“蘇迪羅”(201513)臺風引發(fā)浙南特大暴雨成因分析

王忠東 曹楚 程瀛

(1.洞頭區(qū)氣象局，浙江 洞頭 325700；2.溫州市氣象局，浙江 溫州 325025；3.永嘉縣氣象局，浙江 永嘉 325100)

“蘇迪羅”(201513)臺風引發(fā)浙南特大暴雨成因分析

王忠東1曹楚2程瀛3

(1.洞頭區(qū)氣象局，浙江 洞頭 325700；2.溫州市氣象局，浙江 溫州 325025；3.永嘉縣氣象局，浙江 永嘉 325100)

利用常規(guī)氣象資料和衛(wèi)星、雷達、區(qū)域自動站等資料和NCEP再分析資料，對2015年 “蘇迪羅”臺風給浙南造成的特大暴雨成因做了初步分析，結(jié)果表明， “蘇迪羅”影響期間，浙南降水主要是由臺風本體螺旋雨帶造成，前期局部強降水是由臺風外圍云系造成，后期降水則由其殘留云系引起；溫州南部持續(xù)強降水是由臺風本體的持續(xù)強回波導(dǎo)致列車效應(yīng)而造成的。通過對物理量的分析發(fā)現(xiàn)，“蘇迪羅”臺風水汽主要來自南海和西北太平洋，而強的水汽輸送和水汽輻合配合低層強輻合、強上升運動以及中高層的強輻散導(dǎo)致浙南地區(qū)暴雨的發(fā)生；地形對暴雨的形成有一定的增幅。

熱帶氣旋；列車效應(yīng)；水汽通量；散度；地形

0 引 言

臺風暴雨常常引發(fā)山洪、泥石流等重大災(zāi)害，長期以來一直是人們關(guān)注的焦點，也是臺風研究和氣象部門面向政府決策服務(wù)的重點。近年來隨著觀測資料的豐富，很多學(xué)者和業(yè)務(wù)人員從不同方面對臺風暴雨進行了大量研究，認為臺風暴雨的強度與水汽輻合、位勢不穩(wěn)定層結(jié)、邊界層輻合和垂直運動等有關(guān)[1-4]，臺風暴雨落區(qū)與臺風結(jié)構(gòu)、臺風路徑、地形等密切相關(guān)[5-8]。但由于造成臺風暴雨的天氣系統(tǒng)除臺風環(huán)流本身外，還經(jīng)常涉及到臺風與西風帶系統(tǒng)[9]或熱帶系統(tǒng)共同作用以及地形等因素的影響，因而對臺風暴雨強度和落區(qū)的預(yù)報仍十分困難[10]。2015年“蘇迪羅”臺風在福建省莆田登陸，卻給浙江南部地區(qū)造成了強降水，特別是溫州南部縣(市)降水集中，小時雨量打破了溫州歷史臺風雨強記錄。本文利用常規(guī)觀測資料，自動站加密資料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析資料、衛(wèi)星云圖、多普勒雷達等資料，分析和探討臺風引發(fā)浙南特大暴雨成因，以期為業(yè)務(wù)臺風暴雨預(yù)報提供參考。

1 “蘇迪羅”臺風概況和降水時空特征

1.1 “蘇迪羅”臺風概況

2015年第13號臺風“蘇迪羅”于7月30日20時(北京時)在西北太平洋洋面上生成，生成后向西偏北方向移動，強度逐漸加強，8月3日14時加強為超強臺風，之后繼續(xù)向西偏北方向移動，8日4：40在臺灣花蓮登陸，登陸時強度為強臺風等級；之后受臺灣地形影響折向西南方向移動，8日10時左右進入臺灣海峽，強度減弱為臺風級別，8日22：10再次在福建莆田秀嶼區(qū)登陸，登陸時近中心最大風力13級(38 m·s-1)，近中心氣壓970 hPa。登陸后向西北方向移動，強度逐漸減弱，穿過福建、江西、安徽等地后于10日17時停止編報(圖1)。

