“莫拉克”臺(tái)風(fēng)螺旋雨帶與水平渦度的關(guān)系

丁治英 黃海波 趙向軍 劉瑞翔

摘要利用實(shí)況資料和WRF模擬資料，分析2009年8月6—10日“莫拉克”臺(tái)風(fēng)在臺(tái)灣地區(qū)造成強(qiáng)降水過(guò)程中臺(tái)風(fēng)螺旋雨帶與水平渦度的關(guān)系。結(jié)果表明：模式較好地模擬出了本次臺(tái)風(fēng)暴雨的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。在7日00時(shí)—9日00時(shí)，臺(tái)風(fēng)外圍有兩條螺旋雨帶，一支位于臺(tái)灣的中部偏南，一支位于臺(tái)灣的南部，暴雨主要位于這兩支螺旋雨帶上；暴雨出現(xiàn)在環(huán)流上升支附近，在中低層，雨帶對(duì)應(yīng)著較大的指向東的水平渦度，且隨著水平渦度大值區(qū)移動(dòng)而移動(dòng)，顯示出兩者較密切的聯(lián)系；水平渦度的大值區(qū)與垂直渦度的大值區(qū)也有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，存在水平渦度向垂直渦度的轉(zhuǎn)化；水平渦度的旋度正值區(qū)對(duì)應(yīng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，其旋度的大值區(qū)對(duì)應(yīng)強(qiáng)的螺旋雨帶與降水。當(dāng)水平渦度減小時(shí)，若水平渦度的旋度正值區(qū)存在，雨帶仍然可以維持。

關(guān)鍵詞螺旋雨帶；水平渦度；“莫拉克”臺(tái)風(fēng)；暴雨

水平渦度主要由風(fēng)的垂直切變?cè)斐桑且粋€(gè)衡量動(dòng)力條件的物理量。研究表明，強(qiáng)的風(fēng)垂直切變往往存在動(dòng)力不穩(wěn)定，不僅可以激發(fā)重力波，還可形成湍流（Miles，1961）。風(fēng)場(chǎng)的垂直切變?cè)谥谐叨葘?duì)流系統(tǒng)的組織發(fā)展中起重要作用，對(duì)產(chǎn)生大范圍暴雨天氣有重要影響（巢紀(jì)平和陳歷舒，1964）。在風(fēng)暴移動(dòng)過(guò)程中，水平氣流的旋轉(zhuǎn)與上升和下沉氣流的形成方式有關(guān)（DaviesJones，1980）。Houze and Hobbs（1982）發(fā)現(xiàn)，由于存在水平風(fēng)的垂直切變，從而形成一支水平軸的渦管，隨著上升氣流的發(fā)展，水平渦管向上凸起，慢慢向垂直渦管轉(zhuǎn)變，上升氣流的抬升作用使得水平渦管逐漸變成垂直渦管，因而存在著水平渦度向垂直渦度的轉(zhuǎn)化。Rothfusz（1986）通過(guò)修正龍卷渦旋模式模擬試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，垂直渦度主要來(lái)源于流線(xiàn)渦度的傾斜。張文龍等（2008）指出，水平渦管向垂直渦管的劇烈扭轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致伴隨積云對(duì)流熱塔的偶極渦度對(duì)的形成。丁治英等（2013）等研究表明，u、v風(fēng)場(chǎng)垂直切變產(chǎn)生的經(jīng)向與緯向的水平渦度是暴雨過(guò)程中垂直環(huán)流產(chǎn)生的主要原因，由水平渦度產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)而形成的上升支也是觸發(fā)暴雨的重要因子。

