高曉梅 ，白莉娜，郭蓉，王文波，馬守強(qiáng)

(1.山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 濟(jì)南 250031；2.濰坊市氣象局, 山東 濰坊 261011；3.中國氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所，上海 200030)

1 引言

中國是世界上受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的國家之一[1]，臺(tái)風(fēng)帶來的狂風(fēng)暴雨及衍生的洪水、山體滑坡、泥石流易導(dǎo)致嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和重大人員傷亡，因此，許多氣象學(xué)者對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨進(jìn)行了研究，并取得重要進(jìn)展[2-8]。特別是發(fā)現(xiàn)當(dāng)高低空急流、西風(fēng)槽或冷空氣等中緯度天氣系統(tǒng)與臺(tái)風(fēng)發(fā)生相互作用時(shí)，臺(tái)風(fēng)往往能獲得大量斜壓能量，引起其環(huán)流結(jié)構(gòu)改變甚至變性發(fā)展，從而導(dǎo)致暴雨增幅。趙思雄等[9]綜合評(píng)述了登陸臺(tái)風(fēng)及其引發(fā)的強(qiáng)降水等方面所取得的研究，指出臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離輸送或臺(tái)風(fēng)北上與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用是我國華北和東北地區(qū)產(chǎn)生大暴雨或持續(xù)性大暴雨的重要條件。陳聯(lián)壽等[10]指出，弱冷空氣將使渦旋位勢不穩(wěn)定能量匯聚并觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，如果冷空氣過強(qiáng)，會(huì)徹底破壞熱帶氣旋的暖心結(jié)構(gòu)，將其填塞消失。陶祖鈺等[11]研究表明，與中緯度槽相互結(jié)合的臺(tái)風(fēng)暴雨多出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心北方，距其中心較遠(yuǎn)。對(duì)于北上臺(tái)風(fēng)，如果與中緯度系統(tǒng)相互作用，臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)降水分布就更復(fù)雜[12-14]。另外，北上臺(tái)風(fēng)進(jìn)入西風(fēng)帶與冷空氣作用后通常伴有鋒生，是強(qiáng)降水形成的動(dòng)力因素之一。在鋒生次級(jí)環(huán)流對(duì)降水作用方面，氣象專家研究得出鋒生產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流能促進(jìn)鋒生加強(qiáng)，是形成強(qiáng)降水天氣的動(dòng)力機(jī)制之一[15-20]。

對(duì)北上至渤海、渤海海峽及黃海的臺(tái)風(fēng)，由于其個(gè)數(shù)少，在北上過程中常常變性且強(qiáng)度減弱，其針對(duì)性研究不多，但造成的風(fēng)雨災(zāi)害卻更為嚴(yán)重，因此對(duì)此類臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水分布的研究亟需深入。山東省地處中緯度，東瀕太平洋，雖然受臺(tái)風(fēng)影響的頻次遠(yuǎn)不及我國東南沿海地區(qū)，但臺(tái)風(fēng)卻是造成該地大范圍洪澇暴雨災(zāi)害的主要天氣系統(tǒng)之一。近年來，對(duì)山東臺(tái)風(fēng)暴雨的研究相對(duì)較少且比較分散和不太深入，因此對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的預(yù)報(bào)技術(shù)亟待進(jìn)一步深化和提高。2019 年第9 號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”造成山東有氣象記錄以來的最大降水，且降雨持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大、影響范圍廣、受災(zāi)特別嚴(yán)重（據(jù)統(tǒng)計(jì)，臺(tái)風(fēng)“利奇馬”導(dǎo)致山東受災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)398億元），是一個(gè)歷史罕見的臺(tái)風(fēng)暴雨個(gè)例，對(duì)其進(jìn)行深入分析，研究其發(fā)生發(fā)展機(jī)制具有重要意義。本文利用NCEP/NCAR 1 °×1 °的6 小時(shí)再分析、常規(guī)觀測、風(fēng)廓線雷達(dá)及逐小時(shí)自動(dòng)氣象站降雨量等資料，對(duì)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”造成山東有氣象記錄以來最大一次特大暴雨的降水強(qiáng)度和機(jī)制進(jìn)行研究，以期得出有指導(dǎo)意義的結(jié)論，能對(duì)山東的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)預(yù)警、決策服務(wù)及防災(zāi)減災(zāi)有所裨益。

2 環(huán)流背景分析

2019 年8 月10 日08:00（北京時(shí)間，下同）臺(tái)風(fēng)“利奇馬”中心移至浙江省臺(tái)州市仙居附近（圖1a），位于日本海附近的副熱帶高壓呈塊狀穩(wěn)定少動(dòng)，西風(fēng)槽東移至河套地區(qū)，此時(shí)“利奇馬”受西風(fēng)槽和副熱帶高壓之間的偏南風(fēng)引導(dǎo)向偏北方向移動(dòng)。另外，西太平洋另一臺(tái)風(fēng)“羅莎”的存在，一方面阻擋了副熱帶高壓的南落，有利于“利奇馬”登陸北上，另一方面，其北側(cè)的偏東氣流與西南季風(fēng)建立雙水汽通道，為“利奇馬”輸送大量的水汽和熱量，有利于其強(qiáng)度增強(qiáng)。隨著“利奇馬”北上，其與副熱帶高壓之間位勢梯度不斷加大，強(qiáng)盛的東南暖濕氣流與西風(fēng)槽攜帶的干冷空氣在魯西交匯，增強(qiáng)大氣不穩(wěn)定性，造成魯西出現(xiàn)較強(qiáng)的對(duì)流性降水。10日20:00（圖1b），西風(fēng)槽東移過程中受副熱帶高壓阻擋逐漸北縮，“利奇馬”繼續(xù)北上，西風(fēng)槽前正渦度平流與低層臺(tái)風(fēng)倒槽東側(cè)正渦度平流同位相疊加，加強(qiáng)了中低層上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)臺(tái)風(fēng)外圍東南急流提供了充沛水汽。10日夜間臺(tái)風(fēng)倒槽與西風(fēng)槽逐漸靠近，槽后冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)倒槽內(nèi)，使其斜壓性增強(qiáng)，冷暖空氣在魯中、魯西北東部及魯南的北部等地交匯有利于對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展，導(dǎo)致該區(qū)域強(qiáng)降水產(chǎn)生，致使10 日夜間魯中、魯西北東部及魯南的北部地區(qū)降水達(dá)100 mm 以上。

