山東兩次臺風遠距離暴雨對比分析?

叢春華， 雷小途, 陳佩燕

(1.山東省氣象臺，山東 濟南 250031； 2.中國臺風研究所，上海 200030)

?

山東兩次臺風遠距離暴雨對比分析?

叢春華1， 雷小途2, 陳佩燕2

(1.山東省氣象臺，山東 濟南 250031； 2.中國臺風研究所，上海 200030)

基于氣象要素高空探測、地面觀測以及NCEP再分析資料，針對2003年8月下旬(0312)和2004年8月下旬(0418)山東省兩場發(fā)生在不同環(huán)流形勢下的遠距離暴雨過程進行了對比分析。結(jié)果顯示,臺風在兩次暴雨過程中均起了重要作用，但機理不同。除臺風東側(cè)低空急流為大暴雨的發(fā)生提供充沛的水汽,有利于構(gòu)建不穩(wěn)定的大氣層結(jié)以及加強暴雨區(qū)的輻合上升運動等共同點之外，還存在著顯著的不同：(1)0312臺風遠距離暴雨是臺風與切變線相互作用的產(chǎn)物，0418臺風遠距離暴雨則是由臺風與冷鋒相互作用造成的；(2)在這兩次暴雨過程中,直接影響系統(tǒng)和臺風所起的作用不同：0312臺風遠距離暴雨過程中，切變線為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了原始的正渦度場，而臺風東側(cè)的低空急流加強北推進一步加強了切變線附近正渦度和輻合強度,加強了上升運動；0418臺風遠距離暴雨過程中,臺風倒槽頂端生成并分裂發(fā)展的氣旋式渦旋為暴雨系統(tǒng)的原始渦源，臺風東側(cè)低空急流北上在一定程度上加強了暴雨區(qū)的輻合和上升運動；(3)兩次臺風遠距離暴雨中，與臺風相連的偏南風急流對暴雨區(qū)的水汽凈流入貢獻最大，但最大水汽輸送層不同，0312臺風遠距離暴雨的最大水汽輸送層在925 hPa附近，而0418臺風遠距離暴雨的最大水汽輸送出現(xiàn)在800 hPa上下。

臺風；遠距離暴雨；水汽輸送；渦度

中國是登陸臺風(泛指熱帶氣旋，包括熱帶低壓、熱帶風暴、強熱帶風暴、臺風、強臺風及超強臺風，下同)最多的國家，臺風災害非常嚴重[1-3]。登陸臺風所帶來的直接災害主要包括大風和暴雨，又以雨災最為普遍，有時還伴有山洪、泥石流等次生災害[4]。當?shù)顷懪_風與中緯度系統(tǒng)相互作用時可給中緯度地區(qū)造成更為顯著的降水，其中就包括臺風的遠距離暴雨[5]。早在1950年代，仇永炎[6]就注意到了臺風對北方汛期特大暴雨的影響。近些年相關的研究也陸續(xù)開展，陳聯(lián)壽等[7-8]給出了臺風的遠距離降水的物理定義和概念模型，并發(fā)現(xiàn)臺風遠距離暴雨遍及中國27個省(市、自治區(qū))，其中環(huán)渤海地區(qū)和川陜交界處是臺風遠距離暴雨的高發(fā)區(qū)[9]，陜西87%的暴雨極值事件與遠距離臺風有密切的聯(lián)系[10]。據(jù)統(tǒng)計[11-14], 平均每年有1～2個臺風直接影響山東，數(shù)目不多，但臺風常與中緯度系統(tǒng)相互作用，帶給山東不同程度的降水，臺風暴雨是山東省夏汛期主要的災害性天氣。楊曉霞等[15]的研究結(jié)果顯示，在華南沿海登陸的臺風可間接影響山東省的暴雨分布和強度；在臺風遠距離暴雨形成機制方面，叢春華等[16]認為，臺風遠距離暴雨能否發(fā)生的關鍵在于臺風東側(cè)是否有水汽輸送到中緯度槽前；朱洪巖[17]、孟智勇[18]等通過對9406 號臺風暴雨的數(shù)值實驗，研究了臺風遠距離暴雨過程的大尺度和中尺度特征，并指出臺風強度對暴雨區(qū)的水汽輸送有影響，而西風槽則提供了暴雨發(fā)生的大尺度背景場；叢春華等[9]通過對0509號臺風暴雨的數(shù)值敏感性實驗，發(fā)現(xiàn)西風槽的強度與臺風遠距離暴雨的雨量存在著正相關性，西風槽越強，降水量越大。然而，臺風產(chǎn)生遠距離暴雨的方式多種多樣[5]，如有的是臺風倒槽使然、有的則與西風槽或切變線相關，有時地形[19]也是觸發(fā)遠距離暴雨的一個重要因素等。當前，有關臺風遠距離暴雨的研究雖然取得一定進展，但是因其機制復雜，針對具有特色個例的深入分析研究仍十分必要。

2003年8月下旬(下簡稱0312臺風遠距離暴雨)和2004 年8 月下旬(下簡稱0418臺風遠距離暴雨)發(fā)生在山東省的兩場大范圍暴雨過程就與遠在華南的臺風有著密切的關系，但臺風在這兩場暴雨中所起的作用存在顯著的不同，各具特色。故本文對這兩次過程進行了對比分析, 以求加深對此類暴雨的了解和認識。

1 資料與方法

本文所用時間均為北京時間，所用氣象資料為常規(guī)高空探測資料、地面觀測資料及NCEP再分析資料，所用分析工具為MICAPS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和GRADS數(shù)據(jù)分析軟件，通過對不同物理量的診斷分析和對比分析，來探討發(fā)生在山東省的兩次臺風遠距離暴雨的異同。

