李周 谷秀杰 王友賀 邵宇翔 席樂(lè) 栗晗

（1 中國(guó)氣象局·河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450003；2 河南省氣象臺(tái)，鄭州 450003）

0 引言

我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，平均每年約有7個(gè)臺(tái)風(fēng)（包括熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，下同）在我國(guó)登陸，常給人民生命、國(guó)家財(cái)產(chǎn)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成重大損失[1]。臺(tái)風(fēng)災(zāi)害一般包括大風(fēng)、暴雨以及風(fēng)暴潮。大風(fēng)和風(fēng)暴潮一般發(fā)生在臺(tái)風(fēng)登陸前后，臺(tái)風(fēng)殘渦在有利條件下還可以帶來(lái)超過(guò)登陸時(shí)的特大暴雨，造成嚴(yán)重災(zāi)害。如7503號(hào)臺(tái)風(fēng)“Nina”其低壓深入內(nèi)陸維持不消，造成著名的“75·8”河南特大洪水，奪去數(shù)萬(wàn)人生命[2]。因此對(duì)登陸熱帶氣旋的研究一直是氣象學(xué)者比較關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。陳聯(lián)壽等[3]、曾靜[4]從能量轉(zhuǎn)換、水汽輸送、中緯度斜壓鋒區(qū)和環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的變化等方面研究了登陸后熱帶氣旋的維持機(jī)制，結(jié)果表明，潛熱釋放和斜壓位能釋放是近?；虻顷憻釒庑訌?qiáng)或維持的兩種主要能源。對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的研究發(fā)現(xiàn)[5-6]，深入內(nèi)陸后的臺(tái)風(fēng)，即使強(qiáng)度已經(jīng)減弱，但其外圍經(jīng)常與北方冷空氣相結(jié)合，并可能產(chǎn)生極強(qiáng)的降水。關(guān)于深入內(nèi)地、長(zhǎng)生命史的臺(tái)風(fēng)暴雨的研究，任麗等[7]對(duì)臺(tái)風(fēng)與中緯度系統(tǒng)相互作用所致暴雨進(jìn)行了深入分析，當(dāng)臺(tái)風(fēng)低壓與西風(fēng)帶低渦逐漸接近過(guò)程中，臺(tái)風(fēng)東北側(cè)的東南急流把海上的熱量和水汽向低渦環(huán)流輸送，在倒槽切變處輻合抬升，產(chǎn)生暴雨。大暴雨區(qū)位于傾斜鋒區(qū)附近，對(duì)流穩(wěn)定，中層存在濕對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定，有利于加強(qiáng)降水強(qiáng)度。9608號(hào)臺(tái)風(fēng)自福建登陸后繼續(xù)北上[8]，給河北、山西帶來(lái)了幾十年不遇的特大暴雨，其成因主要由于，臺(tái)風(fēng)低壓與副高之間的強(qiáng)氣壓梯度形成的偏南風(fēng)急流，將低緯度地區(qū)高溫高濕的不穩(wěn)定大氣源源不斷地輸送到華北地區(qū)；以及華北北部近地面層弱冷空氣擴(kuò)散南下與南來(lái)不穩(wěn)定大氣的相互作用。何麗華等[9]對(duì)影響河北兩次相似路徑臺(tái)風(fēng)的濕位渦對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層中低層濕位渦正壓項(xiàng)（MPV1）＜0、斜壓項(xiàng)（MPV2）＞0區(qū)域?qū)?yīng)暴雨區(qū)，對(duì)此類(lèi)暴雨預(yù)報(bào)具有較好的指示意義；對(duì)流層高層高值濕位渦下傳，有利于位勢(shì)不穩(wěn)定能量的儲(chǔ)存和釋放，使降水增幅。吳蓁等[10]對(duì)臺(tái)風(fēng)外圍偏東氣流中的暴雨及其等熵位渦進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大值位渦帶與降水區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，正位渦異常中心的出現(xiàn)對(duì)降水的發(fā)生發(fā)展具有指示意義。

