鄭 艷，蔡志穎，徐 璐，申子彬

1.寧波市鎮(zhèn)海區(qū)氣象局，浙江寧波 315206；2.寧波市氣象臺(tái)，浙江寧波 315000

寧波市地處浙江東部沿海，幾乎每年都會(huì)受到熱帶氣旋的影響。熱帶氣旋災(zāi)害是對(duì)該市破壞性最強(qiáng)的氣象災(zāi)害之一，年均有3～4個(gè)影響臺(tái)風(fēng)，其中1～2個(gè)臺(tái)風(fēng)有嚴(yán)重影響，其產(chǎn)生的狂風(fēng)暴雨給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅。因此，研究影響寧波的熱帶氣旋降水特征對(duì)決策部門指導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害具有重要意義。而以往研究多聚焦于相對(duì)臺(tái)風(fēng)中心的臺(tái)風(fēng)降水特征分析[1]，這對(duì)各地氣象部門預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)降水的指示意義略顯不足，以固定站點(diǎn)為參考，研究了寧波市8個(gè)國家級(jí)氣象觀測站700 km范圍內(nèi)的熱帶氣旋。

1 資料和方法

1.1 研究區(qū)域和資料

研究選取氣象觀測站700 km范圍內(nèi)的臺(tái)風(fēng)探討影響寧波的臺(tái)風(fēng)小時(shí)降水空間分布特征。臺(tái)風(fēng)歷史數(shù)據(jù)集來源于中央氣象臺(tái)，數(shù)據(jù)集中包含臺(tái)風(fēng)編號(hào)、臺(tái)風(fēng)中心經(jīng)緯度、中心氣壓、最大風(fēng)速等信息。臺(tái)風(fēng)中心位置進(jìn)入48 h警戒線前，每天進(jìn)行4次定位(間隔6 h)，進(jìn)入48 h警戒線后則每天進(jìn)行8次定位(間隔3 h)，進(jìn)入24 h警戒線后，每天進(jìn)行24次定位(間隔1 h)。采集寧波市8個(gè)國家級(jí)氣象觀測站的逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，包括鎮(zhèn)海站(58561)：121.61°E，29.98°N；鄞州站(58562)：121.50°E，29.80°N；北侖站(58563)：121.83°E，29.88°N；奉化站(58565)：121.39°E，29.69°N；余姚站(58468)：121.14°E，30.02°N；慈溪站(58467)：121.29°E，30.20°N；象山站(58566)：121.92°E，29.38°N；寧海站(58567)：121.44°E，29.32°N。由于寧波鎮(zhèn)海站于2009年建站，建站時(shí)間較晚，因此研究時(shí)段選取為2010—2021年。

1.2 研究方法

影響臺(tái)風(fēng)降水量和降水分布的因子主要為臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、臺(tái)風(fēng)距離氣象臺(tái)站的距離、臺(tái)風(fēng)相對(duì)臺(tái)站的方位角[2-3]。強(qiáng)臺(tái)風(fēng)多出現(xiàn)在沿海地區(qū)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)向內(nèi)陸移動(dòng)時(shí)，能量供給的減弱和地面摩擦的加強(qiáng)使得臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度越弱，其造成強(qiáng)降水的可能性越低[4]。

1.2.1 臺(tái)風(fēng)分類臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度被定義為臺(tái)風(fēng)中心的持續(xù)最大風(fēng)速，根據(jù)中國氣象局“關(guān)于實(shí)施熱帶氣旋等級(jí)國家標(biāo)準(zhǔn)”GBT 19201—2006的通知，熱帶氣旋按中心附近地面最大風(fēng)力劃分為6個(gè)等級(jí)。分別為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(SuTY)：≥51 m/s、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)：41.5～50.9 m/s、臺(tái)風(fēng)(TY)：32.7～41.4 m/s、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)：24.5～32.6 m/s、熱帶風(fēng)暴(TS)：17.2～24.4 m/s和熱帶低壓(TD)：10.8～17.1 m/s。臺(tái)風(fēng)登陸后，熱帶風(fēng)暴和熱帶低壓的維持時(shí)間要比超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的時(shí)間更長。因此將熱帶風(fēng)暴和熱帶低壓合稱為弱臺(tái)風(fēng)，其余統(tǒng)稱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。

1.2.2 距離計(jì)算臺(tái)風(fēng)與氣象臺(tái)站間的距離按以下公式計(jì)算：

式(1)中，S為氣象臺(tái)站與臺(tái)風(fēng)中心的距離(單位：km)，R為地球半徑(單位：km)，L1和φ1為臺(tái)站經(jīng)度和緯度，L2和φ2為臺(tái)風(fēng)中心經(jīng)度和緯度。

