“1410”臺(tái)風(fēng)麥德姆強(qiáng)降水與地形關(guān)系的分析

孫莎莎，孫 藝，楊成芳，王 倩

(1.山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031；2.煙臺(tái)市人民政府人工影響天氣辦公室，山東 煙臺(tái) 264003；3. 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100)

山東是中國(guó)東部沿海的一個(gè)重要省份，海岸線長(zhǎng)達(dá)3 000 km左右，是我國(guó)北方最容易受臺(tái)風(fēng)影響的省份之一。臺(tái)風(fēng)北上會(huì)給山東帶來(lái)大風(fēng)和強(qiáng)降水。陳聯(lián)壽等[1]認(rèn)為臺(tái)風(fēng)登陸后地形作用會(huì)造成臺(tái)風(fēng)暴雨。王曉芳等[2]分析發(fā)現(xiàn)地形強(qiáng)迫上升對(duì)0604號(hào)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴碧利斯登陸后內(nèi)陸暴雨特別是湘東南特大暴雨有觸發(fā)作用。黃奕武等[3]分析發(fā)現(xiàn)0716號(hào)臺(tái)風(fēng)羅莎登陸期間，沿海地形對(duì)降水影響較大，強(qiáng)降水區(qū)主要分布在沿海山體迎風(fēng)坡上。冀春曉等[4]對(duì)0414號(hào)臺(tái)風(fēng)云娜在登陸期間移動(dòng)路徑和降水進(jìn)行了數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)登陸期間,地形對(duì)臺(tái)風(fēng)降雨量有明顯的增幅作用。袁金南等[5]的研究發(fā)現(xiàn)地形的輻合作用在某些部位加劇了中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展，從而對(duì)臺(tái)風(fēng)降水有明顯影響。朱紅芳等[6]使用WRF模式對(duì)1211號(hào)臺(tái)風(fēng)?？邓牡匦卧龇?yīng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：降水中心強(qiáng)度與地形高度相關(guān)性較好，地形對(duì)暴雨增幅作用明顯。薛霖等[7]利用WRF開展臺(tái)灣地形敏感性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：臺(tái)灣地形是1010號(hào)臺(tái)風(fēng)莫蘭蒂迅速加強(qiáng)的一個(gè)重要影響因子。之前學(xué)者們針對(duì)地形對(duì)臺(tái)風(fēng)降水的影響研究[1-13]對(duì)象多為中國(guó)東南部地區(qū)，對(duì)于山東地形對(duì)臺(tái)風(fēng)降水影響的研究較少。本文選取2014年第10號(hào)臺(tái)風(fēng)麥德姆，利用多種資料分析該天氣過(guò)程，并且以歐洲中心ERA-Interim再分析資料為背景場(chǎng)進(jìn)行WRF數(shù)值模擬，分析山東半島地形對(duì)該臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水的影響，希望研究結(jié)論能為今后山東的臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)提供一定的參考,起到預(yù)防災(zāi)害[8-10]的作用。

1 麥德姆降水實(shí)況

臺(tái)風(fēng)麥德姆于2014年7月14日生成在帕勞東北部海面上，沿西北方向移動(dòng)并且強(qiáng)度加強(qiáng)。北京時(shí)間7月23日00:15分前后麥德姆在臺(tái)灣省臺(tái)東縣長(zhǎng)濱鄉(xiāng)沿海登陸，之后繼續(xù)向西北移動(dòng)并于15:30分前后在福建省福清市高山鎮(zhèn)沿海第二次登陸；移動(dòng)方向由西北轉(zhuǎn)為北再轉(zhuǎn)為向東北，7月25日17:10分前后麥德姆以熱帶風(fēng)暴的強(qiáng)度在山東省榮成市虎山鎮(zhèn)沿海第三次登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力為8級(jí)(20 m/s)，中心最低氣壓為993 hPa。25日晚上麥德姆在黃海北部海面變性為溫帶氣旋，22時(shí)之后停止編號(hào)。

