“燦鴻”臺風(fēng)大暴雨的水汽診斷分析*

方艷瑩　錢燕珍　郭宇光　邵程遠

(1.寧波市氣象服務(wù)中心，浙江 寧波 315012；2.寧波市氣象臺，浙江 寧波 315012；3寧波市防雷中心，浙江 寧波 315012)

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“燦鴻”臺風(fēng)大暴雨的水汽診斷分析*

方艷瑩1錢燕珍2郭宇光2邵程遠3

(1.寧波市氣象服務(wù)中心，浙江 寧波 315012；2.寧波市氣象臺，浙江 寧波 315012；3寧波市防雷中心，浙江 寧波 315012)

利用常規(guī)觀測和自動站加密資料、衛(wèi)星云圖資料及NCEP再分析資料，診斷分析2015年7月10—11日1509號臺風(fēng)“燦鴻”造成其西側(cè)浙江東北部異常強暴雨事件，得到本次大暴雨過程是由于“燦鴻”強度強范圍大，長時間東北氣流下，在浙東北特殊地形作用下，形成地面輻合帶造成的。低層水汽豐沛，低層強輻合、中高層輻散，水汽長時間大量輸送有利于臺風(fēng)的發(fā)展和維持，也有利于強降雨的形成。

“燦鴻”臺風(fēng)；大暴雨；水汽

0　引　言

許多氣象學(xué)者致力于臺風(fēng)暴雨機理研究，臺風(fēng)暴雨的強度可能與大尺度環(huán)流背景、中尺度系統(tǒng)、水汽條件、局地地形、層結(jié)穩(wěn)定度、邊界層輻合和高層出流等許多方面有密切關(guān)系[1]。持續(xù)的暴雨和水汽有很大關(guān)系，飽和的濕下墊面對臺風(fēng)潛熱通量的輸送及臺風(fēng)降水范圍和強度也有明顯的作用[2-3]。水汽輸送對臺風(fēng)暴雨的發(fā)生是至關(guān)重要的，持續(xù)不斷的水汽輸送有利于臺風(fēng)環(huán)流的維持，并加強雨帶中的對流活動，從而使暴雨得以加強[4-5]。

統(tǒng)計表明[6]，浙江東北部地區(qū)7月份臺風(fēng)影響時經(jīng)常是雨小風(fēng)大，同時臺風(fēng)北上過程中處在西側(cè)的浙江東北部地區(qū)由于影響時間較短等原因，雨量也不是很大，這與本次“燦鴻”臺風(fēng)造成浙江東北部地區(qū)大暴雨有明顯差異。2015年9號熱帶風(fēng)暴“燦鴻”于6月30日20時在西北太平洋洋面上生成，7月6日14時加強成臺風(fēng)，9日14時加強為強臺風(fēng)，23時加強為超強臺風(fēng)，最強時中心氣壓925 hPa，近中心最大風(fēng)力17級(58 m/s)?！盃N鴻”生成后一直向西北偏西方向移動，9日2時后折向西北，11日下午穿過舟山群島東部，后折向北偏東方向移動，強度迅速減弱。受其影響，浙江東北部地區(qū)出現(xiàn)了大暴雨。本文對“燦鴻”西側(cè)造成浙江東北部大暴雨過程成因進行診斷分析，以期揭示這類異常暴雨形成機理，為之后類似過程的預(yù)報提供參考。

1　雨　情

受臺風(fēng)“燦鴻”影響，10日08時至12日08時，浙江省平均面雨量達69 mm(圖1)，其中寧波、紹興和舟山分別為189、129和119 mm，寧波的余姚和象山兩縣均達222 mm，全省共有329個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過100 mm，27個鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過300 mm，3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過500 mm(圖略)。過程雨量最大的是余姚大嵐鎮(zhèn)丁家畈531 mm、余姚四明山鎮(zhèn)棠溪528 mm、寧海力洋鎮(zhèn)茶山525 mm(圖略)，強降雨分為3個階段，但小時雨強均不強，除茶山有2個小時雨強超過40 mm外，其他小時雨強均在35 mm以下，但丁家畈和茶山兩站小時雨強超過10 mm的時間則分別達22 h和20 h，超過20 mm的時間也分別為12 h和10 h，可以說強降雨持續(xù)時間較長。由于茶山位置偏南，降雨出現(xiàn)時間以及大雨出現(xiàn)時間和降雨結(jié)束時間均比丁家畈早3～6 h。

圖1　臺風(fēng)“燦鴻”造成浙江省過程雨量(單位：mm)

2　影響系統(tǒng)

