廈門至莆田登陸臺風對溫州雨量影響研究

李傳祥　鄭　峰　王建東　陳　瑤　陳宣淼

(1.瑞安市氣象局，浙江 瑞安325200；2.溫州市氣象局，浙江 溫州325027；3.樂清市氣象局，浙江 樂清325600)

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廈門至莆田登陸臺風對溫州雨量影響研究

李傳祥1鄭峰2王建東1陳瑤1陳宣淼3

(1.瑞安市氣象局，浙江 瑞安325200；2.溫州市氣象局，浙江 溫州325027；3.樂清市氣象局，浙江 樂清325600)

摘要：利用常規(guī)資料、NCEP/NCAR2.5°×2.5°每日4次再分析資料對1971—2012年在廈門至莆田登陸臺風對溫州的雨量影響進行了研究。廈門至莆田登陸臺風對溫州帶來明顯雨量影響的其登陸時強度一般在強熱帶風暴或其以上，登陸后路徑一般都是偏西行或西北行，登陸前24 h溫州850 hPa會出現(xiàn)偏東風急流、500 hPa會出現(xiàn)偏東風，登陸時溫州700 hPa會出現(xiàn)相對濕度≥80%的濕區(qū)，925 hPa水汽通量散度中心值一般≤-4×10(-8) g·cm(-2)·hPa(-1)·s(-1)，700 hPa垂直速度中心值一般≤-0.25 m/s，700 hPa螺旋度中心值一般≥125×10(-7) hPa·s(-2)。

關鍵詞：臺風；雨量；物理量

0引言

臺風是對浙江影響最大的天氣系統(tǒng)之一，幾乎每年都會有數(shù)個臺風登陸或影響浙江。而溫州(27.1°N～28.7°N、119.5°E～121.7°E)處于浙江的東南沿海，更是臺風影響的前沿陣地。每當臺風影響時，伴隨而至的大風、暴雨、風暴潮等災害都會直接或間接給經(jīng)濟建設和人民生命財產(chǎn)等方面帶來巨大損失。大風和風暴潮災害一般發(fā)生在臺風登陸前后，而臺風暴雨不僅在登陸前后可發(fā)生，登陸幾天后，臺風殘渦在有利條件下還可帶來超過登陸時的特大暴雨，造成嚴重災害。很早以來，我國學者和預報員就針對臺風暴雨作了許多工作[1]。影響臺風暴雨強度及范圍的因素很多，主要有臺風本身強度、范圍、結構、山脈地形[2]、海岸線分布[3]、下墊面濕地[4]、大尺度環(huán)流[5]等因素。臺風主要依靠低空急流向其輸送水汽和能量，其水汽收支和降水關系的研究結果[6-7]表明水汽輸送對臺風有明顯影響。數(shù)值試驗[9]表明，大陸處于干旱期時，使得臺風登陸以后減弱加快，降水明顯偏弱。冷空氣、中尺度槽等中緯度系統(tǒng)與登陸臺風相互作用對臺風降水有重要作用。同時臺風強降水過程中中小尺度系統(tǒng)活動也很頻繁。程正泉等(2006)對近十年來國內(nèi)臺風暴雨研究進展綜述[9]指出，盡管目前臺風暴雨研究取得相當進展，然而對臺風降水的預報尤其是登陸時和登陸后的暴雨強度和分布預報仍十分困難。

據(jù)資料統(tǒng)計，從廈門到溫州登陸的臺風一般會對溫州帶來影響，福州至溫州登陸臺風一般會嚴重影響溫州，廈門至莆田登陸臺風對溫州的影響程度一般相對較輕。本文主要探討廈門至莆田(24.4°N～25.5°N)登陸臺風影響溫州雨量的因子。

1資料及處理

根據(jù)中國臺風網(wǎng)1971—2012年的臺風資料查找出期間在廈門至莆田登陸的臺風個例，利用溫州市8個國家觀測站(分別為溫州、樂清、永嘉、洞頭、瑞安、平陽、文成、泰順觀測站)的雨量資料對臺風影響程度進行分類，利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°每日4次再分析資料進行物理量分析。為了便于分析，參考葉子祥等(2013)制定的臺風災情統(tǒng)計結果[10]，將臺風的雨量影響程度作如下規(guī)定。

