臺(tái)風(fēng)“天鴿”和“山竹”對(duì)肇慶風(fēng)雨影響的對(duì)比分析

宋曉君，章文鑫，周靜，李玉環(huán)

（1.肇慶市氣象局，廣東肇慶 526040；2.懷集縣氣象局，廣東懷集 526400）

熱帶氣旋是廣東省一種極其嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)［1］，成災(zāi)強(qiáng)度大，尤其是在接近陸地及登陸后容易威脅人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前，眾多氣象工作者對(duì)熱帶氣旋引發(fā)的災(zāi)害性天氣的研究成果豐富［2-7］。程正泉等［2］研究表明造成大范圍強(qiáng)降水的臺(tái)風(fēng)在登陸后仍與深厚西南急流相連并維持很長(zhǎng)時(shí)間；羅秋紅等［3］指出強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“尤特”登陸減弱成氣旋環(huán)流長(zhǎng)時(shí)間維持造成廣東連續(xù)暴雨。熱帶氣旋引發(fā)降水的強(qiáng)度和落區(qū)與地形關(guān)系密切，如“菲特”造成的浙江大暴雨就在喇叭口和迎風(fēng)坡地帶［4］；周靜等［5］對(duì)近15年來(lái)影響肇慶地區(qū)的熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在電白到珠江口之間沿海地區(qū)登陸的臺(tái)風(fēng)對(duì)肇慶的影響最大?！疤禅潯迸c“山竹”分別是2017、2018年登陸我國(guó)最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，均是正面襲擊珠三角，對(duì)肇慶造成了明顯的風(fēng)雨影響，但“山竹”過(guò)程大風(fēng)、暴雨天氣范圍更大、強(qiáng)度更強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，且局地出現(xiàn)了龍卷天氣。本研究利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、區(qū)域加密自動(dòng)站資料、多普勒天氣雷達(dá)資料和衛(wèi)星云圖資料等對(duì)比分析這兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程影響下肇慶的風(fēng)雨分布特征，并對(duì)其成因進(jìn)行初步探討，以期為今后該類型臺(tái)風(fēng)影響預(yù)報(bào)提供參考。

1 臺(tái)風(fēng)“天鴿”和“山竹”概況

1713號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”是2017年登陸我國(guó)最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，也是1949年以來(lái)登陸珠三角最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，2017年8月23日12：50（北京時(shí)，下同）以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別在珠海市金灣區(qū)登陸，登陸時(shí)中心最大風(fēng)力14級(jí)（45 m／s），中心最低氣壓950 hPa。1822號(hào)“山竹”是2018年登陸我國(guó)最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，也是1949年以來(lái)登陸珠三角次強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，2018年9月16日17：00前后以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別在江門(mén)市臺(tái)山海晏登陸，登陸時(shí)中心最大風(fēng)力14級(jí)（45 m／s），中心最低氣壓955 hPa。從路徑和強(qiáng)度來(lái)看，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)都是在珠江口西側(cè)以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別登陸，之后以30 m／s左右的速度向西偏北方向移動(dòng)，穿過(guò)江門(mén)、陽(yáng)江、茂名進(jìn)入廣西（“山竹”比“天鴿”偏南約40 km），在廣西境內(nèi)減弱為熱帶低壓。

2 肇慶風(fēng)雨分布特征

2.1 雨量分布

“天鴿”外圍環(huán)流在登陸前一天已經(jīng)開(kāi)始影響肇慶，受臺(tái)前颮線影響，肇慶東南部出現(xiàn)暴雨到大暴雨；登陸后強(qiáng)度迅速減弱，其本體環(huán)流的降水并不強(qiáng)。過(guò)程累計(jì)雨量分布不均，大暴雨以上落區(qū)主要位于東南部，中心在高要南部，與臺(tái)前颮線暴雨落區(qū)一致，最大雨量為高要活道211.7 mm，雨帶呈東北-西南向，強(qiáng)度從東南向西北遞減。臺(tái)風(fēng)“山竹”降雨則主要是本體環(huán)流降水及臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)離后東側(cè)外圍云系的降水，除西北部谷地區(qū)域，肇慶普降暴雨到大暴雨局部特大暴雨；大暴雨以上落區(qū)是以廣寧、德慶、肇慶城區(qū)為中心的三個(gè)區(qū)域，特大暴雨主要集中在東南部北嶺山迎風(fēng)坡，最大雨量為鼎湖鳳凰鎮(zhèn)南寮村386.4 mm。對(duì)比兩次過(guò)程肇慶的雨量分布（圖略）和雨量分級(jí)站數(shù)（表1）看出，“山竹”過(guò)程暴雨范圍更廣、過(guò)程累積雨量更大。

