臺風(fēng)“巴威”外圍致山東半島西部強(qiáng)降水過程的中尺度特征及環(huán)境條件

高榮珍，馬艷

(1.山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250031；2.青島市氣象災(zāi)害防御工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266003；3.青島市氣象臺，山東 青島 266003)

引言

臺風(fēng)是影響山東的重要災(zāi)害性天氣系統(tǒng)之一，暴雨級以上強(qiáng)降水是其致災(zāi)的主要原因之一[1-6]。由于地理位置偏北，山東每年受臺風(fēng)影響數(shù)目較少，平均每年有兩個臺風(fēng)影響，不同路徑的臺風(fēng)對山東造成的降水影響是不同的[7]。其中，近海北上類臺風(fēng)指在125°E以西沿海地區(qū)北上，至30°N以北向東北方向移動，登陸遼東半島或朝鮮半島的臺風(fēng)。以往統(tǒng)計(jì)結(jié)果[7-9]表明，這類臺風(fēng)在山東造成的降水及降水強(qiáng)度一般較弱，暴雨級以上強(qiáng)降水多發(fā)生在臺風(fēng)中心路徑左側(cè)兩經(jīng)度范圍內(nèi)，即多在山東半島東部的煙臺、威海產(chǎn)生強(qiáng)降水，而距臺風(fēng)中心較遠(yuǎn)地區(qū)的降水量則呈階梯型遞減。曹曉崗等[10]在研究近海北上臺風(fēng)時也指出，當(dāng)臺風(fēng)中心距陸地超過300 km以上時，對華東沿海地區(qū)風(fēng)雨影響較小。2020年8號(2008號)臺風(fēng)“巴威”即近海北上類臺風(fēng)，其中心經(jīng)過30°N后基本沿124.5°E北上，受其外圍影響，山東半島西部地區(qū)產(chǎn)生的降水量和降水強(qiáng)度顯著偏強(qiáng)。此次強(qiáng)降水以對流性降水為主，造成強(qiáng)降水的中尺度對流系統(tǒng)活動特征如何呢？因此，有必要對這次過程進(jìn)行總結(jié)，為近海北上臺風(fēng)外圍暴雨預(yù)報積累經(jīng)驗(yàn)，以提高預(yù)報此類致災(zāi)暴雨天氣的能力。

1 資料說明

本文所用資料包括自動氣象站觀測資料、雷達(dá)資料和再分析格點(diǎn)資料。其中，自動氣象站觀測包括山東省國家級氣象觀測站和加密自動氣象觀測站逐小時觀測，主要用于降水量和風(fēng)、溫、壓變化分析。雷達(dá)產(chǎn)品除青島站雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品外，還包括中國氣象局“天衍”網(wǎng)(http://10.1.64.154/radar3/main)提供的多部雷達(dá)組合反射率因子拼圖，拼圖中疊加了風(fēng)廓線雷達(dá)以及天氣雷達(dá)反演的850 hPa風(fēng)場。再分析格點(diǎn)資料為歐洲中期天氣預(yù)報中心再分析資料第5版(ERA5)，用于天氣形勢及物理量診斷分析，空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率為逐小時。

2 臺風(fēng)路徑、降水概況及環(huán)流背景

2.1 臺風(fēng)路徑

如圖1a所示，2008號臺風(fēng)“巴威”于2020年8月21日20時(北京時間，下同)在臺灣南部偏東280 km左右的西太平洋洋面生成，8月25日20時北上至東海(中心經(jīng)緯度為125.2°E，30.6°N)，達(dá)到強(qiáng)臺風(fēng)級；26日08時進(jìn)入黃海南部(中心經(jīng)緯度為124.5°E，32.4°N)后沿124.5°E北上；26日20時進(jìn)入黃海中部(中心經(jīng)緯度為124.4°E，35.0°N)，距離青島站仍有380 km；27日上午在朝鮮北部沿海以臺風(fēng)強(qiáng)度登陸。25日夜間至26日白天，臺風(fēng)始終為強(qiáng)臺風(fēng)級，受其外圍影響，山東半島西部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水。