圖1 “蘇迪羅”臺風移動路徑

1.2 降水時空特征

“蘇迪羅”臺風8月8日22：10在福建莆田秀嶼區(qū)登陸，受其影響 8月7日08時—10日20時浙江省平均面雨量131 mm，其中溫州261 mm，麗水190 mm，臺州177 mm；文成珊溪鎮(zhèn)仰山1 h雨強達124 mm(破溫州歷史臺風的小時雨強記錄)，24 h雨強達690 mm(8月8日7時—9日7時)；單站過程最大降水出現(xiàn)在文成珊溪鎮(zhèn)桂山，雨量達到了806 mm。從雨量分布圖可以看到，“蘇迪羅”影響期間浙江省300 mm以上降水主要集中在浙南地區(qū)(圖2a)；從自動站逐小時降水資料知道，此次過程降水時段集中，強降水主要出現(xiàn)在8月8日后半夜到9日上午。選取過程雨量最大站點文成桂山站進行逐小時降水時間序列分析(圖2b)，可以看到文成桂山站降水主要集中在2個時段，分別為8月8日08—10時和8日14—9日07時，其中8日23時1h降水達到了97.1 mm。

圖2 2015年8月7日08時—10日20時浙江省降水分布情況(a)和文成桂山站8日00時—9日20時逐小時降水序列圖(b)

2 環(huán)流演變分析

7月31日20時“蘇迪羅”在西北太平洋洋面上生成，500 hPa上副高為兩環(huán)，東環(huán)位于日本島附近，西環(huán)位于青藏高原北側(cè)；中高緯度多短波槽活動，中西伯利亞地區(qū)有一低渦存在。之后，副高加強，于8月1日20時東西兩環(huán)合并一起，呈東西向帶狀分布，“蘇迪羅”在副高南側(cè)偏東汽流引導(dǎo)下穩(wěn)定向偏西方向移動，強度逐漸增強。之后，受低渦槽東移影響，副高逐漸減退，但主體始終呈東西向。6日08時，西風槽東移北縮，副高逐漸加強，在低層仍呈東西帶狀，其西脊點位于杭州灣附近，臺風繼續(xù)向偏西方向移動，浙南地區(qū)此時處于東北氣流中，不利于降水出現(xiàn)。7日20時，臺風到達臺灣東部海域，此時浙南地區(qū)已處于臺風環(huán)流中，同時臺風與副高之間的偏東氣流增強，溫州局部降水明顯。8日08時，臺風到達臺灣北側(cè)即將進入臺灣海峽，浙南大部分地區(qū)處于臺風環(huán)流中，溫州中南部出現(xiàn)集中強降水(圖3a)。之后，隨著“蘇迪羅”登陸，浙江沿海東南氣流持續(xù)增強(圖3b)，使得浙江沿海地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)強降水。10日08時，臺風減弱移動到江西九江附近，溫州處于偏南氣流中，部分地區(qū)受殘留云系影響，出現(xiàn)局部強降水。由此可見“蘇迪羅”影響期間，浙南降水主要是由臺風本體螺旋雨帶造成的，前期局部強降水是由臺風外圍云系造成，后期降水則由其殘留云系造成。

圖3 8月8日08時(a)和9日08時(b)500 hPa形勢場和風場

3 云圖及雷達特征分析

云圖和多普勒雷達產(chǎn)品作為臺風監(jiān)測的重要手段，可以比較直觀的反映出引起暴雨的系統(tǒng)。分析“蘇迪羅”影響期間的FY衛(wèi)星云圖和多普勒雷達產(chǎn)品，進一步探討暴雨的成因。

圖4 8月7日9：45(a)、8日4：15(c)FY云圖和8月7日9：50(b)、8日4：20(d)、9日15：40(f)雷達平圖以及8月8日21：53(e)溫州多普勒雷達組合反射率產(chǎn)品