由于臺(tái)風(fēng)是大氣環(huán)流中不斷移動(dòng)的系統(tǒng)，不同的臺(tái)風(fēng)，其大氣環(huán)流背景也各不相同，同一個(gè)臺(tái)風(fēng)的不同時(shí)刻，其周?chē)到y(tǒng)也完全不同。同時(shí)，臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的風(fēng)雨天氣，也受多種因素的影響，如臺(tái)風(fēng)低壓自身結(jié)構(gòu)、環(huán)境場(chǎng)特征、下墊面濕熱程度等。因此每一個(gè)登陸臺(tái)風(fēng)都有其與眾不同的特點(diǎn)，尤其長(zhǎng)久維持并且產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)雨的臺(tái)風(fēng)更值得深入研究其機(jī)理與成因。2018年第18號(hào)臺(tái)風(fēng)“溫比亞”在河南境內(nèi)滯留長(zhǎng)達(dá)40 h，給河南省帶來(lái)的風(fēng)雨影響超過(guò)50 h，臺(tái)風(fēng)低壓在河南境內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間滯留并造成強(qiáng)降水實(shí)屬罕見(jiàn)，非常有必要進(jìn)行總結(jié)分析，探尋強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)制以及臺(tái)風(fēng)低壓在河南境內(nèi)長(zhǎng)久滯留的可能原因。本文利用6 h間隔1°×1°的NCEP全球再分析資料和高空、地面、逐小時(shí)降水等實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)及臺(tái)風(fēng)路徑等資料，通過(guò)相關(guān)物理量計(jì)算，對(duì)此次強(qiáng)降水天氣成因進(jìn)行診斷分析，提煉預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，以便提高對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨天氣的預(yù)報(bào)、預(yù)警能力，其研究結(jié)果將為今后的實(shí)際預(yù)報(bào)工作提供一定技術(shù)支撐。

1 過(guò)程概述

2018年8月17日08時(shí)（北京時(shí)，下同）起受臺(tái)風(fēng)“溫比亞”外圍云系影響，豫東南出現(xiàn)陣雨、雷陣雨天氣，20時(shí)以后，隨著臺(tái)風(fēng)低壓繼續(xù)西行，河南降水范圍由東南逐漸向西、向北擴(kuò)展；18日凌晨當(dāng)臺(tái)風(fēng)低壓進(jìn)入河南固始，豫東降水明顯增強(qiáng)，并穩(wěn)定維持，直到19日05時(shí)臺(tái)風(fēng)低壓緩慢移出汝南并加速向東北方向移動(dòng)，豫東強(qiáng)降水才明顯減弱。當(dāng)臺(tái)風(fēng)低壓進(jìn)入河南境內(nèi)后，強(qiáng)降水落區(qū)位于臺(tái)風(fēng)低壓東北象限距離低壓中心約250 km處的螺旋云帶里。2018年8月17日08時(shí)—8月19日20時(shí)累計(jì)降水量顯示（圖1a），江蘇西南部、安徽大部、河南東部和山東大部均出現(xiàn)100 mm以上的強(qiáng)降水，其中河南東部、安徽北部和山東南部超過(guò)250 mm。河南省內(nèi)京廣線(xiàn)沿線(xiàn)及以東地區(qū)為暴雨，東部、東北部為大暴雨，商丘地區(qū)特大暴雨；區(qū)域站雨量站超100 mm的有685站，其中超500 mm的有3站，分別為：柘城遠(yuǎn)襄集為553.1 mm、睢縣長(zhǎng)崗為543.2 mm、商丘睢陽(yáng)區(qū)勒馬為533.8 mm。1 h最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在沙集站，為111.9 mm（18日14—15時(shí)）；3 h最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在金世紀(jì)廣場(chǎng)，為198.5 mm（18日08—11時(shí)）；6 h最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在遠(yuǎn)襄集，為289.4 mm（18日11—17時(shí)）。強(qiáng)降水的同時(shí)部分地區(qū)伴有8級(jí)以上雷暴大風(fēng)及氣旋大風(fēng)（圖1b）。

