北上臺風引發(fā)錦州連續(xù)性暴雨的成因分析

徐玉秀 蔣姍姍 張 璇 周福然 曲梓祎 姜 文

（1.錦州市氣象局，遼寧 錦州 121000；2.通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000；3.遼寧省氣象臺，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

臺風和暴雨是我國沿海地區(qū)夏季主要的災害性天氣系統(tǒng)，臺風災害多是由大風、暴雨和風暴潮等引起的，會對人民的生命財產(chǎn)造成嚴重威脅［1］。臺風北上與冷空氣相互作用，通常會產(chǎn)生大范圍暴雨天氣。狄利華等［2］研究表明冷空氣入侵臺風環(huán)流，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，使位能轉化為動能，對觸發(fā)暴雨也有重要作用。蔣小平等［3］研究指出，環(huán)境流場輸送暖濕氣流為暴雨區(qū)補充不穩(wěn)定能量和水汽，對暴雨的產(chǎn)生起到了十分重要的作用。雖然目前相關學者對臺風暴雨的研究較為廣泛，但由于臺風暴雨的影響因子較多，成因復雜，影響東北地區(qū)的臺風又相對較少，因此對臺風的路徑、強度及冷空氣作用下臺風倒槽的斜壓發(fā)展及降水落區(qū)和強度的預報一直以來都是天氣預報工作中的難點，需通過總結分析東北地區(qū)臺風暴雨的成因，不斷提高臺風暴雨精細化預報能力。

1 降水實況特征

2019 年8 月10 日05 時至15 日08 時，錦州地區(qū)出現(xiàn)總降水量達暴雨到大暴雨，局部特大暴雨天氣。此次降水過程的特點為：①持續(xù)時間長。受西風帶冷空氣和副熱帶高壓影響，錦州地區(qū)自10日05時開始出現(xiàn)降水，11 日08 時開始，受臺風“利奇馬”外圍云系等連續(xù)影響，降水截至15 日00 時結束，累計時長為115 h；②累計雨量大。錦州地區(qū)平均降水量為129 mm，全市109個氣象觀測站，全部出現(xiàn)降水，其中累計降水量最大為253.5 mm，出現(xiàn)在凌海市大業(yè)鎮(zhèn)，累計降水量超過200 mm的有32個站，累計降水量在100～200 mm之間的有66個站，其他各站累計降水量在50～100 mm 之間（如圖1 所示）。③風雨齊上陣。受臺風影響，降水期間同時還出現(xiàn)了大風天氣，錦州地區(qū)陸地出現(xiàn)東北風5～6 級，陣風7～8 級；渤海北部海域出現(xiàn)東北風6～7 級，陣風8～9 級。④致災程度高。此次錦州地區(qū)暴雨評估為一級暴雨災害，屬最嚴重級別。

圖1 錦州市8月10日00時至15日08時降雨量分布

2 環(huán)流形勢演變分析

8 月10 日、12 日和13 日08 時500 hPa、850 hPa位勢高度場和風場如圖2所示。由圖2可知，10日08時，500 hPa 高空圖上副熱帶高壓偏東，遼寧地區(qū)受副高外圍影響，西風槽位于河套中東部，中低空相應存在切變線和西南急流，與200 hPa高空急流分散區(qū)相耦合，提供了充足的水汽輸送和較好的輻合上升條件，錦州地區(qū)自南向北逐漸出現(xiàn)降水天氣。11 日08 時南亞高壓東退南落，臺風由出流區(qū)進入入流區(qū)，輻散條件變差，副熱帶高壓偏東引導氣流較弱，西風槽東移南壓，槽線位于內(nèi)蒙古東部，熱帶風暴減弱北上，雨帶螺旋移至大連地區(qū)，并入高空槽。12日08時，500 hPa 中緯度無明顯西風槽槽前引導氣流，10 號臺風“羅莎”使副熱帶高壓長時間穩(wěn)定，西側大陸高壓強，東西兩高對峙，前進方向周圍都是比較明顯的高壓（鞍形場），形勢穩(wěn)定，北側的內(nèi)蒙古有東北-西南向阻塞高壓，“利奇馬”移速變慢，850 hPa臺風暖濕切變北抬逐漸影響遼寧中西部地區(qū)，錦州處于切變的右前方，配合地面倒槽輻合，動力條件非常有利，850 hPa 上東南急流建立，順著臺風環(huán)流在遼寧中部上空明顯輻合，帶來源源不斷的水汽輸送，錦州地區(qū)出現(xiàn)較強降水。12 日20 時“利奇馬”在山東半島北部萊州灣西折回旋，強度進一步減弱。13 日08 時，臺風倒槽與西風帶高空槽結合，高空槽后的冷空氣與臺風攜帶的暖濕水汽相遇，冷暖空氣勢力相當，切變維持少動，錦州地區(qū)出現(xiàn)第三階段降水。14日20時系統(tǒng)移至遼寧東部，錦州降水陸續(xù)結束。