2 降水實況和環(huán)流背景分析

0312號臺風“科羅旺”與0418號臺風“艾利”是在2003，2004年8月下旬分別登陸中國華南和華東沿海(見圖1)。0312號臺風于2003年8 月 25 日凌晨 5時在海南文昌登陸，0418號臺風于2004年8月25日下午在福建福清登陸, 而后均繼續(xù)向偏西方向移動影響華南華東地區(qū)。這兩個臺風不僅直接給中國華南沿海一帶到來狂風暴雨，也給遠在千里之外的山東帶來了明顯的降水(見圖2(b),(d))。

圖1 0312和0418號臺風路徑圖

圖2 2003 年8 月26 日08時(a);2003年8 月26 日20時(b)500hPa等高線；850hPa風場和25日08時～27日08時過程降水量以及2004 年8 月26 日20時(c)；8 月27 日20時(d)500hPa等高線、850hPa風場和27日08時～29日08時過程降水量(實線為等高線,單位:dagpm;陰影區(qū)為降水量,單位:mm)

2.1 降水實況分析

受0312號臺風和地面氣旋的影響，2003年8月25 日夜間至27日，山東省中南部地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣，降水量局部達到大暴雨。其中70 個縣(市、區(qū)) 過程降水量超過50mm, 24 個縣(市、區(qū))超過100mm，測站最大降水量為244.0mm，出現(xiàn)在巨野縣。此次暴雨過程全省平均降水量高達65.4mm。

2004年8 月26 日夜間至28 日上午的暴雨過程是山東省當年最大的一場降水天氣。 全省共有72 個縣(市、區(qū)) 過程降水量超過50mm, 其中有19 個縣(市、區(qū))超過100mm。測站降水極值為210.10mm, 出現(xiàn)在濟寧市金鄉(xiāng)站，過程降雨量全省平均達65.7mm。

山東這兩次暴雨過程的共同特點就是降水發(fā)生時華南均有登陸臺風活動，華南地區(qū)有臺風本體暴雨區(qū)，山東省遠離臺風環(huán)流，但區(qū)域內(nèi)暴雨的發(fā)生發(fā)展也與臺風有著密切的聯(lián)系。

2.2 高空環(huán)流背景分析

山東0312臺風遠距離暴雨發(fā)生前的8月25日20時，500hPa等壓面上河套西部為一短波槽，26日08時(見圖2(a))短波槽東移至河套地區(qū)中部上空，西太平洋副熱帶高壓強盛、面積大，588位勢什米等高線(以下簡稱588線)控制了長江中下游流域及華南的東部地區(qū)，588線西伸至108°E，與120°E相交的脊線位于28°N附近。臺風“科羅旺”西行至北部灣，其與副熱帶高壓之間有一支西南氣流伸至華東北部。相應時次，850hPa等壓面上有緯向切變線伸至山東南部地區(qū)，在切變線南側(cè)，臺風與副熱帶高壓之間的西南氣流比較強。26日14～20時，850hPa等壓面上的西南急流迅速加強并向北涌進，大氣環(huán)流的高低空垂直分布表現(xiàn)為典型的大暴雨的配置形式(見圖2(b))。臺風與切變線相互作用，在切變線附近暖濕氣流內(nèi)產(chǎn)生緯向型分布的暴雨區(qū)。

臺風“艾利”于2004年8月25日下午在福建福清市登陸后繼續(xù)西行。26日20時(見圖2(c))，亞歐大陸中高緯地區(qū)500hPa等壓面上，大氣環(huán)流呈現(xiàn)兩脊一槽的形態(tài)分布，黃河中下游一帶為寬廣的槽區(qū)所覆蓋，副熱帶高壓位于臺風與西風槽之間。850hPa等壓面上臺風倒槽北端到達山東南部，倒槽東側(cè)的東南風急流顯著。27日14時(圖略)臺風倒槽頂端有渦旋快速發(fā)展，低層風場上呈現(xiàn)出明顯的氣旋式環(huán)流。27日20時(見圖2(d))倒槽頂端新生渦旋脫離臺風環(huán)流，移到中緯度槽前，靠近華北鋒區(qū)，后期逐漸演變成溫帶氣旋。山東的暴雨過程就是發(fā)生在該氣旋新生、發(fā)展、北移的過程中，降水落區(qū)隨渦旋中心向東北方向擴展，呈經(jīng)向型分布。

2.3 地面影響系統(tǒng)分析

從地面影響系統(tǒng)的演變分析來看，0312臺風遠距離暴雨的發(fā)生發(fā)展過程是一個波動類氣旋醞釀和發(fā)展的過程。25日20時(見圖3(a))在0312號臺風西移的過程中，臺風東側(cè)副熱帶高壓和華北高壓之間存在一個緯向切變線，臺風與副熱帶高壓之間的偏南氣流有一個加強北進的過程，華北地區(qū)高壓壩內(nèi)有冷空氣向南滲入，南北兩支氣流一方面促使緯向切變線向北移動并逐漸轉(zhuǎn)為徑向切變線，繼而發(fā)展成地面氣旋(見圖3(b))，演繹了一個典型的波動類氣旋的發(fā)生發(fā)展過程。臺風對于切變線的加強北移及山東附近暴雨的發(fā)生起了決定性作用。

