臺風“燦鴻”的路徑和降水特征診斷分析

江麗俐 錢卓蕾 張建海

(紹興市氣象臺，浙江 紹興 312000)

臺風“燦鴻”的路徑和降水特征診斷分析

江麗俐 錢卓蕾 張建海

(紹興市氣象臺，浙江 紹興 312000)

利用實測資料和客觀分析資料，綜合分析環(huán)流背景、下墊面、水汽輸送等對 “燦鴻”路徑和強降水分布影響。研究表明，位于東部沿海的高壓脊東移并入使得副高加強北進，以及“燦鴻”與“蓮花”之間弱的雙臺風互旋作用，導(dǎo)致“燦鴻”路徑偏東。圍繞臺風中心的輸送帶將充沛水汽源源不斷輸送至浙東沿海上空，低層暖濕氣流使得大氣趨于對流不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量釋放激發(fā)的上升運動，與四明山區(qū)迎風坡強迫抬升疊加作用，形成了位于四明山區(qū)的暴雨中心。整個臺風影響期間浙江東部沿海大氣比較穩(wěn)定，暴雨主要是由大氣的斜壓作用引起的。臺風登陸前東西側(cè)螺旋云帶逐漸趨于對稱，但其與南側(cè)季風云團的聯(lián)系基本被切斷，使得浙江沒有出現(xiàn)大范圍的暴雨區(qū)。

“燦鴻” ；路徑；降水

0 引 言

臺風暴雨長期以來是人們關(guān)注的焦點。陳聯(lián)壽等[1]、李英等[2]、曾靜[3]從能量轉(zhuǎn)換、水汽輸送、中緯度斜壓鋒區(qū)和環(huán)境風場的變化等方面研究了登陸后熱帶氣旋的維持機制。陳德花、劉峰等[4-5]還將濕位渦應(yīng)用到 0604號強熱帶風暴“碧利斯”和0908號臺風“莫拉克”的研究中，分析了其濕位渦中尺度時空分布特征, 探討了濕位渦發(fā)展、減弱與暴雨增幅、減弱的相關(guān)性。黃億等[6]利用中尺度模式WRF對 0515號臺風“卡努”臺風模擬所輸出的高分辮率資料,借助等熵位渦及濕位渦的方法進行診斷分析,揭示臺風暴雨過程中的中尺度系統(tǒng)演變特征以及探討臺風暴雨發(fā)展與維持的機制。許愛華[7]分析了環(huán)流背景、冷空氣活動和下墊面對0414號臺風“云娜”臺風登陸后的路徑和降水變化的影響。張建海[8]從臺風的強度、移速、結(jié)構(gòu)、環(huán)境場、地形等多個方面對0505號臺風“海棠”和 0509號臺風“麥莎”兩次臺風暴雨過程進行比較分析。雖然通過這些研究對臺風暴雨的發(fā)生發(fā)展有了更為清楚認識，但對臺風暴雨的預(yù)報、尤其是臺風登陸區(qū)暴雨強度及分布的預(yù)報仍很困難，至今仍有許多問題有待深入研究。

1 “燦鴻”概況和風雨影響

“燦鴻”(1509)于2015年6月30日20時在西北太平洋生成，7月3日02時加強為臺風，隨后強度出現(xiàn)減弱， 7日02時再度加強為臺風，9日14時加強為強臺風，9日23時加強為超強臺風，11日16時在舟山市普陀區(qū)朱家尖鎮(zhèn)登陸，登陸時強度為強臺風?！盃N鴻”活動期間，西北太平洋還同時存在“蓮花”(1510)和“浪卡”(1511)兩個臺風。3臺風共存不僅使三者之間產(chǎn)生相互影響，還與副熱帶高壓及西風帶天氣系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)雜影響，使得“燦鴻”路徑復(fù)雜多變(圖1a)。

“燦鴻”成為1949年以來7月份登陸浙江省最強臺風，給浙江帶來強降水，特別是東部地區(qū)暴雨強度強，累計雨量大。降雨主要集中在10 日08 時至12日08 時，舟山、寧波中南部和臺州的東北部地區(qū)過程累計雨量超過200 mm，暴雨中心位于四明山區(qū)，最大為余姚大嵐鎮(zhèn)丁家畈531 mm、余姚四明山鎮(zhèn)棠溪528 mm(圖1b)。

