兩例相似路徑臺風(fēng)降水差異的成因及預(yù)報分析

施春紅，吳君婧，漆梁波

(上海中心氣象臺，上海 200030)

兩例相似路徑臺風(fēng)降水差異的成因及預(yù)報分析

施春紅，吳君婧，漆梁波

(上海中心氣象臺，上海 200030)

2016年超強(qiáng)臺風(fēng)“尼伯特”和“莫蘭蒂”的路徑極為相似，登陸福建北上途經(jīng)太湖流域后入海的路徑也幾乎重合，但太湖流域出現(xiàn)的降水卻迥然不同，前者僅造成了太湖流域個別測站的暴雨-大暴雨，后者則出現(xiàn)大范圍暴雨-大暴雨。利用常規(guī)氣象觀測資料、多普勒雷達(dá)資料、中國氣象局的臺風(fēng)最佳數(shù)據(jù)集及美國國家環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)提供的再分析資料等，對兩個臺風(fēng)登陸后的環(huán)流背景、臺風(fēng)結(jié)構(gòu)特征等進(jìn)行了對比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：“莫蘭蒂”登陸后的低壓環(huán)流結(jié)構(gòu)保持良好，北上過程中與外圍淺層冷空氣的相互作用明顯，海上水汽輸送通道暢通，臺風(fēng)倒槽導(dǎo)致太湖流域大范圍暴雨-大暴雨；“尼伯特”登陸后迅速減弱，環(huán)流結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“空心化”，水汽輸送弱，高層弱冷空氣與臺風(fēng)殘余低渦的疊加觸發(fā)局地短時強(qiáng)降水，未能導(dǎo)致太湖流域大范圍暴雨。從預(yù)報回顧看，模式對登陸臺風(fēng)北上過程中強(qiáng)度預(yù)報過強(qiáng)是導(dǎo)致“尼伯特”在太湖流域風(fēng)雨預(yù)報過度的主要原因。3 d以上的中期臺風(fēng)降水預(yù)報中，經(jīng)驗概念模型與模式集合預(yù)報結(jié)果的相互印證，有利于得出比模式確定性降水預(yù)報更合理的預(yù)報結(jié)論。

臺風(fēng)降水； 差異比較； 成因分析； 預(yù)報分析

引言

伴隨登陸臺風(fēng)(熱帶氣旋的統(tǒng)稱，下同)的暴雨是引發(fā)城市積澇、流域性洪水及山洪泥石流等災(zāi)害的重要原因之一，受到各級政府和科學(xué)家的廣泛關(guān)注。然而，由于地形下墊面及多尺度系統(tǒng)相互作用等復(fù)雜性，登陸臺風(fēng)降水的關(guān)鍵影響因子存在明顯的個體差異，其成因和機(jī)制仍不十分清楚，登陸臺風(fēng)的降水預(yù)報(包括落區(qū)和雨量)至今仍是業(yè)務(wù)預(yù)報中的難點[1-5]。

定量化的“面雨量”預(yù)報對流域性的防臺防汛十分重要，近年來受到防臺減災(zāi)各相關(guān)部門的高度重視，而這無疑對登陸臺風(fēng)的降水預(yù)報提出了更高要求。當(dāng)前數(shù)值模式對于臺風(fēng)降水的預(yù)報能力仍十分有限，且“面雨量”本身并不是模式的直接預(yù)報量。因此，基于路徑相似的臺風(fēng)降水預(yù)報仍是當(dāng)前業(yè)務(wù)預(yù)報中常用的參考之一[4]。

然而，路徑相似的臺風(fēng)，其降水并不相似的情況時有發(fā)生，并往往造成預(yù)報失誤[6-8]。1601號超強(qiáng)臺風(fēng)“尼伯特”和1614號超強(qiáng)臺風(fēng)“莫蘭蒂”即是路徑相似但降水存在顯著差異的一對個例，主客觀預(yù)報對“尼伯特”在太湖流域的面雨量預(yù)報普遍偏大，導(dǎo)致了決策服務(wù)上的被動。本文旨在對比分析“尼伯特”與“莫蘭蒂”路徑相似但降水迥異的可能原因，以期為此類登陸北上路徑的臺風(fēng)降水預(yù)報提供一些借鑒和思路。

1 臺風(fēng)路徑及降水概況

2016年第1號(1601)超強(qiáng)臺風(fēng)“尼伯特”于2016年7月3日在關(guān)島以南洋面上生成，5日20時加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng)，8日05:50(北京時間，下同)登陸臺灣省臺東縣，9日13:45以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的強(qiáng)度再次登陸福建省泉州市石獅鎮(zhèn)，10日在贛閩交界處減弱為低壓，其殘余低壓11日白天經(jīng)太湖西側(cè)北上進(jìn)入黃海。