8 月11 日08:00（圖1c），西風(fēng)槽槽底北縮至40 °N 附近，臺(tái)風(fēng)受副熱帶高壓西側(cè)偏南氣流引導(dǎo)，北上到達(dá)江蘇鹽城一帶，此時(shí)山東主要受臺(tái)風(fēng)倒槽環(huán)流影響。由于副熱帶高壓穩(wěn)定維持和臺(tái)風(fēng)持續(xù)北上，使臺(tái)風(fēng)與副熱帶高壓之間的東南急流顯著增強(qiáng)，850 hPa 青島站東南風(fēng)風(fēng)速達(dá)24 m/s，低空及超低空急流向山東輸送充沛水汽，強(qiáng)降水主要集中在臺(tái)風(fēng)倒槽北側(cè)的魯中及魯西北東部地區(qū)。11 日20:00（圖1d），臺(tái)風(fēng)在青島二次登陸，其西北側(cè)干冷空氣的持續(xù)侵入造成臺(tái)風(fēng)逐漸變性，干冷空氣逐步取代暖濕空氣在山東境內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位，因此臺(tái)風(fēng)的變性是山東降水強(qiáng)度迅速減弱至消失的關(guān)鍵因素。12日08:00之后（圖略），大陸高壓脊東移，與海上副熱帶高壓對(duì)峙，引導(dǎo)氣流減弱，變性臺(tái)風(fēng)深入兩高之間，在萊州灣回旋。臺(tái)風(fēng)西側(cè)較強(qiáng)的東北風(fēng)急流將渤海灣水汽輸送至魯西地區(qū)，配合低空切變輻合抬升作用，造成魯西北強(qiáng)降水的發(fā)生。13日08:00（圖略），隨著變性臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱（熱帶低壓級(jí)）并移出萊州灣，山東降水逐漸結(jié)束。

3 降水實(shí)況分析

受臺(tái)風(fēng)“利奇馬”影響，山東出現(xiàn)大范圍大暴雨到特大暴雨天氣，特大暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在魯中的淄博、濰坊和魯西北的東營、濱州等地（圖2b），平均降雨量都超過250 mm，其次是魯南的臨沂、棗莊和魯中的濟(jì)南，平均降雨量超過200 mm 但小于250 mm，全省多站的日降雨量突破本站歷史極值。“利奇馬”外圍云系自10 日06:00 開始影響山東產(chǎn)生降雨，至13 日14:00 降雨結(jié)束，全省平均降雨量160.1 mm，過程最大降水量676.6 mm，出現(xiàn)在山東淄博西河鎮(zhèn)；最大小時(shí)雨強(qiáng)67.6 mm，出現(xiàn)在山東濰坊辛寨鎮(zhèn)；持續(xù)時(shí)間80小時(shí)，影響時(shí)間為山東有氣象記錄以來最長。本文以魯中西部的淄博西河鎮(zhèn)（全省最大降雨量站點(diǎn)）、魯中東部的濰坊辛寨鎮(zhèn)（全省最大小時(shí)雨強(qiáng)站點(diǎn)）、魯西北東部的東營史口鎮(zhèn)（東營最大降雨量站點(diǎn)）等三個(gè)破紀(jì)錄的特大暴雨站點(diǎn)的小時(shí)降雨量為例（圖2a），討論分析此次臺(tái)風(fēng)影響山東的強(qiáng)降水特征。

圖2 2019年8月10日10：00—11日09：00淄博西河鎮(zhèn)、濰坊辛寨鎮(zhèn)、東營史口鎮(zhèn)小時(shí)降雨量分布圖（a,單位：mm）；2019年8月10日06：00—13日14：00山東降雨量分布圖（b,單位：mm）；臺(tái)風(fēng)“利奇馬”路徑圖(c,陰影區(qū)為10日—11日6 小時(shí)雨量≥100 mm雨區(qū)）

8 月10 日02:00，“利奇馬”中心位于浙江省金華市東部附近，此時(shí)山東受臺(tái)風(fēng)外圍云系影響，自魯南到魯中等地的降水逐漸開始。10 日12:00“利奇馬”逐漸北移到江蘇南部，山東降水范圍增大，魯中和魯西北東部開始出現(xiàn)強(qiáng)降水。10 日12:00—11 日18:00 是臺(tái)風(fēng)“利奇馬”影響山東的主要強(qiáng)降水時(shí)段，強(qiáng)降水落區(qū)位于魯南、魯中至魯西北東部一帶（圖2c陰影區(qū)），基本呈南北向分布。濰坊、淄博、東營、臨沂都出現(xiàn)了6 小時(shí)100 mm 以上的強(qiáng)降水。10 日12:00—11 日10:00 是魯中、魯西北和魯南地區(qū)強(qiáng)降水最集中時(shí)段，其中濰坊辛寨10日15:00—16:00 出現(xiàn)了山東全省最大小時(shí)雨強(qiáng)67.6 mm、東營史口12:00—13:00出現(xiàn)38.7 mm、淄博西河11 日07:00—08:00 出現(xiàn)28.2 mm 的短時(shí)強(qiáng)降水（圖2a）。此階段正是臺(tái)風(fēng)倒槽與西風(fēng)槽相互作用階段。11 日10:00 之后臺(tái)風(fēng)“利奇馬”繼續(xù)北上，直至20:50 前后在青島市黃島區(qū)二次登陸，受臺(tái)風(fēng)倒槽影響，一直為山東帶來較強(qiáng)降水，強(qiáng)降水主要集中在魯中和魯西北，小時(shí)雨強(qiáng)大部在10～30 mm之間。另外，從圖2c可以明顯看出，強(qiáng)降水（6 小時(shí)降水≥100 mm 區(qū)）落區(qū)出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑的左側(cè)，而且左側(cè)降雨遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于右側(cè)，這是因?yàn)樽髠?cè)為中低緯系統(tǒng)相互作用的區(qū)域即冷暖空氣交匯的區(qū)域。這與LONFAT 等[21]研究結(jié)果不一致。該文獻(xiàn)指出，通常情況下，強(qiáng)度較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)最大降水出現(xiàn)在其右前側(cè)，強(qiáng)度較弱的則出現(xiàn)在其左前側(cè)，且具有更明顯的非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)。分析其不一致的原因，主要是此次過程有強(qiáng)冷空氣侵入和強(qiáng)水汽輸送。另外，強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)間主要為中低緯系統(tǒng)相互作用引起的強(qiáng)降水階段和臺(tái)風(fēng)倒槽影響山東的階段，當(dāng)臺(tái)風(fēng)11 日晚上登陸山東后反而降水迅速減小。這與陶祖鈺等[11]研究結(jié)果一致。究其原因，其一是干冷空氣的持續(xù)侵入造成臺(tái)風(fēng)變性使得山東降水強(qiáng)度減弱；其二是臺(tái)風(fēng)登陸山東后，由于下墊面摩擦等作用臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱；其三是無強(qiáng)水汽輸送。濰坊風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場顯示11 日15:00 之后對(duì)應(yīng)高低空風(fēng)速減小，低空東南風(fēng)急流消失，魯中地區(qū)高低空都轉(zhuǎn)為一致的東北風(fēng)，無強(qiáng)水汽輸送，因此強(qiáng)降水轉(zhuǎn)為弱降水。

