臺風“暹芭”引發(fā)南海區(qū)強降雨的環(huán)境條件分析

鐘立華，巢婧華，余曉建，龐綺汶，郭瑞玲

（佛山市南海區(qū)氣象局，廣東佛山 528200）

臺風是一種災害性天氣，能引起狂風、暴雨和風暴潮等災害，還極易誘發(fā)城市內澇、山體滑坡、泥石流等次生災害，威脅著人民的生命財產安全［1］。許多學者對臺風進行了研究，對臺風登陸后帶來的強降雨尤為關注，從數值模式、物理量的數值模擬及系統(tǒng)配置等方面對強降雨落區(qū)及成因進行了深入探討［2-3］，如孫建華等［4］對9406（Tim）臺風登陸與西風帶槽相互作用分析認為高低空、中低緯系統(tǒng)的配置非常有利于降水，中低空的東南急流有著極其重要的作用，向北輸送了水汽、渦度、動能等；汪亞萍等［5］對2006“碧利斯”臺風暴雨的診斷分析得出，水汽螺旋度、熱力螺旋度、散度垂直通量、熱力散度垂直通量等4個動力因子與降水強度對應更好，對降水的指示意義也更好。本研究利用NCEP（1.0°×1.0°）6 h再分析資料、ECMWF的ERA5（0.25°×0.25°）3 h再分析資料、自動站資料等，對7月2日午后到7月3日早晨南海區(qū)強降雨的環(huán)境條件進行分析，試圖找出該次臺風強降雨的影響因子，為臺風強降雨預報業(yè)務提供參考。

1 臺風概況及風雨實況

2022年第3號臺風“暹芭”是近20年來登陸廣東的最強南海“土”臺風，其于6月30日08：00（北京時，下同）在南海海面生成；7月2日08：00加強為臺風，15：00以臺風級（35 m／s，12級）在廣東電白沿海登陸，18：00減弱為強熱帶風暴，期間大致以西北行為主；3日轉偏北方向移動，17：00在廣西陽朔縣境內減弱為熱帶低壓；4日08：00中央氣象臺對其停止編號。

受“暹芭”外圍螺旋雨帶影響，6月30日08：00至7月4日08：00南海區(qū)出現連續(xù)多日強降雨，并伴有8級陣風和局地龍卷，具有“影響范圍廣、持續(xù)時間長、累計雨量大、伴短時大風”等特點。全區(qū)平均累積雨量246.4 mm（圖1a），56個自動站（占54.90%）錄得250～400 mm降雨，過程最大累計雨量為大瀝鎮(zhèn)328.7 mm。全區(qū)85個站點錄得6級以上陣風，其中21個站點錄得8級大風（圖1b），過程最大陣風為九江鎮(zhèn)19.1 m／s（8級），6月30日16：47前后獅山鎮(zhèn)出現弱龍卷，7月2日17：30前后西樵鎮(zhèn)出現EF1級龍卷風。

圖1 2022年6月30日08：00至7月4日08：00南海區(qū)累積降雨量實況（a）、風力實況（b）和最大小時雨量隨時間變化（c）

南海區(qū)過程最強降雨時段集中在7月2日午后到7月3日早晨（圖1c）。2日隨著“暹芭”向廣東粵西沿?？拷芷渫鈬菪陰в绊?，南海區(qū)13：00到14：00雨勢開始加強，出現小到中雨；15：00登陸后到17：00雨勢明顯加強，出現大雨到暴雨，最大時雨量為43.8 mm；夜間大部分鎮(zhèn)街處于螺旋雨帶縫隙處，降雨暫歇。3日凌晨起受新生成的螺旋雨帶影響，形成列車效應，小時雨強強，累計雨量大，最大1 h滑動雨量達77 mm（06：25—07：25）。

2 強降雨環(huán)境條件

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

臺風的移動與大尺度環(huán)流密切相關，副熱帶高壓（以下簡稱副高）和西風槽是影響臺風路徑的主要天氣系統(tǒng)［6］。從500 hPa形勢來看，7月1—2日中高緯為兩槽一脊形勢且緩慢東移，臺風“艾利”在副高環(huán)流內發(fā)展北抬，致使副高減弱東退，副高中心位于西北太平洋洋面上，脊線在35°N附近，呈西北到東南向，“暹芭”在副高邊緣西南到東南氣流引導下向西偏北方向移動，但其距離588 dagpm線較遠，同時副高邊緣引導氣流偏弱，使得“暹芭”移動緩慢（圖2）。

