臺風“三巴”（2316）特大暴雨成因及預報偏差分析

張容菁，韋 榮，李秀昌，黃小燕，林確略*

（1.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000；2.廣西壯族自治區(qū)氣象科學研究所，南寧 530022）

臺風暴雨是多尺度天氣系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物，臺風路徑、強度及結構受環(huán)境流場影響較大，暴雨落區(qū)預報十分復雜［1］。臺風暴雨的強度與落區(qū)，除了受大尺度、中尺度天氣系統(tǒng)的影響外，還與臺風自身結構、不穩(wěn)定能量、地形等因素有關［2-5］。由于環(huán)流背景的季節(jié)性變化，秋季臺風往往具有強度更強，移動路徑更偏南的特點［6］，其移動路徑、強度變化和帶來的風雨影響一直是業(yè)務預報中的重點與難點。學者們通過研究秋季臺風暴雨個例發(fā)現(xiàn)，偏南氣流和東南氣流的輻合及低空急流的存在是觸發(fā)和維持大暴雨的有利條件［7］，臺風倒槽區(qū)域、減弱的臺風中心附近不穩(wěn)定的大氣層結是出現(xiàn)特大暴雨的主要原因［8］，而中緯度南下的弱冷空氣往往對秋季臺風的降雨有明顯增幅作用［9-13］。

廣西常位于秋臺風的前進方向上，受秋臺風的影響易出現(xiàn)極端暴雨天氣［14］，進而引發(fā)的暴雨洪澇災害嚴重威脅人民的生命財產(chǎn)安全。目前鮮少有對從北部灣北上引發(fā)廣西大范圍極端暴雨的秋季臺風的研究，業(yè)務人員對此類臺風暴雨的極端性預報能力較為薄弱，有必要對該類過程進行分析總結，以提高預報準確率。本文利用常規(guī)氣象觀測資料、ERA5再分析資料、衛(wèi)星、雙偏振雷達觀測資料和數(shù)值模式預報產(chǎn)品，運用天氣學診斷分析方法，對2316 號秋季臺風“三巴”造成廣西特大暴雨的成因及預報偏差進行分析，加深對此類臺風暴雨的認識，為今后相似臺風暴雨預報提供參考。

1 資料與方法

本文采用的資料包括自動站氣象觀測資料、ERA5 再分析資料（0.25°×0.25°）、FY-4A 衛(wèi)星資料、玉林雙偏振雷達觀測資料和數(shù)值模式降水預報產(chǎn)品。主要運用天氣學診斷分析方法，針對動力、熱力、水汽條件等方面對2316 號秋季臺風“三巴”造成廣西特大暴雨的成因及預報偏差進行分析。

2 結果與分析

2.1 臺風路徑及風雨實況

2023 年第16 號臺風“三巴”（Sanba）于2023 年10 月18 日14 時在南海中西部海面生成，向北偏西方向移動，于19 日09 時前后以熱帶風暴級在海南省東方市第一次登陸。登陸后繼續(xù)北行進入北部灣海面，強度緩慢加強并于20 日00 時在廣西潿洲島東北方向的北部灣北部海面加強為強熱帶風暴級（25 m·s-1，10 級）。隨后強度逐漸減弱，20 日07 時折向偏南方向移動，于09:45 前后在廣東湛江市遂溪縣沿海再次登陸，之后向偏南方向移動并再次進入北部灣海面。19:40 前后以熱帶低壓在海南臨高縣第三次登陸，23:00 時中央氣象臺對其停止編號。

