相似路徑臺(tái)風(fēng)“山神”（1223）和“海燕”（1330）降水對(duì)比分析

周海波，白愛娟，蔡親波

（1.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，四川成都610225；2.海南省氣象臺(tái),海南?？?70203）

相似路徑臺(tái)風(fēng)“山神”（1223）和“海燕”（1330）降水對(duì)比分析

周海波1，白愛娟1，蔡親波2

（1.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，四川成都610225；2.海南省氣象臺(tái),海南?？?70203）

利用NCEP 1°×1°資料，衛(wèi)星雷達(dá)資料，對(duì)相似路徑臺(tái)風(fēng)“山神”和“海燕”降水進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：（1）地面觀測(cè)資料表明“山神”的降水強(qiáng)度大于“海燕”；TRMM衛(wèi)星3B42降水率資料揭示臺(tái)風(fēng)發(fā)展過程中，“山神”降水偏向于臺(tái)風(fēng)北側(cè)，“海燕”較均勻分布在臺(tái)風(fēng)南北兩側(cè)；（2）通過分析臺(tái)風(fēng)南北兩側(cè)的水汽通量和垂直風(fēng)速發(fā)現(xiàn)，“山神”水汽和垂直速度配合較好，能很好解釋其降水分布；“海燕”水汽與垂直速度均呈現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性，可能原因是“海燕”水汽含量小，垂直速度超過一定強(qiáng)度后對(duì)降水產(chǎn)生的作用一樣，導(dǎo)致其降水分布較均勻；（3）臺(tái)風(fēng)“山神”“海燕”動(dòng)能輸入?yún)^(qū)與水汽大值區(qū)，及潛熱能顯熱能輸入?yún)^(qū)與上升運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)較好。動(dòng)能輸入?yún)^(qū)水汽通量偏強(qiáng)。能量輸入的區(qū)域，隨著能量累積，大氣穩(wěn)定度變?nèi)酰讓?dǎo)致不穩(wěn)定能量的釋放，使得該區(qū)域降水偏多；（4）從臺(tái)風(fēng)“山神”“海燕”基本反射率因子場(chǎng)可見，“山神”有臺(tái)前颮線；兩臺(tái)風(fēng)靠近海南島期間，強(qiáng)回波長(zhǎng)時(shí)間維持在海南島的中部和南部；當(dāng)臺(tái)風(fēng)移出海南島時(shí)，“山神”后部的強(qiáng)回波帶造成的“列車效應(yīng)”位于東方市；而“海燕”的分布在五指山東側(cè)。雷達(dá)徑向速度場(chǎng)顯示兩臺(tái)風(fēng)靠近海南島時(shí)，中部和南部局地地形造成“逆風(fēng)區(qū)”，使得該區(qū)域氣流輻合抬升。最后，“山神”受海南島地形抬升作用比“海燕”明顯。

海南島；相似路徑；臺(tái)前颮線；水汽通量

1 引言

臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑和登陸點(diǎn)（臨近點(diǎn)）對(duì)其引發(fā)的陸地降水分布有重要影響。許多學(xué)者對(duì)相似路徑暴雨落區(qū)不同的臺(tái)風(fēng)進(jìn)行了研究。例如，林小紅等[1]從臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)力條件和水汽條件等方面對(duì)比分析了相似路徑暴雨落區(qū)卻差異較大的臺(tái)風(fēng)1307號(hào)“蘇美”和1312號(hào)“潭美”，指出副高氣流，南亞高壓氣流和中層冷空氣是造成暴雨落區(qū)差異的主要原因。余貞壽等[2]從天氣形勢(shì)，水汽通量和水汽通量散度等方面探求臺(tái)風(fēng)0505號(hào)“海棠”和0604號(hào)“碧利斯”相似路徑不同暴雨落區(qū)成因，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)登陸后暴雨落區(qū)差異主要是氣旋外圍偏東氣流和地形的共同作用；登陸后主要是急流和水汽造成。范愛芬等[3]對(duì)3個(gè)相似路徑降水落區(qū)不同的熱帶氣旋從天氣形勢(shì)，物理量診斷和衛(wèi)星云圖等方面進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)前期環(huán)境場(chǎng)，影響期間的西風(fēng)帶低槽和副高是造成降水落區(qū)差異的主要成因。其他研究者，例如，陳雄飛等[4]、張建海等[5]、何小娟等[6]和陳云輝等[7]也對(duì)相似路徑臺(tái)風(fēng)不同降水落區(qū)的成因進(jìn)行了一系列的分析研究。本文選取相似路徑臺(tái)風(fēng)“山神”（1223號(hào)）和臺(tái)風(fēng)“海燕”（1330號(hào)）做對(duì)比分析，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑典型，臨近點(diǎn)相同，造成危害大，但在影響海南島期間以及在海南島上引發(fā)的降水差異較大，雖已有許多研究人員，如周亮萍等[8]、祝芳[9]、蔣靜等[10]、黃翠銀等[11]，張玲等[12]，對(duì)“山神”、“海燕”做過分析研究，但他們都研究的側(cè)重點(diǎn)在路徑轉(zhuǎn)向，強(qiáng)度變化等方面，沒有對(duì)它們進(jìn)行對(duì)比分析，以探求它們的異同點(diǎn)，希望本文的研究能夠彌補(bǔ)這方面的缺失，為海南省預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)降水提供一定的參考。