從地面影響系統(tǒng)分析來看，0418臺風遠距離暴雨的發(fā)生發(fā)展過程是0418號臺風倒槽北端有氣旋性環(huán)流生成，并逐步脫離臺風倒槽，北上與冷空氣相互作用，最終形成溫帶氣旋。8月27日11時地面圖上(見圖3(c))顯示0418號臺風的倒槽一直向北伸展到山東南部地區(qū)。至27日20時(圖略)地面填圖上臺風倒槽北端風場已出現(xiàn)完整的氣旋性環(huán)流，中心位于山東南部地區(qū)。28日02時(圖3(d))環(huán)流內(nèi)有暖鋒鋒生，而后北部冷鋒進入氣旋低壓，地面圖上已分析出明顯的冷鋒和暖鋒，溫帶氣旋結(jié)構(gòu)完整。氣旋的發(fā)生發(fā)展過程伴隨著強降水的發(fā)生，暴雨發(fā)生在氣旋的東側(cè)象限，隨氣旋中心的移動，呈徑向型分布。0418號臺風在此次暴雨過程中，既為氣旋的發(fā)展提供了原始的動力場，同時，其東側(cè)的偏南氣流也為地面氣旋的發(fā)展及暴雨的發(fā)生提供了水汽和能量。

((a)2003年8月25日20時；(b)2003年8月27日02時；(c)2004年8月27日11時；(d)2004年8月28日20時實線為等壓線, 單位: hPa。(a) 20 BJT 25, Aug 2003; (b)02 BJT 27, Aug 2003; (c)11 BJT 27, Aug 2004; (d) 20 BJT 28, Aug 2004 (Solid line is constant pressure line, unit: hPa.)

圖3 地面天氣圖和海平面氣壓場

Fig3 Surface weather chart (full bar=4 m·s-1) and sea level pressure

3 物理量診斷分析

3.1 水汽和能量分析

2003年8月25日20時，850 hPa等壓面上大于12 m·s-1的西南急流主要集中在兩廣一帶，徐州探空站850hPa測風為2m·s-1，隨后，低空急流加強北進過程顯著，26日08時，急流前端到達魯南，匯入暖式切變線內(nèi)，徐州西南風迅速增強到16m·s-1，附近存在較強的風向和風速的輻合。26日08時850hPa的水汽通量分布(見圖4(a))顯示，存在一個西南-東北走向的水汽通道由廣西一直伸向山東南部，在魯皖蘇三省交界處形成一個大于20g·kg-1·m·s-1的高值中心，對應著一個小于-6.0×10-7·g·hPa-1·cm-2·s-1的輻合中心。

(本圖西邊界處的陰影部分為青藏高原。Shaded region on left boundary shows the Tibetan Plateau.)

0418臺風遠距離暴雨過程，低層850～700hPa等壓面上臺風倒槽北伸最為明顯。8月26日20時，850hPa臺風倒槽頂端已達山東南部地區(qū)，其東側(cè)大于12m·s-1的急流已到達南京。隨著臺風倒槽的西移和向北發(fā)展，850hPa等壓面上東南急流向北移動，27日08時徐州探空站風速達16m·s-1，濟南探空站也達到8 m·s-1，在27日08時850hPa面上水汽通道(見圖4(b))呈南北走向，由廣東省一直伸向山東，并在蘇魯交界處形成一個大于16g·kg-1·m·s-1的大值中心，對應著一個小于-4×10-7·g·hPa-1·cm-2·s-1的輻合中心。

用水汽通量的整層積分來分析大氣整層的水汽輸送情況[16]。將地面至100hPa高度的大氣矩形柱體作為一個“箱體”(見圖5(a))。不考慮水汽的垂直輸送，依據(jù)u、v風向，規(guī)定流入(出)“箱體”內(nèi)的水汽通量為正(負)。對水汽通量作面積分可得出流經(jīng)“箱體”4個面的水汽通量和整個“箱體”內(nèi)的水汽收支情況(具體計算方法，詳見文獻[16])。

對兩次遠距離暴雨發(fā)生前及發(fā)展過程中，“箱體”內(nèi)水汽收支進行了計算，結(jié)果表明，在遠距離暴雨發(fā)生前24h均存在“箱體”內(nèi)水汽凈收入快速增加的現(xiàn)象，且在暴雨發(fā)生發(fā)展過程中一直伴隨著水汽的凈流入(見圖5(b))。0312臺風遠距離暴雨發(fā)生前，25日14時“箱體”內(nèi)還是水汽的凈流出，25日20時“箱體”內(nèi)水汽的收支逆轉(zhuǎn)為凈流入，且一直維持到27日。期間26日02時的單位時間凈流入量為最大，達24.1×1013g·s-1。0418臺風遠距離暴雨發(fā)生前后“箱體”內(nèi)水汽收支總體也表現(xiàn)出相同的特征，“箱體”凈的水汽流入出現(xiàn)在26日20時，且一直維持到28日，27日凈水汽流入最為顯著。其中，27日14時的單位時間凈流入量為最大，達13.07×1013g·s-1，與0312臺風遠距離暴雨的單位時間最大凈流入量相比要小一些。

圖5 箱體示意圖(a)，箱體內(nèi)水汽收支(b)(黑色為0418，灰色為0312，單位：1013g·s-1)及0312(c)，0418(d)箱體南邊界水汽通量垂直分布及隨時間的演變(單位：108g·s-1·Pa-1)

