張雪蓉 王麗芳 王博妮 田心如 吳海英 濮梅娟

1 中國(guó)氣象局交通氣象重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，南京氣象科技創(chuàng)新研究院，江蘇省氣象科學(xué)研究所，南京 210041 2上海市嘉定區(qū)氣象局，上海 201800 3 江蘇省氣象服務(wù)中心，南京 210041 4 江蘇省氣象臺(tái)，南京 210041

提 要： 臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離影響下江蘇兩次梅雨期暴雨過(guò)程(2001年6月和1986年7月，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“01·6”降水過(guò)程和“86·7”降水過(guò)程)的對(duì)比分析表明：“01·6”降水過(guò)程暴雨持續(xù)時(shí)段集中、落區(qū)穩(wěn)定、降水強(qiáng)度大；“86·7”降水過(guò)程暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、落區(qū)自北向南移動(dòng)、降水強(qiáng)度稍弱。環(huán)流形勢(shì)方面，“01·6”過(guò)程副熱帶高壓北抬明顯，臺(tái)風(fēng)倒槽北伸與低空急流共同構(gòu)成低層風(fēng)場(chǎng)輻合、輸送暖濕氣流，中高層低壓槽穩(wěn)定少動(dòng)，高層冷空氣影響較弱；“86·7”過(guò)程臺(tái)風(fēng)倒槽北伸和影響程度均不及“01·6”過(guò)程，低空急流對(duì)低層風(fēng)場(chǎng)輻合及暖濕氣流輸送貢獻(xiàn)更大，中高層低壓槽東移較快且均明顯南壓，高層冷空氣影響較強(qiáng)。動(dòng)力條件方面，“01·6”過(guò)程高層輻散、低層輻合更劇烈，上負(fù)下正的渦度配置更加穩(wěn)定深厚，非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合更強(qiáng)，且動(dòng)力配置均穩(wěn)定于江蘇東南部；“86·7”過(guò)程動(dòng)力條件稍弱，且高低空散度耦合、垂直渦度配置由江蘇中北部向東南部移動(dòng)，非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)覆蓋江蘇東部。水汽條件方面，“01·6”過(guò)程較“86·7”過(guò)程低層水汽通量輻合更強(qiáng)，暴雨區(qū)上空飽和程度更高、深厚飽和層形成更早、維持時(shí)間更長(zhǎng)。熱力條件方面，“86·7”過(guò)程中低層大氣對(duì)流不穩(wěn)定性更強(qiáng)，但“01·6”過(guò)程E指數(shù)及其增幅更大，即中低層大氣能量更高、水汽含量更豐富。

引 言

臺(tái)風(fēng)活動(dòng)過(guò)程中常伴有大風(fēng)、暴雨洪澇和風(fēng)暴潮，其中暴雨常見(jiàn)于臺(tái)風(fēng)登陸的沿海地區(qū)，也可發(fā)生在臺(tái)風(fēng)環(huán)流遠(yuǎn)距離影響的區(qū)域，是臺(tái)風(fēng)引發(fā)的主要災(zāi)害之一(丁治英和陳久康, 1995; 丁治英等，2001；朱洪巖等，2000；趙宇和吳增茂，2004；曾欣欣等，2010)。江蘇地處中緯度沿海，受臺(tái)風(fēng)正面登陸襲擊概率較低，臺(tái)風(fēng)的遠(yuǎn)距離影響是造成江蘇梅雨期暴雨過(guò)程的重要原因之一(錢(qián)維宏等，1990)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)中心還遠(yuǎn)在華南沿海，其北伸倒槽及環(huán)流外圍低空急流就開(kāi)始影響華東地區(qū)北部并引發(fā)降水，特別是與西風(fēng)槽或弱冷空氣結(jié)合時(shí)，能夠誘發(fā)更強(qiáng)的降水(王麗芳，2013)，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。2000年受臺(tái)風(fēng)派比安(0016)倒槽影響，江蘇淮北地區(qū)，出現(xiàn)了大暴雨、部分地區(qū)特大暴雨，大暴雨中心鹽城市響水縣24小時(shí)雨量達(dá)到830.3 mm，接近當(dāng)?shù)匾荒甑慕邓浚?012年強(qiáng)臺(tái)風(fēng)?？共叟c冷空氣結(jié)合又給江蘇淮北地區(qū)造成特大暴雨，響水縣24小時(shí)雨量達(dá)到507.8 mm。

對(duì)于臺(tái)風(fēng)與中緯度系統(tǒng)相互作用引發(fā)的暴雨，有關(guān)專(zhuān)家開(kāi)展了相關(guān)研究。熱帶氣旋倒槽與西風(fēng)帶弱冷空氣結(jié)合造成大暴雨，具有中緯和低緯系統(tǒng)相互作用特征，同時(shí)低空東南急流為暴雨輸送了熱量和水汽(張少林等，2006)。熱帶低壓倒槽輻合線產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，高低空急流耦合及高層強(qiáng)輻散為山東威海特大暴雨提供了有利的環(huán)境流場(chǎng)(閆淑蓮等，2008)。2000年臺(tái)風(fēng)派比安倒槽造成江蘇淮北地區(qū)罕見(jiàn)特大暴雨，與鋒區(qū)附近β中尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)(濮梅娟等，2002)。臺(tái)風(fēng)倒槽內(nèi)暖濕切變線上的中尺度對(duì)流云團(tuán)是造成暴雨的重要條件之一(陳德花等，2015)。臺(tái)風(fēng)倒槽外圍的東南急流為臺(tái)風(fēng)艾利引發(fā)河南東部大暴雨提供了水汽和熱力條件，臺(tái)風(fēng)倒槽頂部的強(qiáng)輻合作用則是暴雨發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力機(jī)制(范學(xué)峰等，2007)。通過(guò)臺(tái)風(fēng)低壓外圍中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展及環(huán)流背景分析，建立了河南省臺(tái)風(fēng)低壓外圍暴雨概念模型(游景炎等，1998)。北方擴(kuò)散南下冷空氣與臺(tái)風(fēng)北側(cè)外圍的東風(fēng)急流匯合使得輻合抬升加強(qiáng)，導(dǎo)致了上海及周邊地區(qū)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離大暴雨過(guò)程(曹曉崗和王慧，2016)。2012年臺(tái)風(fēng)?？斐傻慕K兩段大暴雨過(guò)程，暴雨或大暴雨主要出現(xiàn)在西風(fēng)槽與臺(tái)風(fēng)倒槽結(jié)合點(diǎn)附近或西風(fēng)槽和臺(tái)風(fēng)倒槽之間(潘婧茹等，2016)。熱帶低壓與冷空氣結(jié)合產(chǎn)生的強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定能量釋放最終觸發(fā)大暴雨產(chǎn)生(王麗芳等，2013；陳淑琴等，2014;2018)。