受麥德姆影響，山東大部地區(qū)都出現(xiàn)了降水，此次過(guò)程強(qiáng)降水主要分布在山東東部，尤其是山東半島地區(qū)。山東半島地區(qū)的降水從24日下午開始，降水主要集中時(shí)間為24日下午至25日白天。除了北部的個(gè)別地方出現(xiàn)了暴雨，山東半島其余地區(qū)都出現(xiàn)了大暴雨甚至特大暴雨。從7月24日14時(shí)-26日04時(shí)山東大監(jiān)站過(guò)程降水分布(圖1a)可見, 在近兩天時(shí)間里的累計(jì)降水量大于50 mm以上的區(qū)域覆蓋了整個(gè)山東半島地區(qū), 其中大監(jiān)站中累計(jì)雨量最強(qiáng)降水區(qū)位于青島膠州，降水量為252.8 mm。從空間分辨率更精細(xì)的加密自動(dòng)站7月24日14時(shí)-26日04時(shí)的累積降水分布(圖1b)可見，此次過(guò)程區(qū)域自動(dòng)站最強(qiáng)降水出現(xiàn)在煙臺(tái)昆崳山站，該站降水量明顯大于附近其他站點(diǎn)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)青島嶗山地區(qū)也有部分站點(diǎn)例如北九水降水量明顯大于附近其他站點(diǎn)。這些降水量大的自動(dòng)站全部位于海拔比較高的山區(qū)，嶗山和昆崳山都是山東半島的主要山脈(圖1c)，嶗山海拔1 132.7 m，昆崳山海拔922.8 m。這些降水量明顯大于附近站的自動(dòng)站出現(xiàn)特大暴雨與地形關(guān)系密不可分。從昆崳山和北九水兩個(gè)代表站的降水量隨時(shí)間變化曲線(圖1d)看出，24日14時(shí)-26日04時(shí)，昆崳山總降水量為363.1 mm，小時(shí)最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在25日11時(shí)為60.5 mm/h；北九水總降水量為278.1 mm，小時(shí)最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在25日07時(shí)為39.7 mm/h。

圖1 2014年7月24日14時(shí)-26日04時(shí)山東降水實(shí)況及地形圖

圖2 500 hPa高空形勢(shì)圖和地面圖

2 環(huán)流形勢(shì)

500 hPa圖上，7月24日08時(shí)，副熱帶高壓呈塊狀分布，584 dgpm線穿過(guò)山東半島，中緯度西風(fēng)槽位于山東省上游陜西和山西省附近，槽后有明顯的冷平流，麥德姆中心位于福建省北部地區(qū)，臺(tái)風(fēng)位于副高的西南側(cè)，主要受副高外圍偏南引導(dǎo)氣流影響，向北移動(dòng)。24日20時(shí)(圖2a)，副熱帶高壓仍然為塊狀分布，584 dgpm線東撤到黃海海上，中緯度西風(fēng)槽東移南壓，槽后仍有冷平流，臺(tái)風(fēng)北上，移動(dòng)到副熱帶高壓和西風(fēng)槽之間的區(qū)域，其中心位于安徽南部，主要受副熱帶高壓的偏南引導(dǎo)氣流影響繼續(xù)向北移動(dòng)。25日08時(shí)(圖2b)，副熱帶高壓584 dgpm線相比之前繼續(xù)東撤，中緯度西風(fēng)槽東移并有所發(fā)展，槽后存在弱的冷平流，此時(shí)臺(tái)風(fēng)中心位于江蘇北部，中緯度西風(fēng)槽和臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)相互結(jié)合，此時(shí)臺(tái)風(fēng)位于副熱帶高壓的西北側(cè)并且處于槽前，在兩者共同的西南引導(dǎo)氣流的作用下向東北方向移動(dòng)。西風(fēng)槽和臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合導(dǎo)致冷空氣入侵臺(tái)風(fēng)，冷空氣入侵使麥德姆在24-25日將近40個(gè)小時(shí)的時(shí)間里一直維持熱帶風(fēng)暴的強(qiáng)度移動(dòng)并于25日下午發(fā)生變性。變性后，在中緯度西風(fēng)槽和副熱帶高壓的共同作用下，麥德姆在黃海海面上向東北方向移動(dòng)，并且于25日下午17點(diǎn)左右登陸山東省榮成市虎山鎮(zhèn)，之后繼續(xù)向東北方向移動(dòng)并于25日夜間減弱消失。