分別計算和分析“箱體”南、北、東、西4個邊界的水汽凈流入發(fā)現(xiàn)，南邊界水汽輸送對“箱體”內(nèi)的水汽凈流入貢獻最大，水汽輸送的大值區(qū)均發(fā)生在700hPa等壓面以下的對流層低層。0312臺風遠距離暴雨的南邊界水汽輸送主要集中在800～925hPa等壓面之間，以925hPa等壓面附近最大(見圖5(c))。0418遠距離暴雨的南邊界水汽輸送則主要集中在700～900hPa等壓面之間，又以800hPa等壓面附近為最大(見圖5(d))。0418臺風遠距離暴雨的最大水汽輸送層高于0312臺風遠距離暴雨的最大水汽輸送層。根本原因在于與0312臺風遠距離暴雨相聯(lián)系的西南急流主要位于850hPa等壓面及以下的低層，與0418臺風遠距離暴雨相聯(lián)系的臺風倒槽東側(cè)的東南急流則是在700～850hPa等壓面之間最為顯著。

上述對兩次遠距離暴雨區(qū)水汽輸送綜合分析結(jié)果表明，與臺風相聯(lián)的偏南氣流對暴雨區(qū)的水汽輸送和輻合起了關鍵作用。臺風“科羅旺”東側(cè)的低空或超低空急流將大量的暖濕空氣源源不斷的輸送到暴雨區(qū)，使得切變線附近的低層不斷增濕，大氣可降水量驟增(圖略)，為0312臺風遠距離暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了豐沛的水汽條件。臺風“艾利”倒槽東側(cè)的東南風急流為山東區(qū)域內(nèi)暴雨的發(fā)生發(fā)展提供源源不斷的水汽輸送，造成暴雨區(qū)內(nèi)大氣可降水量的急劇增加(圖略)，為暴雨的持續(xù)發(fā)展提供豐富的水汽來源。

2003年8月26日08時，850hPa等壓面上(見圖6a)魯皖蘇交界處表現(xiàn)為等假相當位溫線趨于密集，形成能量鋒區(qū)，近乎與35°N等緯度線平行。在能量鋒區(qū)附近925～700hPa等壓面上存在假相當位溫隨高度減小的對流層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)。2004年8月27日08時，850hPa等壓面上假相當位溫等值線則呈現(xiàn)出一個南北向的高能舌(見圖6b)，高能舌附近的大氣中低層也存在假相當位溫隨高度增加而減小的對流不穩(wěn)定層結(jié)區(qū)。可見此兩次暴雨過程中，與臺風相連的偏南風急流還參與了遠距離暴雨區(qū)大氣不穩(wěn)定層結(jié)的構(gòu)建過程，使得暴雨區(qū)不穩(wěn)定能量不斷積累，確保有足夠的能量來支撐暴雨天氣的發(fā)生和發(fā)展。

圖6 2003年8月26日08時(a)和2004年8月27日08時(b)850hPa溫度平流(陰影區(qū)為正，單位:10-5·K·s-1)，風矢量(箭頭)和假相當位溫等值線(實線，單位:K；西邊界陰影部分為青藏高原)；2003年8月26日02時(c)和04年8月27日08時(d)鋒生函數(shù)(陰影區(qū)≥4，單位:10-10·km-1·s-1)，850hPa風矢量(風標)和假相當位溫等值線(實線，單位:K)

3.2 動力條件

圖7給出2003年8月25日20時、26日08時和2004年8月27日08時及27日20時850hPa等壓面上的渦度和風場分布。可以看出，2003年8月25日20時在35°N附近110°E～130°E的位置上存在一個東西向的正渦度區(qū)。這片正渦度區(qū)與切變線相對應，和臺風本體渦度區(qū)(廣西附近)相互獨立，兩者之間為大片的負渦度區(qū)。對比25日20時和26日08時的850hPa風場和渦度場變化來看，隨著臺風東側(cè)低空西南急流向北涌進，切變線附近氣旋式切變和渦度均明顯增大，25日20時，山東南部正渦度中心大于4×10-5·s-1(見圖7(a))，至26日08時快速增加到10×10-5·s-1以上(見圖7(b))。

圖7 2003年8月25日20時(a)、8月 26日08時(b)、2004年8月27日08時(c)及8月27日20時(d)850hPa的渦度(虛線，單位:10-5·s-1)和風場(陰影部分為青藏高原)

0418臺風遠距離暴雨過程中渦度的變化較之0312臺風遠距離暴雨過程有著顯著的不同。2004年8月27日08時850hPa等壓面上臺風倒槽明顯北伸至魯南地區(qū)，由于倒槽內(nèi)部風場的非均勻性，在倒槽北端(魯皖交界處)出現(xiàn)一個大于8×10-5·s-1渦度中心(見圖7(c))，此時，該渦度中心仍處于臺風倒槽的渦度區(qū)內(nèi)，隸屬于臺風本體，是臺風系統(tǒng)的一部分。隨著低層東南風急流的加強北抬，臺風倒槽頂端附近風場的氣旋式切變加強，渦旋加強迅速，27日20時相應渦度中心超過10×10-5·s-1?？梢郧宄闯?，此時該渦度中心已與臺風本體的渦度區(qū)完全分離，中心正渦度數(shù)值與華南沿海的臺風“艾利”中心渦度值相當(見圖7(d))，而在850hPa等壓面上，皖魯蘇交界處風場出現(xiàn)了獨立的氣旋式環(huán)流。至此，原臺風倒槽頂端的渦旋完全從臺風本體脫離出來，發(fā)展為一個獨立的新生氣旋渦，而后，隨著華北地區(qū)冷空氣的入侵和氣旋渦內(nèi)部的暖鋒鋒生，冷、暖鋒相結(jié)合，氣旋渦最終發(fā)展為溫帶氣旋向東北移動。也就是說，此次暴雨過程中，0418號臺風是引發(fā)暴雨的溫帶氣旋的“母體”，這是在以往的研究結(jié)果中很少有提及。

