兩次西風槽影響下北上臺風導致的強降水對比分析

陳宏，盧煥珍，孫密娜，韓婷婷

（天津市氣象臺，天津300074）

0 引言

臺風造成的降水不僅強度大，還經(jīng)常會導致嚴重的洪澇災害和財產(chǎn)損失。臺風暴雨的分布特征是預報業(yè)務中的難點和重點，因此一直受到眾多專家學者的關注[1-5]。臺風暴雨強度不僅與臺風自身結構、強度、移動路徑有關，而且與環(huán)境場中的天氣系統(tǒng)、水汽輸送甚至下墊面有密切的關系[6]。臺風通過與其他天氣系統(tǒng)相互作用獲得能量，有時會導致其結構發(fā)生變化甚至變性，從而導致暴雨增強[7-8]。臺風暴雨需要源源不斷的水汽供應，因此對流層低層的水汽變化對臺風降水強度有很大的影響，適宜的水汽條件不僅利于臺風環(huán)流的維持，還會加強雨帶中的對流活動，從而導致臺風暴雨加強[9]。

在臺風登陸北上的過程中，由于較高緯度上不同的大氣環(huán)境場以及下墊面變化等影響，臺風結構會發(fā)生顯著變化，這種結構變化將對暴雨落區(qū)產(chǎn)生影響。在臺風北上的過程中，如果有冷空氣侵入臺風，兩者相互作用后會在某一地區(qū)造成明顯的降水[10-11]。這是由于臺風倒槽中冷暖空氣相遇會使臺風外圍的對流強度、垂直渦度和上升運動增強，從而增加臺風外圍的降水[12]，且冷空氣侵入后，臺風從中緯度斜壓鋒區(qū)中獲取斜壓能量使其變性加強[13-14]，從而增加強輻合抬升作用[15]；同時，冷空氣有時會觸發(fā)中尺度對流系統(tǒng)的生成和發(fā)展[16-18]，臺風外圍云系中發(fā)展的中尺度雨團往往是臺風產(chǎn)生暴雨的主要影響系統(tǒng)[19]。因此，北上臺風暴雨由于往往受副熱帶高壓（簡稱副高）、西風帶冷槽等多個系統(tǒng)影響，一直是預報業(yè)務中的難點。

1810 號臺風“安比”經(jīng)山東進入河北后移入天津，影響天津的時間較短但降水強度較大，臺風在移動過程中造成京津交界地區(qū)出現(xiàn)大暴雨落區(qū)；而2106 號臺風“煙花”雖然未經(jīng)過天津，但由于受到外圍云系的影響，降水持續(xù)時間較長，導致天津東部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨。本文將利用中國氣象局最佳路徑數(shù)據(jù)、逐時自動站資料、美國國家環(huán)境預報中心/美國國家大氣研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research，NCEP/NCAR）1°×1°再分析資料、風云四號A 星（FY-4A）的云頂亮溫（Black Body Temperature，TBB）和常規(guī)觀測資料，重點分析兩次臺風北上進入天津過程中導致暴雨落區(qū)存在差異的原因，以期為以后的北上臺風降水預報提供有益的參考依據(jù)。

1 過程概況

1.1 臺風概況

2018年7月18日20時（北京時，下同），臺風“安比”在西北太平洋洋面上生成；7月22日12時30分，臺風“安比”以強熱帶風暴強度在上海市崇明島沿海登陸，登陸時中心附近最大風力為10 級（風速為28 m/s），中心最低氣壓為982 hPa；隨后不久，臺風“安比”登陸江蘇南通啟東，臺風強度減弱為熱帶風暴級別，在副高的引導下以熱帶風暴的強度一路向北，先后穿過山東和河北，并于24 日07 時左右移入天津；臺風“安比”中心從天津穿過，在影響天津期間臺風強度始終保持熱帶風暴級別，其中心氣壓為992 hPa，風速為18 m/s；臺風繼續(xù)北上經(jīng)過遼寧后，7 月24 日23 時左右于內蒙減弱為熱帶低壓后消失。

