周芯玉，胡東明，梁巧倩，肖婷，諶志剛

（1.廣州市氣象臺(tái)，廣東廣州 510080；2.廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州 510080；3.廣州市氣象局，廣東廣州 510080）

臺(tái)風(fēng)是最具破壞力的氣象災(zāi)害之一，其帶來的大風(fēng)、暴雨以及風(fēng)暴潮等災(zāi)害往往會(huì)對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅。在臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的前提下，降水預(yù)報(bào)是業(yè)務(wù)中的重點(diǎn)［1］。研究表明，臺(tái)風(fēng)本身強(qiáng)度［2-3］、環(huán)境場(chǎng)［4-5］、地形［6-7］等都可以造成降水的差異。一般來說，臺(tái)風(fēng)最大過程降水與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)度越強(qiáng)則降水越大［8］。但二者并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)也可能產(chǎn)生弱的降水，例如9615號(hào)臺(tái)風(fēng)“莎莉”，登陸時(shí)強(qiáng)度很強(qiáng)，但引起的降水卻不大。而在某些情況下臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度不強(qiáng)，卻會(huì)造成極強(qiáng)的降水，如0604號(hào)臺(tái)風(fēng)“碧麗斯”登陸后很快減弱為熱帶低壓，卻引起了連續(xù)的大范圍強(qiáng)降水。研究表明，外部能量的輸入［9-10］、殘渦的維持［11-12］、與其他天氣系統(tǒng)的相互作用［13-14］都可能使弱臺(tái)風(fēng)引起超過強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的（特）大暴雨。在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，預(yù)報(bào)員往往更加關(guān)注強(qiáng)度較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)可能帶來的風(fēng)雨影響，而對(duì)弱臺(tái)風(fēng)造成的極強(qiáng)降水往往會(huì)預(yù)報(bào)偏弱。

受1804號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”影響，2018年6月6—9日廣州先后出現(xiàn)了兩段強(qiáng)度明顯不同的強(qiáng)降水天氣。雖然“艾云尼”強(qiáng)度較弱，中心附近最大風(fēng)力只有8級(jí)，但卻是近10年來給廣州帶來最強(qiáng)降水的臺(tái)風(fēng)。本研究利用熱帶氣旋觀測(cè)資料、廣州市全市自動(dòng)站每5 min的降水資料、NCEP 1°×1°再分析資料（時(shí)間分辨率為6 h）對(duì)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”影響期間廣州兩段強(qiáng)降水的成因進(jìn)行了對(duì)比分析，旨在為今后弱臺(tái)風(fēng)連續(xù)強(qiáng)降水過程預(yù)報(bào)提供參考。

1 臺(tái)風(fēng)概況和降水特征

2018年6月2日14：00（北京時(shí)，下同），1804號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”在南海南部海面形成，5日08：00加強(qiáng)為熱帶風(fēng)暴，6日06：25在湛江徐聞新寮鎮(zhèn)沿海地區(qū)登陸，期間一直以偏北行為主。隨后在瓊州海峽附近回旋，6日14：50在海南?？谑醒睾Ｔ俅蔚顷?，然后轉(zhuǎn)向東北偏北方向移動(dòng)。7日20：30在陽(yáng)江海陵島第3次登陸，先后移經(jīng)云浮、肇慶、清遠(yuǎn)、廣州，8日17：00在肇慶廣寧縣減弱為熱帶低壓，9日08：00在廣州北部一帶進(jìn)一步減弱消失（圖1a）。

雖然“艾云尼”最大風(fēng)力只有8級(jí)，但卻帶來了廣州歷史上影響范圍最廣的一次特大暴雨降水過程，單日特大暴雨和大暴雨站數(shù)均創(chuàng)廣州有記錄以來的歷史新高，造成了嚴(yán)重的城市內(nèi)澇和山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。該次過程全市平均累計(jì)雨量315.8 mm，花都炭步鎮(zhèn)錄得最大累計(jì)雨量512.5 mm和最大日雨量388.9 mm?！鞍颇帷苯o廣州帶來的強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在兩個(gè)時(shí)段：一個(gè)為7日凌晨到中午，臺(tái)風(fēng)距離廣州380～300 km，受其外圍環(huán)流影響，全市普降暴雨到大暴雨，平均降雨量75.4 mm，最大累計(jì)雨量199.9 mm；另外一個(gè)為8日凌晨到9日凌晨，“艾云尼”距離廣州150 km以內(nèi)，受其本體降水影響累計(jì)雨量及小時(shí)雨強(qiáng)較之前都明顯增大，全市平均降雨量193.9 mm，最大累計(jì)降雨量397.8 mm（圖1b-c）。

