臺風(fēng)獅子山影響下的連陰雨天氣的環(huán)流特征及成因分析

程琳，張伶俐，李楠，阮文哲

摘要：利用2016年8月20日～9月4日吉林省區(qū)域自動站資料、高空實況資料、地面實況資料等，分析了1610號臺風(fēng)獅子山影響下出現(xiàn)陰雨天氣的環(huán)流形勢及降水持續(xù)的原因、主要發(fā)生時段和落區(qū)。得出結(jié)論為，連陰雨天氣發(fā)生在臺風(fēng)獅子山北上與高空冷渦合并的持續(xù)影響，阻高崩潰促使高空低渦的發(fā)展，熱帶氣旋攜帶的不穩(wěn)定能量和偏南風(fēng)急流為陰雨天氣的持續(xù)提供了必要條件，此外，由于長白山脈地形的作用對降水起到明顯的增幅作用。

關(guān)鍵詞：獅子山；阻塞高壓；熱帶氣旋；地形作用

中圖分類號： P458 文獻標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.16.053

1 天氣過程概況及特點

臺風(fēng)獅子山于8月20日凌晨在西北太平洋北緯33.1度洋面生成，是21世紀(jì)以來生成位置最北的風(fēng)暴，具有路徑曲折、生命史長的特點。8月28日14時～29日08時達到超強臺風(fēng)級，走偏北路徑經(jīng)過日本向西北方向移動，最終以熱帶風(fēng)暴級登陸吉林省延邊自治州而后影響東北地區(qū)。

根據(jù)地面觀測站資料數(shù)據(jù)顯示，此次臺風(fēng)影響下的該區(qū)陰雨天氣開始于8月29日22時，降水從該區(qū)東北方位逐步向南向西推進。通過分析該區(qū)8月29日20時至9月1日20時臺風(fēng)影響下產(chǎn)生的降水量可知（圖1），累計降水量自東向西呈現(xiàn)階梯式遞減，與臺風(fēng)獅子山的移向相一致。具體表現(xiàn)為，長白山脈以北地區(qū)降水量級偏大，區(qū)域站中最大累計降水量出現(xiàn)在綠淵潭，達到151.8mm，其余以50～150mm為主；長白山脈以西的大部分地區(qū)以25～100mm的降水量為主。

因此可以看出，在本次系統(tǒng)性降水過程中，長白山脈大地形的作用突出，在偏東氣流的影響下，地形對降水起到了明顯的增幅作用。主降水時段集中在8月30日02時～31日08時，且沒有出現(xiàn)小時雨量大于或等于20mm以上的短時強降水，因此沒有對交通運輸、山洪地質(zhì)等造成不利影響。

風(fēng)力方面，二道站和東崗站在此次過程中均未出現(xiàn)5級以上平均風(fēng)力。綜合考慮，此次連陰雨天氣，有效地緩解了2016年入夏以來夏季該區(qū)降水偏少的形勢，延緩了林區(qū)秋季嚴(yán)峻的防火形勢。

2 臺風(fēng)獅子山影響下的連陰雨過程環(huán)流特征

2.1 500hPa環(huán)流形勢

陰雨天氣過程前期，大陸高壓強大穩(wěn)定維持在我國長江流域及其以南地區(qū)，592dagpm線控制我國西北地區(qū)東部—四川東北部。烏拉山高壓脊穩(wěn)定少動，發(fā)展強盛，南北經(jīng)向度大，跨越50個經(jīng)距以上，形成阻塞形勢，其建立利于將北部冷空氣走北—東北路徑源源不斷從極區(qū)向中高緯地區(qū)輸送，脊前部的西風(fēng)槽（有橫槽）得以發(fā)展，鋒區(qū)位置穩(wěn)定在40°N～50°N之間，極渦位置偏向歐亞大陸東北側(cè)，見圖2（a）。隨著烏拉爾山高壓脊上游槽的發(fā)展，溫度場經(jīng)向度大于高度場的經(jīng)向度，槽前冷平流不斷向高脊輸送，阻塞高壓崩潰，極渦分裂冷空氣走西北路徑南下，西風(fēng)槽快速東移，中高緯地區(qū)形成多波動的環(huán)流形勢，見圖2（b）。在副熱帶高壓外圍的偏南氣流作用下，獅子山進一步北上，控制中低緯地區(qū)的三大高壓系統(tǒng)（含非洲大陸高壓）打通成帶狀，形成南部暖高壓與北部冷低渦（槽）對峙的局面。