對比分析清晰可見，0312臺風遠距離暴雨過程中，引發(fā)暴雨過程的渦度實質(zhì)上是切變線的切變渦度，而臺風東側(cè)的低層西南急流北涌在一定程度上加強了北部切變線附近的輻合，進而加強了該區(qū)的正渦度，0312號臺風是一個“助力者”。而0418臺風遠距離暴雨過程中，引發(fā)暴雨天氣的初始渦度實質(zhì)上是臺風倒槽頂端的正渦度中心脫離臺風而來，也就是說為0418臺風遠距離暴雨的發(fā)生提拱原始渦度的是臺風本身，臺風是暴雨系統(tǒng)的“母體”。兩場暴雨在此點上存在著顯著的不同。

3.3 低層暖鋒鋒生和地面氣旋發(fā)展

0312臺風遠距離暴雨發(fā)生前，整層大氣的等溫線呈緯向型分布，30°N附近為一溫度脊，低層西南氣流穿過溫度脊直達魯南地區(qū)，緯向分布的暖平流顯著，25日20時暖平流中心位于長江下游。隨著低空西南急流的北涌，暖平流中心北移，26日08時850hPa等壓面上最大暖平流數(shù)值超過28×10-5·K·s-1，位于魯南和蘇北交界處(見圖6(a))。切變線也逆轉(zhuǎn)為西南-東北走向，在切變線北側(cè)由于東北風的存在，其攜帶華北地區(qū)弱冷空氣南下與西南急流攜帶的暖濕空氣相遇，使得切變線附近假相當位溫梯度加大，有明顯的冷暖鋒生現(xiàn)象。鋒生函數(shù)[20]表現(xiàn)更為明顯(鋒生函數(shù)具體計算方法，詳見文獻20)，850hPa等壓面上魯蘇皖豫交界處鋒生函數(shù)的值超過24×10-5K·m-1·s-1，且暖鋒鋒生最為顯著(見圖6(c))，鋒生函數(shù)大值區(qū)走向與風的切變線方向一致。沿鋒生函數(shù)中心作垂直剖面，可以看出鋒生過程和垂直運動的發(fā)展。從26日02時假相當位溫、垂直速度和鋒生函數(shù)沿117°E剖面圖(見圖8(a))上可以看出，35°N附近，假相當位溫線在地面至800hPa等壓面之間呈垂直狀態(tài)分布，暖鋒鋒生主要集中在700hPa等壓面以下的對流層低層，暖鋒鋒生上空對應強的垂直上升運動的發(fā)展，37°N附近也有因北方弱冷空氣南侵造成的冷鋒鋒生，但強度要弱一些。26日08時鋒生函數(shù)和垂直上升運動均隨高度向冷空氣一側(cè)傾斜，表明鋒區(qū)附近大氣斜壓性增強。地面圖上則表現(xiàn)為準靜止鋒上出現(xiàn)了氣旋波動，激發(fā)0312臺風遠距離暴雨對流云團的發(fā)生、發(fā)展和不穩(wěn)定能量的釋放?？梢?，引發(fā)0312號臺風遠距離暴雨的溫帶氣旋來源于對流層低層暖式切變線上的一個小波動，溫帶氣旋是在切變線上發(fā)展起來。

0418臺風遠距離暴雨發(fā)生前，8月26日20時大氣低層，中國中東部地區(qū)溫度以臺風倒槽為界呈東暖西冷的徑向型分布。華東地區(qū)假相當位溫場呈南北向的分布，高能舌軸線位于118°E，北部存在中緯度鋒區(qū)。27日08時850hPa等壓面上，在臺風倒槽北端東側(cè)出現(xiàn)較強的暖平流區(qū)，中心位于皖蘇中部，中心數(shù)值在28×10-5·K·s-1以上。魯南和蘇北地區(qū)假相當位溫梯度加大(見圖6(b))，鋒生函數(shù)清楚顯示，東南風急流前暖鋒鋒生現(xiàn)象顯著，華北冷鋒位于內(nèi)蒙和山西交界處(見圖6(d))。27日20時至28日20時，華北冷空氣前沿形成副冷鋒從主冷鋒中分裂南下，進入臺風倒槽西北側(cè)，副冷鋒與新生暖鋒相結(jié)合，逐步形成焊接類溫帶氣旋。過鋒生函數(shù)中心的垂直剖面也能反映出新生鋒面的發(fā)展過程。27日08時假相當位溫、垂直速度和鋒生函數(shù)沿117°E剖圖(見圖8(c))顯示，35°N～37°N之間的對流層低層也存在明顯的鋒生過程，同時也伴隨著強的上升運動的發(fā)展。27日14時，新生鋒面隨高度發(fā)生傾斜(見圖8(d))。分析顯示是低層臺風倒槽東側(cè)東南急流向倒槽頂端源源不斷輸送暖濕空氣使得鋒生加強，暴雨區(qū)空氣上升，低層減壓誘發(fā)中尺度低壓系統(tǒng)，產(chǎn)生氣旋式輻合上升運動，后有西風槽攜帶冷空氣南下的副冷鋒進入倒槽加劇對流發(fā)展，冷暖鋒結(jié)合，中尺度低壓向溫帶氣旋轉(zhuǎn)變。