2016年第14號(1614)超強(qiáng)臺風(fēng)“莫蘭蒂”于2016年9月10日在關(guān)島以西洋面上生成，12日加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng)，14日穿過巴士海峽后，于15日03:05以強(qiáng)臺風(fēng)等級的強(qiáng)度登陸福建省廈門市，15日傍晚在福建省西部減弱為熱帶低壓，16日經(jīng)太湖西部北上進(jìn)入黃海。圖1給出了超強(qiáng)臺風(fēng)“尼伯特”和“莫蘭蒂”的移動路徑。

圖1 超強(qiáng)臺風(fēng)“尼伯特”(1601)、“莫蘭蒂”(1614)移動路徑(黑線是“尼伯特”停編之后的殘余低壓路徑)Fig.1 The tracks of super typhoon Nepartak (1601) and Meranti (1614) (black line indicates the track of residual cyclone of Nepartak)

由圖1可見，兩個臺風(fēng)的路徑非常相似，生成后向西北向移動，均在閩南登陸且登陸點相距不遠(yuǎn)，登陸后均在福建西部山區(qū)減弱為熱帶低壓后取道太湖流域并再度入海，登陸北上入海的路徑接近重合，但臺風(fēng)影響期間華東地區(qū)(特別是在太湖流域)的降水強(qiáng)度和分布卻差異顯著(圖2)。

由圖2a可見，“尼伯特”臺風(fēng)的降水主要集中在福建和江西中南部，臺風(fēng)在北上過程中的降水強(qiáng)度總體不強(qiáng)且分布不均勻。太湖流域(黑框內(nèi))最明顯降水時段出現(xiàn)在7月11日(殘余低壓途徑太湖流域時)，個別站點出現(xiàn)暴雨-大暴雨(江蘇南通出現(xiàn)特大暴雨)。由圖2b可見，“莫蘭蒂”臺風(fēng)造成了華東中部和南部大范圍暴雨和大暴雨，暴雨區(qū)集中在臺風(fēng)路徑的右側(cè)。太湖流域過程累積雨量普遍超過100 mm且降水分布均勻，最強(qiáng)降水時段出現(xiàn)在15日下午到夜間，由臺風(fēng)外圍倒槽所引發(fā)，16日低壓北上經(jīng)太湖流域時風(fēng)雨均已減小。

圖2 臺風(fēng)影響期間華東地區(qū)的過程累積雨量分布(單位：mm)(a.7月9日08時—13日08時“尼伯特”期間，b.9月14日08時—17日08時“莫蘭蒂”期間))Fig.2 The total precipitation in East China generated by typhoon (unit: mm) (a. Nepartak (from 08:00 BST 9 to 08:00 BST 13 July), b. Meranti (from 08:00 BST 14 to 08:00 BST 17 September))

2 臺風(fēng)降水預(yù)報概況

隨著防臺防汛對氣象預(yù)報需求的日益提高，目前日常的決策氣象服務(wù)需要提供24～120 h的臺風(fēng)預(yù)報信息(包括路徑和降水)。

圖3 起報時刻為6日20時的ECMWF形勢場和過程累積雨量(單位：mm)預(yù)報(a.10日20時500 hPa高度場和風(fēng)場預(yù)報，b.10日20時850 hPa高度和風(fēng)場預(yù)報，c.9日08時—13日08時雨量預(yù)報)Fig.3 The forecast of circulation pattern and accumulated precipitation (unit: mm) by ECMWF numerical model initialized at 20：00 BST 6 July (a. 500 hPa geopotential height and wind at 20:00 BST 10, b. 850 hPa geopotential height and wind at 20:00 BST 10, c. accumulated precipitation from 08:00 BST 9 to 08:00 BST 13)

2016年6月底—7月初，正值江淮梅雨期間，長江中下游遭遇連續(xù)強(qiáng)降水過程，太湖水位不斷攀升，逼近歷史極值，隨即國家防總啟動太湖防汛Ⅰ級應(yīng)急響應(yīng)。此時，1號臺風(fēng)“尼伯特”在西太平洋洋面上生成，并穩(wěn)定向西北偏西方向移動，趨向華東沿海。7月6日起，各家模式均預(yù)報“尼伯特”將登陸福建，之后轉(zhuǎn)而北上，經(jīng)太湖流域再度入海。面對嚴(yán)峻的防汛形勢，“尼伯特”臺風(fēng)北上期間太湖流域的雨量預(yù)報顯得尤為重要。

