一次遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)影響的陜北區(qū)域性暴雨成因分析

李曉利，侯柯然，蔣伊蓉，李?yuàn)檴?/p>

(榆林市氣象局，陜西榆林 719000)

臺(tái)風(fēng)是造成我國特大暴雨的主要災(zāi)害系統(tǒng)之一，許多強(qiáng)烈持續(xù)性暴雨都與臺(tái)風(fēng)有關(guān)[1-10]，隨著臺(tái)風(fēng)暴雨研究的不斷深入，臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨深受關(guān)注，陳聯(lián)壽[4]給出了臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨的宏觀定義，即：降水發(fā)生在臺(tái)風(fēng)范圍之外及降水與臺(tái)風(fēng)存在著內(nèi)在物理聯(lián)系。卓嘎[11]和劉子臣等[12]研究表明，青藏高原東側(cè)的陜西等地年降水量變化與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)最為密切，該區(qū)域多數(shù)極端暴雨和造成嚴(yán)重洪澇災(zāi)害的暴雨基本受臺(tái)風(fēng)影響。孫壽全等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在對(duì)流層中低層的西北渦與遠(yuǎn)在華南和華東沿海的熱帶氣旋可以發(fā)生相互作用，造成河北省區(qū)域性大暴雨過程。武麥鳳等[14]分析得出遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)和西北渦相互作用，一定程度增大了陜西中部地區(qū)暴雨強(qiáng)度和暴雨范圍。何光碧等[15]研究指出臺(tái)風(fēng)活動(dòng)與中國西部部分地區(qū)降水呈正相關(guān)特征。李媛等[16]分析得出臺(tái)風(fēng)環(huán)流使遠(yuǎn)距離降水區(qū)水汽輻合范圍集中，輻合強(qiáng)度增強(qiáng)，從而增強(qiáng)降水強(qiáng)度。張雅斌等[17]分析得出臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨出現(xiàn)前12 h左右，暴雨中心低層比濕出現(xiàn)極大值，對(duì)應(yīng)的風(fēng)場(chǎng)輻合中心一般出現(xiàn)在比濕增加之后。閆軍等[18]研究表明熱帶氣旋、中緯度槽(渦)、副熱帶高壓、水汽通道及高空急流是產(chǎn)生遠(yuǎn)距離暴雨的主要影響系統(tǒng)。張弘等[19]研究表明，臺(tái)風(fēng)與河套低渦相互作用，造成了陜北突發(fā)性暴雨。井喜等[20]研究指出，陜西北部突發(fā)性暴雨和遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)的活動(dòng)關(guān)系密切。侯建忠等[21-22]統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，陜西省極端暴雨與遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)相關(guān)率接近87%，區(qū)域性暴雨與遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)相關(guān)率超過70%。那么，遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)是如何影響陜北區(qū)域性暴雨的？本文以2020年8月4—5日陜北區(qū)域性暴雨過程為例，利用常規(guī)高空、地面觀測(cè)資料以及NCEP/NCAR 1°×1°間隔6 h再分析資料，從遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)對(duì)暴雨區(qū)的水汽、能量、風(fēng)等影響方面診斷分析，以期進(jìn)一步明晰此類天氣的成因和機(jī)理。

1 臺(tái)風(fēng)“黑格比”和暴雨概況

2020年第4號(hào)臺(tái)風(fēng)“黑格比”于7月31日在呂宋島以東生成擾動(dòng)，8月1日20：00獲得命名，隨后一路向西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，3日14:00加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，4日凌晨03:30前后以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴等級(jí)在浙江省樂清市沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力13級(jí)(38 m/s)，隨后迅速北抬縱穿浙江省、江蘇省。隨著臺(tái)風(fēng)北移，雨帶向西北地區(qū)擴(kuò)展，造成陜北地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨天氣；之后隨著臺(tái)風(fēng)的轉(zhuǎn)向東移，雨帶東移，山西、河南、河北等地均出現(xiàn)大范圍暴雨天氣。由圖1可見，此次過程陜北降水落區(qū)呈東西向分布，暴雨強(qiáng)中心位于陜北的榆林與延安交界處。4日08:00—5日20:00國家氣象站累積最大降水量190.8 mm(榆林清澗站)，區(qū)域氣象監(jiān)測(cè)站累積最大降水量209.1 mm(清澗縣下二十里鋪站)，降水主要集中在4日05:00—5日14:00，最大小時(shí)雨強(qiáng)為41.9 mm/h(清澗縣玉家河鎮(zhèn))出現(xiàn)在5日10:00—11:00，可見此次降水過程有中小尺度系統(tǒng)的作用。

2 影響系統(tǒng)分析

從環(huán)流場(chǎng)的高低空配置來看，此次暴雨天氣的主要影響系統(tǒng)是500 hPa西風(fēng)槽和副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)外圍的暖濕氣流，隨著臺(tái)風(fēng)“黑格比”的西移北上，副高主體西伸北抬[23-24]，引導(dǎo)副高外圍水汽向西北地區(qū)輸送，上述系統(tǒng)穩(wěn)定維持，有利于水汽持續(xù)向暴雨區(qū)輸送。