可見，兩次暴雨的發(fā)生發(fā)展過程中均表現(xiàn)出顯著的中低緯系統(tǒng)相互作用的特點。但引發(fā)兩次臺風遠距離暴雨的溫帶氣旋的形成和發(fā)展存在著明顯的差別。引發(fā)0312臺風遠距離暴雨的溫帶氣旋源于對流層中低層暖式切變線上的一個小擾動，而引發(fā)0418臺風遠距離暴雨的溫帶氣旋則是原臺風倒槽頂端的新生暖鋒與北方南下的冷鋒相遇，繼而結(jié)合形成的。也即兩次遠距離暴雨中，中低緯系統(tǒng)相互作用的形式存在顯著不同。

4 中低緯系統(tǒng)的相互作用

從以上分析可見，發(fā)生在山東的兩次臺風遠距離暴雨過程存在著明顯的中低緯系統(tǒng)相互作用的特征。

0312臺風遠距離暴雨是發(fā)生在切變線和在華南沿海登陸西行臺風相互作用的背景下,熱帶低壓東側(cè)低空西南急流通過向切變線南側(cè)源源不斷輸送暖濕空氣，使得該地區(qū)增溫增濕。一方面有利于暴雨區(qū)水汽的累積;另一方面使得大氣層結(jié)趨于不穩(wěn)定、促使低層鋒生。切變線附近輻合上升運動，為暴雨天氣的發(fā)生提供了天氣尺度的動力條件。低層鋒生作用則加劇了暴雨區(qū)的上升運動，使得不穩(wěn)定能量得以釋放，進而增強和維持上升運動的發(fā)展和降水的持續(xù)。

臺風倒槽東側(cè)的東南急流和倒槽頂端新生的渦旋中心在0418臺風遠距離暴雨發(fā)生前期起了至關重要的作用。正是倒槽東側(cè)東南急流源源不斷將東南海區(qū)暖濕空氣輸送到倒槽頂端：一方面使得倒槽頂端東側(cè)增溫增濕，大氣柱膨脹，使得低層減壓，暖區(qū)有鋒生現(xiàn)象，導致暴雨區(qū)輻合增強；另一方面東南急流左前方的氣旋性切變加強了臺風倒槽頂端的氣旋性輻合，導致渦旋增強，最終脫離臺風倒槽，形成獨立的氣旋式渦旋并進入西風帶，與華北冷鋒相互作用，發(fā)展成溫帶氣旋，引發(fā)暴雨天氣的發(fā)生。

圖8 鋒生函數(shù)(陰影區(qū)≥2，單位:10-10·K·m-1·s-1)、垂直速度(虛線，單位：hPa-1·s-1)和假相當位溫等值線(實線，單位:K)

5 結(jié)論與討論

綜合以上分析可見，0312臺風遠距離暴雨和0418臺風遠距離暴雨過程是發(fā)生在不同的大氣環(huán)流背景下的臺風遠距離暴雨，兩者既有相同點，又存在著顯著的不同。

(1)兩次暴雨發(fā)生時華南均有臺風登陸西行，西風帶有低槽東移，臺風東側(cè)有低層偏南風急流，在急流的前端暖區(qū)均伴有暖鋒鋒生現(xiàn)象；兩次暴雨的發(fā)生發(fā)展過程中，中低緯系統(tǒng)相互作用特征顯著，均是中低緯系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物，具有降水強度大，影響范圍廣的特點。

(2)臺風東側(cè)低空偏南急流是中低緯度系統(tǒng)相互作用的紐帶和橋梁。它一方面將低層的暖濕空氣向暴雨區(qū)輸送和匯合, 為暴雨天氣的發(fā)生提供充沛的水汽并使大氣層結(jié)趨于不穩(wěn)定；另一方面急流左前方的氣旋性切變使得暴雨區(qū)的氣旋性渦度加強，最終導致暴雨區(qū)的輻合上升運動加強。

(3)臺風在兩次暴雨過程中扮演的角色不同。0312臺風遠距離暴雨的發(fā)生發(fā)展原始動力條件(氣旋性渦度)是中緯度切變線提供的，而臺風東側(cè)低空西南急流的北涌加強了正渦度和輻合，增強了動力條件。而0418臺風遠距離暴雨的原始動力條件是從臺風倒槽頂端脫離出的氣旋性渦旋，臺風本質(zhì)上是溫帶氣旋的“母體”，這一點在以往的研究中少有提及。后期，倒槽東側(cè)低空東南急流北上，則在一定程度上加強了暴雨區(qū)的氣旋性渦度及低層輻合上升運動。

(4)中低緯系統(tǒng)相互作用的形式不同。0312臺風遠距離暴雨發(fā)生時在海平面氣壓場上表現(xiàn)為準東西向的靜止鋒上先有暖鋒鋒生，而后切變線逆轉(zhuǎn)為西南-東北走向，切變線北側(cè)轉(zhuǎn)為東北風攜帶弱冷空氣南侵，進而在靜止鋒上形成氣旋性波動。0418臺風遠距離暴雨發(fā)生前期，在海平面氣壓場上，內(nèi)蒙東部至河套一帶為一明顯的冷鋒，其隨著時間東移南壓，逐漸靠近并進入脫離臺風倒槽的氣旋性環(huán)流內(nèi)與新生暖鋒相焊接形成溫帶氣旋。在此次過程中冷暖鋒相互作用明顯。臺風作為溫帶氣旋發(fā)展的“母體”，這種情況日常預報中少見，是一種另類的中低緯系統(tǒng)相互作用的形式。(5)臺風向暴雨區(qū)輸送水汽的最大層分布不同。兩次臺風遠距離暴雨中，與臺風相連的偏南風急流對暴雨區(qū)的水汽凈流入貢獻最大，但最大水汽輸送層不同，0312臺風遠距離暴雨的最大水汽層在925hPa附近，而0418臺風遠距離暴雨的最大水汽輸送出現(xiàn)在800hPa上下。

[1] 陳聯(lián)壽. 登陸臺風中的科學問題[R]. 北京： 香山會議， 2006： 8-15. Chen Lianshou. The Scientific Problems of Landing Typhoons[R]. Beijing: Xiangshan Science Conference(207th Scientific Programme), 2006： 8-15.

