3次南海秋季臺(tái)風(fēng)在寧波沿海強(qiáng)天氣過(guò)程對(duì)比分析

張晶晶 俞科愛(ài) 徐彬 陳迪輝

(1.寧波市北侖區(qū)氣象局，浙江 寧波 315800；2.象山縣氣象局，浙江 象山 315700)

0 引 言

寧波位于浙江東北部沿海，每年都會(huì)受到臺(tái)風(fēng)影響，多年統(tǒng)計(jì)事實(shí)表明，9月中下旬之后在福建南部到廣東一帶登陸甚至南海活動(dòng)的臺(tái)風(fēng)都可能會(huì)給寧波帶來(lái)持續(xù)強(qiáng)降水，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水不僅與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和路徑有關(guān)，還跟臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)與地形等密不可分[1-3]，研究還表明秋季臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水跟北方冷空氣活動(dòng)和侵入有一定關(guān)系[4-6]。黎清才等認(rèn)為西風(fēng)槽與臺(tái)風(fēng)結(jié)合明顯增加大氣斜壓性，有利于暴雨生成[7]；張興強(qiáng)等認(rèn)為冷空氣活動(dòng)造成臺(tái)風(fēng)外圍凝結(jié)潛熱和斜壓有效位能釋放，有利于降水增強(qiáng)[8]；黃莉等研究認(rèn)為適當(dāng)冷空氣對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨有明顯的增幅作用，而較強(qiáng)的冷空氣和無(wú)冷空氣都不利于臺(tái)風(fēng)暴雨生成[9]；張程明等對(duì)0716號(hào)“羅莎”臺(tái)風(fēng)診斷分析表明，秋季冷空氣侵入低層濕位渦正值不穩(wěn)定區(qū)是暴雨多發(fā)區(qū)域[10]，章瑩菁等對(duì)秋季臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”和“海馬”的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，地形和冷空氣影響對(duì)降水增幅作用尤其明顯[11]。由于秋季臺(tái)風(fēng)暴雨影響時(shí)間和空間分布都具有較大的不確定性，預(yù)報(bào)難度大，甚至有時(shí)數(shù)值模式對(duì)于遠(yuǎn)距離的臺(tái)風(fēng)暴雨沒(méi)有任何反應(yīng)，這都給天氣預(yù)報(bào)和氣象災(zāi)害防御帶來(lái)不小的壓力，2016—2018年3個(gè)南海秋臺(tái)風(fēng)均未登陸或進(jìn)入浙閩區(qū)域(如圖1)，卻在寧波沿海產(chǎn)生了明顯強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣。本文通過(guò)對(duì)這3次過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，以期找出影響寧波的南海秋季臺(tái)風(fēng)特征，為今后預(yù)報(bào)服務(wù)提供參考。

1 臺(tái)風(fēng)路徑和寧波實(shí)況

1.1 個(gè)例一1619號(hào)“艾利”

2016年第19號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾利”在巴士海峽生成，生成后向西移動(dòng)、緩慢發(fā)展，10月7日起在廣東東南海域回旋并多次折向，最強(qiáng)時(shí)僅強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)別，10月10日17時(shí)(北京時(shí)，下同)在南海減弱為熱帶低壓并趨于消散。7日夜里起，寧波東部沿海自南向北出現(xiàn)強(qiáng)降水，日累積雨量普遍達(dá)暴雨到大暴雨，部分站點(diǎn)小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)50 mm，8日中午強(qiáng)降水趨于結(jié)束；同時(shí)自8日早晨至9日凌晨，沿海地區(qū)出現(xiàn)7～9級(jí)北大風(fēng)，部分站點(diǎn)短時(shí)達(dá)10～11級(jí)。

1.2 個(gè)例二1720號(hào)“卡努”

