鄭秀麗，賴紹鈞，姚林塔，張煒月

福建省福州市氣象局，福建福州 350008

臺風是影響沿海地區(qū)最嚴重的自然災害之一，它會給沿海地區(qū)帶來強風、暴雨、風暴潮及龍卷等極端性天氣，尤其是極端降水臺風長期以來備受關(guān)注[1-2]，而臺風內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演變和外界環(huán)境與臺風自身結(jié)構(gòu)的相互作用對臺風極端降水具有重要影響。臺風“鯰魚”是2016年登陸福建并給福建造成嚴重災害的典型極端降水臺風。因此，利用常規(guī)氣象站觀測資料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析資料以及CMA熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集等多源資料，分析了典型極端降水個例1617號臺風“鲇魚”的極端降水分布特點、環(huán)流和結(jié)構(gòu)特征及其演變規(guī)律，以期加深理解登閩極端降水臺風內(nèi)核結(jié)構(gòu)和環(huán)流特征及其演變規(guī)律，為登閩臺風的業(yè)務預報提供一定的理論依據(jù)。

1 臺風“鯰魚”降水概況

此處提到的時間均采用世界時（UTC=北京時-8）?！蚌T魚”降水主要貢獻來自登陸前，且降水落區(qū)集中在臺風西北側(cè)（福建中北部沿海），登陸后主要是分散性降水?！蚌T魚”降水的最大小時雨強為28日00:00～01:00柘榮富溪鎮(zhèn)92.5 mm，但過程累計降水最大為584.7 mm（永泰嶺路鄉(xiāng)）?？梢姟蚌T魚”引發(fā)的降水小時雨強雖然不大，但其累計雨量較大?？傮w來說，此次“鲇魚”臺風降水具有影響范圍大、災害嚴重、多地實況降水破歷史極值、小時雨強不大但累計雨量大等特點。

2 資料與方法

研究采用的資料包括The fifth generation ECMWF reanalysis（ERA5）(0.25°× 0.25°)、地面加密自動站資料、中國氣象局（CMA）熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集（tcdata.typhoon.org.cn）。

環(huán)境垂直切變計算方法為：計算200 hPa和850 hPa層臺風中心1 000 km范圍內(nèi)平均風的差值。暖心計算方法：原始溫度與遠海時臺風中心溫度差值。

3 環(huán)流背景

3.1 大尺度環(huán)境場

大尺度環(huán)境場對臺風結(jié)構(gòu)及其降水的發(fā)生發(fā)展具有重要影響。從200 hPa圖上可看到（圖1a、圖1b），在“鯰魚”影響期間，強的西風槽穩(wěn)定位于中高緯度。臺風登陸前，福建省即臺風北側(cè)長時間處于高空急流入口區(qū)右側(cè)，即位于強烈的高空輻散區(qū)。對流層中部（圖1c、圖1d），“鯰魚”登陸前，東亞中緯度盛行平直西風，西太平洋副熱帶高壓始終維持帶狀，“鯰魚”在帶狀副高南側(cè)東南氣流引導下，其路徑以西北移為主。而在“鯰魚”登陸后，副熱帶高壓斷裂東退呈塊狀并穩(wěn)定少動，這也是后期登陸后路徑依然穩(wěn)定的原因。從850 hPa圖上可知（圖1e、圖1f），臺風登陸前，福建處為臺風西北側(cè)下沉氣流。但進入臺灣海峽一段時間內(nèi)，福建省均處在臺風東北側(cè)偏東急流區(qū)，偏東和沿海偏北氣流在此輻合，維持高層強的輻散區(qū)和低層強的輻合區(qū)。高低層相互耦合作用形成強烈抽吸作用，為臺風中尺度對流系統(tǒng)的形成和發(fā)展提供了強的上升運動條件，也為福建省沿海極端降水提供了有利的環(huán)境條件。

圖1 1617號臺風“鯰魚”200 hPa（a、b）、500 hPa（c、d）、850 hPa（e、f）位勢高度場（等值線，單位：位勢10 m）和風場（矢量，單位：m/s，陰影分別為大于28、20、12 m/s的速度）

