變性臺(tái)風(fēng)“麥德姆”(1410)環(huán)流中的鋒生現(xiàn)象及其對(duì)降水的影響

梁軍，叢春華，張勝軍，張黎紅，賽瀚

(1. 大連市氣象臺(tái)，遼寧 大連 116001； 2. 山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031； 3. 中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

變性臺(tái)風(fēng)“麥德姆”(1410)環(huán)流中的鋒生現(xiàn)象及其對(duì)降水的影響

梁軍1，叢春華2，張勝軍3，張黎紅1，賽瀚1

(1. 大連市氣象臺(tái)，遼寧 大連 116001； 2. 山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031； 3. 中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

利用中國(guó)氣象局熱帶氣旋年鑒、FY-2D(0.1°×0.1°)云頂亮溫、逐時(shí)自動(dòng)氣象站降雨量、常規(guī)觀測(cè)資料和NCEP/NCAR再分析資料，運(yùn)用鋒生函數(shù)對(duì)臺(tái)風(fēng)“麥德姆”(Matmo，1410)影響遼東半島和山東半島期間的降水特征進(jìn)行了診斷分析。結(jié)果表明：1)Matmo影響遼東半島和山東半島期間，其低壓環(huán)流與西風(fēng)帶高空槽相互作用，在其西側(cè)和東北側(cè)分別有冷鋒和暖鋒鋒生，兩條鋒帶均向東移。強(qiáng)鋒生區(qū)首先在低層生成，隨后盡管高空鋒區(qū)向下延伸，但并未與低層冷鋒重合，低層冷鋒鋒生強(qiáng)度減弱。2)山東半島和遼東半島的降水均發(fā)生在臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流的鋒生過(guò)程中，但山東半島的降水明顯多于遼東半島。這與鋒生強(qiáng)度密切相關(guān)，遼東半島的鋒生強(qiáng)度和垂直運(yùn)動(dòng)較山東半島明顯偏弱。3)強(qiáng)降水與臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)冷、暖平流活動(dòng)密切相關(guān)，冷暖平流交匯之處對(duì)強(qiáng)降水有較好的示蹤作用。山東半島始終處于冷暖平流交匯處，其西側(cè)斜壓不穩(wěn)定加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，強(qiáng)降水出現(xiàn)在冷鋒帶上暖平流區(qū)內(nèi)；而遼東半島由冷平流轉(zhuǎn)為暖平流時(shí)，對(duì)流運(yùn)動(dòng)向其東北方向發(fā)展，強(qiáng)降水位于遼東半島東北部。

臺(tái)風(fēng)； 降水； 變性過(guò)程； 鋒生

引言

熱帶氣旋(tropical cyclone, TC)暴雨具有較明顯的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)[1]，β效應(yīng)是其重要影響因素之一[2]。臺(tái)風(fēng)登陸前后螺旋雨帶斷裂[3]、登陸后下墊面的摩擦和地形抬升等作用[4-5]使臺(tái)風(fēng)降水分布非對(duì)稱(chēng)性更加明顯。登陸浙閩的臺(tái)風(fēng)最大降水中心主要出現(xiàn)在登陸點(diǎn)的北到東北側(cè)[6]，這與浙閩沿海東北至西南走向的山脈有關(guān)。臺(tái)風(fēng)降水的分布還與其本身的強(qiáng)度密切相關(guān)[7]。通常情況下，強(qiáng)度較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)最大降水出現(xiàn)在其右前側(cè)，強(qiáng)度較弱的則出現(xiàn)在其左前側(cè)，且具有更明顯的非對(duì)稱(chēng)性[7]。而對(duì)于北上TC，由于與中緯度系統(tǒng)的相互作用，臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)變化明顯，其風(fēng)雨分布就更為復(fù)雜。此間垂直風(fēng)切變的加大[8-9]、冷空氣的入侵[10-13]、活躍的中尺度系統(tǒng)[14-16]等因素均可使臺(tái)風(fēng)降水分布發(fā)生復(fù)雜變化。不僅路徑相似的臺(tái)風(fēng)，其所經(jīng)地區(qū)的降水可能存在較大差異[6,17-18]，即使是同一臺(tái)風(fēng)的不同地區(qū)的降水分布也存在明顯不同，往往造成臺(tái)風(fēng)暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)的較大偏差，至今仍是預(yù)報(bào)中的難題。尤其是北上至渤海、渤海海峽和黃海北部的臺(tái)風(fēng)，由于其個(gè)數(shù)少、且常常變性減弱，針對(duì)性研究不多，但其風(fēng)雨影響嚴(yán)重，預(yù)報(bào)和服務(wù)要求高，此類(lèi)臺(tái)風(fēng)降水分布的研究亟需深入。