近年來(lái)，學(xué)界對(duì)臺(tái)風(fēng)中水平渦度的關(guān)注越來(lái)越多。Xu and Wu（2003）等建立了螺旋雨帶形成的概念模型，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)水平渦管以及非均勻的螺旋流對(duì)螺旋雨帶的形成有重要作用。數(shù)值模擬表明，臺(tái)風(fēng)中的氣旋式渦度和垂直運(yùn)動(dòng)集中在螺旋雨帶中（閔穎等，2010）?；谂_(tái)風(fēng)存在強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，水平渦管在垂直速度的抬升下，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闅庑缘拇怪睖u管，使得能量由低層傳遞到高層（韓瑛和伍榮生，2007）。當(dāng)出現(xiàn)雙臺(tái)風(fēng)相互作用時(shí)，水平渦度形成的渦管能引導(dǎo)臺(tái)風(fēng)之間的水汽與動(dòng)量的輸送（丁治英等，2014）。余貞壽等（2007）在對(duì)“海棠”臺(tái)風(fēng)的數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境風(fēng)場(chǎng)垂直切變產(chǎn)生次級(jí)環(huán)流使暴雨區(qū)上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，為強(qiáng)暴雨提供動(dòng)力條件。臺(tái)風(fēng)的螺旋雨帶與暴雨的關(guān)系密切，當(dāng)臺(tái)風(fēng)中雨帶合并時(shí)，容易造成臺(tái)風(fēng)降水的增強(qiáng)。雖然臺(tái)風(fēng)的形成要求垂直切變小，但在臺(tái)風(fēng)發(fā)展移動(dòng)過(guò)程中，中心以外的螺旋雨帶中往往存在很強(qiáng)的風(fēng)的垂直切變，風(fēng)的垂直切變伴隨著不穩(wěn)定能量的聚集和釋放，可以產(chǎn)生較強(qiáng)的水平渦度，從而引起流場(chǎng)繞水平軸的渦旋運(yùn)動(dòng)。本文通過(guò)數(shù)值模擬和診斷分析，初步探討“莫拉克”臺(tái)風(fēng)螺旋雨帶與水平渦度的關(guān)系，分析水平渦度對(duì)暴雨區(qū)的垂直環(huán)流的影響。

1資料和方法

本文所選資料為NCEP/NCAR的1°×1°再分析資料；臺(tái)灣地區(qū)自動(dòng)測(cè)站降水資料（間隔為1 h）；張大林教授提供的WRFv32模式模擬輸出資料，模擬時(shí)間是2009年8月6日12時(shí)—2009年8月10日00時(shí)（世界時(shí)，下同）。其模擬試驗(yàn)的物理過(guò)程及方案如下：

1）使用三重雙向嵌套網(wǎng)格，第一重網(wǎng)格格點(diǎn)數(shù)為211×181，格距為18 km；第二重格點(diǎn)數(shù)為271×301，格距為6 km；第三重格點(diǎn)數(shù)為511×541，格距2 km；垂直分層31層。

2）參數(shù)化方案：第一重網(wǎng)格采用淺對(duì)流Kain/Fritsch方案；第二、三重網(wǎng)格利用了WSM6微物理方案，rrtm長(zhǎng)波輻射方案，Dudhia短波輻射方案，熱量擴(kuò)散陸面過(guò)程方案。

2環(huán)流背景及實(shí)況與模擬資料對(duì)比

2009年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫拉克”于8月4日生成為熱帶低壓，5日加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)。在形成初期，以較快而穩(wěn)定的速度向西移動(dòng)，在接近登陸臺(tái)灣半島時(shí)移動(dòng)速度下降，于7日16時(shí)左右，在臺(tái)灣東部第一次登陸，之后臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，開(kāi)始向西北方向移動(dòng)，且移動(dòng)速度進(jìn)一步下降，特別是在臺(tái)灣海峽，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)31 h，之后才在福建再次登陸。如圖1a所示，臺(tái)風(fēng)路徑時(shí)間為8月6日12時(shí)—10日00時(shí)，在長(zhǎng)達(dá)85 h的時(shí)間內(nèi)，臺(tái)風(fēng)僅僅向西移動(dòng)7個(gè)經(jīng)度，向北移動(dòng)6個(gè)緯度，長(zhǎng)時(shí)間停留在臺(tái)灣島及臺(tái)灣海峽。在臺(tái)灣、福建和浙江造成了持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累計(jì)降水量多的強(qiáng)降水。圖1b分別為模擬的臺(tái)風(fēng)中心最低氣壓、臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速與實(shí)況的對(duì)比，在“莫拉克”登陸臺(tái)灣之前（7日00時(shí)）臺(tái)風(fēng)發(fā)展最強(qiáng)盛，實(shí)況與模擬對(duì)應(yīng)較好。臺(tái)風(fēng)登陸之后，開(kāi)始減弱。進(jìn)入臺(tái)灣海峽之后，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度較為穩(wěn)定。直至臺(tái)風(fēng)再次登陸福建莆田，臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步減弱，并且最終消散于黃海。