據(jù)歐洲中期數(shù)值預(yù)報中心(ECMWF)預(yù)報(6日20時起報)“尼伯特”登陸北上過程中低壓環(huán)流深厚，低壓結(jié)構(gòu)保持良好，其東部海上的水汽輸送通道暢通并持續(xù)不斷地卷入臺風(fēng)低壓環(huán)流(圖3b)。低壓途經(jīng)太湖流域時，500 hPa位于黃海的中緯度切斷低渦后部有弱冷空氣南下(圖3a)，10—11日太湖流域處在高溫高濕的不穩(wěn)定大氣層結(jié)下(CAPE為1 500～2 000 J/kg，抬升指數(shù)為-5～-6 ℃，大氣可降水量達(dá)70 mm，圖略)，上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)配合充沛的水汽條件，有利于太湖流域出現(xiàn)極端降水。ECMWF確定性雨量產(chǎn)品預(yù)報“尼伯特”北上期間太湖流域東部(包括上海)有暴雨-大暴雨(圖3c)。

當(dāng)時不同模式(ECMWF和GFS)對臺風(fēng)登陸后北上的移速、殘余低壓的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度的預(yù)報存在分歧，ECMWF確定性預(yù)報前后不同時次對太湖流域的雨量預(yù)報也不穩(wěn)定。模式之間的預(yù)報差異和預(yù)報的不連續(xù)預(yù)示當(dāng)時太湖流域的雨量預(yù)報難度較大。

面對嚴(yán)峻的防汛形勢，預(yù)報員更加關(guān)注的是太湖流域出現(xiàn)極端降水的可能性。圖4給出了ECMWF和GFS雨量集合預(yù)報的90%分位預(yù)報結(jié)果(6日20時起報，黑框顯示為太湖流域)。可見，ECMWF預(yù)報的90%分位集合預(yù)報產(chǎn)品顯示9—12日太湖流域累積雨量在50～100 mm之間；GFS雖略小于ECMWF，但也預(yù)報太湖流域有大到暴雨。

圖4 ECMWF(a)和GFS(b)對9日08時—13日08時累積雨量(單位：mm)的集合預(yù)報(90%分位，6日20時起報，黑色框指示太湖流域大致位置)Fig.4 The ensemble forecast of accumulated precipitation from 08:00 BST 9 to 08:00 BST 13 July (unit: mm) (90 percentiles, at 20:00 BST 6, the black box indicates the approxinate location of Taihu Lake) by ECMWF(a) and GFS(b)

圖5 上海中心氣象臺對 “尼伯特”(a)、“莫蘭蒂”(b)過程雨量的主觀預(yù)報Fig.5 The subjective forecast of accumulated precipitation generated by Nepartak (a) and Meranti (b) from Shanghai Meteorological Center

由此，基于太湖防汛形勢的嚴(yán)峻性及上述可能的降水極端性(圖4)，經(jīng)與中央氣象臺及太湖流域相關(guān)氣象臺共同會商后，上海中心氣象臺對外發(fā)布10—12日太湖流域有暴雨到大暴雨的預(yù)報(圖5a)。雖然此后的幾天內(nèi)，主觀預(yù)報對大暴雨的落區(qū)、雨量極值等略有調(diào)整，但總體而言，“尼伯特”臺風(fēng)北上期間太湖流域雨量預(yù)報(圖5a)與實況(圖2a)相比，明顯偏大。

與“尼伯特”臺風(fēng)不同，“莫蘭蒂”臺風(fēng)影響期間華東(及太湖流域)出現(xiàn)了大范圍的暴雨到大暴雨，上海中心氣象臺發(fā)布的過程雨量主觀預(yù)報(圖5b)雖然在大暴雨落區(qū)上與實況(圖2b)有些出入，但總體而言，預(yù)報的太湖流域大范圍暴雨與實況基本吻合。

圖6 臺風(fēng)影響太湖流域期間環(huán)流形勢對比(a.7月11日08時200 hPa急流(填色區(qū)：大于30 m·s-1)、500 hPa高度和風(fēng)場，b.9月15日20時200 hPa急流(填色區(qū)：大于30 m·s-1 )、500 hPa高度和風(fēng)場，c.7月11日08時850 hPa溫度和海平面氣壓場，d.9月15日20時850 hPa溫度和海平面氣壓場)Fig.6 Synoptic patterns during Taihu Lake basin being affected by typhoons(a. 200 hPa jet (wind speed greater than 30 m/s, shaded), 500 hPa geopotential height and wind field at 08:00 BST 11 July 2016, b. the same as a, but at 20:00 BST 15 September 2016, c. 850 hPa temperature and sea level pressure at 08:00 BST 11 July 2016 , d. the same as c, but at 20:00 BST 15 September 2016)

