臺(tái)風(fēng)“黑格比”登陸期間浙江地區(qū)水汽演變特征分析

楊逸霖，錢燕珍，葛旭陽(yáng)，黃綺君

(1.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044；2.寧波市氣象臺(tái)，浙江 寧波 315012)

1 引 言

臺(tái)風(fēng)登陸后的水汽輸送狀況是其登陸后降水能否維持的一個(gè)基本條件，強(qiáng)水汽輸送也是造成臺(tái)風(fēng)暴雨增大和維持的一個(gè)主要原因[1-3]。臺(tái)風(fēng)暴雨主要分為三種類型：集中在臺(tái)風(fēng)眼墻附近的主體暴雨、臺(tái)風(fēng)與中緯度或熱帶其他系統(tǒng)相互作用的遠(yuǎn)距離暴雨、受迎風(fēng)坡強(qiáng)迫抬升運(yùn)動(dòng)造成的暴雨[4]。而臺(tái)風(fēng)暴雨的強(qiáng)度和分布主要取決于臺(tái)風(fēng)自身結(jié)構(gòu)影響、所處大尺度環(huán)境場(chǎng)以及下墊面強(qiáng)迫三個(gè)方面[5]。陳聯(lián)壽等[1]指出，由于熱帶氣旋登陸的地形強(qiáng)迫作用，陸地上的地形強(qiáng)迫輻合形勢(shì)將使熱帶氣旋的暴雨雨量增大，降水落區(qū)面積增大，這種強(qiáng)迫作用使得登陸華東地區(qū)的熱帶氣旋北側(cè)降水增強(qiáng)、雨區(qū)增大。李英等[6]對(duì)0010 號(hào)臺(tái)風(fēng)“碧利斯”的數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明，切斷臺(tái)風(fēng)的水汽輸送后不僅臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度明顯減弱，而且暴雨強(qiáng)度也顯著減弱。Li 等[7]對(duì)7503 號(hào)臺(tái)風(fēng)“Nina”的分析表明，濕地邊界層中水汽、動(dòng)量等的垂直輸送對(duì)登陸熱帶氣旋的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)以及降水結(jié)構(gòu)有重要作用。葉成志等[3]對(duì)0604 號(hào)熱帶氣旋“碧利斯”的研究表明，“碧利斯”在登陸后的低壓環(huán)流與南海水汽相結(jié)合造成了湖南省東南部的特大暴雨。潘婧茹等[8]分析了1211 號(hào)臺(tái)風(fēng)“海葵”影響江蘇的兩段主要降水過(guò)程的水汽特征，發(fā)現(xiàn)西南季風(fēng)對(duì)臺(tái)風(fēng)登陸后同一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)第二次強(qiáng)降水具有相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。王燁豪[9]分別選取登陸福建且對(duì)浙江造成嚴(yán)重影響和一般影響的兩類臺(tái)風(fēng)個(gè)例進(jìn)行合成分析，發(fā)現(xiàn)登陸福建臺(tái)風(fēng)造成的強(qiáng)降水主要集中在浙江南部和東部地區(qū)。由此可見(jiàn)，由于與其環(huán)流相關(guān)聯(lián)的水汽場(chǎng)特征存在差異，登陸熱帶氣旋可能造成完全不同的降水分布和強(qiáng)度特點(diǎn)。