1)0級無明顯影響：區(qū)域內(nèi)Rg<100 mm或R24<50 mm(Rg、R24分別代表過程雨量和24 h最大降水量)。

2)1級一般影響：區(qū)域內(nèi)至少有2個縣100 mm≤Rg<150 mm且50 mm≤R24<100 mm。

3)2級嚴重影響：區(qū)域內(nèi)至少有2個縣150 mm≤Rg<250 mm且100 mm≤R24<150 mm。

4)3級災害性影響：區(qū)域內(nèi)至少有2個縣250 mm≤Rg且150 mm≤R24。

為便于表述，1～3級影響統(tǒng)稱為明顯影響。

2登陸時強度

表1顯示，1971—2012年廈門至莆田登陸的臺風個例共有22個，0、1、2、3級所占的比例分別為59.1%、9.1%、27.3%和4.5%。由此可見，廈門至莆田登陸臺風對溫州的雨量影響以0級為主，其次為2級。廈門至莆田登陸臺風對溫州帶來明顯雨量影響的時間主要在8月和9月。表2顯示，對溫州帶來明顯影響的9個個例中，7個為強熱帶風暴或臺風級別，1個為熱帶風暴，1個為熱帶低壓。因此，廈門至莆田登陸臺風對溫州帶來明顯雨量影響的一般登陸時強度在強熱帶風暴或其以上。

表1　1971—2012年在廈門至莆田登陸臺風

表2　1971—2012年在廈門至莆田登陸臺風的

3登陸后路徑

從登陸后路徑分析(圖1)，0級影響的臺風登陸后路徑從西南行到東北行繼續(xù)入海的都有，2級影響的臺風登陸后路徑以西北行為主，1級影響的2個個例和3級影響的1個個例登陸后路徑都是偏西行。因此，廈門至莆田登陸臺風對溫州帶來明顯雨量影響的登陸后路徑一般都是偏西行或西北行。

(a為對溫州0級影響臺風，b為對溫州1級(0519、7122)和3級(8712)影響臺風，c為對溫州2級影響臺風)圖1　1971—2012年廈門至莆田登陸臺風路徑圖

4冷空氣

從850 hPa形勢場來分析有無冷空氣影響(圖略)。22個臺風個例中，有冷空氣影響的有2個個例，1級、2級各1個。因此，臺風登陸廈門至莆田一帶時，若有冷空氣影響，一般會對溫州帶來明顯雨量影響。

5物理量場分析

物理量場分析采用合成分析，由于給溫州帶來明顯雨量影響的1、2和3級個例個數(shù)分別為2、6和1個，為便于研究，以下將1、2和3級個例統(tǒng)一作為明顯影響的個例進行合成分析。其中2級影響的1個個例7412登陸前后溫州的降水主要為局地的雷陣雨，在進行單個個例分析時其物理量場不能較好反應臺風本體或外圍給溫州帶來的系統(tǒng)性降水，未將其納入進行合成分析，因此明顯雨量影響的合成分析個例總數(shù)為8個。

5.1風場

有關研究指出：低空急流是一種動量、熱量和水汽的高度集中帶，和暴雨發(fā)生的相關系數(shù)可達0.8[11]。登陸臺風水汽輸送的大尺度環(huán)流特征為一支東南風急流，經(jīng)臺風東側卷入臺風環(huán)流。急流帶來的中低層強暖濕平流還有利于產(chǎn)生不穩(wěn)定層結[12]。如果從地面至500 hPa各層一致吹偏東風，則有利于暴雨增強；若地面為偏東風，至上空轉為西風，則不利于暴雨增強[13]。分析500 hPa風場(圖2)，無明顯影響個例登陸前24 h溫州為偏東風，強度為4 m/s，明顯影響個例登陸前24 h溫州為偏東風，風速為12 m/s；無明顯影響個例登陸時溫州為東南風，風速為10 m/s，明顯影響個例登陸時溫州為東南風，風速為16 m/s。分析850 hPa風場(圖3)，無明顯影響個例登陸前24 h溫州為偏東風，強度為4 m/s，明顯影響個例登陸前24 h溫州為東北偏東風，強度為16 m/s；無明顯影響個例登陸時溫州為東南風，強度為8 m/s，明顯影響個例登陸時溫州為東南偏東風，強度為18 m/s。從以上對比分析可以看出，臺風登陸前24 h和登陸時2個時次中，無明顯影響個例和明顯影響個例的500 hPa和850 hPa風向都為偏東風，但無明顯影響個例風速較小，一般都小于急流風速，而明顯影響個例在2個時次中都是偏東急流。此外，無明顯影響個例臺風中心附近風場強度比明顯影響個例顯著偏小。