4 特大暴雨的形成機(jī)理分析

4.1 冷空氣侵入特征分析

陳聯(lián)壽等[1]研究表明不同強(qiáng)度的冷空氣對(duì)臺(tái)風(fēng)及降水影響不同。何立富等［22］研究發(fā)現(xiàn)中緯度冷空氣從850 hPa以下低層侵入臺(tái)風(fēng)低壓北部，東北氣流與來自東部海面的東風(fēng)氣流在臺(tái)風(fēng)低壓北部匯合，引發(fā)大暴雨。鈕學(xué)新等[23]研究表明，較強(qiáng)冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)中心附近將破壞臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)，使得臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，不能起到增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中心附近降水的作用，但其對(duì)臺(tái)風(fēng)倒槽降水卻能起到較大增幅作用。分析山東此次臺(tái)風(fēng)暴雨的冷空氣活動(dòng)發(fā)現(xiàn)，冷空氣在此次強(qiáng)降水過程中起著重要作用。2019 年8 月10 日08:00—11 日08:00（圖1），在110 °E 附近貝加爾湖以東自新疆至陜西有一深厚的南北向高空槽，溫度槽落后于高空槽，槽后擴(kuò)散南下的冷空氣逐漸與北上臺(tái)風(fēng)倒槽頂端的東南暖濕氣流相互作用，為山東大部帶來強(qiáng)降水。從700 hPa冷平流分布圖可以看出（圖3，特大暴雨落區(qū)在117～119 °E、35.5～38.0 °N 之間，下同），自10 日08:00，700 hPa 開始出現(xiàn)冷平流，中高緯度的西風(fēng)帶冷空氣自魯西侵入，冷空氣主體逐漸東移且影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。10 日20:00 冷空氣主體到達(dá)魯中以西地區(qū)（圖略），冷平流范圍增大且強(qiáng)度增強(qiáng)，在魯中西南部出現(xiàn)-18×10-5K/s 的冷平流中心。11日02:00冷平流強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)（圖3a），呈西北-東南向分布，700 hPa 冷平流強(qiáng)中心位于淄博至濰坊一帶，強(qiáng)度為-25×10-5K/s，這正與濰坊、淄博的強(qiáng)降雨相對(duì)應(yīng)。11日08:00高空500 hPa圖顯示冷空氣主體和較強(qiáng)冷平流南下侵入到臺(tái)風(fēng)倒槽，山東特大暴雨區(qū)正處在臺(tái)風(fēng)倒槽西側(cè)冷暖空氣交匯處，加強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展有利于穩(wěn)定性降水長時(shí)間持續(xù)發(fā)生，因此強(qiáng)降水一直持續(xù)到11 日18:00。低層850 hPa 及925 hPa 流場顯示，8 月10日14:00 低層又發(fā)展出一溫度槽（圖略），魯南、魯中和魯西北正處在低層溫度槽前東北風(fēng)形成的冷空氣影響下。10 日下午中高層風(fēng)速加大，東南風(fēng)急流加強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)倒槽北側(cè)的東北氣流也明顯加強(qiáng)。11 日02:00 底層已經(jīng)出現(xiàn)明顯的東北風(fēng)冷墊（圖3b），該冷墊主要是西風(fēng)槽后冷空氣下沉至低層，侵入臺(tái)風(fēng)環(huán)流北部，東北氣流與來自東部海面的偏東風(fēng)氣流在臺(tái)風(fēng)低壓北部匯合形成。此外，臺(tái)風(fēng)降水使得雨滴在降水時(shí)不斷蒸發(fā)并大量吸收周圍空氣的熱量引起降溫對(duì)冷墊形成也起一定作用。即10日下午至夜間中層的東南暖濕氣流在底層?xùn)|北風(fēng)冷墊上滑行，加劇了魯中、魯西北等地短時(shí)強(qiáng)降水的增強(qiáng)。這正與濰坊、東營等地的強(qiáng)降雨時(shí)段相對(duì)應(yīng)（圖2a）。此時(shí)段內(nèi)濰坊辛寨站15:00—16:00 出現(xiàn)了全省最大小時(shí)雨強(qiáng)為67.6 mm 的短時(shí)強(qiáng)降水。這也是10 日下午冷空氣主體還未到達(dá)濰坊、東營等地，但該區(qū)域降雨強(qiáng)度卻偏強(qiáng)的原因。

圖3 2019年8月11日02：00 700 hPa溫度平流（等值線，單位：10-5 K/s，下同）與925 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽，單位：m/s，下同)疊加圖（a）與850 hPa溫度平流與1 000 hPa風(fēng)場疊加圖（b）；11日02：00(c)與11日08：00（d）溫度平流與水平風(fēng)場沿36.5 °N的緯向剖面圖

