臺風(fēng)暴雨落區(qū)研究綜述

陳聯(lián)壽， 孟智勇， 叢春華

(1. 中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081； 2. 北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系，北京 100871； 3. 山東省氣象局，山東 濟(jì)南 250031)

臺風(fēng)暴雨落區(qū)研究綜述

陳聯(lián)壽1， 孟智勇2， 叢春華3

(1. 中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081； 2. 北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系，北京 100871； 3. 山東省氣象局，山東 濟(jì)南 250031)

臺風(fēng)暴雨最重要的兩個因素是雨強(qiáng)和降雨分布，后者即為暴雨的落區(qū)。影響臺風(fēng)暴雨落區(qū)的因子主要有3個：1)臺風(fēng)渦旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)；2)臺風(fēng)周圍環(huán)境大氣影響；3)臺風(fēng)下墊面強(qiáng)迫作用。本文對這3類因子的作用和影響作了總結(jié)。臺風(fēng)暴雨可分為臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的暴雨和臺風(fēng)環(huán)流之外的暴雨兩大類。本文把臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的暴雨概括為5個落區(qū)，包括眼壁暴雨、螺旋雨帶暴雨、小渦暴雨、倒槽暴雨、切變暴雨。把臺風(fēng)環(huán)流之外的暴雨分為臺前颮線暴雨、遠(yuǎn)距離暴雨和變性下游效應(yīng)暴雨。地形可能會改變兩類暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)。本文對每一個落區(qū)的暴雨特點(diǎn)和形成機(jī)理作了總結(jié)，對臺風(fēng)暴雨業(yè)務(wù)預(yù)報有一定的參考價值。

臺風(fēng)暴雨； 落區(qū)； 臺風(fēng)環(huán)流

引言

要準(zhǔn)確預(yù)報臺風(fēng)暴雨就要準(zhǔn)確預(yù)報臺風(fēng)暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)，兩者缺一不可。臺風(fēng)暴雨落區(qū)預(yù)報受多種因子影響，有較大不確定性，是很復(fù)雜的問題。暴雨落區(qū)首先與臺風(fēng)渦旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。臺風(fēng)渦旋水平結(jié)構(gòu)可分三層，即臺風(fēng)內(nèi)核區(qū)、中間為外包區(qū)、再向外為外圍區(qū)，這三個區(qū)都是臺風(fēng)暴雨的落區(qū)。相對于臺風(fēng)中心，每個登陸臺風(fēng)其暴雨多呈不對稱分布，不同登陸臺風(fēng)因受不同物理因子影響，其暴雨落區(qū)也各不相同。臺風(fēng)暴雨落區(qū)的主要影響因子可分三類，即臺風(fēng)渦旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、臺風(fēng)周圍環(huán)流和天氣系統(tǒng)的影響以及不同海岸、山脈地形、海灣、湖泊等的強(qiáng)迫作用。這三類因子影響著登陸臺風(fēng)暴雨的落區(qū)和雨量分布。

臺風(fēng)暴雨可分為臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的暴雨和臺風(fēng)環(huán)流之外的暴雨。臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的暴雨對應(yīng)于臺風(fēng)眼壁或內(nèi)核區(qū)、臺風(fēng)螺旋雨帶即外包區(qū)以及外圍區(qū)。臺風(fēng)環(huán)流之外的暴雨與臺風(fēng)本體脫離，但與臺風(fēng)存在著緊密的物理聯(lián)系。例如，有的臺風(fēng)會在渦旋范圍之外的前進(jìn)方向激發(fā)出一條颮線，稱為臺前颮線，該颮線會產(chǎn)生強(qiáng)暴雨；有的臺風(fēng)環(huán)流與中緯度西風(fēng)槽相互作用在槽前產(chǎn)生暴雨；與臺風(fēng)相關(guān)的暴雨落區(qū)還可能出現(xiàn)在更遠(yuǎn)的地方，相距臺風(fēng)幾千千米處，這種甚遠(yuǎn)距離的臺風(fēng)暴雨可能由臺風(fēng)變性后并入長波所產(chǎn)生的下游效應(yīng)造成。臺風(fēng)邊緣或以外氣流受山脈地形作用會出現(xiàn)地形暴雨，地形暴雨可以出現(xiàn)在臺風(fēng)渦旋之外，也可以出現(xiàn)在渦旋之內(nèi)。分析和研究臺風(fēng)暴雨不同落區(qū)，對提高臺風(fēng)暴雨的預(yù)報能力有重要參考價值。本文將對臺風(fēng)暴雨的落區(qū)及其物理機(jī)制做簡要總結(jié)。

