作用而發(fā)生變性[5]，或與有利地形發(fā)生相互作用[6-7]等，可以使減弱的臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流獲得能量而重新發(fā)展，引起局地暴雨的發(fā)生。由臺(tái)風(fēng)所引發(fā)的暴雨主要有3種類型[8]:①臺(tái)風(fēng)環(huán)流本身所造成的暴雨；②臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)帶系統(tǒng)或其他系統(tǒng)共同作用而造成的暴雨；③受地形影響，在迎風(fēng)坡暖濕空氣被迫抬升而形成的暴雨。針對(duì)這3種類型，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行過(guò)研究[9-11]，其中熱帶氣旋與中緯度環(huán)流系統(tǒng)相互作用頗受人們關(guān)注。熱帶氣旋在登陸北上過(guò)程中，隨著冷空氣的侵入，常常發(fā)生變性。陳聯(lián)壽等[12]分析了變性臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)，認(rèn)為斜壓能量是臺(tái)風(fēng)變性的主要能源。Evans等[13]分析表明高空槽及高空急流可導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)變性前以及變性后再加強(qiáng)階段的鋒生。韓桂榮等[14]討論了登陸臺(tái)風(fēng)溫帶變性過(guò)程與變形場(chǎng)鋒生的關(guān)系。張雪蓉等[15]則對(duì)臺(tái)風(fēng)0509號(hào)臺(tái)風(fēng)Matsa和0712號(hào)臺(tái)風(fēng)Wipha變性過(guò)程的大氣穩(wěn)定度和垂直螺旋度等進(jìn)行了分析，取得了一些成果。

山東地處中緯度，熱帶氣旋北上與中緯度系統(tǒng)相互作用常常使熱帶氣旋變性給山東帶來(lái)強(qiáng)降水。孫莎莎等[16]利用1949—2014年臺(tái)風(fēng)年鑒資料統(tǒng)計(jì)了在此期間影響山東的80個(gè)變性臺(tái)風(fēng)的氣候特征，指出臺(tái)風(fēng)北上變性主要分布在夏季和秋季，月份主要出現(xiàn)在8月與9月。梁軍等[17]研究認(rèn)為，山東半島的強(qiáng)降水主要位于變性臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流的鋒生階段。吳志彥等[18]利用衛(wèi)星圖像分析了1509號(hào)臺(tái)風(fēng)燦鴻影響山東期間的云圖特征。以上的這些研究成果，對(duì)于我們認(rèn)識(shí)和理解臺(tái)風(fēng)與中緯度系統(tǒng)相互作用的過(guò)程起到了積極作用，但是兩者的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其結(jié)構(gòu)和風(fēng)雨分布都會(huì)發(fā)生變化，尤其是降水的演變，至今人們認(rèn)識(shí)仍不足，其預(yù)報(bào)水平也有待于提高。

2019年09號(hào)臺(tái)風(fēng)利奇馬登陸后一直向北移動(dòng)，盡管強(qiáng)度略有減弱，但其帶來(lái)的降水強(qiáng)度卻始終不減，強(qiáng)降水區(qū)主要出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)的北側(cè)與西北側(cè)，受其影響，山東省多地過(guò)程雨量超200 mm，給當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活造成了嚴(yán)重影響。本文以臺(tái)風(fēng)利奇馬為例，分析臺(tái)風(fēng)北上引發(fā)山東特大暴雨的成因，以期在防災(zāi)減災(zāi)、減少臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的損失方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

本文所用數(shù)據(jù)包括臺(tái)風(fēng)影響期間的地面降水資料、加密自動(dòng)站氣象資料和歐洲中心細(xì)網(wǎng)格資料(分辨率0.25°×0.25°)，要素包括：高度、溫度、溫度平流、比濕、相對(duì)濕度和風(fēng)場(chǎng)等。