2021年7月18日02時，中央氣象臺將熱帶低壓“煙花”升格為熱帶風暴，7 月25 日12 時30 分臺風“煙花”在浙江省舟山市普陀區(qū)沿海登陸，登陸時中心附近最大風力為13 級（風速為38 m/s），中心最低氣壓為965 hPa；臺風經(jīng)過浙江—江蘇—安徽進入山東，7 月28 日08 時開始對天津地區(qū)產(chǎn)生影響；臺風“煙花”中心雖未從天津地區(qū)直接穿過，但臺風外圍云系給天津帶來了較強的降水，影響天津期間的臺風級別為熱帶低壓，臺風中心氣壓為985～992 hPa，風速為15 m/s；臺風于30 日早晨移入渤海，逐漸變性為溫帶氣旋。

圖1a為兩個臺風登陸后在陸地上的移動路徑。臺風“安比”在天津經(jīng)歷6 h 強度不變（見圖1b），導致天津西部出現(xiàn)強降水；而臺風“煙花”則是經(jīng)過山東時強度不變（見圖1b），隨后在渤海灣維持較長時間，臺風雖然一直維持在熱帶低壓級別，但臺風中心風速沒有變化，中心氣壓略有增加，受其外圍云系的持續(xù)影響，天津地區(qū)出現(xiàn)強降水。

圖1 兩個臺風登陸后的移動路徑與中心氣壓和風速隨時間的變化Fig.1 The movement paths of the two typhoon centers after landfall and the timeseries of the central pressure and wind speed

1.2 雨情實況

受北上臺風“安比”的影響，天津西部出現(xiàn)明顯降 水。圖2a 為2018 年7 月23 日08 時—24 日14 時和2021年7月28日08時—30日08時的累積降水量空間分布。由圖可以看出，臺風“安比”在北上過程中造成的天津降水落區(qū)位于臺風西側，臺風在天津持續(xù)6 h，區(qū)域站最大累積降水為256.5 mm，國家站為213.6 mm；受北上臺風“煙花”的影響，天津東部地區(qū)出現(xiàn)強降水，受臺風外圍云系影響，區(qū)域站最大累計降水為204.2 mm，國家站為173.6 mm。兩次降水過程中累計降水達到100 mm 以上的國家站均為8個（占天津市國家站的62%）。

圖2 臺風期間的累積降水量空間分布和強降水代表站的降水時間變化Fig.2 Spatial distribution of cumulative rainfall and time series of heavy precipitation at representative stations for the two typhoons

為了進一步分析兩次臺風過程的降水時間變化特征，分別各選擇兩個累積降水量最大的站點的降水時間變化來進一步分析。臺風“安比”導致的強降水代表站點為天津城市氣候監(jiān)測站（以下簡稱市區(qū)國家站）和薊州梁莊站。從2018年7月23日08時—25 日08 時降水的時間演變圖可知（見圖2b），臺風“安比”導致的降水主要持續(xù)時間為15 h。隨時間推移，天津地區(qū)逐小時雨強共出現(xiàn)兩次峰值，分別出現(xiàn)在24 日03—07 時和24 日10—12 時，對應的市區(qū)國家站和薊州梁莊站的最大小時雨強分別為34.9 mm/h 和30.4 mm/h，且兩個站的短時強降水分別維持了5 h和3 h，降水過程表現(xiàn)出持續(xù)時間短、雨強大的特點。臺風“煙花”導致的強降水站點為天津市區(qū)容和里站和薊州安棋盤站。根據(jù)2021 年7月28 日08 時—30 日20 時降水的時間演變圖可知（見圖2b），這次降水持續(xù)近40 h，其中容和里站出現(xiàn)3個降水峰值，薊州安棋盤站出現(xiàn)兩個降水峰值，雨強在30 mm 以下，整個降水過程中未出現(xiàn)短時強降水，降水過程表現(xiàn)出持續(xù)時間長、雨強弱的特點。