[2] 雷小途, 陳佩燕, 楊玉華, 等. 中國臺風災情特征及其客觀評估方法 [J]. 氣象學報， 2009, 67(5)： 875-883. Lei Xiaotu, Chen Peiyan, Yang Yuhuan, et al. Charaters and objective assessment of disasters caused by typhoons in China [J]. Acta Meteor Sinica, 2009, 67(5)： 875-883.

[3] Chen Peiyan, Lei Xiaotu, Ying Ming， Introduction and application of a wew comprehensive assessment index for damage caused by tropical cyclones [J]. Tropical Cyclone Research and Review, 2013, 2(3): 176-183.

[4] 李英, 陳聯(lián)壽, 張勝軍. 登陸我國熱帶氣旋的統(tǒng)計特征 [J]. 熱帶氣象學報, 2004, 20(1): 14-23. Li Ying, Chen Lianshou, Zhang Shengjun. Statistical characteristics of tropical cyclone making landfalls on China[J]. J Tropical Meteor, 2004, 20(1): 14-23.

[5] 叢春華, 陳聯(lián)壽, 雷小途 等. 臺風遠距離暴雨研究進展 [J]. 熱帶氣象學報, 2011, 27(2): 264-270. Cong Chunhua, Chen Lianshou, Lei Xiaotu, et al. An overview on the study of typhoon remote rainfall[J]. J Tropical Meteor, 2011, 27(2): 264-270.

[6] 仇永炎. 北方盛夏臺風暴雨的天氣型及其年際變率 [J]. 中國： 氣象, 1997, 23(7): 3-9. Chou Yongyan. Weather patterns and interannual variations of typhoontorrential rain during midsummer in North China [J]. China： Meteorological Monthly, 1997, 23(7): 3-9.

[7] Chen Lianshou, Li Ying, Cheng Zhengquan. An overview of research and forecasting on rainfall associated with landfalling tropical cyclones [J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2010, 27(5):967-976.

[8] 陳聯(lián)壽．登陸熱帶氣旋暴雨的研究和預報 [C]. 中國： 第十四屆全國熱帶氣旋科學討論會論文摘要集, 2007： 3-7. Chen Lianshou. The Studies and Predictions of Heavy Rainfall Related to the Landing Tropical Cyclones [C]. China： The Abstracts of Papers on the Fourteenth Symposium on the Tropical Cyclones (in Chinese), 2007： 3-7.

[9] 叢春華. 熱帶氣旋遠距離暴雨的研究 [D]. 南京： 南京信息工程大學， 2011. Cong Chun-Hua. A Study on the Mechanism of the Tropical Cyclone Remote Precipitation [D]. Nanning： Nanjing University of Information Science and Technology， 2011.

[10] 侯建忠, 王川, 魯淵平， 等. 臺風活動與陜西極端暴雨的相關特征分析 [J]. 熱帶氣象學報, 2006, 22(2): 203-208. Hou Jianzhong, Wang Chuan, Lu Zhouping, et al. Activity of typhoons and extreme rainstorms in Shanxi Province [J]. J Tropical Meteor, 2006, 22(2): 203-208.

[11] 朱官忠, 趙從蘭. 登陸北上熱帶氣旋的特大暴雨落區(qū)探討 [J]. 氣象, 1998(11): 16-21. Zhu Guanzhong, Zhao Conglan. Discussion on the heavy torrential rain area caused by the landing northward tropical cyclone [J]. Meteorological Monthly, 1998(11) : 16-21.

[12] 曹鋼鋒, 張善君, 朱官忠， 等. 山東天氣分析與預報 [M]. 北京: 氣象出版社, 1988. Cao Gangfeng, Zhang Shanjun, Zhu Guanzhong, et al. Weather Analysis and Forecast of Shan Dong Province [M]. Beijing: Meteorology Press, 1988.

[13] 張少林, 蓋世民, 顧潤源， 等. 造成我國北方暴雨的熱帶氣旋天氣學特征分析 [J]. 海洋預報, 2001(1): 40-47. Zhang Shaolin, Gai Shimin, Gu Runyuan, et al. Tropical cyclone caused storm climatology characteristic analyse [J]. Marine Forecasts, 2001(1): 40-47.

[14] 張少林, 顧潤源, 鄒樹峰, 等. 導致北方暴雨的熱帶氣旋的氣候特征 [J]. 大氣科學研究與應用, 2002(2): 111-113. Zhang Shaolin, Gu Runyuan, Zou Shufeng, et al. Climatic characteristics of tropical cyclone caused storm in North China [J]. Atmospheric Science Research and Application, 2002(2): 111-113.

[15] 楊曉霞, 陳聯(lián)壽, 劉詩軍， 等 [J]. 山東省遠距離熱帶氣旋暴雨研究 [J]. 氣象學報, 2008, 66(2)： 236-250. Yang Xiaoxia, Chen Lianshou, Liu Shijun, et al. A study of the far distance tropical cyclone tprrential rainfall in Shandong province [J]. Acta Meteor Sinica, 2008, 66(2)： 236-250.

