2011年秋季強(qiáng)臺風(fēng)“納沙”導(dǎo)致廣西災(zāi)害成因分析*

高安寧，張瑞波

(廣西壯族自治區(qū)氣象臺，廣西南寧530022)

0 引言

有關(guān)研究表明［1－5］臺風(fēng)主要通過三種方式釀成災(zāi)害;一是強(qiáng)風(fēng)，二是暴雨，三是風(fēng)暴潮。臺風(fēng)登陸產(chǎn)生的強(qiáng)降水往往還會帶來泥石流、山體滑坡、甚至瘟疫等次生災(zāi)害。為什么“納沙”于2011年9月30日20時(shí)在越南北部減弱為熱帶低壓后，其中心并沒有深入到廣西內(nèi)陸卻給廣西造成持續(xù)3 d的暴雨天氣。經(jīng)初步分析與冷空氣的相互作用有密切的關(guān)系。臺風(fēng)登陸北上和中緯度冷空氣相互作用造成的降水增幅引起許多氣象工作者的關(guān)注，一些學(xué)者對冷空氣活動影響臺風(fēng)降水作過分析，何立富等［6］對冷空氣侵入臺風(fēng)低壓的北部，增強(qiáng)其北側(cè)的東北氣流，與來自東部海面上的東風(fēng)氣流在臺風(fēng)低壓北部形成匯合，良好的動力和熱力條件，引發(fā)異常強(qiáng)暴雨的發(fā)生;張興強(qiáng)等［7］從正斜壓不穩(wěn)定分析中得出冷空氣活動與臺風(fēng)降水增幅、有效位能的變化有密切聯(lián)系，當(dāng)鋒面抵達(dá)臺風(fēng)外圍時(shí)可造成斜壓有效位能和凝結(jié)潛熱的釋放，在有利的輻合、輻散下使得上升運(yùn)動加強(qiáng)，降水加大;黎清才等［8］證實(shí)西風(fēng)帶系統(tǒng)與臺風(fēng)共同作用的暴雨區(qū)具有明顯的斜壓性，斜壓能量可能是登陸臺風(fēng)剩余低壓在陸上長時(shí)間維持的另一種能量。這些研究從不同側(cè)面加深了人們對臺風(fēng)低壓與冷空氣相互作用使暴雨增幅形成機(jī)理的認(rèn)識，有助于提高臺風(fēng)暴雨的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)水平。但上述成果主要是針對近海登陸臺風(fēng)或深入內(nèi)陸的臺風(fēng)低壓進(jìn)行分析，而對遠(yuǎn)離我國內(nèi)陸減弱的熱帶低壓與冷空氣相互作用造成持續(xù)性異常暴雨天氣分析的個(gè)例則不多見。本文利用多種觀測資料，采用天氣動力學(xué)分析方法對1117號“納沙”臺風(fēng)登陸越南北部減弱為熱帶低壓后與冷空氣相互作用導(dǎo)致的持續(xù)性異常暴雨進(jìn)行分析，以期進(jìn)一步揭示出這類臺風(fēng)低壓異常暴雨過程的成因。

1 “納沙”基本概況

1.1 “納沙”特點(diǎn)及風(fēng)雨情況

2011年第17號強(qiáng)臺風(fēng)“納沙”9月24日08時(shí)(北京時(shí)，下同)在西北太平洋生成，到26日23時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)臺風(fēng)。然后向西北偏西方向移動，27日14時(shí)進(jìn)入南海，29日14:30以強(qiáng)臺風(fēng)的強(qiáng)度(42 m·s－1，14級)在海南省文昌翁田鎮(zhèn)沿海地區(qū)登陸，以后移入瓊州海峽，21:15在廣東省徐聞縣角尾鄉(xiāng)沿海地區(qū)以臺風(fēng)強(qiáng)度(35 m·s－1，12級)再次登陸，30日05時(shí)“納沙”在北部灣北部海面減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，11:30前后在越南北部廣寧沿海登陸，20時(shí)在越南北部減弱為熱帶低壓，中央氣象臺對其停止編號。

