2023年福州地區(qū)“?？迸_風(fēng)極端降水原因分析

黃欣 林麗萱

摘 要：2023年9月3—7日福州地區(qū)受“海葵”影響，出現(xiàn)連續(xù)性特大暴雨量級的強(qiáng)降水過程。利用福州S波段雷達(dá)資料、EC再分析資料和常規(guī)自動站資料，分析了2023年第11號臺風(fēng)“?？钡穆窂教卣鳌⒍虝r強(qiáng)降水落區(qū)和環(huán)境場形勢、物理量場。結(jié)果表明：（1）臺風(fēng)遠(yuǎn)距離倒槽在福建省中部停留、地面中尺度輻合區(qū)為極端暴雨提供了大環(huán)流背景；（2）冷空氣南下與暖濕氣流交匯、東風(fēng)急流和沿岸東南氣流輻合為極端降水提供了觸發(fā)機(jī)制和充沛的水汽條件；（3）該極端降水回波具有典型的低質(zhì)心特征；（4）福州盆地喇叭口地形對極端降水有一定的增幅作用。

關(guān)鍵詞：臺風(fēng)；極端降水；低質(zhì)心；倒槽；喇叭口

中圖分類號：P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）02–00-03

臺風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上空的一種具有暖中心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈氣旋性渦旋，其帶來的強(qiáng)風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮會對人類造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而臺風(fēng)暴雨是預(yù)報(bào)的痛點(diǎn)與難點(diǎn)。研究表明，臺風(fēng)與西風(fēng)槽結(jié)合、與南支槽結(jié)合、與副高鄰近、與熱帶系統(tǒng)相結(jié)合、與臺風(fēng)附近中尺度系統(tǒng)的活動等都會引發(fā)暴雨[1]。在2023年的11號臺風(fēng)“?？苯o福建帶來極端性降水過程中，福州地區(qū)12 h累計(jì)雨量達(dá)552.9 mm，其降水的集中程度與強(qiáng)度前所未見。以福州地區(qū)降水特征為例，分析此次臺風(fēng)過程的環(huán)流特征、物理場、地形和雷達(dá)特征，為防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)積累個例經(jīng)驗(yàn)。

1 臺風(fēng)過程及降水特點(diǎn)

1.1 臺風(fēng)過程

2023年第11號臺風(fēng)“?？?月28日在西太平洋生成，9月3日以強(qiáng)臺風(fēng)強(qiáng)度登陸中國臺灣省臺東市，繼而于5日早晨以熱帶風(fēng)暴級（8級，20 m/s）先后在福建省東山縣和廣東省饒平縣沿海登陸，登陸之后很快減弱為熱帶低壓，并繼續(xù)緩慢西行。

“?？迸_風(fēng)總特點(diǎn)：強(qiáng)度較強(qiáng)，等級跨度大，為Super TY-TD級別；二次登陸閩粵沿海地區(qū)，登陸后移速緩慢影響時間長；過程累計(jì)雨量大，影響范圍大，降水極端性強(qiáng)；總體路徑預(yù)報(bào)持續(xù)南調(diào)，從西北行調(diào)至西行。

1.2 降水實(shí)況及特征

受“?？迸_風(fēng)影響，在其登陸之前，9月5日00至08時，福州市區(qū)及南部縣市出現(xiàn)大暴雨，5日白天進(jìn)入短暫空窗期，5日傍晚起至6日08時，福州市出現(xiàn)持續(xù)性特大暴雨過程，其累計(jì)雨量、降水強(qiáng)度和降水落區(qū)均前所未有，6日白天仍有大暴雨量級。其主要特征為：

（1）極端性強(qiáng)降水持續(xù)時間較長，空間分布較為集中。主要集中在2個時段，第一個為5日00～08時，福州區(qū)域7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過200 mm，主要分布在永泰和福清2個南部市縣，最大為福清鏡洋鎮(zhèn)245.7 mm，小時雨強(qiáng)為112.6 mm；第二個是5日18時至6日08時，這也是降水達(dá)峰值的極端時段，福州地區(qū)37個鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過250 mm，主要集中在福州市區(qū)、長樂區(qū)、閩侯縣和馬尾區(qū)的中部市縣，最大為倉山區(qū)蓋山鎮(zhèn)555.0 mm，雖然2個時段降水均集中在福州地區(qū)，但落區(qū)基本毫不重合，這就形成了距離非常近的市縣一個累計(jì)特大暴雨一個累計(jì)小雨的有趣現(xiàn)象。