2004號(hào)臺(tái)風(fēng)“黑格比”于2020年8月1日12時(shí)(世界時(shí)，下同)在菲律賓東北洋面上生成，向西北方向移動(dòng)；于2 日21 時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，3 日06時(shí)達(dá)到臺(tái)風(fēng)級(jí)并向浙江南部沿?？拷? 日19 時(shí)30 分左右以近巔峰強(qiáng)度在浙江省樂(lè)清市沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力達(dá)13 級(jí)(38 m/s)，中心最低氣壓970 hPa；隨后以20 km/h 的速度繼續(xù)向西北偏北方向移動(dòng)，受陸地摩擦作用影響，“黑格比”形態(tài)迅速崩潰，強(qiáng)度逐漸減弱，4 日01 時(shí)由臺(tái)風(fēng)級(jí)降為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)，中心附近最大風(fēng)力11級(jí)(30 m/s)，17 時(shí)降為熱帶風(fēng)暴?！昂诟癖取迸_(tái)風(fēng)具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：第一，“黑格比”為近海生成臺(tái)風(fēng)，處于我國(guó)臺(tái)風(fēng)24 h警戒線附近，低層正渦度平流以及來(lái)自臺(tái)風(fēng)南側(cè)的水汽輸送是造成“黑格比”在登陸前24 h內(nèi)由熱帶風(fēng)暴級(jí)迅速增強(qiáng)至臺(tái)風(fēng)級(jí)的主要原因[10]，登陸時(shí)“黑格比”強(qiáng)度近巔峰狀態(tài)，7 級(jí)風(fēng)圈半徑在300 km 以內(nèi)；第二，登陸減弱北移后，臺(tái)風(fēng)南側(cè)仍有強(qiáng)降水，影響時(shí)間長(zhǎng)，盡管“黑格比”已于4 日上午移出浙江地區(qū)，但浙江地區(qū)降水繼續(xù)維持至8 月5 日，出現(xiàn)了第二階段的強(qiáng)降水。歷史個(gè)例表明，強(qiáng)降水往往伴隨著臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)刻的主體降水，而登陸臺(tái)風(fēng)衰減北移后南側(cè)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)降水比較少見(jiàn)。當(dāng)?shù)貥I(yè)務(wù)部門對(duì)第二次強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果不佳，這值得對(duì)此過(guò)程進(jìn)行成因分析。為此，本文將利用ERA5 再分析資料、WRF 模式以及水汽追蹤模式，設(shè)計(jì)水汽敏感性試驗(yàn)并結(jié)合水汽診斷分析，重點(diǎn)針對(duì)臺(tái)風(fēng)“黑格比”登陸后第二階段強(qiáng)降水的可能機(jī)理，以此期待提高登陸熱帶氣旋強(qiáng)降水過(guò)程的預(yù)報(bào)技巧。

2 資料和方法

2.1 資 料

臺(tái)風(fēng)“黑格比”登陸期間的路徑和中心強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心整編的逐6小時(shí)臺(tái)風(fēng)路徑和中心強(qiáng)度數(shù)據(jù)。降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)自動(dòng)氣象站與CMORPH 融合逐小時(shí)降水資料。大尺度環(huán)境場(chǎng)數(shù)據(jù)使用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)的第五代大氣再分析資料(ERA5)，其空間分辨率為0.25 °×0.25 °，時(shí)間跨度從1979 年開(kāi)始至今且為逐小時(shí)數(shù)據(jù)。

2.2 方 法

2.2.1 物理量的氣候場(chǎng)與擾動(dòng)場(chǎng)分離

擾動(dòng)天氣圖方法能夠在分離大氣物理量的時(shí)空平均基礎(chǔ)上，將天氣尺度瞬變擾動(dòng)量從實(shí)際觀測(cè)變量中分離出來(lái)，從而能夠反映出瞬時(shí)擾動(dòng)量對(duì)例如龍卷、短時(shí)強(qiáng)降水、臺(tái)風(fēng)等極端天氣的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系[11-13]。本文將歷史30 年的8 月3—4 日天氣形勢(shì)作為氣候場(chǎng)，計(jì)算得到2020 年8 月3—4 日逐小時(shí)大氣環(huán)境的瞬時(shí)擾動(dòng)場(chǎng)。

2.2.2 水汽通量勢(shì)函數(shù)

通過(guò)ERA5 再分析數(shù)據(jù)中的風(fēng)場(chǎng)和比濕計(jì)算得到水平方向水汽通量(Qx,Qy)后，通過(guò)以下公式計(jì)算水汽通量的勢(shì)函數(shù)χ及其水平輻散分量(Qχx,Qχy)：

通過(guò)超張弛法數(shù)值求解式(1)得到水汽通量的勢(shì)函數(shù)。隨后通過(guò)水汽通量的勢(shì)函數(shù)求解式(2)得到水汽通量的無(wú)旋分量(輻散分量)。