1 影響臺風(fēng)暴雨落區(qū)分布的因子

很多物理因子影響著登陸臺風(fēng)暴雨的落區(qū)分布，盡管錯綜復(fù)雜，但可概括為三類(圖1)：臺風(fēng)渦旋環(huán)流內(nèi)的結(jié)構(gòu)特征、臺風(fēng)周圍環(huán)流和天氣系統(tǒng)影響、臺風(fēng)環(huán)流下墊面地形強(qiáng)迫作用。

圖1 影響臺風(fēng)暴雨強(qiáng)度和落區(qū)的諸因子Fig.1 Factors that affect typhoon-associated rainfall rate and distribution

1.1 臺風(fēng)渦旋環(huán)流結(jié)構(gòu)特征

臺風(fēng)中最明顯的結(jié)構(gòu)特征是內(nèi)核眼壁。通常臺風(fēng)中最強(qiáng)的暴雨由眼壁對流造成。除眼壁外，強(qiáng)降水還分布在螺旋雨帶的范圍內(nèi)。臺風(fēng)登陸時雨帶的螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞，但臺風(fēng)強(qiáng)降水會在外包區(qū)強(qiáng)對流所在范圍內(nèi)出現(xiàn)。臺風(fēng)渦旋范圍內(nèi)在螺旋雨帶甚至眼壁上有時會出現(xiàn)中尺度小渦，強(qiáng)降水落區(qū)也會由小渦產(chǎn)生。例如臺風(fēng)Mujigae(1522)在其外圍螺旋雨帶上出現(xiàn)了數(shù)十個超級單體[1]。著名的大西洋颶風(fēng)Isabel(2013)在其內(nèi)核出現(xiàn)了6個中尺度小渦，1個位于颶風(fēng)中心，另外5個在周圍眼壁上形成海星狀[2]。在臺風(fēng)渦旋范圍內(nèi)還經(jīng)常出現(xiàn)中尺度切變線，常出現(xiàn)的部位為臺風(fēng)的北側(cè)、西南側(cè)和東南側(cè)[3]，出現(xiàn)在北側(cè)的是臺風(fēng)環(huán)流東南風(fēng)和東北風(fēng)的切變，稱為臺風(fēng)倒槽，該切變區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)很強(qiáng)的暴雨，有時甚至超過臺風(fēng)中心暴雨。這些中尺度小渦和中尺度切變往往會產(chǎn)生很強(qiáng)的暴雨。此外，臺風(fēng)渦旋上層云的微物理結(jié)構(gòu)也會影響臺風(fēng)暴雨(圖1)，冰粒子、軟雹(soft hail)和霰(graupel)的垂直和水平分布、濃度等相對于其他粒子對暴雨落區(qū)的影響較大[4]。

1.2 臺風(fēng)周圍環(huán)流和系統(tǒng)影響

臺風(fēng)周圍環(huán)流和系統(tǒng)對臺風(fēng)暴雨落區(qū)的影響可分為三類(圖1)。

1)干冷空氣和輻合線

臺風(fēng)周圍干冷空氣侵入會破壞臺風(fēng)內(nèi)核暖心結(jié)構(gòu)，其結(jié)果有兩種可能，一是可造成“空心”臺風(fēng)，使內(nèi)核暴雨消失或減弱。另一種可能是使臺風(fēng)變性，通常會使暴雨落區(qū)擴(kuò)大。臺風(fēng)前方的干冷空氣與臺風(fēng)外圍潮濕東南氣流輻合會發(fā)展成臺前颮線，臺前颮線會在臺風(fēng)渦旋之外形成一塊與臺風(fēng)密切相關(guān)的暴雨落區(qū)。西北太平洋西部中緯度東北信風(fēng)帶來的干冷空氣與臺風(fēng)東南氣流輻合，會在臺風(fēng)北側(cè)形成很強(qiáng)的倒槽輻合區(qū)，這會使得我國東南沿海臺風(fēng)在倒槽區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)暴雨。