2.2 降水概況

由圖1b可見，8月25日20時—26日20時山東省中東部地區(qū)均出現(xiàn)降水，降水范圍較大，暴雨及其以上強(qiáng)降水落區(qū)呈東北—西南向帶狀分布，水平寬度50～100 km，長度300 km左右，具有典型的β中尺度特征。煙臺北部、青島中北部、濰坊東部到日照西部，降水量達(dá)到暴雨或大暴雨級別，其中國家級氣象觀測站中即墨降水量最大達(dá)178 mm；加密自動氣象觀測站中4站降水量達(dá)到250 mm以上，出現(xiàn)在青島的即墨和平度境內(nèi)，其中即墨南泉降水量最大達(dá)352 mm。降水空間分布不均勻。

圖1 2008號臺風(fēng)“巴威”移動路徑以及主要站點(diǎn)位置(a；“+”代表站點(diǎn)位置，自上而下分別為龍口、平度、高密、即墨南泉、諸城和五蓮)和臺風(fēng)“巴威”外圍影響期間山東省中東部地區(qū)24 h(8月25日20時—26日20時)累計(jì)降水量(單位：mm)分布(b)Fig.1 Track of Typhoon Bavi (2008) and the location of main stations (a; “+” denote the location of stations, which are Longkou, Pingdu, Gaomi, Nanquan, Zhucheng and Wulian from top to bottom respectively), and distribution of accumulated precipitation (units: mm) in 24 hours (from 20:00 BST 25 to 20:00 BST 26 August) in the central and eastern Shandong province during the influence of Typhoon Bavi (b)

降水可分為兩個階段。第一階段為26日08時前，降水主要集中在魯東南、濰坊東部到煙臺北部，由龍口、高密、五蓮逐時降水量可見，該階段降水持續(xù)時間較短為1～2 h，除龍口外降水量總體較小；第二階段為26日08時后，降水持續(xù)時間多達(dá)6 h以上，降水強(qiáng)度增大，由平度和即墨南泉降水量演變可見，此階段青島地區(qū)降水明顯增強(qiáng)(圖2a)。此次降水過程中多站出現(xiàn)1～3 h短時強(qiáng)降水，92%以上統(tǒng)計(jì)站點(diǎn)最大雨強(qiáng)達(dá)20～50 mm·h-1(圖2b)，其中即墨南泉雨強(qiáng)最大為130 mm·h-1，出現(xiàn)在26日11時，且10時、11時連續(xù)兩小時雨強(qiáng)在100 mm·h-1以上，具有較大極端性。

圖2 8月26日02時—26日20時龍口、平度、高密、五蓮、即墨南泉逐時降水量(單位：mm)演變(a)和最大雨強(qiáng)(單位：mm·h-1)空間分布(b)Fig.2 Hourly precipitation (units: mm) evolution of Longkou, Pingdu, Gaomi, Wulian, and Nanquan in Jimo from 02:00 to 20:00 BST 26 August (a) and the spatial distribution of maximum hourly precipitation intensity (b; units: mm·h-1)

