臺(tái)風(fēng)“利奇馬”引發(fā)東北地區(qū)大暴雨過(guò)程的異常環(huán)流分析

胥珈珈零 磊程 琳張 健

（1.白山市氣象局，吉林白山 134300；2.長(zhǎng)白山氣象局，吉林安圖 133613；3.吉林省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，吉林長(zhǎng)春 130062）

1 引言

吉林省幾乎每年都受北上臺(tái)風(fēng)影響，往往會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)降水或大風(fēng)，這類臺(tái)風(fēng)暴雨通常出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)與中高緯度系統(tǒng)相互作用過(guò)程中[1-2]。在此過(guò)程中若有低空急流將水汽輸送至中緯度槽前，有利于熱帶氣旋的維持和大范圍強(qiáng)降水的產(chǎn)生。熱帶氣旋與西風(fēng)槽的相互作用也可獲得斜壓能量變性加強(qiáng)，增加降水強(qiáng)度。慕秀香等[3]對(duì)臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”和臺(tái)風(fēng)“玲玲”進(jìn)行對(duì)比分析，得出副熱帶高壓的強(qiáng)度和形狀變化以及冷空氣入侵，對(duì)臺(tái)風(fēng)北上過(guò)程中的路徑和強(qiáng)度變化有重要影響。陳長(zhǎng)勝等[4]根據(jù)臺(tái)風(fēng)“獅子山”活動(dòng)特點(diǎn)將其移動(dòng)路徑分為4個(gè)階段，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入到熱帶和副熱帶地區(qū)，當(dāng)環(huán)境引導(dǎo)氣流較弱時(shí)，臺(tái)風(fēng)自身的非對(duì)稱性和洋面溫度決定著臺(tái)風(fēng)活動(dòng)；而當(dāng)臺(tái)風(fēng)與副熱帶高壓之間相互作用之后，副熱帶高壓西側(cè)的引導(dǎo)氣流對(duì)臺(tái)風(fēng)的活動(dòng)起著主導(dǎo)作用；進(jìn)入中高緯度以后臺(tái)風(fēng)與阻塞高壓之間的相互作用，臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)帶冷渦的相互作用，以及高空急流的作用成為影響臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的關(guān)鍵所在。云天等[5]分析了1509號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”，得出減弱形成的熱帶低壓為暴雨過(guò)程提供豐沛的水汽，濕度、渦度和垂直運(yùn)動(dòng)的位置和能量鋒區(qū)一致，強(qiáng)降水出現(xiàn)在能量鋒區(qū)上。

2019年8月10—15日，隨著9號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”北上，與西風(fēng)槽共同影響，東北地區(qū)出現(xiàn)了2次罕見(jiàn)大暴雨天氣。降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)程降水量大，造成了山洪、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害以及城市內(nèi)澇、低洼農(nóng)田積水等次生災(zāi)害。本文利用地面觀測(cè)資料、NCEP再分析資料，診斷分析了這次異常暴雨降水成因，定量分析了2次暴雨過(guò)程中環(huán)流異常、風(fēng)速異常與水汽、熱力異情常況，對(duì)臺(tái)風(fēng)在大暴雨中的作用進(jìn)行了分析,希望對(duì)臺(tái)風(fēng)北上暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

2 資料與方法

2.1 資料說(shuō)明

本文的資料為地面自動(dòng)站觀測(cè)資料、NCEP分辨率1°×1°再分析資料。

2.2 研究方法

利用耿貝爾分布、皮爾遜Ⅲ型分布、對(duì)數(shù)分布3種分布函數(shù)計(jì)算大連站和旅順口站08—08時(shí)的日降水量重現(xiàn)期值，計(jì)算兩站在本次過(guò)程中日最大降水量所對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期。對(duì)2次過(guò)程中的500hPa高度場(chǎng)、850hPa風(fēng)場(chǎng)、比濕、水汽通量散度的距平與歷年標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行對(duì)比，對(duì)2次過(guò)程中的環(huán)流和水汽異常進(jìn)行定量分析。利用ncl對(duì)1 000—300hPa進(jìn)行整層水汽積分，并利用hysplit軌跡追蹤對(duì)水汽來(lái)源進(jìn)行分析。

3 降水實(shí)況特點(diǎn)

2019年8月10日20時(shí)—15日20時(shí)，遼寧省平均降水量達(dá)126.5mm（圖1a），其中沈陽(yáng)、大連、撫順、鐵嶺、葫蘆島的局部地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)250.0～358.8mm，最大降水量出現(xiàn)在大連高新技術(shù)園區(qū)黃泥川村。吉林省平均降水量78.0mm（圖1b），其中長(zhǎng)春、吉林、延邊、四平50～100mm，通化、遼源100～250mm，最大降水量251.7mm，出現(xiàn)在遼源市東遼縣農(nóng)機(jī)加油站。