“燦鴻”超強臺風強度維持時間長達35 h，加上登陸時為強臺風強度，造成浙江省中北部沿海持續(xù)出現(xiàn)12～14級局部15～16級大風,內(nèi)陸大部地區(qū)、江湖水面及杭州灣等持續(xù)出現(xiàn)7～10級大風，最長達24 h之久。實測最大瞬時風速出現(xiàn)在定海區(qū)克沖崗53 m/s(16級)。

圖1 (a)臺風“燦鴻”路徑圖；(b)10 日08 時至12日08 時累計雨量分布圖(單位：mm)

2 路徑分析

2.1 500 hPa高度場

西北太平洋臺風的移動路徑是由副熱帶高壓和西風系統(tǒng)配置和動態(tài)變化來共同決定的。首先來分析一下500hPa的環(huán)流。7月7—8日副高呈帶狀分布，其脊線穩(wěn)定在31°N～32°N，中心位于日本海以東洋面上。“燦鴻”受到副高南側(cè)穩(wěn)定深厚的東偏南氣流引導(dǎo)，向西偏北方向移動，移速較快(圖2a)。中高緯地區(qū)90°E～110°E有一低槽，110°E～130°E東部沿海為高壓脊控制，且由于不斷有暖平流補充，強度不斷加強。此時，中心位于臺灣海峽的“蓮花”距離“燦鴻”14個緯距，位于“燦鴻”以東的洋面上“浪卡”距離17個緯距，均不存在明顯的互旋作用。同時，由于“蓮花”強度減弱，副高有略往西伸的趨勢。到了9日位于東部沿海的高壓脊東移并入副高之中，使得副高加強北進，軸線轉(zhuǎn)為西北—東南向，因此引導(dǎo)氣流南風分量加大，使得“燦鴻”向西北方向移動(圖2b)，與“蓮花” 距離拉近為12個緯距。研究表明[9]雙臺風距離達到了12個緯距的臨界距離，會繞兩者之間連線的某點做逆時針旋轉(zhuǎn)?；バ饔靡彩沟谩盃N鴻”北上風量加大。同時由于“蓮花”強度明顯減弱，位于“燦鴻”西北部的地區(qū)被西伸的副高控制，使得“燦鴻”移動速度放緩。10日由于“燦鴻”勢力較強，副高被其擠壓，125°E以東軸線西北—東南向的特征更加明顯，而125°E以東副高的脊西伸至大陸，軸線為西西北—東東南向。11日海上副高和大陸高壓斷裂，“燦鴻”從兩高之間穿過，北上在舟山登陸，后受北邊的西風槽前西南氣流引導(dǎo)，向東北方向移去。

(a)7月8日20時；(b)7月9日20時圖2 500 hPa位勢高度場 (單位：dagpm)

2.2 200 hPa流場

一般來說，高層的輻散場也能對臺風的移向有一定的引導(dǎo)作用。7月8日有一深槽從華北一直南伸至西南，槽前有高空急流，華南沿海位于槽前高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)，有利于臺風西行(圖3a)。日本海以南為一反氣旋環(huán)流的中心，10日起深槽北縮，反氣旋環(huán)流加強北進，軸線變成了南北向，中心向西南移動到了臺灣以東的上空，并一直維持，從中心流出的氣流為沿海提供了有利的輻散條件，引導(dǎo)臺風偏北移動(圖3b)。

(a)7月8日20時；(b)7月10日20時圖3 200 hPa流場 (陰影為高空急流，全風速≥30 m/s)