這些研究從不同角度揭示了臺(tái)風(fēng)與中緯度系統(tǒng)相互及臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離影響下暴雨形成的原因，但由于中緯和低緯系統(tǒng)相互作用過(guò)程復(fù)雜，精準(zhǔn)預(yù)報(bào)難度大(高拴柱等，2018；徐道生等，2020；危國(guó)飛等，2021)，且臺(tái)風(fēng)是影響梅雨的重要系統(tǒng)，以往研究多關(guān)注臺(tái)風(fēng)移入梅雨主要水汽輸送通道從而中斷和結(jié)束梅雨(陳聯(lián)壽和丁一匯，1979；Cheng et al，1999；雷小途和陳聯(lián)壽，2001)，針對(duì)不同移動(dòng)路徑臺(tái)風(fēng)對(duì)梅雨的遠(yuǎn)距離影響研究較少，因此本文對(duì)2001年和1986年梅雨期分別由北上臺(tái)風(fēng)飛燕(0102)和西行超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)佩姬(8607)遠(yuǎn)距離影響引發(fā)的兩次江蘇暴雨過(guò)程(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“01·6”降水過(guò)程、“86·7”降水過(guò)程)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步揭示臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離影響下暴雨發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力熱力機(jī)制，為提高此類(lèi)暴雨的預(yù)報(bào)服務(wù)能力提供參考。

1 暴雨過(guò)程實(shí)況

2001年6月23日，在梅雨前期，由于受臺(tái)風(fēng)飛燕北伸倒槽和西風(fēng)槽的共同影響，江蘇東南部出現(xiàn)暴雨天氣(即“01·6”降水過(guò)程)，23日08時(shí)至24日08時(shí)，南通、無(wú)錫、蘇州等地日雨量達(dá)暴雨量級(jí)，部分地區(qū)達(dá)大暴雨量級(jí)，海門(mén)和呂四站24小時(shí)累計(jì)降水量分別達(dá)到221 mm和233 mm(圖1a)。

圖1 (a，b)“01·6”降水過(guò)程，(c，d)“86·7”降水過(guò)程的累計(jì)降水(填色)和臺(tái)風(fēng)路徑(粗實(shí)線，圓點(diǎn)表示兩次暴雨過(guò)程中對(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)路徑點(diǎn))(三角標(biāo)記表示降水中心代表站點(diǎn))Fig.1 Observed accumulative precipitation (colored) and TC tracks (solid line, dots: track points) corresponding to the two heavy rainfall events (a, b) “01·6” (from 23 to 24 June 2001)； (c, d) “86·7” (from 10 to 12 July 1986, the same below)(Triangle marks denote representative stations in maximum precipitation centers)

1986年7月10—12日，在梅雨后期，由于受超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)佩姬北伸倒槽和西風(fēng)槽的共同影響，江蘇東部地區(qū)出現(xiàn)了暴雨天氣(即“86·7”降水過(guò)程)，鹽城、南通、蘇州部分地區(qū)48小時(shí)累計(jì)降水量超過(guò)100 mm(圖1c)，鹽城大豐達(dá)183 mm。江蘇境內(nèi)雨帶自北向南移動(dòng)，10日08時(shí)至11日08時(shí)，暴雨集中發(fā)生在江蘇江淮地區(qū)東部，連云港南部和鹽城中北部出現(xiàn)暴雨、大暴雨，大暴雨中心大豐24小時(shí)累計(jì)降水量達(dá)176 mm；11日08時(shí)至12日08時(shí)，暴雨逐漸南壓至沿江蘇南東部，南通、無(wú)錫、蘇州地區(qū)出現(xiàn)暴雨、大暴雨，大暴雨中心太倉(cāng)、昆山、海門(mén)24小時(shí)累計(jì)降水量分別為160、133和116 mm。

2 大氣環(huán)流特征

兩次降水過(guò)程都發(fā)生在梅汛期臺(tái)風(fēng)倒槽與中高層低壓槽的共同影響下，臺(tái)風(fēng)中心均離江蘇較遠(yuǎn)?！?1·6”降水過(guò)程屬于登陸華南臺(tái)風(fēng)北上倒槽影響的暴雨過(guò)程，臺(tái)風(fēng)飛燕北上迅速，暴雨持續(xù)時(shí)段集中、落區(qū)穩(wěn)定、降水強(qiáng)度大?！?6·7”過(guò)程屬于登陸華南臺(tái)風(fēng)西行倒槽影響的暴雨過(guò)程，江蘇境內(nèi)暴雨落區(qū)自北向南移動(dòng)，影響范圍大，暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。兩次降水過(guò)程不同高度層次上主要天氣環(huán)流系統(tǒng)具有不同的特征。

2.1 低層風(fēng)場(chǎng)

850 hPa上，兩次降水過(guò)程環(huán)流的共同特征是存在低層臺(tái)風(fēng)倒槽北伸的影響，臺(tái)風(fēng)環(huán)流東側(cè)與副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高)西側(cè)之間為風(fēng)速達(dá)20 m·s-1以上的偏南低空急流，急流前方和倒槽頂部附近的風(fēng)速輻合共同為低層風(fēng)場(chǎng)輻合創(chuàng)造條件，同時(shí)低空急流攜帶大量暖濕空氣北上，較強(qiáng)的水汽、熱量和動(dòng)量的輻合，為強(qiáng)降水產(chǎn)生提供充足的水汽和能量。兩次過(guò)程具體環(huán)流特征對(duì)比如下。

“01·6”降水過(guò)程，臺(tái)風(fēng)飛燕迅速北上，倒槽北伸明顯，在臺(tái)風(fēng)登陸福建前后其倒槽頂部已北抬至江蘇境內(nèi)。臺(tái)風(fēng)環(huán)流東側(cè)偏南低空急流隨臺(tái)風(fēng)北抬增強(qiáng)，同時(shí)，在急流左前方倒槽頂部附近形成風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)(圖2a)。

圖2 (a，c)850 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢)、高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)、風(fēng)場(chǎng)散度(紅色虛線，單位：10-5 s-1)和低空急流(陰影)；(b，d)500 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢)、高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)和200 hPa高空急流(陰影)(a，b)“01·6”降水過(guò)程，(c，d)“86·7”降水過(guò)程(圖2a和2c中，D表示臺(tái)風(fēng)中心，粗實(shí)線代表倒槽輻合線)Fig.2 (a, c) Wind field (vector), height field (solid line, unit: dagpm)， divergence field (red dotted line, unit: 10-5 s-1) and low level jets (shaded) at 850 hPa; (b, d) height field (solid line, unit: dagpm) and wind field (vector) at 500 hPa, upper-level jet stream (shaded) at 200 hPa(a, b) “01·6”, (c, d) “86·7”(In Figs.2a and 2c, D signs represent tropical cyclone centers, thick solid lines represent convergence lines of inverted-troughs)

“86·7”降水過(guò)程，臺(tái)風(fēng)佩姬在華南沿海西北行登陸，倒槽強(qiáng)度及北伸程度均不及“飛燕”，且臺(tái)風(fēng)環(huán)流與副高之間的偏南低空急流在臺(tái)灣海峽附近與臺(tái)風(fēng)主體大風(fēng)速環(huán)流分離，臺(tái)風(fēng)主體環(huán)流位置偏南，給華南降水帶去影響，偏南低空急流靠近副高環(huán)流，急流左前方低層風(fēng)速輻合北上影響江蘇降水，江蘇附近倒槽頂部的風(fēng)場(chǎng)輻合弱于“01·6”過(guò)程(圖2c)。