8月7日9時“蘇迪羅”移動到臺灣東部海域，螺旋云系開始影響臺灣地區(qū)，此時從云圖可以看到浙南沿海開始受臺風外圍的零散云團影響(圖4a)，雷達拼圖上也反映出此時浙南沿海地區(qū)有零散強回波，浙南沿海地區(qū)局部出現(xiàn)明顯降水(圖4b)。之后隨著“蘇迪羅”繼續(xù)向偏西移動，臺風本體螺旋云帶向浙江沿?？拷?日4：40，“蘇迪羅”在臺灣登陸，此時從云圖上看浙南沿海處于臺風本體螺旋云帶邊緣(圖4c)，雷達拼圖也顯示后期將有持續(xù)的強回波區(qū)影響浙南地區(qū)(圖4d)，從自動站實況知道浙南開始出現(xiàn)持續(xù)強降水。之后，浙南持續(xù)處于臺風本體云系影響之中，強降水持續(xù)。選取降水最大區(qū)域的溫州雷達產(chǎn)品進行分析發(fā)現(xiàn)，在臺風本體影響期間，螺旋雨帶中有中尺度系統(tǒng)持續(xù)影響平陽、蒼南、文成、泰順地區(qū)。8月8日21時開始有一條強度達到40～50 dBz的帶狀回波從東南向西北方向移動持續(xù)影響平陽水頭等地近7個小時，引起列車效應(yīng)，從而導(dǎo)致溫州南部出現(xiàn)持續(xù)強降水(圖4e)。之后隨著臺風登陸后向內(nèi)陸移動減弱，影響逐漸減弱，但臺風后部殘留回波仍向偏北方向移動(圖4f)，影響溫州地區(qū)，導(dǎo)致后期降水。從上分析認為：浙南地區(qū)前期降水由臺風外圍零散云團造成，而溫州南部持續(xù)強降水則是由于臺風本體的持續(xù)強回波導(dǎo)致列車效應(yīng)而造成的。

4 物理量場分析

4.1 水汽條件

充足的水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件，同時充沛的水汽供應(yīng)有利于臺風發(fā)展和維持。分析臺風“蘇迪羅”影響期間850 hPa水汽通量和風場結(jié)果表明，登陸前臺風的水汽輸送主要由兩支氣流組成：一支是“蘇迪羅”南側(cè)的偏南氣流從南海攜帶大量的水汽向北輸送。同時，在此期間，西南季風處于強盛期，熱帶輻合帶活躍，進一步增強了西南氣流，促使水汽和能量向北輸送，使得“蘇迪羅”臺風不斷加強。另外一支則是“蘇迪羅”東側(cè)的偏東氣流將西北太平洋水汽向西輸送，兩支氣流在“蘇迪羅”東側(cè)和東北側(cè)匯合，從低空急流強度看偏南急流明顯強與偏東急流，只是到后期副高明顯增強后，偏東急流才較偏南急流強。因此過程水汽主要來源于南海和西太平洋。同時從水汽通量場可以看到2015年8月8日08時起浙南地區(qū)東南面開始有強的水汽輸送帶，浙南地區(qū)處于強水汽輸送帶的邊緣，到8日20時浙南處于強水汽輸送帶中，尤其是溫州南部處于強水汽輸送帶的中心區(qū)域，水汽通量中心達到了35 g·cm-1·hPa-1·s-1(圖5a)；隨著“蘇迪羅”登陸，水汽通量中心向北抬，到9日02時，浙南地區(qū)處于水汽通量輸送帶的中心區(qū)域中，同時此時從水汽通量散度可以看到最強的水汽輻合中心位于浙閩交界處，中心強度達到-10×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1(圖5b)，溫州南部正處于此中心區(qū)域，非常有利于暴雨的產(chǎn)生。之后隨著“蘇迪羅”登陸向西北行，水汽通量逐漸減弱，但9日14時水汽通量再次增強，溫、臺地區(qū)處于此水汽通量輸送帶中(圖略)，臺州地區(qū)局部出現(xiàn)了暴雨。由此可見強的水汽輸送和水汽輻合導(dǎo)致浙南地區(qū)，特別是溫州南部地區(qū)強降水的出現(xiàn)。