圖1 2018年8月17日08時(shí)—19日20時(shí)累計(jì)降水量（a）和18日國(guó)家站大風(fēng)及雷暴分布（b）Fig. 1 Precipitation from 08:00 BT 17 to 08:00 BT 19 August 2018 (a); distribution of gale and thunderstorm at national stations on 18 August 2018 (b)

本次臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程僅次于“75·8”暴雨。據(jù)統(tǒng)計(jì)是河南省1980年以來(lái)首個(gè)單站日雨量超過(guò)300 mm的臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程，國(guó)家站日雨量大于50 mm的有46站、大于100 mm的有25站，均位列1980年以來(lái)河南臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程第三名。過(guò)程期間有8個(gè)國(guó)家氣象站日雨量超歷史極值，其中夏邑站超歷史極值2倍多，商丘站日雨量最大為363.6 mm，其歷史極值雨量為193.3 mm。

2 環(huán)流背景

由500 hPa副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高）及臺(tái)風(fēng)低壓演變（圖2a）可知，17日20時(shí)，副高脊線(xiàn)位于37°N、西伸點(diǎn)達(dá)116°E附近，副高主體控制山東半島到華北南部。隨著臺(tái)風(fēng)低壓逐漸西進(jìn)，副高快速東退，至18日08時(shí)，副高主體已東退到126°E以東，此時(shí)臺(tái)風(fēng)低壓進(jìn)入河南東南部，副高對(duì)臺(tái)風(fēng)低壓基本無(wú)引導(dǎo)作用，臺(tái)風(fēng)低壓在自身內(nèi)力作用下，緩慢向西北方向移動(dòng)。至19日08時(shí)，盡管副高主體仍位于120°E以東地區(qū)，但31°N附近西脊點(diǎn)明顯西擴(kuò)，這一改變有利臺(tái)風(fēng)低壓轉(zhuǎn)向東北方。另外18日14時(shí)，200 hPa在103°E附近，33°N以北地區(qū)有淺槽逐漸發(fā)展，而后逐漸加強(qiáng)并緩慢東移。

圖2 2018年8月17日20時(shí)—8月19日20時(shí)588 dagpm線(xiàn)動(dòng)態(tài)圖（a），及8月18日14時(shí)（b）和20時(shí)（c）海平面氣壓場(chǎng)Fig. 2 Variation of 588 dagpm line from 20:00 BT 17 to 20:00 BT 19 August 2018 (a), sea level pressure field at 14:00 BT (b) and 20:00 BT (c) 18 August 2018

中低層高壓帶環(huán)繞在臺(tái)風(fēng)低壓外圍除南側(cè)外的其他3個(gè)方向，海平面氣壓場(chǎng)與中低層環(huán)流相似，18日14時(shí)，1010 hPa高壓壩圍繞在低壓外圍（圖2b），對(duì)低壓移動(dòng)起到了一定的阻擋作用；18日20時(shí)，1010 hPa高壓帶（圖2c）縮減成塊狀位于華北北部，隨著臺(tái)風(fēng)低壓北側(cè)高壓逐漸減弱以及高空風(fēng)場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與加強(qiáng)[11]，臺(tái)風(fēng)低壓由緩慢西北行轉(zhuǎn)為東北行。

上述分析表明，臺(tái)風(fēng)登陸后副高快速東退，引導(dǎo)氣流明顯減弱，同時(shí)在地面場(chǎng)上低壓北側(cè)也受到高壓壩的阻擋，因此臺(tái)風(fēng)低壓緩慢西北行或停滯。直至19日02時(shí)，200 hPa低槽東移（圖略），使槽前向東北方向輻散增強(qiáng)，引導(dǎo)臺(tái)風(fēng)低壓轉(zhuǎn)向并加速向東北方向移動(dòng)。由于臺(tái)風(fēng)低壓在河南境內(nèi)長(zhǎng)久滯留，臺(tái)風(fēng)外圍東南急流將東海的水汽源源不斷向內(nèi)陸輸送，河南東部位于臺(tái)風(fēng)倒槽附近強(qiáng)水汽輻合及垂直運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)，因此產(chǎn)生了較大的累計(jì)降水量，且多站日雨量超歷史極值。