3 “尼伯特”與“莫蘭蒂”臺風(fēng)北上降水差異原因分析

如前所述，伴隨“莫蘭蒂”臺風(fēng)登陸北上，暴雨如期而至；而“尼伯特”臺風(fēng)的暴雨則未如期發(fā)生。下文從臺風(fēng)北上過程中太湖流域所處環(huán)流背景、臺風(fēng)結(jié)構(gòu)及其與中緯度系統(tǒng)相互作用的角度，對“尼伯特”和“莫蘭蒂”路徑相似但降水迥異的可能原因進(jìn)行探討。

3.1 臺風(fēng)影響太湖流域期間環(huán)流背景對比

臺風(fēng)降水特征的不同，與環(huán)境場的差異密切相關(guān)。為此，對臺風(fēng)影響太湖流域最強(qiáng)時段的環(huán)境場進(jìn)行了對比分析。圖6分別給出了7月11日08時和9月15日20時500 hPa環(huán)流、200 hPa急流(大于30 m·s-1，填色區(qū))以及850 hPa溫度和海平面氣壓場。此時“尼伯特”殘余低壓位于皖南，“莫蘭蒂”則仍位于福建西北部，從圖6可見兩者環(huán)流背景存在顯著差異。

7月11日08時(圖6a)，500 hPa圖上山東半島沿海有切斷低渦，其后有河套東移的低槽影響太湖流域，帶來些許干冷空氣(08時南京24 h變溫達(dá)-4 ℃，t-td達(dá)34 ℃，圖略)；200 hPa上處在高空槽前輻散區(qū)內(nèi)，但急流偏弱；邊界層和地面上則處在暖低壓控制下(圖6c)，南京探空顯示為明顯的上干下濕特征(圖略)，高低空形勢的配置特征預(yù)示太湖流域易引發(fā)對流不穩(wěn)定天氣。

而“莫蘭蒂”登陸北上期間(圖6b)，中緯度已為槽區(qū)控制，冷空氣不斷從貝加爾湖橫槽內(nèi)分裂南下，并已滲透至邊界層，地面上太湖流域為臺風(fēng)倒槽所控制(圖6d)；200 hPa副熱帶急流強(qiáng)盛(圖6b)，太湖流域正處200 hPa急流入口區(qū)右側(cè)，高空輻散有利于上升運動的發(fā)展；高低空形勢的配置有利于太湖流域出現(xiàn)大范圍暴雨。

圖7 臺風(fēng)影響太湖流域期間大氣可降水量(黑色等值線，單位：mm)、850 hPa水汽通量(矢量箭頭和填色，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1，填色區(qū)大于6 g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(等值線，單位：10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1)(a.7月11日08時 TCWV，b.9月15日20時TCWV，c.7月11日08時 850 hPa水汽通量和水汽通量散度，d.9月15日20時850 hPa水汽通量和水汽通量散度) Fig.7 TCWV(blace contour, unit: mm), water vapor flux(arrow, unit:g·cm-1·hPa-1·s-1 , filled area indicates greater than 6 g·cm-1·hPa-1·s-1) and water vapor flux divergence(contour, unit:10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1) at 850 hPa during Taihu Lake basin being affected by typhoons(a. TCWV at 08：00 BST 11 July, b. TCWV at 20：00 BST 15 September, c. water vapor flux and water vapor flux divergence at 850 hPa at 08：00 BST 11 July, d. the same as c but at 20：00 BST 15 September)

3.2 臺風(fēng)影響太湖流域期間水汽條件對比

充沛而持續(xù)的水汽輸送對登陸臺風(fēng)陸上維持和臺風(fēng)暴雨有著重要影響。為此，對臺風(fēng)影響太湖流域最強(qiáng)時段的大氣可降水量、850 hPa水汽通量及水汽通量散度進(jìn)行了對比分析(圖7)?？梢园l(fā)現(xiàn)，兩臺風(fēng)登陸北上期間太湖流域上空大氣可降水量均大于60 mm(圖7a、b)，甚至“尼伯特”影響期間太湖流域上空大氣可降水量還略高于“莫蘭蒂”影響期間，但兩者水汽輸送和輻合條件卻存在顯著差異(圖7c、d)?！澳岵亍北鄙掀陂g850 hPa水汽通量的大值帶位于東部海上，未匯入到“尼伯特”殘余低壓環(huán)流內(nèi)，太湖流域水汽通量在5～15 g·cm-1·hPa-1·s-1之間，而“莫蘭蒂”殘余低壓北上期間，第16號強(qiáng)臺風(fēng)“馬勒卡”正在臺灣東南洋面西北行，導(dǎo)致一支15～25 g·cm-1·hPa-1·s-1的東南水汽輸送帶源源不斷地向太湖流域輸送水汽，并在太湖流域上空形成輻合中心(圖7d)，有利于該地區(qū)出現(xiàn)大范圍暴雨。