判定臺(tái)風(fēng)變性的方法采用“相空間”(Phase Space)法[19]。這種方法包含3種指標(biāo)參數(shù),一是B參數(shù)，表征氣旋在對(duì)流層低層的熱力非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)。用熱帶氣旋(TC)中心500 km半徑范圍內(nèi)，氣旋路徑兩側(cè)900～600 hPa的厚度差異來(lái)計(jì)算，

(1)

式中,h在北半球取+1，在南半球取-1；Z為等壓面高度；R為氣旋當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè)，L為氣旋當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向的左側(cè)。

當(dāng)B參數(shù)達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，即TC具有明顯的熱力非對(duì)稱性(半冷半暖)結(jié)構(gòu)，此時(shí)可視為冷空氣已侵入TC并開(kāi)始發(fā)生變性。Hart對(duì)大西洋變性TC統(tǒng)計(jì)得到的閾值為10 m，即當(dāng)B≥10 m時(shí)TC的變性過(guò)程開(kāi)始發(fā)生。

另外兩個(gè)參數(shù)是對(duì)流層高層(-VTU)和低層(-VTL)的熱成風(fēng)參數(shù)，旨在表征TC核心的冷暖結(jié)構(gòu)：當(dāng)TC在對(duì)流層高、低層熱成風(fēng)參數(shù)的取值均小于0時(shí)，表示氣旋的上下層均為冷心結(jié)構(gòu)，因此可視為T(mén)C變性過(guò)程結(jié)束。計(jì)算時(shí)，對(duì)流層低層取900～600 hPa、高層取600～300 hPa，即

(2)

(3)

其中,ΔZ表示TC中心500 km半徑范圍內(nèi)相應(yīng)等壓面上的高度擾動(dòng)，即ΔZ=ZMAX-ZMIN。

2 過(guò)程概述

2019年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)利奇馬8月4日(北京時(shí)間，下同)在西北太平洋生成之后，一直向西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，8月8日01：00加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心最低氣壓達(dá)930 hPa。10日01：45在浙江溫嶺沿岸以超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度登陸。之后，臺(tái)風(fēng)繼續(xù)向西北方向移動(dòng)，10日04：00減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心最低氣壓為940 hPa，10日07：00減弱為臺(tái)風(fēng),中心最低氣壓為970 hPa，然后臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向偏北方向移動(dòng)。10日20:00減弱為熱帶風(fēng)暴，中心最低氣壓982 hPa，最大風(fēng)速23 m·s-1(9級(jí))，之后基本維持這個(gè)強(qiáng)度至11日10:00。自11日11:00至12日16:00，臺(tái)風(fēng)中心最低氣壓為980 hPa，較10日20:00臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度略有增強(qiáng)，但最大風(fēng)速?zèng)]有變化。之后臺(tái)風(fēng)在萊州灣南部回旋少動(dòng)，于8月13日08:00減弱為熱帶低壓后停編 (圖1a)。

臺(tái)風(fēng)登陸北上的過(guò)程中，給我國(guó)東部沿海各省份帶來(lái)了較強(qiáng)降水(圖1b)。10日08:00至13日20:00，自浙江、江蘇、安徽至山東、天津等地均出現(xiàn)了100 mm以上的強(qiáng)降水，尤其是在山東境內(nèi)，過(guò)程降水量超過(guò)500 mm的氣象自動(dòng)觀測(cè)站有13個(gè)，降水量達(dá)250～500 mm的有307個(gè)，100～250 mm的有533個(gè)，50～100 mm的有567個(gè)，是1951年有氣象資料記錄以來(lái)單次過(guò)程降水量最多的一次。就日降水量而言，山東省有16個(gè)國(guó)家站日降水量超過(guò)250 mm，有21個(gè)站日降水量突破本站歷史極值。單站最大降水量676.6 mm(淄川西河鎮(zhèn)梨峪口)，最大小時(shí)雨強(qiáng)67.6 mm(臨朐辛寨鎮(zhèn)丹河水庫(kù))。可見(jiàn)，此次臺(tái)風(fēng)降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降水強(qiáng)度大、影響范圍廣，是一次極端降水事件。