受“三巴”影響，廣西出現(xiàn)極端強降水和大風天氣。主要強降雨時段為10 月19 日08 時至20 日08時，暴雨落區(qū)主要位于臺風移動路徑北側(cè)，包括廣西南部和沿海地區(qū)。此次過程廣西全區(qū)有640 個氣象站累積雨量≥50 mm，452 個氣象站累積雨量≥100 mm，103 個氣象站累積雨量≥250 mm。過程廣西最大24 h 降雨量出現(xiàn)在北海市銀海僑港亞平氣象站780.3 mm，突破廣西24 h 降雨量歷史極值；廣西東南部的玉林市最大24 h 降雨量出現(xiàn)在博白縣東平鎮(zhèn)達522.1 mm，突破博白縣24 h 降雨量歷史極值，最大小時雨量出現(xiàn)在玉林市博白縣文地鎮(zhèn)姜充氣象站107.8 mm（19 日22—23 時）。“三巴”造成廣西14個氣象站出現(xiàn)10 級以上大風?？傮w而言，臺風“三巴”對廣西造成的影響以降雨為主，大風次之。本次過程具有降雨時間長、小時雨強較大、累積雨量大、極端性極強的特點。

2.2 臺風特大暴雨成因分析

2.2.1 環(huán)流背景

10 月南亞高壓減弱南移至南海上空，其脊線位于20°N 附近，臺風“三巴”進入北部灣期間，廣西上空200 hPa 為反氣旋環(huán)流控制，高層輻散抽吸作用對大范圍上升運動的發(fā)展有促進作用。19 日08 時500 hPa 高緯地區(qū)呈兩槽一脊型，中西伯利亞地區(qū)受脊前偏北氣流控制；中緯度地區(qū)四川-重慶有短波槽快速東移，引導冷空氣南下；低緯地區(qū)西太平洋副熱帶高壓呈東-西帶狀分布，控制28°N 以南大部地區(qū)，滇黔桂交界處有短波東移，引導臺風向北偏東方向移動。華南低層為相當位溫大值區(qū)，其中廣西大部850hPa 相當位溫達到337 K 以上，桂東南至沿海地區(qū)甚至相當位溫達到344 K 以上，相當位溫大值中心位于臺風本體和臺風北側(cè)倒槽影響區(qū)域，隨著臺風繼續(xù)北上，沿海低層相當位溫進一步增加，于19日20 時達到350 K 以上，低層具備高溫高濕的不穩(wěn)定條件。臺風“三巴”位于副熱帶高壓控制區(qū)，其東側(cè)洋面上存在閉合高壓中心，中心強度達592 dagpm。受海上高壓西側(cè)偏南引導氣流和短波槽前西南引導氣流影響，臺風持續(xù)向北偏東方向移動，臺風倒槽長時間維持在廣西上空，桂東南和沿海地區(qū)受到倒槽影響，洋面上的水汽在此強烈輻合抬升，水平散度沿22°N 垂直剖面圖顯示（圖1a、1b），19 日08 時沿海地區(qū)中低層為負散度區(qū)，300 hPa 轉(zhuǎn)為正散度區(qū)控制，低層輻合高層輻散為暴雨的發(fā)生提供良好的動力條件，對應中層有上升運動速度大值區(qū)，19 日20時，沿海地區(qū)中低層負散度區(qū)范圍明顯加大，且延伸高度更高，沿海地區(qū)中層上升運動速度明顯加大。

圖1 19 日08 時（a）、19 日20 時（b）垂直速度（等值線，單位：m·s-1）和水平散度（陰影，單位：10-5 s-1）沿22°N 的垂直剖面圖；19 日08 時（c）、19 日20 時（d）相當位溫（等值線，單位：K）和比濕（陰影，單位：g·kg-1）沿22°N 的垂直剖面圖

19 日08 時，臺風“三巴”環(huán)流中心位于北部灣海面，850 hPa 西南季風不活躍，臺風南側(cè)對流云系發(fā)展不旺盛，但臺風東側(cè)和東北側(cè)有東南急流為臺風輸送暖濕平流，使其強度緩慢增強。研究表明，臺風暴雨的發(fā)生需要不僅要有充足的水汽條件，持續(xù)不斷的水汽輸送條件尤為重要［8，15］。比濕剖面圖顯示（圖1c、圖1d），桂南地區(qū)邊界層比濕大于15 g·kg-1，925 hPa 至500 hPa 比濕均大于8 g·kg-1，大氣濕度條件良好。850 hPa 水汽通量場上，19 日08 時存在一個從南海指向桂東南地區(qū)的水汽通道，水汽通量大值區(qū)隨臺風東側(cè)的東南風急流不斷北上加強，于19 日夜間中心值達到35 g·cm-1·hPa-1·s-1。在東南風急流的作用下，源源不斷的水汽持續(xù)向廣西區(qū)域輸送，并在臺風倒槽的作用下使桂南地區(qū)出現(xiàn)一水汽通量散度大值區(qū)，最大水汽通量散度達到-9.5×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，水汽在此強烈輻合抬升，造成特大暴雨的發(fā)生。