2.2 中層形勢(shì)

500 hPa上，兩次臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離影響下的暴雨過(guò)程中江蘇均受中緯度西風(fēng)槽以及臺(tái)風(fēng)環(huán)流和帶狀副高之間的偏南氣流共同影響，中層風(fēng)場(chǎng)輻合由臺(tái)風(fēng)副高之間偏南氣流與西風(fēng)槽氣流交匯形成。

“01·6”降水過(guò)程，中緯度西風(fēng)槽穩(wěn)定于我國(guó)華北地區(qū)加深發(fā)展并切斷出低渦中心，副高西側(cè)偏南氣流引導(dǎo)臺(tái)風(fēng)飛燕北上。隨著副高北抬東退，“飛燕”登陸福建繼續(xù)北上，西風(fēng)槽前偏西氣流與臺(tái)風(fēng)副高環(huán)流之間的偏南氣流在江蘇東南部輻合并逐漸加強(qiáng)(圖2b)。

“86·7”降水過(guò)程，中緯度西風(fēng)槽也于華北地區(qū)加深發(fā)展但東移迅速，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)佩姬和副高之間的偏南氣流與西風(fēng)槽前偏西氣流在江蘇中北部輻合，隨著副高逐漸東退，西風(fēng)槽東移南壓，臺(tái)風(fēng)和副高之間的偏南氣流繼而與西風(fēng)槽后偏北氣流輻合，輻合加強(qiáng)且輻合區(qū)域隨西風(fēng)槽東移南壓影響江蘇東南部(圖2d)。

2.3 高空急流

200 hPa上，兩次臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離影響下的暴雨區(qū)域均處于高空急流入口區(qū)右側(cè)的高層輻散區(qū)下方。不同之處在于，“01·6”過(guò)程的200 hPa高空槽穩(wěn)定于華北地區(qū)加深發(fā)展，江蘇上空為槽前西南氣流，槽后冷空氣對(duì)江蘇影響不明顯，且槽前高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)一直處于江蘇東南部上空，并與低層和中層穩(wěn)定于江蘇東南部的輻合區(qū)耦合，為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了有利的動(dòng)力條件(圖2b)。而“86·7”過(guò)程，高空槽上游南亞高壓劇烈發(fā)展，經(jīng)向度顯著增大同時(shí)持續(xù)增強(qiáng)東擴(kuò)，高空槽隨之迅速加深并東移南壓，槽后冷空氣對(duì)江蘇影響逐漸增強(qiáng)，高層輻散區(qū)隨槽前高空急流于江蘇上空自北向東南移動(dòng)(圖2d)。

綜上分析，兩次降水過(guò)程各高度層次上的主要影響系統(tǒng)相同。而區(qū)別在于，“01·6”過(guò)程副高略有東退同時(shí)明顯北抬，臺(tái)風(fēng)隨之迅速北上，倒槽北伸影響明顯，中高層低壓槽均穩(wěn)定少動(dòng)，低層和中層輻合與高層輻散形成的動(dòng)力條件穩(wěn)定耦合于江蘇東南部?！?6·7”過(guò)程低層臺(tái)風(fēng)以偏西行為主，“佩姬”倒槽北伸和影響程度均不及“飛燕”，使得江蘇附近倒槽頂部風(fēng)場(chǎng)輻合弱于“01·6”過(guò)程，而中高層低壓槽東移較快且均明顯南壓，低層和中層輻合與高層輻散耦合形成的動(dòng)力條件由江蘇中北部向東南部移動(dòng)。“01·6”過(guò)程和“86·7”過(guò)程環(huán)流形勢(shì)的差異，是造成兩次降水過(guò)程前者落區(qū)穩(wěn)定、降水強(qiáng)度大，后者落區(qū)自北向南移動(dòng)、強(qiáng)度稍弱的重要因素之一。

3 兩次暴雨過(guò)程的動(dòng)力條件特征

3.1 高低空散度

在高低空急流耦合作用下，兩次降水過(guò)程暴雨區(qū)都形成了低層輻合、高層輻散的動(dòng)力配置。高層風(fēng)場(chǎng)輻散區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，由高空槽加深后槽前的偏南風(fēng)風(fēng)速輻散造成；低層風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)由低空急流左前方及臺(tái)風(fēng)倒槽頂部附近的風(fēng)場(chǎng)輻合構(gòu)成。

兩次暴雨過(guò)程中高層輻散強(qiáng)度都與高空急流入口區(qū)右側(cè)南風(fēng)大小成正比，并隨南風(fēng)風(fēng)速的增大而不斷加強(qiáng)?！?1·6”降水過(guò)程，200 hPa高空槽加深發(fā)展，槽前高空急流風(fēng)速明顯增大、風(fēng)向由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，南風(fēng)分量中心值由20 m·s-1增大至40 m·s-1，輻散中心值隨之由2×10-5s-1增大至8×10-5s-1(圖3a，3b)，高空急流入口區(qū)右側(cè)的高層輻散大值區(qū)隨高空急流增強(qiáng)發(fā)展為西南—東北帶狀分布，江蘇東南部一直處于輻散大值帶下方；“86·7”降水過(guò)程開(kāi)始前，200 hPa高空槽強(qiáng)度極弱，受上游效應(yīng)影響高空槽隨南亞高壓發(fā)展增強(qiáng)，且高空槽加深同時(shí)快速東移南壓，槽前平直西風(fēng)迅速發(fā)展為強(qiáng)偏南風(fēng)，高空急流南風(fēng)分量中心值由5 m·s-1增大至30 m·s-1，輻散中心值由1×10-5s-1增大至4×10-5s-1(圖3c，3d)，輻散大值帶由幾乎覆蓋整個(gè)江蘇區(qū)域隨高空槽加深東移南壓向江蘇東南部移動(dòng)。

圖3 降水(a，c)開(kāi)始和(b，d)最強(qiáng)時(shí)200 hPa南風(fēng)風(fēng)速(等值線,單位：m·s-1)及風(fēng)場(chǎng)散度(陰影)(a,b)“01·6”降水過(guò)程：(a)23日02時(shí)，(b)24日02時(shí)；(c,d)“86·7”降水過(guò)程:(c)10日08時(shí)，(d)11日08時(shí)Fig.3 The south wind speed (solid line, unit: m·s-1) and total divergence of wind field (shaded) at 200 hPa at (a, c) the beginning and (b, d) strongest time of precipitation (a) 02:00 BT 23 June 2001, (b) 02:00 BT 24 June 2001, (c) 08:00 BT 10 July 1986, (d) 08:00 BT 11 July 1986

Matsumoto and Ninomiya(1971)分析認(rèn)為高空急流動(dòng)量下傳會(huì)觸發(fā)低空急流發(fā)展增強(qiáng)。丁治英等(2001)研究指出高空動(dòng)量下傳主要表現(xiàn)在經(jīng)向速度分量的動(dòng)量下傳。本文分析發(fā)現(xiàn)兩次降水過(guò)程中，暴雨區(qū)上空高空急流入口區(qū)右側(cè)南風(fēng)動(dòng)量均不斷增大并向低層傳遞。