從低層溫壓風(fēng)場(chǎng)(圖略)看出，24日08時(shí)，山東半島風(fēng)向以南風(fēng)為主，對(duì)流層中低層受暖氣團(tuán)控制。24日下午隨著高空槽的移近和臺(tái)風(fēng)倒槽的北伸，冷空氣從對(duì)流層低層開始入侵，在冷空氣影響下，山東半島開始出現(xiàn)弱降水。24日20時(shí)，700 hPa上，整個(gè)山東仍為南風(fēng)，基本還是位于暖氣團(tuán)中；850 hPa上，山東西部的風(fēng)向轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，冷氣團(tuán)占據(jù)了山東西部地區(qū)，山東半島南部的風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，風(fēng)速12 m/s，達(dá)到低空急流的標(biāo)準(zhǔn)，該暖濕低空急流不斷的向山東半島輸送水汽和能量，山東半島受臺(tái)風(fēng)倒槽右側(cè)的暖氣團(tuán)控制，冷暖氣團(tuán)在山東半島交匯，山東半島南部開始出現(xiàn)明顯降水。24日夜間，高空槽繼續(xù)東移，臺(tái)風(fēng)也繼續(xù)向東北方向移動(dòng)，山東半島自西向東開始出現(xiàn)明顯降水，半島南部降水小時(shí)強(qiáng)度達(dá)到此次過(guò)程的峰值。25日08時(shí)，臺(tái)風(fēng)中心位于江蘇北部，臺(tái)風(fēng)環(huán)流正好位于山東半島，相比于24日20時(shí)，冷空氣已經(jīng)從低層開始向上入侵，無(wú)論是850 hPa還是700 hPa上，山東西部都是一致的東北風(fēng)，主要受冷氣團(tuán)控制，山東半島都為一致的東南低空急流，主要受暖氣團(tuán)控制，強(qiáng)盛的東南低空急流向山東半島輸送了充沛的水汽，對(duì)流層中低層從下而上都形成了冷暖氣團(tuán)在山東半島對(duì)峙的形勢(shì)，山東半島降水強(qiáng)度增強(qiáng)。25日白天，隨著高空槽的東移，冷氣團(tuán)繼續(xù)東推，而臺(tái)風(fēng)的東北向移動(dòng)，導(dǎo)致其右側(cè)的暖氣團(tuán)東撤，由于臺(tái)風(fēng)倒槽右側(cè)的暖濕空氣和西風(fēng)槽后冷空氣在山東半島東部地區(qū)交匯，并且維持時(shí)間較長(zhǎng)，25日上午山東半島東部降水小時(shí)強(qiáng)度達(dá)到此次過(guò)程峰值。25日20時(shí)，850 hPa上山東半島已經(jīng)全部轉(zhuǎn)成東北風(fēng)，受冷氣團(tuán)控制，700 hPa上僅剩半島東部還位于暖氣團(tuán)中，20時(shí)之后，很快對(duì)流層中低層全部被冷氣團(tuán)控制，山東半島降水趨于結(jié)束。

地面圖上，7月24日白天，山東半島開始出現(xiàn)弱降水時(shí)，地面受臺(tái)風(fēng)倒槽影響，山東半島位于地面臺(tái)風(fēng)倒槽右側(cè)，風(fēng)向以東風(fēng)為主。24日夜間(圖2c)，隨著麥德姆的東移北上，臺(tái)風(fēng)中心及環(huán)流開始接近山東半島，直接受臺(tái)風(fēng)環(huán)流影響，山東半島地面風(fēng)開始由東風(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)，山東半島開始出現(xiàn)明顯降水。25日08時(shí)(圖2d)，臺(tái)風(fēng)中心即將進(jìn)入山東境內(nèi)，山東半島完全處在臺(tái)風(fēng)環(huán)流之中，位于臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向的左側(cè)，地面風(fēng)向已全部轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，風(fēng)速明顯增大，山東半島的降水也開始增強(qiáng)。25日下午至夜間，由于臺(tái)風(fēng)繼續(xù)東北向移動(dòng)，山東半島的地面風(fēng)向開始由東北向轉(zhuǎn)為西北向，對(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)降水也逐漸結(jié)束。從整個(gè)降水過(guò)程來(lái)看，降水集中階段，山東半島的地面風(fēng)向盛行東北風(fēng)，當(dāng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)后降水停止。

3 數(shù)值模擬試驗(yàn)方案和結(jié)果

根據(jù)前面對(duì)環(huán)流形勢(shì)的分析，發(fā)現(xiàn)主要降水時(shí)段對(duì)于山東半島來(lái)說(shuō)都是對(duì)流層中層位于高空槽前，對(duì)流層低層位于臺(tái)風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)中。在相同的天氣背景下，高海拔觀測(cè)站點(diǎn)的降水量顯著的大于其他觀測(cè)站點(diǎn)，地形起了一定的增幅作用。為了進(jìn)一步證明地形在強(qiáng)降水過(guò)程中的作用，采用數(shù)值模式試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