3.2 路徑和強度

分析“鯰魚”發(fā)展路徑發(fā)現(xiàn)，先是穩(wěn)定向西北行，于27日06:00左右登陸我國臺灣中北部，穿過臺灣島進入臺灣海峽后路徑北折，呈現(xiàn)“V”型路徑。同日21:00左右，“鯰魚”再次登陸福建南部，并在登陸后22 h左右，隨著副高減弱，“鯰魚”轉(zhuǎn)向北上直至減弱消散。此外，從強度時間序列上，登陸我國臺灣前，“鯰魚”強度迅速發(fā)展，并且強度在登陸臺灣省前達到峰值（27日00:00），峰值強度時最大風速為52 m/s，最低海平面氣壓為940 hPa。但在登陸臺灣省前6 h的強度已經(jīng)開始減弱。登臺時強度為45 m/s（氣壓為950 hPa），受臺灣省地形影響，登臺后強度進一步減弱。在臺灣海峽期間強度繼續(xù)減弱，但減弱速度比在臺灣島上時要緩慢。最后以風速33 m/s（氣壓975 hPa）的強度登陸福建泉州。

4 臺風“鯰魚”的結(jié)構(gòu)特征

4.1 水平和垂直結(jié)構(gòu)特征

4.1.1 水平結(jié)構(gòu)特征分析“鯰魚”10 m風場和全風速演變來認識其結(jié)構(gòu)特征及其演變規(guī)律可知，“鯰魚”自身尺度較大，在達到峰值強度前，不對稱性顯著，強風集中于臺風北側(cè)，呈現(xiàn)北強南弱的特征。隨著環(huán)流的增強，東側(cè)強度逐漸增強，并且達到峰值強度后，軸對稱性有所增強，但最大風依然主要位于臺風東側(cè)和南側(cè)。穿過臺灣島后，受臺灣省的地面摩擦影響，強度明顯減小，結(jié)構(gòu)有所松散，尺度減小，尤其西側(cè)結(jié)構(gòu)破碎明顯，且在臺灣海峽中結(jié)構(gòu)重構(gòu)不明顯，反而進一步減弱。值得一提的是，與自動站風場相比，ERA5數(shù)據(jù)在陸地風場上有所弱化?？偟膩碚f，雖然在登閩前，臺風自身結(jié)構(gòu)已經(jīng)松散，強度減弱明顯，但其臺風本體依然引發(fā)了福建多地的極端降水，甚至比前期外圍環(huán)流帶來的降水更強，可見臺風登臺后雖然強度和結(jié)構(gòu)都銳減，但依然能帶來強降水。

4.1.2 垂直結(jié)構(gòu)特征強的動力抬升對臺風結(jié)構(gòu)的維持具有作用。分析垂直運動剖面可以發(fā)現(xiàn)，“鯰魚”上升運動分布不均，峰值強度時，強上升運動位于西南象限，東北象限較弱，與大風位置較為一致。登臺進入臺灣海峽后，東西方向強度減弱顯著，但其北側(cè)上升運動顯著增強（此時，福建正好位于強上升運動區(qū)）。臨近登閩時，雖然臺風強度進一步減弱，但是臺風南側(cè)即福建依然維持較強上升運動。

由假相當位溫演變分析得到，假相當位溫陡峭區(qū)和密集區(qū)位于臺風內(nèi)核區(qū)，并且強降水期間，其陡峭區(qū)和密集區(qū)較好地對應了極端降水落區(qū)，冷中心離臺風中心大于5個緯距（經(jīng)距）。此外，強上升運動區(qū)對應有動量下傳，內(nèi)核區(qū)是一個明顯的高能區(qū)?？梢姡_風自身結(jié)構(gòu)分布特征對降水落區(qū)具有較大影響，預報員在考慮臺風降水落區(qū)時，應考慮臺風自身內(nèi)核結(jié)構(gòu)特征對其的影響。

