內(nèi)蒙古赤峰市一次臺(tái)風(fēng)暴雨診斷分析

葛海燕

(赤峰市氣象局，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

1 概述

2018年7月18日20時(shí)，第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“安比”在西北太平洋洋面上生成。2018年7月22日12時(shí)30分，臺(tái)風(fēng)“安比”的中心在上海市崇明島沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有10級(jí)(28 m/s)，中心最低氣壓為982 hPa。成為1949年以來(lái)第3個(gè)直接登陸上海的臺(tái)風(fēng)。隨后，“安比”一路北上經(jīng)上海、江蘇、山東、河北、天津，于24日19時(shí)進(jìn)入內(nèi)蒙古赤峰市，此時(shí)臺(tái)風(fēng)仍維持在熱帶風(fēng)暴級(jí)別，中心風(fēng)力18 m/s。24日23時(shí)“安比”進(jìn)入內(nèi)蒙古通遼境內(nèi)，同時(shí)減弱為熱帶低壓，之后變性為溫帶氣旋并入西風(fēng)帶中，臺(tái)風(fēng)編號(hào)解除。

臺(tái)風(fēng)“安比”在內(nèi)蒙古境內(nèi)只有短短的5 h，而其影響從24日08時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始。臺(tái)風(fēng)“安比”給內(nèi)蒙古赤峰市造成大范圍暴雨天氣，主雨帶呈西南—東北走向，全市有86個(gè)站降水量超過(guò)50 mm，其中16站超過(guò)100 mm，最大降水量達(dá)到了174.1 mm。從逐6小時(shí)降水可以看出，24日08時(shí)—24日14時(shí)，降水主要集中在赤峰市南部地區(qū)，6 h累計(jì)降水量最大達(dá)到了85.5 mm。24日14時(shí)—24日20時(shí)，赤峰市南部降水仍在持續(xù)，但大的降水區(qū)域已經(jīng)移到赤峰市中部到東北部一線，赤峰市西部受西風(fēng)槽影響也出現(xiàn)了降水。而到了24日20時(shí)—25日02時(shí)，強(qiáng)降水主要在赤峰市的東北部地區(qū)，大部地區(qū)降水減弱，以小雨為主。25日02時(shí)以后強(qiáng)降水減弱停止。從出現(xiàn)強(qiáng)降水站點(diǎn)的逐小時(shí)降水量可以看出，南部的降水主要集中在24日白天，北部地區(qū)的降水從24日14時(shí)逐漸開(kāi)始，而且有兩個(gè)降水較強(qiáng)的時(shí)段，第一個(gè)時(shí)段在24日17時(shí)—20時(shí)，第二個(gè)時(shí)段在24日21時(shí)—25日01時(shí)(見(jiàn)圖1)。

圖1 2018年7月24日08時(shí)—25日08時(shí)降水量(a)及強(qiáng)降水站點(diǎn)逐小時(shí)降水量曲線(b)

2 環(huán)流背景分析

23日20時(shí)，西太平洋副熱帶高壓呈經(jīng)向型塊狀分布，其北界位于45°N附近，西界位于120°E附近，在副高的東側(cè)有深厚的冷渦存在，這種形勢(shì)有利于副高的穩(wěn)定維持，位于副高西側(cè)的臺(tái)風(fēng)在引導(dǎo)氣流的作用下，以向偏北方向移動(dòng)為主。在貝加爾湖南側(cè)到我國(guó)西北地區(qū)東部有西風(fēng)槽緩慢東移。24日08時(shí)(圖2 a)，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)到天津市，副熱帶高壓北段東退，西風(fēng)槽向東移動(dòng)，臺(tái)風(fēng)已進(jìn)入槽前的西南氣流中，在兩支氣流的作用下，臺(tái)風(fēng)開(kāi)始向北偏東方向移動(dòng)。此時(shí)赤峰市受臺(tái)風(fēng)東北側(cè)的東南風(fēng)影響，開(kāi)始出現(xiàn)降水。24日14時(shí)，臺(tái)風(fēng)位于河北省東北部，副高北段繼續(xù)東退，西風(fēng)槽東移，臺(tái)風(fēng)依舊保持東北上路徑，臺(tái)風(fēng)在500 hPa等壓面上等高線開(kāi)始擴(kuò)散，預(yù)示臺(tái)風(fēng)即將減弱。24日20時(shí)(圖2 b)，“安比”進(jìn)入內(nèi)蒙古境內(nèi)，臺(tái)風(fēng)減弱明顯，沒(méi)有閉合等高線。24日23時(shí)，“安比”減弱為熱帶低壓，之后變性并入西風(fēng)槽中。23日20時(shí)，在對(duì)流層高層200 hPa槽前有高空急流存在，此時(shí)臺(tái)風(fēng)高層的出流區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心東北側(cè)，散度為5×10-5s-1。到24日08時(shí)(圖3 a)，臺(tái)風(fēng)北移進(jìn)入高空急流入口區(qū)的右側(cè)，高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)與臺(tái)風(fēng)高層的出流區(qū)相疊加，散度達(dá)到了10×10-5s-1，抽吸作用加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)也得到了加強(qiáng)，同時(shí)也增強(qiáng)了低層潛熱的釋放，潛熱釋放的正反饋?zhàn)饔茫古_(tái)風(fēng)得到維持。24日14時(shí)(圖3 b)，高空急流東移北上，高空急流右側(cè)輻散區(qū)略有減弱，散度為6×10-5s-1，而且輻散中心明顯偏離低層臺(tái)風(fēng)中心，高層出流減弱，也是臺(tái)風(fēng)減弱的預(yù)兆。24日20時(shí)，高空急流繼續(xù)東移，臺(tái)風(fēng)上空沒(méi)有明顯的輻散區(qū)，臺(tái)風(fēng)低層填塞加快。