圖2分別為7日00時(shí)—9日00時(shí)模式模擬的臺(tái)風(fēng)過(guò)程中累計(jì)降水量與臺(tái)灣地面測(cè)站累計(jì)降水量。從圖2a上可見(jiàn)，實(shí)況降水主要發(fā)生在臺(tái)灣中南部地區(qū)，2 d普遍降水在400 mm以上。其中在臺(tái)灣中部及南部各有一個(gè)降水極值中心，累計(jì)2 d降水量超過(guò)2 000 mm。模擬結(jié)果（圖2b）顯示在臺(tái)灣中南部的降水量較實(shí)況偏強(qiáng)，降水區(qū)及中心位置與實(shí)況基本一致，整體上模式很好地模擬出了臺(tái)灣的降水過(guò)程。對(duì)比實(shí)況與模擬的區(qū)域平均逐時(shí)降水量（圖略）發(fā)現(xiàn)，模擬的最大降水量較實(shí)況早了6 h，這可能與這一時(shí)段臺(tái)風(fēng)的實(shí)況位置較模擬位置偏南有關(guān)。

3螺旋雨帶的演變

在臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，通常伴隨著螺旋云帶的形成和消散過(guò)程，故螺旋雨帶是衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波圖上臺(tái)風(fēng)降水最顯著的特征之一。下圖給出了600 hPa上的反射率（dBz）分布，由圖可見(jiàn)，臺(tái)風(fēng)南部具有dBz高值區(qū)，即為臺(tái)風(fēng)螺旋雨帶，“莫拉克”臺(tái)風(fēng)具有明顯的不對(duì)稱(chēng)云系。7日00時(shí)（圖3a），臺(tái)風(fēng)中心位于臺(tái)灣島東部洋面上，在臺(tái)風(fēng)外圍有兩條螺旋雨帶，臺(tái)風(fēng)眼的結(jié)構(gòu)也比較清晰。臺(tái)風(fēng)內(nèi)螺旋雨帶自眼墻西南側(cè)向外擴(kuò)展，呈螺旋狀穿過(guò)臺(tái)灣島中部延伸至臺(tái)灣海峽，在其南側(cè)，形成另一條較弱的云帶。隨著臺(tái)風(fēng)向臺(tái)灣島靠近，螺旋雨帶不斷向西南壓，在螺旋雨帶北側(cè)不斷有新的對(duì)流系統(tǒng)生成，并且并入其中，使得螺旋雨帶不斷擴(kuò)大增強(qiáng)。到7日06時(shí)（圖3b），螺旋雨帶基本上覆蓋了臺(tái)灣島大部分地區(qū)，此時(shí)螺旋雨帶的位置與實(shí)況相比（圖略）形態(tài)接近，但雨帶的位置偏北，這可能與此階段模擬的位置偏北有關(guān)。到7日18時(shí)之后，螺旋雨帶的主雨帶再次分化：實(shí)況與模擬結(jié)果均顯示22°N以南有一支外螺旋雨帶發(fā)展維持著臺(tái)灣南部的降水；另一支在235°N附近，為內(nèi)螺旋雨帶。8日00時(shí)，“莫拉克”在臺(tái)灣海峽緩慢地向西北方向移動(dòng)，在螺旋雨帶兩側(cè)不斷的形成新的對(duì)流系統(tǒng)，出現(xiàn)較弱的云帶分支。這些分支隨著“莫拉克”臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)不斷發(fā)展，并且分支又逐漸合并到主螺旋雨帶中去（圖3c、3d），這種現(xiàn)象一直持續(xù)到8日18時(shí)，實(shí)況圖上也是如此（圖4a、4b）。