圖1 1804號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”路徑圖（a）；6月7日02：00—8日02：00（b）和8日04：00—9日04：00（c）廣州累計(jì)雨量（單位：mm）

2 暴雨成因分析

2.1 大尺度環(huán)流

從中層來看，6日夜間至7日隨著“艾云尼”北側(cè)500 hPa高空槽東移南壓，受槽前和副高西側(cè)共同偏南氣流引導(dǎo)，以偏北行為主。7日14：00后，副熱帶高壓逐漸減弱東退，“艾云尼”所受的偏南引導(dǎo)氣流減弱，而西風(fēng)槽前西南氣流維持，逐漸轉(zhuǎn)為東北向移動(dòng)（圖2）。

圖2 6月7日20：00 500 hPa位勢(shì)高度（等值線，單位：dagpm）和風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，填色區(qū)風(fēng)速≥14 m／s）

該次過程正處于西南夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間，從孟加拉灣來的強(qiáng)盛的西南氣流與“艾云尼”始終相連。副熱帶高壓與臺(tái)風(fēng)形成“東高西低”的形勢(shì)，副高西側(cè)的東南氣流與西南季風(fēng)氣流輻合明顯，在臺(tái)風(fēng)右側(cè)的南海北部到廣東一帶形成了南到東南向的深厚急流。6日夜間起，隨著臺(tái)風(fēng)逐漸向東北方向移動(dòng)，與副高之間氣壓梯度不斷增大，急流明顯增強(qiáng)，且急流軸也逐漸東移。

從850 hPa可以看到，6日夜間到7日急流核位于珠江口西側(cè)地區(qū)，強(qiáng)度加強(qiáng)到16 m／s左右，廣州受臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流影響，風(fēng)速為12 m／s左右（圖3a-b）。7日夜間起，急流明顯加強(qiáng)并繼續(xù)東移，廣州轉(zhuǎn)受臺(tái)風(fēng)本體環(huán)流影響，急流強(qiáng)度達(dá)到23 m／s以上，為第1階段的2倍（圖3c）。8日夜間，隨著1805號(hào)臺(tái)風(fēng)“馬力斯”的不斷發(fā)展，西南季風(fēng)向其中心輸送增強(qiáng)，原來與“艾云尼”相連的西南氣流明顯減弱，“艾云尼”也逐漸減弱消失（圖略）。

圖3 6月6日20：00（a）、7日20：00（b）、8日08：00（c）850 hPa風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，填色區(qū)風(fēng)速≥8 m／s）

2.2 輻合輻散

200 hPa上，6—8日有明顯的高空槽加深東移南壓，槽前西南氣流達(dá)到急流強(qiáng)度，廣州始終位于槽前高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)，隨著高空槽和高空急流增強(qiáng)，輻散場(chǎng)也逐漸增強(qiáng)，6日夜間到7日上午，高空輻散場(chǎng)維持在6×10-5s-1左右，8日凌晨增強(qiáng)到9×10-5s-1以上（圖略），為7日上午段的1.5倍，8日午后隨著高空槽的減弱東移而逐漸減弱。

低層輻合也表現(xiàn)為明顯增強(qiáng)的特征。分析925 hPa風(fēng)場(chǎng)和散度場(chǎng)（圖略），可見7日凌晨到上午，廣州受臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流影響，輻合逐漸增強(qiáng)，達(dá)到3×10-5s-1左右，7日午后逐漸減弱。7日20：00“艾云尼”登陸后，其本體環(huán)流的低層輻合明顯增強(qiáng)，廣州逐漸轉(zhuǎn)受其本體環(huán)流影響，8日凌晨起輻合場(chǎng)也逐漸增大到6×10-5s-1以上，為第1段降水過程的2倍。