在這使用WRF V3.5版本，利用歐洲中心ERA-Interim再分析資料做背景場(chǎng)，該資料時(shí)間分辨率為6小時(shí)，空間分辨率為0.75°×0.75°，垂直分層37層。作為初始場(chǎng)和側(cè)邊界，模式區(qū)域采用3層嵌套(圖3)，中心點(diǎn)位于120°E，36°N，水平分辨率分別為45 km、15 km、5 km，格點(diǎn)數(shù)分別為 50×75、88×88、133×133；模式垂直層數(shù)為32層，模式頂為50 hPa；區(qū)域1、2均使用Ferrier(new Eta)微物理參數(shù)化方案和Kain-Fritsch scheme積云參數(shù)化方案，區(qū)域3使用Ferrier(new Eta)微物理參數(shù)化方案且未使用積云參數(shù)化方案。模擬起報(bào)時(shí)間為2014年7月23日20時(shí)，積分時(shí)間為60 h，每小時(shí)輸出一次模擬結(jié)果。在綜合考慮模式分辨率和預(yù)報(bào)區(qū)域的基礎(chǔ)上,臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度使用預(yù)報(bào)區(qū)域覆蓋范圍較大的第1層網(wǎng)格(45 km×45 km)的模擬結(jié)果，降水等其他物理量使用預(yù)報(bào)區(qū)域覆蓋范圍較大的第3層網(wǎng)格(5 km×5 km)的模擬結(jié)果。

圖3 模式三層嵌套區(qū)域范圍

3.1 地形對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的影響

臺(tái)風(fēng)降水的預(yù)報(bào)與臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)密不可分，成功預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑對(duì)于成功預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)很重要。在這設(shè)計(jì)一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)研究山東半島地形對(duì)麥德姆路徑的影響，具體設(shè)計(jì)以下2個(gè)試驗(yàn)方案：①control控制試驗(yàn)：真實(shí)地形，為敏感性試驗(yàn)的對(duì)比基礎(chǔ)。②test1敏感性試驗(yàn)：無(wú)地形，將嶗山和昆崳山的地形高度設(shè)為0 m。這2個(gè)試驗(yàn)方案的其他參數(shù)設(shè)置相同。

根據(jù)模式模擬的海平面氣壓場(chǎng)最小值配合10 m風(fēng)場(chǎng)來(lái)尋找臺(tái)風(fēng)中心位置，從而來(lái)確定控制實(shí)驗(yàn)和去地形敏感性試驗(yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)路徑。圖4為中國(guó)氣象局熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集的麥德姆實(shí)況路徑和2個(gè)試驗(yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)路徑，可以看出：①control實(shí)驗(yàn)的臺(tái)風(fēng)模擬路徑與最佳路徑實(shí)況較為一致，移動(dòng)方向均為東北方向且路徑偏差在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明control實(shí)驗(yàn)對(duì)麥德姆路徑的模擬是基本可信的,模擬結(jié)果可以作為基礎(chǔ)與敏感性試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比；但兩者之間仍存在一定的偏差，例如control實(shí)驗(yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)路徑從25日00時(shí)之后開始一直相對(duì)實(shí)況偏西，其中一個(gè)原因是初始場(chǎng)和實(shí)況存在一定差異，導(dǎo)致初始時(shí)刻模式中的臺(tái)風(fēng)位置較實(shí)況稍微有所偏差，另一方面是control實(shí)驗(yàn)中模擬的臺(tái)風(fēng)移速與實(shí)況并不完全一致，模擬的臺(tái)風(fēng)移動(dòng)速度比實(shí)況要慢，導(dǎo)致路徑偏差。②test1試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)路徑，與實(shí)況相比也大體一致，移動(dòng)方向也為東北向，移動(dòng)速度相差不大；與control實(shí)驗(yàn)?zāi)M相比，臺(tái)風(fēng)路徑較為一致，移動(dòng)速度相近，但也存在一些偏差，24日白天至25日上午，臺(tái)風(fēng)中心在江西、安徽和江蘇境內(nèi)時(shí)，test1實(shí)驗(yàn)路徑和control實(shí)驗(yàn)路徑基本接近，路徑發(fā)散度較小；25日臺(tái)風(fēng)中心從江蘇進(jìn)入黃海海面的時(shí)段，test1實(shí)驗(yàn)路徑和control實(shí)驗(yàn)路徑發(fā)散程度加大達(dá)到最大，test1實(shí)驗(yàn)的路徑相比于control實(shí)驗(yàn)明顯偏南，這說(shuō)明山東半島地形對(duì)麥德姆移動(dòng)路徑影響有一定的影響。