1.2.3 方位角計(jì)算臺(tái)風(fēng)強(qiáng)對(duì)流區(qū)常位于臺(tái)風(fēng)順切變的左側(cè)，因此臺(tái)風(fēng)與氣象臺(tái)站的方位角度可影響臺(tái)風(fēng)降水分布。方位角度計(jì)算方式如下：

式(2)和(3)中的可由下式得到：

通過sinα和cosα，可計(jì)算得到α，介于0°～360°且呈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)α介于0°～90°，則稱臺(tái)風(fēng)位于站點(diǎn)的第一象限，以此類推，共分為4個(gè)象限。

2 結(jié)果與分析

2.1 所有臺(tái)風(fēng)影響的小時(shí)降水特征

從圖1可以看到，氣象臺(tái)站所有方位上均會(huì)有臺(tái)風(fēng)經(jīng)過，但臺(tái)風(fēng)主要出現(xiàn)在氣象臺(tái)站東側(cè)(第一、二象限)，氣象臺(tái)站西北側(cè)(第四象限)出現(xiàn)的次數(shù)最少。當(dāng)臺(tái)風(fēng)在各站400 km以內(nèi)時(shí)，各站均可出現(xiàn)明顯降水，距臺(tái)站約200 km、150°～210°方位上可見2～3個(gè)大值中心，北侖站出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)降水最為明顯，可達(dá)40～50 mm(圖1b)。由于象山站為寧波東南部的沿海觀測站，降水中心更近氣象臺(tái)站且近似為1個(gè)(圖1f)。除寧海站外，在距各氣象臺(tái)站300～400 km、180°～210°方位上都存在一個(gè)水平條帶狀大值區(qū)，為大到暴雨量級(jí)，該區(qū)域內(nèi)象山站對(duì)應(yīng)最明顯的臺(tái)風(fēng)降水，30～40 mm。這表明當(dāng)臺(tái)風(fēng)在氣象臺(tái)站西南側(cè)300～400 km時(shí)，需開始注意臺(tái)風(fēng)帶來的降水影響。臺(tái)風(fēng)降水分布特征在各氣象臺(tái)站外圍有所不同，＞20 mm的暴雨主要出現(xiàn)在鎮(zhèn)海、奉化和寧海站的210°～270°(圖1a、圖1d、圖1e)，以及象山、余姚和鄞州站180°～240°方位上(圖1f、圖1g、圖1h)。由此表明，即使臺(tái)風(fēng)距離氣象臺(tái)站較遠(yuǎn)，但當(dāng)臺(tái)風(fēng)在臺(tái)站西南側(cè)時(shí)，仍可在氣象臺(tái)站產(chǎn)生可觀的降水。但在距鄞州站600～700 km、330°～360°方位上也可存在降水量超30 mm的大值中心(圖1h)。

圖1 2010—2021年寧波8個(gè)國家站700 km范圍內(nèi)所有強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)對(duì)應(yīng)的小時(shí)降水分布

2.2 超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響的小時(shí)降水特征

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響下，臺(tái)風(fēng)中心和明顯降水主要出現(xiàn)在離氣象臺(tái)站200～300 km、90°～180°方位上(第二象限)，但可出現(xiàn)在象山站100 km以內(nèi)并產(chǎn)生25 mm以上的暴雨。從臺(tái)風(fēng)中心散點(diǎn)分布看，大致可分為兩類：一類近似從寧波東側(cè)北上；另一類則為西北向路徑，從東南向各臺(tái)站移動(dòng)。從降水分布看，鎮(zhèn)海、北侖、奉化、余姚和鄞州站較相似，在距氣象臺(tái)站約300 km的第二象限內(nèi)存在2個(gè)中心，中心強(qiáng)度可達(dá)14 mm，沿海站點(diǎn)(鎮(zhèn)海和北侖站)南側(cè)的降水強(qiáng)度較內(nèi)陸站點(diǎn)(奉化、余姚和鄞州站)略強(qiáng)，最大可出現(xiàn)20～25 mm的暴雨。象山站對(duì)應(yīng)的降水分布區(qū)和其他氣象臺(tái)站不同，主要表現(xiàn)為1個(gè)整體2個(gè)中心。一個(gè)中心位于150°方位，距氣象臺(tái)站200～300 km，另一個(gè)中心則位于同一方位且距氣象臺(tái)站100 km以內(nèi)，這表明寧波象山縣更易受到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的降水影響。由于慈溪站位于寧波西北側(cè)，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的影響頻數(shù)較少且降水中心只有一個(gè)，位于150°～180°，距臺(tái)站250 km左右，中心強(qiáng)度達(dá)20 mm以上。