（2）雨團(tuán)移動緩慢，降水效率倍增，累計(jì)雨量突破歷史極值。5日傍晚起的極端降水極具有代表性，統(tǒng)計(jì)5日18：00至6日08：00福州地區(qū)共15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)小時雨強(qiáng)超過100 mm，最大為倉山蓋山鎮(zhèn)148.9 mm（圖1），并且大部分累計(jì)雨量在200 mm以上的市縣均保持著3～4 h、＞50 mm的高強(qiáng)度降水。福州市和永泰縣的國家氣象觀測站3、6、12、24 h累計(jì)雨量與長樂區(qū)國家氣象觀測站12、24 h累計(jì)雨量紛紛打破氣象數(shù)據(jù)有記錄以來的降水極值。

2 環(huán)境場分析

2.1 高度場特征

9月5日08時，500 hPa圖上副高斷裂，在“海葵”的東側(cè)和西北側(cè)形成大陸高壓與副熱帶高壓系統(tǒng)對峙的局面，同時形成鞍形場，“?？眾A在其中缺乏引導(dǎo)氣流，導(dǎo)致移動緩慢，這是降水持續(xù)時間長、累計(jì)降水量大的前提條件；850 hPa橫向看在福建省中北部沿海存在一條偏東-東南風(fēng)速、風(fēng)向中尺度輻合帶；縱向看在福建省中部形成一條南北走向的臺風(fēng)倒槽，并且“?？碧幵?個暖中心之間；9月5日20時，850 hPa臺風(fēng)倒槽向福建省西南移動，暖中心向北擴(kuò)散至我省北部沿海，6日08時后輻合帶有所南移（圖1）。

分析表明，此次暴雨過程受臺風(fēng)倒槽低層?xùn)|北和東南輻合氣流的影響，在福州地區(qū)形成了水汽輻合中心，同時冷空氣南下與暖濕氣流交匯，利于臺風(fēng)外圍形成不穩(wěn)定層結(jié)，北高南低氣壓場穩(wěn)定維持，使得臺風(fēng)外圍東南風(fēng)與冷高壓外圍東北風(fēng)匯合加速成低空急流，加劇了對流觸發(fā)機(jī)制[1]。

2.2 流場特征

“?？庇覀?cè)偏東氣流裹挾的暖濕氣流源源不斷地涌向福州地區(qū)，并把西南季風(fēng)和南海季風(fēng)充沛的水汽聚集到環(huán)流途徑區(qū)域，恰巧與南下的冷空氣在福州地區(qū)形成冷暖對峙，激發(fā)出長而強(qiáng)的暴雨云團(tuán)，而這條暴雨云團(tuán)，剛好在東南氣流的引導(dǎo)下形成列車效應(yīng)，影響效果不斷疊加在福州上空，進(jìn)而加強(qiáng)了極端對流性強(qiáng)降雨的出現(xiàn)，并且通過強(qiáng)對流的釋放轉(zhuǎn)換為動力抬升水汽，更進(jìn)一步觸發(fā)強(qiáng)降水機(jī)制[2]。同時，“海葵”中心附近洋面海溫接近28 ℃，這說明臺風(fēng)中心附近海溫普遍較高，且地面溫度溫差梯度大，比濕在

16 g/kg以上，也是助力強(qiáng)對流的“幫兇”[3-4]。正是這些“巧合”，導(dǎo)致福州地區(qū)此次暴雨過程持續(xù)時間長、降水量級極端、小時雨強(qiáng)居高不下，在“海葵”緩慢西行后，福州地區(qū)降水才逐漸減弱。