3 強(qiáng)降水診斷分析

3.1 動(dòng)力場(chǎng)特征

過(guò)暴雨中心（34.4°N）分別作渦度、散度、垂直速度剖面圖。18日14時(shí)渦度垂直剖面（圖3a）顯示，正渦度柱位于115°E附近，16×10－5s－1強(qiáng)中心發(fā)展到800 hPa；此時(shí)散度（圖3c）的強(qiáng)輻合中心位于115°E附近900 hPa以下，中心強(qiáng)度達(dá)－8×10－5s－1，700 hPa以上為輻散區(qū)，輻散層次較深厚，但強(qiáng)度稍弱，對(duì)應(yīng)200 hPa輻散中心值為2×10－5s－1，說(shuō)明低層臺(tái)風(fēng)低壓處于穩(wěn)定發(fā)展階段，低層入流大于高層出流；垂直速度剖面（圖3e）顯示，大于－24×10－3hPa·s－1上升運(yùn)動(dòng)中心由115°E附近的800 hPa高度傾斜上升至116°E附近的500～600 hPa，從上述物理量中心強(qiáng)度及垂直分布可知，此時(shí)系統(tǒng)正處在強(qiáng)烈發(fā)展階段，對(duì)應(yīng)強(qiáng)降水持續(xù)期，同時(shí)也是最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)時(shí)段。

圖3 2018年8月18日14時(shí)（a, c, e）和20時(shí)（b, d, f）沿34.4°N垂直剖面（a，b）渦度（單位：×10－5 s－1）；（c，d）散度（單位：×10－5 s－1）；（e，f）垂直速度（單位：×10－3 hPa·s－1）（黑色三角表示暴雨中心）Fig. 3 Vertical sections along 34.4°N at 14:00 BT (a, c, e) and 20:00 BT (b, d, f) 18 August 2018(a, b) Vorticity (unit: ×10－5 s－1); (c, d) Divergence (unit: ×10－5 s－1); (e, f) Vertical velocity (unit: ×10－3 hPa·s－1) (Black triangles indicate the centers of the rainstorm.)

18日20時(shí)，渦度剖面（圖3b）顯示，強(qiáng)渦旋區(qū)依然位于115°E附近，16×10－5s－1正渦度中心明顯增強(qiáng)，并伸展至700 hPa；此時(shí)散度剖面（圖3d）顯示，高層輻散明顯增強(qiáng)，中心最大值增加到6×10－5s－1位于400 hPa附近，強(qiáng)度略小于低層輻合；垂直速度剖面（圖3f）表明，由14時(shí)的傾斜發(fā)展為垂直，此時(shí)中心強(qiáng)度為－20×10－3hPa·s－1，位于700～600 hPa，中心強(qiáng)度及發(fā)展高度均有所減小。20時(shí)與14時(shí)動(dòng)力場(chǎng)對(duì)比分析表明，14時(shí)大氣正處于強(qiáng)烈發(fā)展階段，至20時(shí)系統(tǒng)基本發(fā)展到頂峰，14—20時(shí)，隨著系統(tǒng)的強(qiáng)烈發(fā)展同時(shí)對(duì)應(yīng)強(qiáng)降水的發(fā)生。20時(shí)以后系統(tǒng)逐漸衰減，強(qiáng)降水也隨之減弱。