2014年的1410號(hào)臺(tái)風(fēng)(Matmo，麥德姆)就是一個(gè)登陸我國(guó)北上影響環(huán)黃渤海地區(qū)并造成顯著不均勻降水的例子(圖1)。該臺(tái)風(fēng)7月24日夜間開(kāi)始影響山東半島(四邊形區(qū)域)和遼東半島(三角形區(qū)域)，山東半島出現(xiàn)大暴雨，其東北部的成山頭(37.4°N，122.7°E)日雨量最大，為163 mm；而同時(shí)期遼東半島西北部地區(qū)的降水量不足10 mm，其他地區(qū)為20～40 mm，基準(zhǔn)站最大日雨量出現(xiàn)在大連(38.9°N，121.6°E)，為38 mm，僅有一個(gè)海島自動(dòng)氣象站(39.1°N，123.1°E)日雨量達(dá)到暴雨量級(jí)，為93 mm(圖1b)。遼東半島與山東半島僅相隔約160 km，與影響臺(tái)風(fēng)中心相距160～450 km，但兩地降水差異如此顯著(圖1c)，這其中的物理過(guò)程值得探討。本文利用NCEP/NCAR再分析資料、常規(guī)觀測(cè)資料、FY-2D每小時(shí)一次的0.1°×0.1°云頂亮溫(TBB)資料及逐時(shí)自動(dòng)氣象站降雨量資料，對(duì)Matmo影響下遼東半島和山東半島降水強(qiáng)度和分布的差異特征進(jìn)行分析。

圖1 臺(tái)風(fēng)Matmo的路徑(a；臺(tái)風(fēng)位置間隔6 h，三角形和四邊形區(qū)域分別為遼東半島和山東半島地區(qū))，2014年7月24日20時(shí)—25日20時(shí)降水量(b；單位：mm)，以及臺(tái)風(fēng)影響期間中心海平面氣壓和大連、成山頭的逐時(shí)雨量(c；橫坐標(biāo)上的粗線段為山東半島強(qiáng)降水時(shí)間)Fig.1 Tracks of typhoon Matmo(a;The interval of Typhoon location is 6 h;Triangular and quadrilateral regions are Liaodong Peninsula and Shandong Peninsula respectively),and rainfall amount from 20:00 BST 24 to 20:00 BST 25 July 2014(b;units:mm),as well as the central sea level pressure during typhoon impact and hourly precipitation of Dalian and Chengshantou(c;Thick line segments in abscissa indicate the strong precipitation time in Shandong Peninsula)