中高緯度的高空槽在槽后冷平流不斷向槽區(qū)的輸送下，快速發(fā)展成冷渦，并一路東移南下。一方面，隨著臺風(fēng)獅子山進一步北上，其本體的氣旋性環(huán)流與冷渦合并，中心位勢高度值進一步降低，發(fā)展成強大低渦（冷性特征減弱，5圈閉合環(huán)流），8月31日閉合環(huán)流中心達到552dagpm，冷空氣勢力強大使得中低緯帶狀高壓斷裂，副高東退；另一方面，臺風(fēng)獅子山的暖性結(jié)構(gòu)在其北上過程中促進了下游脊的快速發(fā)展，并在鄂霍次克海地區(qū)西伸形成東阻形勢，如圖2（c）。

隨著臺風(fēng)獅子山登陸日本并向西北方向移動，高空低渦也走逆西風(fēng)氣流向西移動的路徑，自東向西影響東北地區(qū)以及華北地區(qū)東部，該區(qū)降水已趨于結(jié)束，但仍保持小量級殘余降水。由圖2（d）可見，此時，副熱帶高壓成塊狀，發(fā)展強盛，穩(wěn)定控制日本?！魈窖笠粠?，形成東阻形勢，阻擋貝加爾湖高空槽的東移，該區(qū)仍有殘余降水，主降水區(qū)向西部轉(zhuǎn)移，促進了此次東北地區(qū)降水過程持續(xù)并形成連陰雨天氣。

2.2 低層環(huán)流形勢

8月28日，控制我國中西部大部的大陸高壓脊發(fā)展強盛，該區(qū)處于臺風(fēng)頂部，同時，位勢高度場與溫度場成反位相疊置，利于脊前冷平流不斷向南輸送到臺風(fēng)后部，形成冷溫度槽，致使臺風(fēng)由暖心結(jié)構(gòu)的熱帶氣旋變性成為熱力不對稱系統(tǒng)。

臺風(fēng)登陸日本后繼續(xù)西北行，形成完整的正圓形閉合風(fēng)場環(huán)流（閉合等值線6根以上），范圍龐大，控制東北地區(qū)-日本大部。一方面，其前部的偏東風(fēng)急流源源不斷地將日本海-西北太平洋的水汽向該區(qū)輸送，為降水的展開提供了充足的水汽條件；另一方面，其西北象限的東北風(fēng)急流促進了不穩(wěn)定機制的建立，其頂部的臺風(fēng)倒槽自東向西移動為降水的展開提供了最為重要的動力條件。后期雖然系統(tǒng)繼續(xù)西行減弱，但前側(cè)的南風(fēng)維持，水汽通道暢通，為連陰雨天氣的發(fā)生發(fā)展提供了必要條件。

從延邊（54292）時間剖面圖（圖3）可見，29日08時，500hPa作為明顯的南北風(fēng)分界層，中低層受偏北氣流的控制，為干區(qū)，隨著南風(fēng)加強下傳，整層接近飽和，為降水的開始提供了充足的水汽條件。當(dāng)臺風(fēng)倒槽移過本站上空，降水開始。中低層?xùn)|風(fēng)氣流穩(wěn)定，低層存在東風(fēng)急流，且伸展到200hPa的深厚濕層均利于連陰雨天氣的持續(xù)。

2.3 地面形勢分析

高空低渦的東移南掉，受其后部冷平流的作用，地面高壓發(fā)展南壓，與臺風(fēng)低壓間的氣壓梯度進一步加大，促進了地面風(fēng)的發(fā)展。系統(tǒng)移過日本后，其地面正圓形結(jié)構(gòu)完整。受低層環(huán)流后部冷平流及其前部暖平流的共同影響，在低壓繼續(xù)西北行過程中，促進了地面冷鋒、暖鋒鋒生，促使熱帶氣旋變性成為溫帶氣旋。

隨著溫帶氣旋西行，氣旋后部冷空氣的不斷注入，加之地形阻擋、地面摩擦的作用，氣旋填塞消亡。而南來強盛的暖空氣促進地面倒槽的北上和維持，為連陰雨天氣后期降水提供了有利條件。

3 要素場特征分析

3.1 動力條件分析

臺風(fēng)獅子山向日本島靠近，偏南風(fēng)急流范圍逐漸擴大，強度增強，最強達到56m/s。在圖4中，8月30日20時，強輻散區(qū)位于臺風(fēng)的西部及北部，該區(qū)正處在此位置，上空的輻散中心值達到了11×10-5s-1。在臺風(fēng)西行北上的過程中，偏南風(fēng)急流也自東南向西北旋轉(zhuǎn)式的移出減弱，但高層的輻散場始終維持，利于連陰雨天氣的持續(xù)。高空急流入口區(qū)右側(cè)的強輻散，對于低層的輻合上升運動起到了加強的作用，利于臺風(fēng)的正渦度環(huán)流的長時間維持，這也是臺風(fēng)登陸日本島后正圓形環(huán)流維持的重要因素。