2.2.3 整層水汽通量異常的分解

使用尺度分離方法[14-16]，將IVT（整層水汽通量）異常分解為下式：

其中，IVT'、q'、V'分別表示整層水汽通量、比濕以及風(fēng)場(chǎng)的擾動(dòng)分量，g為重力加速度；Ptop為積分上界的氣壓(300 hPa)；Ps為海平面氣壓。等式右端四項(xiàng)分別為：A 項(xiàng)擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)對(duì)平均水汽的輸送，B項(xiàng)平均風(fēng)場(chǎng)對(duì)擾動(dòng)水汽的輸送，C 項(xiàng)擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)對(duì)擾動(dòng)水汽的輸送，以及余項(xiàng)(residue)。這里使用的氣候態(tài)、擾動(dòng)分量為2.2.1 節(jié)擾動(dòng)天氣圖方法分解得到的氣候態(tài)與擾動(dòng)分量。

3 “黑格比”登陸降水概況

圖1 為中國(guó)自動(dòng)氣象站與CMORPH 融合降水與ERA5 再分析資料中“黑格比”登陸后的降水分布演變情況及850 hPa 擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)、擾動(dòng)比濕，疊加IBTrACS 臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)集相應(yīng)時(shí)刻“黑格比”位置。從2020年8月4日00時(shí)降水(圖1a)可看到，此時(shí)的降水落區(qū)主要位于浙江東南沿海，結(jié)合“黑格比”位置以及850 hPa環(huán)流形勢(shì)，該時(shí)刻降水基本圍繞臺(tái)風(fēng)主體，且落區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)南側(cè)、東南側(cè)；伴隨“黑格比”的逐漸北移，降水落區(qū)隨之向北延伸的同時(shí)雨強(qiáng)逐漸減弱，至4日21時(shí)(圖1c)在江浙省界附近降水強(qiáng)度再次增強(qiáng)，而此時(shí)降水落區(qū)已經(jīng)與“黑格比”環(huán)流中心有較大距離。為方便下文對(duì)兩個(gè)降水階段的描述，將2020 年8 月4 日00—15時(shí)定義為“黑格比”登陸期間的第一階段強(qiáng)降水過(guò)程，8月4日16—22時(shí)為第二階段強(qiáng)降水過(guò)程。

4 環(huán)境場(chǎng)水汽特征分析

本文首先通過(guò)擾動(dòng)天氣圖方法對(duì)“黑格比”登陸期間兩個(gè)強(qiáng)降水階段低層擾動(dòng)水汽、擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析(圖1 中矢量箭頭及紅色等值線)。由圖1 可見(jiàn)，在兩次強(qiáng)降水階段，西南擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)與較高的擾動(dòng)水汽均穩(wěn)定少變維持，即“黑格比”登陸期間伴隨著強(qiáng)盛的西南季風(fēng)。對(duì)比降水區(qū)與臺(tái)風(fēng)位置的差異可看到，第一階段強(qiáng)降水的水汽來(lái)源于臺(tái)風(fēng)本體的水汽，而第二階段強(qiáng)降水落區(qū)已經(jīng)位于“黑格比”環(huán)流南側(cè)，即臺(tái)風(fēng)南側(cè)與西南季風(fēng)交匯處。

水汽通量的勢(shì)函數(shù)反映區(qū)域內(nèi)水汽的收支情況[17-18]，即水汽通量勢(shì)函數(shù)源匯對(duì)水汽輸送有清楚的指示意義。勢(shì)函數(shù)的極小值中心對(duì)應(yīng)水汽輸入?yún)^(qū)；反之，勢(shì)函數(shù)的大值中心意味著該區(qū)域?yàn)樗敵鰠^(qū)。利用整層水汽通量勢(shì)函數(shù)來(lái)對(duì)比分析這兩次降水峰值相對(duì)應(yīng)的水汽輸送特征。圖2 分別給出了兩個(gè)強(qiáng)降水階段時(shí)整層水汽通量勢(shì)函數(shù)以及整層水汽通量的無(wú)旋分量，兩階段強(qiáng)降水落區(qū)與整層水汽的輻合中心基本吻合。第一階段強(qiáng)降水(圖2a)時(shí)水汽通量的輻合中心與臺(tái)風(fēng)中心位置十分接近，表明此時(shí)整層水汽輻合形勢(shì)集中在“黑格比”環(huán)流主體內(nèi)，即第一階段主要為臺(tái)風(fēng)“黑格比”主體降水；在隨后24 小時(shí)內(nèi)，臺(tái)風(fēng)中心逐漸向北移動(dòng)，但水汽輻合中心移動(dòng)速度落后于臺(tái)風(fēng)移速，至第二階段強(qiáng)降水(圖2b)時(shí)，整層水汽通量輻合中心與臺(tái)風(fēng)中心存在明顯的距離。這說(shuō)明第二階段強(qiáng)降水與臺(tái)風(fēng)主體降水不同?？紤]到臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度進(jìn)一步衰減，一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題是：產(chǎn)生第二階段強(qiáng)降水的成因與第一階段臺(tái)風(fēng)主體降水有何差異？本文將針對(duì)該問(wèn)題開(kāi)展診斷分析。