[16] 叢春華， 陳聯(lián)壽， 雷小途， 等. 熱帶氣旋遠距離暴雨的研究 [J]. 氣象學報, 2012, 70(4)： 717-727. Cong Chunhua, Chen Lianshou, Lei Xiaotu, et al. A study on the mechanism of the tropical cyclone remote precipitation [J]. Acta Meteor Sinica, 2012, 70(4)： 717-727.

[17] 朱洪巖, 陳聯(lián)壽, 徐祥德. 中低緯度環(huán)流系統(tǒng)的相互作用及其暴雨特征的模擬研究 [J]. 大氣科學, 2000, 24(5): 669-675. Zhu Hongyan, Chen Lianshou, Xu Xiangde. A numerical study of the interactions between typhoon and mid-latitude circulation and its rrainfall characteristics [J]. Chinese J Atmos Sci, 2000, 24(5): 669-675.

[18] 孟智勇, 徐祥德, 陳聯(lián)壽. 9406 號臺風與中緯度系統(tǒng)相互作用的中尺度特征 [J]. 氣象學報, 2002, 60(1): 31-38. Meng Zhiyong, Xu Xiangde, Chen Lianshou. Mesoscale characteristics of the interactionbetween TC Tim (9406) and mid-latitude circulation [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese), 2002， 60(1): 31-38.

[19] Akihiko M. A cloud-resolving numerical simulation for characteristic rainfall induced by typhoonMeari [R]. [s.1.]： Sixth WMO International Workshop on Tropical, 2004.

[20] 張芳華, 陳濤, 楊舒楠, 等. —次冬季暴雨過程中的鋒生和條件對稱不穩(wěn)定分析氣象 [J]. 氣象, 2014, 40(9): 1048-1057. Zhang Fanghua, Chen Tao, Yang Shunan, et al. Diagnosis of the prontogenesis and CSI features during a torrential rainfallevent in winter [J]. Meteorological Monthly, 2014, 40(9): 1048-1057.

責任編輯 龐 旻

A Comparative Study on Two Processes of Typhoon Remote Rainfall over Shandong Province

CONG Chun-Hua1, LEI Xiao-Tu2, CHEN Pei-Yan2

(1.Shandong Meteorological Observatory, Jinan 250031,China; 2.Shanghai Typhoon Institute, Shanghai 200030,China)

In this paper, a comparative study on two processes of Typhoon Remote Rainfall(TRR) is carried out based on in-situ,sounding data, and NCEP reanalysis data. The two rain processes were occurred during August 25—27, 2003 (named rainstorm-2003) and August 26—28, 2004 (named rainstorm-2004) over Shandong Province, It is shown that the southerly Low Level Jets (LLJ) on the east of typhoons play an important role in formation of rainstorms. The LLJs converge and transport great amount of low level water vapor to rainstorm area, which provide plenty of water vapor and strong instability condition, leading significant warm-front frontogenesis. Moreover, the cyclonic shears, which was on the front-left of the jet, intensified the cyclonic vorticity, give rise to stronger convergence and ascending motion in rainstorm area. The interactions between mid and low-latitude systems were strong in both cases. However, there are distinct differences in mechanisms of the two processes: (1) the rainstorm-2003 is the consequence of interaction among typhoon, Northwest China vortex, and its warm shear-line on the east. While rainstorm-2004 is generated by the interaction between typhoon and cold front; (2) Typhoons also play different roles in the two cases of TRR. In rainstorm-2003, the vortex over Northwestern China and its warm shear-line on the east provided initial dynamic background, i.e. favorable cyclonic vorticity fields. and the northward invading LLJ on the left of typhoon further strengthens the vorticity, convergence, and ascending motion. However, in case of rainstorm-2004, the cyclonic vorticity fields, which generated initially at the top of the typhoon inverted trough and entered westerly belt later, provide favorable dynamic background to the rainstorm. The northward invading LLJ which is on the east side of the inverted trough, intensifies the cyclonic vorticity, low level convergence, and ascending motion in the rainstorm area to some extent.

typhoon； remote rainfall； water vapor transport； vorticity

山東省自然科學基金項目(ZR2013DQ009)；中國氣象局預報員專項(MAYBY2012-031)；國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目(2013CB30300)；公益性行業(yè)(氣象)科研專項(GYHY201406010)；中國氣象局關鍵技術(shù)與集成項目(CMAGJ2014M30)資助 Supported by the Shandong Provincial Natural Science Foundation,China(ZR2013DQ009);China Meteorological Bureau Special Forecaster Foundation(MAYBY2012-031);National Key Basic Research Development Program of China(2013CB430300);Public Welfare Industry (Meteorological) Research Projects,China(GYHY201406010);China Meteorological Bureau Key Technology and Integration Project(CMAGJ2014M30)

2016-02-17；

2016-04-02 作者簡介：叢春華(1975-)，女，高級工程師，主要從事熱帶氣旋方面的研究。E-mail：cch513@sina.com

P444

A

1672-5174(2016)12-021-11

10.16441/j.cnki.hdxb.20160034

叢春華， 雷小途, 陳佩燕. 山東兩次臺風遠距離暴雨對比分析[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版)， 2016, 46(12)： 21-31.

CONG Chun-Hua, LEI Xiao-Tu, CHEN Pei-Yan. A comparative study on two processes of typhoon remote rainfall over Shandong Province[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(12)： 21-31.