強(qiáng)臺風(fēng)“納沙”對廣西的影響具有風(fēng)大雨猛、降水持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、災(zāi)情嚴(yán)重的特點(diǎn)。據(jù)全省氣象自動站觀測資料顯示，9月29日20時(shí)－10月2日20時(shí)降雨量超過500 mm有6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要分布在上思十萬山公園713.2 mm，銀海區(qū)福成鎮(zhèn)578.4 mm;合浦石康鎮(zhèn)556.7 mm，靈山文利鎮(zhèn)541.6 mm，靈山武利鎮(zhèn)521.3 mm，賓陽蘆圩鎮(zhèn)河田村504.5 mm)，250～499 mm有170個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，100～250 mm有467個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，50～100 mm有289個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(圖1)。梧州、玉林、北海、欽州、防城港、南寧、桂林、來賓、百色、崇左等市的部分地區(qū)出現(xiàn)7～9級，陣風(fēng)11級以上大風(fēng)，其中玉林北流大容山44.7 m·s－1(14級)，北海斜陽島39.6m·s－1(13級)，欽州大廟墩島37.3m·s－1(13級)，防城港雙墩島34.5m·s－1(12級)。

圖1 2011年9月29日20時(shí)－10月2日20時(shí)

1.2 致災(zāi)概況

強(qiáng)臺風(fēng)“納沙”帶來的強(qiáng)降雨導(dǎo)致廣西左江、右江、郁江、南流江、柳江、紅水河、西江等主要江河來水明顯增加，部分中小河流出現(xiàn)超警戒水位洪水。其中南流江支流武利江文利站出現(xiàn)了40年一遇大洪水(1967年有資料系列以來第二大洪水)，紅水河支流清水河鄒圩站出現(xiàn)10年一遇洪水。合浦、靈山、賓陽等縣發(fā)生了較為嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。據(jù)廣西壯族自治區(qū)民政廳信息:截至10月4日16:30統(tǒng)計(jì)，強(qiáng)臺風(fēng)“納沙”造成北海、防城港、玉林、貴港、欽州、梧州、崇左、南寧、百色等9市41個(gè)縣(市、區(qū))受災(zāi)。全區(qū)受災(zāi)人口323.15萬，緊急轉(zhuǎn)移安置人員15.83萬，因?yàn)?zāi)死亡7人;倒塌居民住房2 632戶4 840間，損壞房屋11 861間;農(nóng)作物受災(zāi)面積382.65 khm2，其中成災(zāi)面積159.73 khm2，絕收6.85 khm2。共造成直接經(jīng)濟(jì)損失26.88億元。

2 “納沙”致災(zāi)成因分析

2.1 500hPa大尺度環(huán)流背景

“納沙”于9月27日14時(shí)進(jìn)入南海后具有移動路徑穩(wěn)定、強(qiáng)度強(qiáng)、移速較快、暴雨范圍大的特點(diǎn)。分析500 hPa大尺度環(huán)流背景表明，“納沙”27－30日受西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)加強(qiáng)西伸和其南側(cè)強(qiáng)盛的東南氣流引導(dǎo)下，平均以22 km·h－1速度向NW方向移動。由于蒙古有一橫槽南壓，北支鋒區(qū)位置偏南，壓制了副高脊線北抬的可能，使副高脊線一直穩(wěn)定在25°N附近，是有利于“納沙”移動路徑穩(wěn)定、移速較快的原因。9月30日－10月1日，在北支鋒區(qū)上分裂出一小槽東移，引導(dǎo)冷空氣經(jīng)河套地區(qū)南下影響華南，在槽后冷平流作用下，副高脊線明顯南落到22°N附近，588 dagpm線西脊點(diǎn)位于華南東部，幾乎與在越南北部登陸減弱后的“納沙”低壓中心同在一緯度上，此時(shí)，華南西部轉(zhuǎn)受副高西南側(cè)的東南氣流影響，將南海上的水汽源源不斷地輸送到廣西上空，為持續(xù)的強(qiáng)降水提供了有利的環(huán)流背景(圖2)。