圖2 2018年7月24日08時(shí)(a)、20時(shí)(b)500 hPa形勢(shì)場(chǎng)(黑實(shí)線為等高線、紅虛線為等溫線及風(fēng)矢量)

圖3 2018年7月24日08時(shí)(a)、14時(shí)(b)200 hPa風(fēng)矢量、等風(fēng)速線(黑實(shí)線)、散度(綠實(shí)線)

陳聯(lián)壽[1]指出臺(tái)風(fēng)登陸后，臺(tái)風(fēng)從水面獲取水汽被截?cái)?，加上摩擦的損耗，臺(tái)風(fēng)會(huì)快速減弱，而環(huán)境水汽輸送通道的建立，特別是低空急流的建立，充足的水汽輸入，轉(zhuǎn)化為潛熱能量，可以延長(zhǎng)臺(tái)風(fēng)的壽命。此次過(guò)程中，在對(duì)流層低層存在明顯的低空急流，低空急流的最大風(fēng)速達(dá)到27 m/s，有利于將近海水汽向臺(tái)風(fēng)輸送，補(bǔ)充臺(tái)風(fēng)消耗的能量。從24日14時(shí)—24日20時(shí)(見(jiàn)圖4)，強(qiáng)降水時(shí)段內(nèi)，有-16×10-7g·s-1·hPa-1·cm-2和-14×10-7g·s-1·hPa-1·cm-2的水汽輻合中心分別位于赤峰市的南部和北部，為強(qiáng)降水提供了水汽和能量的補(bǔ)充。

圖4 2018年7月24日08時(shí)(a)、20時(shí)(b)850 hPa風(fēng)矢量、等風(fēng)速線(填色)、水汽通量散度(黑虛線)

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 動(dòng)力條件

高層輻散、低層輻合的動(dòng)力結(jié)構(gòu)有利于北上臺(tái)風(fēng)的維持，也是臺(tái)風(fēng)暴雨形成和增強(qiáng)的原因[2]。此次暴雨過(guò)程主要有南部和東北部?jī)蓚€(gè)中心，因此我們做了119°E，42°N和120°E，44°N兩個(gè)強(qiáng)降水中心散度和垂直速度的時(shí)間剖面。南部強(qiáng)降水中心高層輻散和低層輻合的特征從24日08時(shí)以前逐漸形成(圖5 a)，并且逐漸開(kāi)始增大，這與降水增強(qiáng)的時(shí)間吻合。在24日14時(shí)前后高層輻散中心和低層輻合中心出現(xiàn)，輻散中心位于450 hPa附近，散度為6×10-5s-1，輻合中心為于850 hPa附近，散度為-11×10-5s-1。在24日17時(shí)以后400 hPa的輻散中心逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩椇现行?，此時(shí)南部降水強(qiáng)度減小。而在24日20時(shí)前后，750 hPa出現(xiàn)輻散中心，之后低層輻合和高層輻散，降水減弱。相對(duì)于散度場(chǎng)，垂直速度場(chǎng)表現(xiàn)的并不明顯，雖然垂直速度有兩個(gè)中心，但強(qiáng)度較小，分別為1.5 Pa·s-1和0.5 Pa·s-1。在東北部強(qiáng)降水中心，散度場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)都比南部要明顯(圖5 b)，散度場(chǎng)上輻散中心出現(xiàn)24日20時(shí)的350 hPa，散度為9×10-5s-1，輻合中心出現(xiàn)850 hPa附近，散度為-9×10-5s-1。垂直速度中心位于750 hPa，最大上升速度為4 Pa·s-1。從兩個(gè)點(diǎn)的對(duì)比來(lái)看，東北部的動(dòng)力條件有好于南部，所以,在同等的水汽條件下，東北部的降水強(qiáng)度要好于南部。

