超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“玲玲”引發(fā)江蘇大暴雨的水汽條件分析

陸偉 倪艷

摘? 要：利用歐洲中心新一代再分析資料（ERA5）和常規(guī)氣象觀(guān)測(cè)資料，從水汽條件對(duì)2019年超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“玲玲”引發(fā)江蘇大暴雨過(guò)程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：（1）高空槽引導(dǎo)冷空氣入侵臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流是形成此次大暴雨的重要原因;（2）江蘇東南部的低層水汽通量和水汽通量散度異常偏大，對(duì)應(yīng)有充足的水汽供應(yīng)和較強(qiáng)的水汽輻合;（3）850hPa、925hPa水汽通量散度及水汽通量的大值區(qū)與暴雨落區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：臺(tái)風(fēng)? 大暴雨? 水汽通量? 水汽通量散度

中圖分類(lèi)號(hào)：P458 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2020）07（c）-0130-05

Abstract： Using the new generation ERA reanalysis data（ERA5） and conventional observation data， the heavy rainstorm process in Jiangsu Province caused by super typhoon“Lingling”of 2019 is diagnosed from the water vapor condition. The results are as follows： （1） The significant reason of the heavy rainstorm is that the cold air invades the circulation around the typhoon under the guidance of upper trough. （2） The water vapor flux and flux divergence of lower layer in the southeast of Jiangsu Province are abnormally large， which correspond to the sufficient water vapor supply and strong water vapor convergence. （3）The large-value area of water vapor flux divergence and vapor flux at 850hPa and 925hPa is consistent with the actual heavy rainstorm region.

Key Words： Typhoon; Heavy rainstorm; Water vapor flux; Water vapor flux divergence

熱帶氣旋（以下簡(jiǎn)稱(chēng)臺(tái)風(fēng)）是產(chǎn)生暴雨的重要天氣系統(tǒng)，也是我國(guó)汛期主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，極易造成極端降水[1]，常給中東部沿海地區(qū)帶來(lái)嚴(yán)重影響。針對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨，我國(guó)學(xué)者做了許多研究工作。相關(guān)研究[2-4]發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)暴雨的強(qiáng)度與水汽輻合能量、位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)、邊界層輻合及垂直運(yùn)動(dòng)等有關(guān)。通過(guò)對(duì)兩次相似路徑臺(tái)風(fēng)的對(duì)比分析，陳紅專(zhuān)等[5]認(rèn)為臺(tái)風(fēng)暴雨上空有明顯的中尺度輻散結(jié)構(gòu)，暴雨增幅前其東側(cè)常伴有地面中尺度輻合區(qū)或出現(xiàn)中尺度氣旋性渦旋，并有水汽通量輻合，臺(tái)風(fēng)暴雨位于它們的重疊或緊鄰區(qū)域。有研究指出活躍的西南季風(fēng)和副高南部的偏東急流為臺(tái)風(fēng)提供充足的水汽和能量，925hPa水汽通量輻合大值區(qū)與暴雨落區(qū)的形態(tài)和位置對(duì)應(yīng)較好[6]。對(duì)于登陸我國(guó)的臺(tái)風(fēng)來(lái)說(shuō)，臺(tái)風(fēng)與中高緯度西風(fēng)槽及冷空氣的相互作用往往會(huì)給遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)地區(qū)帶來(lái)較強(qiáng)降水。

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“玲玲”（1913）屬于近海北上的臺(tái)風(fēng)，并未直接登陸江蘇省，但還是給江蘇東南部地區(qū)造成大暴雨天氣。本文利用江蘇省常規(guī)地面氣象觀(guān)測(cè)站的逐小時(shí)降水資料、MICAPS高空和地面資料以及0.75°×0.75°的歐洲中心新一代再分析資料（ERA5），對(duì)此次臺(tái)風(fēng)暴雨的降水實(shí)況、環(huán)流形勢(shì)、雷達(dá)回波、衛(wèi)星云圖以及水汽條件做診斷分析，重點(diǎn)研究臺(tái)風(fēng)暴雨的水汽來(lái)源，以加深對(duì)近海臺(tái)風(fēng)引發(fā)暴雨的認(rèn)識(shí)，提高未來(lái)應(yīng)對(duì)此類(lèi)暴雨天氣的能力。

1? 臺(tái)風(fēng)概況和降水分布

2019年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“玲玲”于9月2日08時(shí)生成，一路向偏北方向移動(dòng)。5日10時(shí)增強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，6日夜間進(jìn)入江蘇同緯度海域后，減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，7日中午以臺(tái)風(fēng)級(jí)登陸朝鮮，并于7日20時(shí)40分前后移入我國(guó)吉林省白山市（熱帶風(fēng)暴級(jí)），隨后穿過(guò)吉林、黑龍江，8日10時(shí)前后由黑龍江蘿北縣移入俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)，并變性為溫帶氣旋，生命期長(zhǎng)達(dá)7d。