圖2 8月10日08時、12日08時、13日08時500 hPa、850 hPa位勢高度場和風場

3 暴雨成因分析

3.1 暴雨的水汽條件診斷

充分的水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件之一。從此次強降水第一階段來看，850 hPa 西南氣流逐漸加強，將渤海的水汽輸送到錦州地區(qū)，分析850 hPa 水汽通量散度場可以發(fā)現(xiàn)，強降水落區(qū)基本與水汽通量散度大值區(qū)相吻合。10 日08 時錦州地區(qū)處于水汽通量散度較強負值區(qū)內(nèi)，表明此時水汽在錦州地區(qū)有強輻合，錦州處于強降水階段。10 日20 時，水汽通量散度負值區(qū)移出錦州，降水減弱。11日08時開始受減弱臺風“利奇馬”影響，錦州地區(qū)進入第二階段降水，水汽通道集中在臺風“利奇馬”的東北側，副熱帶高壓西側。12日08時，隨著臺風“羅莎”西移，其外圍輸送的水汽帶與“利奇馬”水汽通道打通，黃渤海水汽通道建立，兩個臺風為遼寧地區(qū)輸送豐富的水源（如圖3 所示），此時錦州地區(qū)處于水汽輻合區(qū)，低層水汽通量達18～20 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽通量散度達-30 g·cm-2·hPa-1·s-1，850 hPa 比濕達14 g/kg，達到了區(qū)域性暴雨閾值。12日20時，云帶減弱移除，降水趨于結束，錦州地區(qū)又一次進入降水間歇期。13 日08 時，西風槽后部冷空氣南下，與臺風輸送的暖濕空氣結合，錦州地區(qū)進入第三階段降水，降水期間水汽通量及水汽通量散度明顯增強，錦州地區(qū)降水加強。13日20時，隨著“利奇馬”進一步減弱，水汽通量散度負值區(qū)逐漸移出錦州地區(qū)，錦州降水基本趨于結束。

圖3 8月12日08時850 hPa水汽通量和水汽通量散度

3.2 動力條件分析

一次暴雨的發(fā)生發(fā)展，較強的上升運動是必不可少的。錦州站時間垂直剖面如圖4 所示。由圖4可知，10日06時錦州為水汽高值中心，達到20 g/kg，良好的水汽條件一直持續(xù)到11 日06 時，錦州上空維持較高的水汽水平，因此，只要抬升觸發(fā)系統(tǒng)存在，即使系統(tǒng)不明顯，也會導致錦州地區(qū)產(chǎn)生明顯的降水過程。11 日08 時后，水汽條件減弱，低層動力條件仍一般，11 日白天錦州地區(qū)降水強度減弱。12 日錦州上空氣團的垂直運動速度存在增強的趨勢，但低層仍維持弱輻散，錦州地區(qū)出現(xiàn)一定程度的降水，但降水強度較10 日較小。然而12 日傍晚，低層水汽條件存在增強趨勢，18 時出現(xiàn)水汽的高值中心，比濕值達到15 g/kg，同時大氣低層對應一定的上升運動，低層有輻合，12 日傍晚到13日降水強度逐漸增強，13 日夜間至14 日凌晨，水汽、垂直條件逐漸減弱，上升運動速度減弱，對應錦州地區(qū)降水強度逐漸減弱直至停止。

圖4 錦州站時間垂直剖面

3.3 冷空氣的影響

冷空氣侵入臺風外圍，使得中小尺度對流系統(tǒng)發(fā)展旺盛，可以大幅度增加臺風外圍及倒槽的降水，產(chǎn)生強降水天氣［4-5］，由環(huán)流形勢可知，10 日08 時，受西風帶冷空氣與副熱帶高壓西側的暖濕氣流共同影響，錦州地區(qū)出現(xiàn)強降水天氣。13日08時，500 hPa中緯度西風帶系統(tǒng)較弱，850 hPa上臺風主體與暖中心分離，逐漸有弱冷空氣從底層卷入使臺風“利奇馬”斜壓發(fā)展，冷空氣侵入臺風內(nèi)部，使其結構破壞，導致利奇馬減弱北上，進而回旋消亡，冷暖空氣對峙造成遼寧中西部輻合加強、切變維持少動，延長了降水時間，形成了長時效穩(wěn)定性降水。

4 結論

①受西風帶冷空氣、副熱帶高壓以及減弱臺風“利奇馬”外圍云系等連續(xù)影響，錦州地區(qū)此次暴雨過程持續(xù)時間長、累計雨量大、風力較強、致災程度高，總降水量達暴雨到大暴雨量級，局部特大暴雨。

②高層輻散、低層輻合的高低空配置有利于垂直上升運動發(fā)展，產(chǎn)生強降水。副熱帶高壓偏東，引導氣流較弱，西側大陸高壓強，東西兩高對峙，移速較慢，“羅莎”外圍輸送的水汽帶與“利奇馬”水汽通道打通，黃渤海水汽通道建立，兩個臺風為遼寧地區(qū)輸送源源不斷的水汽和能量補充，為此次暴雨持續(xù)時間長、累計雨量大提供有利條件。

③冷空氣從底層卷入使臺風“利奇馬”結構破壞，減弱填塞，斜壓發(fā)展，冷空氣雖然縮短了臺風生命史，卻是造成本次暴雨“長時效”特點的關鍵。