3.2 地形對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的影響

臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的與輸送水汽和能量的低空急流有重要關(guān)系，當(dāng)?shù)涂占绷鳒p弱，水汽輸送能力降低，從而導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，反之亦然。降水的多少主要取決于低空急流水汽的輸送，所以臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度也在一定程度上決定了降水量。在這通過(guò)分析真實(shí)地形的control控制實(shí)驗(yàn)和去地形高度的test1敏感性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，來(lái)研究地形對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的影響。

圖4 2014年7月24日14時(shí)-26日02時(shí)麥德姆逐6 h實(shí)況路徑、control實(shí)驗(yàn)和test1實(shí)驗(yàn)?zāi)M路徑(實(shí)心圓代表實(shí)況，空心圓代表control實(shí)驗(yàn)，十字代表test1實(shí)驗(yàn))

從7月24-26日的實(shí)況、control試驗(yàn)和test1實(shí)驗(yàn)的臺(tái)風(fēng)中心氣壓隨時(shí)間變化分布(圖略)可以看出，這期間，實(shí)況臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度呈現(xiàn)緩慢減弱的變化特征；control實(shí)驗(yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)中心氣壓數(shù)值范圍總體與實(shí)況相近，前期中心氣壓變化很小，25日下午開始中心氣壓開始降低，說(shuō)明臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度先維持后增強(qiáng)；test1實(shí)驗(yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)中心氣壓變化趨勢(shì)跟control實(shí)驗(yàn)基本一致；兩個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)的臺(tái)風(fēng)中心氣壓前期強(qiáng)度維持期間與實(shí)況較為接近，后期強(qiáng)度增強(qiáng)與實(shí)況之間的發(fā)散度變大。對(duì)比control試驗(yàn)和test1實(shí)驗(yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，在僅地形不同的情況下,臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化存在如下特點(diǎn):①24-26日，control與test1試驗(yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度差別很小，變化趨勢(shì)較為一致，這與兩個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)之間臺(tái)風(fēng)路徑較為接近的結(jié)論一致；②去掉嶗山和昆崳山的海拔高度，對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的影響不顯著。

3.3 地形對(duì)臺(tái)風(fēng)降水的影響

很多研究都表明[12-13]，地形對(duì)臺(tái)風(fēng)降水有明顯增幅作用。在這通過(guò)設(shè)計(jì)幾組對(duì)比模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析模擬結(jié)果，來(lái)研究山東半島地形對(duì)臺(tái)風(fēng)降水的增幅作用，并且通過(guò)其他物理量[13]的分析來(lái)初步研究地形對(duì)降水影響的機(jī)制。

3.3.1 無(wú)地形實(shí)驗(yàn)

首先將嶗山和昆崳山高度設(shè)置為0的test1敏感性實(shí)驗(yàn)的模擬過(guò)程降水量和控制實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從control實(shí)驗(yàn)的過(guò)程降水落區(qū)來(lái)看(圖5a)，范圍跟實(shí)況(圖1a, 圖1b)一致，山東大部分地區(qū)都出現(xiàn)降水，強(qiáng)降水主要發(fā)生山東半島地區(qū)。從過(guò)程降水量來(lái)看，control實(shí)驗(yàn)中山東半島的降水量基本在100 mm以上，部分地區(qū)在200 mm以上，局地例如嶗山和昆崳山在300 mm左右，明顯大于附近地區(qū)的降水量，這與實(shí)況較為一致。這說(shuō)明control實(shí)驗(yàn)的降水模擬結(jié)果也是可信的。但與實(shí)況不同之處在于control實(shí)驗(yàn)主要雨帶分布相對(duì)實(shí)況稍微偏西，這與模擬的臺(tái)風(fēng)路徑后期相對(duì)實(shí)況稍微偏西有關(guān)。去掉地形以后，從test1實(shí)驗(yàn)的模擬結(jié)果來(lái)看(圖5b)，過(guò)程降水落區(qū)跟control實(shí)驗(yàn)及實(shí)況接近，強(qiáng)降水的落區(qū)也control實(shí)驗(yàn)及實(shí)況接近。但明顯不同之處有兩個(gè)：①嶗山和昆崳山的降水量大大減弱，嶗山的過(guò)程降水量減少了300 mm左右,煙臺(tái)昆崳山的降水量減少了150 mm左右；②在過(guò)程降水量減少的高海拔地區(qū)以西的部分地區(qū)降水量有明顯增加，對(duì)于整個(gè)降水落區(qū)來(lái)說(shuō)，降水的總量是基本持平的。通過(guò)test1實(shí)驗(yàn)得出山東半島地形高度對(duì)此次降水過(guò)程有明顯增幅作用，地形高度的改變重新分配了降水分布。