表1 臺(tái)風(fēng)“山竹”和“天鴿”過(guò)程不同級(jí)別雨量的站點(diǎn)個(gè)數(shù)1）

2.2 大風(fēng)分布

“天鴿”影響期間，肇慶大部出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，最大陣風(fēng)為12級(jí)，錄得最大風(fēng)速為高要金渡35.8 m／s（12級(jí)），其次為高要國(guó)家觀測(cè)站35.7 m／s（12級(jí)）；高要國(guó)家觀測(cè)站錄得最大10 min平均風(fēng)速22.6 m／s（9級(jí)）?！吧街瘛庇绊懫陂g，肇慶全區(qū)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，最大陣風(fēng)達(dá)13級(jí)，錄得最大風(fēng)速為高要國(guó)家觀測(cè)站40.7 m／s（13級(jí)），創(chuàng)肇慶市氣象建站以來(lái)受臺(tái)風(fēng)影響的最大風(fēng)速歷史記錄；高要國(guó)家觀測(cè)站錄得最大10 min平均風(fēng)速27.3 m／s（10級(jí)）。從兩次過(guò)程的肇慶大風(fēng)分布狀況（圖略）和大風(fēng)分級(jí)站數(shù)（表2）看出，兩次過(guò)程10級(jí)以上陣風(fēng)大部分集中在肇慶南部，但“山竹”過(guò)程大風(fēng)的影響范圍和強(qiáng)度都更大，且出現(xiàn)了局地龍卷天氣。

表2 臺(tái)風(fēng)“山竹”和“天鴿”過(guò)程不同級(jí)別大風(fēng)的站點(diǎn)個(gè)數(shù)1）

2.3 風(fēng)雨逐時(shí)變化特征

以高要國(guó)家觀測(cè)站為代表，分析兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程中肇慶風(fēng)雨實(shí)況隨時(shí)間的變化（圖1）?！疤禅潯边^(guò)程中，臺(tái)風(fēng)登陸后測(cè)站風(fēng)力陡增，在16：00—17：00達(dá)到峰值，此時(shí)是“天鴿”西北移過(guò)程中距離測(cè)站最近的時(shí)候（約80 km）；降水方面，“天鴿”過(guò)程主要是臺(tái)前颮線帶來(lái)的短時(shí)強(qiáng)降水，臺(tái)風(fēng)登陸后的降水并不強(qiáng)，最大時(shí)雨量為10.3 mm，出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)移過(guò)測(cè)站下方，測(cè)站轉(zhuǎn)受偏南氣流影響的時(shí)候，其它時(shí)間時(shí)雨強(qiáng)基本在5 mm以下；20：00“天鴿”進(jìn)入廣西后，對(duì)肇慶的風(fēng)雨影響顯著減小。而“山竹”過(guò)程大風(fēng)的影響比降雨提前約4 h，臺(tái)風(fēng)登陸前測(cè)站風(fēng)力就隨著臺(tái)風(fēng)靠近開(kāi)始逐漸增大，登陸后風(fēng)力進(jìn)一步加大，在18：00—19：00達(dá)到峰值，10級(jí)以上的大風(fēng)持續(xù)時(shí)間超過(guò)11 h；降水則從臺(tái)風(fēng)登陸前一直持續(xù)到第二天上午，時(shí)雨強(qiáng)維持在5 mm左右；23：00“山竹”進(jìn)入廣西后，對(duì)肇慶的風(fēng)雨影響仍舊持續(xù)了5 h左右。

圖1 “天鴿”2017年8月22日20：00—24日20：00（a）和“山竹”2018年9月15日20：00—17日20：00（b）高要測(cè)站逐時(shí)氣象要素變化

3 成因分析

熱帶氣旋影響地區(qū)的風(fēng)雨分布非常復(fù)雜，主要有熱帶氣旋的路徑、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)范圍、登陸后維持的時(shí)間和移動(dòng)速度、環(huán)境場(chǎng)等因素，以及地形對(duì)降水的增幅作用［6，8］。臺(tái)風(fēng)“天鴿”和“山竹”登陸時(shí)強(qiáng)度相當(dāng)，登陸后移動(dòng)路徑相似、移速相仿，本研究從幾個(gè)方面初步分析這兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程影響肇慶風(fēng)雨分布的成因。