2.3 環(huán)流背景

如圖3a所示，8月25日20時，200 hPa高空西南急流位于40°N以北，山東中東部地區(qū)處于高空急流入口區(qū)右側(cè)，存在輻散[11]。500 hPa中緯度110°E附近存在經(jīng)向度較大的低槽，溫度槽略落后于高度槽，有利于冷空氣向南擴(kuò)散；副熱帶高壓呈塊狀，其西界位于130°E，北界位于40°N以北(圖3b)。此時，臺風(fēng)“巴威”仍位于東海，其外圍偏東風(fēng)開始影響山東中東部地區(qū)(圖3c)，臺風(fēng)處于500 hPa低槽和副熱帶高壓之間，兩者共同為其創(chuàng)造了“北上”條件。圖3d—f分別給出了8月26日02時700 hPa、850 hPa及925 hPa風(fēng)場和溫度場。由各層風(fēng)場可見，山東中西部地區(qū)到渤海為東北風(fēng)，半島地區(qū)為東到東南風(fēng)，在山東到渤海形成一條東北—西南向切變線。該切變線比較深厚，自975 hPa一直伸展到600 hPa(圖略)，隨高度向西北傾斜，具有明顯的斜壓特征。由各層溫度場可見，切變線附近冷暖空氣交匯明顯，溫差為2 ℃左右。26日08時850 hPa切變線位置及強(qiáng)度變化不大，26日14時，隨著臺風(fēng)北上，臺風(fēng)外圍偏東風(fēng)明顯加強(qiáng)，山東半島南部海上偏東風(fēng)達(dá)到急流強(qiáng)度，為12～20 m·s-1(圖略)。中低層輻合、高層輻散為此次對流性強(qiáng)降水提供了有利的天氣形勢，強(qiáng)降水與850 hPa切變線位置吻合。

圖3 2020年8月25日20時200 hPa風(fēng)場(風(fēng)矢)及高度場(等值線，單位：dagpm)(a；陰影區(qū)為高空急流區(qū))、500 hPa風(fēng)場(風(fēng)矢)及高度場(黑色等值線，單位：dagpm)和溫度場(紅色虛線，單位：℃)(b)、海平面氣壓場(c；等值線，單位：hPa)和8月26日02時700 hPa(d)、850 hPa(e)、925 hPa(f)風(fēng)場(風(fēng)矢)及溫度場(色階，單位：℃)(各分圖中紅點(diǎn)所示區(qū)域?yàn)楸┯曷鋮^(qū))Fig.3 Wind field (wind barb) and geopotential height (isoline, units: dagpm) at 200 hPa (a; shaded area indicates upper-level jet stream), wind field (wind barb) and geopotential height (black isoline, units: dagpm) and temperature (red dashed line, units: ℃) at 500 hPa (b), and sea level pressure (c; units: hPa) at 20:00 BST 25 August 2020, wind fields (wind barb) and temperature (color scale, units: ℃) at 700 hPa (d), 850 hPa (e), 925 hPa (f) at 02:00 BST 26 August (the red dots in each sub-picture represent the rainstorm area)

3 雷達(dá)回波特征

使用青島雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品以及“天衍”網(wǎng)提供的雷達(dá)組合反射率因子拼圖產(chǎn)品對此次強(qiáng)降水過程的中尺度特征進(jìn)行分析，其中后者疊加了850 hPa風(fēng)場(來源于風(fēng)廓線雷達(dá)觀測和雙偏振雷達(dá)反演)。

25日23時，魯東南及青島近海先出現(xiàn)弱回波，隨后向西北方向移動(圖略)。26日02時(圖4a)，在850 hPa切變線上多個對流單體形成線形回波，第一階段降水開始?；夭ɡ^續(xù)發(fā)展西移，26日04時(圖4b)，多個強(qiáng)度大于50 dBZ的強(qiáng)回波單體形成有組織的線形回波帶，寬度達(dá)50～100 km，長度300 km以上，最強(qiáng)反射率因子達(dá)到55 dBZ，煙臺北部、濰坊東部、日照、臨沂境內(nèi)均出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，降水強(qiáng)度多為20～40 mm·h-1。26日06時(圖4c)，回波帶南段強(qiáng)度有所減弱，北段則明顯加強(qiáng)，此時線形回波帶發(fā)展得最為完整，達(dá)到成熟階段。由疊加的風(fēng)場可見，這條線形回波帶與850 hPa切變線位置吻合，以平均25 km·h-1左右的速度向西北移動，移向與回波帶長軸方向接近垂直，高反射率因子梯度區(qū)位于線形回波帶后側(cè)，即位于暖濕氣流一側(cè)，高反射率因子梯度的形成是由于降水物的尺寸篩選造成的，最大的粒子落在上升氣流核附近，更小的粒子落在上升速度核下游更遠(yuǎn)處[12]。與此同時，該線形回波帶后側(cè)偏東風(fēng)氣流中有弱回波新生。07—08時(圖4d、e)，該新生回波在發(fā)展西移過程中與青島即墨境內(nèi)的小弓形回波合并形成第二條線形回波帶，最強(qiáng)反射率因子仍為55 dBZ。26日08—10時，第一條回波帶移到濰坊以西減弱，第二條回波帶移到青島以西地區(qū)后，回波帶增寬(圖4e、f)。