圖2 2020年8月4日00時(shí)(a)、21時(shí)(b)整層水汽通量勢(shì)函數(shù)(填色，單位：106 kg/s)與水汽通量無(wú)旋分量(矢量，單位：106 kg/s)分布圖 紅色等值線為相應(yīng)時(shí)刻一小時(shí)累積降水10 mm、25 mm、40 mm等降水量線，紅點(diǎn)為觀測(cè)“黑格比”位置。

環(huán)境場(chǎng)水汽條件(如整層水汽通量；IVT)對(duì)降水至關(guān)重要。為進(jìn)一步揭示異常環(huán)流影響，本文將采用尺度分離的方法，重點(diǎn)探討氣候態(tài)、擾動(dòng)分量對(duì)整層水汽通量異常的貢獻(xiàn)。圖3 給出了第二階段整層水汽通量異常以及式(3)右端A、B、C 三項(xiàng)的空間分布。從整層水汽通量異常的逐項(xiàng)診斷看，第二階段強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)的水汽通量異常由擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)占主導(dǎo)地位，即上式右端A 項(xiàng)擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)對(duì)氣候態(tài)的水汽輸送對(duì)IVT'的貢獻(xiàn)最大，C 項(xiàng)擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)對(duì)擾動(dòng)水汽的輸送貢獻(xiàn)次之，B 項(xiàng)氣候態(tài)風(fēng)場(chǎng)對(duì)擾動(dòng)水汽的輸送貢獻(xiàn)最小。由此可見(jiàn)，水汽輸送主要取決于強(qiáng)盛的西南夏季風(fēng)環(huán)流。

圖3 2020年8月4日21時(shí)整層擾動(dòng)水汽通量的逐項(xiàng)診斷a～d分別對(duì)應(yīng)式(3)中左端項(xiàng)(a)、右端A項(xiàng)(b)、右端B項(xiàng)(c)、右端C項(xiàng)(d)。

5 水汽源區(qū)及軌跡分析

綜上所述，水汽通量勢(shì)函數(shù)與擾動(dòng)天氣圖對(duì)兩個(gè)階段降水的水汽條件分析表明，兩個(gè)強(qiáng)降水階段水汽來(lái)源可能存在差異。為進(jìn)一步揭示這些差異，本文利用NOAA 開(kāi)發(fā)的HYSPLIT 拉格朗日后向粒子追蹤模式[19-20]進(jìn)行目標(biāo)空氣塊軌跡追蹤(圖4)。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)來(lái)自兩次降水落區(qū)的目標(biāo)空氣塊后推24 小時(shí)得到目標(biāo)空氣塊的軌跡。圖4a中，第一階段降水發(fā)生24 小時(shí)前幾乎所有目標(biāo)氣塊路徑均呈現(xiàn)氣旋性旋轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)，這與臺(tái)風(fēng)環(huán)流吻合。而在第二階段(圖4b)，絕大多數(shù)目標(biāo)氣塊的移動(dòng)軌跡表現(xiàn)出從南側(cè)直接移入降水區(qū)，即西南季風(fēng)將水汽直接輸送到降水區(qū)。這些結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了前文分析結(jié)果。

圖4 HYSPLIT模式對(duì)兩階段強(qiáng)降水落區(qū)的水汽后向追蹤軌跡圖 a.2020年8月4日00時(shí)；b.2020年8月4日21時(shí)。每種顏色的線條代表一個(gè)典型目標(biāo)氣塊，黑色五角星表示起始追蹤位置。