3.2 水汽條件分析

某地區(qū)的降水強(qiáng)度除了與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)外，還決定于水汽的輸送與輻合，同時(shí)充足的水汽條件還是臺(tái)風(fēng)低壓得以維持的“燃料”。豫東強(qiáng)降水的產(chǎn)生與充足的水汽供應(yīng)是密不可分的。從18日14時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)的850 hPa水汽通量及水汽通量散度疊加圖（圖4a）可知，水汽在臺(tái)風(fēng)低壓的右后方由東海源源不斷向內(nèi)陸輸入，在臺(tái)風(fēng)低壓周?chē)蟼?cè)外其他三面均有水汽輻合，輻合中心位于商丘、周口兩地區(qū)西部，中心強(qiáng)度為3×10－8g·s－1·hPa－1·cm－2，至18日20時(shí)（圖4b），較強(qiáng)的水汽輸送依然持續(xù)，隨著低壓緩慢東北移，強(qiáng)輻合中心集中在低壓移動(dòng)的右前方，即強(qiáng)降水集中的豫東地區(qū)，同時(shí)輻合中心增強(qiáng)到4×10－8g·s－1·hPa－1·cm－2，源源不斷的水汽供應(yīng)與輻合以及強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為本次極端暴雨天氣提供了充足的水汽及動(dòng)力條件。

圖4 2018年8月18日14時(shí)（a）和20時(shí)（b）850 hPa水汽通量（矢量，單位：×10－3 g·s－1·hPa－1·cm－1）和水汽通量散度（色斑）疊加（黑色圓表示暴雨中心）Fig. 4 The 850 hPa water vapor flux (vectors, unit: ×10－3 g·s－1·hPa－1·cm－1) and divergence of water vapor flux(colored) at 14:00 BT (a) and 20:00 BT (b) 18 August 2018 (Black circles indicate the centers of the rainstorm.)

3.3 穩(wěn)定度分析

環(huán)境場(chǎng)的溫、濕分布對(duì)臺(tái)風(fēng)降水強(qiáng)度及分布也有明顯影響[2]，不穩(wěn)定的大氣層結(jié)是對(duì)流天氣發(fā)生、發(fā)展的必要條件。從豫東強(qiáng)降水發(fā)生前的K指數(shù)及假相當(dāng)位溫演變情況可知，17日14時(shí)K指數(shù)（圖5a）顯示，從安徽到河南東部均為大于36 ℃的高溫、高濕區(qū)，到18日02時(shí)（圖5b），河南東部K指數(shù)增大到38 ℃，能量進(jìn)一步蓄積，夜間K指數(shù)不降反增只有兩種可能，一是低層濕度增加，二是高空有冷空氣入侵。隨著臺(tái)風(fēng)低壓逐漸進(jìn)入河南東南部，東南急流帶來(lái)的水汽使低層增濕明顯，中高緯低槽繼續(xù)東移，其后冷空氣不斷擴(kuò)散南下與臺(tái)風(fēng)外圍的暖濕空氣結(jié)合，增強(qiáng)了大氣的不穩(wěn)定層結(jié)，同時(shí)也增加了降水強(qiáng)度。

圖5 2018年8月17日14時(shí)（a, c）和8月18日02時(shí)（b, d）的K指數(shù)（a, b）和沿34.4°N假相當(dāng)位溫剖面（c, d，單位：K）（黑色圓或三角表示暴雨中心）Fig. 5 K index (a, b) and vertical sections of pseudo-equivalent potential temperature along 34.4°N (c, d, unit: K) at 14:00 BT 17 August 2018 (a, c) and 02:00 BT 18 August 2018 (b, d) (Black circles or triangles indicate the centers of the rainstorm.)

從假相當(dāng)位溫演變可知，在116°—118°E，17日14時(shí)（圖5c），800 hPa以下假相當(dāng)位溫隨高度減小，為不穩(wěn)定層結(jié)；至18日02時(shí)（圖5d），低層高能舌向上延伸到600～500 hPa，在其東側(cè)119°E附近有一相對(duì)干冷的345 K的低值中心，隨著臺(tái)風(fēng)低壓外圍的偏東風(fēng)，該干冷空氣向西不斷入侵到暖濕氣柱內(nèi)。綜上，在臺(tái)風(fēng)低壓影響河南之前，豫東地區(qū)已經(jīng)具備對(duì)流發(fā)生發(fā)展的能量及不穩(wěn)定條件，18日凌晨，低壓進(jìn)入河南境內(nèi)以后，低層強(qiáng)烈的輻合抬升觸發(fā)豫東地區(qū)不穩(wěn)定能量釋放，從而產(chǎn)生持續(xù)的強(qiáng)降水天氣。