(a無明顯影響個例登陸前24 h、b明顯影響個例登陸前24 h、c無明顯影響個例登陸時、d明顯影響個例登陸時)圖2　500 hPa風場　(單位:m/s)

(a無明顯影響個例登陸前24 h、b明顯影響個例登陸前24 h、c無明顯影響個例登陸時、d明顯影響個例登陸時)圖3　850 hPa風場　(單位:m/s)

5.2水汽條件

5.2.1相對濕度

在對所有個例進行單獨分析時，發(fā)現(xiàn)各個個例登陸登陸前后在850 hPa普遍具備相對濕度≥80%的濕區(qū)，但700 hPa則不盡相同。因此，將700 hPa相對濕度進行合成分析(圖4)，無明顯影響個例登陸前24 h溫州相對濕度在65%～70%，明顯影響個例登陸前24 h溫州相對濕度在55%～60%；無明顯影響個例登陸前12 h溫州相對濕度仍在65%～70%，明顯影響個例登陸前12 h溫州相對濕度在65%～70%；無明顯影響個例登陸時溫州南部相對濕度中心區(qū)在70%～75%，明顯影響個例登陸時溫州南部相對濕度中心在80%～85%。從以上對比分析可以看出，登陸前24 h無明顯影響個例在溫州相對濕度比明顯影響個例大10%，登陸前12 h無明顯影響個例在溫州相對濕度與明顯影響個例接近，登陸時無明顯影響個例在溫州南部相對濕度中心比明顯影響個例小10%，且﹤75%，而明顯影響個例在溫州南部相對濕度中心≥80%。無明顯影響個例24 h內(nèi)相對濕度增大了5%，而明顯影響個例24 h內(nèi)相對濕度增大了25%。因此，明顯影響個例登陸時700 hPa溫州一般會出現(xiàn)相對濕度≥80%的濕區(qū)，且相對濕度值與登陸前24 h相比會有一個大的增長，而無明顯影響個例登陸時一般不會出現(xiàn)濕區(qū)，且相對濕度值只是比登陸前24 h略有增長。此外，無明顯影響個例臺風中心附近相對濕度比明顯影響個例顯著偏小。

(a無明顯影響個例登陸前24 h、b明顯影響個例登陸前24 h、c無明顯影響個例登陸前12 h、d明顯影響個例登陸前12 h、e無明顯影響個例登陸時、f明顯影響個例登陸時)圖4　700 hPa相對濕度　(單位:%)

5.2.2水汽通量散度

經(jīng)比較，925 hPa的水汽通量散度與雨量影響量級具有較好的對應關系。分析925 hPa的水汽通量散度(圖5)，無明顯影響個例登陸前24 h溫州水汽通量散度﹥-0.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，明顯影響個例登陸前24 h溫州水汽通量散度在(-1～-1.5)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1；無明顯影響個例登陸前12 h溫州水汽通量散度在(-0.5～-1)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，明顯影響個例登陸前12 h溫州南部水汽通量散度中心在(-2.5～-3)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1；無明顯影響個例登陸時溫州南部水汽通量散度中心在(-1～-1.5)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，明顯影響個例登陸時溫州南部水汽通量散度中心在(-4～-4.5)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1。從以上對比分析可以看出，明顯影響個例登陸時溫州在925 hPa具有強的水汽輻合，而無明顯影響個例則只有弱的水汽輻合，且登陸前12 h和24 h明顯影響個例的水汽輻合也強于無明顯影響個例。此外，無明顯影響個例臺風中心附近925 hPa的水汽輻合比明顯影響個例顯著偏弱。

(a無明顯影響個例登陸前24 h、b明顯影響個例登陸前24 h、c無明顯影響個例登陸前12 h、d明顯影響個例登陸前12 h、e無明顯影響個例登陸時、f明顯影響個例登陸時)圖5　925 hPa水汽通量散度　(單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.3動力條件