3.3 登陸北上過程中冷空氣活動特征和輻合抬升條件對比

對7月11日08時和9月15日20時兩個時刻沿120～121°E范圍分別作θse、UV、V-W、垂直速度經(jīng)向空間垂直剖面(圖8，30～32°N為太湖流域)來考察兩個臺風(fēng)(殘余低壓)北上期間冷空氣活動特征。

圖8 θse(棕色線，單位：K)、uv全風(fēng)速(填色：大于12 m·s-1 )、垂直速度(紅色虛線，單位：Pa·s-1)、v-w沿太湖流域經(jīng)向垂直剖面(a.2016年7月11日08時，b.2016年9月15日20時，橫線指示太湖流域大致緯度)Fig.8 The meridional cross section across 120-121°E at 08：00 BST 11 July 2016(a) and 20：00 BST 15 September 2016 (b) (pseudo equivalent potential temperature (brown line, unit:K), wind speed (shaded:>12 m·s-1), vertical speed (red dotted line， unit: Pa·s-1) and the v-w field)

由圖8a可見，7月11日08時“尼伯特”北上過程中，太湖流域(30～32°N)處在向上伸展的θse高能舌控制下，冷空氣(θse鋒區(qū))出現(xiàn)在600 hPa以上(300～600 hPa之間最清楚)，配合濕度場(圖略)表現(xiàn)為明顯的上干冷、下暖濕特征；風(fēng)場弱，無明顯上升運動。

圖9 925 hPa風(fēng)場與溫度場 (填色：大于8 m·s-1全風(fēng)速；紅色等值線：溫度，單位：℃)(a.2016年7月11日08時，b.2016年9月15日20時)Fig.9 Wind (shaded area indicates wind speed greater than 8 m·s-1 ) and temperature(red line, unit:℃) at 925 hPa(a. 08：00 BST 11 July 2016， b. 20：00 BST 15 September 2016)

而“莫蘭蒂”北上期間，在9月15日20時的垂直剖面圖(圖8b)上，30～32°N處在θse鋒區(qū)內(nèi)，邊界層925 hPa有一支16～20 m·s-1的超低空急流，太湖流域有明顯的北風(fēng)和南風(fēng)輻合，冷暖交匯特征清楚；700 hPa以上雖為一致偏南風(fēng)，但在太湖流域上空存在明顯的風(fēng)速輻合，深厚的流入層加劇了太湖流域上空的輻合抬升，再加上這支上升氣流又恰好位于高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)內(nèi)，高低空急流耦合有利于上升運動的進(jìn)一步加強(qiáng)。

由上述分析可知：“尼伯特”殘余低壓北上期間，冷空氣從大氣中上層入侵，導(dǎo)致上干冷、下暖濕的大氣不穩(wěn)定層結(jié)，在合適的抬升條件下，易出現(xiàn)局地強(qiáng)對流天氣，導(dǎo)致局地強(qiáng)降水，但不利于出現(xiàn)大范圍暴雨。事實正是如此，當(dāng)天午后，低壓進(jìn)入蘇南時，低壓前部邊界層輻合線上(圖9a)出現(xiàn)局地強(qiáng)對流天氣，南通本站6 h雨量超過100 mm，24 h雨量達(dá)到特大暴雨程度，但一江相鄰的上海北部地區(qū)卻基本無雨。

“莫蘭蒂”殘余低壓北上期間，冷空氣主要從大氣低層入侵，并在邊界層形成一支強(qiáng)勁的偏東風(fēng)急流，且在925 hPa上達(dá)到最強(qiáng)(16～20 m·s-1，圖9b)，與來自東海的東南風(fēng)急流在倒槽頂端(太湖流域)交匯，鋒區(qū)及兩支急流的輻合抬升作用，導(dǎo)致強(qiáng)上升運動出現(xiàn)，并在充沛的水汽和高空輻散等氣象條件下，產(chǎn)生了大范圍暴雨。