由圖2可見，8月4—5日暴雨落區(qū)位于500 hPa槽前和700 hPa、850 hPa切變線附近。500 hPa 副高外圍西南氣流、850 hPa偏南風(fēng)和偏東風(fēng)兩支氣流及700 hPa偏南風(fēng)氣流在榆林南部附近匯合，同時(shí)700 hPa有偏南風(fēng)急流建立，4日20:00(圖略)南風(fēng)急流伸展到延安以北達(dá)20 m/s，濕區(qū)明顯北伸擴(kuò)大。暴雨時(shí)200 hPa上陜北位于急流軸右側(cè)輻散區(qū)，高層輻散增強(qiáng)了中低層氣流的輻合抬升。5日08:00 700 hPa切變線轉(zhuǎn)為低渦切變， 同時(shí)850 hPa榆林與延安交界處有人字型切變，中低層輻合的加強(qiáng)和維持，大大提高了降水效率。850 hPa東路冷空氣的侵入是觸發(fā)大降水的條件之一。

從渦度場(chǎng)(圖略)來看，700 hPa正渦度中心4日20:00—5日08:00從寧夏逐漸東移至榆林的東南部，中心值由10×10-5s-1增大到18×10-5s-1，正渦度中心的移動(dòng)與暴雨中心移動(dòng)方向基本相一致，中低層的環(huán)流配置為此次暴雨提供有利的動(dòng)力條件。

3 臺(tái)風(fēng)對(duì)暴雨的影響

3.1 水汽輸送

臺(tái)風(fēng)“黑格比”在浙江登陸后，4日20:00—5日08:00沿著120°E經(jīng)線一路北上。從700 hPa水汽通量及水汽通量散度場(chǎng)(圖3)可見，4日20:00在臺(tái)風(fēng)西南側(cè)，沿著副高外圍有一支西南風(fēng)將水汽輸送至寧夏與陜北交界處，水汽通量的輻合區(qū)位于榆林的西部。5日02:00形成強(qiáng)的南北向水汽通量大值區(qū)，水汽輸送突增，同時(shí)水汽輻合區(qū)也北抬至榆林中部，且輻合區(qū)強(qiáng)度增強(qiáng)、范圍增大，此時(shí)雨強(qiáng)和強(qiáng)降水范圍均有增大。5日08:00南風(fēng)氣流維持，但水汽輻合區(qū)東移至榆林東部的黃河沿線，強(qiáng)降水雨帶也隨之東移。

850 hPa水汽通量及水汽通量散度場(chǎng)(圖4)上，4日20:00臺(tái)風(fēng)西側(cè)的偏東氣流伸展至河套地區(qū)，但陜北地區(qū)主要水汽來源于東南氣流的輸送。5日02:00隨著臺(tái)風(fēng)北進(jìn)，水汽通量明顯增大，臺(tái)風(fēng)外圍東風(fēng)氣流加強(qiáng)，形成偏東和偏南兩支水汽，在陜北的中西部交匯，水汽輻合區(qū)位于榆林與延安交界處，影響暴雨區(qū)雨強(qiáng)和暴雨范圍明顯增大。5日08:00偏東和偏南兩支水汽依然維持，水汽輻合中心東移至陜北地區(qū)的黃河沿線，此時(shí)雨帶東移， 強(qiáng)降水落區(qū)與850 hPa水汽通量大值區(qū)和水汽的輻合中心位置一致。

從水汽通量散度剖面(圖略)來看，4日20:00—5日08:00陜北西部、榆林和延安交界處一帶850～500 hPa存在明顯的水汽輻合，同時(shí)5日02:00輻合強(qiáng)度增強(qiáng)至-9×10-7g/(cm2·hPa·s)，中心位于700 hPa附近，5日08:00輻合中心高度下降至800 hPa并東移至榆林的清澗與延安的延川一帶。

綜上所述，當(dāng)臺(tái)風(fēng)西進(jìn)北抬時(shí)，副高隨之西伸北抬，同時(shí)增強(qiáng)了副高外圍水汽向北輸送，水汽輻合區(qū)隨之北抬。當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于120°E、32°N～33°N，其與副高之間的氣壓梯度增加，使850 hPa偏東風(fēng)水汽輸送加強(qiáng)，水汽輻合加強(qiáng)抬升，此時(shí)暴雨區(qū)的水汽通量和水汽輻合達(dá)到最強(qiáng)，影響陜北地區(qū)雨強(qiáng)和暴雨范圍增大。當(dāng)臺(tái)風(fēng)北移至120°E、34°N以北時(shí)，副高轉(zhuǎn)為緯向環(huán)流，水汽輸送減弱， 暴雨區(qū)水汽通量驟減。

3.2 能量輸送

沿暴雨中心的假相當(dāng)位溫垂直剖面圖(圖略)上，4日20:00—5日08:00，假相當(dāng)位溫從低層到高層變化為先減小后增大，同時(shí)高低空的假相當(dāng)位溫差也增大，θse850-θse500≥16 K，暴雨區(qū)對(duì)流層中低層表現(xiàn)為較強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)。