2.2.2 冷空氣的影響

地面天氣圖顯示，19 日08 時冷空氣前沿到達貴州-湖南-江西中部一帶，此時“三巴”位于海南島西部北部灣海面上，廣西區(qū)域氣壓梯度較??；隨著冷空氣南壓，廣西區(qū)域氣壓梯度逐漸加大。19 日20 時海平面氣壓疊加3 h 變溫圖顯示，冷空氣主體已到達貴州、湖南和廣西交界一帶，但弱冷空氣的滲入導致處在臺風北部的廣西和廣東境內(nèi)風場轉(zhuǎn)變?yōu)槿醣憋L，且存在大范圍弱的3 h 負變溫。分析同時次北海探空圖發(fā)現(xiàn)，北海探空站在925～1 000 hPa 之間出現(xiàn)鋒面逆溫，證實了地面鋒面已到達北海；冷空氣的加入，使925 hPa（圖2）東南急流和偏東氣流在臺風東北側(cè)和北側(cè)強烈輻合（強輻合區(qū)的散度＜-25×10-5s-1），造成在冷墊之上的強輻合抬升運動，引發(fā)極端強降水。20 日05 時1 020 hPa 線南壓至桂北，此時臺風中心位于沿海，冷空氣主體從臺風北側(cè)逼近，阻擋“三巴”繼續(xù)北上并使其07 時轉(zhuǎn)向南移，隨后廣西地區(qū)雨勢明顯減弱。本次過程19 日晚上入侵的弱冷空氣，是造成“三巴”臺風暴雨增幅的關鍵因素，也是造成臺風轉(zhuǎn)向南移的主要原因，而冷空氣主體南下速度比預計偏慢，導致預報員低估臺風的影響時長，未能準確預報出本次臺風暴雨的極端性。

圖2 19 日22 時流場、散度場（陰影和黑色等值線，單位：10-5s-1，顯示≤0s-1）和風速大小（藍色等值線，顯示≥12m·s-1），＋為此后最大小時雨量（博白縣文地107.8mm）出現(xiàn)的位置

2.2.3 云圖演變

衛(wèi)星云圖的演變能較好地體現(xiàn)臺風的發(fā)展情況、強度變化特征以及水汽輸送情況［16-17］。紅外云圖顯示，臺風“三巴”倒槽特大暴雨的對流特征明顯，其影響區(qū)域雨強大且降水持續(xù)時間長。19 日08 時臺風“三巴”環(huán)流云系結構主要分為兩個部分（圖3a），對流云團主要分布在臺風主體北側(cè)和東側(cè)的東南氣流中，此時沿海地區(qū)已受臺風北側(cè)螺旋云帶和東側(cè)對流云團影響而產(chǎn)生降水，因西南季風強度較弱，臺風西側(cè)南側(cè)水汽輸送較弱，導致云系較少。19 日14時（圖3b），隨著東南急流的北上加強，臺風主體北側(cè)和東側(cè)的對流云團趨于合并加強，并持續(xù)影響沿海和桂東南地區(qū)；19 日20 時，隨著臺風強度逐漸北上增強為強熱帶風暴，臺風主體云系結構更為清晰完整，云頂亮溫進一步降低至210 K 以下，云系發(fā)展達到最旺盛階段（圖3c），最強對流團分布在臺風北側(cè)倒槽區(qū)域，特別是倒槽東側(cè)的偏南風急流區(qū)域，對流云團長時間停留在沿海和桂東南上空，是造成特大暴雨的主要原因。20 日08 時（圖3d），受冷空氣主體影響臺風強度有所減弱，云團逐漸變得松散且對流云團逐漸東移，對廣西影響減弱。