圖1 臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑(a)與10日08:00至13日20:00中國(guó)東部沿海降水量的分布(b)

3 臺(tái)風(fēng)變性前后暴雨的分布特征

3.1 臺(tái)風(fēng)變性分析

為了判定“利奇馬”在登陸北上過(guò)程中，是否發(fā)生了變性，我們利用“相空間”方法，計(jì)算了10日08:00—12日20:00的3個(gè)指標(biāo)參數(shù),發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)利奇馬變性的時(shí)段在10日20:00—11日08:00。下面以10日20:00與11日08:00為例給出臺(tái)風(fēng)變性前與變性時(shí)的B參數(shù)變化(圖2)。10日20:00(圖2a)，臺(tái)風(fēng)向北移動(dòng)，在TC路徑方向兩側(cè)900～600 hPa上的厚度差(B參數(shù))為7 m(<10 m)，這說(shuō)明臺(tái)風(fēng)正由原來(lái)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)向非對(duì)稱結(jié)構(gòu)演變。到11日08:00，臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑轉(zhuǎn)向西北，其路徑方向兩側(cè)900～600 hPa的厚度差達(dá)10 m，表明臺(tái)風(fēng)已經(jīng)變性(圖2b)。結(jié)合另外兩個(gè)參數(shù)可知，10日20:00(圖3a),對(duì)流層高層(-VTU)和低層(-VTL)的熱成風(fēng)參數(shù)均大于0，臺(tái)風(fēng)具有較好的熱力對(duì)稱性和較完整的暖心結(jié)構(gòu)。11日08:00(圖3b)，臺(tái)風(fēng)的暖心結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜，對(duì)流層低層(-VTL)的熱成風(fēng)參數(shù)大于0，但是對(duì)流層高層(-VTU)小于0，出現(xiàn)了低層是暖心，高層是冷心的結(jié)構(gòu)。11日20:00(圖略)，對(duì)流層高層的冷心逐漸向低層延伸，臺(tái)風(fēng)熱力非對(duì)稱性變得更加明顯，這種結(jié)構(gòu)特征一直持續(xù)到12日20:00。

圖2 2019年8月10日20:00(a)與11日08:00(b)臺(tái)風(fēng)B參數(shù)示意(填色區(qū)為位勢(shì)高度)

圖3 2019年8月臺(tái)風(fēng)“利奇馬”等壓面上高度擾動(dòng)的垂直分布(單位：gpm):(a)10日20:00；(b)11日08:00

為了驗(yàn)證冷空氣是否在11日08:00進(jìn)入到臺(tái)風(fēng)的中心位置，圖4給出了500 hPa與850 hPa的環(huán)流形勢(shì)與溫度平流。從圖4中可清楚地觀察到冷空氣進(jìn)入臺(tái)風(fēng)的過(guò)程。10日20:00(圖4a)，500 hPa高度場(chǎng)，臺(tái)風(fēng)處于大陸高壓與海上副熱帶高壓之間，在臺(tái)風(fēng)的西北側(cè)有經(jīng)向度較大的高空槽，自槽底沿西北氣流有冷空氣從西路進(jìn)入臺(tái)風(fēng)內(nèi)部。對(duì)流層低層850 hPa的形勢(shì)與500 hPa相似，冷空氣除了從西部進(jìn)入臺(tái)風(fēng)中心外，從南部在西南風(fēng)的作用下也有冷空氣進(jìn)入到臺(tái)風(fēng)中心(圖4c)。11日08:00 500 hPa圖上(圖4b)，靠近臺(tái)風(fēng)中心西南側(cè)的冷平流強(qiáng)度較10日20：00明顯增強(qiáng)，冷空氣進(jìn)入臺(tái)風(fēng)的路徑也由上時(shí)次的偏西方向轉(zhuǎn)為西南方向。而該時(shí)次850 hPa圖上臺(tái)風(fēng)中心附近的冷平流強(qiáng)度較10日20:00也有所增強(qiáng)，同時(shí)進(jìn)入臺(tái)風(fēng)中心的冷空氣路徑又向南略有偏轉(zhuǎn)(圖4d)。11日08:00臺(tái)風(fēng)中心在對(duì)流層中低層均演變?yōu)椤鞍肜浒肱钡慕Y(jié)構(gòu)，預(yù)示著臺(tái)風(fēng)變性。這與“相空間”法的結(jié)論一致。有研究表明[11]，這種“半冷半熱”的結(jié)構(gòu)，非常有利于斜壓能量的發(fā)展，而斜壓能量是臺(tái)風(fēng)得以變性的主要能源。