3.1 臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)及范圍大小

從圖2臺(tái)風(fēng)登陸前的衛(wèi)星云圖和雷達(dá)拼圖對(duì)其形態(tài)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，“天鴿”云系范圍約為1 000 km，眼區(qū)清晰、眼壁密蔽，云區(qū)結(jié)構(gòu)緊密、不對(duì)稱，云頂亮度溫度低至-81℃，南側(cè)云墻強(qiáng)于北側(cè)；雷達(dá)圖像中強(qiáng)回波主要集中在眼區(qū)附近，眼壁回波范圍小，其強(qiáng)風(fēng)雨主要出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)云墻強(qiáng)回波區(qū)，影響肇慶的螺旋雨帶時(shí)雨強(qiáng)在1～10 mm，雨帶移動(dòng)速度快，風(fēng)雨影響持續(xù)約7 h。而“山竹”云系范圍超過(guò)1 400 km，結(jié)構(gòu)對(duì)稱、環(huán)流龐大、云系廣闊，幾乎覆蓋整個(gè)廣東和海南，登陸前西南水汽卷入明顯，云頂亮度溫度約-65℃，對(duì)流云團(tuán)不活躍；對(duì)應(yīng)雷達(dá)回波也表現(xiàn)為雷達(dá)反射率因子較均勻在30 dBz左右，時(shí)雨強(qiáng)維持在2～7 mm，但眼壁回波范圍廣，風(fēng)雨影響持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)18 h。

圖2 臺(tái)風(fēng)登陸前的天氣雷達(dá)拼圖（a、b）和風(fēng)云4A紅外圖像（c、d）

3.2 登陸后維持時(shí)間

一般來(lái)說(shuō)，熱帶氣旋強(qiáng)度越強(qiáng)、登陸后維持的時(shí)間越長(zhǎng)，帶來(lái)的風(fēng)雨影響可能越大［1］。雖然“天鴿”登陸時(shí)強(qiáng)度略強(qiáng)、登陸后距離肇慶更近，但是它強(qiáng)度減弱比“山竹”快?！疤禅潯钡顷懞缶S持了近28 h，但短短8 h就已經(jīng)減弱為熱帶風(fēng)暴級(jí)；“山竹”體積龐大、強(qiáng)度減弱慢，登陸后維持了約24 h，13 h后才減弱至熱帶風(fēng)暴級(jí)，其中維持在臺(tái)風(fēng)級(jí)以上持續(xù)了近10 h。兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程影響最大的時(shí)段基本上是距離肇慶最近的幾個(gè)時(shí)次，“天鴿”登陸后的6 h內(nèi)風(fēng)雨明顯，而“山竹”登陸前后風(fēng)雨影響持續(xù)了12 h，與其登陸后維持在臺(tái)風(fēng)級(jí)別的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。

3.3 環(huán)流背景場(chǎng)

熱帶氣旋登陸后，西太平洋副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱副高）加強(qiáng)西伸，廣東省的降水往往隨之減弱和較快結(jié)束［1］；熱帶氣旋南側(cè)的西南季風(fēng)跟隨北上，將大大增強(qiáng)熱帶氣旋過(guò)程雨量及其降水時(shí)間［1-2］。“天鴿”過(guò)程中副高強(qiáng)盛，脊線穩(wěn)定在32°N附近，西脊點(diǎn)一直伸到89°E附近，在中低緯度形成了東西走向的高壓壩，“天鴿”受副高南側(cè)的偏東氣流引導(dǎo)；23日20：00珠江口700、850 hPa的風(fēng)速約15 m／s，南海北部風(fēng)速減小到10 m／s?！吧街瘛边^(guò)程中副高呈方頭狀控制華東沿海及江南地區(qū)，脊線穩(wěn)定在30°N附近，西伸脊點(diǎn)在107°E附近；16日20：00，肇慶市處于“山竹”與副高之間氣壓梯度大值區(qū)，中低層存在強(qiáng)東南急流，700、850 hPa珠江口的東南風(fēng)風(fēng)速達(dá)到28 m／s以上，17日14：00仍維持在16 m／s以上。低層暖濕氣流為臺(tái)風(fēng)源源不斷輸送大量的水汽和能量，是“山竹”長(zhǎng)時(shí)間維持臺(tái)風(fēng)級(jí)別和降雨持續(xù)的重要原因。

3.4 地形作用

“山竹”路徑比“天鴿”偏南（圖3），從華南地區(qū)和肇慶的地形（圖略）來(lái)看，廣東境內(nèi)“天鴿”經(jīng)過(guò)的路段多山地，地面摩擦作用對(duì)“天鴿”登陸后快速減弱效果顯著，而“山竹”經(jīng)過(guò)的地方較平坦，進(jìn)入廣西前一直維持在臺(tái)風(fēng)級(jí)別以上。