沿山東特大暴雨中心36.5 °N 做溫度平流的緯向垂直剖面圖可以明顯看出(圖3，特大暴雨落區(qū)在117～119 °E 之間，下同)，8 月10 日14:00 在700 hPa 及以上高度有冷平流（圖略），850 hPa 及以下高度在魯中及魯南等地有較弱冷平流，冷平流中心位于魯南的南部一帶。10 日20:00 冷平流強(qiáng)度增強(qiáng)（圖略），700 hPa 高度以上的冷平流伸展到850 hPa，中心北抬到650 hPa，但依舊在魯南地區(qū)。另外底層?xùn)|北風(fēng)形成的冷平流只在925 hPa以下，強(qiáng)度略有增強(qiáng)，位于魯中和魯西北東部地區(qū)。11日02:00冷平流范圍增大（圖3c），強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，冷平流中心有兩個(gè)，分別位于特大暴雨區(qū)上空的600 hPa 和750 hPa 高度上，都達(dá)-32×10-5K/s。另外在近地面層有一個(gè)-15×10-5K/s 的冷平流中心。此階段正與魯中、魯西北和魯南的強(qiáng)降水相對(duì)應(yīng)。11 日08:00 冷平流中心下降到850 hPa高度（圖3d），中緯度冷空氣主體侵入臺(tái)風(fēng)倒槽，冷暖空氣交匯導(dǎo)致強(qiáng)降水產(chǎn)生。沿特大暴雨中心36.5 °N 做水平風(fēng)場的緯向剖面圖顯示（圖3c、3d），低層?xùn)|北風(fēng)冷墊在垂直風(fēng)場結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)得更明顯。魯中地區(qū)在10日下午低層已經(jīng)由南風(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)，濰坊風(fēng)廓線雷達(dá)顯示12:00 的南風(fēng)于13:00轉(zhuǎn)東北風(fēng)（圖8b），與之對(duì)應(yīng)，三個(gè)特大暴雨站點(diǎn)的小時(shí)雨量顯示（圖2a 和圖8a），自12:00—13:00 降雨量明顯驟增，濰坊辛寨和城南、東營史口的小時(shí)降雨量分別由12:00 的19.2 mm、17.8 mm、3.1 mm 驟增到13:00 的32.1 mm、31.1 mm、38.7 mm，即底層南風(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)是降雨量驟增的標(biāo)志。

4.2 不穩(wěn)定能量分析

假相當(dāng)位溫（θse）是表征大氣溫、濕狀況的物理量，可反映大氣的不穩(wěn)定情況。通過對(duì)特大暴雨區(qū)中心分別沿118 °E 和36.5 °N 進(jìn)行假相當(dāng)位溫的垂直剖面分析發(fā)現(xiàn)(圖4a、4b)，10 日08:00 在對(duì)流層中高層400～750 hPa之間強(qiáng)降水區(qū)上空的西北方向?yàn)棣萻e低值區(qū)（圖略），低值中心在600 hPa約330 K，說明北方干冷空氣位置偏西偏北。低空900 hPa以下在山東半島附近為356 K以上的高溫高濕區(qū)。受臺(tái)風(fēng)倒槽影響，山東在10 日早晨開始出現(xiàn)弱降水。14:00—20:00臺(tái)風(fēng)倒槽北上，其東側(cè)的東南急流持續(xù)輸送暖濕空氣至山東，使得魯中、魯西北的暖濕空氣得到累積。隨著干冷空氣擴(kuò)散南下，θse大值區(qū)西移到魯中、魯西北等地并伸展至850 hPa 高度，大值中心為356 K 的等θse線呈“Ω”型覆蓋在上述區(qū)域上空，處于θse低值區(qū)的干冷空氣逐漸東移侵入到800 hPa 高值區(qū)的暖濕空氣附近，即此時(shí)高空干冷空氣與低空暖濕空氣逐漸交匯。11日02:00(圖4a、4b)，隨著槽后干冷空氣南下侵入至低層暖濕氣流處，在低層850 hPa以上等θse線愈加陡立密集近乎垂直，兩側(cè)的θse在魯中、魯西北及魯南附近存在較強(qiáng)梯度，形成一條近乎南北向延伸的θse能量鋒區(qū)，鋒區(qū)東南側(cè)有較強(qiáng)東南氣流將暖濕空氣持續(xù)輸送至上述地區(qū)，西北側(cè)有槽后干冷空氣不斷南下入侵，冷暖空氣在魯中、魯西北交匯觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流，引起強(qiáng)降水的產(chǎn)生。11 日08:00—20:00，干冷空氣繼續(xù)南侵，進(jìn)一步加劇能量鋒區(qū)的強(qiáng)度，對(duì)流不穩(wěn)定繼續(xù)增強(qiáng)，更有利于特大暴雨的發(fā)生。11日夜間隨著干冷空氣的持續(xù)侵入逐步取代暖濕空氣在山東境內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位，使得臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)變得更加不對(duì)稱，斜壓不穩(wěn)定進(jìn)一步增強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)逐漸發(fā)生變性，這從11日夜間的衛(wèi)星云圖可以看出（圖略），此階段山東降水強(qiáng)度也逐漸減弱。

圖4 2019年8月11日02：00假相當(dāng)位溫θse（藍(lán)實(shí)線，單位：K,下同）沿118 °E的經(jīng)向剖面圖（a）與沿36.5 °N的緯向剖面圖（b）與風(fēng)矢量場（風(fēng)矢量是全風(fēng)速矢量，如圖中箭頭線所示,下同）疊加圖；8月10日08：00（c）和11日08：00(d)700 hPa假相當(dāng)位溫θse和風(fēng)矢量場疊加圖

圖4c 和圖4d 給出不同時(shí)次700 hPa 假相當(dāng)位溫θse場和風(fēng)場疊加圖，10 日08:00 700 hPa 在山東半島南部存在一“Ω”形狀的高能舌(圖4c)，中心值達(dá)362 K 以上，其西北側(cè)已有干冷空氣進(jìn)入魯西，其東側(cè)主要為高溫高濕的東南暖濕氣流，兩支氣流逐漸交匯。850 hPa的θse密集帶與700 hPa走向基本一致(圖略)。此時(shí)魯西開始出現(xiàn)強(qiáng)降水。10日14:00—11 日20:00，西北側(cè)的干冷空氣逐漸東移，臺(tái)風(fēng)倒槽北抬，其外圍東南暖濕氣流與西風(fēng)槽東移攜帶的干冷空氣在魯中、魯西北及魯南等地交匯形成一條東北-西南向的θse密集帶，該密集帶正是能量鋒區(qū)所在，該區(qū)域內(nèi)冷暖空氣相互作用釋放斜壓能，改變了臺(tái)風(fēng)倒槽的熱力結(jié)構(gòu)和特征環(huán)境，同時(shí)也加強(qiáng)了其動(dòng)力輻合抬升[24]，對(duì)流不穩(wěn)定繼續(xù)增強(qiáng)，對(duì)此階段魯中、魯西北和魯南地區(qū)的暴雨增幅有非常重要的影響。圖中顯示自10 日08:00—11日20:00θse大值中心一直在山東半島南部，特別是11 日20:00θse中心最大值達(dá)到370 K，但山東半島相比魯中、魯西北地區(qū)降雨量卻明顯偏少，分析其原因，主要是此次臺(tái)風(fēng)暴雨過程中山東半島一直都為θse大值區(qū)的暖濕氣團(tuán)控制，從地面到高空一直都是一致的東南風(fēng)（圖4c 和圖4d），無冷空氣侵入，不利于對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展，因而降水相對(duì)偏少。而魯中、魯西北地區(qū)正處在槽后干冷空氣與臺(tái)風(fēng)東側(cè)的東南暖濕氣流交匯處，對(duì)流不穩(wěn)定更加強(qiáng)烈，因而該區(qū)域出現(xiàn)強(qiáng)降水。

