陳艷真 林秋寒 梁寶元

(福建省莆田市氣象局，福建 莆田 351100)

1 概述

福建是臺風暴雨災害最重的省份之一，年均登陸福建臺風1～2個。莆田市地處福建中部沿海，常因臺風暴雨導致嚴重的洪澇災害，因此，對臺風暴雨的持續(xù)時間和落區(qū)的準確把握是為防洪抗災工作提供決策服務的先決條件。近年來，許多專家從多個方面對臺風暴雨的強度和落區(qū)進行詳細分析，并指出臺風暴雨的強度和落區(qū)與臺風結構、臺風路徑、水汽輸送、地形等密切相關[1-3]。尤紅等[4]指出暴雨區(qū)與臺風西北象限強風速輻合區(qū)位置相對應，強風速中心值與其前部風速輻合越大，地面降水越強。陳德花等[5]對1407號“海貝思”殘留云帶造成的中尺度暴雨的成因進行了分析，指出殘余低壓環(huán)流帶來的強降水具有明顯的中尺度特征，屬于典型的臺風螺旋云帶中尺度雨團；西南和東南急流的暖式切變、輻合和輻散中心與高低層次級環(huán)流的稠合發(fā)展，均有利于螺旋云帶中的中尺度系統(tǒng)發(fā)展。高亭亭等[6]對1006號臺風“獅子山”持續(xù)性強降水進行分析，發(fā)現(xiàn)“獅子山”生成于季風槽中，西南風水汽輸送明顯且維持時間長，為“獅子山”登陸后維持長達48小時以上的強降水提供了充足的水汽;持續(xù)明顯的上升運動和弱冷平流入侵有利于維持“獅子山”的強度和其持續(xù)性降水。登陸臺風的暴雨過程也表現(xiàn)出不同的發(fā)展階段，潘蜻茹等[7]在對2012年“?？迸_風的兩次大暴雨過程的特征分析中發(fā)現(xiàn)前一次主要是臺風本體降水，后一次為臺風倒槽降水。蔡菁等[8]對1209號臺風“蘇拉”降水預報失敗的原因及其暴雨成因進行分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)境風垂直切變導致了臺風降水的非對稱分布，環(huán)境風垂直切變方向的左側是強降水發(fā)展的區(qū)域，關注登陸臺風中心在垂直方向的偏移對臺風降水預報非常重要。但是登陸臺風內的中尺度系統(tǒng)活動十分復雜，目前對于臺風內部中尺度系統(tǒng)的結構和活動機理及其與臺風環(huán)流的相互作用還不夠清楚，臺風降水的精細化預報仍是預報的難點之一。

2 資料來源與方法

本文以2021年第9號臺風“盧碧”為例，利用逐小時自動站觀測數(shù)據(jù)對莆田臺風降水實況和特點進行分析；利用歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)逐小時的全球再分析資料(ERA50.25°×0.25°)和NCEP/NCAR 1°×1°逐6小時的全球再分析資料對這次臺風在莆田市造成的強降水成因及地形對臺風暴雨落區(qū)的影響進行探討，以及對CMA-SH9和CMA-meso環(huán)流形式、降水預報進行檢驗，加深對臺風暴雨的認識和模式訂正應用能力。

3 結果與分析

3.1 臺風影響概況

2109號臺風“盧碧”2021年8月4日08時近海生成(熱帶風暴級)，移速慢(移速維持在10km/h左右)，路徑復雜，生成后先東北行為主，期間經過4次轉折，4日13時東行，4日18時東北行，5日03時轉為西北行，5日09時又轉為東北行，然后沿著海岸線移動，5日11時20分在廣東省汕頭南澳縣沿海登陸，5日16時50分前后在漳州市東山縣沿海再次登陸，登陸后轉為偏北行，6月05時減弱為熱帶低壓，后又轉為東北行，6月20時在莆田沿海海面轉為西行，且加強為熱帶風暴級，擦過臺灣島東北部后減弱為熱帶低壓，且轉為東北行離開福建沿海。

圖1 2109號臺風“盧碧”路徑圖

受2109號臺風“盧碧”影響，福建省出現(xiàn)暴雨天氣，暴雨中心在福州市和莆田市，8月4日08時至7日20時莆田市出現(xiàn)大暴雨，此次臺風暴雨過程持續(xù)時間達4d，強度強，范圍廣，莆田市共有10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、12個自動站達到400mm，其中城廂區(qū)常太鎮(zhèn)山坑村最大，為507.7mm，最大小時雨強出現(xiàn)在5日10時笏石鎮(zhèn)60.2mm。