“01·6”降水過(guò)程的南風(fēng)動(dòng)量下傳分為兩個(gè)階段，第一階段為降水開(kāi)始前18 h內(nèi)(即2001年6月22日08時(shí)至23日02時(shí))，由圖4a可見(jiàn)南風(fēng)等風(fēng)速線陡立并隨時(shí)間由高層向低層下降，低層南風(fēng)動(dòng)量增大，低空偏南急流北緣由20°N附近快速北抬至30°N附近。第二階段為降水達(dá)到最強(qiáng)前的12 h內(nèi)(即6月23日14時(shí)至24日02時(shí))，南風(fēng)等風(fēng)速線繼續(xù)隨時(shí)間向低層下降，南風(fēng)動(dòng)量進(jìn)一步下傳(圖4a)，低空急流南風(fēng)風(fēng)速中心值增加至22 m·s-1以上，低空偏南急流北緣北抬至33°N附近(圖4c)。

圖4 (a，b)南風(fēng)風(fēng)速沿兩次降水過(guò)程暴雨中心(32°N、122°E)的時(shí)間-高度剖面(實(shí)線，單位：m·s-1)；(c,d)850 hPa南風(fēng)風(fēng)速(實(shí)線，單位：m·s-1)及風(fēng)場(chǎng)散度(陰影，單位：10-5 s-1)沿低空急流中心(c)124°E和(d)123°E的經(jīng)向-時(shí)間剖面(a，c)“01·6”降水過(guò)程，(b，d)“86·7”降水過(guò)程(△表示降水開(kāi)始時(shí)刻，▲表示降水最強(qiáng)時(shí)刻，下同)Fig.4 (a, b) Time-height cross sections of south wind speed at rainstorm centers (32°N, 122°E) for the two heavy rainfall events (solid line, unit: m·s-1); (c, d) time-meridional cross sections of south wind speed (solid line, unit: m·s-1) and wind divergence (shaded) at 850 hPa along the center of low-altitude jet streams along (c) 124°E and (d) 123°E (a, c) “01·6”， (b, d) “86·7”(Hollow triangles represent the beginning of the rain, black triangles represent the time of heaviest rain， the same below)

“86·7”降水過(guò)程的南風(fēng)風(fēng)速等值線近乎與等壓面垂直，但南風(fēng)等風(fēng)速線分布并不密集，且降水增幅前(即1986年7月11日08時(shí)前)200 hPa上高空槽前南風(fēng)風(fēng)速較小，故南風(fēng)動(dòng)量下傳稍弱于“01·6”降水過(guò)程(圖4b)，低空急流北抬同時(shí)低層南風(fēng)動(dòng)量增強(qiáng)相對(duì)較慢(圖4d)。

兩次降水過(guò)程，臺(tái)風(fēng)環(huán)流與副高環(huán)流之間的低空急流都以偏南風(fēng)分量為主，因此南風(fēng)風(fēng)速一定程度上可代表低空急流強(qiáng)度。對(duì)比兩次降水過(guò)程850 hPa 上南風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)場(chǎng)散度沿低空急流中心的經(jīng)向時(shí)間剖面(圖4c，4d)，發(fā)現(xiàn)低空急流北抬增強(qiáng)與高層南風(fēng)動(dòng)量下傳有很好的時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系。

“01·6”降水過(guò)程開(kāi)始前，臺(tái)風(fēng)飛燕中心位于20°N附近，大于12 m·s-1的低空急流南風(fēng)風(fēng)速帶分布在我國(guó)26°N以南東部海面上空，隨著高空槽發(fā)展加深、槽前南風(fēng)增強(qiáng)，下沉運(yùn)動(dòng)引起的高層南風(fēng)動(dòng)量下傳使低空急流快速北抬、南風(fēng)風(fēng)速增大，同時(shí)臺(tái)風(fēng)飛燕北上倒槽北伸，急流左前方與倒槽頂部的南風(fēng)風(fēng)速輻合為降水開(kāi)始提供了動(dòng)力條件，降水開(kāi)始后，高層南風(fēng)動(dòng)量繼續(xù)下傳，急流前方至倒槽頂部之間的南風(fēng)等風(fēng)速線愈發(fā)密集，風(fēng)場(chǎng)輻合進(jìn)一步增強(qiáng)，輻合中心值達(dá)-4×10-5s-1(圖4c)。

“86·7”降水過(guò)程開(kāi)始前，臺(tái)風(fēng)佩姬中心位于17°N附近，大于12 m·s-1的低空急流南風(fēng)風(fēng)速帶分布在“佩姬”環(huán)流東北側(cè)27°N以南海面上空，臺(tái)風(fēng)偏西行過(guò)程中，受南亞高壓劇烈發(fā)展影響，高空槽迅速加深并東移南壓，南風(fēng)動(dòng)量隨下沉運(yùn)動(dòng)由高層下傳，低空急流隨之北抬，降水發(fā)展過(guò)程中，低空急流南風(fēng)分量中心值增加至20 m·s-1以上，急流北緣北抬至32°N以北，但由于“86·7”過(guò)程南風(fēng)動(dòng)量下傳稍弱于“01·6”過(guò)程，且“佩姬”倒槽強(qiáng)度及北伸程度均不及“飛燕”，故“86·7”過(guò)程低空急流南風(fēng)風(fēng)速增強(qiáng)程度和急流前方南風(fēng)風(fēng)速等值線密集程度均弱于“01·6”降水過(guò)程，低層風(fēng)場(chǎng)輻合中心值僅達(dá)-1.2×10-5s-1(圖4d)。

綜上分析可見(jiàn)，高層南風(fēng)動(dòng)量下傳對(duì)“低層輻合、高層輻散”動(dòng)力條件的形成起關(guān)鍵作用，其強(qiáng)度和位置與暴雨強(qiáng)度和落區(qū)密切相關(guān)。一方面高層輻散隨高空槽前南風(fēng)增大而不斷加強(qiáng)；另一方面高層南風(fēng)動(dòng)量下傳使低空急流北抬增強(qiáng)，低空偏南急流前方南風(fēng)風(fēng)速輻合不斷加強(qiáng)，高低空急流耦合，形成低層輻合、高層輻散的有利配置，為強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供了十分有利的動(dòng)力抬升條件。而高空急流入口區(qū)南風(fēng)大小以及高層南風(fēng)動(dòng)量下傳較弱導(dǎo)致的低層輻合、高層輻散強(qiáng)度相對(duì)偏弱，是“86·7”過(guò)程降水強(qiáng)度弱于“01·6”過(guò)程的原因之一。

3.2 垂直渦度和上升運(yùn)動(dòng)