雖然HYSPLIT 拉格朗日后向例子追蹤模式可以揭示目標(biāo)區(qū)水汽軌跡，但無(wú)法定量描述各區(qū)域?qū)邓南鄬?duì)貢獻(xiàn)。而拉格朗日軌跡追蹤模式FLEXPART 不僅可用來(lái)追蹤大氣中各種成分的輸送[21-23]，而且可通過(guò)更加清晰、定量的方式反映各類天氣形勢(shì)下水汽輸送的特征[24-26]。為此，本文將采用FLEXPART 模式，對(duì)造成第二階段強(qiáng)降水的天氣尺度水汽來(lái)源進(jìn)行定量分析。

Numaguti[27]與Trenberth[28]的研究發(fā)現(xiàn)，水汽平均在大氣中的留滯時(shí)間約為10 天，因此選取浙江地區(qū)為目標(biāo)降水區(qū)域，對(duì)目標(biāo)氣塊從達(dá)到第二階段強(qiáng)降水峰值強(qiáng)度起，回推10 天模擬目標(biāo)氣塊軌跡。

采用前人研究[22-23,25,29-30]對(duì)E-P的定義：

其中，E和P分別表示單位面積下墊面的蒸發(fā)率(Evaporation)和降水率(Precipitation)，因此E-P代表了蒸發(fā)率與降水率之差(即地表水通量)，ei和pi分別表示單一目標(biāo)氣塊內(nèi)水汽含量的增長(zhǎng)率和減少率，mi、qi分別表示單一目標(biāo)氣塊的質(zhì)量和比濕，t為時(shí)間，A為所劃分區(qū)域的表面積。

根據(jù)前文的西南季風(fēng)水汽輸送通道(圖5)，劃分水汽源區(qū)見(jiàn)圖5a 黑色矩形所圍區(qū)域。參考Huang等[25]研究，用目標(biāo)降水區(qū)域內(nèi)釋放的總水汽Rtotal表示目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的降水量，分別計(jì)算每個(gè)水汽源區(qū)在目標(biāo)降水區(qū)域釋放的水汽為R，不同水汽源區(qū)對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)降水的貢獻(xiàn)率C計(jì)算如下：

圖5 FLEXPART模式模擬結(jié)果診斷得到的E-P(填色，單位：mm)與水汽源區(qū)劃分(黑色矩形)(a)、各水汽源區(qū)對(duì)目標(biāo)降水區(qū)域的貢獻(xiàn)百分比(b) a中T區(qū)表示目標(biāo)降水區(qū)域，對(duì)應(yīng)右圖loc直方圖；b中Total為所有考察的區(qū)域貢獻(xiàn)之和，藍(lán)色為整層大氣貢獻(xiàn)百分比，紅色為邊界層貢獻(xiàn)百分比。

由FLEXPART 模式模擬結(jié)果診斷得到的E-P分布見(jiàn)圖5a 填色，其中負(fù)值表明經(jīng)過(guò)此處的氣塊凈釋放水汽，即水汽匯區(qū)，正值表明經(jīng)過(guò)此處的氣塊凈攝取水汽呈現(xiàn)為水汽源區(qū)。從圖5a 看出，目標(biāo)氣塊在洋面上時(shí)主要表現(xiàn)為氣塊獲取水汽，氣塊水汽含量增加，經(jīng)過(guò)陸地時(shí)則以氣塊釋放水汽為主。在到達(dá)目標(biāo)區(qū)域時(shí)，氣塊中的水汽得到充分釋放，出現(xiàn)了顯著和集中的降水。注意到氣塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中伴隨數(shù)次水汽的釋放與攝取，因此需要對(duì)水汽源區(qū)的整體貢獻(xiàn)進(jìn)行定量分析。通過(guò)降水貢獻(xiàn)率公式估算得到不同水汽源區(qū)的水汽貢獻(xiàn)見(jiàn)圖5b。