分析實(shí)況與模擬的螺旋雨帶發(fā)現(xiàn)，在本次降水過(guò)程中雨帶主要可分為兩條：一條位于臺(tái)灣的中部偏南；一條位于臺(tái)灣的南部。臺(tái)灣中部的降水多處在靠近眼區(qū)的雨帶上，臺(tái)灣南部的降水多與外雨帶有關(guān)，北部雨帶的南壓與外雨帶的發(fā)展維持是臺(tái)灣南部強(qiáng)降水的主要原因。因此以下主要分析臺(tái)灣中部和南部?jī)芍в陰У乃綔u度特征。

4水平渦度分布與螺旋雨帶降水

41水平渦度與垂直環(huán)流

大氣運(yùn)動(dòng)以準(zhǔn)水平運(yùn)動(dòng)為主，因而水平方向的旋轉(zhuǎn)所造成的垂直方向的渦度對(duì)天氣現(xiàn)象具有重要影響。在對(duì)流層中低層，若存在低空急流，風(fēng)的垂直切變的大小可達(dá)10-2～10-3 s-1，在高空急流附近也是如此。臺(tái)風(fēng)的風(fēng)速較大，同時(shí)風(fēng)隨高度的變化也較大，一般在臺(tái)風(fēng)中心之外存在較大的水平渦度。z坐標(biāo)系下，水平渦度分量為：

ζx=wy-vz，

ζy=uz-wx。 （1）

其中：ζx、ζy分別為z坐標(biāo)系下水平方向渦度；u、v、w為z坐標(biāo)系下風(fēng)速。一般垂直速度的水平切變項(xiàng)較小，水平風(fēng)隨高度的變化較大，因此水平渦度的大小主要由水平風(fēng)的垂直切變決定。又垂直速度在水平方向的變化在p、z坐標(biāo)中相當(dāng)，將z坐標(biāo)系中水平渦度轉(zhuǎn)化為p坐標(biāo)系的表達(dá)式為：

ζx=wy+pgRdTvp≈pgRdTvp，

ζy=wx-pgRdTup≈-pgRdTup。 （2）

其中：ζx、ζy分別為p坐標(biāo)系下水平方向渦度；u、v、ω為p坐標(biāo)系下的風(fēng)速；p為氣壓，T為溫度；g為重力加速度；Rd為氣體參數(shù)。一般情況下ζx大于0，存在垂直方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的環(huán)流圈，反之為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的環(huán)流圈；ζy大于0則存在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的環(huán)流，反之為逆時(shí)針環(huán)流。

圖4a中，7日12時(shí)，23°N以南的ζx大于0的區(qū)域形成了逆時(shí)針的環(huán)流圈，強(qiáng)降水區(qū)位于該環(huán)流圈的上升支內(nèi)。23°N以北上升氣流較弱，降水也較弱。東西方向235°N附近（圖4d）中層存在較強(qiáng)的ζy小于0的區(qū)域構(gòu)成的逆時(shí)針環(huán)流，其上升支與強(qiáng)降水配合較好，沿225°N的環(huán)流圈也是如此（圖略）。可以看出在降水的初期，沿緯向的水平渦度形成的逆時(shí)針環(huán)流圈對(duì)臺(tái)灣中、南部的影響是一致的。而在經(jīng)向，南部中低層的ζx大于0形成的逆時(shí)針環(huán)流圈是強(qiáng)降水形成的主要原因。在7日12時(shí)—8日00時(shí)，隨著ζx大于0的區(qū)域向上向北擴(kuò)展，逆時(shí)針環(huán)流圈逐漸增強(qiáng)并向北移動(dòng)，北部降水加強(qiáng)，在高層200～300 hPa之間開(kāi)始出現(xiàn)ζx小于0的順時(shí)針環(huán)流（圖4b），這兩支環(huán)流圈的上升支相遇，垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，此區(qū)域內(nèi)降水也大大加強(qiáng)，在東西方向也有配合ζy的正反環(huán)流對(duì)應(yīng)（圖4e）。在8日18時(shí)之后，東西與南北方向配合的正反環(huán)流圈開(kāi)始減弱并消失，南北方向300 hPa以下均為ζx大于0，上升運(yùn)動(dòng)減弱，降水逐步減弱。