圖1 2019年8月10日20時(shí)—15日20時(shí)遼寧省（a）、吉林?。╞）過(guò)程降水量（單位：mm）

本次強(qiáng)降水主要分為3個(gè)階段。第一階段為11—12日，強(qiáng)降水區(qū)主要位于遼寧?。坏诙A段為13—14日，強(qiáng)降水區(qū)主要位于遼寧省與吉林省中部，其中吉林省松原寧江區(qū)14日02時(shí)1h降水量達(dá)70.1mm，3h降水量超過(guò)170mm；第三階段為15日，強(qiáng)降水區(qū)主要位于吉林省東部。

本次過(guò)程日降水量在遼寧省和吉林省均屬罕見(jiàn)，用耿貝爾分布、皮爾遜Ⅲ型分布、對(duì)數(shù)分布3種分布計(jì)算大連站和旅順站（大連站1951—2019年，旅順口站1958—2019年）的08—08時(shí)日降水量重現(xiàn)期值，得出2次過(guò)程的最大日降水量，即8月11日大連182.2mm和旅順口201.5mm，均達(dá)到歷史第二位。耿貝爾分布和皮爾遜分布結(jié)果表明2個(gè)站的單日降水均超過(guò)了本地50年一遇的水平；對(duì)數(shù)分布則表明超過(guò)了本地100年一遇的水平。

4 環(huán)流和水汽異常

4.1 500hPa環(huán)流異常

選取過(guò)程中2個(gè)時(shí)次的500hPa高度場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化（圖2），可以看出臺(tái)風(fēng)影響地區(qū)的500hPa高度存在明顯負(fù)異常，偏低4個(gè)σ。隨著10號(hào)臺(tái)風(fēng)“羅莎”的北上，副熱帶高壓被迫北抬，14日500hPa副熱帶高壓明顯比歷史偏強(qiáng)偏北，由偏強(qiáng)1個(gè)σ增強(qiáng)為偏強(qiáng)2個(gè)σ。強(qiáng)降水區(qū)位于副熱帶高壓邊緣與西風(fēng)槽前，14日在貝加爾湖附近存在明顯的正異常，偏強(qiáng)3個(gè)σ。說(shuō)明西風(fēng)槽后部存在較強(qiáng)的高壓脊，高壓脊前的西北氣流為本次過(guò)程冷空氣的主要來(lái)源。

圖2 2019年8月11日20時(shí)（a）和14日20時(shí)（b）500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)（單位：σ）

4.2 850hPa風(fēng)速異常

對(duì)兩次過(guò)程的低層風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)果表明：受臺(tái)風(fēng)影響11日副熱帶高壓西北側(cè)有較強(qiáng)的低空急流，低層風(fēng)場(chǎng)存在一條帶狀的大于10σ的正異常帶，且主要異常出現(xiàn)在經(jīng)向風(fēng)速上，徑向風(fēng)速異常在4～6σ，緯向風(fēng)速偏強(qiáng)3～4σ。14日副熱帶高壓西北側(cè)低層風(fēng)場(chǎng)存在西南、東南2條帶狀的大于6σ的正異常帶，經(jīng)向風(fēng)速正異常大于2σ。

4.3 850hPa比濕和水汽通量異常

8月11日和14日850hPa比濕和水汽通量（圖3）表明：低層比濕在8月11日、14日超過(guò)6個(gè)σ。11日比濕正異常主要在渤海灣、山東半島、東海一帶；隨著臺(tái)風(fēng)北上，8月14日比濕正異常大值區(qū)覆蓋了遼東半島和吉林省的大部分地區(qū)。同時(shí)850hPa水汽通量與比濕異常范圍相似，在8月11日超過(guò)5個(gè)σ，8月14日吉林省東部超過(guò)5個(gè)σ，遼寧省和吉林省中部的水汽通量異常在2～4個(gè)σ。

圖3 2019年8月11日20時(shí)850hPa比濕（a）、14日20時(shí)850hPa比濕（b）、11日20時(shí)850hPa水汽通量（c）、14日20時(shí)850hPa水汽通量（d）標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)（單位：σ）

4.4 850hPa溫度異常

低層850hPa溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化表明（圖4），8月11日遼寧省大部分地區(qū)和吉林省的東南部為正異常，溫度偏高1～2個(gè)σ；吉林省北部為負(fù)異常，溫度偏低2個(gè)σ，呈現(xiàn)北冷南暖的結(jié)構(gòu)。平均溫度場(chǎng)在遼寧省與吉林省為溫度脊，北方溫度槽南下，使得直至14日溫度標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)依然存在較大的梯度。

圖4 2019年8月11日20時(shí)（a）、14日20時(shí)（b）850hPa溫度標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)（單位：σ）