1 Matmo登陸活動(dòng)和降水特征

Matmo于2014年7月17日生成于菲律賓以東的洋面上，在向西北方向移動(dòng)的過(guò)程中加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。23日04時(shí)(北京時(shí)，下同)穿過(guò)臺(tái)灣島后減弱為臺(tái)風(fēng)，并于16時(shí)在福建南部登陸，強(qiáng)度減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，之后向偏北方向移動(dòng)，24日08時(shí)后經(jīng)江西東北部進(jìn)入安徽，逐漸轉(zhuǎn)向東北偏北方向移動(dòng)，進(jìn)入江蘇境內(nèi)，并于25日10時(shí)在連云港東部再次入海后向東北方向移動(dòng)，18時(shí)穿過(guò)山東半島東北部的成山頭進(jìn)入黃海北部，于26日08時(shí)在朝鮮半島北部停止編號(hào)(圖1a)。24日08時(shí)至停編前，Matmo強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴。受其影響，自24日20時(shí)起，山東半島和遼東半島的臺(tái)風(fēng)降水開(kāi)始。山東半島出現(xiàn)大暴雨，而遼東半島大部分地區(qū)雨量為20～40 mm(圖1b)。

從TBB的分布(圖2)可以看出，Matmo登陸初期(圖2a)，臺(tái)風(fēng)主體云系明顯減弱，分布呈橢圓形，強(qiáng)對(duì)流云區(qū)主要分布在臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)。此時(shí)，40°N附近有一條東北—西南向的高空槽前云帶。24日20時(shí)(圖2b)，臺(tái)風(fēng)云系與西風(fēng)槽前云帶合并，強(qiáng)對(duì)流云系向臺(tái)風(fēng)北部發(fā)展，外圍云系已影響到山東半島和遼東半島。之后，北部的云帶發(fā)展(圖2c)，受其影響，山東半島東北部已出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，而遼東半島仍處于反氣旋環(huán)流內(nèi)(圖3d)，其逐時(shí)雨量多不足1 mm；此時(shí)，臺(tái)風(fēng)南部的云系趨于松散，這與臺(tái)風(fēng)東南部的副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“副高”)向西南側(cè)伸展，與東移的大陸高壓趨于合并，臺(tái)風(fēng)與副熱帶暖濕輸送帶被切斷有關(guān)。25日08時(shí)(圖2d)，臺(tái)風(fēng)東北方向云帶繼續(xù)發(fā)展，其南部云帶明顯減弱，不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)更加明顯；山東半島對(duì)流發(fā)展，再次引發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水，而遼東半島的逐時(shí)雨量大多不超過(guò)3 mm。隨后，臺(tái)風(fēng)東北部發(fā)展的中尺度對(duì)流云團(tuán)移至遼東半島東部(圖2e)，山東半島的降水逐漸停止，遼東半島的降水開(kāi)始加強(qiáng)。25日14時(shí)開(kāi)始(圖2f)，臺(tái)風(fēng)南部的螺旋云系逐漸消散，與其連接的東北側(cè)云帶斷裂，東北側(cè)的中尺度云團(tuán)強(qiáng)度減弱，僅在遼東半島維持3 h，降水普遍偏弱。

分析表明，Matmo北上期間，云系由基本對(duì)稱(chēng)演變?yōu)榉菍?duì)稱(chēng)斜壓結(jié)構(gòu)，中尺度對(duì)流云團(tuán)在其東北側(cè)發(fā)展，降水分布具有明顯的不對(duì)稱(chēng)性，但同樣位于臺(tái)風(fēng)北側(cè)，山東半島的降水量明顯多于遼東半島。

圖2 2014年7月24日08時(shí)(a)、24日20時(shí)(b)、25日02時(shí)(c)、25日08時(shí)(d)、25日12時(shí)(e)、25日14時(shí)(f)臺(tái)風(fēng)Matmo的TBB分布(單位：℃)Fig.2 TBB distributions of typhoon Matmo at 08:00 BST 24(a),20:00 BST 24(b),02:00 BST 25(c),08:00 BST 25(d),12:00 BST 25(e) and 14:00 BST 25(f) July 2014(units:℃)