3.4 中尺度特征

3.4.1 衛(wèi)星云圖分析

從18日04—19時(shí)，強(qiáng)降水期間云圖及云頂亮溫（TBB）演變（圖6）可知，04—07時(shí)豫東地區(qū)對(duì)流云團(tuán)逐漸發(fā)展增強(qiáng)并向東北方向移出商丘地區(qū)，08—13時(shí)隨著前一對(duì)流云團(tuán)逐漸移出，強(qiáng)降水略有減弱，但后部仍不斷有新的對(duì)流單體生成并影響豫東地區(qū)，14時(shí)以后逐漸發(fā)展為組織結(jié)構(gòu)較完整的強(qiáng)對(duì)流單體，與前面的動(dòng)力場(chǎng)診斷相一致，同樣表明該時(shí)段系統(tǒng)處于強(qiáng)烈發(fā)展階段。強(qiáng)中心位于河南、山東、安徽、江蘇四省交界地區(qū)，在臺(tái)風(fēng)外圍東南氣流引導(dǎo)下，云團(tuán)向西北方向快速伸展，但強(qiáng)中心穩(wěn)定在四省交界處原地發(fā)展加強(qiáng)，豫東地區(qū)處在對(duì)流單體左側(cè)邊緣地帶。從云頂亮溫（TBB）分析同樣可知，18日08—13時(shí)對(duì)流云團(tuán)有所減弱，TBB中心最低值由08時(shí)的220 K升高到13時(shí)的230 K，13時(shí)以后隨著對(duì)流云團(tuán)的再次增強(qiáng)，TBB中心最低值由14時(shí)的225 K降低至19時(shí)的215 K，強(qiáng)降水區(qū)TBB始終低于230 K，并且中心最低值可達(dá)215 K。

3.4.2 雷達(dá)分析

從18日08—18時(shí)雷達(dá)拼圖（圖7）演變可知，強(qiáng)降雨區(qū)位于距離臺(tái)風(fēng)低壓中心約250 km的臺(tái)風(fēng)外圍螺旋雨帶中，強(qiáng)降水區(qū)集中分布在臺(tái)風(fēng)倒槽附近及其右側(cè)的高能區(qū)內(nèi)。過(guò)程期間可分為兩個(gè)主要強(qiáng)降水時(shí)段，第一時(shí)段位于18日凌晨到上午，第二時(shí)段位于18日下午到傍晚。18日08時(shí)強(qiáng)降水回波恰好位于商丘中部，而后逐漸減弱消散（圖7a、7b）。12時(shí)以后再次有強(qiáng)降水回波自商丘東南部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)商丘地區(qū)后18時(shí)以后移出（圖7c～7f）。強(qiáng)降水回波在商丘境內(nèi)不斷生消，并且維持較高的降水效率，因而出現(xiàn)了較強(qiáng)的累計(jì)降水量。在臺(tái)風(fēng)外圍的螺旋云帶中，大于45 dBZ的強(qiáng)回波成帶狀分布在低壓中心的東北象限內(nèi)即強(qiáng)降水區(qū)，帶狀強(qiáng)回波隨低壓中心向東北方向緩慢移動(dòng)，強(qiáng)回波長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定少動(dòng)是產(chǎn)生強(qiáng)降水的直接原因。

圖7 2018年8月18日08時(shí)（a）、10時(shí)（b）、12時(shí)（c）、14時(shí)（d）、16時(shí)（e）和18時(shí)（f）雷達(dá)拼圖Fig. 7 Radar composite image at 08:00 BT (a), 10:00 BT (b), 12:00 BT (c), 14:00 BT (d), 16:00 BT (e), and 18:00 BT (f) of 18 August 2018

