鄭秀麗，賴(lài)紹鈞，姚林塔，張煒月

福建省福州市氣象局，福建福州 350008

臺(tái)風(fēng)是影響沿海地區(qū)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，它會(huì)給沿海地區(qū)帶來(lái)強(qiáng)風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮及龍卷等極端性天氣，尤其是極端降水臺(tái)風(fēng)長(zhǎng)期以來(lái)備受關(guān)注[1-2]，而臺(tái)風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演變和外界環(huán)境與臺(tái)風(fēng)自身結(jié)構(gòu)的相互作用對(duì)臺(tái)風(fēng)極端降水具有重要影響。臺(tái)風(fēng)“鯰魚(yú)”是2016年登陸福建并給福建造成嚴(yán)重災(zāi)害的典型極端降水臺(tái)風(fēng)。因此，利用常規(guī)氣象站觀(guān)測(cè)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(gè)例1617號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”的極端降水分布特點(diǎn)、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(tái)風(fēng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)和環(huán)流特征及其演變規(guī)律，為登閩臺(tái)風(fēng)的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供一定的理論依據(jù)。

1 臺(tái)風(fēng)“鯰魚(yú)”降水概況

此處提到的時(shí)間均采用世界時(shí)（UTC=北京時(shí)-8）。“鯰魚(yú)”降水主要貢獻(xiàn)來(lái)自登陸前，且降水落區(qū)集中在臺(tái)風(fēng)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(yú)”降水的最大小時(shí)雨強(qiáng)為28日00:00～01:00柘榮富溪鎮(zhèn)92.5 mm，但過(guò)程累計(jì)降水最大為584.7 mm（永泰嶺路鄉(xiāng)）。可見(jiàn)“鯰魚(yú)”引發(fā)的降水小時(shí)雨強(qiáng)雖然不大，但其累計(jì)雨量較大?？傮w來(lái)說(shuō)，此次“鲇魚(yú)”臺(tái)風(fēng)降水具有影響范圍大、災(zāi)害嚴(yán)重、多地實(shí)況降水破歷史極值、小時(shí)雨強(qiáng)不大但累計(jì)雨量大等特點(diǎn)。

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(dòng)站資料、中國(guó)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(jì)算方法為：計(jì)算200 hPa和850 hPa層臺(tái)風(fēng)中心1 000 km范圍內(nèi)平均風(fēng)的差值。暖心計(jì)算方法：原始溫度與遠(yuǎn)海時(shí)臺(tái)風(fēng)中心溫度差值。

3 環(huán)流背景

3.1 大尺度環(huán)境場(chǎng)

大尺度環(huán)境場(chǎng)對(duì)臺(tái)風(fēng)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(yú)”影響期間，強(qiáng)的西風(fēng)槽穩(wěn)定位于中高緯度。臺(tái)風(fēng)登陸前，福建省即臺(tái)風(fēng)北側(cè)長(zhǎng)時(shí)間處于高空急流入口區(qū)右側(cè)，即位于強(qiáng)烈的高空輻散區(qū)。對(duì)流層中部（圖1c、圖1d），“鯰魚(yú)”登陸前，東亞中緯度盛行平直西風(fēng)，西太平洋副熱帶高壓始終維持帶狀，“鯰魚(yú)”在帶狀副高南側(cè)東南氣流引導(dǎo)下，其路徑以西北移為主。而在“鯰魚(yú)”登陸后，副熱帶高壓斷裂東退呈塊狀并穩(wěn)定少動(dòng)，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(tái)風(fēng)登陸前，福建處為臺(tái)風(fēng)西北側(cè)下沉氣流。但進(jìn)入臺(tái)灣海峽一段時(shí)間內(nèi)，福建省均處在臺(tái)風(fēng)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(qiáng)的輻散區(qū)和低層強(qiáng)的輻合區(qū)。高低層相互耦合作用形成強(qiáng)烈抽吸作用，為臺(tái)風(fēng)中尺度對(duì)流系統(tǒng)的形成和發(fā)展提供了強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)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(hào)臺(tái)風(fēng)“鯰魚(yú)”200 hPa（a、b）、500 hPa（c、d）、850 hPa（e、f）位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線(xiàn)，單位：位勢(shì)10 m）和風(fēng)場(chǎng)（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(qiáng)度