5.3.1垂直速度

經(jīng)比較，700 hPa的垂直速度與雨量影響量級有較好的對應關系。分析700 hPa的垂直速度(圖6)，無明顯影響個例登陸前24h溫州垂直速度﹥-0.05 m/s，明顯影響個例登陸前24 h溫州垂直速度在-0.05～-0.1 m/s附近；無明顯影響個例登陸前12 h溫州垂直速度在-0.1 m/s附近，明顯影響個例登陸前12 h溫州垂直速度在-0.1～-0.15 m/s；無明顯影響個例登陸時溫州垂直速度在-0.05～-0.1 m/s，明顯影響個例登陸時溫州南部垂直速度中心在-0.25～-0.3 m/s。從以上對比分析可以看出，明顯影響個例登陸時溫州在700 hPa具有強的垂直上升，而無明顯影響個例則只有弱的垂直上升，且登陸前12 h和24 h明顯影響個例的垂直上升也強于無明顯影響個例。此外，無明顯影響個例臺風中心附近700 hPa的垂直上升運動比明顯影響個例顯著偏弱。

(a無明顯影響個例登陸前24 h、b明顯影響個例登陸前24 h、c無明顯影響個例登陸前12 h、d明顯影響個例登陸前12 h、e無明顯影響個例登陸時、f明顯影響個例登陸時)圖6　700 hPa垂直速度　(單位：m/s)

5.3.2螺旋度

螺旋度是一個用來衡量風暴入流氣流的強弱及沿入流方向的渦度分量的大小的參數(shù)，表征流體邊旋轉邊沿旋轉方向運動的動力特性的物理量。20世紀90年代以來，中外氣象學家對大氣中的螺旋度進行了大量研究，揭示了螺旋度與大氣運動的某些特有現(xiàn)象在動力學、運動學性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并且把螺旋度作為一個重要的物理量引入到天氣分析與預報中。臺風是大氣中一種具有較強螺旋性的天氣系統(tǒng)，它的發(fā)生發(fā)展本質(zhì)上是一種螺旋性結構建立的過程。因此，利用螺旋度對臺風暴雨進行診斷分析。螺旋度嚴格的定義式為風速度矢和渦度矢點積的體積分

H=∫∫∫V·(▽×V)dτ

其大小反映了旋轉與沿旋轉軸方向運動的強弱程度。根據(jù)研究對象及研究目的的不同，國內(nèi)氣象工作者將螺旋度的計算方法引申為很多種類[14]。本文主要根據(jù)臺風降水性質(zhì)，選取P坐標下的垂直螺旋度

其中ω為P坐標系中的垂直速度，ζ為相對渦度的垂直分量，Hp就是相對渦度ζ的垂直輸送通量。

經(jīng)比較，700 hPa的螺旋度與雨量影響量級有較好的對應關系。分析700 hPa的螺旋度(圖7)：無明顯影響個例登陸前24 h溫州螺旋度在0線附近，明顯影響個例登陸前24 h溫州螺旋度也是在0線附近；無明顯影響個例登陸前12 h溫州螺旋度在0～25×10-7hPa·s-2，明顯影響個例登陸前12 h溫州螺旋度在(25～50)×10-7hPa·s-2；無明顯影響個例登陸時溫州南部螺旋度中心在25×10-7hPa·s-2附近，明顯影響個例登陸時溫州南部螺旋度中心在(125～150)×10-7hPa·s-2。從以上對比分析可以看出，明顯影響個例登陸時700 hPa在溫州具有螺旋度大值區(qū)，且與登陸前24 h相比螺旋度有一個明顯的增大過程，增大的主要時段在登陸前12～24 h，而無明顯影響個例登陸時700 hPa在溫州只有弱的螺旋度值，且與登陸前24 h相比螺旋度值只是略有增大。此外，無明顯影響個例臺風中心附近700 hPa的螺旋度值比明顯影響個例顯著偏小。

(a無明顯影響個例登陸前24 h、b明顯影響個例登陸前24 h、c無明顯影響個例登陸前12 h、d明顯影響個例登陸前12 h、e無明顯影響個例登陸時、f明顯影響個例登陸時)圖7　700 hPa螺旋度　(單位：10-7hPa·s-2)