2)季風(fēng)涌

東亞和南海不僅臺風(fēng)頻繁，也是全球季風(fēng)最為活躍的地區(qū)之一。臺風(fēng)與西南氣流輸送的季風(fēng)云團(tuán)相遇的機(jī)率很高，被臺風(fēng)卷入的季風(fēng)云團(tuán)可能會改變臺風(fēng)暴雨的落區(qū)。

3)中緯度西風(fēng)槽

中緯度西風(fēng)槽是影響登陸臺風(fēng)暴雨落區(qū)最為重要的環(huán)境天氣系統(tǒng)，它會使臺風(fēng)暴雨落區(qū)向北伸展，形成臺風(fēng)中心暴雨南北不對稱分布。中緯度西風(fēng)槽與臺風(fēng)環(huán)流的相互作用不僅會造成臺風(fēng)變性，改變暴雨落區(qū)，也是形成臺風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨的主要原因。

1.3 下墊面的強(qiáng)迫作用

登陸臺風(fēng)下墊面特征對臺風(fēng)暴雨落區(qū)也有顯著影響。臺風(fēng)在登陸前后，其環(huán)流相對海岸有向岸風(fēng)和離岸風(fēng)，這會產(chǎn)生臺風(fēng)暴雨落區(qū)的不對稱分布。統(tǒng)計結(jié)果*胡皓2017年博士論文部分成果。顯示，登陸華南的臺風(fēng)通常中心東側(cè)降雨落區(qū)大于西側(cè)；登陸華東的臺風(fēng)通常中心北側(cè)降雨落區(qū)大于南側(cè)。山脈地形的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡同樣會產(chǎn)生相應(yīng)的暴雨。

2 臺風(fēng)渦旋范圍內(nèi)的暴雨落區(qū)

2.1 眼壁暴雨

臺風(fēng)內(nèi)核由眼區(qū)和眼壁組成，眼區(qū)為下沉運(yùn)動，晴空少云。眼壁為對流環(huán)形區(qū)，臺風(fēng)中最強(qiáng)的暴雨往往出現(xiàn)在這一環(huán)形區(qū)內(nèi)。內(nèi)核是臺風(fēng)最具有特色的結(jié)構(gòu)特征。臺風(fēng)環(huán)形眼壁有收縮和擴(kuò)張的變化，這往往和臺風(fēng)強(qiáng)度變化有關(guān)。有時在眼壁收縮時會在其外另生一眼環(huán)，出現(xiàn)同心雙眼現(xiàn)象，其結(jié)果往往是內(nèi)眼消失，外眼取而代之，眼環(huán)擴(kuò)大。雙眼現(xiàn)象多見于登陸之前的海上臺風(fēng)，登陸之后的臺風(fēng)少見。眼環(huán)的這種變化和替換會影響內(nèi)核暴雨強(qiáng)度和落區(qū)。有的臺風(fēng)靠近陸地時會變成空心臺風(fēng)，主要是大陸干冷空氣入侵破環(huán)內(nèi)核結(jié)構(gòu)所致，這樣的臺風(fēng)登陸時，內(nèi)核暴雨強(qiáng)度弱、落區(qū)范圍小。

臺風(fēng)眼壁暴雨強(qiáng)度和落區(qū)并不完全由臺風(fēng)的強(qiáng)度和尺度決定，環(huán)境系統(tǒng)與臺風(fēng)的相互作用和地形的影響也會造成眼壁暴雨強(qiáng)度的變化以及落區(qū)的不對稱性。當(dāng)臺風(fēng)與季風(fēng)涌相遇，西南氣流將潮濕季風(fēng)云團(tuán)在臺風(fēng)南側(cè)卷入，眼壁南環(huán)會出現(xiàn)很強(qiáng)暴雨，通常位于臺風(fēng)路徑的左側(cè)。當(dāng)臺風(fēng)與西北太平洋東北信風(fēng)遭遇時，干冷的東北風(fēng)和臺風(fēng)潮濕的東南風(fēng)形成強(qiáng)輻合，會顯著加強(qiáng)臺風(fēng)的內(nèi)核暴雨。