圖4 “天衍”組合反射率因子(色階，單位：dBZ)及850 hPa風(fēng)場(藍(lán)色風(fēng)矢：風(fēng)廓線雷達(dá)觀測，紅色風(fēng)矢：雙偏振雷達(dá)反演)(a. 26日02時，b. 26日04時，c. 26日06時，d. 26日07時，e. 26日08時，f. 26日10時，g. 26日11時，h. 26日12時；a中黑色虛線圈表示多個對流單體，c、e中黑色虛線圈表示新生單體，d、f中黑色虛線圈分別表示c、e中新生單體發(fā)展合并后的形態(tài))Fig.4 The composite reflectivity factor (color scale, units: dBZ) from TIANYAN and wind fields (blue wind barb: observed by wind profiler radar, red wind barb: retrieved by radar) at different time (a. 02:00, b. 04:00, c. 06:00, d. 07:00, e. 08:00, f. 10:00, g. 11:00, h. 12:00; black dotted circles in a represent multiple convective cells, black dotted circles in c and e represent new cells, black dotted circles in d and f represent the merged cells in c and e respectively) on 26 August

上述兩條回波帶由形態(tài)、移速看基本符合臺前颮線標(biāo)準(zhǔn)[13]，但強(qiáng)回波過境后氣象要素的變化程度不及臺前颮線過境般劇烈[13-16]。06—08時，第一條線形回波帶過境時，煙臺北部以及萊州灣附近氣象要素變化趨勢基本表現(xiàn)為臺前颮線過境時出現(xiàn)的風(fēng)速增大、溫度下降、氣壓上升等變化(表1)，但國家級氣象觀測站陣風(fēng)均未達(dá)到8級，加密自動氣象觀測站僅1站出現(xiàn)8級陣風(fēng)。第二條回波帶經(jīng)過青島北部時，平度、萊西附近要素變化具有相似的特征(表1)。

表1 線形回波帶過境前后各站氣象要素變化Table 1 Changes of meteorological factors at each station before and after the transit of linear echo belt

圖4e、f中顯示在第二條回波帶后側(cè)偏東風(fēng)氣流中，多個強(qiáng)對流單體在青島境內(nèi)新生、發(fā)展、合并，其中圖4f右側(cè)虛線圈為即墨境內(nèi)回波，呈弓形，回波最強(qiáng)時達(dá)60～65 dBZ，回波頂高為14 km(圖略)。由于“列車效應(yīng)”，強(qiáng)回波持續(xù)時間長達(dá)2～3 h(圖4g、h)，導(dǎo)致青島境內(nèi)28站出現(xiàn)大暴雨，其中即墨、平度境內(nèi)4站出現(xiàn)特大暴雨，即墨南泉最大雨強(qiáng)為135 mm·h-1。第二階段降水回波與第一階段顯著不同，第一階段回波為線形，回波的形成、發(fā)展及移動和850 hPa切變線密切相關(guān)，第二階段回波多在偏東風(fēng)氣流中新生，強(qiáng)回波對青島中北部影響最大。這主要是因?yàn)榍鄭u處于低空偏東風(fēng)急流核前部，存在不同尺度的風(fēng)速輻合。以即墨境內(nèi)徑向速度回波為例，26日09:21(圖5a)，即墨南泉強(qiáng)降水出現(xiàn)前20 min，2.4°仰角(高度2.2 km)出現(xiàn)明顯的輻合，最大入流為-10.5 m·s-1，與周圍的速度場構(gòu)成γ中尺度的輻合，逆風(fēng)區(qū)是短時暴雨預(yù)報的一個指標(biāo)[17]。10:12(圖5b)，1.5°仰角(高度1.5 km)存在明顯的γ中尺度風(fēng)速輻合，最大入流為-16.5 m·s-1。另外，在即墨南泉出現(xiàn)強(qiáng)降水時，差分相移率(KDP)以及差分反射率因子(ZDR)，各仰角數(shù)值均明顯大于其他區(qū)域，如0.5°仰角KDP最大值達(dá)到4.1 (°)·km-1(圖5c)，表明該區(qū)域液態(tài)水含量明顯高于其他地區(qū)，且降水基本以大雨滴為主，是導(dǎo)致雨強(qiáng)顯著偏大的原因之一[18]。