2 資料與方法

利用海南島18個(gè)市縣地面常規(guī)觀測(cè)降水資料分析兩臺(tái)風(fēng)在海南島引發(fā)的過程降水，利用TRMM衛(wèi)星分析發(fā)展過程中臺(tái)風(fēng)中心南北兩側(cè)的降水分布。TRMM衛(wèi)星3B42降水資料水平分辨率：0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率：3 h，高度1層，雨量值則代表網(wǎng)格平均降雨量。同時(shí)利用NCEP 1°×1°再資料分析臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)和能量輸送，資料空間分辨率：1°×1°，時(shí)間分辨率：6 h，垂直高度：26層。最后利用多普勒雷達(dá)資料研究臺(tái)風(fēng)云系的發(fā)展過程。雷達(dá)資料采用三亞站點(diǎn)，仰角：0.5°，探測(cè)半徑：460 km。

單位質(zhì)量濕空氣的總能量為總比能：E=cpT+gZ+Lq+0.5V2。等號(hào)右側(cè)第1項(xiàng)為顯熱能,第二項(xiàng)為位能，第三項(xiàng)為潛熱能,第四項(xiàng)為動(dòng)能。其中 cp=(1+0.86q)cpd(cpd=1 004.0)為干空氣定壓比熱,L=2.5×106-2 333(T-273.16)為凝結(jié)潛熱,q為比濕,Z為高度,g為重力加速度,T為絕對(duì)溫度。位能項(xiàng) Φ=gZ為位勢(shì)高度。本文只分析顯熱能與潛熱能。

設(shè)單位質(zhì)量氣塊能量的個(gè)別變化為：

3 臺(tái)風(fēng)“山神”和“海燕”簡(jiǎn)介

臺(tái)風(fēng)“山神”于27日00時(shí)（北京時(shí)，下同）在西沙群島增強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，27日20時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，最低中心氣壓為960 hPa，中心附近最大風(fēng)速達(dá)45 m/s，2012年10月27日12時(shí)—28日08時(shí)臺(tái)風(fēng)從三亞南部繞過海南島，截至29日17時(shí)統(tǒng)計(jì)，臺(tái)風(fēng)“山神”共造成海南三亞、萬寧和其他13個(gè)省市，126萬人受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失12億元[13]。臺(tái)風(fēng)“海燕”于05日14時(shí)發(fā)展成為臺(tái)風(fēng)。07日17時(shí)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，最低中心氣壓為890 hPa，最大瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)75 m/s，2013年11月10日08時(shí)—11日08時(shí)臺(tái)風(fēng)從三亞南部繞過海南島，截至11日17時(shí)統(tǒng)計(jì)，臺(tái)風(fēng)“海燕”共造成海南三亞、萬寧和其他17個(gè)省市，204萬人受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失49億元[14]。

圖1 “山神”（實(shí)線）和“海燕”（虛線）移動(dòng)路徑（臺(tái)風(fēng)符號(hào)表征臺(tái)風(fēng)位置，字符串表示時(shí)間，如0314為03日14時(shí)）

圖2 臺(tái)風(fēng)“山神”（2012年10月26日08時(shí)—29日08時(shí)）和“海燕”（2013年11月10日08時(shí)—11日08時(shí)）在海南島引發(fā)的過程累計(jì)降水量

由圖1“山神”、“海燕”移動(dòng)路徑可見，進(jìn)入北部灣前，兩者大體上都沿西北路徑從三亞南部繞過海南省?！吧缴瘛痹谌齺喐浇窂礁淖兠黠@，由西北路徑轉(zhuǎn)為偏北路徑，相對(duì)而言，“海燕”路徑轉(zhuǎn)向不明顯，部分原因可能是因?yàn)樵谟绊懞Ｄ蠉u期間，“山神”是強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等級(jí)；“海燕”是臺(tái)風(fēng)等級(jí)。而且對(duì)比兩臺(tái)風(fēng)平均3 h移速（圖略）可知，“海燕”的移速普遍大于“山神”，而且海燕最大移速為38.1 km/h，“山神”僅為23.97 km/h。所以，“山神”因其強(qiáng)度大，移速慢受到海南島地形的影響較大。

圖2地面常規(guī)觀測(cè)資料顯示兩臺(tái)風(fēng)引發(fā)的過程降水使得海南省各站點(diǎn)雨量均大于50 mm，大于等于250 mm的特強(qiáng)降水集中分布在海南省的南部，其中，受臺(tái)風(fēng)“山神”影響，瓊中、三亞、東方、五指山累計(jì)雨量分別為250 mm、307 mm、260 mm、376 mm，以五指山為最。受臺(tái)風(fēng)”海燕影響，保亭、瓊中、五指山累計(jì)雨量分別為299 mm、274 mm、274 mm，以保亭為最。初步統(tǒng)計(jì)可得，臺(tái)風(fēng)“山神”造成的過程將水，50～100 mm的站點(diǎn)3個(gè)，100～250 mm的站點(diǎn)11個(gè)，250 mm以上的4個(gè)；而受臺(tái)風(fēng)“海燕”影響，50～100 mm的站點(diǎn)8個(gè)，100～250 mm的7個(gè)，250 mm以上的3個(gè)。“山神”的強(qiáng)降水范圍明顯大于“海燕”，尤以三亞和東方兩站對(duì)比最明顯：臺(tái)風(fēng)“山神”造成三亞和東方的過程降水分別為307 mm和260 mm；而兩站受臺(tái)風(fēng)“海燕”影響過程將水分別為172 mm和42 mm，其中原因?qū)暮Ｄ蠉u地形抬升和雷達(dá)回波等方面進(jìn)行研究。