2.2 螺旋雨帶暴雨

螺旋雨帶是臺風(fēng)另一個頗有特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，它的形態(tài)和分布與地球尺度西風(fēng)帶中的長波或稱羅斯貝(Rossby)波相似，故也稱為渦旋Rossby波。它出現(xiàn)在臺風(fēng)外包和外圍區(qū)，主要出現(xiàn)在外包區(qū)。臺風(fēng)帶來的大范圍降雨區(qū)就出現(xiàn)在這一區(qū)域。

通常臺風(fēng)渦旋環(huán)流包含3～4條螺旋雨帶，每條雨帶由強(qiáng)對流系統(tǒng)組成。 不同雨帶的物理參數(shù)(如水汽含量、垂直運(yùn)動、渦度、云頂霰和冰粒子濃度等)、結(jié)構(gòu)(如有的雨帶中含有中尺度小渦或中尺度切變線等)以及與環(huán)境環(huán)流系統(tǒng)的相互作用有所不同，導(dǎo)致各雨帶不同的降水強(qiáng)度和分布特征。另外，螺旋雨帶具有生消、旋轉(zhuǎn)、收縮、擴(kuò)展、停滯等活動特征，使降水強(qiáng)度和分布變化很復(fù)雜。臺風(fēng)登陸以后受到陸面摩擦和山脈地形的影響，雨帶的螺旋結(jié)構(gòu)變得模糊，但這并不影響定量估測臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的雨強(qiáng)和落區(qū)。

2.3 小渦暴雨

臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)會產(chǎn)生小渦。小渦在臺風(fēng)的不同部位都可能產(chǎn)生。小渦往往會對應(yīng)強(qiáng)暴雨落區(qū)。超級單體是一類比較典型的小渦。臺風(fēng)環(huán)境下由于垂直風(fēng)切變較弱，其超級單體一般強(qiáng)度較弱、尺度較小、質(zhì)心偏低，常被稱為Mini-supercell。臺風(fēng)內(nèi)的龍卷往往由這些迷你超級單體產(chǎn)生。臺風(fēng)內(nèi)的龍卷多出現(xiàn)在臺風(fēng)的東北象限或前進(jìn)方向的右前象限，強(qiáng)度一般較弱，多出現(xiàn)在下午。臺風(fēng)中的龍卷多會成群出現(xiàn)。大部分的臺風(fēng)龍卷都出現(xiàn)在北半球，大西洋颶風(fēng)中的龍卷顯著多于西北太平洋臺風(fēng)中的龍卷。臺風(fēng)龍卷多形成于距離海岸線500 km 以內(nèi)以及臺風(fēng)登陸之前12 h到登陸之后的24 h之內(nèi)[5]。

2015年10月4日，臺風(fēng)Mujigae在湛江登陸，其螺旋雨帶中一個超級單體造成了三個龍卷[1]。最強(qiáng)的一個龍卷(EF3級)出現(xiàn)在佛山，造成4人死亡，90多人受傷。北京大學(xué)聯(lián)合廣東佛山龍卷風(fēng)研究中心開展了臺風(fēng)龍卷的詳細(xì)災(zāi)害調(diào)查和雷達(dá)分析，得到了龍卷災(zāi)害分布和近地面風(fēng)場特征，揭示了EF風(fēng)速與視頻風(fēng)速估計的一致性、漏斗云地面直徑和EF等值線的關(guān)聯(lián)、雷達(dá)上龍卷渦旋與漏斗云地面位置的相對偏差信息以及雷達(dá)上龍卷渦旋強(qiáng)度與地面災(zāi)害強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系(圖2)。這個超級單體同時還造成了局地強(qiáng)降水(圖2d)。這些結(jié)果為未來臺風(fēng)龍卷的預(yù)警提供了重要觀測事實(shí)。