3.4 登陸北上過程中低壓結(jié)構(gòu)對比

圖10 850 hPa高度(等值線，單位：dagpm)、風(fēng)場、散度場(填色，單位：10-5 s-1)和華東雷達(dá)0.5°仰角基本反射率產(chǎn)品拼圖(a.2016年7月11日08時850 hPa高度、風(fēng)、散度， b.2016年9月15日20時850 hPa高度、風(fēng)、散度，c.2016年7月11日08時華東雷達(dá)拼圖，d.2016年9月15日20時華東雷達(dá)拼圖)Fig.10 Geopotential height(unit: dagpm), wind, and divergence (color-filled area, unit: 10-5 s-1)at 850 hPa at 08：00 BST 11 July (a) and 20：00 BST 15 September (b); the mosaic of radar reflectivity at 0.5°elevation angle covering East China at 08：00 BST 11 July (c) and 20：00 BST 15 September (d)

1601號“尼伯特”雖然巔峰時強(qiáng)度達(dá)68 m·s-1，可是在登陸臺東后由于受到臺灣島中央山脈地形影響，強(qiáng)度迅速減弱，結(jié)構(gòu)也遭遇破壞，加之在臺灣海峽內(nèi)徘徊時間長，二次登陸福建時僅為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級。登陸后由于受到地形摩擦、水汽輸送通道被截斷等因素影響，迅速填塞，出現(xiàn)“空心化”結(jié)構(gòu)，主要風(fēng)雨出現(xiàn)在低壓環(huán)流外圍。圖10a是7月11日08時850 hPa風(fēng)場和散度場，圖中可見低壓中心附近風(fēng)場很弱，風(fēng)場和負(fù)散度大值區(qū)集中在南海北部和東海(圖10a)，導(dǎo)致低壓中心附近降水微弱(圖10c)。因此殘余低壓北上經(jīng)過太湖流域時并沒有帶來大范圍強(qiáng)降水。

1614號“莫蘭蒂”巔峰時風(fēng)速最強(qiáng)達(dá)70 m·s-1,其直接登陸廈門，登陸后雖然遭到地形摩擦等因素影響，強(qiáng)度減弱，但殘余低壓北上過程中始終處在高空槽前輻散場中，加之海上水汽輸送通道暢通，沒有出現(xiàn)“尼伯特”殘余低壓那樣的“空心化”結(jié)構(gòu)。850 hPa大的負(fù)散度區(qū)分布在殘余低壓附近以及臺風(fēng)倒槽頂端(圖10b)，其主要的風(fēng)雨區(qū)與大的負(fù)散度區(qū)相對應(yīng)，出現(xiàn)在低壓附近及東北部臺風(fēng)倒槽頂端(圖10d)。

綜上所述，“尼伯特”和“莫蘭蒂”在太湖流域?qū)е碌慕邓町愔饕幸韵略颍?)“尼伯特”北上期間，太湖流域附近無淺層冷空氣與之相互作用(高層冷空氣僅帶來分散性的局地強(qiáng)對流)；2)“尼伯特”北上期間，結(jié)構(gòu)“空心化”，水汽輸送條件差。由于“尼伯特”登陸影響的時間發(fā)生在7月上中旬(仲夏)，而“莫蘭蒂”登陸影響的時間發(fā)生在9月中旬(夏末秋初)，季節(jié)不同，通常會對應(yīng)不同的冷空氣活動特征。對臺風(fēng)降水而言，經(jīng)驗上，仲夏時節(jié)冷空氣主要從大氣中高層影響太湖流域，邊界層往往在單一的暖氣團(tuán)控制下，登陸福建再度經(jīng)太湖流域北上的臺風(fēng)，往往因?qū)α鞑环€(wěn)定而導(dǎo)致局地強(qiáng)對流暴雨，通常很難出現(xiàn)大范圍暴雨；而到了夏末秋初，冷空氣的勢力有可能滲透到低層，導(dǎo)致明顯的邊界層急流和鋒區(qū)，往往在臺風(fēng)登陸華東南部的同時，其臺風(fēng)倒槽就會導(dǎo)致太湖流域出現(xiàn)大范圍暴雨。而在“尼伯特”的決策預(yù)報中，由于預(yù)報時效較長，加之太湖流域嚴(yán)峻的防汛形勢，預(yù)報員并未太多考慮天氣形勢配置特點和臺風(fēng)登陸之后強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的可能演變，過多地參考了模式以及模式集合預(yù)報的相關(guān)預(yù)報產(chǎn)品，而在分析模式集合預(yù)報產(chǎn)品中，又未能準(zhǔn)確把握這些產(chǎn)品的含義(下節(jié)分析)，導(dǎo)致了降水量的空報和服務(wù)上的被動。