圖2 2022年7月2日20：00 500 hPa位勢高度場（等值線，單位：dagpm）和風場（風向桿，單位：m／s）

3日中高緯西風槽東移北收，臺風“艾利”在副高環(huán)流內繼續(xù)西北行，阻擋著588 dagpm線西伸，西北行過程中副高出現斷裂狀態(tài)，脊線南落到30°N附近，“暹芭”受副高邊緣較弱的西南到偏南氣流引導下移動路徑出現轉折，轉向偏北行，此期間“暹芭”與寬廣的季風槽相連，不斷卷入季風帶來的暖濕氣流，登陸后在下墊面的作用下，移速緩慢，停留時間較長，為南海區(qū)強降水提供了有利的環(huán)流背景。4—5日“暹芭”殘余環(huán)流北上，并入高空槽，在槽前西南氣流引導下向東北方向移動，對南海區(qū)影響減弱。

2.2 低空急流

低空急流是臺風獲得水汽和能量的重要通道，程正泉等［7］研究表明，造成大范圍強降水的臺風往往登陸后與持續(xù)時間長且深厚的西南急流相連。從925 hPa風場可知，7月2日“暹芭”登陸后其東南側與西南到東南急流帶相連，向珠三角和粵西一帶不斷輸送水汽和能量，南海區(qū)處于東南急流帶上，水汽和能量輸送條件十分有利（圖3a）。7月3日“暹芭”環(huán)流雖有所減弱，但其東南側仍與西南急流帶相連，持續(xù)提供源源不斷的水汽和能量，南海區(qū)3日凌晨到早上處于偏南急流帶上，水汽供應順暢且充足，容易觸發(fā)強對流天氣，此時段南海區(qū)出現了暴雨到大暴雨。從風場隨時間的垂直剖面（圖3b）可知，7月2—3日南海區(qū)上空低空急流強勁且維持時間長，風速為14～26 m／s，其中2日維持深厚的強東南氣流，3日凌晨轉為強偏南氣流，2日午后到3日凌晨900～700 hPa低空急流最強，風速維持在24 m／s以上，2日20：00 850 hPa高度附近出現急流中心，風速為26 m／s左右。強降雨出現的時間與急流大值區(qū)出現的時間對應，說明強勁的低空急流有利于將水汽輸送至暴雨區(qū)，為強降雨提供有利的環(huán)流背景。

圖3 2022年7月2日20：00 925 hPa風場（填色，風速≥12 m／s）（a）和7月1—5日風場沿113°E，23°N剖面（單位：m／s）（b）

2.3 水汽條件

暴雨的生成離不開充足的水汽供應和水汽輻合，水汽通量能夠反映水汽輸送強度［8］，水汽通量散度能夠反映水汽的集中程度［9］。從925 hPa水汽通量和水汽通量散度可知，臺風“暹芭”登陸前，水汽通量大值區(qū)分布在臺風東南側急流中心附近，中心強度超過55 g·cm-1·hPa-1·s-1，覆蓋范圍廣，大量水汽向珠江三角洲到粵西沿海一帶輸送。2日14：00南海區(qū)水汽通量增強至30～45 g·cm-1·hPa-1·s-1之間（圖4a），水汽通量散度則在（-10～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之間；15：00—17：00“暹芭”登陸后，水汽通量大值區(qū)位于臺風本體附近，南海區(qū)處于水汽通量大值中心外圍和水汽輻合區(qū)內，降水對應增強；夜間水汽通量大值區(qū)范圍收縮，中心強度逐漸減弱，南海區(qū)西部鎮(zhèn)街轉為水汽輻散區(qū)，降水暫歇。3日凌晨起水汽輻合再次增強，02：00南海區(qū)水汽通量散度在（-15～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之間，05：00起南海區(qū)出現強降雨，水汽通量強度、水汽輻合強度與強降雨強度關系密切。

圖4 2022年7月2日14：00 925 hPa水汽通量（單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和7月1—5日水汽通量散度沿113°E，23°N剖面（單位：g·cm-2·hPa-1·s-1）（b）

從水汽通量和水汽通量散度隨時間的垂直剖面（圖4b）也可以看到，7月2—3日水汽通量明顯增強增厚，25 g·cm-1·hPa-1·s-1以上水汽通量厚度延伸到700 hPa附近，其中2日午后到3日早晨900 hPa附近出現水汽通量核，強度增強到40 g·cm-1·hPa-1·s-1以上。