圖2 臺風(fēng)Mujigae(1522)造成的龍卷分布(a，包含佛山龍卷的照片)，臺風(fēng)的衛(wèi)星云圖以及臺風(fēng)和龍卷的路徑(b)，臺風(fēng)造成佛山龍卷時刻的雷達(dá)回波(c),以及螺旋雨帶上造成佛山龍卷的超級單體的基本反射率(d，黑線為龍卷路徑)和徑向風(fēng)(e)分布(e中還顯示了漏斗云地面位置(紅色星號)和地面災(zāi)害路徑以及雷達(dá)觀測的中氣旋(黑色圓圈)與龍卷渦旋(TVS，黑點(diǎn))的對應(yīng)關(guān)系)。圖片摘自文獻(xiàn)[1]Fig.2 The Foshan tornado and its parent supercell characteristics caused by Typhoon Mujigae(1522) on 4 October 2015. Adapted from reference [1]

2.4 倒槽暴雨

有的臺風(fēng)會有倒槽形成。倒槽位于臺風(fēng)北側(cè)，由潮濕的東南氣流和東北氣流輻合而成。倒槽暴雨可能會很強(qiáng)，有時會超過眼壁暴雨。在福建登陸的臺風(fēng)，其倒槽暴雨落區(qū)出現(xiàn)在浙江。

2.5 切變暴雨

臺風(fēng)中有可能會形成兩條中尺度切變線。它們通常位于臺風(fēng)的西南側(cè)和東南側(cè)，分別為由偏北風(fēng)和偏西風(fēng)以及西南風(fēng)和東南風(fēng)形成的切變。當(dāng)冷空氣侵入臺風(fēng)，代表冷空氣的東北風(fēng)或西北風(fēng)與臺風(fēng)中的西南風(fēng)或東南風(fēng)在臺風(fēng)的外包區(qū)或外圍區(qū)形成一定走向的中尺度切變。這類中尺度切變往往會產(chǎn)生暴雨。

3 臺風(fēng)渦旋環(huán)流外與臺風(fēng)有關(guān)的暴雨落區(qū)

臺風(fēng)渦外暴雨是指暴雨落區(qū)與臺風(fēng)渦旋內(nèi)雨區(qū)不相連結(jié)，但暴雨的發(fā)生機(jī)理與臺風(fēng)密切相關(guān)。

3.1 臺前颮線暴雨

臺前颮線并不是臺風(fēng)本身的結(jié)構(gòu)，它是臺風(fēng)在其前進(jìn)方向前方被激發(fā)出來的中尺度輻合帶，往往產(chǎn)生很強(qiáng)的風(fēng)雨天氣。據(jù)2007年6月—2009年10月三年多的資料統(tǒng)計[6]表明，有43%的登陸臺風(fēng)攜帶著臺前颮線。臺前颮線多出現(xiàn)在8月、下午至前半夜、臺風(fēng)移動方向的右前象限距離臺風(fēng)中心約600 km處。與中緯度颮線相比，臺前颮線長度較短、生命期較短、要素變化較弱、可降水量較強(qiáng)、冷池偏弱。臺前颮線長度為200 km左右，最大雷達(dá)反射率為57～62 dBz,生命期約為4 h，移速約為12 m·s-1。臺前颮線維持時間雖短，但其暴雨落區(qū)中雨強(qiáng)較強(qiáng)，平均小時降水率為18 mm·h-1。

臺前颮線的形成是臺風(fēng)與周圍環(huán)境復(fù)雜相互作用的結(jié)果。低空強(qiáng)輻合和抬升、充沛水汽、強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)是臺前颮線生成的有利條件。臺前颮線多形成于臺風(fēng)和副熱帶高壓的過渡地帶。低空垂直風(fēng)切變一般與颮線的走向垂直，強(qiáng)度較弱。臺風(fēng)和周邊天氣系統(tǒng)相互作用往往首先在地面形成中尺度輻合線。臺風(fēng)東南潮濕氣流輸送充沛水汽，形成高濕環(huán)境，增強(qiáng)了輻合區(qū)的對流有效位能(CAPE)，形成不穩(wěn)定層結(jié)(圖3)。颮線多發(fā)生在預(yù)先存在的地面輻合線上，主要的觸發(fā)機(jī)制為低層的中尺度鋒生、輻合或匯流，而非天氣尺度的強(qiáng)迫。