2 山東半島和遼東半島降水條件的差異分析

2.1 大尺度環(huán)流背景和臺(tái)風(fēng)變性過(guò)程

Matmo登陸北上影響遼東半島(圖3中的三角形區(qū)域)和山東半島(圖3中的四邊形區(qū)域)期間，副高穩(wěn)定在日本海南部(圖3a-c)，華北南部有明顯的西風(fēng)槽東移。隨著西風(fēng)槽的東移和臺(tái)風(fēng)的北上，Matmo逐漸靠近高空急流(圖3b、c)，西風(fēng)帶冷空氣逆時(shí)針卷入臺(tái)風(fēng)西部(圖3d-f)，形成東暖濕西干冷的熱力結(jié)構(gòu)。此時(shí)臺(tái)風(fēng)已經(jīng)變性，臺(tái)風(fēng)東部351 K的暖氣團(tuán)與其西側(cè)336 K和北側(cè)333 K的冷氣團(tuán)之間相當(dāng)位溫等值線逐漸密集(圖3d)，在Matmo的西側(cè)和東北側(cè)，分別形成東北西南向和近東西向的鋒帶。至25日14時(shí)(圖3e)，西側(cè)冷空氣加強(qiáng)，逆時(shí)針侵入暖氣團(tuán)，形成一條過(guò)臺(tái)風(fēng)中心近南北向伸展的鋒帶，其上的相當(dāng)位溫等值線更加密集，具有明顯的冷鋒鋒生特征(圖3e中臺(tái)風(fēng)西側(cè)粗箭頭)；臺(tái)風(fēng)東北部的鋒帶上南側(cè)暖氣團(tuán)向北側(cè)冷氣團(tuán)爬升，具有暖鋒的特點(diǎn)(圖3e中臺(tái)風(fēng)北側(cè)粗箭頭)；降水期間，山東半島始終位于冷鋒帶上，遼東半島則由冷鋒鋒帶轉(zhuǎn)入暖鋒鋒帶?？梢?jiàn)在臺(tái)風(fēng)Matmo變性過(guò)程中其環(huán)流內(nèi)出現(xiàn)了中尺度冷鋒和暖鋒鋒生現(xiàn)象。但兩條鋒區(qū)并未相向而行(圖3e、f)，形成環(huán)繞臺(tái)風(fēng)中心的環(huán)狀鋒生現(xiàn)象[13]，故Matmo變性過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)溫帶氣旋在鋒面上強(qiáng)烈發(fā)展過(guò)程。

圖3 2014年7月25日08時(shí)(a)、14時(shí)(b)、20時(shí)(c)300 hPa高度場(chǎng)(實(shí)線，單位：gpm)和溫度場(chǎng)(虛線，單位：K)(填色表示風(fēng)速≥20 m/s)；08時(shí)(d)、14時(shí)(e)、20時(shí)(f)850 hPa風(fēng)矢量場(chǎng)和相當(dāng)位溫場(chǎng)(單位：K；填色表示6 h降水量≥15 mm，間隔15 mm)；08時(shí)(g)、14時(shí)(h)、20時(shí)(i)相當(dāng)位溫(實(shí)線，單位：K)過(guò)臺(tái)風(fēng)中心的經(jīng)向垂直剖面和垂直流場(chǎng)(填色表示渦度≥6×10-5 s-1)(三角形和四邊形區(qū)域分別為遼東半島和山東半島地區(qū)；圓點(diǎn)為臺(tái)風(fēng)中心)Fig.3 Geopotential height(solid lines;units:gpm) and temperature(dashed lines;units:K) fields at 300 hPa(Shaded areas indicate wind speed ≥ 20 m/s) at 08:00 BST(a),14:00 BST(b) and 20:00 BST(c) 25 July 2014;Wind vectors and equivalent potential temperature(units:K) fields at 850 hPa(Shaded areas indicate 6 h accumulated precipitation ≥15 mm,with 15 mm interval) at 08:00 BST(d),14:00 BST(e) and 20:00 BST(f) 25 July 2014;Meridional vertical profiles of equivalent potential temperature(solid lines;units:K) through the typhoon center and vertical flow field(Shaded areas indicate vorticity ≥6×10-5 s-1) at 08:00 BST(g),14:00 BST(h) and 20:00 BST(i) 25 July 2014(Triangular and quadrilateral regions are Liaodong Peninsula and Shandong Peninsula respectively;The dot is the typhoon center)