6檢驗

1513號臺風“蘇迪羅”于2015年8月8日22：10在福建莆田秀嶼區(qū)沿海登陸，登陸時近中心最大風力13級(38 m/s)?！疤K迪羅”對溫州造成嚴重影響，經(jīng)評估是建國以來登陸福建中部給溫州綜合影響程度第一位的臺風，文成、泰順、平陽等地降雨為100～120 a一遇。分析“蘇迪羅”登陸時的各種物理量場(圖略)：溫州500 hPa為20 m/s的東南急流，850 hPa為22 m/s的東南急流，700 hPa相對濕度在90%～100%，925 hPa水汽通量散度在(6～7)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，700 hPa垂直速度在-4～-5 m/s，700 hPa螺旋度溫州南部為(250～350)×10-7hPa·s-2，登陸時的各種物理量場反映了溫州南部具有非常好的水汽和動力條件。分析登陸前24 h的風場(圖8a、8b)，溫州500hPa為18 m/s的偏東急流，850 hPa為22 m/s的偏東急流，溫州上空500 hPa 和850 hPa的東風急流的指標已經(jīng)異常明顯。分析登陸前24 h的物理量場(圖略)：溫州700 hPa相對濕度55%～60%，925 hPa水汽通量散度反映為弱水汽輻散，700 hPa垂直速度在0線附近，700 hPa螺旋度在0線附近，此時溫州上空的水汽和動力條件都還不具備暴雨產(chǎn)生條件。分析登陸前12 h的物理量場(圖8c—8f)：溫州700 hPa相對濕度在80%左右，925 hPa水汽通量散度在-3.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1左右，700 hPa垂直速度在-0.4 m/s左右，700 hPa螺旋度在150×10-7hPa·s-2左右，此時溫州上空的水汽和動力條件顯著增強，925 hPa水汽通量散度值已經(jīng)接近明顯影響個例登陸時合成分析值，700 hPa相對濕度值、垂直速度值和螺旋度值已經(jīng)達到或超出明顯影響個例登陸時合成分析值；同時，臺風中心附近的各種物理量場等值線非常密集，且鋒區(qū)延伸到浙中南。結合臺風登陸前24 h風場和登陸前12 h物理量場分析，可以預判“蘇迪羅”應會對溫州帶來明顯的雨量影響，且應屬于影響偏重的臺風。

圖8　a“蘇迪羅”登陸前24 h 500 hPa風場(單位:m/s)，b“蘇迪羅”登陸前24 h 850 hPa風場(單位:m/s)，c“蘇迪羅”登陸前12 h 700 hPa相對濕度(單位:%)，d“蘇迪羅”登陸前12 h 925 hPa水汽通量散度(10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)，e“蘇迪羅”登陸前12 h700 hPa垂直速度(單位:m/s)，f“蘇迪羅”登陸前12 h 700 hPa螺旋度(單位:10-7hPa·s-2)。

7結語

1)廈門至莆田登陸臺風對溫州帶來明顯雨量影響的時間主要集中在8月和9月，登陸時強度一般在強熱帶風暴或其以上，水汽和動力條件物理量場上風中心附近等值線非常密集，登陸后路徑一般是偏西行或西北行。若有冷空氣影響時，一般會對溫州帶來明顯雨量影響。

2)臺風登陸前24 h和登陸時的2個時次中，無明顯影響個例和明顯影響個例的500 hPa和850 hPa在溫州的風向都為偏東風，但無明顯影響個例風速較小，一般都小于急流風速，而明顯影響個例2個時次中500 hPa和850 hPa在溫州都是偏東急流。

3)明顯影響個例登陸時700 hPa在溫州一般會出現(xiàn)相對濕度>80%的濕區(qū)，且相對濕度值與登陸前24 h相比會有一個大的增長，而無明顯影響個例登陸時溫州一般不會出現(xiàn)濕區(qū)，且相對濕度值只是比登陸前24 h略有增長；明顯影響個例登陸時925 hPa在溫州具有強的水汽輻合，水汽通量散度中心一般≤-4×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，而無明顯影響個例在溫州則只有弱的水汽輻合，且登陸前12 h和24 h明顯影響個例的水汽輻合也強于無明顯影響個例。

4)明顯影響個例登陸時在700 hPa具有強的垂直上升運動，垂直速度中心一般≤-0.25 m/s，而無明顯影響個例則只有弱的垂直上升，且登陸前12 h和24 h明顯影響個例的垂直上升也強于無明顯影響個例；明顯影響個例登陸時700 hPa在溫州具有螺旋度大值區(qū)，螺旋度中心一般≥125×10-7hPa·s-2，且與登陸前24 h相比螺旋度有一個明顯的增大過程，增大的主要時段在登陸前12～24 h，而無明顯影響個例登陸時700 hPa在溫州只有弱的螺旋度值，且與登陸前24 h相比螺旋度值只是略有增大。

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收稿日期：2015-09-18