圖3 臺前颮線的形成Fig.3 The formation of a squall line in front of a typhoon

臺風(fēng)Kammuri(0809)是一個典型攜帶臺前颮線的臺風(fēng)，數(shù)值試驗[6]能成功模擬出臺前颮線的發(fā)展過程。敏感性試驗表明，如果剔除臺風(fēng)，地面輻合線上即使出現(xiàn)零散對流也無法組織發(fā)展成颮線，主要原因是因臺風(fēng)被剔除之后，輻合變?nèi)?，水汽輸入減少，CAPE減弱。較弱的臺風(fēng)造成的臺前颮線強(qiáng)度較弱、長度和維持時間都較短。可見臺風(fēng)本體對臺前颮線的形成和發(fā)展具有顯著的影響。

3.2 臺風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨落區(qū)

臺風(fēng)與遠(yuǎn)處中緯度西風(fēng)槽相互作用在槽前產(chǎn)生的暴雨稱為臺風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨(typhoon remote precipitation，簡稱TRP)，這塊暴雨落區(qū)與臺風(fēng)中心相距上千千米，與臺風(fēng)本體暴雨分割開來。TRP是一個小概率事件，只有14.7%的臺風(fēng)產(chǎn)生TRP[7]。TRP在中國、日本和美國都有發(fā)生。TRP在美國被稱為Pre rainfall events(PRE)。

我國TRP事件有兩個高頻落區(qū)[7]，即環(huán)渤海地區(qū)和川陜交界處。出現(xiàn)時間為6—9月，尤以7、8月為高頻月份。西北或偏西路徑進(jìn)入南海北部或在華南沿海登陸以及登陸東南沿?；蛟跂|部沿海轉(zhuǎn)向的臺風(fēng)易于產(chǎn)生TRP。TRP雨量一般能達(dá)暴雨或大暴雨，維持時間一般為2 d左右。

TRP的產(chǎn)生與臺風(fēng)向槽前的水汽輸送密切相關(guān)。產(chǎn)生TRP的臺風(fēng)能將水汽輸送到遠(yuǎn)處，而不產(chǎn)生TRP的臺風(fēng)水汽僅限制在臺風(fēng)范圍內(nèi)，未能輸送到遠(yuǎn)處(中緯度)(圖4)[7]。臺風(fēng)Songda (0419)和中緯度西風(fēng)槽相互作用在臺風(fēng)中心1 200 km以北的日本產(chǎn)生了遠(yuǎn)距離暴雨落區(qū)[8]，這塊遠(yuǎn)距離暴雨落區(qū)的產(chǎn)生與臺風(fēng)Songda向中緯度槽前輸送水汽密切相關(guān)。熱帶風(fēng)暴Vicente (1208)的遠(yuǎn)距離水汽輸送對北京“7·21”特大暴雨有重要貢獻(xiàn)[9]。Vicente從菲律賓以東洋面向西北偏西方向移動，于2012年7月21日移入南海東北部。從低層850 hPa流場(圖5)可以看出，Vicente外圍一支東南氣流輸送水汽直達(dá)北京地區(qū)。TRP的位置和強(qiáng)度與臺風(fēng)的強(qiáng)度有關(guān)。臺風(fēng)Vicente的數(shù)值試驗結(jié)果[9]表明，減弱臺風(fēng)強(qiáng)度會使水汽輸送偏弱偏南，暴雨落區(qū)南移，低層渦減弱，暴雨變?nèi)?，增?qiáng)臺風(fēng)的試驗顯示，水汽輸送增強(qiáng)，落區(qū)移到偏北位置，低層渦度加強(qiáng)，雨量加強(qiáng)。

圖4 產(chǎn)生TRP(a)和不產(chǎn)生TRP(b)兩組臺風(fēng)造成的水汽通量垂直積分(積分從地面至300 hPa；單位：106g·cm-1·s-1；陰影表示積分值≥ 6×106 g·cm-1·s-1)的對比(前者能將水汽輸送到遠(yuǎn)處落區(qū)，后者只能將水汽圍繞臺風(fēng)輸送)。圖片摘自文獻(xiàn)[7]Fig.4 Comparison of water vapor transportation between TRP group and No TRP group(TRP group can transport moisture to farther region while No TRP group can not). Adapted from reference [7]