2017年第20號(hào)臺(tái)風(fēng)“卡努”在菲律賓以東洋面生成，在登陸菲律賓北部后移入南海，之后強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，10月16日3時(shí)25分前后登陸廣東徐聞，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力8級(jí)，中心最低氣壓為995 hPa，之后折向西南并在海南西北部沿海消散。15日上午起寧波沿海自南向北出現(xiàn)強(qiáng)降水，24 h累積雨量普遍達(dá)大暴雨，個(gè)別站點(diǎn)小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)50 mm，16日上午強(qiáng)降水趨于結(jié)束；同時(shí)自14日下午起至16日前半夜，寧波沿海地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性6～8級(jí)偏北大風(fēng)，部分站點(diǎn)短時(shí)達(dá)9～10級(jí)。

1.3 個(gè)例三1822號(hào)“山竹”

2018年第22號(hào)臺(tái)風(fēng)“山竹”在西北太平洋洋面上生成，之后一路向西偏北方向移動(dòng)，最強(qiáng)時(shí)發(fā)展到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，在登陸菲律賓北部略有減弱后，于9月16日17時(shí)以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別(14級(jí))登陸廣東臺(tái)山海宴鎮(zhèn)，登陸時(shí)中心最低氣壓955 hPa，然后迅速減弱，于17日14時(shí)在廣西西部減弱為熱帶低壓。自17日凌晨起，寧波自北向南出現(xiàn)強(qiáng)降水，并伴有雷電和局地雷雨大風(fēng)，全市沿海地區(qū)日累積雨量普遍達(dá)大暴雨局地特大暴雨，部分站點(diǎn)小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)100 mm，下午16時(shí)強(qiáng)降水趨于結(jié)束。

圖1 3個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑圖(箭頭處為寧波強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)臺(tái)風(fēng)中心位置)

綜觀3次過(guò)程分析，臺(tái)風(fēng)影響時(shí)TC中心均離寧波超過(guò)900 km，臺(tái)風(fēng)暴雨有兩個(gè)雨量中心，分別出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心附近和浙江東北部到上海沿海一帶(圖略)，寧波地區(qū)強(qiáng)降水主要集中在沿海區(qū)域，東部大西部小，且寧波最大降水站點(diǎn)均位于象山縣(表1)；寧波強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)臺(tái)風(fēng)中心均位于廣東沿海附近，強(qiáng)度為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，隨著臺(tái)風(fēng)減弱消散或逐漸遠(yuǎn)離，降水過(guò)程結(jié)束；前兩次過(guò)程影響時(shí)臺(tái)風(fēng)中心均位于海上，寧波強(qiáng)降水移動(dòng)方向自南向北，而受“山竹”影響時(shí)，強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)臺(tái)風(fēng)已登陸并進(jìn)入兩廣交界處，強(qiáng)降水移動(dòng)方向自北而南，并且雨強(qiáng)明顯大于前兩次過(guò)程，說(shuō)明幾次過(guò)程主導(dǎo)影響天氣系統(tǒng)存在差異。

表1 3個(gè)例寧波極端降水情況匯總

2 天氣形勢(shì)分析

所選的3次臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程均發(fā)生在9月中下旬至10月初，為典型的秋季臺(tái)風(fēng)，寧波沿海產(chǎn)生的遠(yuǎn)距離暴雨與大氣環(huán)流背景及冷空氣活動(dòng)密不可分。從500 hPa天氣形勢(shì)分析(圖2)，3次過(guò)程中寧波均受副高或副高邊緣控制，北方有高空淺槽，槽底均位于江蘇以北，低層有弱冷空氣侵入，但寧波地區(qū)無(wú)明顯的西風(fēng)槽切變。地面圖上，北方冷高壓南落，“艾利”影響時(shí)地面鋒線仍位于長(zhǎng)江以北，臺(tái)風(fēng)本體倒槽北頂至長(zhǎng)江口一帶，并長(zhǎng)時(shí)間在寧波沿海停滯，沿海氣旋曲率和氣壓梯度明顯，有利于沿海強(qiáng)降水和大風(fēng)維持；“卡努”影響時(shí)地面鋒線南壓至長(zhǎng)江以南，長(zhǎng)江流域一帶有非常明顯的氣壓梯度堆積，臺(tái)風(fēng)本體倒槽位于廣東沿海，鋒前東北氣流與臺(tái)風(fēng)外圍東南氣流在寧波長(zhǎng)時(shí)間沿海交匯，形成近海地面倒槽，從而造成寧波沿海強(qiáng)降水和大范圍持續(xù)大風(fēng)天氣；“山竹”與“卡努”類(lèi)似，臺(tái)風(fēng)本體倒槽與寧波沿海倒槽脫離，但此次過(guò)程寧波沿海倒槽明顯偏弱，且長(zhǎng)江口附近無(wú)明顯的氣壓梯度堆積，故此次過(guò)程強(qiáng)降水并非由臺(tái)風(fēng)本體直接導(dǎo)致。