4 臺(tái)風(fēng)“山神”“海燕”降水分析特征

圖3為TRMM衛(wèi)星3B42降水?dāng)?shù)據(jù)顯示的臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”地表降水率。臺(tái)風(fēng)“山神”接近于三亞東南部時(shí)（見圖3a），一強(qiáng)降水中心分布在臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)，最大降水率為24 mm/h；另一個(gè)降水中心位于臺(tái)風(fēng)中心的南部，最大降水率為20 mm/h?！吧缴瘛迸R近三亞時(shí)（圖3b、3c），其中圖3b顯示降水較均勻分布在臺(tái)風(fēng)中心的南北兩側(cè)，最大降水率均為12 mm/h。而由圖3b可知，絕大多數(shù)降水集中分布在臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)，最大降水率也由12 mm/h增強(qiáng)為30 mm/h；南側(cè)只有少量降水，降水表現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性。臺(tái)風(fēng)“山神”遠(yuǎn)離海南島時(shí)（見圖3d），降水集中分布在臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)，最強(qiáng)降水中心為18 mm/h；而北側(cè)僅有弱降水。

而臺(tái)風(fēng)“海燕”的降水呈現(xiàn)不同的分布特征。從臺(tái)風(fēng)“海燕”接近到臨近三亞期間（見圖3e、3f、3g）可知，降水較均勻分布在臺(tái)風(fēng)中心的南北兩側(cè)，最大降水率為15 mm/h。而在遠(yuǎn)離海南島時(shí)（見圖3h），降水分布與“山神”相反，絕大多數(shù)降水分布在臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)，南側(cè)僅有零星降水。

通過對(duì)比兩臺(tái)風(fēng)在臨近海南島前后的降水率可知，臺(tái)風(fēng)“山神”強(qiáng)降水分布呈現(xiàn)南北交替的特征，強(qiáng)降水分布在臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)時(shí)降水率是四個(gè)時(shí)次里面最強(qiáng)的，所以可以說“山神”臨近海南島前后，強(qiáng)降水偏向于臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)。而“海燕”降水較均勻分布在臺(tái)風(fēng)中心南北兩側(cè)。同時(shí)可見，“山神”降水范圍比較集中，而“海燕”的比較松散，覆蓋面積較大。

圖3 TRMM衛(wèi)星3B42資料顯示“山神”（a—d）和“海燕”（e—h）地表降水率分布（單位：mm/h）

5 臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”結(jié)構(gòu)分析

考慮到臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”降水多呈南北向分布，本文將通過臺(tái)風(fēng)中心南北兩側(cè)物理量緯度-高度分布來研究?jī)膳_(tái)風(fēng)降水及其結(jié)構(gòu)特征。為接下來分析簡(jiǎn)明清晰，選取兩臺(tái)風(fēng)臨近海南省期間位置接近的兩個(gè)時(shí)次為研究時(shí)間?！吧缴瘛边x取2012年10月27日20時(shí)和28日08時(shí)，中心位置分別位于17.6°N，108.9°E和18.4°N，107.4°E。“海燕”選取2013年11月10日14時(shí)和10日20時(shí)，中心位置分別為17.8°N，109°E和19°N，107.8°E。在下文中，27日20時(shí)和10日14時(shí)作為第一時(shí)次，兩臺(tái)風(fēng)中心位于三亞東南部；28日08時(shí)和10日20時(shí)作為第二時(shí)次，兩臺(tái)風(fēng)中心位于三亞西南部。

研究[15-18]發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)與其降水分布有密切的關(guān)系。秉承這一角度，下文對(duì)“山神”、“海燕”的水汽通量和垂直風(fēng)速等物理量的空間分布特征進(jìn)行分析，討論這些物理量空間分布與降水分布之間的關(guān)系。

5.1 水汽通量

圖4 過臺(tái)風(fēng)“山神”（a—b）與“海燕”（c—d）中心水汽通量緯度-高度剖面（單位：10-3g/(cm·hPa·s）,豎實(shí)線為臺(tái)風(fēng)中心位置）

水汽是形成降水的必要條件。第一時(shí)次臺(tái)風(fēng)“山神”水汽分布于1 000～500 hPa，水汽大值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心附近1 000～850 hPa高度處，稍偏向于臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)，數(shù)值達(dá)到60×10-3g/（cm·hPa·s），這一分布特征與圖3b顯示的降水率較均勻分布在臺(tái)風(fēng)中心南北兩側(cè)配合較好（見圖4a）。第二時(shí)次（見圖4b），水汽范圍有所減小，最高下降到550 hPa，水汽大值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)1 000～800 hPa高度處，強(qiáng)度保持不變，而臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)只有較少的水汽，該時(shí)次臺(tái)風(fēng)中心南北兩側(cè)水汽分布呈現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性，與圖3c所揭示絕大多數(shù)強(qiáng)降水分布在臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)相一致。