2 環(huán)流背景

臺風“安比”自江蘇啟東登陸后一直保持熱帶風暴的臺風級別繼續(xù)北上。2018 年7 月24 日02 時（見圖3a），臺風位于500 hPa 副高的西側，副高呈南北塊狀分布，大陸高壓和副高之間存在一個東北—西南走向的高空槽，臺風在副高西側的東南急流的引導下向西北方向移動，影響京津地區(qū)。臺風東北側有東南低空急流存在，急流中心強度為26 m/s，其左前方風速輻合有利于上升運動加劇。隨著高空槽東移和臺風系統(tǒng)北上，7 月24 日08 時500 hPa 高空槽逐漸進入華北西部（見圖3b），與此同時副高東撤，利于槽后冷空氣逐漸滲透下來，并逐漸影響華北地區(qū)。在整個過程中，臺風東側的東南低空急流范圍有所擴大，伴隨的強降水帶主要發(fā)生在低空急流的左前方，低空急流不僅可以為暴雨區(qū)提供充足的水汽供應，也會導致大氣層結向不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展，進而利于對流性降水的發(fā)生。

圖3 臺風“安比”和臺風“煙花”期間500 hPa高度場（藍色等值線，單位：dagpm）、850 hPa風場（矢量，單位：m/s）和850 hPa急流（填色，單位：m/s）Fig.3 Geopotential height of 500 hPa(blue contour,unit:dagpm),wind(vector,unit:m/s)and jet stream of 850 hPa(shaded area,unit:m/s)during Typhoon"Ampil"and Typhoon"In-Fa"

臺風“煙花”在安徽東部北移過程中降為熱帶低壓的級別后北上，2021年7月29日08時副高位置偏南偏東（見圖3c），臺風主要受到500 hPa 高空槽的影響，臺風倒槽伸至天津南部地區(qū)，其中心位于高空槽內部，且臺風的西北部仍然存在高空槽，其中高空槽經(jīng)向度與臺風“安比”相比較弱，因此臺風向東移動過程中攜帶的冷空氣較弱。進一步分析，臺風“煙花”東北側的低空急流大于24 m/s，與臺風“安比”相比強度略弱。7 月29 日14 時（見圖3d），臺風與西風槽合并后演變?yōu)楦呖詹?，影響天津的主要是臺風西北側的東北氣流，大暴雨也主要集中在這個地區(qū)。因此，兩次北上臺風均受到西風槽的影響，且均有低空急流存在，但是高空槽的經(jīng)向度和影響天津地區(qū)的低空急流的風向有所不同。

3 臺風結構及強降水成因對比分析

3.1 臺風云系分布特點

云圖的演變可以直觀地反映臺風登陸期間降水非對稱分布特征的形成原因[20]。研究表明，臺風螺旋云帶上降水不均勻性有明顯的中尺度天氣特點，尤其是臺風云系上中尺度對流云團的形成、發(fā)展和維持有利于臺風暴雨的產(chǎn)生。進一步分析TBB 可以判斷臺風對流發(fā)展的旺盛程度，尤其對降水有重要的指示意義。圖4 為2018 年7 月24 日07:15—09:15 和2021 年7 月29 日05:53—07:38 的FY-4A 的TBB 分布和最近時刻的臺風中心位置，通過分析逐小時TBB 的演變可以得到中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展特點。從衛(wèi)星云圖上看，2018年7月24 日07:15（見圖4a），臺風“安比”北上后，螺旋云帶的結構不明顯，天津中西部—北部地區(qū)出現(xiàn)帶狀的中尺度云團，云團主要位于臺風的西北側，且隨著TBB ≤-52 ℃的中尺度云系團的穩(wěn)定維持，天津中西部強降水位置分布與亮溫梯度分布關系明顯，此時天津中西部出現(xiàn)小時雨強超過20 mm/h 的雨團，并持續(xù)5 h，可見暴雨與中尺度云團的發(fā)展對應關系密切。圖4b 為2021 年7 月29 日的臺風“煙花”云系，其外圍云系的對稱性和組織性較差，且TBB 較高，不利于對流的發(fā)生，TBB ≤-32 ℃的云團主要位于天津南部和東部，因此天津地區(qū)的雨強較小，以穩(wěn)定性降水為主。

圖4 臺風“安比”和臺風“煙花”的FY-4A的云頂亮溫（填色，單位：℃）和臺風中心位置（黑色標記）Fig.4 Cloud top brightness temperature(shaded area,unit:℃)and typhoon center position(black mark)of Typhoon"Ampil"and Typhoon"In-Fa"from FY-4A