4 降水集合預(yù)報產(chǎn)品的一些應(yīng)用啟示

從第2節(jié)的分析可知，兩例臺風(fēng)的預(yù)報中，主觀預(yù)報對“尼伯特”的降水預(yù)報明顯估計偏嚴(yán)重，而“莫蘭蒂”的降水預(yù)報基本與實況一致。對“尼伯特”降水預(yù)報估計偏大的原因，一方面是由于太湖流域前期降水量明顯偏多，水位已經(jīng)快接近歷史極值，防汛形勢嚴(yán)峻，主觀上預(yù)報員寧愿采信預(yù)報偏大的結(jié)果；另一方面，由于預(yù)報時效較長，預(yù)報員較多地倚重模式集合預(yù)報的預(yù)報信息。如圖4所示，在考慮極端或大量級降水出現(xiàn)的可能性時，業(yè)務(wù)預(yù)報中通常會參考90%(或95%)百分位圖來作出決策。90%(或95%)百分位圖是將集合預(yù)報系統(tǒng)在某區(qū)域內(nèi)所有格點上預(yù)報的降水90%百分位值提取出來，組合成圖(這些90%百分位值對應(yīng)的集合成員，在不同格點上通常是不同的)。因此，90%(或95%)百分位圖表達(dá)的真實意思是：在某一特定區(qū)域內(nèi)，任一格點出現(xiàn)極端或大量級降水的可能性，而不是或不能表達(dá)該區(qū)域內(nèi)所有格點同時出現(xiàn)極端或大量級降水的可能性。這一產(chǎn)品，對提示某一范圍內(nèi)出現(xiàn)極端或大量級降水的可能性(某一點上)有很大幫助，但如果用來指導(dǎo)大范圍極端或大量級降水(比如面雨量)則不合適。

圖11是ECMWF預(yù)報太湖流域受“尼伯特”和“莫蘭迪”臺風(fēng)影響最強(qiáng)時段24 h降水≥50 mm的降水概率圖,分別提前132 h和144 h。從圖中可以看出，“尼伯特”影響期間7月11—12日太湖流域出現(xiàn)暴雨的概率在20%以下，而“莫蘭迪”影響期間，太湖流域出現(xiàn)暴雨的概率達(dá)20%～50%。事后證明，使用不同等級的降水概率預(yù)報產(chǎn)品對涉及面雨量預(yù)報(或流域性降水)的相關(guān)決策更為有效。

圖11 ECMWF 24 h降水大于等于50 mm降水概率預(yù)報(a.7月11日08時—12日08時(6日20時起報)，b.9月15日20時—16日20時(10日20時起報))Fig.11 Precipitation probability forecast of more than or equal to 50 mm in 24 hours by ECMWF(a. from 08：00 BST 11 July to 08：00 BST 12 July, initialized at 20：00 BST 6 July, b. from 20：00 BST 15 September to 20：00 BST 16 September, initialized at 20：00 BST 10 September)

5 結(jié)論與討論

本文對2016年兩例路徑相似臺風(fēng)(“尼伯特”和“莫蘭蒂”)登陸北上影響太湖流域期間的環(huán)流形勢、水汽條件、冷空氣活動特征以及臺風(fēng)殘余低壓結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了對比分析，并針對“尼伯特”降水預(yù)報偏大的原因進(jìn)行了分析，得到以下主要結(jié)論：

1)“尼伯特”登陸后迅速減弱，環(huán)流結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“空心化”，水汽輸送弱，高層弱冷空氣與臺風(fēng)殘余云系的結(jié)合觸發(fā)局地短時強(qiáng)降水，未能導(dǎo)致太湖流域出現(xiàn)大范圍暴雨。“莫蘭蒂”登陸后的低壓環(huán)流結(jié)構(gòu)保持良好，北上過程中與外圍冷空氣的相互作用明顯，海上水汽輸送通道暢通，高低空急流耦合導(dǎo)致太湖流域大范圍暴雨-大暴雨；結(jié)合本文的天氣形勢和預(yù)報經(jīng)驗看，初夏到盛夏，登陸華東南部北上的臺風(fēng)，由于北方淺層冷空氣難以南下，通常不易導(dǎo)致太湖流域大范圍的暴雨，而夏末到秋季的類似路徑臺風(fēng)則因冷空氣因素更容易導(dǎo)致太湖流域出現(xiàn)大范圍暴雨。對此類路徑的臺風(fēng)降水，冷空氣的活動特征和水汽條件是關(guān)鍵，而對于盛夏登陸北上的臺風(fēng)，其結(jié)構(gòu)特征也是在臺風(fēng)降水預(yù)報中需重點關(guān)注的因子。