相比于“山神”中心是水汽大值區(qū)，“海燕”中心是水汽低值區(qū)。同時(shí)，“山神”水汽呈一個(gè)整體，而“海燕”水汽分為南北兩部分。由圖4c可知，第一時(shí)次“海燕”水汽分布于1 000～500 hPa，水汽大值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)900～800 hPa，數(shù)值達(dá)到60× 10-3g/（cm·hPa·s），而臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)水汽大值區(qū)強(qiáng)度僅為40×10-3g/（cm·hPa·s）?？梢姷谝粫r(shí)次，“海燕”臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)的水汽無論強(qiáng)度還是范圍都比南側(cè)大，南北兩側(cè)水汽呈明顯非對(duì)稱分布，這種形勢(shì)維持到第二時(shí)次（見圖4d）?！昂Ｑ唷眱蓚€(gè)時(shí)次水汽通量均呈現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性，這與圖3f、3g所揭示其降水較均勻分布有所差異，因?yàn)榻邓陌l(fā)生并不總是水汽充足的區(qū)域，水汽不是造成“海燕”此次降水分布的主導(dǎo)因素。

5.2 垂直速度

圖5 過臺(tái)風(fēng)“山神”（a—b）與“海燕”（c—d）中心直速度緯度-高度剖面（單位：Pa/s，豎實(shí)線為臺(tái)風(fēng)中心位置）

降水的發(fā)生離不開垂直運(yùn)動(dòng)。圖5a顯示第一時(shí)次臺(tái)風(fēng)“山神”中心附近有覆蓋整個(gè)對(duì)流層的強(qiáng)上升區(qū)，最大速度是位于800～500 hPa高度處的-6 Pa/s，緊鄰該垂直運(yùn)動(dòng)以北1 000～300 hPa有下沉運(yùn)動(dòng)，最大速度是位于900～700 hPa高度處的2.5 Pa/s，而在臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)500～200 hPa有極值為-0.5 Pa/s的上升運(yùn)動(dòng)。第二時(shí)次（見圖5b），垂直速度從低層到500 hPa保持垂直分布，從500 hPa開始垂直速度向北傾斜，可能原因是“山神”強(qiáng)度大移速慢，受到海南島地形的影響。在臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)有分布于1 000～200 hPa高度處的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，最大速度為800～700 hPa高度處的-6 Pa/s。臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)，對(duì)流層中低層多為下沉運(yùn)功，高層為上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)流活動(dòng)不明顯，降水較弱。“山神”上升運(yùn)動(dòng)分布與其降水分布配合較好。

圖5c顯示第一時(shí)次臺(tái)風(fēng)“海燕”中心附近為上升運(yùn)動(dòng)，該上升運(yùn)動(dòng)區(qū)在高層分裂為兩個(gè)：南側(cè)最大上升要速度是位于350～250 hPa高度處的-2.8 Pa/s，北側(cè)為400～250 hPa高度處的-1.6 Pa/s。第二時(shí)次（見圖5d），臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)有一覆蓋整個(gè)對(duì)流層的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，最大速度是位于800～650 hPa高度處的-4 Pa/s，該上升運(yùn)動(dòng)在中高層延伸至臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)，同時(shí)南側(cè)1 000～700 hPa存在一上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最大速度為-1.6 Pa/s。通過前面分析可知，“海燕”臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)水汽偏強(qiáng)，上升速度也表現(xiàn)為同樣特征，但考慮到水汽含量較少，超過一定限度的上升運(yùn)動(dòng)對(duì)降水的影響作用可能一樣，表現(xiàn)出其臺(tái)風(fēng)南北兩側(cè)的降水分布比較均勻。

結(jié)合前面的水汽通量分布特征可知，相比于水汽，垂直速度對(duì)降水分布影響更大，但也需要結(jié)合水汽條件來更加準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)降水發(fā)生發(fā)展。在水汽含量較少的情況下，超過一定限度的垂直速度對(duì)降水的影響作用基本一樣，這一點(diǎn)值得進(jìn)一步研究。

綜上所述，“山神”強(qiáng)降水偏向于臺(tái)風(fēng)北側(cè)，“海燕”較均勻分布在其南北兩側(cè)?！吧缴瘛彼痛怪彼俣扰浜陷^好，能夠很好解釋其降水分布；“海燕”水汽與垂直速度均呈現(xiàn)為明顯的非對(duì)稱，但考慮到“海燕”水汽含量小，垂直速度超過一定數(shù)值后對(duì)降水的產(chǎn)生作用可能一樣，由此導(dǎo)致其降水分布較均勻。下面從能量輸送角度來解釋臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”水汽和垂直速度分布的原因。

6 臺(tái)風(fēng)“海燕”、“山神”能量分析

臧傳花[19]從能量角度對(duì)比分析9711號(hào)臺(tái)風(fēng)與0509號(hào)臺(tái)風(fēng)暴雨落區(qū)差異的成因，指出能量場(chǎng)差異是造成暴雨區(qū)范圍和強(qiáng)度。謝安等[20]對(duì)一個(gè)登陸臺(tái)風(fēng)進(jìn)行能量分析。張?zhí)K平等[21]對(duì)一次北方臺(tái)風(fēng)暴雨（9406號(hào)）能量特征分析，定量討論了臺(tái)風(fēng)變性過程中顯熱能、潛熱能和動(dòng)能的時(shí)空分布特征，指出潛熱能平流大于顯熱能平流，潛熱能的貢獻(xiàn)約是顯熱能的兩倍。