由于遼東半島和山東半島的降水主要受臺(tái)風(fēng)北側(cè)鋒區(qū)影響，因此過(guò)臺(tái)風(fēng)中心做相當(dāng)位溫和垂直流場(chǎng)的經(jīng)向剖面(圖3g-i，垂直風(fēng)矢量由經(jīng)向風(fēng)v與-100×ω合成)，進(jìn)一步分析臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)的中尺度鋒生對(duì)兩個(gè)半島降水的影響。2014年7月25日08時(shí)(圖3g)，35～40°N之間700 hPa以下已有冷空氣，遼東半島(38～40°N)低層為冷空氣控制，大氣層結(jié)穩(wěn)定，為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)；而臺(tái)風(fēng)中心附近至37°N的山東半島南部地區(qū)已存在θe等值線密集區(qū)，Matmo上空200～850 hPa之間向下伸展的暖舌與其北側(cè)中低層的冷空氣所形成的高空鋒區(qū)也逐漸加強(qiáng)，鋒生作用加強(qiáng)了該區(qū)域的上升運(yùn)動(dòng)，-6×10-3hPa·s-1的上升運(yùn)動(dòng)中心由6 h前的700 hPa伸展至250 hPa，鋒區(qū)上有整層上升運(yùn)動(dòng)區(qū)和正渦度區(qū)，山東半島對(duì)流發(fā)展旺盛；此時(shí)成山頭的12 h降水量近100 mm，大連南部地區(qū)的12 h降水量?jī)H10 mm左右。25日14時(shí)(圖3h)，由于臺(tái)風(fēng)的北移，臺(tái)風(fēng)北側(cè)鋒區(qū)移至山東半島北部，鋒區(qū)上600 hPa以下已轉(zhuǎn)為下沉氣流，山東半島的強(qiáng)降水逐漸停止；此時(shí)，39～40°N附近遼東半島低層的上升運(yùn)動(dòng)開(kāi)始加強(qiáng)(向上箭頭增長(zhǎng))，其南部和東部的小時(shí)雨量由1～2 mm增至5 mm左右。25日20時(shí)(圖3i)，臺(tái)風(fēng)更加靠近高空槽，354 K等值線從6 h前的500 hPa下伸至700 hPa，鋒區(qū)上的等值線更加密集和陡立，垂直渦度持續(xù)發(fā)展，39°N附近遼東半島上空整層為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，遼東半島降水增強(qiáng)，大連東部的自動(dòng)氣象站(39.1°N，123.1°E)6 h雨量近60 mm；此時(shí)，山東半島(36～38°N)低層已為冷氣團(tuán)控制，層結(jié)趨于穩(wěn)定，為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，降水停止。之后，鋒區(qū)東移，遼東半島轉(zhuǎn)入下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，鋒生強(qiáng)度減弱，逐漸轉(zhuǎn)為鋒消區(qū)，降水完全停止。

由此可見(jiàn)，兩個(gè)半島的降水與臺(tái)風(fēng)環(huán)流中的中尺度鋒生過(guò)程密切相關(guān)。Matmo影響期間，山東半島處于臺(tái)風(fēng)環(huán)流的鋒帶上，且位于西風(fēng)槽前高空急流出口區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與冷鋒前的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，鋒生強(qiáng)度和垂直運(yùn)動(dòng)較遼東半島明顯偏強(qiáng)。

2.2 臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)的鋒生分析

上述分析表明，Matmo環(huán)流西側(cè)和東北側(cè)分別具有冷鋒和暖鋒鋒生特征，山東半島和遼東半島的降水均發(fā)生在臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流內(nèi)鋒生過(guò)程中。