42水平渦度與垂直渦度分布關(guān)系

圖5為7日12時(shí)、18時(shí)和8日00時(shí)的850 hPa模擬水平渦度矢量與垂直渦度分布，從圖上可以看出，在臺(tái)灣島中南部西側(cè)低層有水平渦度向東輸送，大的水平渦度與垂直渦度及降水相對(duì)應(yīng)，暴雨區(qū)水平渦度的這種分布顯示出水平風(fēng)的垂直分布以及渦管的分布狀態(tài)，表明水平渦度對(duì)降水的形成有重要作用。8日之前，降水主要集中在臺(tái)灣島中南部區(qū)域，北部降水較少。7日00—12時(shí)（圖5a），螺旋雨帶由臺(tái)灣的中部南壓至臺(tái)灣島南部，22～23°N之間具有較大的水平渦度矢量，垂直渦度也較大。隨著臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)，降水區(qū)向北擴(kuò)大，7日18時(shí)（圖5b），降水大值區(qū)北移，此時(shí)“莫拉克”臺(tái)風(fēng)主雨帶已經(jīng)分化，內(nèi)外兩條螺旋雨帶初見(jiàn)雛形，有來(lái)自臺(tái)灣島西邊海上和南部的水平渦度向降水區(qū)輸送。到8日00時(shí)，降水區(qū)進(jìn)一步北擴(kuò)（圖5c），暴雨主要集中在臺(tái)灣中部地區(qū)，即“莫拉克”臺(tái)風(fēng)內(nèi)螺旋雨帶附近，水平渦度大值區(qū)也位于此處，臺(tái)灣南部的水平渦度減小。最強(qiáng)降水與水平及垂直渦度有較好的對(duì)應(yīng)。由沿12068°E的云水與雨水混合比隨時(shí)間演變可以發(fā)現(xiàn)（圖5d），7日00—12時(shí)，有一次降水區(qū)域向南移動(dòng)的趨勢(shì)，與這段時(shí)間的內(nèi)螺旋雨帶南壓有關(guān)。7日18時(shí)以后，降水強(qiáng)度增大并向北移動(dòng)，在8日00時(shí)前后有一次降水過(guò)程的爆發(fā)。上述過(guò)程反映了降水與水平及垂直渦度移動(dòng)的配合。

從各時(shí)刻的渦度分布可以發(fā)現(xiàn)，在螺旋雨帶上有多個(gè)較小的強(qiáng)垂直渦度中心，與之相對(duì)應(yīng)的是螺旋雨帶中的對(duì)流系統(tǒng)。隨著臺(tái)風(fēng)的旋轉(zhuǎn)，這些渦度中心不斷匯入臺(tái)灣島地區(qū)。對(duì)流系統(tǒng)中往往存在很強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心，同時(shí)水平渦度的大值區(qū)也位于螺旋雨帶上，在垂直運(yùn)動(dòng)的抬升下，水平渦管可能發(fā)生彎曲，向垂直渦度轉(zhuǎn)化。這樣使得降水區(qū)上空的氣旋性渦度增強(qiáng)，從而有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展。其轉(zhuǎn)化程度由下節(jié)討論。