3 強降水相關(guān)物理量診斷

3.1 水汽條件

從 850 hPa 水汽通量散度和流場分析表明，7月 9日20時“燦鴻”臺風的風場結(jié)構(gòu)和水汽輸送呈現(xiàn)非對稱結(jié)構(gòu)，主要的水汽輸送帶是通過圍繞臺風中心第一和第四象限的西南風—東南風的一條急流帶完成，水汽通量散度中心值為95 g/(s·hPa·cm2)，位于臺風中心北北東的方位?！盃N鴻”西側(cè)外圍環(huán)流與“蓮花”的環(huán)流連成一片，使得“燦鴻”西側(cè)的水汽輸送大值帶往西延伸浙閩沿海地區(qū)，這些地區(qū)出現(xiàn)陣雨，浙江其他地區(qū)降水不是很強。10日水汽通量散度大值帶強度略減弱，中心值為80 g/(s·hPa·cm2)(圖4a)?！盃N鴻”西側(cè)外圍環(huán)流向“蓮花”進行水汽輸送帶基本切斷。隨著臺風的西北移逐漸靠近，浙江東南部沿海上空均為水汽通量散度負值區(qū)，此時沿海的降水強度逐漸加大。11日臺風中心到達舟山群島時，水汽通量散度大值帶強度有所減弱，最大值為50 g/(s·hPa·cm2)，但水汽通量散度負值區(qū)分布形態(tài)也發(fā)生改變，在圍繞臺風中心的東北部和西北部均存在一個水汽通量散度負值中心，暴雨中

心位于西北部負值中心附近，大量的水汽在此處水平輻合，為強降水提供非常好的水汽條件(圖4b)。

從暴雨中心逐6 h降水量和對應(yīng)時次水汽通量散度的時間分布來看，強降水加強和減弱的趨勢和持續(xù)時間與其上空850 hPa水汽通量散度有很好的對應(yīng)關(guān)系(圖4c)。

3.2 垂直運動和不穩(wěn)定層結(jié)條件

假相當位溫可以反映大氣濕斜壓能量的分布，可以用來研究臺風的能量變化。根據(jù)11日08時通過臺風低壓中心的徑向剖面(圖4d)可以看到，此時暴雨區(qū)一部分出現(xiàn)在等值線的密集鋒區(qū)之中，位于其東側(cè)的另一部分暴雨區(qū)位于對流不穩(wěn)定區(qū)，近地面到950 hPa上空，呈遞減趨勢，表明大氣處于對流性不穩(wěn)定，對流性不穩(wěn)定能量的釋放有利于暴雨的增幅。

圖4d可以看到暴雨中心的東側(cè)為維持了強且深厚的上升運動：中心強度為-3.5 Pa/ s，強上升運動區(qū)從900 hPa向上延伸至700 hPa。這里位于四明山的迎風坡，臺風北部的東風氣流被迫抬升，同時近地面到900 hPa處于對流性不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

(a)10 日 20 時；(b)11日 20 時；(c)暴雨中心逐6 h降水量和對應(yīng)時次水汽通量散度序列圖; (d)根據(jù)11月08時通過暴雨中心的徑向垂直運動(W)和假相當位溫剖面分布圖(三角形標出暴雨中心所在位置)圖4 850 hPa 水汽通量散度和風場圖(陰影為≥15 g/(s·hPa·cm2))

綜合水汽通量、垂直運動和大氣層結(jié)條件來看，在大氣不穩(wěn)定層結(jié)背景條件下，圍繞臺風中心的輸送帶將充沛的水汽源源不斷輸送至浙東沿海上空，低層的暖濕氣流使得大氣趨于對流不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量的釋放產(chǎn)生中小尺度的上升運動，與四明山區(qū)迎風坡的強迫抬升相疊加，使得本來較強的上升運動更加強烈，有利于暴雨的增幅，使得暴雨中心不是位于東部沿海，而是位于四明山區(qū)。

3.3 濕位渦特征

考慮到水汽的影響層次一般在對流層中低層，因此分析850 hPa上濕位渦的分布特征。有利于揭示低層暖濕氣流的活動特征。

根據(jù)濕位渦定義，濕位渦垂直分量(MPV1)代表著氣團對流穩(wěn)定, 負代表著氣團對流不穩(wěn)定。7月10日20時(圖略)除了浙西山區(qū)為負值之外，浙江絕大部分地區(qū)MPV1均為正值，11日02時浙江全省均為正值，這說明大氣維持對流穩(wěn)定狀態(tài)。此時強降水區(qū)主要分布在東南沿海地區(qū)，這是由臺風本身環(huán)流帶來的降水。此外還有暖濕氣流在四明山和天目山的迎風坡被迫抬升引起的強降水。到了11日08時浙江省大范圍正MPV1區(qū)覆蓋，除了浙北的北部有弱的負值區(qū)。此時強降水除了東南沿海和四明山的迎風坡地區(qū)之外，天目山附近的強降水的強度加強，范圍擴大，這可能與浙北地區(qū)的對流不穩(wěn)定有一定聯(lián)系。