分析“鯰魚(yú)”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(guó)臺(tái)灣中北部，穿過(guò)臺(tái)灣島進(jìn)入臺(tái)灣海峽后路徑北折，呈現(xiàn)“V”型路徑。同日21:00左右，“鯰魚(yú)”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(yú)”轉(zhuǎn)向北上直至減弱消散。此外，從強(qiáng)度時(shí)間序列上，登陸我國(guó)臺(tái)灣前，“鯰魚(yú)”強(qiáng)度迅速發(fā)展，并且強(qiáng)度在登陸臺(tái)灣省前達(dá)到峰值（27日00:00），峰值強(qiáng)度時(shí)最大風(fēng)速為52 m/s，最低海平面氣壓為940 hPa。但在登陸臺(tái)灣省前6 h的強(qiáng)度已經(jīng)開(kāi)始減弱。登臺(tái)時(shí)強(qiáng)度為45 m/s（氣壓為950 hPa），受臺(tái)灣省地形影響，登臺(tái)后強(qiáng)度進(jìn)一步減弱。在臺(tái)灣海峽期間強(qiáng)度繼續(xù)減弱，但減弱速度比在臺(tái)灣島上時(shí)要緩慢。最后以風(fēng)速33 m/s（氣壓975 hPa）的強(qiáng)度登陸福建泉州。

4 臺(tái)風(fēng)“鯰魚(yú)”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(yú)”10 m風(fēng)場(chǎng)和全風(fēng)速演變來(lái)認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)特征及其演變規(guī)律可知，“鯰魚(yú)”自身尺度較大，在達(dá)到峰值強(qiáng)度前，不對(duì)稱(chēng)性顯著，強(qiáng)風(fēng)集中于臺(tái)風(fēng)北側(cè)，呈現(xiàn)北強(qiáng)南弱的特征。隨著環(huán)流的增強(qiáng)，東側(cè)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，并且達(dá)到峰值強(qiáng)度后，軸對(duì)稱(chēng)性有所增強(qiáng)，但最大風(fēng)依然主要位于臺(tái)風(fēng)東側(cè)和南側(cè)。穿過(guò)臺(tái)灣島后，受臺(tái)灣省的地面摩擦影響，強(qiáng)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(tái)灣海峽中結(jié)構(gòu)重構(gòu)不明顯，反而進(jìn)一步減弱。值得一提的是，與自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)相比，ERA5數(shù)據(jù)在陸地風(fēng)場(chǎng)上有所弱化。總的來(lái)說(shuō)，雖然在登閩前，臺(tái)風(fēng)自身結(jié)構(gòu)已經(jīng)松散，強(qiáng)度減弱明顯，但其臺(tái)風(fēng)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(lái)的降水更強(qiáng)，可見(jiàn)臺(tái)風(fēng)登臺(tái)后雖然強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)都銳減，但依然能帶來(lái)強(qiáng)降水。

4.1.2 垂直結(jié)構(gòu)特征強(qiáng)的動(dòng)力抬升對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)的維持具有作用。分析垂直運(yùn)動(dòng)剖面可以發(fā)現(xiàn)，“鯰魚(yú)”上升運(yùn)動(dòng)分布不均，峰值強(qiáng)度時(shí)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)位于西南象限，東北象限較弱，與大風(fēng)位置較為一致。登臺(tái)進(jìn)入臺(tái)灣海峽后，東西方向強(qiáng)度減弱顯著，但其北側(cè)上升運(yùn)動(dòng)顯著增強(qiáng)（此時(shí)，福建正好位于強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)）。臨近登閩時(shí)，雖然臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，但是臺(tái)風(fēng)南側(cè)即福建依然維持較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。

由假相當(dāng)位溫演變分析得到，假相當(dāng)位溫陡峭區(qū)和密集區(qū)位于臺(tái)風(fēng)內(nèi)核區(qū)，并且強(qiáng)降水期間，其陡峭區(qū)和密集區(qū)較好地對(duì)應(yīng)了極端降水落區(qū)，冷中心離臺(tái)風(fēng)中心大于5個(gè)緯距（經(jīng)距）。此外，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)有動(dòng)量下傳，內(nèi)核區(qū)是一個(gè)明顯的高能區(qū)?？梢?jiàn)，臺(tái)風(fēng)自身結(jié)構(gòu)分布特征對(duì)降水落區(qū)具有較大影響，預(yù)報(bào)員在考慮臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)時(shí)，應(yīng)考慮臺(tái)風(fēng)自身內(nèi)核結(jié)構(gòu)特征對(duì)其的影響。