通過圖6“山神”、“海燕”動(dòng)能平流的緯度輸送特征來解釋其水汽通量分布。圖6a顯示臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)為平流正值，能量輸入，最大值為0.4×10-1J/（kg·s）；而在南側(cè)為平流負(fù)值，能量輸出，最低值為-1×10-1J/（kg·s）。第二時(shí)次（見圖6b）“山神”臺(tái)風(fēng)北側(cè)為輸入項(xiàng)，南側(cè)為輸出項(xiàng)，且北側(cè)輸入項(xiàng)明顯增多，由0.4×10-1J/（kg·s）增至1.4×10-1J/（kg·s）。圖6c、6d顯示臺(tái)風(fēng)“海燕”北側(cè)為覆蓋整個(gè)對(duì)流層的動(dòng)能輸入?yún)^(qū)，南側(cè)為動(dòng)能輸出區(qū)。兩時(shí)次臺(tái)風(fēng)北側(cè)最大輸入值均是位于800×700 hPa高度處的1.4× 10-1J/（kg·s），南側(cè)最大輸出值是位于700～300 hPa高度處的-0.2×10-1J/（kg·s）。

臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”北側(cè)為動(dòng)能大值區(qū)，可能原因是臺(tái)風(fēng)為逆時(shí)針螺旋結(jié)構(gòu)，右半圓的風(fēng)向與臺(tái)風(fēng)移向一致，有利于風(fēng)速疊加。臺(tái)風(fēng)風(fēng)速常達(dá)到急流強(qiáng)度，而急流的一個(gè)作用就是輸送水汽，所以臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”水汽大值區(qū)均位于其北側(cè)。

潛熱能與上升運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。下文通過潛熱能和顯熱能的水平輸送來研究累積能量引發(fā)降水發(fā)生的機(jī)制，將其平流之和簡(jiǎn)稱為能量平流。圖7a顯示第一時(shí)次臺(tái)風(fēng)“山神”能量平流主要集中在對(duì)流層的中低層。臺(tái)風(fēng)中心附近1000～500 hPa高度處有能量匯入，最大輸入量為位于900～800 hPa高度處的16×10-1J/（kg·s），對(duì)應(yīng)臺(tái)風(fēng)中心附近上升運(yùn)動(dòng)；臺(tái)風(fēng)中心南北兩側(cè)均有能量的耗散，其中臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)近地面處能量耗散最大，為-8×10-1J/（kg·s）。第二時(shí)次（見圖7b），臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)為能量匯入，最大值是位于800 hPa高度處的9×10-1J/（kg·s），而臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)為能量輸出，最大值是位于地面附近的-15×10-1J/（kg·s）。

圖6 過臺(tái)風(fēng)“山神”（a—b）與“海燕”（c—d）中心動(dòng)能平流緯度-高度剖面（單位：10-1J（/kg·s），豎實(shí)線為臺(tái)風(fēng)中心位置）

圖7c顯示第一時(shí)次臺(tái)風(fēng)“海燕”能量平流輸送分為兩部分：一是1 000～800 hPa能量分布。臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)為能量輸入，最大值為5×10-1J/（kg·s）；北側(cè)為能量輸出，最低為-6×10-1J/（kg·s）；二是800～200 hPa能量分布。臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)為能量輸出，最低為-6×10-1J/（kg·s）；北側(cè)為能量輸入，最大為800～600、500～400 hPa高度處的5×10-1J/（kg·s）。16N左右1 000～800 hPa和19°N左右800～200 hPa都有能量的累積，對(duì)應(yīng)圖5c中相應(yīng)區(qū)域的上升運(yùn)動(dòng)，19°N左右1 000～800 hPa能量輸出與圖5c相應(yīng)區(qū)域的下沉運(yùn)動(dòng)。第二時(shí)次（見圖7d），臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)20°N左右900～250 hPa高度處有能量輸入，最大值是位于800～700 hPa高度處的10×10-1J/（kg·s），對(duì)應(yīng)圖5d中相應(yīng)區(qū)域的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)；臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)16°～18°N近地面有能量輸入，對(duì)應(yīng)圖5d中相應(yīng)區(qū)域的上升運(yùn)動(dòng)。

可見，臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”動(dòng)能大值區(qū)與其水汽大值區(qū)配合較好，能量輸入輸出與垂直速度對(duì)應(yīng)較好。臺(tái)風(fēng)北側(cè)的動(dòng)能大值區(qū)的急流輸送水汽，導(dǎo)致兩臺(tái)風(fēng)北側(cè)水汽偏大。能量輸入的區(qū)域，隨著能量累積，大氣穩(wěn)定度變?nèi)?，易?dǎo)致不穩(wěn)定能量的釋放，相應(yīng)地，該區(qū)域降水偏多。

7 臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”雷達(dá)回波特征分析

圖7 過臺(tái)風(fēng)“山神”（a—b）與“海燕”（c—d）中心顯熱能潛熱能平流之和緯度-高度剖面（單位：10-1J（/kg·s），豎實(shí)線為臺(tái)風(fēng)中心位置）