3.5 物理量極端性分析

下面以商丘站為代表討論本次過(guò)程極端性的可能原因。挑選1980年以來(lái)商丘站日降水量大于50 mm的日期，針對(duì)3 km風(fēng)切變（shr3）、700 hPa偏南風(fēng)分量（vwnd_700）、700 hPa垂直速度（w_700）、整層可降水量（wvc）、850 hPa比濕（shum_850）、K指數(shù)（ki）、200 hPa散度（div_200）、850 hPa渦度（vort_850）等環(huán)境參數(shù)，計(jì)算所有日期的標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)平均值和最大（?。┲?，并與本次過(guò)程進(jìn)行對(duì)比（圖8）。如圖可知，本次過(guò)程200 hPa散度和850 hPa渦度的標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)均超過(guò)歷史最大值，700 hPa垂直速度小于歷史最小值，且遠(yuǎn)小于平均值。其他參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)略低于最大值但明顯高于平均值，說(shuō)明本次過(guò)程具有一定極端性。另外由于臺(tái)風(fēng)低壓的長(zhǎng)久滯留以及較高的降水效率便產(chǎn)生了較大的累計(jì)降水量。

圖8 1980年以來(lái)商丘站50 mm以上降水環(huán)境參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)Fig. 8 Standard deviation multiple of environmental parameters with precipitation over 50 mm at Shangqiu Station since 1980

4 結(jié)論

1）分析表明，臺(tái)風(fēng)低壓進(jìn)入河南以后強(qiáng)度維持、移速緩慢，主要由于大型流場(chǎng)對(duì)臺(tái)風(fēng)低壓的引導(dǎo)變?nèi)?、中低層受高壓帶阻擋，使得臺(tái)風(fēng)低壓在河南境內(nèi)長(zhǎng)久徘徊停滯不前。當(dāng)200 hPa西南風(fēng)速明顯加大時(shí)，低壓隨之快速東北移動(dòng)。

2）在臺(tái)風(fēng)低壓影響河南前，豫東地區(qū)已具備強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展的能量及不穩(wěn)定條件，K指數(shù)達(dá)36 ℃以上并且入夜以后增強(qiáng)到38 ℃以上，說(shuō)明前期大氣中聚集了大量的不穩(wěn)定能量，當(dāng)18日凌晨低壓進(jìn)入豫東南以后，低層強(qiáng)烈的輻合抬升觸發(fā)豫東地區(qū)不穩(wěn)定能量的釋放，從而產(chǎn)生持續(xù)的強(qiáng)降水天氣。

3）動(dòng)力及水汽場(chǎng)分析表明，強(qiáng)降水區(qū)大氣具有強(qiáng)烈的傾斜發(fā)展機(jī)制，由于低壓停滯不前，強(qiáng)烈傾斜發(fā)展機(jī)制維持6 h以上，并且伴有充足的水汽供應(yīng)及強(qiáng)烈輻合，使得強(qiáng)降水長(zhǎng)時(shí)間維持，累計(jì)雨量達(dá)到或超過(guò)歷史極值。

4）云圖、雷達(dá)等分析表明，在低壓外圍250 km附近的螺旋云帶中不斷有對(duì)流單體生成、合并，逐漸發(fā)展成較強(qiáng)雷暴單體；強(qiáng)降水區(qū)TBB始終低于230 K，并且中心最低值達(dá)215 K，低于一般強(qiáng)烈發(fā)展的對(duì)流單體220 K的最低溫度，說(shuō)明對(duì)流云發(fā)展的非常旺盛；雷達(dá)回波演變可知，大于45 dBZ的強(qiáng)回波成帶狀分布在低壓中心的東北象限的強(qiáng)降水區(qū)，強(qiáng)回波長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定少動(dòng)是產(chǎn)生強(qiáng)降水的直接原因。

5）將商丘站的相關(guān)環(huán)境參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)與歷年出現(xiàn)暴雨時(shí)的平均值和最大值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本次過(guò)程各環(huán)境參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)明顯高于歷年平均值，且部分達(dá)到歷史最大值，具有一定極端性。