從紅外衛(wèi)星云圖(圖2)分析，3次過(guò)程鋒前冷空氣云系主要位于黃淮一帶，與臺(tái)風(fēng)螺旋云帶幾近脫離，但過(guò)程影響前后寧波地區(qū)均出現(xiàn)了24 h正變壓(圖略)，說(shuō)明冷空氣由近地層滲透并與臺(tái)風(fēng)東南氣流交匯，進(jìn)而影響到寧波沿海區(qū)域；從強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)云圖結(jié)構(gòu)特征看，“艾利”和“卡努”影響時(shí)寧波沿海有明顯的東風(fēng)波云團(tuán)結(jié)構(gòu)特征，強(qiáng)降水云團(tuán)主要位于海上，且呈現(xiàn)出環(huán)繞臺(tái)風(fēng)中心的曲率結(jié)構(gòu)，移動(dòng)方向總體自東南向西北，強(qiáng)降水主要位于沿海地區(qū)；而“山竹”強(qiáng)降水云團(tuán)明顯脫離于臺(tái)風(fēng)本體，呈孤立的塊狀結(jié)構(gòu)，云團(tuán)邊緣結(jié)構(gòu)清晰、亮度大，云團(tuán)發(fā)展過(guò)程中面積迅速膨脹，有典型的對(duì)流和強(qiáng)降水云團(tuán)特征[12]，并且移動(dòng)方向總體自西北向東南，進(jìn)一步說(shuō)明此次過(guò)程并非由臺(tái)風(fēng)本體造成，而是呈現(xiàn)出明顯的強(qiáng)對(duì)流天氣特征。

(a、d：2016年10月7日20時(shí)，b、e：2017年10月15日20時(shí)，c、f：2018年9月17日08時(shí))圖2 3次過(guò)程紅外衛(wèi)星云圖及高空和地面形勢(shì)圖

3 物理量場(chǎng)分析

從強(qiáng)降水開(kāi)始前的杭州站探空指數(shù)分析表明(表2)，3次過(guò)程對(duì)流條件不一，其中“卡努”個(gè)例不論從大氣能量還是不穩(wěn)定條件看，都不具備對(duì)流的潛勢(shì)條件，此次過(guò)程雨強(qiáng)最弱，除個(gè)別站點(diǎn)外，整體雨強(qiáng)均在30 mm·h-1以下，沿海低壓倒槽的長(zhǎng)時(shí)間維持為累積強(qiáng)降水提供了可能；“山竹”個(gè)例的K指數(shù)、SI指數(shù)和CAPE值均有很好的強(qiáng)對(duì)流指示，配合冷空氣觸發(fā)出現(xiàn)大范圍強(qiáng)對(duì)流天氣，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水和局地雷雨大風(fēng)，雨強(qiáng)也位居3次過(guò)程之首；“艾利”個(gè)例對(duì)流條件和雨強(qiáng)均介于其余兩個(gè)過(guò)程之間。說(shuō)明對(duì)流條件與降水的強(qiáng)度有比較一致的相關(guān)性，大氣越不穩(wěn)定、對(duì)流能量越強(qiáng)，越有利于秋臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水的出現(xiàn)，而由于對(duì)流天氣的日變化，強(qiáng)降水往往較一般午后雷陣雨的強(qiáng)度更強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。綜觀3次過(guò)程整層比濕積分都非常高，普遍達(dá)到5000 g·kg-1甚至更高，說(shuō)明整層大氣水汽條件非常充沛，臺(tái)風(fēng)外圍的持續(xù)水汽輸送為累積強(qiáng)降水提供了有利條件。