圖4 2019年8月10日20:00(a)、11日08:00(b)500 hPa，10日20:00(c)、11日08:00(d)850 hPa高度場(chǎng)(等值線,dagpm)、風(fēng)場(chǎng)及溫度平流(填色區(qū))

3.2 臺(tái)風(fēng)變性前后山東暴雨的分布

臺(tái)風(fēng)自10日01:45登陸之后，其對(duì)稱性結(jié)構(gòu)遭到破壞，臺(tái)風(fēng)云型逐漸由近似圓型演變成南北向的長(zhǎng)橢圓型，其螺旋云帶的北部邊緣自10日02:00開(kāi)始影響山東南部地區(qū)。10日08:00(圖5a)，臺(tái)風(fēng)自身所帶云系產(chǎn)生的強(qiáng)降水區(qū)主要位于江蘇境內(nèi)，其螺旋云系已伸入山東，云系前沿與華北高空槽云系相銜接，在除半島外的山東大部地區(qū)產(chǎn)生降水。10日14:00雷達(dá)圖上(圖6a),影響山東的降水是臺(tái)風(fēng)的螺旋云帶造成的，此時(shí)高空槽云系位于北京—石家莊一線，還未進(jìn)入山東。10日20:00(圖5b)，臺(tái)風(fēng)繼續(xù)北上，其北側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)的降水云團(tuán)，一是靠近臺(tái)風(fēng)中心影響魯南地區(qū)的云團(tuán)；二是由臺(tái)風(fēng)螺旋云系與高空槽底部云系相疊加產(chǎn)生的位于魯西北地區(qū)的云團(tuán)。此時(shí)的雷達(dá)圖上(圖6b),高空槽云系與臺(tái)風(fēng)外圍的云系已銜接在一起，控制魯中地區(qū)云團(tuán)的組合反射率因子強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，受其影響，山東的中部地區(qū)降下大暴雨(圖7a)。10日20：00至11日08:00，是山東降水的增強(qiáng)階段，也是高空槽云系與臺(tái)風(fēng)云系相互作用的階段。11日08:00，臺(tái)風(fēng)變性，其所帶云系主要集中在臺(tái)風(fēng)中心的東側(cè)與北側(cè)。臺(tái)風(fēng)北部的螺旋云帶結(jié)構(gòu)已消失，山東境內(nèi)的云區(qū)已演變成一個(gè)結(jié)構(gòu)密實(shí)的對(duì)流復(fù)合體，云頂中心亮溫接近-70 ℃。結(jié)合該時(shí)刻的雷達(dá)圖(圖6c),控制山東大部地區(qū)的對(duì)流云團(tuán)迅猛發(fā)展，該對(duì)流云團(tuán)主要位于臺(tái)風(fēng)中心方向的西北側(cè)，而臺(tái)風(fēng)中心附近云團(tuán)的組合反射率因子強(qiáng)度卻明顯下降。隨著臺(tái)風(fēng)北上速度變緩，臺(tái)風(fēng)北側(cè)云系長(zhǎng)時(shí)間影響魯中及其以北地區(qū)，導(dǎo)致該地降下大暴雨至特大暴雨(圖7b)。12日02:00(圖略)，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入變性后期，高空槽攜帶的冷空氣逐漸偏北偏東，冷空氣與臺(tái)風(fēng)的結(jié)合部位也逐漸偏北偏東，影響山東的云系僅剩下一些中低云，降水明顯減弱。可見(jiàn)，此次臺(tái)風(fēng)造成的山東特大暴雨主要分為2段:①臺(tái)風(fēng)變性前,受臺(tái)風(fēng)螺旋云帶及其與高空槽尾部云系相疊加的云團(tuán)影響，在臺(tái)風(fēng)北略偏西的位置出現(xiàn)大暴雨;②臺(tái)風(fēng)變性后，受高空槽與臺(tái)風(fēng)相互作用產(chǎn)生的對(duì)流復(fù)合體影響，在臺(tái)風(fēng)的西北側(cè)產(chǎn)生大暴雨。臺(tái)風(fēng)變性前后的大暴雨均出現(xiàn)在魯中地區(qū)，這與魯中的地形有一定的關(guān)系。魯中地區(qū)多山地丘陵，其中有高于1000 m的泰山、沂山、魯山、蒙山和徂徠山。臺(tái)風(fēng)攜帶云系北上，其前沿到達(dá)魯中地區(qū)時(shí)，受山地阻擋，造成降水的增幅作用，即造成山地的某些區(qū)域降水量增大，降水時(shí)間延長(zhǎng)。李子良[20]對(duì)山脈地形進(jìn)行了有關(guān)降水的數(shù)值模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)地形的強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在山脈的迎風(fēng)坡，這與此次臺(tái)風(fēng)引起的特大暴雨出現(xiàn)的位置相一致。