4.3 鋒生及鋒生機(jī)制分析

4.3.1 鋒生強(qiáng)度分析

臺(tái)風(fēng)北上進(jìn)入中緯度能否出現(xiàn)鋒生，鋒生對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨形成是否起到作用，有必要做進(jìn)一步探討。由于此次臺(tái)風(fēng)暴雨過程空氣濕度較大，垂直運(yùn)動(dòng)可近似濕絕熱過程，考慮假相當(dāng)位溫θse在濕絕熱過程中守恒，因此選θse計(jì)算鋒生函數(shù)，以u(píng)、v表示水平風(fēng)速的緯向和徑向分量，鋒生函數(shù)具體如下[25-26]：

其中伸長變形Af、切變變形Bf、水平散度D公式如下：

從以上公式可知，鋒生函數(shù)F 包含四項(xiàng)：非絕熱變化項(xiàng)F1、水平散度項(xiàng)F2、水平變形項(xiàng)F3 和傾斜項(xiàng)F4[27]。由于非絕熱變化項(xiàng)F1 近似導(dǎo)致難以準(zhǔn)確計(jì)算，這里不做分析。水平散度項(xiàng)F2 表示在水平輻合(D＜0)或水平輻散(D＞0)產(chǎn)生的水平溫度梯度的增加或減弱；水平變形項(xiàng)F3 表示整個(gè)水平變形產(chǎn)生的鋒生作用，當(dāng)θse等值線與伸長軸之間夾角小于45 °時(shí)，沿伸長軸有鋒生，即風(fēng)場的變形項(xiàng)總是有鋒生作用；傾斜項(xiàng)(或扭轉(zhuǎn)項(xiàng))F4 是由于水平分布不均勻的垂直速度和假相當(dāng)位溫造成的。由于與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng)F4 量級(jí)小，因此水平散度項(xiàng)F2 和水平變形項(xiàng)F3 是產(chǎn)生總鋒生的主要項(xiàng)，當(dāng)總鋒生函數(shù)、水平散度項(xiàng)F2 和水平變形項(xiàng)F3大于0時(shí)，對(duì)應(yīng)鋒生，反之對(duì)應(yīng)鋒消。

分析此次臺(tái)風(fēng)暴雨過程700 hPa 鋒生函數(shù)的分布可以看出（圖5），其分布基本和冷平流一致。圖5a～5d 給出臺(tái)風(fēng)暴雨加強(qiáng)過程中700 hPa 鋒生函數(shù)的分布。2019 年8 月10 日08:00 700 hPa 及以上層開始出現(xiàn)冷平流，在魯西地區(qū)假相當(dāng)位溫等值線的密集帶上出現(xiàn)鋒生(圖略)，最大鋒生強(qiáng)度約16×10-15K/(hPa·s），說明中高緯度的西風(fēng)帶冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流的偏暖氣流內(nèi)，對(duì)應(yīng)魯西在聊城高唐縣出現(xiàn)了6 小時(shí)降水量為139 mm 的強(qiáng)降水；10日20:00(圖5a)，隨著冷空氣逐漸東移加強(qiáng)且范圍擴(kuò)大，假相當(dāng)位溫等值線密集帶東移到魯中、魯西北一帶，該區(qū)域出現(xiàn)鋒生，呈東北-西南向，鋒生強(qiáng)度中心也逐漸東移到魯中至魯西北一帶的濰坊、淄博至東營之間。11日02:00最大鋒生強(qiáng)度約21×10-15K/(hPa·s）(圖5b)。此階段正對(duì)應(yīng)魯中及魯西北的強(qiáng)降水，其中濰坊昌樂、淄博西河和東營分別在11 日02:00—08:00 出現(xiàn)6 小時(shí)降雨量達(dá)166 mm、156 mm、153 mm 的強(qiáng)降水。11 日08:00（圖5c），臺(tái)風(fēng)倒槽北移與西風(fēng)槽結(jié)合，冷暖空氣交匯，假相當(dāng)位溫等值線密集帶略西移至臺(tái)風(fēng)倒槽西側(cè)的魯中、魯西北和魯南等地，鋒生強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，北側(cè)最大鋒生強(qiáng)度約30×10-15K/(hPa·s），南側(cè)在魯南地區(qū)，最大鋒生強(qiáng)度為40×10-15K/(hPa·s），對(duì)應(yīng)在魯中西部、魯西北及魯南等地出現(xiàn)強(qiáng)降水，其中東營廣饒?jiān)?8:00—14:00出現(xiàn)6小時(shí)雨量為111 mm的強(qiáng)降雨。11日20:00隨著臺(tái)風(fēng)倒槽繼續(xù)北移（圖略），冷空氣略有減弱，鋒生隨之減弱，此時(shí)山東半島出現(xiàn)了弱鋒生，中心強(qiáng)度為15×10-15K/(hPa·s），對(duì)應(yīng)山東半島的降雨開始加強(qiáng)。20:00 之后臺(tái)風(fēng)逐漸到達(dá)山東半島，鋒生強(qiáng)度迅速減弱，這與干冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)致使其變性有一定關(guān)系。鋒消區(qū)加強(qiáng)擴(kuò)大，山東大部降水開始減弱。從以上分析可知，鋒生強(qiáng)度中心與特大暴雨中心對(duì)應(yīng)一致，鋒生強(qiáng)度對(duì)未來6小時(shí)降雨有重要指示意義。

圖5 2019年8月10日20：00（a）、11日02：00（b）、11日08：00（c）700 hPa假相當(dāng)位溫（藍(lán)虛線，單位：K，下同）與鋒生函數(shù)（紅實(shí)線，單位：10-15 K/(hPa·s），下同）疊加圖；8月10日20：00（d）、11日02：00(e)、11日08：00(f)相當(dāng)位溫θe與鋒生函數(shù)沿36.5 °N的緯向剖面疊加圖