圖5 2015年8月8日20時850 hPa水汽通量(a，單位：g·cm-1·hPa-1.s-1)和9日02時850 hPa水汽通量散度(b，單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s -1)

4.2 動力條件

臺風過程中強降水的產(chǎn)生除了充足的水汽條件外，還與促成強烈上升運動的動力條件有關(guān)。分析“蘇迪羅”高、低空散度場變化可看出，低空的輻合中心基本與高空的輻散中心一致。8月8日20時，“蘇迪羅”靠近福建沿海，臺風中心位于119.5°E，24.8°N，沿臺風中心做散度緯向垂直剖面圖(圖6a)，可以看到在臺風中心北側(cè)有比較明顯的輻合輻散中心，輻合中心高度位于900 hPa附近，中心值為-25×10-5s-1，輻散中心位于500 hPa附近，中心值為15×10-5s-1，此配置非常有利于暴雨的產(chǎn)生；對應(yīng)此時自動站降水資料可以發(fā)現(xiàn)浙閩交界處出現(xiàn)強降水，與以上輻合輻散區(qū)一致。同時選取過程最大降水量站文成桂山站(27.64°N，120°E)，對其垂直速度和渦度做時間序列分析(圖6b)，可以看到8日20時到9日08時之間桂山站有強上升運動，垂直速度中心達到-3×10-2Pa·s-1，同時配合強輻合，輻合中心達到了15×10-5s-1，這樣強的上升運動配合強輻合有利于低層水汽向高層輸送，導(dǎo)致暴雨的產(chǎn)生。由此可見低層強輻合、強上升運動配合中高層的強輻散容易導(dǎo)致暴雨的發(fā)生。

圖6 2015年8月8日20時沿臺風中心散度緯向垂直剖面圖(a，單位：10-5s-1)和文成桂山站(27.64°N，120°E)垂直速度和渦度時間序列圖(b，速度單位：10-2Pa·s-1；渦度單位：10-5s-1；其中時間軸為世界時)

5 地形對降水的增幅作用

地形對降水的增幅作用包括地形摩擦輻合與抬升作用。據(jù)研究，地形引起降水增幅主要取決于兩個因素，一是低層風速，風速愈大增幅愈強，二是氣流的暖濕程度，氣流愈暖愈濕，地形對降水的增幅愈大。在臺風活動過程中，這兩個條件都具備，因而地形對降水的增幅作用極為明顯[11]。浙江中南部沿海山脈多呈NE—SW走向，西北高東南低的迎風坡非常有利于SE氣流的抬升，容易造成降水量級的增大。此次降水中心集中在溫州南部的蒼南、文成、泰順交接的山區(qū)，分析溫州地形可以發(fā)現(xiàn)南雁蕩山、玉蒼山在以上區(qū)域相交，形成了向東開口的峽口，當海上有偏東氣流或東南氣流影響時，容易造成抬升，從而導(dǎo)致該區(qū)域降水進一步增大。

6 結(jié) 語

1)“蘇迪羅”影響期間，浙南降水主要是由臺風本體螺旋雨帶造成的，前期局部強降水是由臺風外圍云系造成，后期降水則由其殘留云系造成；

2)從雷達資料分析發(fā)現(xiàn)，溫州南部持續(xù)的強回波影響，導(dǎo)致列車效應(yīng)，引發(fā)平陽、文成等地出現(xiàn)特大暴雨；同時從雷達分析還認為螺旋雨帶中的中尺度系統(tǒng)導(dǎo)致了溫州南部地區(qū)局部短時強降水出現(xiàn)；

3)“蘇迪羅”臺風水汽主要來自南海和西北太平洋，而強的水汽輸送和水汽輻合配合低層強輻合、強上升運動以及中高層的強輻散導(dǎo)致浙南地區(qū)暴雨的發(fā)生；

4)溫州南部特殊的地形導(dǎo)致了降水進一步增大。

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2016-03-22