2.3 強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響的小時(shí)降水特征

強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響的降水集中在各站東側(cè)，降水中心主要出現(xiàn)在臺(tái)站南側(cè)的300 km以內(nèi)并且范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。鎮(zhèn)海、慈溪、余姚、北侖和奉化站對(duì)應(yīng)的主要降水中心和強(qiáng)度較相似，分別在90°～120°、200～300 km和180°～210°、200～400 km，其中鎮(zhèn)海、慈溪和余姚站在90°方位、約550 km也存在零散中心，相較而言，這3個(gè)臺(tái)站的臺(tái)風(fēng)降水強(qiáng)度會(huì)更弱些。較特殊的是寧海和象山站，對(duì)寧海站而言，臺(tái)風(fēng)降水的2個(gè)大值中心更靠近臺(tái)站，強(qiáng)度可達(dá)30～40 mm暴雨量級(jí)，而象山站對(duì)應(yīng)的降水主要在臺(tái)站西南側(cè)，東邊中心強(qiáng)度較弱，其西南方位、100～400 km范圍內(nèi)小時(shí)降水量可達(dá)40 mm以上，這也表明強(qiáng)臺(tái)風(fēng)對(duì)寧波南部的降水影響更大。

2.4 臺(tái)風(fēng)影響的小時(shí)降水分布

臺(tái)風(fēng)級(jí)別影響的氣象臺(tái)站小時(shí)降水范圍與超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)相比進(jìn)一步擴(kuò)大，并且各臺(tái)站間的區(qū)別減小。從臺(tái)風(fēng)中心的分布可以看到，臺(tái)風(fēng)主要出現(xiàn)在臺(tái)站東側(cè)，相較前2種強(qiáng)度的臺(tái)風(fēng)分布更加分散，有近3類路徑經(jīng)過氣象臺(tái)站。從降水分布上看，所有氣象臺(tái)站400 km以內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)明顯降水中心，但空間形態(tài)略有差別。其中，鎮(zhèn)海、北侖、寧海、象山和鄞州站都為一個(gè)整體的中心，明顯降水中心位于氣象臺(tái)站南側(cè)約150 km處，這些站點(diǎn)中北侖站出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)降水強(qiáng)度最大，可達(dá)30～40 mm。奉化、余姚和慈溪站則可看到2個(gè)降水大值中心。整體而言，臺(tái)風(fēng)對(duì)寧波南側(cè)臺(tái)站的降水影響較弱，與之前超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的描述特征相反。

2.5 強(qiáng)熱帶風(fēng)暴影響的小時(shí)降水分布

當(dāng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱至強(qiáng)熱帶風(fēng)暴時(shí)，各氣象臺(tái)站對(duì)應(yīng)的降水分布較零散，大體分為以下四類。第一類是鎮(zhèn)海和奉化站，在300～400 km內(nèi)于210°～240°和120°附近有2個(gè)大值中心，近似對(duì)稱，最強(qiáng)可達(dá)25 mm左右。第二類為北侖站，其最大強(qiáng)度中心位于150°～240°、約150 km處，最大強(qiáng)度達(dá)50 mm以上特大暴雨量級(jí)。第三類為象山站，有4個(gè)降水中心，并呈現(xiàn)出兩兩對(duì)稱的形勢，最大中心出現(xiàn)在210°～240°、200～400 km附近，強(qiáng)度可達(dá)30 mm以上。第四類是慈溪、寧海、余姚和鄞州站，都近似有2個(gè)降水中心，其中一個(gè)更靠近氣象臺(tái)站(200 km內(nèi))，另一個(gè)則在210°方位，300～400 km處。

2.6 熱帶風(fēng)暴和熱帶低壓影響小時(shí)降水分布

熱帶風(fēng)暴影響下臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)有所增多，除余姚站西北側(cè)幾乎無熱帶風(fēng)暴經(jīng)過外，其余氣象臺(tái)站各方位均有出現(xiàn)。從相應(yīng)的降水分布看，多數(shù)氣象臺(tái)站在其210°～240°方 位、400～500 km外 有零散大值中心。熱帶低壓影響下，氣象臺(tái)站附近出現(xiàn)的大值中心較少，僅慈溪和余姚站在200 km內(nèi)有約14 mm的降水中心。熱帶低壓對(duì)各氣象臺(tái)站的影響較為相似，降水大值中心多位于氣象臺(tái)站240°附近、500～600 km，即當(dāng)熱帶低壓在氣象臺(tái)站西南側(cè)500～600 km時(shí)，需開始考慮其帶來的短時(shí)降水影響。在降水強(qiáng)度上，最強(qiáng)的是奉化和余姚站，強(qiáng)中心位于210°～240°之間，強(qiáng)度可達(dá)50～60 mm；慈溪、鄞州、象山和寧海站對(duì)應(yīng)的小時(shí)降水強(qiáng)度則稍弱。