環(huán)境垂直切變是影響臺風強度和結(jié)構(gòu)的重要因子，強的環(huán)境風切變會破壞臺風結(jié)構(gòu)而使臺風減弱消亡。目前，深層、中層以及低層環(huán)境垂直風切變通常是在一定半徑范圍內(nèi)分別計算200 hPa與850 hPa高度層、200 hPa與500 hPa高度層、500 hPa與850 hPa高度層之間的區(qū)域平均風差。計算結(jié)果表明：“鯰魚”整個生命期的環(huán)境垂直切變總體較小，深層平均切變?yōu)?.09 m/s。24日18:00，深層切變迅速從10 m/s減至不足1 m/s。即使是在登陸后，深層垂直切變依然維持較?。? m/s左右）。深層切變整體呈現(xiàn)增大—減小—增大趨勢的特征。此外，深層切變主要貢獻來自高層切變（200～500 hPa），低層切變整體較?。?00～850 hPa）。整體上“鯰魚”在較弱切變環(huán)境中發(fā)生發(fā)展。

圖2 1617號臺風“鯰魚”強度（黑色）和環(huán)境垂直切變（紅色）時間序列

4.2 熱力條件

暖心對臺風結(jié)構(gòu)的維持發(fā)展具有重要作用。其中，暖心計算方法是：對應時刻原始溫度與遠海時臺風中心溫度的差值。從暖心南北剖面圖上可以看到（圖3），低層暖心峰值中心位于4 km左右，且暖心強度大于14℃。而高層暖心較低層弱（12℃左右），大致位于16 km左右。與其他臺風暖心滯后性不同的是，暖心在“鯰魚”峰值強度前2 h就已達到最強。此外，隨著“鯰魚”強度減弱，雖然低層暖心先減弱消失，但高層暖心維持時間較久，較小的垂直切變有利于臺風暖心結(jié)構(gòu)的維持和發(fā)展。暖心東西剖面強度和南北剖面強度相當，演變特征基本一致。整體而言，“鯰魚”南北和東西面的暖心較為對稱，高低層各有一個暖中心，暖心峰值分別位于16和4 km附近，登陸后低層暖心逐漸減弱消失，高層暖心維持，但強度有所減弱。暖心維持時間較久，這主要得益于較小的環(huán)境垂直切變。

圖3 1617號臺風“鯰魚”暖心自南向北方向垂直剖面（單位：℃）

4.3 水汽條件

源源不斷的水汽供應有利于臺風環(huán)流的維持和發(fā)展，充足的水汽是臺風強度發(fā)展和降水的重要條件[3]。計算“鯰魚”1 000～3 00 hPa層平均的水汽通量和水汽通量散度分布，“鯰魚”登陸前，福建省為臺風西側(cè)的偏北下沉氣流控制，水汽條件較差，這也是前期沒有降水的主要原因之一。而“鯰魚”登陸福建后，福建尤其福州地區(qū)處于臺風北側(cè)的偏東急流區(qū)里，偏東急流帶來了充足水汽，從27日20:00開始至登陸后一段時間，有源源不斷的水汽向福建沿海輸送，極端降水主要發(fā)生在水汽強輻合區(qū)域?！蚌T魚”北側(cè)偏東風急流帶來的水汽長時間維持，而源源不斷的水汽供應也為“鯰魚”自身結(jié)構(gòu)的維持和福建中北部沿海極端降水提供了有利的水汽條件。此外，充足水汽供應十分有利于臺風自身暖心結(jié)構(gòu)的形成和維持?？梢?，優(yōu)越的環(huán)境條件和臺風結(jié)構(gòu)的一個相互耦合作用對降水具有重要影響。

5 結(jié)論

（1）高濕的環(huán)境和高低層強的抽吸作用長時間維持有利于“鯰魚”自身環(huán)流和結(jié)構(gòu)的維持和發(fā)展。

（2）“鯰魚”具有高低層雙暖心，而弱環(huán)境垂直切變有利于“鯰魚”暖心長時間維持。

（3）“鯰魚”內(nèi)核區(qū)強的動力抬升和高能區(qū)配合與福建本次極端降水落區(qū)具有較好的對應關(guān)系?？梢?，預報員在做臺風極端降水預報預警時應結(jié)合臺風自身結(jié)構(gòu)分布特征。