從圖5b 中的水汽源區(qū)定量貢獻(xiàn)直方圖可看出，區(qū)域A 的整層大氣和邊界層(Planetary Boundary Layer，PBL，這里指從地面至850 hPa)內(nèi)水汽對(duì)目標(biāo)區(qū)域降水貢獻(xiàn)分別達(dá)到36.8% 和30.6%，是對(duì)浙江地區(qū)降水貢獻(xiàn)最大的水汽源區(qū)；區(qū)域B 的降水貢獻(xiàn)排第二，相應(yīng)降水貢獻(xiàn)分別為13.1% 和11.4%；浙江地區(qū)局地的整層大氣與邊界層大氣降水貢獻(xiàn)分別為5.0%和1.7%。結(jié)果表明，大尺度環(huán)境場(chǎng)在“黑格比”登陸10天之內(nèi)維持著較強(qiáng)的西南季風(fēng)，源源不斷地將濕空氣輸送至浙江地區(qū)，伴隨臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)水汽輻合場(chǎng)(圖2)造成浙江地區(qū)的降水。

6 WRF敏感性試驗(yàn)

上述分析結(jié)果表明西南季風(fēng)對(duì)浙江地區(qū)兩階段降水的重要作用。利用中尺度數(shù)值模式WRF_ARW，本文將開(kāi)展針對(duì)水汽來(lái)源的敏感性試驗(yàn)。模擬過(guò)程采用三層格距分別為27 km、9 km、3 km 的嵌套網(wǎng)格，其中第三層為跟隨臺(tái)風(fēng)移動(dòng)網(wǎng)格，模式模擬的區(qū)域中心為122 °E，30 °N，模擬區(qū)域設(shè)置如圖6所示；初始時(shí)刻為2020年8月3 日00 時(shí)，積分72 h，使用NCEP 的FNL 1 °×1 °再分析資料作為模式初始及邊界條件。模式模擬的參數(shù)化方案設(shè)置參見(jiàn)表1。

表1 WRF模式參數(shù)化方案設(shè)置

圖6 WRF模式初始模擬區(qū)域設(shè)置

本文設(shè)計(jì)三組模擬試驗(yàn)，第一組為控制試驗(yàn)；第二組(RH55)敏感性試驗(yàn)將WRF 前處理系統(tǒng)中積分時(shí)段期間met_em 文件中25 °N 南側(cè)的相對(duì)濕度減少為原始相對(duì)濕度的55%，以達(dá)到削弱南側(cè)熱帶地區(qū)水汽輸送的作用；第三組(noSMflx)敏感性試驗(yàn)，在臺(tái)風(fēng)登陸后，關(guān)閉臺(tái)風(fēng)主體(如：第三層網(wǎng)格)區(qū)域的地表潛熱通量(即地表蒸發(fā)作用)，不考慮“黑格比”主體環(huán)流內(nèi)近地表水汽對(duì)自由大氣的水汽反饋。具體試驗(yàn)名稱及試驗(yàn)?zāi)康娜绫? 所示。

表2 WRF模式試驗(yàn)設(shè)置

圖7 給出了三組試驗(yàn)?zāi)M及觀測(cè)的“黑格比”路徑、強(qiáng)度(地面最低中心氣壓)。模式較好地模擬了臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度和路徑，除RH55 登陸地點(diǎn)略偏南外，登陸時(shí)間、強(qiáng)度以及隨后的移動(dòng)和強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本相同，因此模式對(duì)“黑格比”登陸時(shí)間以及移動(dòng)路徑、強(qiáng)度模擬是比較成功的。

圖7 觀測(cè)及WRF模式模擬2020年8月3日00時(shí)—5日00時(shí)“黑格比”路徑(a)、地表中心最低氣壓(b)

圖8 則比較三組試驗(yàn)中降水情況及850 hPa風(fēng)場(chǎng)。不難發(fā)現(xiàn)，各模擬試驗(yàn)均出現(xiàn)第一階段的臺(tái)風(fēng)登陸強(qiáng)降水(圖8a、8d、8g)。伴隨臺(tái)風(fēng)在陸地上逐漸北移，降水強(qiáng)度不斷減弱(圖8b、8e、8h)，值得關(guān)注的是RH55試驗(yàn)的降水強(qiáng)度衰減很快。至4日21 時(shí)RH55 試驗(yàn)(圖8f)幾乎無(wú)降水。而在noSMflx 試驗(yàn)中，降水強(qiáng)度(圖8i)略弱于CTL 試驗(yàn)(圖8c)，但是降水主體仍然能夠維持。這說(shuō)明，臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)的局地水汽輸送(蒸發(fā))對(duì)第二階段強(qiáng)降水的貢獻(xiàn)十分有限，這進(jìn)一步說(shuō)明西南季風(fēng)的水汽輸送起著主導(dǎo)作用。