圖3 “三巴”FY-4A 衛(wèi)星云圖演變特征（單位：K）

2.2.4 臺風降水雷達回波特征

臺風過程強降雨落區(qū)通常位于臺風云墻回波和螺旋云帶影響區(qū)域［18］，通過分析華南雷達回波組合反射率發(fā)現(xiàn)，本次過程降水回波范圍廣、強度較強、持續(xù)時間長，大部回波強度在30 dBZ 以上，最強回波達到50 dBZ 以上，云墻密蔽云區(qū)鑲嵌有對流單體，回波頂高大多在6～9 km，少數(shù)能達到15 km。18日20 時至19 日08 時，“三巴” 臺風眼區(qū)不清晰，回波主要位于臺風中心北側(cè)倒槽區(qū)域，其東側(cè)受東南急流影響形成回波強度大于50 dBZ 的螺旋雨帶，臺風南側(cè)回波則很弱。19 日20 時回波范圍明顯擴大并逐漸向西北移動，臺風中心東側(cè)形成兩條螺旋雨帶，玉林雷達強降雨報警產(chǎn)品提示桂東南地區(qū)將有1h 55 mm 的強降雨天氣發(fā)生，能較好地指示降雨的增強。廣東廉江市、湛江市等地一直源源不斷有回波生成發(fā)展，并向西北方向移動，形成明顯的“列車效應”，長時間影響桂東南和沿海一帶，造成極端暴雨的發(fā)生。

玉林雷達反射率因子剖面圖顯示（圖4a），強降水回波質(zhì)心在5 km 以下，呈現(xiàn)出明顯的暖云降水特征。玉林雷達雙偏振參量顯示，19 日18 時開始桂東南地區(qū)上空大部地區(qū)ZDR值從0～0.5 dB 逐漸增大到為0.8～1.5 dB，其中博白、浦北地區(qū)出現(xiàn)了大于3 dB的高值區(qū)，說明雨滴尺寸有明顯增大。差分反射率因子ZDR剖面圖顯示（圖4b），在博白附近有一強度為2.5 dB 的ZDR柱高度達到5 km 附近，象征著有較強的上升氣流存在，此時臺風“三巴”東側(cè)的東南氣流往桂東南地區(qū)源源不斷地輸送水汽，為雨強的增大和持續(xù)時間提供有利的條件。KDP主要由液態(tài)降水粒子貢獻，因此能較好地體現(xiàn)降水的強度信息［19］，分析同時刻的比微差相移KDP回波發(fā)現(xiàn)，19 日18 時開始有KDP高值區(qū)從雷州半島旋轉(zhuǎn)北上，移向桂東南和桂南沿海地區(qū)，在0.5°仰角，KDP值達到7°·km-1，在2.4°仰角其值達到3.1°·km-1，可見低仰角看到的高值區(qū)更為明顯，且雨滴粒子的密度大且多，粒子的液態(tài)含水量非常大。剖面圖（圖4c）也較好地體現(xiàn)該時刻廉江市附近存在KDP柱，其高度達到了7 km附近。

圖4 19 日20 時玉林雷達0.5°仰角回波剖面

3 預報偏差分析

3.1 臺風路徑及強度預報偏差

18 日20 時起報的歐洲中期天氣預報中心（EC）細網(wǎng)格預報產(chǎn)品顯示，冷空氣主體將于20 日02 時左右開始影響臺風環(huán)流，且中央氣象臺19 日08 時的臺風路徑預報顯示，臺風“三巴”將于20 日08 時達到最北（20.8°N），隨后轉(zhuǎn)向西南方向移動。但在海上高壓西側(cè)的偏南風和高空短波槽的引導作用下，預報路徑與實況出現(xiàn)較明顯偏差，實際上臺風“三巴”于20 日07 時到達路徑最北點（21.4°N，109.7°E），該位置比預報的位置偏北偏東。19 日白天到20 日凌晨臺風中心持續(xù)向北偏東方向移動，使臺風外圍環(huán)流整體北移，沿海和桂東南地區(qū)提前受到臺風環(huán)流影響而產(chǎn)生強降雨。加上實況冷空氣主體南下的速度較預報偏慢，“三巴”主體長時間在海上，摩擦作用較小移速較快（23～25 m·s-1），且易得到比較有利的能量補充，預報員對臺風倒槽影響廣西的持續(xù)時間有所低估，導致了對本次過程累積雨量的預報偏小。