表2 3個(gè)例影響前杭州站探空指數(shù)

持續(xù)的水汽供應(yīng)是強(qiáng)降水發(fā)生的必備條件，對(duì)比3次過(guò)程強(qiáng)降水時(shí)段850hPa水汽條件可以發(fā)現(xiàn)(圖略)，2016年10月7日20時(shí)，廣東至浙江沿海為比濕高值區(qū)，浙閩沿海存在明顯東南風(fēng)水汽輸送，風(fēng)速大值區(qū)位于浙北到上海一帶，浙江大陳站比濕14 g·kg-1，風(fēng)速13 m·s-1，同時(shí)在寧波沿海有明顯的水汽通量輻合，數(shù)值達(dá)-6×10-5g·(hPa·m2·s)-1；類(lèi)似的，2017年10月15日20時(shí)和2018年9月17日08時(shí)兩個(gè)時(shí)次，850 hPa寧波沿海為比濕和水汽通量散度輻合高值區(qū)，但相比“艾利”，“卡努”和“山竹”兩次過(guò)程?hào)|南風(fēng)水汽輸送條件相對(duì)偏弱、風(fēng)速偏小，故“卡努”降水強(qiáng)度相對(duì)較弱，但“山竹”影響時(shí)大氣中有不穩(wěn)定能量釋放，對(duì)流性降水暴發(fā)，所以整體雨強(qiáng)在前兩次之上，說(shuō)明低層比濕和水汽通量輻合高值區(qū)有利于秋季臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水的發(fā)生，東南風(fēng)越強(qiáng)越有利于水汽的輸送，強(qiáng)對(duì)流天氣配合臺(tái)風(fēng)水汽輸送往往更有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

4 雷達(dá)回波特征分析

通過(guò)3次過(guò)程發(fā)生時(shí)的雷達(dá)回波特征，結(jié)合天氣形勢(shì)分析，可以更清楚了解強(qiáng)降水的成因和天氣系統(tǒng)特征。受“艾利”臺(tái)風(fēng)影響時(shí)，寧波沿海有大范圍的降水回波，回波形狀呈一定螺旋狀結(jié)構(gòu)，圖3a為2016年10月7日22：26寧波雷達(dá)1.5°仰角反射率圖，箭頭所示處有帶狀回波反射率達(dá)到50 dBz左右，高仰角回波仍清晰可見(jiàn)，但高低層回波間無(wú)明顯的懸垂、弱回波結(jié)構(gòu)，北侖站一小時(shí)降水超過(guò)70 mm，以上特征都與臺(tái)風(fēng)倒槽強(qiáng)降水比較相似，說(shuō)明此次過(guò)程主要由臺(tái)風(fēng)倒槽導(dǎo)致，但由于臺(tái)風(fēng)中心較遠(yuǎn)，強(qiáng)降水呈現(xiàn)明顯的局地性特征。受“卡努”臺(tái)風(fēng)影響時(shí)，回波強(qiáng)度明顯偏弱，1.5°及以上仰角反射率基本在35 dBz以下，僅低仰角上可以看到較強(qiáng)的的回波，圖3b為2017年10月15日18：17 0.5°仰角反射率圖，寧波沿海有南北向“列車(chē)”狀降水回波，回波強(qiáng)度40 dBz附近，極小范圍達(dá)45～50 dBz，說(shuō)明此次過(guò)程影響系統(tǒng)較弱較淺薄，降水系統(tǒng)主要由近地面天氣系統(tǒng)造成，這與前述天氣形勢(shì)分析中的近地面輻合系統(tǒng)吻合。受“山竹”臺(tái)風(fēng)影響時(shí)，寧波沿海有弓狀回波自北向南緩慢移動(dòng)，圖3c為2018年9月17日11：36 1.5°仰角反射率圖，可以清晰地看到一條東北—西南向的弓狀回波，頭部強(qiáng)度達(dá)55～60 dBz，回波后部可以看到清晰的入流缺口，不同仰角對(duì)比分析也能夠清楚地看到懸垂、弱回波特征，說(shuō)明此次過(guò)程為典型的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程[13-14]，地面觀測(cè)亦監(jiān)測(cè)到大范圍的強(qiáng)雷電和雷雨大風(fēng)，這與前述探空條件分析吻合；此外相比受“艾利”和“卡努”臺(tái)風(fēng)的影響，“山竹”影響的強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，在0.5°～1.5°仰角速度圖上(圖略)，可以看到明顯的逆風(fēng)區(qū)[15]，降水強(qiáng)度明顯大于其它兩次過(guò)程，說(shuō)明有利的對(duì)流條件，結(jié)合臺(tái)風(fēng)外圍水汽輸送往往降水更明顯。