通過分析風(fēng)云2E衛(wèi)星紅外1通道的黑體亮度溫度(圖2)可以知道，“燦鴻”范圍大，東西寬將近15個經(jīng)距，南北長超10個緯距。其強度強，云頂亮溫最小值在-70 ℃以下，7月11日之前亮溫最低時甚至達到了-80 ℃以下。第三結(jié)構(gòu)基本對稱，一直到11日08時之前，臺風(fēng)都比較完整，之后西側(cè)云系逐漸減弱，11日20時之后南側(cè)云系開始減弱。另外從云圖也可以看到“燦鴻”長時間和熱帶輻合帶相聯(lián)結(jié)，西南氣流和東南側(cè)的臺風(fēng)“浪卡”都有水汽和能量輸送給“燦鴻”，這使“燦鴻”在近海得以發(fā)展、加強和維持。

(a：10日16時，b：11日02時，c：11日20時，d:12日08時)圖2　黑體亮度溫度　(單位：℃)

由自動站資料分析所得的地面流場，可見隨著“燦鴻”的移近，9日20時東北偏東氣流已經(jīng)移到了浙江東北部地區(qū)(圖略)，且在該地區(qū)形成了西北至東南走向的弱輻合帶，而處在弱輻合帶位置附近的余姚丁家畈站從10日12時開始降水量逐漸增大(圖3)，至11日08時(圖4a)偏北氣流和東北氣流使輻合帶有所加強，這表明該區(qū)域地面有中尺度輻合帶發(fā)展。同時在象山港和三門灣之間也有明顯的風(fēng)向輻合，出現(xiàn)了另一個輻合中心。11日14時以后輻合帶開始逐漸減弱，丁家畈站的降水量在11日20時以后開始呈減少趨勢，12日06時之后降水量有明顯的減少。地面輻合帶的生成發(fā)展減弱比雨勢的增減有將近6～12 h左右的提前。

圖3　余姚丁家畈站9日8時—12日8時逐小時降雨量(單位：mm)

“燦鴻”西北移動靠近浙江東北部的過程中，其北側(cè)強勁的偏東或東南氣流流向浙東北地區(qū)時，在其西側(cè)轉(zhuǎn)為東北氣流，在浙東北特殊地形的作用下，在該區(qū)域形成兩個地面輻合帶(中心)，并分別對應(yīng)兩個雨量中心(四明山和象山港南岸)。

從1.45°仰角的雷達速度圖上也可以看到，10日20時(圖略)在四明山和象山港南岸有弱的輻合，隨著“燦鴻”的靠近，速度輻合逐漸增強，到11日08時(圖4b)可以看到這兩個區(qū)域有明顯的速度輻合，和自動站資料地面流場圖能較好地對應(yīng)起來。11日14時以后雷達速度圖上位于象山港附近的速度輻合逐漸減弱消失，對應(yīng)該地區(qū)的降水也趨于減弱，11日20時以后雷達速度圖上位于四明山地區(qū)的速度輻合也逐漸減弱，該地區(qū)降水也趨于減弱。

圖4　11日08時(a)自動站資料地面流場，(b)1.45°仰角雷達速度圖

3　水汽診斷

從此次強降水過程中各層水汽通量散度分布分析(圖5b)，850 hPa以下低層的水汽通量散度場對強降水區(qū)有一定的指示效應(yīng),對應(yīng)比較好，7月10日之前，寧波附近就是一個低值區(qū)，10日02時以后，寧波附近的水汽通量散度出現(xiàn)了一個臺風(fēng)外圍的低值中心，且值達到了-8×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1以下，隨著臺風(fēng)的移近，水汽通量散度也在減小，10日14時余姚丁家畈站的降水量開始逐漸增大(圖3)，11日02時水汽通量散度低值中心與臺風(fēng)中心附近的低值中心重疊，極小值達到了-20×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1以下，11日20時開始水汽通量散度明顯增大，12日06時之后丁家畈站的降水量明顯減少。由此可見，浙江東北部地區(qū)的強降雨和該地區(qū)低層水汽通量散度減小、水汽含量豐富有很大關(guān)系，而且水汽通量散度的減小相比雨量的增大提前12 h左右。

圖5　950 hPa水汽通量散度分布(10-5g·cm -2·hPa-1·s-1)和風(fēng)場(m/s)(a:10日02時，b:11日02時)

水汽源源不斷的供應(yīng)是強降雨形成的重要條件[7]。取大暴雨區(qū)域和這一階段臺風(fēng)活動的范圍：22 °N～32 °N，118 °E～128 °E，計算該時段該區(qū)域四個方向截面(1000 hPa和100 hPa)的水汽通量收支[8]。計算公式如下(東、南、西、北4個方向的水汽通量收支分別用Fe、Fs、Fw、Fn表示，總的用F表示)：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中Ps為表面氣壓，P0為100 hPa，λ為經(jīng)度，φ為緯度；總的水汽通量收支公式為：