圖5 2012年7月21日14時850 hPa的水汽通量(箭頭；單位：10-3 g· cm-1· hPa-1 ·s-1；填色表示水汽通量的值≥ 9×10-3 g·cm-1·hPa-1·s-1；熱帶風(fēng)暴Vicente(1208)將水汽輸送到遠(yuǎn)處的北京地區(qū))。圖片摘自文獻(xiàn)[11]Fig.5 Water vapor flux (vectors; 10-3 g ·cm-1· hPa-1· s-1) with the magnitude of ≥ 9×10 -3 g·cm -1·hPa -1·s -1 shaded. Severe storm Vicente transport moisture to Beijing area far from the storm location. Adapted from reference [11]

臺風(fēng)Matsa(0509)是一個產(chǎn)生遠(yuǎn)距離暴雨的臺風(fēng)。Matsa于2005年8月4日和5日移向浙江南部沿海，TRP出現(xiàn)在山東半島和遼東半島，一些地區(qū)12 h雨量超過100 mm。對臺風(fēng)Matsa的個例分析[10]表明，TRP是臺風(fēng)和西風(fēng)槽相互作用的產(chǎn)物。數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，TRP與臺風(fēng)存在密切關(guān)系，臺風(fēng)東側(cè)東南氣流對往TRP落區(qū)的水汽輸送十分重要。不同強(qiáng)度西風(fēng)槽的敏感性試驗結(jié)果表明，西風(fēng)槽對TRP同樣很重要，TRP的雨量大小和西風(fēng)槽的強(qiáng)弱存在正相關(guān)。

3.3 變性下游效應(yīng)暴雨落區(qū)

西北太平洋是臺風(fēng)變性的高頻海域，當(dāng)臺風(fēng)在西北太平洋西部或中國東部沿海轉(zhuǎn)向北上，與中緯度西風(fēng)槽相遇，就有發(fā)生變性的可能。西風(fēng)槽是中緯度Rossby波列中的一個。當(dāng)轉(zhuǎn)向臺風(fēng)與中緯度西風(fēng)槽相互作用或并入槽內(nèi)時，臺風(fēng)攜帶的大量水汽和渦度輸入槽內(nèi)，會導(dǎo)致槽的加強(qiáng)和發(fā)展。受能量頻散的影響，變性事件所在中緯度槽的加強(qiáng)發(fā)展會經(jīng)過Rossby 波列傳播，跨過北太平洋，引起變性事件遙遠(yuǎn)的下游Rossby波槽的發(fā)展，從而產(chǎn)生暴雨，通常稱此為變性臺風(fēng)的下游效應(yīng)(downstream-effect rainfall)[11]。強(qiáng)暴雨落區(qū)有可能出現(xiàn)在北美洲。暴雨雖然發(fā)生在變性事件下游遙遠(yuǎn)處，但它和上游臺風(fēng)的變性密切相關(guān)。

4 地形暴雨

臺風(fēng)內(nèi)核區(qū)、外包區(qū)、外圍區(qū)環(huán)流都可能和山脈產(chǎn)生輻合抬升，或因山脈地形強(qiáng)迫而產(chǎn)生小渦，使暴雨增幅。地形暴雨通常出現(xiàn)在臺風(fēng)外包區(qū)或外圍區(qū)。熱帶風(fēng)暴Fitow(0114)在穿過瓊州海峽時，其外圍環(huán)流與海南島五指山輻合，在山脈強(qiáng)迫作用下，在向風(fēng)側(cè)生成一中尺度小渦，并產(chǎn)生了Fitow最強(qiáng)的暴雨落區(qū)[12]。我國臺灣島的中央山脈多次在臺風(fēng)倒槽區(qū)產(chǎn)生很強(qiáng)的暴雨，山脈暴雨的雨強(qiáng)有時超過臺風(fēng)內(nèi)核區(qū)暴雨[13]。