垂直渦度與上升運(yùn)動(dòng)的有利配置是暴雨發(fā)生發(fā)展的另一重要?jiǎng)恿C(jī)制。

“01·6”降水過(guò)程開(kāi)始前，低空急流前方的正渦度帶位于江蘇以南30°N附近，江蘇南部上空中層受西風(fēng)槽前偏西氣流與臺(tái)風(fēng)副高環(huán)流之間偏南氣流輻合產(chǎn)生的正渦度影響，高層受200 hPa槽前高空急流入口區(qū)南側(cè)負(fù)渦度影響，中低層正渦度中心值達(dá)4×10-5s-1，高層負(fù)渦度中心值達(dá)-6×10-5s-1(圖5a)。隨著臺(tái)風(fēng)飛燕迅速北上，其倒槽頂部的低層正渦度區(qū)北抬，500 hPa上副高與臺(tái)風(fēng)環(huán)流之間偏南氣流增強(qiáng)北上與中緯度西風(fēng)槽前偏西氣流劇烈輻合，中層正渦度持續(xù)增強(qiáng)，江蘇東南部(圖5中由黑色三角標(biāo)出)上空500 hPa以下均為正渦度，配合200 hPa高空槽加深后槽前高空急流入口區(qū)右側(cè)增強(qiáng)的高層負(fù)渦度，1000～100 hPa均為上升運(yùn)動(dòng)，上升速度中心值增大至-0.9 Pa·s-1以上，上升運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)激發(fā)了低空急流帶來(lái)的暖濕氣流與中高層槽后偏北風(fēng)帶來(lái)的干冷空氣形成的對(duì)流不穩(wěn)定能量以及凝結(jié)潛熱的釋放，上負(fù)下正的渦度配置提供了良好的動(dòng)力條件，降水發(fā)生發(fā)展(圖5b)。隨著“飛燕”繼續(xù)北上，副高略有東退，低空急流繼續(xù)北抬，臺(tái)風(fēng)倒槽頂部向東北方向伸展至低空急流前方，低層形成寬廣的正渦度大值帶，“飛燕”雖然強(qiáng)度略有減弱，但其深厚的正渦度柱北上與中層西風(fēng)槽前及低層急流前方正渦度形成了300 hPa以下寬廣深厚的正渦度柱，暴雨中心上空925 hPa正渦度中心值達(dá)10×10-5s-1，400 hPa附近垂直上升速度中心值增強(qiáng)至-1.2 Pa·s-1以上，降水達(dá)到最強(qiáng)(圖5c)，深厚的正渦度柱和整層強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是“01·6”降水過(guò)程暴雨增強(qiáng)的重要?jiǎng)恿μ龡l件。后期臺(tái)風(fēng)飛燕經(jīng)舟山群島東移入海，倒槽及低空急流遠(yuǎn)離江蘇，正渦度大值帶及強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)移出江蘇東南部，降水減弱漸止。

圖5 2001年6月(a)22日14時(shí)，(b)23日02時(shí)，(c)24日02時(shí)渦度垂直分量(等值線，單位：10-5 s-1)及垂直速度(陰影)沿“01·6”過(guò)程暴雨中心所在經(jīng)度122°E的垂直剖面(黑色三角表示暴雨中心所在位置)Fig.5 Vertical profiles of vertical vorticity (contour, unit: 10-5 s-1) and vertical velocity (shaded) along 122°E at (a) 14:00 BT 22， (b) 02:00 BT 23, (c) 02:00 BT 24 June 2001(Black triangle represents the location of rainstorm center for “01·6” heavy rainfall event)

“86·7”降水過(guò)程，由于臺(tái)風(fēng)佩姬以偏西行為主，對(duì)中低層環(huán)流形勢(shì)的影響與北上臺(tái)風(fēng)飛燕不同，故“86·7”過(guò)程上升運(yùn)動(dòng)與垂直渦度的配置演變與“01·6”過(guò)程略有差異(圖略)。“佩姬”登陸廣東前以向西偏北方向運(yùn)動(dòng)為主，其倒槽強(qiáng)度及北伸程度均不及“飛燕”，低層正渦度帶主要由偏南低空急流前方的南風(fēng)輻合構(gòu)成，配合中層西風(fēng)槽前偏西氣流與臺(tái)風(fēng)副高之間北上偏南氣流輻合形成的正渦度區(qū)以及高層高空急流南側(cè)輻散形成的負(fù)渦度，江蘇中北部上空也形成了上負(fù)下正的渦度配置，中低層正渦度達(dá)6×10-5s-1以上，高層負(fù)渦度達(dá)-4×10-5s-1，相應(yīng)的上升速度大值中心-0.6 Pa·s-1分布于500～400 hPa，降水于江蘇中北部發(fā)生發(fā)展。“佩姬”登陸廣東后，轉(zhuǎn)向偏西方向移動(dòng)，與副高環(huán)流之間距離逐漸增大，低空急流沿副高環(huán)流外圍繼續(xù)北上且強(qiáng)度逐漸減弱，急流前方正渦度帶向東北方向移動(dòng)對(duì)江蘇影響減弱，中層西風(fēng)槽東移南壓，槽后偏北氣流在江蘇東南部上空與臺(tái)風(fēng)副高之間北上的偏南氣流輻合，中層正渦度值增大至10×10-5s-1以上，高層高空急流入口區(qū)南側(cè)負(fù)渦度區(qū)隨高空槽加深東移南壓至江蘇東南部上空，故雖然“佩姬”西行后低層正渦度逐漸減弱，但中層正渦度增強(qiáng)并東移南壓，500～400 hPa上升速度大值中心增大至-0.9 Pa·s-1，江蘇境內(nèi)雨帶南移至江蘇東南角。之后隨著“佩姬”繼續(xù)西行以及中高層影響系統(tǒng)的繼續(xù)東移，上負(fù)下正的渦度配置消失，降水漸止。

綜上分析，上負(fù)下正的渦度配置激發(fā)產(chǎn)生了相應(yīng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，而垂直上升運(yùn)動(dòng)將偏南低空急流帶來(lái)的暖濕水汽由低層向高層輸送，降雨發(fā)生發(fā)展的同時(shí)也激發(fā)了凝結(jié)潛熱和高低空急流耦合形成的“低層暖濕，高層干冷”的不穩(wěn)定能量的釋放，促使上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，降水持續(xù)并出現(xiàn)增幅?！?1·6”降水過(guò)程，隨著副高北抬，臺(tái)風(fēng)飛燕快速北上，低層臺(tái)風(fēng)倒槽及低空急流與高空急流形成的上負(fù)下正的渦度配置穩(wěn)定在江蘇東南部深厚發(fā)展，降水時(shí)段集中、落區(qū)穩(wěn)定、強(qiáng)度大?！?6·7”降水過(guò)程，臺(tái)風(fēng)佩姬西行，低空急流沿副高外圍北上，低層正渦度帶由江蘇中北部移向海上，西風(fēng)槽和高空急流的東移南壓也使影響江蘇的中層正渦度及高層負(fù)渦度向江蘇東南部移動(dòng)，江蘇境內(nèi)降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、落區(qū)自北向南移動(dòng)。