臺(tái)風(fēng)“玲玲”路徑屬于近海北上型，影響江蘇省的主要時(shí)段為2019年9月5日08時(shí)至9月7日08時(shí)。這期間，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度維持超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)。受其影響，江蘇省淮河以南地區(qū)普降大到暴雨，東南沿海出現(xiàn)大暴雨天氣。這次降水過(guò)程共有25個(gè)站達(dá)到大暴雨量級(jí)，過(guò)程累積最大雨量為195.8mm，出現(xiàn)在海門(mén)市悅來(lái)鎮(zhèn)三陽(yáng)，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在常陰沙農(nóng)場(chǎng)，為89.4mm·h-1。

2? 環(huán)流形勢(shì)分析

從500hPa環(huán)流形勢(shì)（圖2）可以看出，臺(tái)風(fēng)影響期間，歐亞中高緯度多短波槽活動(dòng)，我國(guó)東部地區(qū)存在深厚的高空槽。副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：副高）主體位于西太平洋上，西伸脊點(diǎn)位于130°E附近，副高脊線(xiàn)位于35°N附近，592線(xiàn)控制日本東部。臺(tái)風(fēng)“玲玲”在高空槽前和副高邊緣引導(dǎo)氣流的共同作用下，從江蘇近海向偏北方向運(yùn)動(dòng)。臺(tái)風(fēng)影響初期（5日20時(shí)），江蘇處于高空槽前，槽前正相對(duì)渦度平流輸送，促使中低層垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，為暴雨的形成提供了較好動(dòng)力條件。同時(shí)，高空槽引導(dǎo)冷空氣南下，配合低層臺(tái)風(fēng)“玲玲”的暖濕氣流輸送，形成上干冷下暖濕結(jié)構(gòu)，促進(jìn)對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展和維持，激發(fā)中尺度對(duì)流系統(tǒng)，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)降水。

3? 雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖

通過(guò)分析江蘇地區(qū)1.5°仰角多普勒雷達(dá)基本反射率拼圖（圖3a），可以發(fā)現(xiàn)9月5日的降水回波主要集中于江淮之間中部和江蘇東南部。江淮之間中部地區(qū)的降水回波呈現(xiàn)東北-西南走向的長(zhǎng)條狀，是由高空槽與臺(tái)風(fēng)外圍暖濕氣流共同作用形成的系統(tǒng)性對(duì)流降水。江蘇東南部的雷達(dá)回波表現(xiàn)出零散的局地對(duì)流特征，屬于臺(tái)風(fēng)外圍激發(fā)的對(duì)流活動(dòng)。到了9月6日凌晨（圖3b），隨著臺(tái)風(fēng)的臨近，降水回波位于江淮之間東部和江蘇東南部。江淮之間東部的回波逐漸向東北方向移動(dòng)，而江蘇東南部受到臺(tái)風(fēng)本體降水的影響，臺(tái)風(fēng)外圍螺旋雨帶不斷深入，降水回波持續(xù)生成，并向西發(fā)展。

紅外衛(wèi)星云圖（圖4）更為直觀(guān)地反映了對(duì)流云團(tuán)的演變情況。9月5日，江蘇中部和東南部有對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)。江蘇中部的云團(tuán)呈東北-西南走向，由于是由冷暖氣流交匯形成的對(duì)流，對(duì)流發(fā)展相對(duì)旺盛，云頂亮溫低。江蘇東南部的云團(tuán)是臺(tái)風(fēng)外圍激發(fā)的對(duì)流，比較零散，對(duì)流較弱。隨著臺(tái)風(fēng)逐漸靠近江蘇，9月6日臺(tái)風(fēng)外圍的螺旋雨帶，開(kāi)始影響江蘇東南沿海地區(qū)，此時(shí)云團(tuán)的云頂亮溫低，云頂高度較高，對(duì)流活動(dòng)旺盛。

4? 水汽條件

對(duì)江蘇而言，“玲玲”大暴雨是臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離降水疊加臺(tái)風(fēng)螺旋云帶降水形成的，水汽在其中扮演重要角色。暴雨的發(fā)生、發(fā)展要求本地上空具備豐富的水汽含量和持續(xù)不斷的水汽輸送，且有一個(gè)充足的水汽累積過(guò)程。此次大暴雨過(guò)程中，水汽主要由臺(tái)風(fēng)“玲玲”的外圍環(huán)流供應(yīng)。