雷達(dá)回波可以揭示臺(tái)風(fēng)云系中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。陳永林等[22]對(duì)0509號(hào)臺(tái)風(fēng)（“Matsa”）臺(tái)前颮線的特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)臺(tái)前颮線移動(dòng)方向與臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向一致，并且臺(tái)風(fēng)颮線遠(yuǎn)離母體后，因能量得不到補(bǔ)給而快速減弱消失。黃小玉等[23]對(duì)臺(tái)風(fēng)“碧利斯”引發(fā)湘東南特大暴雨的回波特征分析發(fā)現(xiàn)，“列車效應(yīng)”是造成該特大暴雨的主要特征，另外低層由于受地形磨擦作用湍流活動(dòng)很強(qiáng)。張沛源和陳榮林[24]指出“逆風(fēng)區(qū)”是產(chǎn)生暴雨的中小尺度天氣系統(tǒng)。本文選取影響海南島期間距離臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”最近的三亞雷達(dá)站數(shù)據(jù)為研究數(shù)據(jù)，以期更好更準(zhǔn)確分析臺(tái)風(fēng)云系中小尺度系統(tǒng)的演變。

7.1 基本反射率因子

根據(jù)臺(tái)風(fēng)“山神”基本反射率回波特征（見圖8），將云系的發(fā)展分為3個(gè)過程：開始階段、影響階段、消散階段。

開始階段：10月27日02—07時(shí)臺(tái)前颮線影響海南島東南部。27日02時(shí)，一弧形強(qiáng)對(duì)流回波帶移至海南島東南部。該回波帶位于臺(tái)風(fēng)云系移動(dòng)方向前部，說明它移速較快，同時(shí)最大回波強(qiáng)度大于50 dBz，結(jié)合這些特征可知，該強(qiáng)回波帶為臺(tái)前颮線。03時(shí)，颮線向西北方向移動(dòng)，平均移速為50 km/h，同時(shí)颮線發(fā)展，長(zhǎng)度橫跨整個(gè)海南島。04時(shí)，颮線前部抵達(dá)海南島東南沿海，颮線范圍和強(qiáng)度維持不變，移速由50 km/h降為25 km/h，有利于海南島東南部降水的累積。05時(shí)，颮線強(qiáng)度變?nèi)?，零星?qiáng)回波單體出現(xiàn)在西南沿海，大部分強(qiáng)回波位于海上。06時(shí)，颮線移至三亞，其范圍縮小，強(qiáng)度變?nèi)酢?7時(shí)，臺(tái)前颮線長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)母體，能量得不到補(bǔ)充而消散。

圖8 臺(tái)風(fēng)“山神”2012年10月27日02時(shí)—28日17時(shí)雷達(dá)基本反射率（單位：dBz，三亞站，仰角：0.5°）

影響階段：臺(tái)風(fēng)云系影響海南島中部和南部。09時(shí)，臺(tái)風(fēng)云系位于海南島的東南部，最大回波強(qiáng)度大于35 dBz，臺(tái)風(fēng)眼清晰，不閉合，10—15時(shí)，臺(tái)風(fēng)云系基本維持這個(gè)形勢(shì)，向西北方向緩慢移動(dòng)。16時(shí)，臺(tái)風(fēng)外圍螺旋云系移至三亞，大部分云系位于三亞南部海上，最大回波強(qiáng)度超過35 dBz，臺(tái)風(fēng)眼清晰，緊密，閉合。21時(shí)，臺(tái)風(fēng)外圍螺旋云系開始影響海南西南部，這種形勢(shì)一致維持到28日12時(shí)，這期間云系回波強(qiáng)度逐漸變?nèi)酢?/p>

消散階段：臺(tái)風(fēng)后部外圍螺旋雨帶影響東方市。28日13時(shí)，絕大多數(shù)臺(tái)風(fēng)云系已離開海南島，但臺(tái)風(fēng)后部有一外圍螺旋雨帶維持在海南島西南部，此回波帶最大強(qiáng)度大于50 dBz，穩(wěn)定少動(dòng)，一直維持到16時(shí)，造成“列車效應(yīng)”，使得東方市的過程降水明顯多于周圍站點(diǎn)。17時(shí)，“山神”對(duì)海南島的影響結(jié)束。

根據(jù)臺(tái)風(fēng)“海燕”基本反射率回波特征（見圖9），可將其發(fā)展演變過程分為影響階段和消散階段。

圖9 臺(tái)風(fēng)“海燕”2013年11月10日05時(shí)—11日10時(shí)雷達(dá)基本反射率（dBz，三亞站，仰角：0.5°）

影響階段：臺(tái)風(fēng)云系影響海南島的中部和南部。10日05時(shí)，臺(tái)風(fēng)云系前緣移至海南島東南沿海區(qū)域。08時(shí)，外圍螺旋雨帶影響海南島東南，最強(qiáng)回波強(qiáng)度超過35 dBz，臺(tái)風(fēng)眼清晰，閉合。臺(tái)風(fēng)云系向西北方向移動(dòng)，12時(shí)，外圍螺旋雨帶開始影響海南島西南部，這種形勢(shì)一直維持到16時(shí)，這期間回波強(qiáng)度逐漸減弱，移動(dòng)方向后部的臺(tái)風(fēng)云系隨臺(tái)風(fēng)氣旋環(huán)流從10日17—23時(shí)影響海南島東南部，最大強(qiáng)度。而此期間臺(tái)風(fēng)云系前部的回波只剩零星強(qiáng)回波。