圖3 臺(tái)風(fēng)路徑圖

開(kāi)闊平坦的地形有利于大風(fēng)的出現(xiàn)［1］，就肇慶而言，東南部地形開(kāi)闊、平坦，中北部則多山地，兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程的強(qiáng)風(fēng)大部分集中在肇慶東南部。另外，地形對(duì)降水的增幅作用也很明顯，“山竹”過(guò)程中的特大暴雨點(diǎn)就位于北嶺山迎風(fēng)坡；而懷集中部地勢(shì)較低處，受周圍山地阻擋，過(guò)程雨量小于50 mm。

3.5 臺(tái)風(fēng)龍卷環(huán)境場(chǎng)

龍卷屬于中小尺度天氣系統(tǒng)［9-10］，影響范圍小、生命史短，歷來(lái)是預(yù)測(cè)科學(xué)的難點(diǎn)和“盲區(qū)”，對(duì)其預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較低、有效預(yù)警能力不足。根據(jù)肇慶市氣象建站以來(lái)的氣象記錄，肇慶地區(qū)發(fā)生龍卷的記錄僅有2次，一次是產(chǎn)生在0606“派比安”殘余環(huán)流中的龍卷［11］，另一次就是出現(xiàn)在1822“山竹”外圍環(huán)流中的龍卷。以往的研究表明，當(dāng)臺(tái)風(fēng)移入廣西的玉林到南寧一帶，強(qiáng)度仍維持在熱帶風(fēng)暴級(jí)，且高層輻散、底層輻合及中低空有強(qiáng)盛東南急流在珠江三角洲疊加時(shí)有利于珠三角區(qū)域臺(tái)風(fēng)龍卷的產(chǎn)生［10］?！疤禅潯焙汀吧街瘛钡耐鈬鷼堄喹h(huán)流都給肇慶帶來(lái)明顯風(fēng)雨，但后者還在肇慶產(chǎn)生了局地龍卷天氣。對(duì)比兩次過(guò)程的清遠(yuǎn)站探空?qǐng)D（圖略）可以看出，兩次過(guò)程大氣對(duì)流有效位能CAPE都較小，低層大氣都非常暖濕、抬升凝結(jié)高度低、K指數(shù)在35℃左右、對(duì)流抑制能量CIN比較小，有利于濕對(duì)流天氣發(fā)生。但“山竹”過(guò)程的強(qiáng)對(duì)流天氣威脅指數(shù)SWEAT更高（340以上），粗理查遜數(shù)BRN更大（20以上），且其低空的東南急流更強(qiáng)，850 hPa東南風(fēng)風(fēng)速高達(dá)24 m／s，0～1.5 km垂直風(fēng)切變WSR為12×10-3s-1，達(dá)到臺(tái)風(fēng)龍卷的閾值10-2s-1標(biāo)準(zhǔn)［10-13］。極不穩(wěn)定的大氣層結(jié)、低的抬升凝結(jié)高度、強(qiáng)的低層垂直風(fēng)切變，為“山竹”外圍龍卷的發(fā)生發(fā)展提供了有利的環(huán)境條件。

4 結(jié)論

1）“天鴿”和“山竹”登陸時(shí)強(qiáng)度相當(dāng)，登陸后移動(dòng)路徑相似、移速相仿，兩次臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)肇慶風(fēng)雨影響的強(qiáng)度都是自東南向西北遞減，但“山竹”過(guò)程大風(fēng)、暴雨天氣范圍更大，強(qiáng)度更強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，且局地出現(xiàn)了龍卷天氣。

2）熱帶氣旋對(duì)肇慶的風(fēng)雨影響差異主要與其結(jié)構(gòu)、范圍大小、登陸后維持在臺(tái)風(fēng)級(jí)別的持續(xù)時(shí)間，以及肇慶獨(dú)特的地形分布有關(guān)。“山竹”結(jié)構(gòu)對(duì)稱、環(huán)流龐大，配合強(qiáng)盛的東南急流輸送水汽和能量，使其強(qiáng)度減弱慢、維持時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣。

3）極不穩(wěn)定的大氣層結(jié)、低的抬升凝結(jié)高度、強(qiáng)的低層垂直風(fēng)切變，為“山竹”外圍龍卷的發(fā)生發(fā)展提供了有利的環(huán)境條件。低層垂直風(fēng)切變、強(qiáng)天氣威脅指數(shù)和粗理查遜數(shù)對(duì)局地龍卷天氣的發(fā)生具有指示意義。