2.7 臺(tái)風(fēng)造成的降水頻數(shù)特征

在距離臺(tái)站700 km范圍內(nèi)，各臺(tái)站的降水量分布并不均勻。在臺(tái)站的某些象限內(nèi)，臺(tái)風(fēng)可在臺(tái)站帶來可觀的短時(shí)強(qiáng)降水，而位于其余方位時(shí)，臺(tái)風(fēng)對(duì)氣象臺(tái)站降水幾乎沒有影響。以鎮(zhèn)海站為例(沿海國家站)探討臺(tái)風(fēng)造成的降水頻數(shù)特征。從圖2可以看到，在鎮(zhèn)海站西北象限內(nèi)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)造成的降水頻數(shù)較少(圖2a)，這主要是由于臺(tái)風(fēng)登陸后很少有強(qiáng)臺(tái)風(fēng)能夠繼續(xù)維持。強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在站點(diǎn)東北象限時(shí)(圖2b)，多產(chǎn)生小雨或中雨強(qiáng)度的降水。在鎮(zhèn)海站南側(cè)400 km以內(nèi)時(shí)，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)帶來的降水影響十分明顯(圖2c、圖2d)。鎮(zhèn)海站東南象限內(nèi)，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的暴雨及以上強(qiáng)度降水頻數(shù)最高，中雨頻數(shù)也較高。

圖2 各象限、各距離內(nèi)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)引起的鎮(zhèn)海站降水頻數(shù)分布

弱臺(tái)風(fēng)(熱帶風(fēng)暴和熱帶低壓)影響下，鎮(zhèn)海站各象限，各距離內(nèi)的降水頻數(shù)分布與強(qiáng)臺(tái)風(fēng)相比，登陸后的弱臺(tái)風(fēng)維持時(shí)間更長，距臺(tái)站400 km的西北象限內(nèi)，中雨出現(xiàn)的頻次最高。當(dāng)弱臺(tái)風(fēng)在鎮(zhèn)海站東北象限或東南象限時(shí)，鎮(zhèn)海站出現(xiàn)降水的概率較低。在西南象限時(shí)，臺(tái)風(fēng)帶來的暴雨及以上強(qiáng)度降水頻數(shù)增加，但以遠(yuǎn)距離暴雨為主，可在500 km外產(chǎn)生。

3 小結(jié)

統(tǒng)計(jì)分析表明，氣象臺(tái)站所有方位都會(huì)有臺(tái)風(fēng)影響，臺(tái)風(fēng)中心主要在氣象臺(tái)站東側(cè)。對(duì)應(yīng)降水中心集中在各氣象臺(tái)站400 km以內(nèi)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)距氣象臺(tái)站200 km內(nèi)時(shí)，有1～3個(gè)降水中心，位于300～400 km的氣象臺(tái)站西南側(cè)時(shí)，氣象站可出現(xiàn)大到暴雨；當(dāng)臺(tái)風(fēng)距離氣象臺(tái)站較遠(yuǎn)時(shí)，也可產(chǎn)生可觀降水。當(dāng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度達(dá)熱帶低壓級(jí)時(shí)，臺(tái)風(fēng)對(duì)各氣象臺(tái)站降水影響最大，而隨著臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的增加，氣象臺(tái)站對(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)降水影響范圍減小。此外，各級(jí)別臺(tái)風(fēng)對(duì)相近臺(tái)站降水分布較相似，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)情況下，寧波南部氣象臺(tái)站降水(寧海和象山站)比北部氣象臺(tái)站大，而在臺(tái)風(fēng)等級(jí)下，則正好相反。強(qiáng)熱帶風(fēng)暴降水分布較零散，大致可歸為四類。熱帶風(fēng)暴和熱帶低壓對(duì)氣象臺(tái)站的降水主要出現(xiàn)在氣象臺(tái)站500 km以外。從氣象臺(tái)站降水頻數(shù)看，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)往往在臺(tái)站第三象限400 km內(nèi)帶來暴雨及以上強(qiáng)度的降水，弱臺(tái)風(fēng)也在相同象限可產(chǎn)生強(qiáng)降水，但以遠(yuǎn)距離暴雨為主，距氣象臺(tái)站500 km以外。至于不同季節(jié)內(nèi)，影響寧波臺(tái)風(fēng)的小時(shí)降水特征則可做進(jìn)一步細(xì)致探究。