3.2 臺風的結構特征

臺風“安比”進入天津后一直向北移動，2018 年7 月24 日08 時臺風中心移動到天津大港地區(qū)（見圖5a），臺風東西兩側的假相當位溫梯度均為10 K，西側的梯度大值區(qū)更靠近臺風中心。進一步從850 hPa的渦度水平分布來看，臺風呈現(xiàn)出較為對稱的結構，臺風中心基本位于正渦度中心位置，但是北側的垂直上升運動明顯強于臺風南側，因此強降水主要發(fā)生在垂直上升明顯的地區(qū)。

圖5 850 hPa的正渦度（填色，單位：10-5/s）、垂直上升運動（黑色虛線，單位：Pa/s）和假相當位溫（紅線，單位：K）Fig.5 Positive vorticity(shaded area,unit：10-5/s),vertical ascending motion(dashed black line,unit：Pa/s)and false equivalent potential temperature(red line,unit：K)at 850 hPa

臺風“煙花”在北抬的過程中，西北側冷空氣侵入導致東西向假相當位溫梯度明顯（見圖5b），在臺風中心的西北側形成了一條近似西北—東南走向的能量鋒區(qū)，鋒區(qū)西側為來自西北方向的干冷空氣，相當位溫中心為336 K，鋒區(qū)東側有較強的暖濕空氣向鋒區(qū)輸送水汽和能量，假相當位溫中心值達356 K，兩側假相當位溫中心相差18 K。進一步分析，850 hPa的渦度和垂直上升速度相對臺風環(huán)流而言也相應地呈現(xiàn)出非對稱分布，渦度大值區(qū)和強上升運動區(qū)主要分布在臺風中心的西北側，與能量鋒區(qū)一致，此時的強降水也主要出現(xiàn)在這一區(qū)域。

螺旋度大小可以反映旋轉與沿旋轉軸方向運動的強弱程度，其中垂直螺旋度為垂直速度和垂直渦度的乘積，可以綜合描述垂直上升運動和垂直渦度。低層的正垂直螺旋度與臺風移動方向和強度變化關系較為密切，能夠反映系統(tǒng)的維持和發(fā)展[21-22]，因此進一步通過分析螺旋度來分析臺風低層渦旋的強度和分布。2018年7月24日08時700 hPa和850 hPa的螺旋度中心幾乎重合（圖略），均位于天津和北京的交界處，可見對流層低層的氣旋性環(huán)流垂直分布較為一致，因此臺風結構是正壓的。而2021 年7 月29 日20 時700 hPa 和850 hPa 的螺旋度中心分布不一致（圖略），其中700 hPa 的螺旋度中心位于京津交界，850 hPa 的螺旋中心位于天津東部的渤海西岸，臺風垂直結構存在斜壓性，結合臺風“煙花”期間天津地區(qū)的強降水落區(qū)來看（圖略），強降水區(qū)位于700 hPa和850 hPa螺旋度梯度的重合區(qū)。

3.3 冷空氣的作用

通過以上分析可知，兩次臺風降水過程均受到西風槽的影響，下面進一步研究西風槽冷空氣與臺風降水之間的關系。首先研究冷空氣入侵后臺風渦旋強度的變化。圖6a為2018 年7 月23 日20 時沿臺風中心位置的溫度平流、正渦度和風場的緯向-高度剖面圖。從圖中可以看出，臺風“安比”的西側為西北風，導致116°E 附近的對流層中層冷平流明顯，冷平流中心位于700 hPa，臺風東側為偏南風攜帶的明顯暖平流，對流層低層的暖平流發(fā)展加強，700 hPa處冷暖平流交匯明顯，在偏南風和偏北風的冷暖交匯區(qū)，臺風西側的水平風垂直切變增強，氣旋性渦度顯著增強，7 月24 日08 時正渦度明顯增大（見圖6c），正渦度垂直分布較為一致，其中心最大值加強至24×10-5m/s以上。臺風“煙花”期間（見圖6b），對流層中層和低層的冷平流中心分別位于115°E的600 hPa和120°E的900 hPa附近，隨著冷空氣從臺風西側入侵，2021年7月29日20時低層的正渦度增加且中心下移（見圖6d），正渦度中心由800 hPa 下降到900 hPa，中心最大值增加至20×10-5m/s左右，但北上臺風“煙花”的渦旋強度仍弱于臺風“安比”。