莆田市此次臺風暴雨可以分為3個階段，4日以穩(wěn)定性降水為主，5日以短時強降水為主，6日以混合性降水為主，4日全市暴雨，5日全市暴雨，部分大暴雨，6日全市出現(xiàn)大暴雨，7日東南部出現(xiàn)暴雨。最強降水時段出現(xiàn)在5日白天和6日白天，莆田市部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大暴雨，其中5日白天以短時強降水為主，12小時最大累積降水量為157.8mm，出現(xiàn)在荔城區(qū)新度鎮(zhèn)下橫山村，6日白天以混合性降水為主，為臺風本體暴雨，12小時降水量以秀嶼區(qū)埭頭鎮(zhèn)黃瓜島173.0mm為最大。

5日降水集中在上午，最大小時雨強從南往北依次出現(xiàn)在9—10時、10—11時，最大小時雨強為52.9mm，出現(xiàn)在下橫山村站；6日逐小時雨量在10～20mm/h，持續(xù)了10個小時左右(見圖2)。

(a)下橫山村站、莆田站

(b)福嶺村站 (c)站點分布

3.2 大尺度環(huán)流背景分析

8月5日08時500hPa中緯度為兩槽一脊，在巴湖和我國內蒙古東部和東北地區(qū)為槽區(qū)，兩槽之間的貝加爾湖西側為深厚的暖脊；500hPa中緯度高空槽東移，槽底位于陜西、河南交界處，副熱帶高壓被季風槽分成南北兩個中心，北側副熱帶高壓減弱東退，副高主體在日本島，南側副熱帶高壓位于西太平洋洋面上，西脊點在(15°N，110°E)，詳見圖3b。盧山等[9]指出，熱帶氣旋登陸后的填塞消亡時間因為季風槽的伴隨而大大延長，熱帶氣旋云系有再生、加強和擴展現(xiàn)象；季風槽北抬為暴雨發(fā)生提供了很好的物理條件，季風槽對熱帶氣旋的暴雨降水過程有增幅影響[10]；伴隨登陸的季風槽對熱帶氣旋暴雨無論是空間、時間，還是強度上均有強烈增幅作用[11-16]。從7月底開始，季風槽穩(wěn)定在20°N 以北，“盧碧”連著強盛的季風，有豐沛的水汽供應，為“盧碧”環(huán)流和強度的維持提供條件，同時“盧碧”處在南側副熱帶高壓的西北側，使其往東北方向移動，“盧碧”與東北側的2110號臺風“銀河”形成弱的雙臺風效應，環(huán)境場使“盧碧”移動緩慢(移速維持在10km/h左右)，路徑復雜，使得莆田市長時間處在“盧碧”的倒槽中。

8月5—6日，200hPa一個高壓中心在江西、湖南省附近(圖3a)，“盧碧”處在高壓東南側東北氣流下，“盧碧”上空為輻散區(qū)，5日輻散值超過6×10-5s-1，福建省處在高壓東側偏北風下，存在輻散，中心在福州市，輻散值超過4×10-5s-1，6日“盧碧”位于閩南沿海海面上，莆田至寧德上空有一輻散中心，輻散值達1×10-4s-1；高壓為“盧碧”和福建暴雨區(qū)提供輻散，導致低層輻合和上升運動增強，既有利于“盧碧”低壓環(huán)流的維持，又有利于福建沿海中尺度對流云團的發(fā)展，是造成“盧碧”強降水的重要原因。

李英等[17]指出，低空急流是臺風獲得水汽和能量的重要通道。分析850hPa和925hPa流場可知，南海為大片大于14m/s的西南急流，急流中心位于“盧碧”東南部，達24m/s；強南海西南季風即為“盧碧”強度的維持提供了充足的潛熱源，850hPa 5日、6日閩中沿海受大于14m/s的東南急流控制，急流中心達26m/s(圖略)，925hPa5日閩中沿海為大于14m/s的東南急流，急流中心達24m/s，6日轉為偏東風，最大風速達21m/s(圖略)，東南風和偏東風急流為閩中沿海暴雨區(qū)上空輸送充足水汽和能量。