圖2 2011年9月30日20時(shí)500 hPa環(huán)流形勢

2.2 冷空氣侵入分析

有關(guān)文獻(xiàn)研究指出:臺風(fēng)降水增幅往往與冷空氣侵入有關(guān)，當(dāng)鋒面處在臺風(fēng)外圍時(shí)，降水最易加大［4］。在臺風(fēng)“納沙”減弱后的低壓位于越南北部期間，500 hPa蒙古橫槽分裂一小槽東移至華東一帶，華南位于淺平的槽底，冷空氣主要是從850 hPa以下低層緩慢南下，并逐漸侵入到華南西部。

從850 hPa 24 h變溫來看，28日20:00，冷空氣主要位于川南和黔北一帶，伴隨有－4～－6℃的變溫大值區(qū)，黔南和廣西為升溫區(qū)。29日20:00，冷空氣南移，負(fù)變溫區(qū)隨之進(jìn)入到黔東南和華南西部，負(fù)變溫最大值為－8℃，表明低層已有冷空氣通過擴(kuò)散方式侵入臺風(fēng)環(huán)流。30日08:00－20:00，負(fù)變溫區(qū)繼續(xù)南移到達(dá)華南西部沿海，冷空氣主體已完全侵入到臺風(fēng)環(huán)流中，“納沙”也隨之快速消亡。

在30日20:00“納沙”消亡后的地面流場上看到(圖3)，冷空氣從低層滲透進(jìn)入華南西部，桂北、桂中一帶為偏北氣流，并與“納沙”東部的偏南氣流在桂南匯合，在22°N附近形成一條東—西向約300 km的中尺度輻合線。同時(shí)，在850 hPa流場上，由于冷空氣的入侵，從江南到華南北部的偏東氣流得到明顯的加強(qiáng)，形成了12～20 m·s－1的偏東風(fēng)急流，這支氣流與來自“納沙”低壓東部的東南氣流在桂南匯合，使得廣西南部的動力輻合和上升運(yùn)動得以加強(qiáng)和維持，導(dǎo)致暴雨過程顯著加強(qiáng)。

圖3 2011年9月30日20時(shí)地面流場

為進(jìn)一步說明冷空氣對暴雨增幅的作用，選取沿暴雨落區(qū)的西北－東南向(105°～112°E，23°～26°N，下同)作溫度平流剖面，由圖4可以清楚地看到，30日20:00冷平流沿著貴州西南部(安順)經(jīng)廣西西北部(河池)到達(dá)南寧附近，冷平流自西北向東南方向伸展，厚度到達(dá)850 hPa高度;此時(shí)從雷州半島有一股非常強(qiáng)盛的暖平流向西北方向輸送到廣西上空。由于冷空氣侵人，在廣西中北部形成冷墊，使得臺風(fēng)“納沙”的暖濕氣流在冷墊上爬升，這種低層冷平流、高層暖平流的結(jié)構(gòu)，使大氣層結(jié)趨向于穩(wěn)定，逐漸改變了臺風(fēng)單一暖云降水的性質(zhì)，從而轉(zhuǎn)向半冷半暖混合云或以層狀云持續(xù)長時(shí)間降水，導(dǎo)致暴雨增幅的發(fā)生。從廣西賓陽站逐小時(shí)雨量分布來看(圖5)，賓陽站9月30日21:00－10月1日20:00過程雨量達(dá)223 mm，刷新了該站歷史同期最大日雨量記錄。在24 h降雨時(shí)段內(nèi)，有近10h的強(qiáng)雨都在10 mm以上，持續(xù)時(shí)間比較長，最強(qiáng)雨峰54 mm出現(xiàn)在30日22:00。