2)“尼伯特”臺風(fēng)降水預(yù)報之所以出現(xiàn)過度預(yù)報，與當(dāng)時的數(shù)值模式對登陸臺風(fēng)的強(qiáng)度和降水等預(yù)報偏強(qiáng)密切相關(guān)。在目前數(shù)值模式對臺風(fēng)降水的預(yù)報能力仍十分有限的情況下，面對決策服務(wù)日益增長的需求，要在中期時段作出較為準(zhǔn)確的臺風(fēng)降水預(yù)報，正確理解和使用模式集合預(yù)報產(chǎn)品尤為重要。在進(jìn)行面雨量(或流域性降水)預(yù)報服務(wù)中，集合預(yù)報產(chǎn)品中的“百分位預(yù)報圖”實際上是反映某一區(qū)域任一格點出現(xiàn)極端或大量級降水的可能性，對指導(dǎo)面雨量的預(yù)報價值并不大，而“概率預(yù)報圖”更能反映極端或大量級降水的范圍大小，是更合適的決策預(yù)報支持產(chǎn)品。

隨著氣象預(yù)報準(zhǔn)確率的提高和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，政府對決策預(yù)報的時效要求越來越長。從本文的分析可知，在中期預(yù)報時段，當(dāng)天氣概念模型方法(通常由天氣背景和預(yù)報經(jīng)驗的結(jié)合而來)與模式確定性預(yù)報和集合預(yù)報的結(jié)果較一致時，預(yù)報的可信度會更高。此外，從“尼伯特”的預(yù)報分析可知，“尼伯特”登陸后，臺風(fēng)“空心化”特征明顯，結(jié)構(gòu)松散，其在何時及何地與高空冷空氣結(jié)合，不確定性很大(本例中，“尼伯特”北上時在南通站導(dǎo)致非常局地的特大暴雨，而50～100 km之外的上海僅有小陣雨)。盛夏這種形勢下，要在中期時效內(nèi)預(yù)報某一區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)暴雨或大暴雨的準(zhǔn)確率是很低的(空報概率大)，即弱系統(tǒng)弱相互作用環(huán)境下，臺風(fēng)降水的可預(yù)報時效較短，這是今后決策預(yù)報中需多加注意的。

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Analysisonprecipitationdifferenceoftwotyphoonswithsimilartracks

SHI Chunhong, WU Junjing, QI Liangbo

(ShanghaiMeteorologicalCenter,Shanghai200030，China)

The tracks of super typhoon “Nepartak” and “Meranti” (in 2016) are very similar. They both landed in southern Fujian, turned northward, crossed Taihu Lake Basin, and moved into the Yellow Sea. But the precipitation in Taihu Lake basin caused by the two TCs are quite different, while the former caused only scattered rainstorms, the latter generated large scale rainstorms. In this paper, the environmental conditions and structures of the two typhoons are compared and analyzed based on conventional observations, Doppler radar data, CMA-STI Best Track Dataset, and NCEP reanalysis data. The results show that: 1) The Meranti’s circulation structure was maintained during its landing and advance northward. With significant interactions between Meranti and the low level cold air, and strong water vapor transmission from ocean, large range heavy rainfall in Taihu Lake Basin was generated within the typhoon Inverted Trough. 2) Nepartak weakened rapidly after landing, resulted in hollowing out cyclonic circulation. The transmission of water vapor from ocean was weak and blocked. Though the superimposing of Nepartak’s residual vortex and weak cold air in mid troposphere triggered scattered rainstorms, no large range of heavy rainfall presented in the Taihu Lake Basin. 3) In operational forecast, the precipitation caused by Meranti was over estimated due to a misleading stronger TC intensity forecast by numerical model. 4) Mutually validation of the forecast from empirical concept method and the ensemble model is beneficial for forecasters to get a better skill than that of the deterministic model, especially for mid-term forecast.

typhoon precipitation; comparison of difference; cause analysis; forecasting analysis

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.005.(in Chinese)

2017-05-09；

：2017-07-13

中國氣象局暴雨專家創(chuàng)新團(tuán)隊專項(CMACXTD002-3)；公益性行業(yè)(氣象)科研專項 (GYHY201506007)

施春紅(1968—)，女，高級工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報，schleiyu@qq.com。

P144

： A

： 2096-3599(2017)03-0036-10

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.005

施春紅，吳君婧，漆梁波. 兩例相似路徑臺風(fēng)降水差異的成因及預(yù)報分析[J]. 海洋氣象學(xué)報，2017,37(3)：36-45.

Shi Chunhong, Wu Junjing, Qi Liangbo. Analysis on precipitation difference of two typhoons with similar tracks [J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(3):36-45.