43垂直渦度收支以及與水平渦度的轉(zhuǎn)化

由以上分析，降水區(qū)垂直渦度大值區(qū)主要分布在臺(tái)風(fēng)螺旋雨帶上，影響降水的水平渦度在螺旋雨帶上也有較大的值。那么在臺(tái)風(fēng)中暴雨區(qū)，水平渦度轉(zhuǎn)化對(duì)垂直渦度有何影響？下面將通過(guò)渦度方程進(jìn)行討論。

渦度方程如下：

ζt=M+N+P+R，

M=-uζx+vβ+ζy，

N=-ωζp，

P=-（ζ+f）·V，

R=ωyup-ωxvp。 （3）

其中：式中的M、N、P和R項(xiàng)分別是水平平流輸送項(xiàng)、垂直平流輸送項(xiàng)、散度項(xiàng)和渦度傾側(cè)項(xiàng)；u、v、ω為p坐標(biāo)系下的風(fēng)速；ζ為垂直渦度；f為科氏參數(shù)；β為f/y；記渦度變化項(xiàng)為D。

7日00時(shí)，“莫拉克”臺(tái)風(fēng)螺旋雨帶已經(jīng)影響臺(tái)灣地區(qū)，降水區(qū)上空平均垂直渦度基本為正值。12時(shí)（圖6a，為圖5所選區(qū)域的平均），降水區(qū)上空渦度從低層向中層逐漸減小，850 hPa有渦度極大值，中層以上渦度先增大后減小，氣旋性渦度延伸到200 hPa以上。18時(shí)，隨著臺(tái)風(fēng)登陸，主雨帶開(kāi)始出現(xiàn)分化，降水區(qū)上空中層垂直渦度有所增大，且隨高度變化趨勢(shì)較明顯（圖6b），低層維持較大的正渦度值，300 hPa以上急劇減小。

暴雨一直持續(xù)到8日06時(shí)以后，在這段時(shí)間，深厚的系統(tǒng)控制臺(tái)灣地區(qū)。到8日18時(shí)以后，隨著臺(tái)風(fēng)螺旋雨帶逐漸向北進(jìn)入臺(tái)灣海峽，降水減弱，臺(tái)灣島中南部降水區(qū)上空渦度（圖6c）及局地渦度變化（圖6f）迅速減小。

從渦度方程各項(xiàng)分布曲線(xiàn)來(lái)看，渦度變化項(xiàng)受散度項(xiàng)（P）、傾側(cè)項(xiàng)（R）和水平平流項(xiàng)（M）影響較大，垂直平流輸送項(xiàng)（N）影響較小。在低層，P項(xiàng)和R項(xiàng)有正貢獻(xiàn)，M項(xiàng)和N項(xiàng)為負(fù)貢獻(xiàn)，渦度變化項(xiàng)為正，因此臺(tái)風(fēng)低層的輻合場(chǎng)有利于降水區(qū)渦度的維持與加強(qiáng)。同時(shí)螺旋雨帶上水平渦管彎曲，水平渦度向垂直渦度轉(zhuǎn)化，有利于氣旋式環(huán)流發(fā)展與維持；在中高層，M項(xiàng)和N項(xiàng)為正貢獻(xiàn)，量值較小，P項(xiàng)較大，渦度變化為負(fù)，可能與臺(tái)風(fēng)高層強(qiáng)大的輻散氣流有關(guān)。隨著降水增強(qiáng)，水平渦度向垂直渦度的轉(zhuǎn)化增強(qiáng)，當(dāng)降水減弱時(shí)，水平渦度與垂直渦度的轉(zhuǎn)化也較小。

44水平渦度的旋度與暴雨的關(guān)系

對(duì)p坐標(biāo)系的連續(xù)方程兩邊求p的偏導(dǎo)，可得：

2ω2p=

x-up-yvp

。（4）

由前面分析可知，ζx∝v/p，ζy∝-u/p。因此，當(dāng)ω具有波狀特征時(shí)，垂直速度與水平渦度的水平旋轉(zhuǎn)程度（以下簡(jiǎn)稱(chēng)水平渦度的旋度）成正比關(guān)系。