以u(píng)、v表示水平風(fēng)速的緯向和經(jīng)向分量，θse表示假相當(dāng)位溫，在p坐標(biāo)系中略去非絕熱加熱項(xiàng)后，鋒生函數(shù)[19-20]為：

(1)

(2)

Fn=Fn1+Fn2+Fn3

(3)

2014年7月25日08時(shí)，冷空氣已侵入臺(tái)風(fēng)環(huán)流，θse等值線密集帶分別位于山東半島東部和朝鮮半島北部(圖3d)，相應(yīng)地兩個(gè)區(qū)域出現(xiàn)鋒生函數(shù)大值中心(圖4a)，強(qiáng)度分別約為30×10-10K·m-1·s-1和84×10-10K·m-1·s-1。即臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)北側(cè)鋒生強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)，而遼東半島處于2個(gè)大值中心之間區(qū)域，鋒生強(qiáng)度不足6×10-10K·m-1·s-1，12 h降水量?jī)H10 mm左右，山東半島處于西側(cè)冷鋒上，其鋒生函數(shù)中心值為30×10-10K·m-1·s-1，位于臺(tái)風(fēng)北側(cè)冷暖風(fēng)的交匯處，附近出現(xiàn)強(qiáng)降水區(qū)(圖4a中填色區(qū))，該地區(qū)降水增幅持續(xù)5 h。至25日14時(shí)(圖4b)，隨著華北西風(fēng)槽后冷空氣東南移，位于山東半島鋒區(qū)的南段逐漸加強(qiáng)，北段迅速減弱，位置略向東移；同時(shí)，北移的Matmo偏南暖濕氣流與東北地區(qū)向西南擴(kuò)散的干冷空氣在朝鮮半島北部形成輻合，鋒生明顯加強(qiáng)；相應(yīng)山東半島強(qiáng)降水中心東移，仍出現(xiàn)在冷風(fēng)與暖風(fēng)交匯的鋒區(qū)上，逐漸靠近北側(cè)鋒區(qū)西段。25日20時(shí)(圖4c)，山東半島鋒區(qū)向東移出，其鋒生作用減弱，而遼東半島南部的大連已為鋒消區(qū)。強(qiáng)降水區(qū)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)東北側(cè)暖鋒帶上?？梢?jiàn)Matmo影響期間，遼東半島的鋒生作用較山東半島明顯偏弱。

圖4 2014年7月25日08時(shí)(a)、14時(shí)(b)、20時(shí)(c)850 hPa鋒生函數(shù)場(chǎng)(等值線；單位：10-10 K·m-1·s-1)和6 h累計(jì)雨量(填色表示雨量≥15 mm)(圓點(diǎn)為臺(tái)風(fēng)中心)Fig.4 Frontogenesis function(contours;units:10-10 K·m-1·s-1) fields at 850 hPa and 6 h accumulated rainfall(Shaded areas indicate rainfall ≥15 mm) at 08:00 BST(a),14:00 BST(b) and 20:00 BST(c) 25 July 2014(The dot is the typhoon center)

2.3 臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)熱力條件分析

上述分析表明，Matmo影響山東半島和遼東半島期間，鋒生強(qiáng)度的變化直接影響了兩地的降水強(qiáng)度，但強(qiáng)降水落區(qū)只出現(xiàn)在鋒生帶附近的一定位置，這與臺(tái)風(fēng)低層環(huán)流中的冷暖平流密切相關(guān)[21-22]。