3.2 臺風降雨預報偏差

分析各家數(shù)值預報18 日20 時起報的19 日08時至20 日08 時廣西累積降雨量分布發(fā)現(xiàn)，本次臺風過程大尺度模式均報出了沿海到桂東南的暴雨落區(qū)，但對降雨的極端性把握不足，均漏報了特大暴雨落區(qū)；其中，中國氣象局全球天氣模式（GFS）表現(xiàn)更好，歐洲中期天氣預報中心高時空分辨率氣象數(shù)值預報模式（EC＿HR）預報的桂中到桂東北地區(qū)的暴雨帶空報。本次臺風特大暴雨過程中尺度模式——中國氣象局上海數(shù)值預報模式（CMA-SH9）表現(xiàn)最好，不僅能準確預報出沿海到桂東南的暴雨落區(qū)，還能準確把握降雨量級，但對桂中到桂東北的暴雨量級預報偏大。通過總結歷史個例發(fā)現(xiàn)，CMA-SH9 對于暴雨過程的量級把握較好，但對于暴雨落區(qū)的預報能力還有待加強。臺風模式表現(xiàn)欠佳，對暴雨落區(qū)的預報偏西，且未能準確把握降雨量級，對桂東南地區(qū)的降雨量級預報明顯偏低。19 日08 時上級臺站指導預報能較好地預報暴雨落區(qū)，但對暴雨量級把握偏小，本級預報員對臺風路徑轉(zhuǎn)折的判斷時間有誤，對倒槽特大暴雨的對流特征、強度和持續(xù)時間認識不夠，導致對本次臺風暴雨的極端性預估不足?？梢姡_風過程降雨預報不能過度依賴臺風模式產(chǎn)品，大尺度模式對暴雨落區(qū)位置也有一定的指示意義，但對降雨量級預報偏低，需結合中尺度模式對降雨量級進行訂正。

4 結論

基于多源氣象數(shù)據(jù)資料，對2316 號秋季臺風“三巴”造成廣西特大暴雨的成因及預報偏差進行分析，得到以下結論:

（1）高空輻散場和低空東南急流的卷入使臺風“三巴”進入北部灣后強度增強，廣西大部處于相當位溫大值區(qū)，其中沿海到桂東南地區(qū)相當位溫隨著臺風北上而逐漸增加。冷空氣的加入，使925 hPa 東南急流和偏東氣流在臺風東北側(cè)和北側(cè)強烈輻合，造成了在冷墊之上的強輻合抬升運動，引發(fā)極端強降水。

（2）對流云團主要分布在臺風主體北側(cè)和東側(cè)的東南氣流中，桂東南到沿海上游地區(qū)不斷有回波生成發(fā)展，形成明顯的“列車效應”，造成極端暴雨的產(chǎn)生，雷達雙偏振參量顯示桂東南地區(qū)存在明顯的ZDR和KDP高值區(qū)，低仰角看到的高值區(qū)更為明顯，暖云降水特征明顯。

（3）本次臺風特大暴雨過程中尺度模式（CMASH9）表現(xiàn)最好，但預報員較多取信EC 細網(wǎng)格的形勢預報，因此對冷空氣主體南下速度的預報偏快，從而誤判臺風的移動路徑，對臺風倒槽影響廣西的持續(xù)時間和北側(cè)的輻合強度有所低估，并且對臺風北側(cè)降水的對流特征、強度和持續(xù)時間認識不足，導致本次過程累積雨量的低估。