消散階段：臺(tái)風(fēng)后部外圍螺旋雨帶影響五指山東部。10日23時(shí)，絕大多數(shù)臺(tái)風(fēng)云系已離開海南島，但臺(tái)風(fēng)后部有一南北向線狀外圍螺旋雨帶維持在五指山東部，此回波帶最大強(qiáng)度大于50 dBz，穩(wěn)定少動(dòng)，形成“列車效應(yīng)”，一直維持到11日05時(shí)，使得五指山站點(diǎn)的過程降水明顯偏強(qiáng)。06時(shí)，強(qiáng)回波帶逐漸減弱，10時(shí)，“海燕”對(duì)海南島的影響結(jié)束。

從“山神”、“海燕”基本反射率因子分布特征可見，臺(tái)風(fēng)靠近海南島前，“山神”有臺(tái)前颮線；臺(tái)風(fēng)靠近海南島期間，強(qiáng)回波長(zhǎng)時(shí)間維持在海南島的中部和南部，相應(yīng)地，該區(qū)域有較多降水；當(dāng)臺(tái)風(fēng)主體移出海南島時(shí)，“山神”后部的強(qiáng)回波帶造成的“列車效應(yīng)”位于東方市，東方市過程降水260 mm；而“海燕”的分布在五指山東側(cè)，五指山過程降水298 mm。

7.2 徑向速度

通過分析臺(tái)風(fēng)“山神”雷達(dá)徑向速度場(chǎng)（見圖10）可見，“山神”剛開始影響海南島（見圖10a），位于海上部分的零速度線完整，清晰，呈線性分布；位于陸地上的部分零速度線短，清晰，呈弧形分布。而當(dāng)“山神”影響海南島一段時(shí)間后（見圖10b），陸地上臺(tái)風(fēng)徑向速度零速度線模糊，形成“逆風(fēng)區(qū)”，造成氣流抬升明顯；海上的零速度線維持前述特征?？梢娋值氐匦问沟门_(tái)風(fēng)氣流發(fā)生作用，形成中尺度渦旋，在“山神”北部云系影響海南島南部時(shí)，一致維持這一特征，是造成該地區(qū)降水時(shí)間長(zhǎng)的原因之一。臺(tái)風(fēng)“海燕”徑向速度場(chǎng)分布特征（見圖11）與“山神”類似。下文繼續(xù)對(duì)地形對(duì)降水的影響進(jìn)行分析。

圖10 臺(tái)風(fēng)“山神”徑向速度（單位：m/s，仰角：0.5°，三亞站）分布

圖11 “海燕”徑向速度（單位：m/s，仰角：0.5°，三亞站）分布

8 地形作用

地形對(duì)臺(tái)風(fēng)降水的幅度有明顯的影響。許向春等[25]對(duì)2005年臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”經(jīng)過海南島過程非對(duì)稱降水的成因分析發(fā)現(xiàn)，海南島山脈地形通過刺激小對(duì)流單體的形成與合并發(fā)展，從而促進(jìn)中尺度降水系統(tǒng)形成，最終致使海南島南部暴雨增幅。楊仁勇等[26]通過對(duì)比控制試驗(yàn)和地形敏感性試驗(yàn)?zāi)M的24～48 h降水量發(fā)現(xiàn)，有地形時(shí)，海南島西部地區(qū)24 h降水量普遍有50 mm以上的增幅，西部山區(qū)有150 mm以上增幅，西部山區(qū)主峰北側(cè)有350 mm增幅。

圖12顯示臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”影響海南島時(shí)五指山地形引發(fā)的垂直速度。臺(tái)風(fēng)自西向東繞過海南島影響島的中部和南部時(shí)，五指山以東是迎風(fēng)坡，以西是背風(fēng)坡。圖12a顯示“山神”在迎風(fēng)坡1 000～300 hPa有一深厚上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最大上升速度是位于900 hPa的-2.4 Pa/s；背風(fēng)坡是深厚的下沉運(yùn)動(dòng)。臺(tái)風(fēng)“海燕”影響海南島時(shí)（見圖12b），迎風(fēng)坡1 000～500 hPa為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最大速度是位于900 hPa高度處的-1.8 Pa/s?？梢?，“山神’的上升速度大于”海燕，相應(yīng)地，“山神”過程降水大于“海燕”。地形抬升作用和海陸摩擦輻合作用使得臺(tái)風(fēng)降水增強(qiáng)。

圖12 沿19°N水平風(fēng)場(chǎng)（單位：m/s），地形（陰影）和垂直速度（單位：Pa/s,實(shí)線：下沉；虛線：上升）的經(jīng)度-高度剖面

9 結(jié)論

利用NCEP 1°×1°再分析資料，衛(wèi)星雷達(dá)資料和地面常規(guī)觀測(cè)資料，選取相似路徑臺(tái)風(fēng)“山神”（1223號(hào)）和“海燕”（1330號(hào)）為研究對(duì)象，兩者根據(jù)2011—2014年登陸或影響海南島路經(jīng)典型，登陸地點(diǎn)具有代表性，強(qiáng)度達(dá)到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，造成危害大等標(biāo)準(zhǔn)選取出來，可以代表一類相似路徑臺(tái)風(fēng)，本文對(duì)結(jié)構(gòu)及其降水的異同特征進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