(a)200hPa (b)500hPa

(c)850hPa (d)700hPa

熱帶氣旋暴雨的條件是環(huán)境場要有利于熱帶氣旋的維持和少動，南側副熱帶高壓、臺風“銀河”和季風槽的穩(wěn)定維持對“盧碧”移動緩慢和環(huán)流維持起到重要作用，“盧碧”連著強盛的季風，有豐沛的水汽供應，從而延長了降水時間，并為其暴雨的產生提供了更強的輻合和動力抬升作用，200hPa高壓為“盧碧”和福建暴雨區(qū)上空提供了強輻散，也是造成“盧碧”維持和強降水的重要原因，南海季風加強為“盧碧”輸送充足水汽和能量，激發(fā)了中尺度對流云團的發(fā)生發(fā)展，“盧碧”長時間維持東南風急流，是發(fā)生持續(xù)性暴雨最直接的原因。

3.3 物理量診斷分析

3.3.1 水汽條件

分析此次持續(xù)性臺風暴雨過程850hPa和925hPa的比濕分布，5日、6日850hPa的比濕在福建維持15g/kg，中心值達17g/kg，5日、6日925hPa在福建沿海維持17g/kg以上的比濕，最大值達19g/kg，5日500hPa的比濕在5 g/kg左右，6日達8g/kg以上，可知5日上層略干，以短時強降水為主，6日濕層深厚，且范圍廣，以持續(xù)時間較長的混合性降水為主。整個過程福建沿海有持續(xù)且深厚的水汽條件，為持續(xù)臺風暴雨的維持提供豐沛的水汽。

3.3.2 動力條件

沿著25.5°N的位勢渦度(位渦,PV)剖面分析(圖4)，5日02時119.5°E～121°E、118°E～119°E兩區(qū)域600hPa以下是負位渦區(qū)，600hPa以上是位渦正值區(qū)，與5日05時對比發(fā)現(xiàn)兩個位渦負值區(qū)均往119°E靠攏，118°E～121°E區(qū)域700hPa以下均為PV負值區(qū)，700hPa為零值線的位置，700hPa以上為PV正值控制區(qū)，08時正值區(qū)往下壓，850hPa以下均為PV負值區(qū)，850hPa為零值線的位置，PV梯度在118°E～119°E處加大，說明不穩(wěn)定在加劇，正好莆田的短時強降水在8∶00—11∶00出現(xiàn)，11∶00在119°E附近整層基本為PV正值控制，莆田短時強降水趨于結束。

(a)5日02時 (b)5日05時 (c)5日08時 (d)5日11時

沿著25.5°N的位渦剖面分析(圖5)，6日11時120°E附近有正負PV值的交界處，說明不穩(wěn)定在加劇，6日14時正負PV的交界處在往西移，移至119°E附近，在119°E～120°E位渦梯度加大，不穩(wěn)定在加劇，“盧碧”處在正的位渦中，正值中心在4PVU，也有利于“盧碧”環(huán)流的維持，6日主要為臺風本體暴雨。“盧碧”環(huán)流的維持及強降水的開始在位渦中心位置及位渦梯度演變上有明顯體現(xiàn)。

圖5 6日14時沿119°E和25°N的位渦垂直剖面

3.3.3 熱力條件

假相當位溫θse是同時表征溫度和濕度的參數(shù)，因而在中尺度天氣圖上可以繪制等θse線，分析確定高低θse值區(qū)(或濕靜力能量高低能區(qū))和能量鋒區(qū)的位置[18]。從θse場分布看，強對流出現(xiàn)前5日08時閩西南有假相當位溫中心，高能舌中心強度在366K以上，且福建處在高溫高濕的環(huán)境下。從沿((23.6°N；117.1°E)～(27.3°N；120.4°E))的假相當位溫剖面(圖6)上可見，6日08時莆田上空在925～850hPa上有θse相對的大值中心，達360K以上，往高層θse值在減小，可分析出莆田上空存在上干冷下暖濕，即δθse/δP>0，存在對流不穩(wěn)定，有利于不穩(wěn)定能量的累積，從而導致暴雨發(fā)生。

3.4 地形對降水的影響

針對5日09—11時短時強降水進行分析，“盧碧”在廣東沿海，莆田處在“盧碧”東北側的東偏南氣流控制下，回波從南往北偏西移動過程中在圖7紅色區(qū)域加強，移速減慢形成強降水中心，該區(qū)域的西北部有海拔高度達400～600m，氣流在迎風坡加強發(fā)展，導致對流加強；6日白天莆田市以偏東風為主，向岸風的輻合作用使得東部沿海存在一個大暴雨中心；莆田中部地區(qū)西北高東南低的地形特點及海陸分布，強東南風急流下由于地形增幅作用，強降水中心應考慮在中部，偏東風氣流下，由于向岸風輻合，強降水中心應考慮在沿海。因此在考慮降水落區(qū)時要考慮地形與氣流的走向，充分考慮地形對強降水的增幅作用。