圖5 2019年 8月10—11日不同時(shí)次的FY-2G衛(wèi)星云圖演變(云頂亮溫)(圓圈代表臺(tái)風(fēng)位置,綠星代表山東的強(qiáng)降水位置)

圖6 2019年8月10—11日不同時(shí)次的全國(guó)雷達(dá)回波拼圖(填色): (a)10日14：00，(b)10日20:00，(c)11日08:00

圖7 臺(tái)風(fēng)變性前(10日08:00至11日08:00)(a)與變性過(guò)程中(11日08:00至13日20:00)(b)山東降水(mm)分布

4 山東特大暴雨物理量特征分析

4.1 熱力條件與水汽條件

此次臺(tái)風(fēng)影響過(guò)程中，魯中及其北部地區(qū)累積降水超過(guò)500 mm，更有甚者超過(guò)600 mm，如此大的降水需要有充足的能量和水汽供應(yīng)。圖8給出了850 hPa假相當(dāng)位溫與水汽通量散度。從圖8中可以看到，10日08：00至11日08:00，臺(tái)風(fēng)變性前，山東處于假相當(dāng)位溫能量舌的西北側(cè)，此處假相當(dāng)位溫線逐漸趨于密集，表明此處存在假相當(dāng)位溫鋒區(qū)，與該鋒區(qū)配合的是水汽通量散度輻合大值區(qū)。10日08:00，從700 hPa風(fēng)場(chǎng)與水汽通量要素場(chǎng)中可以看到水汽來(lái)源于2方面，①來(lái)自南海西南氣流的輸送，②來(lái)自日本東南部洋面的東南氣流輸送(圖略)，從風(fēng)速上看，前者較后者略偏強(qiáng)。11日08:00，臺(tái)風(fēng)變性，假相當(dāng)位溫鋒區(qū)位于魯中地區(qū)上空，該地的水汽通量散度輻合值較臺(tái)風(fēng)未變性前有明顯增加，數(shù)值高達(dá)-18 g·s-1·cm-2·hPa-1，這表明臺(tái)風(fēng)變性使得暴雨區(qū)上空的能量與水汽輻合程度有所加強(qiáng)。特大暴雨區(qū)就出現(xiàn)在假相當(dāng)位溫鋒區(qū)上，與水汽通量散度輻合中心相吻合。此時(shí)700 hPa風(fēng)場(chǎng)與水汽通量要素場(chǎng)顯示水汽來(lái)源除了臺(tái)風(fēng)自身所攜帶的水汽外，還有來(lái)自日本東南部洋面的東南氣流，這支東南氣流強(qiáng)度較11日08:00之前的明顯加強(qiáng)，此氣流與臺(tái)風(fēng)本身的氣流相結(jié)合，加大了臺(tái)風(fēng)北側(cè)水汽的輸送強(qiáng)度(圖略)。