通過對(duì)特大暴雨區(qū)中心36.5 °N 進(jìn)行相當(dāng)位溫和鋒生函數(shù)的緯向垂直剖面分析發(fā)現(xiàn)，2019 年10日08:00鋒生區(qū)出現(xiàn)在800 hPa以上層的相當(dāng)位溫等值線密集帶的魯西(圖略)，強(qiáng)度不大，800 hPa以下山東大部都為鋒消區(qū)。10 日下午至20:00 鋒生區(qū)略有東移，鋒生強(qiáng)度增大，鋒生區(qū)位于相當(dāng)位溫等值線密集帶的暖區(qū)一側(cè)，最大鋒生強(qiáng)度中心依然在700 hPa 附近，10 日20:00 增大到21×10-15K/(hPa·s）(圖5d)；11 日02:00 鋒生最強(qiáng)中心升至600 hPa 附近(圖5e)，強(qiáng)鋒生區(qū)位于臺(tái)風(fēng)低空上伸暖舌與其西側(cè)冷空氣交界處，最大強(qiáng)度中心達(dá)48×10-15K/(hPa·s）。另外在魯中東側(cè)低層850 hPa出現(xiàn)了另一鋒生區(qū)，這與低層?xùn)|北風(fēng)形成的冷空氣有關(guān)，強(qiáng)度略弱，最大強(qiáng)度中心為24×10-15K/(hPa·s）。11 日08:00 隨著低空暖舌的上伸及其西側(cè)冷氣團(tuán)的加強(qiáng)(圖5f)，在相當(dāng)位溫等值線密集帶上形成一條明顯的強(qiáng)鋒生帶，并隨高度增加向西傾斜，在強(qiáng)鋒生帶上出現(xiàn)兩個(gè)鋒生強(qiáng)度中心，分別在魯中和魯南地區(qū)的800 hPa 和600 hPa 層，強(qiáng)度為48×10-15K/(hPa·s）和36×10-15K/(hPa·s），此時(shí)山東大部都處在鋒生區(qū)內(nèi)。垂直速度圖顯示（圖略）此時(shí)鋒生帶上的上升氣流非常明顯。11日14:00鋒生強(qiáng)中心下移到低層850 hPa附近(圖略)，強(qiáng)度減弱。11 日20:00(圖略)，鋒生中心下移到近地面層，強(qiáng)度繼續(xù)減弱，中高層在魯中、魯西北出現(xiàn)鋒消區(qū)，降水隨之減弱。由此可見，此次臺(tái)風(fēng)特大暴雨的鋒生區(qū)主要在中高層，當(dāng)鋒生區(qū)由中高層降至近地面層時(shí)，強(qiáng)降水減弱甚至結(jié)束。前文所述，700 hPa 鋒生強(qiáng)度對(duì)暴雨指示意義強(qiáng)，而鋒生發(fā)展到低層，降水反而減弱，究其原因，主要是鋒生強(qiáng)度在中高層為最強(qiáng)時(shí)段，正為冷暖空氣交匯的時(shí)段，當(dāng)鋒生區(qū)降至低層時(shí)，干冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)使其鋒消，低層鋒生強(qiáng)度明顯減弱，因此降水減弱。

4.3.2 鋒生機(jī)制分析

由于與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng)F4 量級(jí)?。ū疚牟蛔饔懻摚?，因此鋒生主要由散度項(xiàng)F2 和變形項(xiàng)F3 的作用形成。散度項(xiàng)F2 從風(fēng)場和散度預(yù)報(bào)均易分析出來。變形項(xiàng)F3 包括伸長變形和切變變形兩項(xiàng)，本文通過分析此次強(qiáng)降水過程的總鋒生、伸長變形、切變變形及θse和風(fēng)場配置情況，研究此次鋒生產(chǎn)生機(jī)制。

2019 年10 日08:00 700 hPa 對(duì)應(yīng)魯西的總鋒生區(qū)（圖5a）上為中心為-6×10-5s-1的輻合區(qū)域(圖6a)，與其相對(duì)應(yīng)的切變變形鋒生區(qū)呈東北-西南向分布，與等θse密集帶(圖4c)走向和位置基本一致，在等θse密集帶上有12×10-5s-1的切變中心。10 日下午至11日上午切變變形鋒生區(qū)東移到魯中和魯西北東部（圖6b 和圖6c），輻合區(qū)隨之東移，強(qiáng)輻合中心也位于魯中和魯西北東部，輻合最大達(dá)到-12×10-5s-1（圖6c）。11 日08:00 切變變形鋒生在等θse密集帶上有18×10-5s-1的切變中心（圖6d），而且其與等θse等值線密集帶（圖4d）和總鋒生區(qū)的位置（圖5d）也相對(duì)應(yīng)。由此看出，此次暴雨過程切變變形鋒生區(qū)與散度的輻合區(qū)、等θse等值線密集帶及總鋒生區(qū)的位置分布一致，因此散度項(xiàng)和切變變形項(xiàng)對(duì)總鋒生有主要的正貢獻(xiàn)。而此次過程伸長變形項(xiàng)對(duì)總鋒生作用貢獻(xiàn)較小。此種配置與韓桂榮等［28］、李兆慧等［29］的研究結(jié)論不一致。分析原因，發(fā)現(xiàn)此次強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)特大暴雨區(qū)上空θse和風(fēng)場配置與以前臺(tái)風(fēng)暴雨有明顯不同，在等θse密集帶上風(fēng)向有明顯切變，這從θse沿特大暴雨區(qū)的經(jīng)向和緯向剖面圖可以看出（圖6e 和圖6f），等θse密集帶上都是風(fēng)向曲率最大的地方，正處在“對(duì)頭風(fēng)”東南風(fēng)和西北風(fēng)的交界處。即在鋒區(qū)兩側(cè)，西北氣流和東南氣流形成的南北向切變提供了有利的變形流場，干冷、暖濕兩股氣流驅(qū)動(dòng)θse梯度增大，形成溫濕對(duì)比明顯的一條狹帶，是促進(jìn)鋒生的關(guān)鍵。這一特征正是此次切變變形鋒生為總鋒生主要正貢獻(xiàn)的原因。通過以上分析發(fā)現(xiàn)，在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中除了分析散度項(xiàng)中輻合作用產(chǎn)生的鋒生作用外，還要分析在等θse線密集帶上是否出現(xiàn)“對(duì)頭風(fēng)”的明顯風(fēng)向切變，如果有則易導(dǎo)致切變變形鋒生，而且切變變形鋒生區(qū)與等θse線密集區(qū)疊加更有利于總鋒生。這一點(diǎn)在臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中需要引起重視。