2014年7月25日02時(shí)(圖5a)，Matmo(圖中圓點(diǎn))東部為暖平流大值中心，在偏南風(fēng)的輸送下，山東半島暖平流逐漸加強(qiáng)，西風(fēng)槽后的冷平流已移至其西側(cè)，山東半島位于暖平流區(qū)域，已出現(xiàn)較強(qiáng)降水。隨著臺(tái)風(fēng)的北移(圖5b)，山東半島附近的冷、暖平流均明顯加強(qiáng)，但此時(shí)遼東半島由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，受冷平流控制，降水不明顯，而山東半島位于強(qiáng)暖平流與冷平流中心之間區(qū)域，強(qiáng)降水仍維持。25日14時(shí)(圖5c)，臺(tái)風(fēng)北移靠近山東半島，遼東半島暖平流加強(qiáng)，暖平流大值中心位于山東半島東北部洋面上，呈緯向分布；同時(shí)冷平流持續(xù)卷入臺(tái)風(fēng)環(huán)流南側(cè)，故山東半島仍位于冷暖平流交匯之處，強(qiáng)降水維持。此時(shí)遼東半島由之前的冷平流轉(zhuǎn)為暖平流，對(duì)流不穩(wěn)定度加大，其南部大連站25日11—15時(shí)持續(xù)出現(xiàn)降水增幅。此后，臺(tái)風(fēng)穿過(guò)山東半島成山頭移至黃海北部洋面上(圖5d)，其東部仍有強(qiáng)暖平流向臺(tái)風(fēng)環(huán)流東北部鋒面上輸送，但降水區(qū)相對(duì)于遼東半島偏東。而山東半島已為冷平流影響區(qū)，降水停止。由此可見(jiàn)，Matmo變性過(guò)程中低層環(huán)流伴隨著冷、暖平流的活動(dòng)，冷暖平流交匯之處對(duì)強(qiáng)降水有較好的示蹤作用，這也揭示了強(qiáng)降水落區(qū)在鋒面的一定區(qū)域出現(xiàn)。

圖5 2014年7月25日02時(shí)(a)、08時(shí)(b)、14時(shí)(c)、20時(shí)(d)700 hPa風(fēng)矢量場(chǎng)、850 hPa溫度平流(等值線；單位：10-5 K·s-1)和6 h累計(jì)雨量(填色表示雨量≥15 mm)(圓點(diǎn)為臺(tái)風(fēng)中心)Fig.5 Wind vector fields at 700 hPa,temperature advection(units:10-5 K·s-1) at 850 hPa,and 6 h accumulated rainfall(Shaded areas indicate rainfall ≥15 mm) at 02:00 BST(a),08:00 BST(b),14:00 BST(c) and 20:00 BST(d) 25 July 2014(The dot is the typhoon center)

3 結(jié)論

本文診斷了北上臺(tái)風(fēng)Matmo臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)鋒生過(guò)程及其三維結(jié)構(gòu)，分析了Matmo影響下遼東半島和山東半島降水分布差異的特征，得到以下結(jié)論：

1)Matmo影響兩個(gè)半島期間，其低壓環(huán)流與西風(fēng)帶高空槽相互作用，卷入的冷空氣與臺(tái)風(fēng)環(huán)流的暖濕空氣相互作用，在其環(huán)流內(nèi)形成中尺度冷鋒和暖鋒。山東半島和遼東半島的降水均發(fā)生在臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流的鋒生過(guò)程中。

2)兩個(gè)半島降水強(qiáng)度的差異與Matmo環(huán)流內(nèi)的鋒生強(qiáng)度相關(guān)。影響期間，遼東半島的鋒生強(qiáng)度和垂直運(yùn)動(dòng)較山東半島明顯偏弱，降水量也明顯小于山東半島。

3)強(qiáng)降水落區(qū)與臺(tái)風(fēng)低層冷、暖平流活動(dòng)密切相關(guān)。冷暖平流交匯之處鋒生明顯,對(duì)強(qiáng)降水有較好的指示作用。

遼東半島和山東半島降水強(qiáng)度差異的對(duì)比研究表明，即使TC的變性環(huán)境以及變性階段相同，相鄰地區(qū)的降水也不盡相同。Matmo低層環(huán)流內(nèi)鋒生強(qiáng)度及冷、暖平流活動(dòng)，對(duì)強(qiáng)降水落區(qū)有較好的指示意義。