圖8 三組WRF試驗(yàn)?zāi)M的一小時(shí)累積降水(填色，單位：mm )以及850 hPa風(fēng)場(chǎng)(矢量箭頭) 圖示黑點(diǎn)為各組當(dāng)前時(shí)刻臺(tái)風(fēng)位置。圖左上方為試驗(yàn)方案，右上方為時(shí)間。

圖9 為兩階段強(qiáng)降水過(guò)程峰值時(shí)刻各組試驗(yàn)及觀測(cè)的850 hPa垂直速度與散度場(chǎng)，在CTL與觀測(cè)中(圖9a～9d)，兩階段強(qiáng)降水落區(qū)均與低層輻合上升運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)良好。第一階段強(qiáng)降水期間，低層輻合中心和上升運(yùn)動(dòng)的極值區(qū)與臺(tái)風(fēng)中心位置十分靠近，表明此時(shí)輻合上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)區(qū)域位于“黑格比”環(huán)流主體內(nèi)；隨著臺(tái)風(fēng)向北移動(dòng)的同時(shí)，其強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，至第二階段強(qiáng)降水峰值時(shí)段(圖9b、9d)，臺(tái)風(fēng)中心與低層輻合上升運(yùn)動(dòng)中心存在一定的距離，說(shuō)明強(qiáng)降水偏離臺(tái)風(fēng)中心。這表明第二階段降水的產(chǎn)生主要與臺(tái)風(fēng)外圍西風(fēng)跟西南季風(fēng)輻合導(dǎo)致的上升運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

圖9 觀測(cè)和三組WRF試驗(yàn)?zāi)M的850 hPa垂直速度(填色，單位：cm/s )以及850 hPa散度場(chǎng)(紅色等值線，單位：10-4 s-1，等值線間隔為4，最外圍等值線為-4) 黑點(diǎn)為各組當(dāng)前時(shí)刻臺(tái)風(fēng)位置。圖左上方為試驗(yàn)方案，右上方為時(shí)間。

7 總結(jié)與討論

本文利用觀測(cè)資料，分析了登陸臺(tái)風(fēng)2004 號(hào)臺(tái)風(fēng)“黑格比”的降水時(shí)空分布特征，即浙江地區(qū)出現(xiàn)了兩個(gè)階段強(qiáng)降水過(guò)程。通過(guò)擾動(dòng)天氣圖與整層水汽通量勢(shì)函數(shù)分析表明，第一階段強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)著登陸時(shí)刻臺(tái)風(fēng)主體降水，第二階段強(qiáng)降水的出現(xiàn)并非臺(tái)風(fēng)主體降水。

伴隨著臺(tái)風(fēng)逐漸北移，強(qiáng)盛的西南夏季風(fēng)環(huán)流建立了穩(wěn)定的水汽通道，加上臺(tái)風(fēng)南側(cè)外圍環(huán)流與西南季風(fēng)交會(huì)形成有利的輻合上升形勢(shì)，這兩者最終導(dǎo)致第二階段降水過(guò)程。利用中尺度模式進(jìn)行了水汽條件的敏感性試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了西南季風(fēng)水汽輸送的重要性。表明在臺(tái)風(fēng)登陸降水預(yù)報(bào)過(guò)程中，需要關(guān)注不同西南夏季風(fēng)環(huán)流下水汽輸送影響。

需要指出的是，本文僅僅是一次登陸臺(tái)風(fēng)個(gè)例研究，結(jié)論的普適性需要更多臺(tái)風(fēng)個(gè)例進(jìn)行合成對(duì)比分析。另外，對(duì)于局地地形與環(huán)境氣流相互作用等過(guò)程尚未涉及，這些需要在今后工作進(jìn)一步深入研究。