圖5 2014年7月24日14時(shí)-26日04時(shí)過(guò)程降水量(單位：mm)

圖6 850 hPa比濕(單位：g/kg)

其次，設(shè)計(jì)另外一個(gè)無(wú)地形的test2敏感性實(shí)驗(yàn)，test2與test1的唯一不同之處在于test2下墊面為海面，test1的下墊面為陸地，其余的參數(shù)test2和test1都完全相同。在海拔高度都為0的情況下，下墊面由陸地改為海面，發(fā)現(xiàn)：降水范圍和control實(shí)驗(yàn)一致，降水主雨帶的位置與控制實(shí)驗(yàn)很接近，但部分降水大值區(qū)的分布與control有一定的不同(圖5c)。test2海拔高的地區(qū)過(guò)程降水量相比控制實(shí)驗(yàn)也明顯減少，嶗山的過(guò)程降水量減少了200 mm左右,煙臺(tái)昆崳山的降水量減少了25 mm左右。相比于test1，高海拔地區(qū)減少的過(guò)程降水量幅度變少。test2與test1相似，在高海拔地區(qū)降水量減少的同時(shí)，其以西地區(qū)有降水量增加，總體降水量保持不變。由于三個(gè)實(shí)驗(yàn)的總降水量都是基本接近的，說(shuō)明山東半島地形存在與否以及下墊面的屬性并不影響整層大氣水汽條件，但地形高度和下墊面的改變會(huì)導(dǎo)致降水落區(qū)的重新分配。

3.3.2 地形高度敏感性實(shí)驗(yàn)

通過(guò)之前的分析，發(fā)現(xiàn)山東半島高海拔地形在臺(tái)風(fēng)降水過(guò)程中起到重要作用，為了進(jìn)一步研究其作用，在這設(shè)計(jì)test3敏感性實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)把嶗山和昆崳山的高度降為原來(lái)的二分之一，其他參數(shù)與control實(shí)驗(yàn)一樣。通過(guò)對(duì)比test3和control實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，分析海拔高度對(duì)降水的作用。從過(guò)程降水量(圖5d)來(lái)看，主要雨帶的分布仍然跟control實(shí)驗(yàn)相似，同時(shí)高海拔地區(qū)降水量仍與control實(shí)驗(yàn)有明顯差別。在嶗山高海拔地區(qū)過(guò)程降水量減少了100 mm左右,昆崳山地區(qū)過(guò)程降水減少了25 mm左右。對(duì)比test1、control和test3的過(guò)程降水量，可以發(fā)現(xiàn)，test3的地形高度雖然相比control實(shí)驗(yàn)的降低二分之一，但是高海拔地區(qū)降水量減少的幅度并不是二分之一，可以知道地形高度與降水量的減少并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

4 地形作用機(jī)理初步分析

4.1 水汽條件

此次臺(tái)風(fēng)降水過(guò)程，山東半島地區(qū)整體出現(xiàn)暴雨及以上量級(jí)的強(qiáng)降水。暴雨的形成條件一般需要有充足的水汽供應(yīng)。從control實(shí)驗(yàn)的850 hPa比濕場(chǎng)來(lái)看，24日20時(shí)(圖6a)，除個(gè)別地區(qū)，山東半島地區(qū)比濕基本都在16 g/kg左右；25日08時(shí)(圖6b)，隨著臺(tái)風(fēng)東移北上，臺(tái)風(fēng)環(huán)流攜帶的水汽輸送帶更加深入山東半島，山東半島大部地區(qū)的比濕都超過(guò)16 g/kg，水汽顯著增多，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。24日20時(shí)(圖6c)和25日08時(shí)(圖6d)test1實(shí)驗(yàn)的850hPa比濕分布特征跟control實(shí)驗(yàn)一樣，山東半島的比濕都在16 g/kg及以上。可以看出臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水發(fā)生期間，無(wú)論是control實(shí)驗(yàn)還是test1實(shí)驗(yàn)，山東半島的水汽都很充足，充足的水汽保證了臺(tái)風(fēng)暴雨的產(chǎn)生；同時(shí)，山東半島地形高度的改變并不會(huì)導(dǎo)致大氣中水汽的增加或減少，因此局地地形高度設(shè)為0以后，高海拔地區(qū)降水量減少并不是因?yàn)樗麥p少。

