EC細網(wǎng)格對臺風“尼伯特”影響蒼南暴雨的分析應(yīng)用*

萬小雁 張靈杰 董大治 鄭峰

(1.蒼南縣氣象局,浙江 蒼南 325800;2.文成縣氣象局,浙江 文成 325300;3.溫州市氣象局,浙江 溫州 325027)

0 引 言

蒼南縣位于溫州東南沿海,臺風暴雨、大風、風暴潮嚴重影響的地區(qū)之一。據(jù)資料統(tǒng)計,臺風在廈門以北和溫州以南登陸,對蒼南影響嚴重[1]。蒼南縣擁有130多萬人口,地理氣候獨特,因此對影響蒼南的登陸臺風過程進行分析和積累經(jīng)驗顯得尤為重要。一直以來,許多學(xué)者對登陸臺風的強度、路徑變化等研究成果豐富[2-5]。對各類臺風暴雨的成因及天氣學(xué)診斷也做了大量工作[6-9]。其中,董大治對嚴重影響蒼南的臺風進行防汛減災(zāi)及政策制定方面的研究,得出了有意義的結(jié)論[10-11]。

2016年第1號臺風“尼伯特”(熱帶風暴級)于7月3日8點在美國關(guān)島以南的西北太平洋洋面上生成,2016年也是1951年有氣象記錄以來第二晚生成臺風的年份。5日02—20時強度逐漸加強為超強臺風,超強臺風強度維持近57 h,8日5:50在臺灣臺東太麻里鄉(xiāng)沿海首次登陸,登陸時中心附近最大風力有16級(55 m/s),中心最低氣壓為920 hPa,于9日13:45在福建省泉州石獅市再次登陸,登陸時中心附近最大風力有10級(25 m/s),中心最低氣壓為990 hPa。10日凌晨3時在福建寧化縣境內(nèi)減弱為熱帶低壓。8日20時—10日8時蒼南縣平均面雨量59.6 mm,最大出現(xiàn)在橋墩水庫188.3 mm,風力最大出現(xiàn)在望洲山23.6 m/s(9級)。此次預(yù)報預(yù)警結(jié)果表明,“尼伯特”臺風對蒼南的風雨影響預(yù)報服務(wù)較準確,防御措施到位,全縣基本無災(zāi)情。

1 資料和方法

本文利用常規(guī)氣象資料和EC細網(wǎng)格0.125°×0.125°格點數(shù)據(jù),對1601號臺風“尼伯特”影響蒼南的大暴雨過程進行釋用及診斷分析,并檢驗和評估細網(wǎng)格格點預(yù)報的效果,為提高基層臺站預(yù)報臺風災(zāi)害性天氣積累經(jīng)驗,從而提高相關(guān)預(yù)報水平。

鑒于“尼伯特”登陸點在莆田—廈門之間,對蒼南的風力影響小,本文主要針對臺風大暴雨影響進行討論。

2 預(yù)報分析場和實況形勢場對比分析

用EC細網(wǎng)格0.125°×0.125°格點數(shù)據(jù)對同一時次同一高度的實況和預(yù)報形勢進行對比分析發(fā)現(xiàn)(采用8日20時500 hPa高度場和850 hPa風場,圖略),6日20時、7日08時、7日20時、8日08時起報的8日20時預(yù)報場,500 hPa高度場均與實況場差異不大,850 hPa風場在各時段起報的預(yù)報場偏東急流中偏北分量較實況來的大,從而造成8日20時—9日08時的累積降水量預(yù)報比實況小。EC細網(wǎng)格對9日08時的風場預(yù)報接近實況流場,因此對9日08—20時的雨量預(yù)報與實況接近。從形勢場的預(yù)報可以看出,此次EC細網(wǎng)格就1601號臺風“尼伯特”對蒼南的暴雨影響預(yù)報具有分析意義。

3 EC細網(wǎng)格模式雨量預(yù)報檢驗

圖1 EC細網(wǎng)格模式對橋墩水庫站6—9日08時和20時起報的未來各段12 h累積雨量圖(單位:mm)

根據(jù)臺風登陸前72 h內(nèi)的EC細網(wǎng)格08時、20時起報的產(chǎn)品,預(yù)報時效為12、24、48、72 h,對橋墩水庫站(120.3°E,27.47°N)進行插值,插值方法為:求距離站點最近的格點,以最近距離格點的預(yù)報值作為該站點的預(yù)報值。

對比各家數(shù)值模式對降水預(yù)報的情況,EC細網(wǎng)格模式對于蒼南地區(qū)強降水落區(qū)、量級和起止時間較其他模式準確率高,不同起報時次的預(yù)報結(jié)果變化小。從7月6日20時、7日08時、7日20時、8日08時4個起報時次,對7日08—20時、7日20時—8日08時、8日08—20時、8日20時—9日08時、9日08—20時、9日20時—10日08時的12 h累積降水量對比檢驗(見圖1)發(fā)現(xiàn),EC細網(wǎng)格模式預(yù)報蒼南地區(qū)的降水提前48 h預(yù)報效果較好,并隨著預(yù)報初始場的調(diào)整,對強降水時段的預(yù)報結(jié)果調(diào)整不大,更能突出EC細網(wǎng)格模式降水預(yù)報的穩(wěn)定性。對比實況來看,各起報時次對9日08時—9日20時12 h累積降水在預(yù)報量級上一直比較穩(wěn)定,表現(xiàn)最好的是0620和0720起報的,與實況吻合度高,其他時次起報的都較這兩次偏少。