F=Fe+Fs+Fw+Fn

(5)

正值表示水汽流入所選區(qū)域，負值表示水汽從該區(qū)域流出。圖6中各線是區(qū)域4個邊界水汽水平通量及其總和?？梢钥闯鏊魅肟偭糠浅３渑?，長時間在高值，10日以后水汽在120×104g·cm-1·hPa-1·s-1以上，最多時達180×104g·cm-1·hPa-1·s-1～200×104g·cm-1·hPa-1·s-1之間，這比2013年給這一地區(qū)造成特大暴雨的“菲特”影響時水汽輸入量都要多50%[9]。水汽輸入量維持較高值達18 h，11日20時以后水汽收入迅速減少。東面11日08時之前一直是水汽來源最多的地方，遠遠多于其它方向的水汽收入，最多時超過100×104g·cm-1hPa-1s-1，出現(xiàn)在10日的大部分時間，之后水汽收入明顯減小，直到12日14時開始變成凈輸出。北面的水汽流入一直比較穩(wěn)定，在30×104g·cm-1·hPa-1·s-1左右，11日增加到翻倍，之后迅速減少。南面從10日20時開始水汽輸入有所增加，一直到12日幾乎都在30×104·g·cm-1·hPa-1·s-1左右。西側(cè)輸入輸出不明顯?？梢娝杖胫饕獊碜詵|面和北面，南面中后期也有一些輸入，西面水汽進出比較少。從水汽主要輸入方向看，東側(cè)偏東氣流起了很大作用，此外東北氣流的作用也比較大，特別是11日的降雨，這也在一定程度上解釋了臺風(fēng)西側(cè)浙江東北部降雨大的原因。另外，水汽的增加和減少比雨量的增大和減小有6 h的提前。

圖6　7月9日20時—12日20時強降雨區(qū)域4個邊界面水汽水平通量及其總和(1000～100 hPa積分)(單位：104g·cm-1·hPa-1·s-1)

為了更好地了解“燦鴻”在剛開始影響時期和強降雨時期周圍水汽的收支情況，選取風(fēng)暴中心為立柱中心，東西南北各取5個經(jīng)緯度，以1000～700 hPa代表低層，700～400 hPa代表中層，400～100 hPa代表高層，1000～100 hPa為整個汽柱，分別計算4個邊界高、中、低3層和整層水汽輸送。正值表示輸入，負值表示流出。

臺風(fēng)開始影響時(圖7a)低層水汽收入為60.1×107kg/s，中層為2.18×107kg/s，高層是支出為0.36×107kg/s，可見中低層水汽是收入，高層是支出，低層輻合非常強，高層是輻散，這使臺風(fēng)上升運動容易發(fā)展，是引起強降水的一個重要原因。強降雨時期(圖7b)，低層水汽收入為81.97×107kg/s，中層支出3.10×107kg/s，高層支出0.28×107kg/s，可見低層水汽輻合非常強，中高層輻散，這就更加有利于強降雨的形成了。一直到11日20時之后，低層都是強的水汽輻合，中高層都是水汽輻散。水汽的來源主要是南側(cè)和東側(cè)。11日14時北側(cè)低層也有水汽輸送。

圖7　臺風(fēng)“燦鴻”周圍高、中、低3層水汽收支　(單位：107kg/s)

4　結(jié)　語

1)本次大暴雨過程是由于“燦鴻”強度強范圍大，接近陸地后長時間結(jié)構(gòu)完整，其西側(cè)密閉云系、螺旋云帶等較長時間影響浙江東北部地區(qū)，長時間偏東、東北氣流下，在浙東北特殊地形的作用下，形成地面輻合造成的。臺風(fēng)的發(fā)展和維持與長時間的西南、東南氣流的輸送有很大關(guān)系。

2)“燦鴻”影響造成強降水的重要原因是特別強盛的水汽輸送。低層水汽輸送、輻合特別強，中高層輻散，對強降雨的形成起了重要作用。

[1]陳聯(lián)壽，孟智勇.我國熱帶氣旋研究十年進展[J].大氣科學(xué)，2001,25(3):420-432.

[2]陳瑞閃.臺風(fēng)[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2002：324-329.

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[4]鄧國，周玉淑，于占江.臺風(fēng)Dan(9914)的水汽輸送特征[J]，熱帶氣象學(xué)報，2005，21(5)：533-542.

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[10]周福，錢燕珍，朱憲春，等.“菲特”減弱時浙江大暴雨過程成因分析[J]．氣象，2014,40(8)：930-939．

2016-03-10

*寧波市科技局項目(2014C50024)、寧波市氣象科技計劃項目(NBQX2014004C)共同資助