5 水汽、能量的輸送和維持

2019年9號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”于4日在西太平洋海面上生成，向西北方向移動(dòng)；7日晚上加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，向北偏西方向移動(dòng)；10日白天在浙江中北部一帶沿海登陸；11日20時(shí)在山東半島南部再次登陸，繼續(xù)北上到渤海灣；在渤海灣回轉(zhuǎn)滯留并繼續(xù)減弱為溫帶氣旋；13日停止編號(hào)。臺(tái)風(fēng)“利奇馬”在11日對(duì)東北地區(qū)產(chǎn)生暴雨時(shí)已經(jīng)減弱為熱帶風(fēng)暴，影響期間中心海平面氣壓24h升高25hPa。

8月10日20時(shí)—12日20時(shí)，200hPa高空急流北抬，500hPa貝加爾湖以西西風(fēng)槽為疏散結(jié)構(gòu)，發(fā)展加強(qiáng)，受東部阻塞高壓影響西風(fēng)槽移動(dòng)緩慢。10—12日副熱帶高壓北抬，呈東西分布，臺(tái)風(fēng)“利奇馬”沿引導(dǎo)氣流向東北移動(dòng)，但受副熱帶高壓的阻擋在山東半島登陸后移動(dòng)緩慢。受地面摩擦及冷空氣補(bǔ)充，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱且在山東半島—渤海灣一帶回轉(zhuǎn)滯留，臺(tái)風(fēng)北部倒槽環(huán)流長(zhǎng)時(shí)間影響遼寧省與吉林省的中部。西風(fēng)槽與臺(tái)風(fēng)結(jié)合，斜壓位能釋放造成強(qiáng)降水，11—12日為遼寧省臺(tái)風(fēng)暴雨爆發(fā)時(shí)段。13—14日，西風(fēng)槽與臺(tái)風(fēng)外圍之間西南急流建立，西風(fēng)槽繼續(xù)加強(qiáng)東移，冷空氣南下與臺(tái)風(fēng)的暖濕氣流匯合，期間吉林省松原3h降水量超過(guò)170mm。

11日20時(shí)臺(tái)風(fēng)中心附近存在344K的暖中心。14日02時(shí)臺(tái)風(fēng)已不存在暖心結(jié)構(gòu)，低層700hPa以下呈東暖西冷的結(jié)構(gòu)，臺(tái)風(fēng)周圍假相當(dāng)位溫梯度較大。從850hPa假相當(dāng)位溫、比濕與風(fēng)場(chǎng)的疊加圖，以及對(duì)1 000—300hPa降水過(guò)程整層水汽輸送平均場(chǎng)分析，可認(rèn)為臺(tái)風(fēng)是降水的水汽和熱力的主要來(lái)源。臺(tái)風(fēng)少動(dòng)，低層的急流穩(wěn)定維持使得水汽熱量能長(zhǎng)時(shí)間供應(yīng)。強(qiáng)降水區(qū)主要發(fā)生在偏東急流頭部的水汽強(qiáng)輻合區(qū)。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）本次過(guò)程降水量在遼寧省和吉林省均屬罕見(jiàn)，單日降水量大連站182.2mm，旅順口站201.5mm，均達(dá)到本站歷史第二位。耿貝爾分布和皮爾遜分布表明2個(gè)站的單日降水均超過(guò)了本地50年一遇的水平；對(duì)數(shù)分布計(jì)算的結(jié)果則表明超過(guò)了本地100年一遇的水平。

（2）500hPa高度場(chǎng)臺(tái)風(fēng)附近異常偏低4個(gè)σ，副熱帶高壓比歷史偏強(qiáng)1個(gè)σ，北抬后副熱帶高壓比歷史偏強(qiáng)2個(gè)σ。強(qiáng)降水區(qū)位于副熱帶高壓邊緣與西風(fēng)槽前，貝加爾湖附近存在正異常，表明高壓脊較強(qiáng)。副熱帶高壓西北側(cè)有較強(qiáng)的低空急流，低層風(fēng)場(chǎng)存在一條帶狀的大于10σ的正異常帶。低層比濕超過(guò)6個(gè)σ；850hPa水汽通量與比濕異常范圍相似，正異常值超過(guò)5個(gè)σ。

（3）臺(tái)風(fēng)在暴雨中提供充沛的水汽與不穩(wěn)定能量，同時(shí)與西風(fēng)槽結(jié)合釋放大量斜壓位能，長(zhǎng)時(shí)間水汽和能量輸送使得2次過(guò)程中水汽能量異常明顯。因此對(duì)東北地區(qū)臺(tái)風(fēng)北上產(chǎn)生暴雨的預(yù)報(bào)過(guò)程中，臺(tái)風(fēng)路徑及與西風(fēng)槽相互作用的不確定性是預(yù)報(bào)難點(diǎn)。