圖6 2019年8月10日08:00（a）、10日20:00（b）、11日02:00（c）、11日08:00（d）700 hPa切變變形鋒生（藍(lán)虛線，單位：10-5s-1）、伸長變形鋒生（紅實(shí)線，單位：10-5 s-1）與散度（填色，散度＜-1 ×10-5s-1的區(qū)域，單位：10-5 s-1）疊加圖；8月11日08：00假相當(dāng)位溫θse（藍(lán)實(shí)線，單位：K）沿36.5°N的緯向剖面圖（e）與沿118 °E的經(jīng)向剖面圖（f）與風(fēng)矢量場（圖中箭頭線所示）疊加圖

4.3.3 鋒生次級(jí)環(huán)流分析

為進(jìn)一步說明臺(tái)風(fēng)環(huán)流中鋒面次級(jí)環(huán)流的情況，圖7 分別給出垂直流場和垂直速度分別沿118 °E 和沿36.5 °N 的垂直剖面。用經(jīng)向風(fēng)v與-10 000×ω制作的經(jīng)向流場可以看出鋒面次級(jí)環(huán)流的存在(圖7a、7b)，鋒區(qū)上具有明顯的垂直上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度中心最大絕對(duì)值達(dá)60 m/s以上（速度負(fù)值為上升運(yùn)動(dòng)）。鋒西側(cè)具有隨高度增加向西傾斜的上升氣流(負(fù)值)。上升氣流至400 hPa高度附近，在鋒后（鋒西側(cè)）轉(zhuǎn)為下沉，下沉氣流至低層隨偏西或西北氣流回到鋒區(qū)附近，形成鋒面次級(jí)環(huán)流圈（圖7a）。同時(shí)，鋒南側(cè)和北側(cè)都有上升氣流，鋒南側(cè)為隨高度增加向南傾斜的上升氣流，上升氣流可至200 hPa 高度，并在鋒南側(cè)轉(zhuǎn)為下沉，下沉氣流至低層隨偏南或東南氣流回到鋒區(qū)附近，形成鋒面次級(jí)環(huán)流圈（圖7b）；鋒北側(cè)為隨高度增加向北傾斜的上升氣流，上升氣流高度較低，只升至600 hPa 高度，并在鋒北側(cè)轉(zhuǎn)為下沉，弱下沉氣流至低層隨偏北氣流回到鋒區(qū)附近，形成鋒面次級(jí)環(huán)流圈（圖7b）。對(duì)比圖7a和圖7b發(fā)現(xiàn)，西側(cè)鋒上的輻合上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到的高度要比南側(cè)鋒低，說明其鋒前(鋒東側(cè))輻合上升氣流略弱些，僅到450 hPa 高度，鋒區(qū)和鋒后(鋒西側(cè))主要為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，且鋒后下沉氣流到達(dá)近地面層為較強(qiáng)的輻射區(qū)。這主要與西風(fēng)帶高空槽附近的下沉冷平流有關(guān)。鋒前的上升氣流并不沿西側(cè)鋒抬升，而是受槽前西南風(fēng)的影響，向東轉(zhuǎn)為下沉氣流[23]。

圖7 2019年8月11日08：00沿36.5 °N的緯向垂直剖面圖：經(jīng)向風(fēng)垂直流場和垂直速度（-10 000×ω，下同）疊加圖(a)及緯向風(fēng)垂直流場和垂直速度疊加圖(c)；沿118 °E的經(jīng)向垂直剖面圖：經(jīng)向風(fēng)垂直流場和垂直速度疊加圖(b)及緯向風(fēng)垂直流場和垂直速度疊加圖(d)

用緯向風(fēng)u與-10 000×ω制作的垂直流場也可以看出鋒面次級(jí)環(huán)流的存在(圖7c、7d)。西側(cè)鋒和南側(cè)鋒都有上升氣流，但鋒前上升氣流轉(zhuǎn)為下沉后，下沉氣流比較淺薄，只在300～500 hPa高度（西側(cè)鋒）或400～600 hPa高度（南側(cè)鋒）為下沉氣流，然后向東或向北形成較弱的鋒面次級(jí)環(huán)流圈。另外，在西側(cè)鋒卷入臺(tái)風(fēng)倒槽環(huán)流過程中，必然對(duì)其東側(cè)的暖濕氣團(tuán)有強(qiáng)迫抬升作用，從而加強(qiáng)南側(cè)鋒上垂直環(huán)流的上升支。如果沒有西側(cè)鋒的動(dòng)力作用，南側(cè)鋒上的垂直運(yùn)動(dòng)就相對(duì)較弱。因此西側(cè)鋒對(duì)南側(cè)鋒垂直環(huán)流的作用不容忽視。