圖3 3次過(guò)程強(qiáng)降水時(shí)雷達(dá)反射率回波圖

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)3次過(guò)程的對(duì)比分析，不但可以了解每次過(guò)程的天氣演變和影響特征，還可以比較清晰地分析每次過(guò)程的成因和主要影響天氣系統(tǒng)，為今后秋季臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)和服務(wù)提供思路，具體結(jié)論如下：

1)3次秋季臺(tái)風(fēng)過(guò)程分別出現(xiàn)在9月中下旬和10月上旬，均給寧波帶來(lái)強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣過(guò)程，寧波強(qiáng)降水中心均位于沿海區(qū)域，象山均是過(guò)程的雨量中心；強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)，臺(tái)風(fēng)中心位于廣東沿?；騽偟顷憦V東不久，距離寧波沿海超過(guò)900 km，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴至臺(tái)風(fēng)級(jí)。

2)臺(tái)風(fēng)外圍東南氣流提供遠(yuǎn)距離持續(xù)充沛的水汽輸送，北方弱冷空氣的低層滲透大幅提高降水效率，兩支氣流的長(zhǎng)時(shí)間匯合提供了大氣上升運(yùn)動(dòng)和持續(xù)降水條件。

3)高的整層比濕積分、不穩(wěn)定大氣層結(jié)和高對(duì)流能量條件均有利于強(qiáng)降水的發(fā)生，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，寧波沿海低層存在比濕和水汽通量散度輻合高值區(qū)；強(qiáng)的東南風(fēng)水汽輸送有利于強(qiáng)降水的發(fā)生,850 hPa東南風(fēng)越強(qiáng)越有利于強(qiáng)降水，強(qiáng)對(duì)流天氣配合時(shí)臺(tái)風(fēng)水汽輸送往往更有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

4)3次過(guò)程強(qiáng)降水成因不同，1619號(hào)“艾利”由臺(tái)風(fēng)本體倒槽主導(dǎo)，1720號(hào)“卡努”則主要由臺(tái)風(fēng)外圍東南氣流與鋒前東北氣流在低層沿海地區(qū)的長(zhǎng)時(shí)間輻合造成，故雨強(qiáng)最小，而1822號(hào)“山竹”則主要由冷空氣觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣主導(dǎo)，因而影響范圍最廣、強(qiáng)度最強(qiáng)。

5)3次過(guò)程大風(fēng)成因亦不同，“艾利”由臺(tái)風(fēng)倒槽低壓大風(fēng)主導(dǎo)，“卡努”為冷高壓與近海低壓間梯度堆積造成，而“山竹”則為強(qiáng)對(duì)流雷雨大風(fēng)，故影響強(qiáng)度和范圍最小。