圖5 青島站雙偏振雷達(dá)徑向速度(a. 09：21仰角2.4°，b. 10：12仰角1.5°；色階，單位：m·s-1)和KDP (c. 10：18仰角0.5°；色階，單位：(°)·km-1)(圖中所圈之處為即墨南泉附近)Fig.5 Radial velocity (a. 09:21 with 2.4° elevation, b. 10:12 with 1.5° elevation; color scale, units: m·s-1) and KDP (c. 10:18 with 0.5° elevation; units: (°)·km-1) from Qingdao dual-polarization radar (the circled area denotes Nanquan station in Jimo)

上述分析表明，在中尺度輻合區(qū)域，不斷有新對流單體生成和發(fā)展合并，形成組織性較強(qiáng)的線狀回波帶或塊狀回波，回波生成后基本向西北移動，回波后向傳播導(dǎo)致山東半島西部到魯東南地區(qū)出現(xiàn)暴雨、大暴雨。

4 中尺度對流發(fā)展的環(huán)境條件

4.1 動力與水汽條件

26日02時，第一階段主要降水開始，850 hPa切變線上從煙臺北部到魯東南存在帶狀上升運(yùn)動和水汽通量輻合，其中在煙臺北部存在垂直上升運(yùn)動以及水汽通量輻合中心，后者量值為-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1(圖6a)。選取中心附近37.5°N做垂直剖面，如圖6b所示，121°E附近垂直上升運(yùn)動自地面一直伸展至200 hPa以上，500～400 hPa上升運(yùn)動最強(qiáng)為-15×10-3hPa·s-1，700 hPa次中心強(qiáng)度為-12×10-3hPa·s-1。水汽通量輻合最強(qiáng)區(qū)域也位于121°E附近，輻合主要集中在975～700 hPa，其中900～850 hPa最強(qiáng)，量值為-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1(圖6b)，這與孫興池等[3]研究登陸北上山東臺風(fēng)暴雨的水汽通量輻合量值相當(dāng)。煙臺北部地區(qū)強(qiáng)降水出現(xiàn)在26日05—07時，可見，強(qiáng)降水區(qū)垂直上升運(yùn)動深厚，低層強(qiáng)水汽通量輻合具有一定厚度，為中小尺度系統(tǒng)提供了非常好的動力抬升和水汽條件。

圖6 850 hPa風(fēng)場(風(fēng)矢)、垂直速度(等值線，單位：10-3 hPa·s-1)、水汽通量散度(色階區(qū)為水汽通量散度<0，單位：10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1)水平分布(a. 26日02時，c. 26日10時)及后兩者垂直分布(b. 26日02時沿37.5°N剖面，d. 26日10時沿36.5°N剖面；圖中橫坐標(biāo)軸紅線標(biāo)注位置即所在緯度暴雨區(qū)位置)Fig.6 Wind fields (wind barb), vertical velocity (isoline, units: 10-3 hPa·s-1), water vapor flux divergence (color scale denotes water vapor flux divergence less than 0, units: 10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1) at 850 hPa (a. 02:00, c. 10:00) and the vertical cross section of vertical velocity and water vapor flux divergence at different time (b. along 37.5°N at 02:00, d. along 36.5°N at 10:00; the red line on the horizontal axis is the latitude of the rainstorm area) on 26 August

