劉 蕾,彭 量,謝龍生,林曉鳴,張俊權(quán)
(1.梅縣區(qū)氣象局,廣東 梅州 514700;2.梅州市氣象局,廣東 梅州 514021;3.蕉嶺縣氣象局,廣東 蕉嶺 514100)
臺(tái)風(fēng)是一種破壞力極強(qiáng)的災(zāi)害性天氣系統(tǒng),臺(tái)風(fēng)登陸往往會(huì)帶來大風(fēng)和強(qiáng)降水,從而引起海面巨浪、城鄉(xiāng)積澇、山體滑坡等衍生災(zāi)害.每年登陸我國的臺(tái)風(fēng)有7~8 個(gè)[1].在針對臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)服務(wù)中,目前面臨的3 大挑戰(zhàn)是臺(tái)風(fēng)路徑突變、強(qiáng)度突變以及登陸臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)[2].世界氣象組織技術(shù)文件指出臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流在陸地上維持不消的幾個(gè)條件:臺(tái)風(fēng)環(huán)流保持一定的水汽供應(yīng);臺(tái)風(fēng)環(huán)流中存在活躍的中尺度對流活動(dòng);弱冷空氣侵入,臺(tái)風(fēng)環(huán)流引起變性;移入一個(gè)高輻散區(qū)中[3].還有研究表明,海水溫度、水汽條件和垂直風(fēng)切變等影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度,也因此影響臺(tái)風(fēng)降水量[4].
地處華南的廣東是我國受臺(tái)風(fēng)影響最多的省份之一,每年平均有5 個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸,主要集中在7—9月[5].梅州位于廣東省東北部,因地處山區(qū),與廣東沿海地區(qū)相比受熱帶氣旋的影響頻率相對較低.但有時(shí)熱帶氣旋會(huì)在福建省南部或廣東省東部沿海地區(qū)登陸后繼續(xù)沿著西北方向移動(dòng),橫穿梅州地區(qū),會(huì)對梅州產(chǎn)生較大的影響,是梅州后汛期產(chǎn)生暴雨的主要天氣系統(tǒng)之一.因此,對臺(tái)風(fēng)“白鹿”造成的暴雨成因進(jìn)行深入研究,對今后類似路徑的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)服務(wù),有較好的經(jīng)驗(yàn)借鑒作用.筆者主要利用地面自動(dòng)氣象站、衛(wèi)星云圖、NCEP/NCAR(2.5 °× 2.5 °)再分析格點(diǎn)資料,分析“白鹿”臺(tái)風(fēng)的特點(diǎn)和降水分布不均的原因,以期進(jìn)一步提高橫穿梅州的臺(tái)風(fēng)路徑和降水量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率.
1911 號臺(tái)風(fēng)“白鹿”于2019 年8 月21 日14 時(shí)在西北太平洋洋面上生成,生成后沿著穩(wěn)定的西北行路徑移動(dòng),24 日13 時(shí)左右以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級在臺(tái)灣屏東縣滿州鄉(xiāng)沿海登陸,登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有11級(30 m/s),隨后移入臺(tái)灣海峽,并于25 日7 時(shí)25 分以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級在福建省東山縣沿海再次登陸,登陸時(shí)中心最大風(fēng)力有10 級(25 m/s),中心最低氣壓988 hPa.隨后繼續(xù)向西北偏西方向移動(dòng),于25 日10時(shí)左右以熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度進(jìn)入梅州境內(nèi),并自東南向西北方向穿過梅州,14 時(shí)在梅州市平遠(yuǎn)縣境內(nèi)減弱為熱帶低壓,26 日05 時(shí)中央氣象臺(tái)停止編號,見圖1.
圖1 1911 號臺(tái)風(fēng)“白鹿”移動(dòng)路徑
此次臺(tái)風(fēng)“白鹿”有幾個(gè)特點(diǎn):(1)移動(dòng)速度較快.登陸福建前以25~30 km/h 的速度移動(dòng),登陸后平均以20~25 km/h 的速度西行,較歷年登陸臺(tái)風(fēng)移速(15~20 km/h)明顯偏快.(2)在福建登陸后強(qiáng)度迅速減弱. 7 h 內(nèi),由登陸時(shí)的強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級減弱為熱帶低壓級.(3)云系強(qiáng)弱分布呈不對稱結(jié)構(gòu),南部云系較為緊密結(jié)實(shí),與南海季風(fēng)相連,北部云系較為稀疏松散,邊界模糊,外圍螺旋云帶清晰,臺(tái)風(fēng)眼區(qū)模糊.(4)結(jié)構(gòu)的不對稱.使得降水范圍廣,局地雨勢較強(qiáng),降水分布不均勻.