分析廣州地區(qū)（22.5°N—24.0°N，113.0°E—114.0°E）區(qū)域平均相對(duì)散度場(chǎng)隨時(shí)間的變化特征（圖略），發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水出現(xiàn)的時(shí)間與輻合輻散場(chǎng)的增強(qiáng)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。高層輻散中心一直維持在200 hPa附近，6日夜間到7日上午明顯增強(qiáng)，達(dá)到6×10-5s-1以上。7日下午出現(xiàn)間歇，8日凌晨再次加強(qiáng)超過9×10-5s-1。低層輻合中心主要位于925 hPa附近，7日凌晨到上午加強(qiáng)為3×10-5s-1左右，8日凌晨再次加強(qiáng)為6×10-5s-1以上，一直維持到9日凌晨。可見，高低空輻散輻合場(chǎng)的配合為強(qiáng)降水提供非常好的動(dòng)力條件，輻合輻散場(chǎng)的顯著增強(qiáng)也是造成第2段降水增強(qiáng)的重要原因。

2.3 水汽條件

從850 hPa水汽通量和水汽通量散度（圖略）可以看到，7日凌晨到上午，大的水汽通量主要位于臺(tái)風(fēng)右側(cè)急流中心附近，廣州受臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流影響，水汽通量強(qiáng)度為18 g·cm-1·hPa-1·s-1、水汽通量散度為-2×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1。7日午后到夜間，強(qiáng)的水汽通量主要位于臺(tái)風(fēng)本體附近，廣州附近水汽通量有所減弱。隨著“艾云尼”逐漸東移以及低空急流核的不斷加強(qiáng)東移，8日08：00廣州地區(qū)水汽通量增大到27 g·cm-1·hPa-1·s-1，為7日上午段的1.5倍。伴隨著低層輻合的增強(qiáng)，水汽通量散度也增大到-4×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，為7日上午段的2倍。

從圖4a-b可以看到，兩段過程中水汽通量及水汽通量散度也有明顯的差異分布。過程中水汽通量核主要位于850 hPa高度附近。6日之前，水汽通量維持在12 g·cm-1·hPa-1·s-1左右。6日夜間起受臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流影響，水汽通量強(qiáng)度增強(qiáng)到21 g·cm-1·hPa-1·s-1，并且12 g·cm-1·hPa-1·s-1以上的強(qiáng)水汽通量區(qū)也逐漸伸展到700 hPa附近。此階段水汽輻合也是逐漸增大的，925 hPa水汽通量散度逐漸增大到-6×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1以上。經(jīng)過短暫間歇后，7日夜間起逐漸轉(zhuǎn)受臺(tái)風(fēng)本體環(huán)流影響，水汽通量明顯增強(qiáng)、增厚。8日08：00，850 hPa強(qiáng)中心超過27 g·cm-1·hPa-1·s-1，并且12 g·cm-1·hPa-1·s-1以上的水汽通量區(qū)也伸展到500 hPa高度。與此同時(shí)，925 hPa附近水汽通量散度超過-14×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，為第1段降水的2倍以上。水汽通量強(qiáng)度、水汽通量厚度以及水汽通量輻合強(qiáng)度的顯著增強(qiáng)是造成第2段降水顯著增強(qiáng)的重要原因之一。

圖4 廣州區(qū)域平均水汽通量時(shí)間-高度圖（單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和平均水汽通量散度時(shí)間-高度圖（單位：10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1）（b）

2.4 不穩(wěn)定能量

一般來說，對(duì)于連續(xù)性強(qiáng)降水過程，降水發(fā)生前大氣是不穩(wěn)定的，降水開始后，受到雨滴蒸發(fā)、下墊面冷卻等非絕熱作用，邊界層內(nèi)氣溫下降，而由于水汽凝結(jié)潛熱釋放，中上層大氣是有所增溫的，從而導(dǎo)致大氣趨于穩(wěn)定。因此，需要某種機(jī)制可以使得大氣的不穩(wěn)定狀態(tài)一直維持，從而使得強(qiáng)降水可以維持。假相當(dāng)位溫θse隨高度的變化可以反映大氣的對(duì)流性穩(wěn)定程度。θse隨高度減小為對(duì)流性不穩(wěn)定條件，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

