艾云尼登陸衰亡中引發(fā)南豐暴雨的成因分析

程晨 陳華忠 徐偉

(1.南豐縣氣象局，江西南豐344500；2.玉環(huán)市氣象局，浙江玉環(huán)317600)

引言

熱帶氣旋登陸引起的暴雨，降水量大，時段集中，常會引發(fā)山洪、泥石流等次生災(zāi)害，給人民生命財產(chǎn)安全帶來巨大威脅。臺風(fēng)暴雨大致可分為臺風(fēng)環(huán)流本體暴雨和臺風(fēng)外圍暴雨2大類[1]，業(yè)務(wù)預(yù)報中，當(dāng)確定了臺風(fēng)未來移動路徑后，本體暴雨的落區(qū)可大致定在中心移動路徑附近，但一些強的臺風(fēng)暴雨或一次臺風(fēng)降水的最大值，往往出現(xiàn)在臺風(fēng)外圍的螺旋雨帶中或與其他天氣系統(tǒng)相結(jié)合從而造成大的降水過程。然而實際預(yù)報時，很難找到影響該處的天氣尺度和次天氣尺度系統(tǒng)，導(dǎo)致對雨量估計不足而造成服務(wù)上的被動，值得進(jìn)行分析。

1 臺風(fēng) “艾云尼”概況

2018年第4號臺風(fēng) “艾云尼”于5月31日在蘇祿海面上生成，6月2日14：00發(fā)展為熱帶低壓，5日08：00加強為熱帶風(fēng)暴，6日06：25以熱帶風(fēng)暴強度登陸廣東徐聞縣，14：50以熱帶風(fēng)暴強度于海南?？谠俅蔚顷?，7日20：30于廣東陽江以熱帶風(fēng)暴強度第3次登陸，之后向偏北方向移動，9日08：00，中央臺停止對其編報。臺風(fēng) “艾云尼”強度弱，移速慢、后勁足，具有影響時間長、累計雨量大、局地陣風(fēng)風(fēng)力大等特點，是歷史上少有在高考期間登陸的臺風(fēng)，也是歷史上極其罕見能夠在?？诘顷懙呐_風(fēng)，更是歷史上首個3次登陸我國的初臺風(fēng)。

“艾云尼”在登陸后再往北偏西移動后，其外圍云系配合西南氣流給贛南大部分地區(qū)帶來暴雨到大暴雨，局部特大暴雨過程。受其影響，南豐57日出現(xiàn)了1次暴雨降水過程，過程面雨量69.9mm，降水影響時段為主要集中在6日的7：0010： 00， 全縣普降大到暴雨。15個站點中10個超過50mm，最大太源站為85.4mm、萊溪81.2mm(圖1)。

圖1 6月6日南豐暴雨過程雨量分布

2 環(huán)流形勢分析

暴雨是中尺度現(xiàn)象，但它的產(chǎn)生和發(fā)展常和某種大尺度環(huán)流特征有密切聯(lián)系，臺風(fēng)東北部的暴雨常常由低空東南急流影響引起的，其最大降水常出現(xiàn)在壓能場內(nèi)梯度大的區(qū)域[2]。暴雨發(fā)生前，200hP贛中南處于閉合高壓環(huán)流中心附近，南豐上空有明顯輻散場配置；副高減弱退至海上，但仍較活躍，在兩低之間呈現(xiàn)南北向分布，其北側(cè)脊線略有南傾，也使得暴雨區(qū)上空為弱高脊的輻散流場；高緯度地區(qū)有冷槽東移，引導(dǎo) “艾云尼”路徑順轉(zhuǎn)；臺風(fēng)倒槽向北推進(jìn)，與副高形成擠壓，副高西南緣氣壓梯度顯著增大，700～925hPa形成急流，700～850hPa風(fēng)速均達(dá)20m/s以上；地面處于臺風(fēng)倒槽東側(cè)、高壓南緣，東南風(fēng)風(fēng)速≥5m/s。

3 暴雨成因分析

與同樣登陸華南沿海的初夏臺風(fēng)相比，“艾云尼”登陸后減弱較為緩慢。其3次登陸時均維持熱帶風(fēng)暴級，云系范圍大，結(jié)構(gòu)不對稱，很難在衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波上分辨出較明顯臺風(fēng)眼；之后強度雖較快減弱，進(jìn)入粵中北境內(nèi)進(jìn)一步減弱為熱帶低壓，但影響范圍和影響時間增大增長。在6日的衛(wèi)星云圖上可以看到，贛中南附近有一條東西向的云帶，作為臺風(fēng)暴雨的水汽通道，不斷輸送暖濕平流，位于水汽輻合區(qū)的南豐地區(qū)產(chǎn)生較強烈的位勢不穩(wěn)定，而高空輻散場的配置又促進(jìn)了低層輻合的加強，觸發(fā)了斜壓能量的釋放，持續(xù)性、對流性暴雨呼之欲出。以下對暴雨前、暴雨時的水汽條件、不穩(wěn)定條件、散度場配置進(jìn)行診斷分析，以尋找對臺風(fēng)外圍暴雨預(yù)報具有指示意義的指標(biāo)。

3.1 水汽條件分析

持續(xù)性大暴雨需有大范圍水汽不斷向暴雨區(qū)集中?！鞍颇帷?次登陸后深入粵北贛南，副高減弱，穩(wěn)定存在于黃海、東海附近，受到其西南急流的引導(dǎo)，充沛的水汽輸送帶始終維持，使暴雨區(qū)產(chǎn)生旺盛的水汽幅合。