圖8 2019年8月9—11日部分時(shí)刻850 hPa假相當(dāng)位溫(等值線，單位：℃)和水汽通量散度(填色區(qū))

為了了解山東暴雨區(qū)上空水汽的垂直分布，圖9 給出了臺(tái)風(fēng)影響山東期間相對(duì)濕度的垂直演變。從圖9可以看出，10日08：00至11日14:00，暴雨區(qū)上空的相對(duì)濕度值逐漸增大至90%以上，濕層從1000 hPa向上擴(kuò)展到150 hPa，之后，相對(duì)濕度達(dá)80%以上的高度迅速下降到450 hPa，濕層變薄，降水趨于減弱?？梢?jiàn)，特大暴雨主要出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)變性前12 h至臺(tái)風(fēng)變性后6 h。

圖9 2019年8月10日08:00至13日08:00暴雨區(qū)域(117.9°E, 36.6°N)風(fēng)矢量與相對(duì)濕度(填色)高度-時(shí)間演變(橫坐標(biāo)上的粗線段為強(qiáng)降水時(shí)段)

4.2 動(dòng)力條件

在臺(tái)風(fēng)變性前，暴雨區(qū)上空500～800 hPa氣層間的風(fēng)速較小，500 hPa以上各層風(fēng)速較大，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)(圖9)，表明對(duì)流層中存在暖平流。11日08:00，臺(tái)風(fēng)變性，500～800 hPa間的東南風(fēng)較10日20:00突然增大，500 hPa以上的風(fēng)速反而減小，氣層間仍然是暖平流。持續(xù)6 h之后，800～200 hPa風(fēng)速趨于減小。11日20:00，500 hPa至地面，風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，說(shuō)明此高度層內(nèi)出現(xiàn)了冷平流，此時(shí)降水趨于減弱。

圖10給出了臺(tái)風(fēng)登陸北上期間部分時(shí)刻的垂直速度場(chǎng)。從圖10可以看到，10日08:00，最強(qiáng)上升速度區(qū)在臺(tái)風(fēng)中心西北側(cè)，整層的上升氣流，最大上升速度中心在400 hPa附近，強(qiáng)度達(dá)50 hPa·s-1以上，此時(shí)魯中暴雨區(qū)上空垂直速度僅20 hPa·s-1，還未出現(xiàn)暴雨。10日20:00，臺(tái)風(fēng)繼續(xù)北上，最強(qiáng)上升速度區(qū)逐漸遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)中心，向魯中暴雨區(qū)靠近，此時(shí)仍然是整層的上升氣流，這同圖9中風(fēng)矢量的分布一致。11日08:00，臺(tái)風(fēng)變性，臺(tái)風(fēng)中心附近的垂直速度明顯減弱，而魯中暴雨區(qū)上空的垂直速度卻明顯增強(qiáng)。此時(shí)對(duì)流層內(nèi)的氣流結(jié)構(gòu)已呈現(xiàn)出500 hPa 以下為上升運(yùn)動(dòng)，以上為下沉運(yùn)動(dòng)的對(duì)流結(jié)構(gòu)特征。