濕位渦水平分量(MPV2)是大氣斜壓性對濕位渦的貢獻，該項負值越大，表明大氣斜壓性越強。選取7月10日20時—12日08時的分析浙江省內(nèi)MPV2的變化情況?？梢钥吹奖┯陞^(qū)均位于MPV2零線附近的等值線密集帶偏向負值區(qū)一側(cè)。10日20時浙江中西部地區(qū)為大范圍正值區(qū)，中心位于浙江東南方向海上的負值區(qū)向西延伸至浙江東南沿海(圖5a)，斜壓作用增大，其原因主要是由于臺風的逐漸靠近，低空暖濕空氣強勁輸送，垂直風切變加大。臺風在沿海附近形成的大范圍暖中心區(qū)和大陸弱的冷場的存在，使得MPV2<0。隨著臺風繼續(xù)西北行靠近，MPV2負值區(qū)也隨之西進靠近浙江沿海(圖5b)，強度維持。等到11日08時MPV2負值區(qū)已經(jīng)北移至浙東沿海，強度明顯減弱，依然位于正負值交界處的高梯度區(qū)的沿海暴雨區(qū)強度和范圍也明顯減弱。11日14時臺風即將登陸時，MPV2負值區(qū)北進至浙江東北沿海，強度繼續(xù)減弱(圖5c)，對應(yīng)的降水強度明顯減弱(圖5d)。

4 衛(wèi)星云圖分析

從可見光云圖上看，在登陸前36 h“燦鴻”的結(jié)構(gòu)緊實，有明顯的臺風眼結(jié)構(gòu)，螺旋云帶呈非對稱特征，大部分的螺旋云帶都位于臺風第一和第四象限，西側(cè)的螺旋云帶很稀少，南側(cè)有季風云團不斷向其輸送水汽(圖6a)。到了登陸前24 h，“燦鴻”云系范圍擴大，眼區(qū)結(jié)構(gòu)趨于不明顯，螺旋云帶范圍擴大，西側(cè)的螺旋云帶加強，但是整個臺風云系結(jié)構(gòu)趨于松散，其與南側(cè)季風云團的聯(lián)系也減弱了(圖6b)。登陸前12 h，“燦鴻”云系減弱，螺旋云帶主要分布在第一和第二象限，東西相對比較對稱，其與南側(cè)季風云團的聯(lián)系基本被切斷，來自南海的水汽供應(yīng)減弱。因此浙江東部沿海的降水主要是靠臺風密蔽云區(qū)和螺旋云帶造成的(圖6c)。

(a)10 日9:30；(b)10日 14:30；(c)11 日 8:30圖6 可見光云圖

5 結(jié) 語

本文利用觀測資料和NCEP FNL逐日4次的分析資料，通過對2015年第9號臺風“燦鴻”的環(huán)流形勢和相關(guān)物理量的診斷，研究了“燦鴻”的路徑和強降水分布的原因。得出了以下結(jié)論。

1)位于東部沿海的高壓脊東移并入使得副高加強北進，以及“燦鴻”與“蓮花”之間弱的雙臺風互旋作用，導(dǎo)致“燦鴻”路徑偏東，在浙江舟山登陸。

2)圍繞臺風中心的輸送帶將充沛的水汽源源不斷輸送至浙東沿海上空，低層的暖濕氣流使得大氣趨于對流不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量的釋放產(chǎn)生中小尺度的上升運動，與四明山區(qū)迎風坡的強迫抬升相疊加，有利于暴雨的增幅，形成了位于四明山區(qū)的暴雨中心。

3)整個臺風影響期間浙江東部沿海大氣對流不穩(wěn)定的特征不明顯，暴雨主要是由大氣的斜壓作用引起的。

4)臺風登陸前東西側(cè)螺旋云帶逐漸趨于對稱，但其與南側(cè)季風云團的聯(lián)系基本被切斷，使得浙江沒有出現(xiàn)大范圍的暴雨區(qū)。

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2016-02-15