（1）“山神”的強(qiáng)降水范圍明顯大于“海燕”；在臺(tái)風(fēng)發(fā)展過程中，“山神”降水偏向于臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)，“海燕”較均勻分布在南北兩側(cè)；

（2）通過分析臺(tái)風(fēng)中心南北兩側(cè)的水汽通量和垂直風(fēng)速發(fā)現(xiàn)，山神”水汽和垂直速度配合較好，能夠很好解釋其降水分布；“海燕”水汽與垂直速度均呈現(xiàn)為明顯的非對(duì)稱，與此配合較差，但考慮到“海燕”水汽含量小，垂直速度超過一定數(shù)值后對(duì)降水的產(chǎn)生作用可能一樣，由此導(dǎo)致其降水分布較均勻；

（3）臺(tái)風(fēng)“山神”、“海燕”能量輸入輸出與垂直速度對(duì)應(yīng)較好。臺(tái)風(fēng)“山神”“海燕”動(dòng)能輸入?yún)^(qū)與水汽大值區(qū)，及潛熱能顯熱能輸入?yún)^(qū)與上升運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)較好。能量輸入的區(qū)域，隨著高度增加，能量遞減，大氣穩(wěn)定度變?nèi)?，易?dǎo)致不穩(wěn)定能量的釋放，相應(yīng)地，該區(qū)域降水偏多；

（4）從“山神”、“海燕”基本反射率因子分布特征可見，臺(tái)風(fēng)靠近海南島前，“山神”有臺(tái)前颮線；臺(tái)風(fēng)靠近海南島期間，強(qiáng)回波長(zhǎng)時(shí)間維持在海南島的中部和南部，相應(yīng)地，該區(qū)域有較多降水；當(dāng)臺(tái)風(fēng)主體移出海南島時(shí)，“山神”后部的強(qiáng)回波帶造成的“列車效應(yīng)”位于東方市；東方市過程降水260 mm；而“海燕”的分布在五指山東側(cè)，五指山過程降水298 mm。雷達(dá)徑向速度場(chǎng)顯示臺(tái)風(fēng)靠近海南島時(shí)，局地地形造成“逆風(fēng)區(qū)”，氣流輻合抬升；

（5）“山神”受海南島地形抬升作用比“海燕”明顯。

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Analysis of precipitation associated with the similar track typhoon“Sontinh”（1223）and“Haiyan”(1330)

ZHOU Hai-bo1，BAIAi-juan1，CAI Qin-bo2
（1.Chengdu University of Information Technology,Chengdu 610225 China; 2.Hainan Provincial Meteorological Observatory,Haikou 570203 China）

Using NCEP 1°×1°analysis data,satellite and radar data,the characteristics of precipitation of typhoon‘SONTINH’and‘HAIYAN’with similar track were analyzed and compared.The results displayed as follows:（1）The ground-based observations showed that the precipitation intensity of typhoon‘SONTINH’was stronger than that of typhoon‘HAIYAN’.The TRMM satellite data revealed that in the course of typhoon development of‘SONTINH’,the heavy rainfall was biased to the north side of the typhoon,but the rainfall in the‘HAIYAN’was evenly distributed on the north and south sides of the typhoon.（2）By analyzing the water vapor fluxes and vertical winds on the north and south sides of the typhoon,it was found that the water vapor and the vertical velocity of typhoon‘SONTINH’were well matched,which can explain the precipitation distribution well.Thewater vapor and the vertical velocity of the typhoon‘HAIYAN’showed obvious asymmetry,which was different with the precipitation distribution.The reason was that the water content of‘HAIYAN’is small,vertical velocity exceeded a certain value on the precipitation may have the same effect,resulting in a more uniform distribution of precipitation.（3）The input zone of kinetic energy and the large value area of water vapor,the input zone of sensible heat,latent heat and the vertical speed of the typhoon‘SONTINH’‘HAIYAN’corresponded well.The water vapor flux in the kinetic energy input zone was stronger.As the energy accumulated,the atmospheric stability became weaker,which leaded to the release of unstable energy.Correspondingly,the precipitation in the region was more than normal.（4）From the basic reflectivity factor field of the two typhoons,‘SONTINH’had the pre-TC squall line.When the two typhoons were nearby the Hainan Island,strong echoes were maintained in the middle and south parts of Hainan Island for a long time.While once the typhoons were away from the Island, the‘train effect’caused by the strong echo zone in the rear of‘SONTINH’was located in Dongfang city,and the distribution of‘HAIYAN’was on the east of Wuzhishan.Radar radial velocity field showed that two typhoons near the Hainan Island,the central and southern local terrain caused by‘upwind area’.Finally,the Hainan Island topographic effect to‘SONTINH’was stronger than the‘HAIYAN’.

the Hainan Island;the similar track;the pre-TC squall line;water vapor fluxes

P444

A

1003-0239（2017）03-0041-15

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.03.006

2016-10-14；

2016-12-04。

科技部國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAK05B03）。

周海波（1990-），男，碩士在讀，主要從事臺(tái)風(fēng)降水研究。E-mail：1415717502@qq.com