第二階段降水期間垂直上升運(yùn)動和水汽通量輻合較第一階段略有不同。26日10時，850 hPa垂直上升運(yùn)動、水汽通量輻合范圍擴(kuò)大，不再局限于切變線附近，海上偏東風(fēng)急流核的存在使得青島及其以東地區(qū)因風(fēng)速輻合而出現(xiàn)上升運(yùn)動和水汽通量輻合，-6×10-3hPa·s-1的垂直上升區(qū)域位于青島中北部地區(qū)(圖6c)。選取36.5°N做垂直剖面，高密、諸城以東地區(qū)上升運(yùn)動自近地面層伸展到300 hPa附近，水汽通量輻合自近地面到850 hPa，其中最強(qiáng)上升和水汽輻合區(qū)位于120.4°E附近，與該階段強(qiáng)降水區(qū)吻合，輻合中心位于925 hPa，量值為-8×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。第二階段強(qiáng)降水區(qū)(青島地區(qū))垂直上升運(yùn)動、水汽通量輻合略弱于第一階段強(qiáng)降水區(qū)(煙臺北部)，但青島地區(qū)的降水強(qiáng)度和降水量明顯強(qiáng)于后者?？赡艿脑蚴牵S著臺風(fēng)北上，偏東風(fēng)氣流明顯增強(qiáng)，不斷向青島地區(qū)輸送高濕高能，使得降水效率高且降水持續(xù)時間長；而煙臺北部地區(qū)強(qiáng)降水與切變線密切相關(guān)，當(dāng)煙臺北部由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為北風(fēng)后降水減弱(圖4f)，降水持續(xù)時間較短。由圖6d還可見，沿36.5°N，119°E以西地區(qū)水汽通量輻合和垂直上升運(yùn)動均強(qiáng)于以東地區(qū)，但因上升運(yùn)動中心及水汽輻合中心所在層次均較119.5°E以東地區(qū)偏高，降水明顯偏弱，這表明垂直上升運(yùn)動及水汽通量輻合層次越低越有利于出現(xiàn)強(qiáng)降水。水汽的輻合主要由低層水汽通量輻合造成，尤其是850 hPa以下的邊界層中占很大比例[19]，而垂直上升運(yùn)動中心越低，越有利于將低層輻合的水汽向上輸送；另一方面，水汽通量輻合越低，低層濕度越大，降水粒子下落過程中蒸發(fā)越小。

4.2 熱力和不穩(wěn)定條件

青島站t-lnp圖(圖略)顯示，25日20時，對流有效位能為524.3 J·kg-1，自由對流高度較高為798.7 hPa，0 ℃層高度為5 259 m，0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?2 m·s-1；26日08時對流有效位能為870.9 J·kg-1，自由對流高度降低為965.7 hPa，0 ℃層高度為5 048 m，0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?6 m·s-1。上述參量表明，此次青島地區(qū)強(qiáng)降水是在中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變條件下產(chǎn)生的，26日白天不穩(wěn)定能量較25日夜間增強(qiáng)，且自由對流高度明顯降低，為青島地區(qū)短時強(qiáng)降水提供了有利條件[12]。