4.1 水汽含量

降水發(fā)生前，空氣水汽含量大，往往達(dá)到飽和狀態(tài)，水汽飽和凝結(jié)出雨滴，從而形成降水。為了分析此次大暴雨過(guò)程中的水汽含量變化，選取位于江蘇東南部的通州站，分析其相對(duì)濕度的變化情況。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，降水初期，相對(duì)濕度有一個(gè)快速增加的過(guò)程。降水持續(xù)階段，相對(duì)濕度一直維持在100%，大氣水汽達(dá)到飽和狀態(tài)。9月6日白天，隨著臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)去，雨水漸止，空氣中的水汽得到釋放，相對(duì)濕度快速斷崖式下降。

4.2 水汽輸送

由圖4就可以看出，9月5日08時(shí)850hPa水汽輸送通道就已經(jīng)建立，此時(shí)江蘇東南角的水汽通量為正值，其值在8到10g·cm-1·hPa-1·s-1之間。借助臺(tái)風(fēng)“玲玲”和副高之間的東南急流，水汽源源不斷向江蘇輸送。隨著臺(tái)風(fēng)的臨近，水汽輸送方向逐漸變?yōu)槠珫|和東北方向，且風(fēng)速增大，江蘇東南部的水汽通量也持續(xù)增大。6日20時(shí)，水汽通量大值區(qū)向江蘇中部擴(kuò)展，江蘇大部分地區(qū)的水汽通量大于8g·cm-1·hPa-1·s-1，其中東南部的南通地區(qū)更是達(dá)到了22g·cm-1·hPa-1·s-1。7日08時(shí)，由于臺(tái)風(fēng)逐漸遠(yuǎn)去，江蘇地區(qū)的水汽通量較小，且風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北和西北風(fēng)。

925hPa水汽通量場(chǎng)（圖5）表現(xiàn)出與850hPa相似的演變特征，只是其數(shù)值略大一些。6日20時(shí)，江蘇東南部部分地區(qū)的水汽通量超過(guò)了30g·cm-1·hPa-1·s-1。低層持續(xù)的強(qiáng)水汽輸送，為江蘇暴雨的發(fā)生提供了充分的水汽供應(yīng)。

4.3 水汽輻合

當(dāng)大氣中的水汽由源地輸送至目標(biāo)區(qū)域時(shí)，水汽需要在該地區(qū)水平輻合，才能上升冷卻凝結(jié)成雨。水汽通量散度是一種能較好反映水汽輻合積聚程度的物理量，因此我們利用該物理量來(lái)分析低層水汽輻合情況。從圖6顯示的850hPa水汽通量散度可知，降水初期（5日08時(shí)）江蘇南部水汽通量散度為負(fù)值，存在弱的水汽輻合。之后臺(tái)風(fēng)北上，離江蘇越來(lái)越近，水汽輻合大值區(qū)范圍也隨之?dāng)U大，輻合強(qiáng)度增強(qiáng)。9月6日白天，江蘇東南部的水汽通量散度普遍在-15×10-7到-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1之間。9月7日，隨著降水漸止，江蘇全省水汽通量散度基本轉(zhuǎn)為正值，呈現(xiàn)水汽輻散狀態(tài)。

925hPa水汽通量散度的演變情況與850hPa相似，只是在相同時(shí)段的量級(jí)上更大一點(diǎn)。從低層水汽通量散度整個(gè)演變過(guò)程來(lái)看，江蘇大部分地區(qū)在降水時(shí)段內(nèi)都處于水汽輻合區(qū)，且東南部水汽輻合更強(qiáng)，說(shuō)明水汽供應(yīng)充足，且水汽得到較好的輻合積聚。進(jìn)一步對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，低層水汽通量輻合的大值區(qū)與此次暴雨的落區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5? 結(jié)語(yǔ)

（1）“玲玲”屬于近海北上型臺(tái)風(fēng)，主要給江蘇東南部地區(qū)造成暴雨、大暴雨天氣。

（2）此次大暴雨過(guò)程是西風(fēng)槽和臺(tái)風(fēng)共同作用下形成的，高空槽引導(dǎo)的冷空氣與臺(tái)風(fēng)外圍暖濕氣流結(jié)合，易造成強(qiáng)降水。9月5日的降水主要是冷暖氣流交匯形成的系統(tǒng)性對(duì)流降水以及臺(tái)風(fēng)外圍激發(fā)的對(duì)流活動(dòng)。9月6日，臺(tái)風(fēng)本體降水開(kāi)始影響江蘇。

（3）水汽條件分析表明，臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流供應(yīng)了此次降水的水汽來(lái)源，水汽通量和水汽通量散度的差異是強(qiáng)降水落區(qū)差異的關(guān)鍵。江蘇東南部的水汽輸送和水汽輻合強(qiáng)度較強(qiáng)，這與暴雨落區(qū)對(duì)應(yīng)較好。

本文重點(diǎn)分析了水汽條件在本次臺(tái)風(fēng)暴雨中的作用，但關(guān)于其他物理量的診斷分析，未做深入討論，這有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

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