圖6 臺風“安比”和臺風“煙花”期間沿臺風中心溫度平流（等值線，單位：10-5 K/s）、正渦度（填色，單位：10-5/s）與風場（矢量，單位：m/s）剖面Fig.6 Temperature advection(isolines,unit:10-5 K/s)，positive vorticity(shaded area,unit:10-5/s)and wind field along the typhoon center during Typhoon"Ampil"and Typhoon"In-Fa"

由于位渦與大氣渦度（旋轉性）和大氣位勢（厚度或高度）有關，因此位渦在天氣診斷分析和預報中常被用于干侵入的分析，并揭示冷空氣和位渦與氣旋發(fā)展的關系[17]。位渦的計算公式為[23]：

式中：PV為位渦，g為重力加速度，f為地轉參數(shù)，k為垂直方向矢量，?p表示等壓面梯度，V為速度，?pθ為等壓面的位溫梯度。

通過沿臺風中心的位渦垂直分布可以分析氣旋中心強度的變化。由2018 年7 月23 日20 時緯向位渦和經(jīng)向位渦垂直剖面圖可以看出（圖略），在400 hPa 附近存在位渦的高值區(qū)。7 月24 日08 時整層位渦加強至2.7×10-6m2·K/（kg·s）（見圖7a），高位渦逐漸下傳至500 hPa附近。根據(jù)位渦守恒原理[24]，來自高層穩(wěn)定環(huán)境的高位渦氣流到達低層不穩(wěn)定環(huán)境后，其渦度增大會促進氣旋的發(fā)生和發(fā)展，因此對流層中低層600 hPa 和800 hPa 的位渦中心強度增強至1.5×10-6m2·K/（kg·s）和2.1×10-6m2·K/（kg·s）（見圖7c）。結合假相當位溫的垂直分布來看（見圖7c），700 hPa 以下θse隨氣壓降低有所減小，，因此大氣在低層是對流不穩(wěn)定的，利于造成強對流天氣發(fā)生，因此位渦下傳為臺風“安比”的渦旋增強及對流降水提供了有利的動力條件。2021 年7 月29 日20 時臺風“煙花”位渦為傾斜的垂直分布（見圖7b），且高位渦中心為2.5×10-6m2·K/（kg·s），強度小于臺風“安比”，7 月30 日02 時位渦傾斜向下傳播（見圖7d），低層600 hPa 和900 hPa 的位渦增加明顯。從假相當位溫垂直分布來看，與臺風“安比”不同，臺風“煙花”暴雨區(qū)西側和北側的θse線密集帶在116°E 和37°N 附近發(fā)生傾斜，存在一定斜壓結構。

圖7 臺風“安比”和臺風“煙花”期間假相當位溫（黑色等值線，單位：K）與位渦（藍色虛線，單位：10-6 m2·K/（kg·s））剖面Fig.7 Vertical section of pseudo-equivalent potential temperature(black contour,unit:K)and potential vortex(blue dotted line,unit:10-6 m2·K/(kg·s))during Typhoon"Ampil"and Typhoon"In-Fa"

3.4 冷空氣引起的鋒生作用

冷空氣入侵臺風環(huán)流后的θse密集帶說明存在鋒生過程。為了對比兩次臺風期間冷空氣對鋒生和對流不穩(wěn)定過程的作用，進一步分析2018 年7 月23日02時—25日08時市區(qū)國家站（見圖8a，39.0°N，117.2°E）和2021 年7 月28 日20 時—31 日02 時天津市區(qū)容和里站（見圖8b，39.17°N，117.2°E）的鋒生函數(shù)時間變化。鋒生函數(shù)表達式為[25]：

圖8 臺風“安比”（a）和臺風“煙花”（b）期間強降水區(qū)鋒生函數(shù)（填色，單位：10-10 K/（m·s））和散度（等值線，單位：10-5 m/s）的時間變化Fig.8 Time variation of frontogenesis function(shaded area,unit:10-10 K/(m·s))and divergence(unit:10-5 m/s)in the heavy rainfall area during Typhoon"Ampil"(a)and Typhoon"In-Fa"(b)