4.2 地形強(qiáng)迫的垂直運(yùn)動(dòng)

暴雨的形成除了充分的水汽，還需要強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。為了清楚比對(duì)control實(shí)驗(yàn)和test1實(shí)驗(yàn)中上升運(yùn)動(dòng)的變化情況，分別對(duì)嶗山和昆崳山control減test1實(shí)驗(yàn)兩者垂直運(yùn)動(dòng)之差做時(shí)間和高度剖面，負(fù)值代表上升運(yùn)動(dòng)，這個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)之差可以看做地形強(qiáng)迫造成的上升運(yùn)動(dòng)，從結(jié)果(圖7)可以看出，嶗山和昆崳山在降水期間都存在明顯的地形強(qiáng)迫上升運(yùn)動(dòng)，并且嶗山的地形強(qiáng)迫要比昆崳山明顯，這主要與山頂高度有關(guān)系。去掉地形后，嶗山對(duì)流層中層以下上升運(yùn)動(dòng)整體減弱，尤其是24日夜間至25日下午，上升運(yùn)動(dòng)減弱的非常明顯。昆崳山的地形去掉以后，該地區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)在降水期間上升運(yùn)動(dòng)也明顯減弱，并且對(duì)流層低層減弱的要比中高層明顯。總體來(lái)說(shuō)，去地形之后，嶗山和昆崳山的垂直上升運(yùn)動(dòng)都明顯減弱。從24日夜間至25日白天低層的水汽通量散度分布來(lái)看，去掉地形以后，由于強(qiáng)迫上升運(yùn)動(dòng)減弱，水汽輻合明顯減弱，從而導(dǎo)致降水減少。

5 結(jié)論與討論

本文利用常規(guī)觀測(cè)資料和加密觀測(cè)資料對(duì)麥德姆臺(tái)風(fēng)過(guò)程的降水實(shí)況和天氣形勢(shì)進(jìn)行分析,并以歐洲中心ERA-Interim資料為背景場(chǎng)，利用WRF模式對(duì)嶗山和昆崳山的地形對(duì)臺(tái)風(fēng)麥德姆強(qiáng)降水的影響進(jìn)行敏感性試驗(yàn)，探討地形在此次臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水過(guò)程中的作用，結(jié)果表明：

圖7 control和test1實(shí)驗(yàn)垂直運(yùn)動(dòng)之差(單位：m/s)隨高度和時(shí)間變化

(1)臺(tái)風(fēng)麥德姆給山東帶來(lái)大風(fēng)和強(qiáng)降水，后期中緯度西風(fēng)槽和臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)相互結(jié)合，冷空氣從對(duì)流層底層入侵使麥德姆發(fā)生變性。

(2)控制試驗(yàn)對(duì)麥德姆臺(tái)風(fēng)路徑、強(qiáng)度及降水的模擬結(jié)果較成功，WRF模式對(duì)本次過(guò)程有較好的模擬能力。

(3)嶗山和昆崳山的地形對(duì)麥德姆臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑有一定影響，地形也與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的演變密切相關(guān)，但其影響要弱于對(duì)路徑的影響。由于臺(tái)風(fēng)的路徑和強(qiáng)度很大程度上決定降水分布，因此山東半島地形通過(guò)影響臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度而影響降水分布。

(4)此次臺(tái)風(fēng)降水過(guò)程中，地形高度與強(qiáng)降水中心有較好的相關(guān)性，去掉地形高度，該地區(qū)降水量顯著減少，但地形高度與降水量減少幅度之間不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。地形高度的存在導(dǎo)致了降水重新分配，由于整層大氣的水汽條件不變，總降水量幾乎不變。

(5)地形高度的強(qiáng)迫抬升作用有利于水汽輻合增強(qiáng)，從而使臺(tái)風(fēng)降水量增大。