圖4 9月30日20:00沿105°～102°E作溫度平流剖面

圖5 9月30日21:00－10月1日20:00賓陽站(59238)逐小時(shí)雨量

3 各種物理量的變化特征

3.1 廣西南部垂直風(fēng)結(jié)構(gòu)特征

由于臺風(fēng)“納沙”沿著北部灣海面(21°N以南)西行，最后在越南北部登陸減弱消亡，其中心一直沒有進(jìn)入廣西內(nèi)陸，廣西主要受臺風(fēng)外圍環(huán)流影響而造成3d異常暴雨天氣，這與深厚的偏南風(fēng)急流將南海大量的水汽輸送到廣西上空有關(guān)。分析南寧探空站逐日剖面資料可見，29日20:00南寧700 hPa以下為東北風(fēng)，隨后風(fēng)向開始順轉(zhuǎn)，30日08:00 850 hPa轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)30 m·s－1，700～300 hPa轉(zhuǎn)為一致的東南風(fēng)，風(fēng)速在24 m·s－1以上，最大風(fēng)速層出現(xiàn)在500 hPa附近，中心值達(dá)30 m·s－1;30日20:00南寧風(fēng)向繼續(xù)順轉(zhuǎn)，從925～250 hPa轉(zhuǎn)為一致的東南風(fēng)，風(fēng)速在16～24 m·s－1之間，強(qiáng)盛的東南風(fēng)急流將南海大量的水汽輸送到廣西上空，為暴雨的產(chǎn)生提供了充足的水汽。

3.2 水汽通量和水汽通量散度

充沛的水汽含量是產(chǎn)生強(qiáng)降水的重要條件之一。但低層水汽的輻合和垂直輸送顯得更為重要。如果水汽含量充沛，而缺乏水汽的輻合和垂直輸送也不會產(chǎn)生大范圍持續(xù)性暴雨天氣。在臺風(fēng)“納沙”外圍環(huán)流影響華南西部期間，廣西上空的水汽含量非常充沛。沿暴雨落區(qū)的西北～東南向作水汽通量剖面顯示:30日20:00，從雷州半島到廣西南部出現(xiàn)水汽通量大值區(qū)，其厚度從925～700 hPa，最大中心值達(dá)22 g/cm·hPa·s，位于廣西東南部。同時(shí)，在圖6水汽通量散度剖面上可見，整個(gè)華南西部低層925～850 hPa為水汽匯聚與輻合的主要區(qū)域，水汽通量散度值在－40～－48 g/hPa·cm2·s之間。這種水汽匯聚與輻合的現(xiàn)象基本持續(xù)到10月2日08:00，在36 h內(nèi)廣西南部的降水強(qiáng)度強(qiáng)、雨量大，暴雨增幅明顯，這與充沛的水汽輸送和水汽輻合有密切的關(guān)系。

圖6 2011年9月30日20:00沿105°～112°E作水汽通量散度剖面

3.3 垂直速度

“納沙”在越南北部減弱后，其低壓中心外圍環(huán)流中的垂直上升運(yùn)動大值區(qū)一直維持在廣西南部。在垂直速度剖面圖(7a)上，9月30日20:00華南西部整個(gè)對流層幾乎處在上升運(yùn)動區(qū)內(nèi)，最強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)位于北海到南寧一帶，垂直速度在－35×10－3～－55×10－3hPa·s－1之間的大值區(qū)位于850～300 hPa，最強(qiáng)中心在600 hPa附近，達(dá)－60×10－3hPa·s－1;10月1日20:00(圖7b)顯示華南西部對流層仍處在上升運(yùn)動區(qū)內(nèi)，雖對流高度和強(qiáng)度有所減弱，但在北海－南寧－河池一帶的垂直速度相對較大，850～400 hPa維持在－20×10－3～－29×10－3hPa·s－1的大值區(qū)，最強(qiáng)中心出現(xiàn)在700 hPa附近，中心值－30×10－3hPa·s－1。強(qiáng)烈的上升運(yùn)動是造成“納沙”低壓暴雨增幅的直接動力條件。