從蒼南全縣的雨量分布預(yù)報來看(見圖6),EC細網(wǎng)格模式各起報時次對臺風影響階段的累積預(yù)報量級均能反應(yīng)出來,6日20時起報的最大值位于蒼南西北部127.2 mm,較實況出現(xiàn)的最大值188.3 mm量級一樣,均為大暴雨,數(shù)值偏小,實況出現(xiàn)在暴雨以下的東部地區(qū),預(yù)報值又比實況大,從這方面能看出此次過程有大暴雨點出現(xiàn)。7日08時起報的雨量在量級分布上,極大值較實況小,其他值與實況接近,從這個時次的預(yù)報可以看出,全縣均會出現(xiàn)暴雨過程,總體數(shù)值接近50 mm。7日20時起報的雨量情況與6日20時起報的情況接近,而8日08時起報的雨量又與7日08時起報的雨量情況接近,表明各時段的08時起報場能預(yù)報出過程的極大雨量值,20時的起報場能反映除極大值外的各區(qū)域分布情況,從而說明EC細網(wǎng)格模式在此次臺風暴雨對縣級臺站的預(yù)報較成果,分析意義較大。

4 物理量診斷

臺風影響地區(qū)常出現(xiàn)暴雨[12],臺風暴雨主要有3種類型:臺風環(huán)流本身所造成的暴雨,臺風本體的降水效率高;臺風與其他系統(tǒng)共同作用形成的暴雨;受地形影響形成的暴雨。李傳祥等對在廈門—莆田之間登陸的歷史臺風進行研究得出[13],廈門至莆田登陸臺風對溫州全市來講雨量的影響較小,如果有冷空氣的配置,對溫州雨量的影響較大,但未對基層臺站,尤其是溫州南部的影響進行深入探討。1601號臺風“尼伯特”給溫州造成的降水影響表現(xiàn)為南北差異大,臺風影響期間,蒼南全縣過程面雨量達暴雨量級,西北部地區(qū)多站累積雨量達大暴雨量級,以下用EC細網(wǎng)格08、20時分析場對蒼南暴雨大暴雨形成的各物理量配置進行分析。

4.1 低空急流建立和維持

從暴雨發(fā)生的風場背景來看,蒼南地區(qū)8日20時(圖2a)850 hPa仍為偏東氣流,流場速度<12 m/s,到9日08時(圖2b),研究區(qū)域上空已轉(zhuǎn)為東南氣流,風速>12 m/s,低空急流軸壓至,說明東南風急流在8日20后開始逐漸建立,蒼南位于低空急流出口區(qū)的右側(cè),十分有利于上升運動。到9日20時(圖2c)雖風速所有減弱,但仍維持東南氣流,與實況中降水仍持續(xù)相符合。到10日08時(圖2d),急流形勢維持但對應(yīng)的風向已轉(zhuǎn)為偏南風,說明水汽輸送渠道變?nèi)?對應(yīng)的降水實況為間歇性小的陣性降水。

(a:8日20時;b:9日08時;c:9日20時;d:10日08時,▲標志為研究區(qū)域)圖2 850 hPa流場和急流圖

4.2 暴雨區(qū)的水汽輸送

水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件,水汽通量是表征水汽輸送的重要物理量,它表示單位時間內(nèi)流經(jīng)某一單位面積的水汽含量,代表水汽水平輸送的強度,物理意義為每秒鐘對于垂直于風向、一厘米寬、一百帕高的截面所流過的水汽克數(shù)[14]。水汽通量通常用來判斷水汽來源、水汽的輸送方向和強度以及與環(huán)境的關(guān)系。從850 hPa水汽通量和風場圖(圖3)可見,“尼伯特”臺風在蒼南地區(qū)引發(fā)的暴雨過程水汽由強東南風急流輸送,來自東海的水汽通量最高達20 g/(s·hPa·cm),蒼南又在臺風倒槽曲率最大處附近,可引起大量水汽在該地輻合。

對比“尼伯特”不同時刻水汽輸送變化看,隨著臺風的移近,水汽通量大值區(qū)逐漸向蒼南地區(qū)靠近,8日20時(圖3a)“尼伯特”北側(cè)環(huán)流開始明顯,9日08時(圖3b)水汽通量大值區(qū)已經(jīng)覆蓋蒼南,由于蒼南離臺風中心距離較遠,臺風外圍環(huán)流形成的東南風急流方向一致,因而能形成強的水汽輸送帶,為降水提供了源源不斷的水汽。