從圖5a中可以看出，第1段強(qiáng)降水出現(xiàn)期間低層大氣維持不穩(wěn)定狀態(tài)，第2段強(qiáng)降水期間，θse較之前明顯增大并隨高度向上伸展，不穩(wěn)定層增厚到600 hPa以上。由于持續(xù)性的降水必然造成能量的損耗，因此需要存在某種機(jī)制來維持廣州地區(qū)不穩(wěn)定能量的持續(xù)補(bǔ)充。6日白天到夜間從孟加拉灣來的西南氣流、越赤道氣流與“馬力斯”外圍的東南氣流在南海北部匯合成急流，伴有極強(qiáng)的θse平流輸送；到了7日夜間，原來流向廣東地區(qū)的越赤道氣流逐漸輸送到“馬力斯”中，但廣東地區(qū)仍然有較明顯的西南氣流與東南氣流的輻合，低空急流強(qiáng)度更強(qiáng)，結(jié)合θse的分布，此時(shí)仍有較強(qiáng)的θse平流向廣州地區(qū)輸送（圖5b）。比較來看，整個(gè)過程中700 hPa及以上高度θse平流明顯較低層?。▓D略），高低層θse平流的差異使得θse隨高度一直是減弱的，從而維持大氣的對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 廣州區(qū)域平均θse時(shí)間-高度圖（單位：K）（a）；8日02：00 925 hPa風(fēng)場(chǎng)

為了進(jìn)一步證明廣州地區(qū)高低層θse平流的差異是廣州上空大氣層結(jié)不穩(wěn)定維持的重要原因，對(duì)濕絕熱過程對(duì)流不穩(wěn)定性的局地變化方程進(jìn)行了分析。

式（1）等式左邊為對(duì)流不穩(wěn)定性的局地變化；等式右邊第一項(xiàng)為θse平流隨高度的變化，當(dāng)θse平流隨高度減弱時(shí)，對(duì)流不穩(wěn)定性增強(qiáng)，反之，對(duì)流不穩(wěn)定性減弱；右邊第2項(xiàng)為散度對(duì)對(duì)流不穩(wěn)定性的影響，右邊第3項(xiàng)為對(duì)流不穩(wěn)定的垂直輸送。計(jì)算了廣州區(qū)域平均925 hPa上述方程的各項(xiàng)（圖6），可以看到各項(xiàng)中，θse平流隨高度的變化項(xiàng)貢獻(xiàn)最大，且在整個(gè)降水過程中一直維持正值，散度對(duì)不穩(wěn)定性的影響和對(duì)流不穩(wěn)定的垂直輸送要小得多。表明高低層θse平流的差異是造成廣州地區(qū)對(duì)流不穩(wěn)定能量維持的重要原因，從而彌補(bǔ)了強(qiáng)降水對(duì)能量的損耗。

圖6 廣州區(qū)域925 hPa平均對(duì)流不穩(wěn)定方程的變化

3 結(jié)論

1）第1段強(qiáng)降水主要是受“艾云尼”外圍環(huán)流影響，第2段轉(zhuǎn)受其本體環(huán)流影響。深厚的低空急流為強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供了較好的水汽條件和不穩(wěn)定能量條件。

2）第2段降水過程高低空輻散輻合強(qiáng)度均增大到第1段降水過程的1.5倍以上，為第2段強(qiáng)降水的增強(qiáng)提供了更好的動(dòng)力條件。

3）過程中水汽通量核維持在850 hPa高度左右，第2段降水過程水汽通量及輻合明顯增強(qiáng)，為降水的增強(qiáng)提供了更好的水汽條件。

4）強(qiáng)的θse平流以及其隨高度的減弱是不穩(wěn)定能量維持的重要原因，有利于強(qiáng)降水的維持。