3.3 垂直風(fēng)切變

圖7 沿105°～112°E，23°～26°N作垂直速度剖面

圖8 2011年9月30日－10月3日南寧探空站垂直風(fēng)切變(u200－u850)演變曲線

有關(guān)文獻(xiàn)指出［9］，垂直風(fēng)切變大小對登陸臺風(fēng)降水強(qiáng)度有一定的影響，垂直風(fēng)切變較小時(shí)，雨區(qū)集中，降雨強(qiáng)度較大;垂直風(fēng)切變大時(shí)，雨區(qū)分散，降雨強(qiáng)度較弱。一般認(rèn)為［10］在熱帶地區(qū)，垂直風(fēng)切變≤10 m·s－1有利于臺風(fēng)對流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展和維持。利用南寧探空站資料，計(jì)算“納沙”在越南北部登陸減弱后廣西出現(xiàn)暴雨期間的垂直風(fēng)切變(u200－u850)，由圖8可見，29日08:00開始至30日08:00垂直風(fēng)切變有逐漸減小的趨勢，30日20:00后減小的趨勢更加明顯，由前12 h的11.6 m·s－1減小到7 m·s－1，在隨后的24 h內(nèi)南寧一直維持較小的垂直風(fēng)切變，到10月1日20:00垂直風(fēng)切變減小到僅有5.2 m·s－1。垂直風(fēng)切變小，CISK第二類條件不穩(wěn)定，有利于熱量、水汽的積聚，使擾動的溫度和濕度可以大大超過周圍環(huán)境值，有利水汽的輻合和上升運(yùn)動，促進(jìn)對流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展，是導(dǎo)致強(qiáng)降水持續(xù)及暴雨增幅的原因之一。在分析這一時(shí)段的衛(wèi)星云圖上可以清楚地看到，30日20:00在廣西南部有一中尺度對流云團(tuán)發(fā)展(圖9a);3 h后，即23時(shí)中尺度對流云團(tuán)強(qiáng)烈發(fā)展，面積迅速擴(kuò)大(圖9b)，到次日凌晨02時(shí)是中尺度對流云團(tuán)發(fā)展到最為旺盛的階段云團(tuán)結(jié)構(gòu)密實(shí)，邊界非常清楚，具有MCS的特征(圖9c);1日05時(shí)中尺度對流云團(tuán)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)松散，邊界逐漸變得模糊(圖9d)，表明對流云團(tuán)進(jìn)入由盛轉(zhuǎn)衰的過渡階段。

圖9 2011年9月30日～10月1日FY2紅外云團(tuán)9月30日20時(shí)(a);9月30日23時(shí)(b);10月1日02時(shí)(c);10月1日05時(shí)(d)

4 小結(jié)

通過對1117號強(qiáng)臺風(fēng)“納沙”在越南北部減弱為熱帶低壓后，其中心并沒有深入到廣西內(nèi)陸卻給廣西帶來持續(xù)3 d的暴雨天氣，導(dǎo)致廣西嚴(yán)重災(zāi)害的成因進(jìn)行了分析。得到如下一些主要結(jié)論。

(1)“納沙”在越南北部減弱消亡后，冷空氣從低層滲透進(jìn)入華南西部，其偏北氣流與“納沙”東部的偏南氣流在桂南匯合，形成中尺度輻合線。同時(shí)，在850 hPa流場上華南北部的偏東氣流加強(qiáng)，與來自“納沙”低壓東部的東南氣流在桂南匯合，使得廣西南部的動力輻合和上升運(yùn)動得以加強(qiáng)和維持，導(dǎo)致暴雨的增幅，是致災(zāi)的主要原因。

(2)“納沙”低壓東部穩(wěn)定深厚的東南風(fēng)氣流，將南海大量的水汽源源不斷的輸送到廣西上空，為持續(xù)性的暴雨產(chǎn)生提供足夠的水汽原料。

(3)“納沙”減弱消亡后，其外圍環(huán)流位于廣西南部上空的垂直風(fēng)切變由大變小，在這種環(huán)境條件下，再次有利于熱量、水汽的積聚和輻合上升運(yùn)動，有利于對流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展，釋放大量的凝結(jié)潛熱，對暴雨的增幅也有重要的正反饋?zhàn)饔谩?/p>

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