假相當(dāng)位溫(θse)表示大氣溫度、濕度和氣壓的綜合分布特征，其垂直分布可反映大氣穩(wěn)定度，且θse高值中心或高值舌區(qū)有利于強(qiáng)對流的發(fā)生[20-21]。第一階段降水時，26日02時(圖7a)，850 hPaθse密集帶位于萊州灣及煙臺北部到魯西南，呈東北—西南向，θse舌區(qū)量值達(dá)到352 K，位于切變線右側(cè)東南風(fēng)一側(cè)，東西方向150 km左右θse溫差為28 K(圖略)，表明有較強(qiáng)鋒生[22]。沿37.5°N，萊州灣(119.5°E)以西有深厚的冷氣團(tuán)，以東北風(fēng)為主，而煙臺北部(120.5°E以東)為暖氣團(tuán)，以偏南風(fēng)為主，鋒區(qū)隨高度明顯向西傾斜，即暖濕空氣在冷墊上爬升產(chǎn)生降水。煙臺北部850 hPaθse為352 K，比濕大于17 g·kg-1(圖略)，在暖濕空氣上方，600～500 hPa為θse340 K低值區(qū)。800～600 hPaθse隨高度下降，表現(xiàn)為上冷、下暖濕的狀態(tài)，大氣具有對流不穩(wěn)定。同時，該地區(qū)大尺度垂直上升運(yùn)動較強(qiáng)且上升層次深厚，有利于觸發(fā)對流，將低層的水汽和熱量向上輸送，產(chǎn)生強(qiáng)降水。可見，此階段強(qiáng)降水位于θse鋒區(qū)靠暖舌一側(cè)。26日10時(圖7b)，850 hPaθse密集帶位于119°E以西(圖略)，沿36.5°N，暴雨區(qū)基本以暖氣團(tuán)為主，盛行東到東南風(fēng)，天氣尺度垂直上升運(yùn)動強(qiáng)度雖不及位于鋒區(qū)附近的煙臺北部，但由θse垂直梯度來看，青島地區(qū)(120°E)對流不穩(wěn)定明顯強(qiáng)于煙臺北部地區(qū)，且對流不穩(wěn)定層次(850～775 hPa)更低，更易觸發(fā)對流，加之不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，所以26日白天青島中北部地區(qū)降水更加強(qiáng)烈。第二階段強(qiáng)降水區(qū)位于850 hPaθse暖舌一側(cè)，且該區(qū)域θse隨高度下降顯著。

圖7 θse(黑色實(shí)線，單位：K)、風(fēng)場(風(fēng)矢)以及垂直速度(綠色虛線為垂直速度<0，單位：10-3 hPa·s-1)剖面(a. 2020年8月26日02時沿37.5°N剖面，b. 2020年8月26日10時沿36.5°N剖面；圖中橫坐標(biāo)軸紅線標(biāo)注位置即所在緯度暴雨區(qū)位置)Fig.7 Vertical cross section of θse (black solid contours, units: K), wind fields (wind barb) and vertical velocity (green dotted contours indicate vertical velocity less than 0, units: 10-3 hPa·s-1) (a. along 37.5°N at 02:00, b. along 36.5°N at 10:00) on 26 August (the red line on the horizontal axis is the latitude of the rainstorm area)

4.3 冷空氣活動

此次強(qiáng)降水是弱冷空氣經(jīng)渤海到達(dá)山東與來自臺風(fēng)“巴威”外圍暖濕氣流交匯相互作用的結(jié)果(圖3d—f)。降水過程中始終有冷空氣的參與，一方面干冷空氣與暖濕氣流交匯在山東境內(nèi)導(dǎo)致鋒生，伴隨鋒生出現(xiàn)的次級環(huán)流上升支可以促進(jìn)垂直上升運(yùn)動[23]；另一方面，冷暖空氣的對峙形成與地面基本垂直的陡立θse鋒區(qū)，進(jìn)一步加強(qiáng)了低層輻合和上升運(yùn)動[24]，使降水增強(qiáng)。另外，冷空氣活動促使大氣處于不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)。由25日08時—26日08時24 h變溫(圖8a)來看，36.5°N強(qiáng)降水區(qū)(119.5°～120.5°E)冷空氣活動主要位于850 hPa以上，負(fù)變溫中心在600 hPa附近，降溫幅度為3 ℃左右；850 hPa以下為正變溫，促使強(qiáng)降水區(qū)大氣處于不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)。強(qiáng)降水區(qū)域(119.5°～120.5°E，36°～37°N)平均的600 hPa溫度演變(圖8b)表明，冷空氣呈階段性活動，25日23時—26日05時氣溫從4.6 ℃降至2.8 ℃，對應(yīng)第一階段降水；此后有1～2 h反彈，26日07—11時氣溫再次降低，對應(yīng)第二階段降水。兩次降溫幅度為1～2 ℃，可見，弱冷空氣活動對激發(fā)強(qiáng)對流天氣起到了一定作用。