式中：F1、F2、F3、F4 分別為非絕熱加熱項、水平輻散項、水平變性項和與垂直運動有關的傾斜項。在臺風“安比”影響天津期間，2018年7月24日08時的強降水區(qū)整層存在明顯的鋒生函數(shù)，垂直分布表明鋒生的影響是整層的，且在700 hPa 和900 hPa 附近分別有鋒生的強中心，強度均為13×10-10K/（m·s），鋒生強中心與天津地區(qū)強降水時段一致；7 月24 日14 時后，鋒生函數(shù)減弱，降水逐漸減弱，可見鋒區(qū)的增強有利于大暴雨的發(fā)生和發(fā)展，且在900 hPa 以下有明顯的輻合。在臺風“煙花”影響天津期間，2021年7 月29日20時僅在近地面—800 hPa附近有明顯的鋒生，其強度略弱于臺風“安比”，從垂直方向上看鋒生影響是非正壓的，其中30 日02 時的鋒生中心位于800 hPa，強度為11×10-10K/（m·s）且鋒生維持（見圖9a），出現(xiàn)150 mm 的降水站點主要位于850 hPa 鋒生和鋒消的交匯區(qū)，臺風“煙花”導致的強降水站點主要位于鋒生函數(shù)和假相當位溫的梯度區(qū)（見圖9b），且與臺風結構的斜壓性關系密切。

圖9 臺風“安比”（a）和臺風“煙花”期間（b）累積降水>150 mm的站點分布（紅點）、850 hPa的鋒生函數(shù)（填色，單位：10-10 K/（m·s））和假相當位溫（單位：K）Fig.9 Distribution of stations with accumulated precipitation greater than 150 mm(red dots)，frontogenesis function at 850 hPa(shaded area,unit:10-10 K/(m·s))and pseudo-equivalent potential temperature(unit:K)during Typhoon"Ampil"(a)and Typhoon"In-Fa"(b)

3.5 水汽輸送條件

暴雨不僅與動力和熱力因子有關，充足的水汽供應也是暴雨發(fā)生的必要條件，其中水汽通量及其散度輻合可表征外地水汽對雨區(qū)內水汽的補充[26]。從低層925 hPa 水汽通量、水汽通量散度和風矢量分布可以看出，2018 年7 月24 日08 時（見圖10a），臺風在進入天津北上過程中東側一直存在偏南風低空急流，一方面為暴雨區(qū)提供了源源不斷的水汽，另一方面將海上的熱量向臺風經(jīng)過地區(qū)輸送，使臺風的強度得以維持，其東側的低空急流始終維持，經(jīng)過渤海后水汽得以補充，在向北推進過程中水汽通量高值區(qū)強度變化不大，臺風的西北部有一明顯的帶狀水汽輻合帶，不對稱分布更加明顯，水汽輻合中心位于京津交界附近，中心強度為-120×10-8g/（s·cm2·hPa），暴雨位置與水汽通量的密集帶和水汽輻合大值區(qū)對應。而2021 年7 月29 日20 時（見圖10b），臺風“煙花”北側的東南氣流經(jīng)渤海向天津東部地區(qū)不斷輸送水汽，最強的水汽輻合中心位于渤海西岸的天津東部沿海地區(qū)，其輻合強度略弱于臺風“安比”，水汽通量較臺風“安比”低約4×10-8g/（s·cm2·hPa）。

圖10 臺風“安比”和臺風“煙花”期間925 hPa水汽通量（等值線，單位：g/（s·hPa·cm））、水汽通量散度（填色，單位：10-8g/（s·cm2·hPa））和風矢量（單位：m/s）分布Fig.10 Water vapor flux(contour,unit:g/(s·hPa·cm)),water vapor flux divergence(shaded area,unit:10-8 g/(s·cm2·hPa))and wind vector(unit:m/s)during Typhoon"Ampil"and Typhoon"In-Fa"