“白鹿”登陸后整個(gè)梅州都被“白鹿”臺(tái)風(fēng)的本體云系覆蓋,但其結(jié)構(gòu)松散且不對稱,導(dǎo)致降水分布并不均勻.8 月25 日8 時(shí)至26 日8 時(shí),梅州市普降大雨到暴雨,全市188 個(gè)監(jiān)測站,有172 個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)大雨以上降雨,出現(xiàn)大雨以上的站數(shù)占總雨量監(jiān)測站的95%,但大暴雨僅有12 個(gè)站點(diǎn),強(qiáng)降雨的局地性明顯.強(qiáng)降雨多出現(xiàn)在蓮花山以南的豐順縣,本次降水量最大的站點(diǎn)出現(xiàn)在豐順縣,錄得雨量為138.5 mm.
臺(tái)風(fēng)“白鹿”生成初期,副熱帶高壓位置偏東,引導(dǎo)氣流較弱,主要依靠“白鹿”自身的內(nèi)力作用向西北方向移動(dòng).“白鹿”于8 月25 日7 時(shí)25 分在福建省東山縣再次登陸,準(zhǔn)確預(yù)報(bào)25 日08 時(shí)500 hPa 形勢場對“白鹿”的路徑及登陸點(diǎn)極為重要. 24 日8 時(shí)500 hPa 高度場顯示(見圖2(a)),西太平洋副熱帶高壓主體進(jìn)一步加強(qiáng)西伸,穩(wěn)定控制著華南地區(qū),副熱帶高壓西脊點(diǎn)位于85°E 附近,脊線介于32°~34°N,其后的西風(fēng)帶高壓脊將與副熱帶高壓合并使副高穩(wěn)定維持;24 日20 時(shí)(見圖2(b)),副高繼續(xù)加強(qiáng)西伸,西脊點(diǎn)位于90°E 附近,廣東東部至福建沿岸的風(fēng)由3~4 m/s 加大到6~8 m/s,“白鹿”繼續(xù)以西北向路徑逐漸靠近福建.臺(tái)風(fēng)路徑與引導(dǎo)氣流之間往往存在相關(guān)性,引導(dǎo)氣流的方向和速度自然成為臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的主要依據(jù)之一[6].因此,臺(tái)風(fēng)“白鹿”在副高西南側(cè)偏南氣流的引導(dǎo)下繼續(xù)向西偏北方向移動(dòng).
圖2 高度場
強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是形成臺(tái)風(fēng)降水的重要因素之一,低空輻合、高空輻散有利于上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生,水汽的匯合也主要是靠低空流場的輻合[7].圖3(a)給出了25 日08 時(shí)“白鹿”登陸福建省后高低層散度場的分布情況,在200 hPa 高層,廣東東南部沿海為較弱的輻散區(qū),其余大部分地區(qū)都是弱的輻合區(qū),輻散中心位于廣東中南部沿海,散度值為1×10-5/s;而在低層925 hPa(見圖3(b)),廣西為弱的輻散區(qū),從廣東一直到福建都是弱輻合區(qū),輻合中心位于廣東東南部和福建西南部,散度值為-1.5×10-5/s.由圖3 可知,“白鹿”左半部為低層輻合和高層輻散,有利于臺(tái)風(fēng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)和對流的發(fā)展,而右半部高、低層均為輻合區(qū),不利于臺(tái)風(fēng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)和對流的發(fā)展[8].由分析可知,臺(tái)風(fēng)“白鹿”2 次登陸后,繼續(xù)向西北方向移動(dòng),高低層動(dòng)力場作用導(dǎo)致降水落區(qū)呈現(xiàn)非對稱分布[9].