圖8 24 h(25日08時—26日08時)變溫(色階，單位：℃)沿36.5°N剖面(a；圖中橫坐標(biāo)軸紅線標(biāo)注位置即所在緯度暴雨區(qū)位置)和強(qiáng)降水區(qū)域(119.5°～120.5°E，36°～37°N)平均的600 hPa氣溫演變(b；單位：℃)Fig.8 Vertical cross section of temperature change (color scale, units: ℃) in 24 h (from 08:00 BST 25 to 08:00 BST 26 August) along 36.5°N (a; the red line on the horizontal axis is the latitude of the rainstorm area) and the evolution of regional average temperature at 600 hPa (b; units: ℃) in the heavy precipitation area (119.5°-120.5°E, 36°-37°N)

5 結(jié)論

本文對2008號臺風(fēng)“巴威”外圍影響期間山東半島西部強(qiáng)降水過程進(jìn)行了分析，對中緯度地區(qū)臺風(fēng)外圍線形回波帶的形成及所需環(huán)境條件有了初步認(rèn)識。主要結(jié)論如下：

1)臺風(fēng)“巴威”在黃海北上過程中，強(qiáng)度始終為強(qiáng)臺風(fēng)級，其外圍暖濕氣流與冷空氣在山東半島西部地區(qū)交匯，在對流層中低層形成一條東北—西南向深厚的切變線，高層處于高空急流入口區(qū)右側(cè)，低層輻合、高層輻散有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。暴雨及其以上強(qiáng)降水主要位于850 hPa切變線附近及其右側(cè)偏東風(fēng)一側(cè)，呈帶狀分布，水平寬度50～100 km，長度300 km左右，具有典型的β中尺度特征。

2)雷達(dá)回波顯示，在中小尺度輻合區(qū)域，不斷有新對流單體生成、發(fā)展和合并。第一階段降水期間先后形成兩條有組織的線形回波帶，其形成、發(fā)展、移動與850 hPa切變線密切相關(guān)，第二階段降水期間回波多在偏東風(fēng)氣流中新生，以團(tuán)塊狀為主，強(qiáng)度較強(qiáng)，即墨局地組合反射率因子最強(qiáng)時達(dá)到65 dBZ，且具有較大的KDP值和ZDR值，表明液態(tài)水含量增加，降水以大雨滴為主，是導(dǎo)致雨強(qiáng)明顯增大的原因之一。降水期間雷達(dá)回波的后向傳播導(dǎo)致山東半島西部地區(qū)出現(xiàn)暴雨、大暴雨和較強(qiáng)短時強(qiáng)降水。

3)切變線附近垂直上升運(yùn)動深厚，850 hPa以下水汽通量輻合較強(qiáng)，為中小尺度系統(tǒng)活動提供了低層動力抬升條件和充沛的水汽；850 hPaθse在切變線及偏東風(fēng)一側(cè)存在暖舌，中心強(qiáng)度為352 K，對流層中低層存在較強(qiáng)對流不穩(wěn)定，青島對流有效位能為870.9 J·kg-1，0～6 km存在中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變，為中小尺度發(fā)生、發(fā)展和維持提供了能量條件。另外，對流層中高層有弱冷空氣活動，降溫幅度1～2 ℃，對激發(fā)強(qiáng)對流天氣也起到了一定作用。

4)850 hPa及其以下水汽通量輻合值≤-8×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1的區(qū)域與暴雨落區(qū)基本吻合，垂直上升運(yùn)動中心和水汽通量輻合中心越低越有利于出現(xiàn)強(qiáng)降水。