圖10 2019年8月10日08:00 (a),10日20:00 (b),11日08：00 (c)過(guò)臺(tái)風(fēng)中心(紅點(diǎn))與山東強(qiáng)降水中心(藍(lán)點(diǎn))垂直速度剖面(單位：hPa·s-1)

結(jié)合渦度與散度的垂直分布，10日08:00(圖11a)臺(tái)風(fēng)中心上空的正渦度一直向上延伸到300 hPa，同時(shí)配合氣流大尺度輻合；10日20:00(圖11b)臺(tái)風(fēng)中心上空的正渦度區(qū)移向魯中地區(qū)，最強(qiáng)的氣流輻合區(qū)也接近該地區(qū)。整個(gè)對(duì)流層呈現(xiàn)出低層強(qiáng)輻合，高層強(qiáng)輻散的形勢(shì)；11日08：00 (圖11c)，魯中地區(qū)上空仍然是低層輻合，高層輻散，但是氣流輻合輻散的強(qiáng)度較10日20：00有所減弱，且低層正渦度與高層負(fù)渦度的分布也不似10日20:00那樣近于垂直，而是呈傾斜狀，這也進(jìn)一步說(shuō)明臺(tái)風(fēng)已由原來(lái)的正壓結(jié)構(gòu)向斜壓結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

圖11 2019年8月10日08：00 (a),10日20：00 (b),11日08：00 (c)過(guò)臺(tái)風(fēng)中心(紅點(diǎn))與山東強(qiáng)降水中心(藍(lán)點(diǎn))渦度(等值線，單位：10-6·s-1)與散度(填色)剖面

5 結(jié)論

受2019年8月臺(tái)風(fēng)利奇馬影響，我國(guó)東部沿海各省份均普降暴雨，局地出現(xiàn)特大暴雨，尤其是山東境內(nèi)，受其影響，連續(xù)3天出現(xiàn)暴雨。強(qiáng)降水刷新了山東多地有歷史記錄以來(lái)的日降水極值。本文分析了山東特大暴雨的成因，主要結(jié)論如下：

(1)臺(tái)風(fēng)登陸北上過(guò)程中，冷空氣先后從西路、西南路與南路入侵臺(tái)風(fēng)中心， 致使臺(tái)風(fēng)由對(duì)稱性結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)榉菍?duì)稱性結(jié)構(gòu)，于11日08:00其中心變?yōu)椤鞍肜浒肱?，垂直方向上變?yōu)椤跋屡模侠湫摹钡膬A斜結(jié)構(gòu)，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入變性階段。

(2)臺(tái)風(fēng)的特大暴雨主要分為兩段，一是在臺(tái)風(fēng)變性之前，臺(tái)風(fēng)暴雨主要出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)北側(cè)略偏西的位置，山東的暴雨主要是由于臺(tái)風(fēng)螺旋云帶與高空槽尾部云系相疊加造成的。臺(tái)風(fēng)變性期間，暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)西北側(cè)的山東境內(nèi)，是由于冷空氣侵入使臺(tái)風(fēng)外圍云系演變成強(qiáng)對(duì)流復(fù)合體造成的。

(3)山東特大暴雨主要出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)變性前12 h與臺(tái)風(fēng)變性后6 h。臺(tái)風(fēng)變性，使得暴雨區(qū)上空假相當(dāng)位溫鋒區(qū)加強(qiáng)，濕層增厚，水汽通量散度輻合值加大。臺(tái)風(fēng)變性之前，整個(gè)對(duì)流層為上升運(yùn)動(dòng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，臺(tái)風(fēng)變性之后，氣流結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?00 hPa以下為上升運(yùn)動(dòng)，以上為下沉運(yùn)動(dòng)的形勢(shì)。隨著對(duì)流層500 hPa至地面出現(xiàn)冷平流，降水趨于減弱。