3.2 水汽條件分析

從水汽通量場可見，水汽源地主要為日本海及西北太平洋，也有來自渤海、黃海的水汽（圖略）。臺風(fēng)前部東南風(fēng)急流不斷地將水汽從水汽源地輸送到我國東北地區(qū)。8月28日起，該區(qū)上空自東向西從高層到低層的水汽狀況明顯增強比濕≥8g/kg。受其外圍螺旋云帶影響，29日夜間該區(qū)比濕繼續(xù)維持≥10g/kg，開始出現(xiàn)分布不均的小雨，02時降水加強，隨著系統(tǒng)西移靠近該區(qū)，30日20時前后，全區(qū)范圍內(nèi)比濕≥10g/kg，降水量級增大且穩(wěn)定維持。在連陰雨期間，低層存在水汽通量輻合大值區(qū)，促進了降水過程的持續(xù)。

3.3 熱力條件分析

假相當(dāng)位溫作為反應(yīng)大氣不穩(wěn)定能量的一個溫濕特征量，是用來判斷大氣對流性穩(wěn)定度、討論能量發(fā)展的重要工具。

其中：T為大氣溫度，L為凝結(jié)潛熱，CP為定壓比熱，q為比濕，p為氣壓，R為比氣體常數(shù)。

從圖6中可見，30日20時，在本次降水的開始階段，該區(qū)位于臺風(fēng)的底前部，低層?xùn)|風(fēng)急流不斷地將臺風(fēng)前部來自洋面的暖濕空氣向該地輸送，使得θse增強，最大θse超過55℃。隨著系統(tǒng)西行，暖濕高能區(qū)進一步向西擴展，與西部干冷空氣交綏，產(chǎn)生降水。

同時，臺風(fēng)獅子山后期熱力不對稱特征表現(xiàn)尤為明顯，干冷空氣不斷從后部侵入，而前部及頂部為暖濕能量累積區(qū)。從溫度平流的分布來看，冷、暖平流的分布也有此特征。

從θse垂直剖面分布可知，氣層θse隨氣壓的降低而增加，表明氣層穩(wěn)定，降水表現(xiàn)為穩(wěn)定性降水。隨著系統(tǒng)的西進，高層暖濕氣層高度降低，利于能量積聚，降水逐步展開。

4 預(yù)報與天氣實況對比分析

由圖7可見，模式對于影響東北地區(qū)的臺風(fēng)倒槽的位置及移速的預(yù)報具有一定的偏差，與實況相差3個經(jīng)距，隨著系統(tǒng)的靠近減弱，模式預(yù)報與實況偏差減小。模式對于臺風(fēng)倒槽位置偏西、移速偏快是本臺預(yù)報降水開始時間偏早而產(chǎn)生誤差的主要原因。同時模式對于風(fēng)速的預(yù)報存在一定偏差。

臺風(fēng)影響下的降水過程，模式預(yù)報仍具有較大不確定性，調(diào)整較大。針對某一固定時段，不同時次起報的資料調(diào)整很大。對于低層氣旋式輻合中心位置及移向后期時次明顯東調(diào)，急流強度減弱，對于主降水區(qū)位置和強度也相應(yīng)做出調(diào)整。

5 結(jié)語

通過對2016年入秋1610號臺風(fēng)獅子山影響下該區(qū)出現(xiàn)陰雨天氣的環(huán)流形勢及降水持續(xù)的原因進行綜合分析，得到如下結(jié)果：

（1）本次連陰雨天氣發(fā)生在臺風(fēng)獅子山北上與高空冷渦合并的持續(xù)影響下。烏拉爾山阻塞高壓崩潰促進極渦分裂冷空氣大舉東移南下促進了高空低渦的發(fā)展，大陸高壓穩(wěn)定少動，利于北方冷空氣積聚，熱帶氣旋北上過程中促進了下游高壓脊的發(fā)展，形成東阻型，熱帶氣旋與高空冷渦合并變性為深厚低渦西行少動為本次陰雨天氣提供了環(huán)流背景。

（2）源于熱帶——副熱帶洋面的熱帶氣旋，一方面，其前部的偏南風(fēng)急流為雨區(qū)提供了豐富的水汽條件，另一方面，來自洋面的暖濕氣流具有高潛熱能和不穩(wěn)定能量，為陰雨天氣的持續(xù)提供了必要條件。

（3）高低空急流的強烈發(fā)展以及臺風(fēng)倒槽自東向西緩慢移動是本次陰雨天氣的主要動力機制，同時在偏東氣流的影響下，長白山脈地形的作用對降水起到明顯的增幅作用。

參考文獻

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作者簡介：程琳，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：天氣預(yù)報方法分析和研究。