(a:8日20時,b:9日08時)圖3 850 hPa水汽通量和風矢量

4.3 輻散特征

高層輻散低層輻合配置有利于暴雨的發(fā)生和維持。利用EC細網(wǎng)格分析資料對“尼伯特”移動過程中的4個時次散度緯向垂直剖面進行分析(圖4)。8日20時(圖4a),120°～121°E范圍內(nèi),為低層弱輻合和高層弱輻散結(jié)構(gòu),強度為-4×10-5s-1,輻合高度達850 hPa,實況是蒼南開始出現(xiàn)陣性降水。到9日08時(圖4b),120°E附近輻合高度上升到700 hPa,兩側(cè)有明顯的對稱性正散度分布,中低層兩側(cè)輻散區(qū)和低層輻合中心促進了上升運動的發(fā)展,對應(yīng)的高層有16×10-5s-1的強輻散,說明8日20時至9日08時高空輻散強度明顯加大,低層輻合上升增強,實況中短時強降水階段發(fā)生在該時間段內(nèi)。9日20時(圖4c)低層輻合中心值達-8×10-5s-1,高空為4×10-5s-1,蒼南出現(xiàn)連續(xù)性的較強降水過程。隨著“尼伯特”移近,高層輻散和低層輻合配置逐漸西移,從10日08時(圖4d)看出,高空已轉(zhuǎn)變?yōu)檩椇闲蝿?降水減弱。

李傳祥等[13]研究中指出,700 hPa的垂直速度與雨量影響量級有較好的對應(yīng)關(guān)系。尼伯特登陸類型也屬這個范圍,考慮到蒼南地區(qū)輻合場高度僅伸展到700 hPa,700 hPa的垂直速度場在臺風移動過程在對蒼南的表現(xiàn)較弱(圖略),故采用850 hPa的垂直速度場進行分析。從8日20時(圖5a)的垂直速度場看(臺風登陸前24 h左右),蒼南地區(qū)垂直速度-0.2～-0.6 Pa/s,9日08時(圖5b)的垂直速度場看(臺風登陸前10 h左右),垂直速度達到-0.6 Pa/s,9日20時(圖5c)(臺風登陸后4 h左右)的垂直速度降至-0.2 Pa/s。研究區(qū)域中低層垂直速度場在臺風登陸前24 h出現(xiàn)小的負值中心,然后逐漸變大,為短時強降水提供了動力條件,登陸后幾個小時內(nèi)減弱快,但上升氣流仍維持,這與降水強弱變化和降水維持情況相吻合。

(a:8日20時,b:9日08時,c:9日20時,d:10日08時)圖4 沿27.3°N的散度緯向垂直剖面圖(單位:10-5 s-1)

(a:8日20時,b:9日08時,c:9日20時)圖5 850 hPa垂直速度場

通過以上幾個物理量分析和與實況的對比結(jié)果來看,EC細網(wǎng)格模式能較好地反映此次臺風引發(fā)的蒼南暴雨大暴雨過程情況,說明EC細網(wǎng)格資料在基層臺站中分析該類天氣有一定的能力。

5 地形影響

陶詩言先生等對于地形在暴雨發(fā)生中的作用做過總結(jié)[12],其中總結(jié)到地形對降水有增幅作用。利用EC細網(wǎng)格各預(yù)報時次對“尼伯特”的雨量格點產(chǎn)品對地形的增雨能力預(yù)報進行評估(圖略),0620起報的0820—1008累積雨量預(yù)報最大值為127.2 mm,與實況最大值188.3 mm屬同一量級(大暴雨),大暴雨量級和落區(qū)預(yù)報準確,說明該時次對地形的增雨作用預(yù)報能力已經(jīng)在細網(wǎng)格模式中有所體現(xiàn),而且表現(xiàn)優(yōu)秀。0708起報的0820—1008累積雨量預(yù)報雖然量級偏小,但是對西北山區(qū)的地形增雨表現(xiàn)良好。0720起報的效果跟0620起報的一致,但是0808和0820起報的效果與0708起報的效果一致。從實況圖看,大暴雨發(fā)生在蒼南縣的西北部山區(qū),沿海平原鄉(xiāng)鎮(zhèn)量級明顯較山區(qū)小,說明蒼南山地地形對臺風降水增幅作用明顯,尤其在橋墩水庫站附近,雨量較其他地方大,可供水庫預(yù)排防汛決策做參考。

6 結(jié) 語

利用EC細網(wǎng)格模式對1601號“尼伯特”臺風影響蒼南的暴雨大暴雨過程進行診斷分析和預(yù)報效果檢驗,得出以下幾點結(jié)論:

1)EC細網(wǎng)格模式對蒼南的降水預(yù)報提前48h能預(yù)報出來,且量級準確;表現(xiàn)較差的是登陸臺灣島后的雨量預(yù)報,原因可能是臺灣地形對臺風外圍雨量的預(yù)報影響造成的。

2)EC細網(wǎng)格模式對莆田—廈門一帶登陸的“尼伯特”臺風影響蒼南地區(qū)期間的風場、低層輻合和高層輻散配置場、850 hPa垂直速度場演變與降水起始及強度實況吻合。

3)蒼南縣西北部山區(qū)地形對臺風暴雨起到增雨作用,EC細網(wǎng)格在地形增雨方面和對大暴雨落區(qū)預(yù)報都有較好的指示意義。