從相對濕度垂直分布情況來看，5日20：00，南豐上空濕層十分深厚，整層濕度幾乎在 90%以上，700hPa圖上可見粵贛一帶存在明顯濕區(qū)，其走向與850hPa上臺風(fēng)第二象限的強東南風(fēng)低空急流相一致；6日08：00，濕層分布未發(fā)生明顯變化，7日08：00，中高層濕度條件明顯轉(zhuǎn)差，僅850hPa以下維持大值中心，降水趨于減弱。

從水汽集中情況來看，臺風(fēng)倒槽東側(cè)上空為水汽通量大值區(qū)，6日08：00，粵贛以東地區(qū)為水汽輻合中心，南豐地區(qū)有大范圍的水汽輸送及累積；6日20：00，臺灣以東洋面水汽輸送逐漸減弱，但隨 “艾云尼”強度減弱，其東南象限水汽通量大值區(qū)略西北移，南豐地區(qū)的水汽供應(yīng)減弱；7日20：00，南豐地區(qū)轉(zhuǎn)南風(fēng)控制，水汽輻合減弱，雨勢減緩。從流場演變可看出，為暴雨提供水汽集中的系統(tǒng)，是強盛的西南季風(fēng)氣流和艾云尼東側(cè)云系東南偏東氣流的水平輻合，當(dāng)艾云尼逐漸消弱時，雨勢明顯減弱。

以上可見，充足的水汽供應(yīng)是本次南豐暴雨的先決條件，而深厚濕層及東南急流的維持對暴雨發(fā)生也具有一定指示意義。

圖2 相對濕度垂直分布(a)5日20：00(b)10日08：00

圖3 850hPa水汽通量及風(fēng)矢量 (a)5日08：00(b)6日08：00

3.2 位勢不穩(wěn)定分析

對流性暴雨的發(fā)生需要不穩(wěn)定層結(jié)條件，位勢不穩(wěn)定能量的不斷制造和補充保證了強降水的持續(xù)性。5日20：00，850hPa在粵北一帶出現(xiàn)暖平流，中心在廣東汕頭附近，6日08：00，暖平流范圍進(jìn)一步加大，中心北抬略西進(jìn)移經(jīng)贛中南，根據(jù)垂直運動方程，暖平流區(qū)，有上升運動，使高空等壓面升高，使溫壓場不平衡，有利于形成大的溫度垂直遞減率，為后面的暴雨儲備了不穩(wěn)定條件。從θse垂直剖面圖上看，6日08：00，700hPa以下，θse隨高度減小，為對流不穩(wěn)定區(qū)，所以南豐南側(cè)不斷有新的對流性回波生成，并且發(fā)展加強，北上影響南豐地區(qū)。同時可見，等θse面有明顯的傾斜，根據(jù)吳國雄[4]提出的濕位渦守恒的原理，等θse面的傾斜會使大氣水平風(fēng)垂直切變或濕斜壓性增加，能夠?qū)е麓怪睖u度的顯著發(fā)展，利于強降水的產(chǎn)生。

3.3 散度場分析

暴雨的持續(xù)離不開上升運動的維持，而在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)條件下，上升運動的維持需要有利風(fēng)場的支持[5]。5日20：00，在臺風(fēng)中心附近，500hPa以下為輻合，500hPa以上為較強輻散，300hPa附近的強中心達(dá)5×10-6s-1，配合850hPa以下的輻合中心，均位于臺風(fēng)中心的東側(cè)，這種低層輻合高層輻散的風(fēng)場配置，正是上升運動維持的動力機制；6日08：00，高低層輻散輻合配置同時有所西進(jìn)，700hPa垂直速度中心也由浙南北抬至浙中沿海上空，與強雨帶位置對應(yīng)得比較好；6日14：00，850～925hPa轉(zhuǎn)由輻散區(qū)控制，而700hPa垂直速度中心隨臺風(fēng)低壓西北移，伴隨雨勢的明顯減弱。由此可見，高空輻散場促進(jìn)了低層輻合的加強，觸發(fā)了斜壓能量的釋放，利于產(chǎn)生暴雨。

圖4 (a)6日08：00Ose的垂直分布 (b)6日14：00散度的垂直分布

4 雷達(dá)特征分析

隨著 “艾云尼”在廣東境內(nèi)繼續(xù)往北偏西移，強度進(jìn)一步減弱，雨帶結(jié)構(gòu)逐漸變得不完整，回報強度減弱消散，6日上午起，贛中南地區(qū)出現(xiàn)窄帶回波，強度在35dbz以上，其分布與臺風(fēng)移動路徑平行，移動方向與螺旋雨帶走向一致，且南豐南面不斷有新的降水回波生成、發(fā)展、加強，向西北移動，一直經(jīng)過南豐地區(qū)，形成類似列車效應(yīng)，導(dǎo)致南豐暴雨的出現(xiàn)。

圖5 雷達(dá)拼圖6日09時

5 小結(jié)

南豐地區(qū)的濕層分布、水汽輻合、高空輻散、上升速度等物理量都非常有利于強降水，與臺風(fēng)強雨帶主要分布在臺風(fēng)東部有著很好的對應(yīng)關(guān)系。

南豐地區(qū)處于對流不穩(wěn)定環(huán)境中，“艾云尼”外圍對流發(fā)展旺盛，高空輻散配合低層強盛的西南季風(fēng)氣流，觸發(fā)了斜壓能量的釋放，是暴雨強降水形成的另一個重要原因。

雷達(dá)回波較有組織排列形成的類似列車效應(yīng)增加了強降水的效率和持續(xù)時間。