3.3 非地轉(zhuǎn)濕Q矢量及其散度

非地轉(zhuǎn)濕Q矢量考慮了凝結(jié)潛熱作用，且有兩個(gè)對(duì)暴雨發(fā)生發(fā)展條件具指示意義的特征：一是其方向指向上升氣流區(qū)，而背向下沉氣流區(qū)；二是其散度小于零時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域有上升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，而散度大于零時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)橄鲁吝\(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)榉堑剞D(zhuǎn)濕Q矢量使熱成風(fēng)關(guān)系發(fā)生變化，從而激發(fā)垂直次級(jí)環(huán)流的形成(張興旺，1998；姚秀萍和于玉斌，2000；楊曉霞等，2006；趙桂香等，2006)。

“01·6”降水過(guò)程開(kāi)始前，非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)中心值為-15×10-15hPa-1·s-3，相應(yīng)的次級(jí)環(huán)流上升支位于28°～30°N上空，江蘇南部處在輻合上升支北側(cè)的輻散下沉區(qū)中，隨著臺(tái)風(fēng)倒槽北伸、低空急流北抬，非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)逐漸北移至江蘇南部，降水開(kāi)始。當(dāng)非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合進(jìn)一步增強(qiáng)，江蘇南部上空400 hPa附近輻合中心值達(dá)-27×10-15hPa-1·s-3，北側(cè)輻散中心值由6×10-15hPa-1·s-3增強(qiáng)至12×10-15hPa-1·s-3，相應(yīng)的上升和下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，激發(fā)垂直次級(jí)環(huán)流進(jìn)一步發(fā)展，降水對(duì)應(yīng)增強(qiáng)(圖6a)。隨著次級(jí)環(huán)流逐漸減弱，降水減弱漸止。

圖6 (a，b)非地轉(zhuǎn)濕Q矢量散度(填色，單位：10-15 hPa-1·s-3)及非地轉(zhuǎn)濕Q矢量(等值線，單位：10-10 m·hPa-1·s-3)沿暴雨中心的垂直剖面；(c，d)400 hPa非地轉(zhuǎn)濕Q矢量流場(chǎng)及散度場(chǎng)(填色，單位：10-15 hPa-1·s-3)(a，c)2001年6月24日02時(shí)，(b，d)1986年7月11日08時(shí)(藍(lán)色粗虛線表示非地轉(zhuǎn)濕Q矢量的水平輻合線，紅色虛線圓圈指示了對(duì)應(yīng)的非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻散區(qū))Fig.6 (a, b) Vertical profiles of non-geostrophic wet Q vector divergence (shaded, unit: 10-15 hPa-1·s-3), and non-geostrophic wet Q vector (contour, unit: 10-10 m·hPa-1·s-3); (c, d) 400 hPa streamlines and divergence (colored, unit: 10-15 hPa-1·s-3) of non-geostrophic wet Q vector (a, c) 02：00 BT 24 June 2001， (b, d) 08：00 BT 11 July 1986(Blue thick dashed lines represent convergence lines of non-geostrophic wet Q vector, and red thick dashed circles denote divergence areas of non-geostrophic wet Q vector)

“86·7”降水過(guò)程開(kāi)始前，江蘇上空非地轉(zhuǎn)濕Q矢量散度大于零，由下沉運(yùn)動(dòng)控制。隨著低空急流北上、西風(fēng)槽東移，112°～126°E上空為非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)，輻合區(qū)東西兩側(cè)為較強(qiáng)的輻散區(qū)，完整的次級(jí)環(huán)流激發(fā)降水開(kāi)始。之后低空急流進(jìn)一步北抬，500 hPa西風(fēng)槽加深東移，高空急流入口區(qū)南風(fēng)分量輻散增大，非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合帶明顯增強(qiáng)收窄于江蘇東南部上空，形成了深厚的非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合柱，400 hPa附近輻合中心值增大至-1.6×10-15hPa-1·s-3，次級(jí)環(huán)流增強(qiáng)，降水達(dá)到最強(qiáng)(圖6b)。隨著各層影響系統(tǒng)繼續(xù)移動(dòng)遠(yuǎn)離江蘇，非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)移出江蘇，降水減弱。

分析兩次降水過(guò)程最強(qiáng)階段非地轉(zhuǎn)濕Q矢量的水平流線和散度分布，發(fā)現(xiàn)非地轉(zhuǎn)濕Q矢量水平流線輻合線對(duì)降水落區(qū)存在指示意義。根據(jù)非地轉(zhuǎn)濕Q矢量方向總是指向上升氣流區(qū)，而背向下沉氣流區(qū)的特征，其水平流線輻合線所在處即為上升氣流區(qū)，400 hPa上兩次降水過(guò)程均受一條西南—東北向的非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合線影響，周?chē)堑剞D(zhuǎn)濕Q矢量流線均指向輻合線，且在輻合線附近分布著相應(yīng)的非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻散區(qū)，與輻合線共同建立次級(jí)環(huán)流激發(fā)降水?！?1·6”降水過(guò)程，流線輻合線與相應(yīng)的輻合區(qū)覆蓋江蘇東南角，與大暴雨落區(qū)吻合(圖6c)；“86·7”降水過(guò)程，流線輻合線與相應(yīng)的輻合區(qū)覆蓋江蘇東部，與大暴雨中心于江蘇東部自北向南移動(dòng)相符(圖6d)。

4 兩次暴雨過(guò)程的水汽和熱力條件特征

4.1 水汽輸送及輻合

暴雨的發(fā)生發(fā)展需要良好的動(dòng)力條件激發(fā)強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也需要充足的水汽供應(yīng)，兩次降水過(guò)程中低層臺(tái)風(fēng)與副高環(huán)流之間強(qiáng)盛的偏南低空急流是水汽輸送的主要途徑， 低層水汽通量大值帶及中心值區(qū)域與低空急流及其極大風(fēng)速中心分布范圍吻合，而兩次降水過(guò)程的大暴雨中心落區(qū)則與低層水汽通量散度的輻合大值區(qū)相對(duì)應(yīng)(圖7a，7b)。

圖7 (a)2001年6月23日02時(shí)和(b)1986年7月11日08時(shí)850 hPa水汽通量(等值線和箭矢，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)及水汽通量散度(陰影，單位：10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1)；(c)“01·6”降水過(guò)程和(d)“86·7”降水過(guò)程水汽通量(等值線，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)、水汽通量散度(虛線，單位：10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1)及溫度露點(diǎn)差(陰影，單位：℃)沿兩次降水過(guò)程的暴雨中心的時(shí)間-高度剖面Fig.7 (a, b) The 850 hPa water vapor flux (contour and vertor, unit: g·cm-1·hPa-1·s-1) and divergence of water vapor flux (shaded, unit: 10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1) at (a) 02:00 BT 23 June 2001 and (b) 08:00 BT 11 July 1986; (c, d) time-height cross sections of water vapor flux (contour, unit: g·cm-1·hPa-1·s-1), divergence of water vapor flux (dashed line, unit: 10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1) and dew point depression (shaded, unit: ℃) for the two heavy rainfall events at rainstorm centers of (c) “01·6” and (d) “86·7”