圖7為暴雨發(fā)生時(shí)刻850 hPa上的水平渦度的渦度與垂直速度場(chǎng)分布。7日12時(shí)，螺旋雨帶位于22～23°N之間，垂直運(yùn)動(dòng)上升區(qū)（圖7a）主要分布在螺旋雨帶上，有多個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)中心，能夠較好地表征螺旋雨帶的位置及降水分布特征。圖7c為同時(shí)刻水平渦度的旋度分布，水平渦度的大值區(qū)有較大的水平渦度旋度值與之對(duì)應(yīng)，且存在多個(gè)大值中心，表明水平渦度有氣旋式的切變。8日00時(shí)，隨著螺旋雨帶的分裂，出現(xiàn)主次兩條雨帶，在這兩條雨帶上，分別具有很強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)（圖7b）；

在水平渦度的旋度分布（圖7d）上也可以發(fā)現(xiàn)有兩條大值帶存在。對(duì)比垂直運(yùn)動(dòng)分布和水平渦度的旋度分布可以發(fā)現(xiàn)，在螺旋雨帶上，A區(qū)域內(nèi)4個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心與4個(gè)水平渦度的旋度正中心一致，C區(qū)也有相同的分布；B、D區(qū)域內(nèi)螺旋雨帶上，上升運(yùn)動(dòng)與水平渦度旋度正中心也對(duì)應(yīng)較好。但是在臺(tái)灣山脈兩側(cè)附近，由于受到地形強(qiáng)迫作用的影響，上升運(yùn)動(dòng)明顯，而水平渦度的旋度值較小。總之，與水平渦度相關(guān)的垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)降水有重要影響，這也解釋了垂直環(huán)流上升支為何位于水平渦度的大值區(qū)并隨之移動(dòng)。同時(shí)也可看出，當(dāng)水平渦度減弱時(shí)，若水平渦度旋度的正值區(qū)仍然存在，雨帶仍將維持。

5結(jié)論

1）此次暴雨過(guò)程主要受“莫拉克”臺(tái)風(fēng)影響，暴雨強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，最大降水過(guò)程發(fā)生在7日00時(shí)—9日00時(shí)之間。該時(shí)間段內(nèi)，暴雨主要與兩支螺旋雨帶有關(guān)，在低層，一支位于臺(tái)灣的中部偏南，一支位于臺(tái)灣的南部。在7日12時(shí)前，雨帶從北向南移動(dòng)，同時(shí)低層的水平渦度大值帶也從北向南移動(dòng)（大多與向東的水平渦度配合）。7日18時(shí)出現(xiàn)南北兩支雨帶，低層水平渦度大值帶處在北雨帶附近。

2）水平渦度的存在會(huì)引起垂直剖面的旋轉(zhuǎn)，形成閉合的垂直環(huán)流。水平風(fēng)場(chǎng)的垂直分布狀態(tài)、水平渦度以及垂直環(huán)流之間存在相關(guān)關(guān)系。降水中心主要集中在垂直環(huán)流的上升支附近并隨著環(huán)流移動(dòng)而變化，由水平渦度引起的垂直環(huán)流是觸發(fā)臺(tái)風(fēng)暴雨的一個(gè)因子。

3）在螺旋雨帶上，存在較大的水平渦度矢量及垂直渦度值，二者具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在非均勻分布的垂直運(yùn)動(dòng)的抬升下，水平渦管發(fā)生傾斜，存在水平渦度向垂直渦度的轉(zhuǎn)化。降水增強(qiáng)時(shí)，轉(zhuǎn)化程度加大；降水減弱時(shí)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化也較小。

4）水平渦度的旋度正值區(qū)對(duì)應(yīng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，而負(fù)值區(qū)則與下沉區(qū)對(duì)應(yīng)，水平渦度大值區(qū)伴隨較強(qiáng)的螺旋雨帶。當(dāng)水平渦度減小時(shí)，若水平渦度旋度的正值區(qū)還存在，則雨帶仍可維持。

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