圖6 5日08時850hPa假相當位溫和 6日08時假相當位溫沿著((23.6°N，117.1°E)～(27.3°N，120.4°E))垂直剖面

(a) (b) (c)

3.5 數(shù)值預報應用情況和檢驗分析

從CMA-SH9(WARMS)風場與風廓線雷達風場對比(圖略)可知，CMA-SH9對“盧碧”預報路徑有所偏差，預報比實況偏西，使得4日20時預報的5日08時850hPa莆田風向存在偏差，偏南分量大，風速偏小，但是其降水落區(qū)卻預報的較好，要結合其預報的物理量場作進一步分析。5日20時預報的6日08時“盧碧”預報比實況偏西，850hPa莆田上空的東南風與東北風的切變沒有預報出來，預報的是一致的偏南風急流，偏南風大，提供了充足的水汽，因此，從預報的降水落區(qū)來分看，量級和落區(qū)預報的不錯，但是東部的強降水中心范圍偏小。

從CMA-meso風場與風廓線雷達風場對比，可知CMA-meso對“盧碧”預報路徑偏差不大，預報比實況略偏西一點，4日20時預報的5日08時850hPa和925hPa莆田上空風向風速均較為一致，但是其降水落區(qū)卻預報的不好，要結合其預報的物理量場作進一步分析，CMA-meso主要參考形勢場，對降水落區(qū)的參考性不大。5日20時初始場分析CMA-meso “盧碧”比實況位置較一致，但是12小時預報時效(6日08時) “盧碧”預報比實況位置偏西，且925hPa莆田上空的東南風與東北風的切變沒有預報出來，預報莆田沿海偏南風與東南風的切變，從預報的降水落區(qū)來分看，落區(qū)預報的不錯，但是量級偏小，因此參考模式預報的降水落區(qū)和量級時要注意與實況的對比，做出相應的調整。

綜上，此次過程CMA-SH9的降水強度和落區(qū)在預報過程中可參考。CMA-meso形勢場預報效果更好，但降水落區(qū)和強度預報地較差。臺風路徑的預報很關鍵，路徑存在偏差，就會導致降水落區(qū)存在偏差，參考該模式的預報，也要對前期的路徑實況進行對比檢驗。

4 結論與討論

①南側副熱帶高壓、臺風“銀河”和季風槽的穩(wěn)定維持對“盧碧”移動緩慢和環(huán)流維持起到重要作用，“盧碧”連著強盛的季風，有豐沛的水汽供應，從而延長了降水時間，并為其暴雨產生提供了更強的輻合和動力抬升作用，200hPa高壓為“盧碧”和福建暴雨區(qū)上空提供了強輻散，也是造成“盧碧”維持和強降水的重要原因，南海季風加強為“盧碧”輸送充足水汽和能量，“盧碧”長時間維持東南風急流，是持續(xù)性暴雨最直接的原因。

②整個過程中，福建沿海有持續(xù)且深厚的水汽條件，為臺風暴雨的維持提供豐沛的水汽。

③位渦PV梯度加大，說明不穩(wěn)定在加劇，是強降水開始的一個重要指標，“盧碧”處在正的位渦中，正值中心在4PVU，利于“盧碧”環(huán)流的維持，“盧碧”環(huán)流的維持及強降水的開始在位渦中心位置及位渦梯度演變上有明顯體現(xiàn)。

④莆田中部地區(qū)西北高東南低的地形及海陸分布特點，強東南風急流下由于地形增幅作用，強降水中心應考慮在中部，偏東風氣流下，由于向岸風輻合，強降水中心應考慮在沿海。因此，考慮降水落區(qū)時要考慮地形與氣流的走向，充分考慮地形對強降水的增幅作用。

⑤此次臺風暴雨，CMA-SH9的降水強度和落區(qū)在預報過程中可參考，而CMA-meso形勢場預報的較好，但降水落區(qū)和強度預報地較差，關于臺風降水的預報，對臺風路徑的預報很關鍵，路徑存在偏差，就會導致降水落區(qū)存在偏差。路徑可參考CMA-meso，降水落區(qū)可參考CMA-SH9。

⑥日常注意對大量個例模式進行總結，加強各家數(shù)值模式對暴雨的環(huán)流形勢、降水強度、降水落區(qū)預報的檢驗，加強對各家模式預報偏差的了解，才能更好了解模式的性能，更好地應用數(shù)值預報。