“01·6”降水過(guò)程開(kāi)始前，低層副高分布位置偏南，低空急流前方和臺(tái)風(fēng)“飛燕”倒槽頂部的偏南氣流還分布在30°N以南，江蘇南部上空水汽通量大值區(qū)位于600～500 hPa，水汽輸送主要來(lái)源于中層臺(tái)風(fēng)與副高之間以及副高西北側(cè)的偏南氣流。隨著臺(tái)風(fēng)北上和低空急流北抬，低層偏南氣流帶來(lái)的暖濕空氣使江蘇南部上空低層水汽通量明顯增大，配合低空急流前方的偏南風(fēng)風(fēng)速輻合帶，江蘇南部上空形成了深厚的飽和層(即溫度露點(diǎn)差T-Td≤2℃的區(qū)域)，900～800 hPa出現(xiàn)了-4×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽通量輻合中心，降水開(kāi)始。隨著“飛燕”和低空急流繼續(xù)北上，低空急流輸送的水汽通量進(jìn)一步增大，并在900 hPa附近形成了20 g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量大值中心，且低層臺(tái)風(fēng)倒槽頂部至急流前方以及中層西風(fēng)槽前輻合進(jìn)一步增強(qiáng)，江蘇南部上空低層至中層水汽通量輻合繼續(xù)增大，輻合中心值達(dá)-6×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1，深厚飽和層維持，降水隨之達(dá)到最強(qiáng)。之后，隨著“飛燕”向東北方向移動(dòng)入海，臺(tái)風(fēng)倒槽及低空急流的偏南氣流遠(yuǎn)離江蘇，水汽輸送減弱，降水漸止(圖7c)。

“86·7”降水過(guò)程開(kāi)始前，低層副高分布位置偏北，低層水汽沿副高外圍的偏南氣流已輸送至江蘇中部以南，中層副高5880 gpm線西伸脊點(diǎn)位于119°E，阻擋了中層水汽進(jìn)一步往北向江蘇輸送，故江蘇上空中層水汽通量很弱，水汽通量大值區(qū)位于850 hPa以下。隨著低空急流北抬，低層水汽通量繼續(xù)增大，并在900 hPa附近形成10 g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量中心，但是由于臺(tái)風(fēng)佩姬倒槽強(qiáng)度及北伸程度均不及“飛燕”，倒槽頂部至低空急流前方的偏南風(fēng)輻合弱于“01·6”過(guò)程，江蘇上空僅形成深厚濕層(即溫度露點(diǎn)差T-Td≤4℃的區(qū)域)，水汽通量輻合中心值僅達(dá)-1×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1，降水開(kāi)始。直至副高明顯東退，西風(fēng)槽東移南壓，中層水汽輸送才不受阻擋，配合低空急流輸送的暖濕氣流和中低層風(fēng)場(chǎng)輻合，江蘇南部上空900 hPa附近水汽通量中心值增大至18 g·cm-1·hPa-1·s-1，800 hPa以下水汽通量輻合中心值達(dá)-2×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1，深厚的飽和層(即溫度露點(diǎn)差T-Td≤2℃的區(qū)域)形成，降水達(dá)到最強(qiáng)。隨著低空急流及中高層低壓槽逐漸遠(yuǎn)離江蘇，副高再次西伸切斷中層水汽輸送，江蘇上空的深厚飽和層僅維持約6 h，低層水汽輸送和輻合也逐漸減弱，降水漸止(圖7d)。

綜上分析，兩次降水過(guò)程的水汽輸送及水汽輻合條件受各層系統(tǒng)的影響具有不同特征，而水汽條件與動(dòng)力條件的有利配合會(huì)更好地激發(fā)暴雨產(chǎn)生?！?1·6”降水過(guò)程開(kāi)始階段，副高分布偏南，中層水汽輸送強(qiáng)于低層水汽輸送，隨著副高北抬，低空急流北上，低層水汽通量明顯超過(guò)中層，降水發(fā)展增強(qiáng)?！?6·7”降水過(guò)程開(kāi)始階段，副高分布偏北偏西，中層水汽輸送受阻，低空急流水汽輸送強(qiáng)于中層水汽輸送，隨著副高東退，中層水汽通量增大，降水發(fā)展增強(qiáng)，但水汽輸送仍主要來(lái)源于低層。雖然兩次降水過(guò)程的水汽通量輻合大值中心都處于低層，但是由于臺(tái)風(fēng)飛燕迅速北上，而“佩姬”以偏西行為主，故“佩姬”倒槽強(qiáng)度及北伸程度均不及“飛燕”，“01·6”過(guò)程低層臺(tái)風(fēng)倒槽頂部至急流前方的水汽通量輻合強(qiáng)于“86·7”過(guò)程。此外，在水汽輸送及水汽輻合條件的共同影響下，“01·6”過(guò)程的暴雨區(qū)上空飽和程度更高、深厚飽和層形成更早、維持時(shí)間更長(zhǎng)，使得上升運(yùn)動(dòng)激發(fā)的凝結(jié)潛熱釋放更多，降水持續(xù)時(shí)段更集中、強(qiáng)度更大；相反地，“86·7”降水過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)而強(qiáng)度稍弱。

4.2 不穩(wěn)定能量

在具備有利的水汽和動(dòng)力抬升條件的同時(shí)，若大氣還具有不穩(wěn)定層結(jié)，儲(chǔ)存有對(duì)流不穩(wěn)定能量，則抬升運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的不穩(wěn)定能量釋放會(huì)激發(fā)對(duì)流性上升運(yùn)動(dòng)，使暴雨發(fā)生發(fā)展。用500 hPa和850 hPa假相當(dāng)位溫的差值Δθse=θse500-θse850表示中低層大氣的對(duì)流不穩(wěn)定度，并用E指數(shù)E=θse500+θse700+θse850-3×273.16體現(xiàn)中低層大氣的暖濕程度，E指數(shù)越大則表示中低層大氣溫度越高、水汽含量越豐富，在對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)中可釋放的能量越多(鄭朝霞等，2019；王孝慈等，2020)。而Δθse負(fù)值區(qū)與E指數(shù)高值區(qū)的重合區(qū)域即為中低層高能高濕的對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)域，該區(qū)域有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展。

“01·6”降水過(guò)程，臺(tái)風(fēng)飛燕和低空急流隨副高北抬，暖濕氣流隨之北上，E指數(shù)高值區(qū)由華南沿海伸向江蘇南部(圖8a)。降水開(kāi)始前6 h，江蘇東南部上空E指數(shù)為197 K，中低層還保持著對(duì)流性穩(wěn)定層結(jié)(Δθse>0)，這與“01·6”過(guò)程開(kāi)始階段中層水汽輸送強(qiáng)于低層水汽輸送相符(圖7c)，隨著低層水汽輸送增強(qiáng)，江蘇東南部上空中低層轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)流性不穩(wěn)定層結(jié)(Δθse<0)，降水發(fā)生發(fā)展，E指數(shù)逐漸增強(qiáng)至最大值225 K，增幅達(dá)28 K，表示江蘇東南部上空暖濕氣流輸送及輻合達(dá)到鼎盛，中低層大氣溫度和水汽含量都達(dá)到最高，配合前文分析的有利抬升條件，上升氣流攜帶中低層暖濕空氣至高層釋放大量凝結(jié)潛熱和對(duì)流不穩(wěn)定能量，降水也隨之達(dá)到最強(qiáng)(圖8c)。