圖5 強(qiáng)降水中心(119°N，42°N)(a)和(120°E，44°N)(b)散度和垂直速度的時(shí)間剖面

3.2 水汽條件

源源不斷的水汽供應(yīng)是強(qiáng)降雨形成的重要條件，水汽通量及水汽通量散度能夠直觀地反映水汽輸送方向、大小及輻合情況，強(qiáng)降雨的持續(xù)時(shí)間與急流帶來(lái)的水汽輸送有很好的相關(guān)性[3，4]。從850 hPa水汽通量和比濕上可以看出，24日08時(shí)，赤峰市南部比濕為14 g/kg，這也超過(guò)850 hPa暴雨比濕指標(biāo)，臺(tái)風(fēng)位于水汽通量大值區(qū)的左側(cè)，水汽通量大值區(qū)位于渤海和河北的東北部，最大水汽通量為40 g·s-1·hPa-1·cm-1，水汽輻合區(qū)位于河北的北部及北京地區(qū)。此時(shí)水汽向內(nèi)蒙古東南部的輸送并不大，為20 g·s-1·hPa-1·cm-1，但由于臺(tái)風(fēng)北側(cè)的倒槽和明顯的風(fēng)速輻合，赤峰市南部出現(xiàn)了弱降水。24日14時(shí)(圖6 a)，赤峰市南部的比濕達(dá)到了15 g/kg，水汽通量大值區(qū)的長(zhǎng)軸由西北—東南向順轉(zhuǎn)為南北向，臺(tái)風(fēng)位于河北的東北部，赤峰市位于水汽通量大值區(qū)的左側(cè)，水汽向內(nèi)蒙古東南部的輸送轉(zhuǎn)好，最大水汽通量仍為40 g·s-1·hPa-1·cm-1，水汽輻合區(qū)的中心也移到了赤峰市南部，最大水汽通量散度為-16×10-7g·s-1·hPa-1·cm-2，這一階段赤峰市南部的雨強(qiáng)較大。24日20時(shí)(圖6 b)，臺(tái)風(fēng)向東北移動(dòng)，移至赤峰市南部，水汽通道也向東移，水汽向赤峰市東北部輸送加強(qiáng)，最大水汽通量為45 g·s-1·hPa-1·cm-1，赤峰市東部比濕為15 g/kg，而且水汽輻合大值區(qū)也東北向西南貫穿赤峰，水汽輻合的中心位于赤峰市東北部，最大水汽通量散度為-14×10-7g·s-1·hPa-1·cm-2，這些特征也與赤峰市東北部的強(qiáng)降水相對(duì)應(yīng)。

圖6 2018年7月24日14時(shí)(a)、20時(shí)(b)850 hPa比濕(黑實(shí)線)、水汽通量(填色)

4 結(jié)論

①臺(tái)風(fēng)“安比”北上是建立在穩(wěn)定的天氣尺度上的，副熱帶高壓強(qiáng)盛穩(wěn)定并且呈經(jīng)向型塊狀，臺(tái)風(fēng)在副熱帶高壓西側(cè)的偏南引導(dǎo)氣流中一路北上，臺(tái)風(fēng)及后期與之結(jié)合的西風(fēng)槽給內(nèi)蒙古東南部造成強(qiáng)降水。②一般臺(tái)風(fēng)登陸后由于缺少能源的補(bǔ)充，會(huì)很快填塞消散。“安比”在北上過(guò)程中一直維持在熱帶風(fēng)暴級(jí)別，主要是因?yàn)楦叩涂?急流的耦合作用，前者使其高空輻散，加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)；后者為臺(tái)風(fēng)提供了充足的水汽，潛熱釋放，以延長(zhǎng)臺(tái)風(fēng)壽命。③強(qiáng)降水位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，低空急流出口區(qū)的左前側(cè)，輻散中心位于450 hPa附近，散度為6×10-5s-1，輻合中心位于850 hPa附近，散度為-11×10-5s-1。④充足的水汽供應(yīng)和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是暴雨產(chǎn)生的先決條件，強(qiáng)降水位于水汽通量大值區(qū)左前側(cè)，水汽通量散度負(fù)值區(qū)中，最大水汽通量仍為40 g·s-1·hPa-1·cm-1，最大水汽通量散度為-16×10-7g·s-1·hPa-1·cm-2。