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FrontogenesisphenomenonincirculationoftyphoonMatmo(1410)duringitsextratropicaltransitionprocessanditsimpactonprecipitation

LIANG Jun1, CONG Chunhua2, ZHANG Shengjun3, ZHANG Lihong1, SAI Han1

(1.DalianMeteorologicalObservatory,Dalian116001,China; 2.ShandongProvincialMeteorologicalObservatory,Jinan250031,China; 3.StateKeyLaboratoryofSevereWeather,ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,Beijing100081,China)

Based on the Tropical Cyclone Yearbook of China Meteorological Administration, FY-2D 0.1°×0.1° cloud top brightness temperature data, hourly rainfall observations from automatic weather stations(AWS), conventional observational data and the NCEP/NCAR reanalysis data, the frontogenesis function is used to carry on the diagnostic analysis to the features of rainfall during typhoon Matmo(1410) affecting Liaodong Peninsula and Shandong Peninsula. Results show that:1)Matmo experienced extratropical transition when approaching westerly trough and frontogenesis zones, which is found in the lower layer of typhoon circulation. During the Matmo impacts on Liaodong Peninsula and Shandong Peninsula, there is an interaction of low pressure circulation and westerly trough. The characteristics are different between the northeastern frontal zone and the western frontal zone. The former has warm front feature and the later has the cold front feature. Both of the front zones move eastward. The frontogenesis zone in ring form that is wrapped up the typhoon center does not appear in the lower layer of typhoon circulation. The strong frontogenesis appears in the lower layer at the beginning, then the frontogenesis area in higher layer propagates downward, but it does not coincided with the lower layer cold front, weakening the frontogenesis intensity of lower layer cold front. 2)Both of the precipitation over Shandong Peninsula and Liaodong peninsula appear in the frontogenesis process of the typhoon low pressure circulation, but the precipitation in Shandong Peninsula is much more than that in Liaodong Peninsula. The close relationships between the precipitation and the frontogenesis are found. The frontogenesis and the ascending motion in Shandong Peninsula are stronger than those in Liaodong Peninsula, resulting in more severe precipitation correspondingly. 3)The strong rain belt is closely related to the thermal advection activities in the typhoon circulation, and the joint area of warm and cold air advection in the lower layer has good tracing effect on heavy rainfall. Shandong Peninsula always locates in the joint area of warm and cold air advection in the lower layer, possessing the remarkable baroclinic instability and the deep vertical motion, and the strong precipitation occurs in the warm air advection region of cold front zone. When it changes from cold advection to warm advection in the lower layer in Liaodong Peninsula, the strong rainfall and the convection activity mainly occurs in the northeast part of Liaodong Peninsula.

typhoon; precipitation; extratropical transition process; frontogenesis

梁軍,叢春華,張勝軍,等.變性臺(tái)風(fēng)“麥德姆”(1410)環(huán)流中的鋒生現(xiàn)象及其對(duì)降水的影響[J].海洋氣象學(xué)報(bào),2017,37(4):49-57.

Liang Jun,Cong Chunhua,Zhang Shengjun,et al.Frontogenesis phenomenon in circulation of typhoon Matmo(1410) during its extratropical transition process and its impact on precipitation[J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(4):49-57.

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.04.006.(in Chinese)

P458.124

A

2096-3599(2017)04-0049-09

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.04.006

2017-06-07；

2017-08-08

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(2015CB452804)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41475055，41175063，41575063)；環(huán)渤海區(qū)域科技協(xié)同創(chuàng)新基金項(xiàng)目(QYXM201501，QYXM201612，QYXM201615)；大連市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014E21SF009)；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2013DQ009)

梁軍(1967—)，女，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)和研究工作，qinldj@163.com。