圖8 (a)2001年6月24日02時(shí)，(b)1986年7月11日14時(shí)E指數(shù)(等值線，單位：K)水平分布；(c)“01·6”降水過(guò)程，(d)“86·7”降水過(guò)程的暴雨中心上空E指數(shù)(實(shí)線)及Δθse(虛線)的時(shí)間演變Fig.8 (a, b) E index (contour, unit: K) at (a) 02:00 BT 24 June 2001, and (b) 14:00 BT 11 July 1986;(c, d) time series of E index (solid line) and Δθse (dashed line) over the rainstorm centers of (c) “01·6” and (d) “86·7”

“86·7”降水過(guò)程，E指數(shù)高值區(qū)由華南沿海向江蘇中南部伸展，由于臺(tái)風(fēng)佩姬以偏西移動(dòng)為主且環(huán)流較強(qiáng)，暖濕氣流尚未北上輸送至江蘇，在較低緯度就被“佩姬”抽吸了一部分水汽進(jìn)入自身環(huán)流，并形成了一個(gè)E指數(shù)中心，故“86·7”過(guò)程北伸至江蘇的E指數(shù)強(qiáng)度稍弱(圖8b)。且“86·7”過(guò)程從降水開(kāi)始至減弱漸止，江蘇上空中低層均為對(duì)流性不穩(wěn)定層結(jié)(Δθse<0)，且不穩(wěn)定性強(qiáng)于“01·6”過(guò)程，這與東移南壓的西風(fēng)槽相關(guān)，受槽后偏北氣流影響，中高層冷空氣輸送更加明顯，大氣具有更強(qiáng)的斜壓性，結(jié)合副高的偏西分布對(duì)中層水汽向江蘇輸送的阻擋，“86·7”過(guò)程中上層空氣更加干冷、對(duì)流性不穩(wěn)定更強(qiáng)，且“86·7”過(guò)程從降水開(kāi)始前6小時(shí)至降水最強(qiáng)時(shí)E指數(shù)僅增強(qiáng)至212 K，增幅僅達(dá)11 K，表明中低層大氣所含水汽及能量均不及“01·6”過(guò)程，故“86·7”過(guò)程降水強(qiáng)度較“01·6”過(guò)程弱(圖8d)。

5 結(jié) 論

本文從環(huán)流形勢(shì)以及動(dòng)力、水汽、熱力條件等特征對(duì)臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離影響下江蘇兩次梅雨期暴雨過(guò)程“01·6”和“86·7”進(jìn)行對(duì)比分析，主要結(jié)論如下：

(1)環(huán)流形勢(shì)以及動(dòng)力、水汽和熱力條件并不是相互孤立的，各因素相互影響、共同作用，造成了兩次過(guò)程降水特征的不同，即：“01·6”降水過(guò)程暴雨持續(xù)時(shí)段集中、落區(qū)穩(wěn)定、降水強(qiáng)度大，而“86·7”降水過(guò)程暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、落區(qū)自北向南移動(dòng)、降水強(qiáng)度稍弱。

(2)環(huán)流形勢(shì)方面，兩次降水過(guò)程都受到臺(tái)風(fēng)倒槽和中高層低壓槽的共同影響，區(qū)別在于臺(tái)風(fēng)倒槽北伸的位置和低層、中層輻合與高層輻散耦合區(qū)域不同：“01·6”過(guò)程副高明顯北抬，有利于臺(tái)風(fēng)倒槽北伸發(fā)展，并與低空急流共同構(gòu)成低層風(fēng)場(chǎng)輻合、輸送暖濕氣流，中高層低壓槽均穩(wěn)定少動(dòng)，高層冷空氣影響稍弱，低層和中層輻合與高層輻散穩(wěn)定耦合于江蘇東南部；“86·7”過(guò)程臺(tái)風(fēng)倒槽北伸和影響程度均不及“01·6”過(guò)程，低空急流對(duì)低層風(fēng)場(chǎng)輻合及暖濕氣流輸送貢獻(xiàn)更大，中高層低壓槽東移較快且均明顯南壓，高層冷空氣影響逐漸增強(qiáng)，低層和中層輻合與高層輻散的耦合由江蘇中北部向東南部移動(dòng)。

(3)動(dòng)力條件方面，高低空散度、垂直渦度的配置以及非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)位置和強(qiáng)度不同，它們?cè)诩ぐl(fā)相應(yīng)上升運(yùn)動(dòng)使降水發(fā)展增強(qiáng)的同時(shí)，也對(duì)兩次降水過(guò)程暴雨強(qiáng)度和落區(qū)的不同存在指示意義。一方面，“01·6”過(guò)程較“86·7”過(guò)程暴雨時(shí)段更集中、強(qiáng)度更大，這是由于“01·6”過(guò)程高空急流入口區(qū)南風(fēng)更大、高層南風(fēng)動(dòng)量下傳更強(qiáng)，使得高層輻散、低層輻合更劇烈；同時(shí)，“01·6”過(guò)程臺(tái)風(fēng)倒槽強(qiáng)度及北伸程度更大，低層臺(tái)風(fēng)倒槽頂部至低空急流前方正渦度更強(qiáng)，上負(fù)下正的渦度配置更加穩(wěn)定深厚，且非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合更強(qiáng)。另一方面，“01·6”過(guò)程暴雨落區(qū)穩(wěn)定于江蘇東南部，而“86·7”過(guò)程暴雨落區(qū)存在自北向南的移動(dòng)，這是由于“01·6”過(guò)程高低空散度耦合、垂直渦度配置以及非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)均穩(wěn)定于江蘇東南部；而“86·7”過(guò)程高低空散度耦合、垂直渦度配置由江蘇中北部向東南部移動(dòng)，非地轉(zhuǎn)濕Q矢量輻合區(qū)覆蓋江蘇東部。

(4)水汽條件方面，偏南低空急流是水汽輸送的主要途徑，大暴雨中心落區(qū)則與低層水汽通量輻合大值區(qū)相對(duì)應(yīng)，兩次暴雨過(guò)程對(duì)應(yīng)低層水汽通量輻合的區(qū)域和強(qiáng)度不同，“01·6”過(guò)程較“86·7”過(guò)程低層水汽通量輻合更強(qiáng)，暴雨區(qū)上空飽和程度更高、深厚飽和層形成更早、維持時(shí)間更長(zhǎng)。

(5)熱力條件方面，兩次降水過(guò)程大暴雨中心的中低層大氣都具有對(duì)流不穩(wěn)定且高能高濕的特征，對(duì)比發(fā)現(xiàn)雖然“86·7”過(guò)程中低層大氣對(duì)流不穩(wěn)定性更強(qiáng)，但是“01·6”過(guò)程E指數(shù)及其增幅更大，說(shuō)明“01·6”過(guò)程的中低層大氣溫度更高、水汽含量更豐富，在不穩(wěn)定能量激發(fā)的對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)中可釋放更多能量。

致 謝：感謝江蘇省氣象局“海洋天氣預(yù)報(bào)技術(shù)”培育團(tuán)隊(duì)在研究過(guò)程中的幫助支持。