700 hPa假相當(dāng)位溫(θse)場(chǎng)上，4日至5日甘南—寧夏—陜北一線逐漸形成高能軸。5日08:00(圖5a，見第5頁)甘肅中部和陜西中部分別有低能區(qū)發(fā)展，850 hPa甘肅中部和四川北部附近有兩路冷空氣，在兩股冷空氣的夾擠下，高能中心值增大，高能舌向北伸至榆林中部，在榆林中北部形成強(qiáng)的能量鋒區(qū)，θse差值達(dá)28 K。低層冷空氣侵入，濕斜壓性增強(qiáng)，鋒區(qū)的動(dòng)力強(qiáng)迫作用有利于低層具備不穩(wěn)定能量的暖濕空氣沿能量鋒區(qū)爬升[25]。隨著鋒區(qū)的北抬東移，強(qiáng)降水落區(qū)向東向北擴(kuò)展，二者有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)降水落區(qū)位于700 hPa能量鋒區(qū)南側(cè)的高能區(qū)內(nèi)。850 hPa假相當(dāng)位溫場(chǎng)上，4日20:00—5日08:00，隨著臺(tái)風(fēng)的北進(jìn)，其北側(cè)的偏東氣流加強(qiáng)向西北地區(qū)伸展，使得高能區(qū)強(qiáng)度增大，范圍擴(kuò)大，高能鋒區(qū)梯度加強(qiáng)由延安南部不斷北移，能量鋒區(qū)與上述水汽輻合區(qū)位置一致。5日08:00(圖5b，見第5頁)能量鋒區(qū)位于榆林與延安交界處，梯度達(dá)到最強(qiáng)，850 hPa能量鋒區(qū)即為強(qiáng)降水落區(qū)?？梢娕_(tái)風(fēng)西進(jìn)北抬時(shí)其中低層北側(cè)的偏東氣流為暴雨區(qū)提供了高能高濕的條件。

3.3 風(fēng)場(chǎng)

沿暴雨中心的風(fēng)場(chǎng)與垂直速度剖面圖(圖6，見第5頁)上可見，暴雨前期600 hPa以下為2～4 m/s的偏東風(fēng)，4日08:00后高空槽東移，從高層到近地層均為西南風(fēng)，4日20:00—5日02:00 700～500 hPa有西南風(fēng)急流維持，850 hPa以下持續(xù)為偏東風(fēng)，低空西南風(fēng)急流建立和維持導(dǎo)致降水增強(qiáng)。5日08:00高空槽東移，高層600 hPa以上轉(zhuǎn)為西風(fēng)氣流，槽后冷空氣開始向低層擴(kuò)散，此時(shí)700 hPa以下仍為較強(qiáng)的西南氣流，850 hPa臺(tái)風(fēng)外圍東風(fēng)增強(qiáng)，輻合區(qū)位于榆林東南部與延安交界一帶，并伴有強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度上升中心位于850 hPa附近，高空冷空氣的侵入，在陜北地區(qū)形成上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，激發(fā)了中尺度對(duì)流，產(chǎn)生強(qiáng)降雨。由此可見，暴雨前期主要為弱的東路冷空氣影響，輻合較弱，降水效率相對(duì)低，暴雨后期隨著高空冷空氣的入侵和850 hPa臺(tái)風(fēng)外圍東風(fēng)以及輻合增強(qiáng)，伴有強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，雨強(qiáng)突增，中尺度對(duì)流系統(tǒng)的影響是暴雨加強(qiáng)的原因。

4 結(jié)論

(1)此次暴雨過程的影響系統(tǒng)為500 hPa西風(fēng)槽和副熱帶高壓外圍的暖濕氣流，中低層的切變及伴隨的正渦度，為暴雨提供了有利的動(dòng)力條件。

(2)臺(tái)風(fēng)“黑格比”西進(jìn)北抬，副高也隨之西伸北抬，其外圍水汽向西北地區(qū)輸送，促進(jìn)了西南急流的建立和水汽的持續(xù)輸送。850 hPa臺(tái)風(fēng)外圍偏東風(fēng)加強(qiáng)水汽輸送，形成偏東和偏南兩支水汽在陜北附近交匯，暴雨區(qū)的水汽通量和水汽輻合達(dá)到最強(qiáng)，陜北地區(qū)雨強(qiáng)和暴雨范圍增大。

(3)臺(tái)風(fēng)西進(jìn)北移時(shí)，其西北側(cè)的偏東氣流加強(qiáng)向西北地區(qū)伸展，高能鋒區(qū)梯度加強(qiáng)，范圍擴(kuò)大，暴雨區(qū)對(duì)流層中低層表現(xiàn)為較強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，形成有利于暴雨的高能高濕環(huán)境場(chǎng)，850 hPa能量鋒區(qū)即為強(qiáng)降水落區(qū)。

(4)暴雨前期主要受弱的東路冷空氣影響，降水效率低。暴雨后期高空冷空氣入侵，850 hPa臺(tái)風(fēng)外圍東風(fēng)風(fēng)速輻合增強(qiáng)，同時(shí)伴有強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，陜北地區(qū)受中尺度對(duì)流系統(tǒng)的作用暴雨加強(qiáng)。