4.4 風(fēng)廓線雷達(dá)分析

利用風(fēng)廓線雷達(dá)能夠獲取垂直分辨率更高的大氣風(fēng)場運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及降水變化等信息，因此風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)臺(tái)風(fēng)降水的強(qiáng)弱特別是短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)方面有指示作用[30-31]。此次臺(tái)風(fēng)暴雨濰坊西部縣市的平均降雨量都超過了300 mm，濰坊辛寨出現(xiàn)了山東省最大小時(shí)雨強(qiáng)67.6 mm，濰坊昌樂城南和青州廟子鎮(zhèn)分別出現(xiàn)了634.9 mm、618.4 mm的特大暴雨（降雨量排名山東省第2、第3），因此本文以濰坊辛寨鎮(zhèn)（118.36 °E，36.23 °N）、濰坊昌樂城南（118.49 °E，36.39 °N）、青州廟子鎮(zhèn)（118.15 °E，36.32 °N）的小時(shí)降雨量與濰坊風(fēng)廓線雷達(dá)的風(fēng)場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析（圖8a 和圖8b）。濰坊全市此次臺(tái)風(fēng)暴雨過程的強(qiáng)降雨時(shí)段主要出現(xiàn)在8 月10 日下午至夜間（圖8b），降雨出現(xiàn)之前，低空2.5 km 以下風(fēng)場以東到東南風(fēng)為主，風(fēng)速不大，01:20開始降雨時(shí)風(fēng)場從低空到高空都為一致的東南風(fēng)，其中1～2 km 之間風(fēng)向由偏東風(fēng)順轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，和1 km 以下風(fēng)向一致，表明低空無冷平流，雨強(qiáng)很小。該風(fēng)場結(jié)構(gòu)一直持續(xù)到12:00。13:00在1.5～3.5 km 之間有12～16 m/s 的強(qiáng)東南風(fēng)速帶出現(xiàn)，即中低空東南風(fēng)急流建立。同時(shí)，近地面層0.6 km 以下風(fēng)場的風(fēng)向發(fā)生突變，由12:00的東南風(fēng)逆轉(zhuǎn)為13:00的偏北風(fēng)，0.6～1.5 km之間為北到東北風(fēng)，這正與三個(gè)觀測站的小時(shí)雨強(qiáng)驟增相對(duì)應(yīng)，濰坊辛寨、城南、廟子鎮(zhèn)的小時(shí)降雨量分別由12:00 的19.2 mm、17.8 mm、7.6 mm 驟增到13:00的32.1 mm、31.1 mm、15.7 mm。13:00 之后偏北風(fēng)逐漸順轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，并出現(xiàn)了東北風(fēng)冷墊，同時(shí)風(fēng)速加大，1 km 以下超低空風(fēng)擾動(dòng)加強(qiáng)的時(shí)段自10 日16:00 開始，一直持續(xù)到11 日04:00。濰坊辛寨站15:00—16:00 出現(xiàn)了67.6 mm、城南站17:00—18:00 出現(xiàn)了61.5 mm 的短時(shí)強(qiáng)降水，同時(shí)該時(shí)段也與低空16 m/s以上的東南風(fēng)急流加強(qiáng)時(shí)段相對(duì)應(yīng)，該強(qiáng)降水時(shí)段為濰坊出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的第一階段。10 日21:00 之后2～5 km 之間東南風(fēng)速增強(qiáng)至20 m/s，20 m/s 的急流中心下降至1.5 km 高度，11日01:00短時(shí)強(qiáng)降水開始時(shí)低空急流中心下降到1 km 高度附近，跟濰坊第二階段的短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)段相吻合，說明低空急流向低空的快速擴(kuò)展對(duì)應(yīng)著短時(shí)強(qiáng)降水的開始。因此短時(shí)強(qiáng)降水的產(chǎn)生與超低空風(fēng)擾動(dòng)加強(qiáng)及低空東南風(fēng)急流的增大密切相關(guān)。11 日04:00 之后一直至19:00，高低空風(fēng)速一直較強(qiáng)，但低空0.5～1.5 km之間由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為東到東南風(fēng)后，雨強(qiáng)逐漸減弱，減弱原因主要是近地面層暖平流減弱。因此近地面層暖平流的強(qiáng)弱變化影響著此次強(qiáng)降雨的雨強(qiáng)大小。11日20:00之后，低空到高空的風(fēng)速迅速減小，強(qiáng)降水趨于結(jié)束。

圖8 2019年8月10日10：00—11日09：00濰坊城南、廟子鎮(zhèn)、辛寨鎮(zhèn)降雨量分布（a，單位：mm）和同時(shí)段濰坊風(fēng)廓線雷達(dá)垂直風(fēng)場演變圖（b）

5 結(jié)論與討論

（1）此次臺(tái)風(fēng)暴雨與冷空氣密切相關(guān)。冷空氣主體從中高層侵入，與臺(tái)風(fēng)倒槽北部暖濕氣流交匯，有利于山東穩(wěn)定性降水長時(shí)間持續(xù)發(fā)生。低層冷空氣主要是槽后冷空氣下沉至低層侵入臺(tái)風(fēng)環(huán)流北部，東北氣流與來自東部海面的偏東風(fēng)氣流在臺(tái)風(fēng)低壓北部匯合形成，使得臺(tái)風(fēng)倒槽中的暖濕氣流在低層?xùn)|北風(fēng)冷墊滑行，加大降水強(qiáng)度。臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水落區(qū)出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑的左側(cè)，且左側(cè)遠(yuǎn)大于右側(cè)，這與冷暖空氣交匯位置有關(guān)。

（2）此次特大暴雨發(fā)生在θse密集帶上冷暖空氣交匯的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展強(qiáng)烈的鋒生區(qū)域。700 hPa 鋒生大值中心與特大暴雨中心有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，鋒生強(qiáng)度對(duì)未來6 小時(shí)降雨有重要指示意義。鋒生區(qū)的位置主要與西風(fēng)帶冷空氣的位置密切相關(guān)，此次過程斜壓鋒生作用更顯著。

（3）此次臺(tái)風(fēng)特大暴雨是切變變形形成鋒生的有利形勢。此次切變變形鋒生為總鋒生主要正貢獻(xiàn)，強(qiáng)降水區(qū)位于θse密集帶上風(fēng)向曲率最大的地方，即處在“對(duì)頭風(fēng)”東南風(fēng)和西北風(fēng)的交界處。因此，在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中要注意等θse線密集帶上是否出現(xiàn)“對(duì)頭風(fēng)”的明顯風(fēng)向切變。

（4）此次臺(tái)風(fēng)暴雨是由冷暖空氣交匯及鋒生的動(dòng)力作用產(chǎn)生。鋒生次級(jí)環(huán)流上升支最強(qiáng)的區(qū)域，正對(duì)應(yīng)降水最強(qiáng)的區(qū)域，也是冷暖空氣交匯區(qū)域。即在強(qiáng)水汽輸送、輻合作用及對(duì)流不穩(wěn)定強(qiáng)的條件下，臺(tái)風(fēng)倒槽輻合與強(qiáng)鋒生次級(jí)環(huán)流共同作用產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，且動(dòng)力抬升迅速增強(qiáng)，導(dǎo)致水汽強(qiáng)烈輻合并向高層輸送，冷暖空氣交匯增強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定形成暴雨。

（5）風(fēng)廓線雷達(dá)超低空風(fēng)場的變化對(duì)雨強(qiáng)大小有明顯的指示意義。近地面層風(fēng)向發(fā)生突變，由東南風(fēng)轉(zhuǎn)北風(fēng)的時(shí)段與濰坊出現(xiàn)山東省最大小時(shí)雨強(qiáng)的時(shí)段一致。低空急流向低空的快速擴(kuò)展對(duì)應(yīng)著短時(shí)強(qiáng)降水的開始。近地面層暖平流的強(qiáng)弱變化影響著此次強(qiáng)降雨的雨強(qiáng)大小。

此次臺(tái)風(fēng)暴雨為山東破紀(jì)錄降水，達(dá)到如此之強(qiáng)，除了文中所述，此外還與臺(tái)風(fēng)在山東北部萊州灣附近長時(shí)間回旋停滯及地形在此次強(qiáng)降雨中起了重要作用有關(guān)。另外與其微物理過程也關(guān)系密切。針對(duì)上述方面，后續(xù)將進(jìn)一步深入研究。