進一步分析水汽通道對水汽集中的貢獻程度，選取了116.5°～118.2°E、38.5°～40.3°N 范圍內4 條邊界來分析兩次臺風過程中天津地區(qū)水汽的收支情況。從4個邊界的凈收支上看（見圖11a），在臺風“安比”導致的強降水開始前，東邊界主要為天津水汽的凈流入方，西邊界主要為水汽的凈流出方，而南邊界以弱的凈流入為主，北邊界為弱的凈流出。因此偏東水汽輸送為最重要的水汽來源，對天津強降水的水汽集中有正貢獻?？傮w來看，2018年7月24日20時前總的水汽收支為正值，水汽源源不斷向降水區(qū)集中，20時后總收支變?yōu)樨撝?，即當水汽由凈收入轉為凈支出后，強降水逐漸趨于停止，降水量迅速減少。從臺風“煙花”的水汽收支情況來看（見圖11b），在強降水發(fā)生前，南邊界主要為天津水汽的凈流入方，北邊界主要為水汽的凈流出方，而東邊界以弱的凈流入為主，西邊界為弱的凈流出，偏南水汽輸送為最重要的水汽來源。但與臺風“安比”不同的是，在臺風“煙花”導致的強降水開始后，降水區(qū)的總收入始終是增加的，可以持續(xù)為降水區(qū)提供水汽，為其較長時間的降水提供有利條件。

圖11 臺風“安比”（a）和臺風“煙花”（b）期間天津地區(qū)1 000～300 hPa整層的水汽收支時間序列Fig.10 Time series of vertically integrated water vapor budget between 1 000 hPa and 300 hPa in Tianjin during the periods of Typhoon"Ampil"(a)and Typhoon"In-Fa"(b)

4 結論

本文使用中國氣象局最佳路徑數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖、自動站資料、NCEP/NCAR 再分析資料和常規(guī)觀測資料，分析了2106 號臺風“煙花”和1810 號臺風“安比”北上過程中受到西風帶高空槽的影響導致天津地區(qū)強降水落區(qū)存在差異的原因。結論如下：

①臺風“安比”和臺風“煙花”在北上過程中強度保持不變，均給天津地區(qū)帶來明顯降水，但是大暴雨落區(qū)位置以及降水的強度和持續(xù)性卻存在顯著差異，其中臺風“安比”的降水強度大，大暴雨主要集中在天津西部，而臺風“煙花”降水持續(xù)時間長，降水效率低，大暴雨主要位于天津東部。

②兩次臺風降水分布差異與臺風結構、位置和環(huán)境氣流密切相關。在臺風“安比”影響期間，正壓結構維持，副高東撤導致槽后有冷空氣滲透并與偏東南暖濕低空急流交匯，中尺度云團發(fā)展，利于對流性降水的發(fā)生。臺風“煙花”則與西風槽合并后演變?yōu)楦呖詹?，由于冷平流較弱，中尺度云團不明顯，雨強較小，以穩(wěn)定性降水為主。

③臺風“安比”西側冷暖交匯，風切變增大，正渦度增強，高層高位渦氣流到達對流層低層，位渦下傳導致900 hPa 新的位渦中心被激發(fā)，且對流層低層螺旋度中心幾乎重合，鋒區(qū)垂直且有一定增強，共同為臺風“安比”期間的渦旋增強及大暴雨的發(fā)生和發(fā)展提供了有利的動力條件。臺風“煙花”暴雨區(qū)西側和北側的θse密集帶發(fā)生傾斜，斜壓性明顯，強降水落區(qū)恰好位于700 hPa 和850 hPa 螺旋度梯度的重合區(qū)，強降水站點主要位于鋒生函數(shù)和假相當位溫的梯度區(qū)。

④水汽分析發(fā)現(xiàn)，臺風“安比”正面襲擊天津，對流層低層東南急流經(jīng)渤海后水汽得以補充，在臺風西北部形成明顯的帶狀水汽輻合帶，東邊界主要為天津水汽的凈流入方，偏東水汽輸送為最重要的水汽來源，對天津強降水的水汽集中有正貢獻，水汽和冷暖空氣均交匯于京津交界并誘發(fā)短時強降水。臺風“煙花”經(jīng)山東折向渤海，臺風北側的東南氣流經(jīng)渤海向天津東部地區(qū)不斷輸送水汽，最強的水汽輻合中心位于天津東部沿海地區(qū)，南邊界主要為天津水汽的凈流入方，偏南水汽輸送為持續(xù)降水提供水汽來源。