另外，此時段對應的水汽輻合區(qū)同樣增強增厚；850 hPa以下水汽通量散度維持-14×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1以上，表明此時段南海區(qū)上空低層水汽含量充沛，水汽通量強度強、厚度厚及水汽輻合增強與2日午后到3日早晨強降雨的發(fā)生有著密切聯(lián)系。

2.4 動力條件

在可持續(xù)供應水汽的條件下，配合較強的上升運動，容易出現強降水［8］。從散度隨時間的垂直剖面（圖5a）可知，1日夜間起低層1 000～850 hPa輻合逐漸增強，2日白天到3日早晨低層維持明顯的輻合中心，輻合中心位于925 hPa附近，強度達到-8×10-5s-1，2日午后到3日早晨500～300 hPa均為輻散，散度值在（2～4）×10-5s-1之間，此時段高空輻散、低空輻合的配置有利于上升運動維持［10］，產生對流性降水。從垂直速度隨時間的剖面（圖5b）可以看出，7月2到4日中低層多為上升運動，2日白天上升運動顯著增強，850～400 hPa均為強上升區(qū)，中午到下午達最強，最強中心位于700～400 hPa高度，中心強度為-8 Pa／s，最強上升區(qū)出現時間與強降雨時段對應。3日中低層基本為上升運動，強度有所減弱，在-2～-4 Pa／s之間，南海區(qū)位于氣流上升區(qū)，動力條件仍較好，3日凌晨到早上在偏南氣流的控制下，南海區(qū)水汽供應充足且處于水汽輻合區(qū)，在動力作用抬升下觸發(fā)了強對流天氣［11］，雨帶伴有列車效應，導致累積雨量大，05：00—08：00，36個站點錄得50～100 mm降雨，8個站點錄得100 mm以上降雨，最大累計雨量為大瀝鎮(zhèn)118.6 mm。

圖5 2022年7月1—5日散度（單位：s-1）（a）和垂直速度（單位：Pa／s）（b）沿113°E，23°N剖面

2.5 不穩(wěn)定能量

θse（假相當位溫）是反映大氣溫濕條件和能量的物理量［12］，低層處于高溫高濕狀態(tài)時更易出現強降水［13］。從θse隨時間的垂直剖面（圖6）可知，臺風登陸后低層900 hPa以下，θse維持在355 K以上，為高能區(qū)；900～500 hPa之間θse均大于347 K，由此可見，南海區(qū)上空低層能量充足，為降水儲蓄了比較好的熱力條件。θse隨高度的變化可以反映大氣層結的穩(wěn)定度，其中θse隨高度減小時表明大氣層結不穩(wěn)定［14］，2日午后到3日早晨南海區(qū)上空500 hPa以下的中低層θse隨高度減小，即?θse／?p＞0，大氣存在對流不穩(wěn)定，有利于對流的發(fā)展，南海區(qū)此時段內出現的強降雨正是在這種對流性不穩(wěn)定條件下發(fā)生。一般而言，持續(xù)性的降雨會造成能量的損耗［15］，然而臺風登陸后低層900 hPa以下始終處于暖濕不穩(wěn)定區(qū)，能量維持在355 K以上，中低層大氣對流不穩(wěn)定狀態(tài)始終維持，這可能是因為隨著臺風的北上，臺風西南到東南側急流不斷把海上的水汽和不穩(wěn)定能量輸送上岸，致使南海區(qū)增溫增濕，從而彌補了持續(xù)性降雨對能量的損耗。

圖6 2022年7月1—5日θse沿113°E，23°N剖面（單位：K）

3 結論

1）7月2到3日南海區(qū)上空低層水汽含量充沛，水汽通量核與水汽輻合中心對應，水汽通量強度強、厚度厚及水汽輻合增強與2日午后到3日早晨強降雨的發(fā)生有著密切聯(lián)系。

2）7月2日午后到3日早晨南海區(qū)處于氣流上升區(qū)，垂直上升運動強，高空輻散、低空輻合配置較好，大尺度抽吸作用有利于上升運動維持，為強降雨發(fā)生提供有利的動力條件。

3）低層不穩(wěn)定能量充足，中低層存在對流不穩(wěn)定，7月2日午后到3日早晨南海區(qū)強降雨正是在這種對流性不穩(wěn)定條件下發(fā)生；低空急流不斷輸送水汽和不穩(wěn)定能量，提供有利的暖濕條件，有利于南海區(qū)強降雨的維持。