圖3 散度
水汽也是產(chǎn)生暴雨的必要條件,臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生持續(xù)性降雨不僅需要其自身云系有較高的水汽含量,也需要大尺度環(huán)境場源源不斷地提供水汽,才能保證臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降雨的形成和維持[10].分析“白鹿”850 hPa 的低空水汽輸送,24 日8 時(shí)(見圖4(a)),“白鹿”的水汽主要來源于西南季風(fēng),水汽通量分布存在明顯的不對稱性.水汽通量大值區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)的右側(cè).暖濕氣流在福建至廣東一帶匯合.隨著“白鹿”不斷靠近梅州,25 日8 時(shí)(見圖4(b)),西南暖濕氣流仍是源源不斷地通過偏南風(fēng)向“白鹿”輸送,使水汽相對充沛,為梅州的暴雨,提供了良好的水汽條件.
圖4 水汽通量
臺(tái)風(fēng)在登陸時(shí),環(huán)境風(fēng)的垂直切變對臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度和變化有很大的影響,強(qiáng)的垂直風(fēng)切變會(huì)降低臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度.在抑制熱帶氣旋強(qiáng)度的垂直風(fēng)切變臨界值上有學(xué)者研究認(rèn)為,觀測研究表明導(dǎo)致TC 減弱的垂直風(fēng)切變臨界值可能在8~10 m/s 之間[11-13].分析“白鹿”的環(huán)境垂直風(fēng)切變(見圖5(a)),總體呈較低的水平,多數(shù)在12 m/s 以下,垂直風(fēng)切變影響較弱.此時(shí),臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化不大.當(dāng)“白鹿”逐步移近廣東南部時(shí),環(huán)境垂直風(fēng)切變進(jìn)一步減弱,多數(shù)在10 m/s 以下(見圖5(b)),但此時(shí)的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度開始逐漸減弱,這可能是“白鹿”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化受整層垂直切變的影響不是十分密切,這與呂心燕研究發(fā)現(xiàn)一些臺(tái)風(fēng)個(gè)例強(qiáng)度變化與整層垂直風(fēng)切變關(guān)系不直接,而與低層或中層的關(guān)系密切一致[14].臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱,“白鹿”的環(huán)流云系對流強(qiáng)度也相對減弱.
圖5 200~850 hPa 垂直風(fēng)切變
隨著“白鹿”的不斷西北移,首先移入梅州的豐順縣境內(nèi),位于蓮花山脈的南側(cè),蓮花山呈東北-西南走向,而“白鹿”受偏東氣流影響,剛好跟蓮花山脈的走向近于垂直(見圖6),山體本身對氣流有很明顯的抬升作用,近而使迎風(fēng)坡降水強(qiáng)度加強(qiáng).從雨量中可以看出,強(qiáng)降水多出現(xiàn)在蓮花山以南的豐順縣.有研究表明,地形和動(dòng)力抬升作用在邊界層造成強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng),將水汽向高空輸送,水汽遇冷后凝結(jié)成云致雨,從而產(chǎn)生強(qiáng)降水[15].臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)度往往減弱較快,降水也隨之減弱,但由于地形的抬升以及地表的拖曳效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致降水在一定時(shí)間內(nèi)得到增強(qiáng).臺(tái)風(fēng)與地形和中緯度系統(tǒng)作用,還會(huì)激發(fā)中小尺度系統(tǒng),從而影響降水的強(qiáng)度和分布[16].在今后有類似橫穿梅州的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中,要結(jié)合蓮花山脈對氣流的抬升作用,對臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整.
“白鹿”整體強(qiáng)度偏弱,移速較快,路徑穩(wěn)定,2 次登陸后強(qiáng)度迅速減弱,影響梅州時(shí)間短,過程雨量分布不均勻,局部出現(xiàn)強(qiáng)降水. “白鹿”在高低層動(dòng)力場的作用下,使非對稱結(jié)構(gòu)增大,進(jìn)而導(dǎo)致梅州降水落區(qū)的非對稱分布;在今后的預(yù)報(bào)中,應(yīng)當(dāng)對高低層中心的分離情況給予重視,可以降低因非對稱結(jié)構(gòu)加大導(dǎo)致的降水落區(qū)的影響.在“白鹿”的整個(gè)生命史中,垂直風(fēng)切變與其強(qiáng)度之間有著密切的關(guān)系,但垂直風(fēng)切變不是影響強(qiáng)度變化的唯一因素,在今后的預(yù)報(bào)中,還需要對垂直風(fēng)切變的作用做進(jìn)一步的研究.