地形對TRP的落區(qū)也有一定的影響，對其強(qiáng)度有增幅作用。臺風(fēng)Meari(0422)在日本Kyushu登陸時，最強(qiáng)暴雨落區(qū)竟出現(xiàn)在Meari東面相距500 km的Kii半島上，那里有三塊暴雨落區(qū)，其中一塊出現(xiàn)在山脈地形區(qū)。在敏感性試驗中移除了該山脈，這塊暴雨落區(qū)也就消失了[13]，這表明該暴雨落區(qū)是由山脈地形造成的。

5 小結(jié)

臺風(fēng)暴雨落區(qū)是不同尺度、不同高度、不同緯度、不同經(jīng)度環(huán)流相互作用并在下墊面影響下的產(chǎn)物，其機(jī)理復(fù)雜，預(yù)報難度大，了解臺風(fēng)暴雨落區(qū)形成的原因，有助于提高其預(yù)報準(zhǔn)確性。本文對不同落區(qū)暴雨出現(xiàn)的機(jī)理作了總結(jié)，對業(yè)務(wù)預(yù)報具有一定的參考價值。

由臺風(fēng)引起的暴雨落區(qū)，總體可分為臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的暴雨和臺風(fēng)環(huán)流之外的暴雨兩大類。臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的暴雨落區(qū)與臺風(fēng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，可分為眼壁暴雨、螺旋雨帶暴雨、小渦暴雨、倒槽暴雨、切變暴雨。通常最強(qiáng)的暴雨出現(xiàn)在眼壁區(qū)，但倒槽暴雨往往會超過眼壁暴雨，有時小渦暴雨、切變暴雨和地形引起的暴雨也會超過眼壁暴雨。臺風(fēng)環(huán)流外的暴雨落區(qū)主要有臺前颮線暴雨、遠(yuǎn)距離暴雨和變性下游效應(yīng)暴雨。地形對臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)的暴雨和臺風(fēng)環(huán)流之外的暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)都可能造成重要影響。

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Anoverviewontheresearchoftyphoonrainfalldistribution

CHEN Lianshou1, MENG Zhiyong2, CONG Chunhua3

(1.ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,Beijing100081，China; 2.DepartmentofAtmosphericandOceanicSciences,SchoolofPhysic,PekingUniversity,Beijing100871,China; 3.ShandongMeteorologicalBureau,Jinan250031,China)

Typhoon rainfall rate and distribution are the two major components in the operational typhoon rainfall forecast. The distribution of typhoon rainfall is mainly affected by three factors: 1) typhoon inner structure; 2) peripheral atmospheric circulation and systems; and 3) underlying surface topography. The rainfalls inside typhoon circulation are grouped into five categories including eyewall rain, spiral band rain, small vortex rain, inverted trough rain, and shear line rain. Typhoon-associated rainfall outside typhoon circulation are divided into squall line rain (about 600 km in front of typhoon center), typhoon remote precipitation (TRP, about one thousand kilometers away from a typhoon), and downstream-effect rainfall (several thousand kilometers away from an extratropical transition typhoon). This paper reviews research progress on the impact of the three factors that may affect typhoon rainfall, the features and formation mechanism of the above different types of typhoon rainfall, which could be helpful for typhoon rainfall operational forecast.

typhoon rainfall; distribution; typhoon circulation

陳聯(lián)壽，孟智勇，叢春華. 臺風(fēng)暴雨落區(qū)研究綜述[J].海洋氣象學(xué)報，2017，37(4)：1-7.

Chen Lianshou,Meng Zhiyong,Cong Chunhua. An overview on the research of typhoon rainfall distribution[J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(4):1-7.

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.04.001.(in Chinese)

P444

A

2096-3599(2017)04-0001-07

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.04.001

2017-11-08；

2017-11-13

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2015CB452804)；國家自然科學(xué)基金項目(41425018)；山東省自然科學(xué)基金項目(ZR2013DQ009)；環(huán)渤海區(qū)域科技協(xié)同創(chuàng)新項目(QYXM201612)

陳聯(lián)壽(1934—)，男，研究員，中國工程院院士，主要從事天氣動力學(xué)、熱帶氣旋、中低緯度環(huán)流相互作用等研究，lschen@camscma.cn。

孟智勇(1969—)，女，博士，教授，主要從事中小尺度災(zāi)害性天氣的機(jī)理、資料同化、可預(yù)報性等研究，zymeng@pku.edu.cn。