環(huán)境垂直切變是影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的重要因子，強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)切變會(huì)破壞臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)而使臺(tái)風(fēng)減弱消亡。目前，深層、中層以及低層環(huán)境垂直風(fēng)切變通常是在一定半徑范圍內(nèi)分別計(jì)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(fēng)差。計(jì)算結(jié)果表明：“鯰魚(yú)”整個(gè)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?gòu)?0 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小（2 m/s左右）。深層切變整體呈現(xiàn)增大—減小—增大趨勢(shì)的特征。此外，深層切變主要貢獻(xiàn)來(lái)自高層切變（200～500 hPa），低層切變整體較?。?00～850 hPa）。整體上“鯰魚(yú)”在較弱切變環(huán)境中發(fā)生發(fā)展。

圖2 1617號(hào)臺(tái)風(fēng)“鯰魚(yú)”強(qiáng)度（黑色）和環(huán)境垂直切變（紅色）時(shí)間序列

4.2 熱力條件

暖心對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)的維持發(fā)展具有重要作用。其中，暖心計(jì)算方法是：對(duì)應(yīng)時(shí)刻原始溫度與遠(yuǎn)海時(shí)臺(tái)風(fēng)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(qiáng)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(tái)風(fēng)暖心滯后性不同的是，暖心在“鯰魚(yú)”峰值強(qiáng)度前2 h就已達(dá)到最強(qiáng)。此外，隨著“鯰魚(yú)”強(qiáng)度減弱，雖然低層暖心先減弱消失，但高層暖心維持時(shí)間較久，較小的垂直切變有利于臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)的維持和發(fā)展。暖心東西剖面強(qiáng)度和南北剖面強(qiáng)度相當(dāng)，演變特征基本一致。整體而言，“鯰魚(yú)”南北和東西面的暖心較為對(duì)稱(chēng)，高低層各有一個(gè)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(qiáng)度有所減弱。暖心維持時(shí)間較久，這主要得益于較小的環(huán)境垂直切變。

圖3 1617號(hào)臺(tái)風(fēng)“鯰魚(yú)”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(yīng)有利于臺(tái)風(fēng)環(huán)流的維持和發(fā)展，充足的水汽是臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度發(fā)展和降水的重要條件[3]。計(jì)算“鯰魚(yú)”1 000～3 00 hPa層平均的水汽通量和水汽通量散度分布，“鯰魚(yú)”登陸前，福建省為臺(tái)風(fēng)西側(cè)的偏北下沉氣流控制，水汽條件較差，這也是前期沒(méi)有降水的主要原因之一。而“鯰魚(yú)”登陸福建后，福建尤其福州地區(qū)處于臺(tái)風(fēng)北側(cè)的偏東急流區(qū)里，偏東急流帶來(lái)了充足水汽，從27日20:00開(kāi)始至登陸后一段時(shí)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(qiáng)輻合區(qū)域。“鯰魚(yú)”北側(cè)偏東風(fēng)急流帶來(lái)的水汽長(zhǎng)時(shí)間維持，而源源不斷的水汽供應(yīng)也為“鯰魚(yú)”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(yīng)十分有利于臺(tái)風(fēng)自身暖心結(jié)構(gòu)的形成和維持?？梢?jiàn)，優(yōu)越的環(huán)境條件和臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)相互耦合作用對(duì)降水具有重要影響。

5 結(jié)論

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

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

（3）“鯰魚(yú)”內(nèi)核區(qū)強(qiáng)的動(dòng)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(duì)應(yīng)關(guān)系。可見(jiàn)，預(yù)報(bào)員在做臺(tái)風(fēng)極端降水預(yù)報(bào)預(yù)警時(shí)應(yīng)結(jié)合臺(tái)風(fēng)自身結(jié)構(gòu)分布特征。