2.3 地形增幅作用

研究表明，在一定條件下地形對降水有2個動力作用：一是地形的強(qiáng)迫抬升，二是地形輻合[5]。當(dāng)盛行風(fēng)朝著喇叭口地形灌入時，由于地形收縮，常常引起輻合上升運(yùn)動的加強(qiáng)和降水量的增大。福州地形屬于典型的河口盆地，盆地三面環(huán)山，一面開口朝海的盆地，此次5日夜間極端降水落區(qū)大部分位于喇叭口地形輻合區(qū)，偏東氣流與東南氣流在此地輻合，有利于激發(fā)對流云團(tuán)并快速發(fā)展；潮濕空氣向喇叭口灌入，喇叭口的急速收縮又會造成低層暖濕氣流加劇匯聚，有利于地形輻合抬升加強(qiáng)；小時雨強(qiáng)迅速翻倍，對極端強(qiáng)降水起到了增幅作用，造成了5日夜里的特大暴雨。對比福州盆地地形示意圖與此次“?？迸_風(fēng)影響期間（9月4日20時至6日20時）的累計(jì)雨量分布圖（圖2），福州盆地地形與此次“?？迸_風(fēng)過程福州地區(qū)累計(jì)降水落區(qū)高度吻合。因此，此次降水過程完全符合地形增幅作用的降水特點(diǎn)。

3 雷達(dá)特征

從組合反射率雷達(dá)資料可以看出，9月5日18：30左右，福州市長樂區(qū)東北沿海突然向內(nèi)陸涌入一連串的對流單體，同時我國的臺灣海峽上不斷有新回波單體生成并像開火車一樣駛向福州地區(qū)，渦旋對流和鋒面對流合并（圖3a），加持列車效應(yīng)的形成，在20：00～22：00短短2 h內(nèi)，海上對流輻合帶連接成帶，并一路半圓曲線延伸至閩侯縣中部地區(qū)，強(qiáng)降水中心明顯看出有中γ尺度系統(tǒng)，存在偏東和偏南氣流輻合（圖3b）。

從雷達(dá)剖面圖看，降水回波高度不高，對流單體質(zhì)心主要集中在5 km以下（圖3c），暖云內(nèi)余地密集，單體排列緊密范圍較大，屬于低質(zhì)心熱帶海洋性降水，降水效率高，19時至次日02時回波強(qiáng)度持續(xù)維持在

55 dBz以上，最強(qiáng)達(dá)到67 dBz（圖3d）。

4 預(yù)警預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

（1）缺少我國臺灣海峽海面觀測資料，無法觀測到我國臺灣海峽附近回波，給后續(xù)過程的研判帶來一定困難，風(fēng)廓線雷達(dá)有滯后，對中小尺度系統(tǒng)判斷實(shí)用性不大。

（2）對“?？蓖鈬鷸|南風(fēng)與變性冷高壓東北風(fēng)形成的輻合帶判斷不夠及時，并且各家模式預(yù)報(bào)降水量級偏小和落區(qū)偏南，邊界層內(nèi)偏東急流預(yù)報(bào)難以把握，數(shù)值預(yù)報(bào)對此次降水預(yù)報(bào)路徑和強(qiáng)度分歧較大，調(diào)整頻繁，參考意義不大。

（3）9月5日21：35省臺的短時臨近預(yù)報(bào)兩小時的雨量為80～100 mm，而實(shí)況在120～150 mm/h，并未起到很好的預(yù)測作用；紅色預(yù)警信號提前量不長且預(yù)報(bào)量級把握不夠，導(dǎo)致只能依靠實(shí)況去加頻更新，致使準(zhǔn)確率較低，但服務(wù)效果較好。

5 結(jié)論

（1）“?？迸_風(fēng)在登陸之前，9月5日凌晨福州南部的福清市和永泰縣出現(xiàn)特大暴雨過程；臺風(fēng)登陸后，5日傍晚起的渦旋雨帶形成的列車效應(yīng)導(dǎo)致福州市區(qū)、

長樂區(qū)、馬尾區(qū)和閩侯縣出現(xiàn)特大暴雨過程，降水強(qiáng)度的極端性和持續(xù)時間之長均是前所未有的。

（2）福州地區(qū)在遠(yuǎn)離 “?？迸_風(fēng)中心，處于臺風(fēng)外圍環(huán)流輻合帶上對流帶中，是造成福州地區(qū)9月4—6日特大暴雨的原因。

（3）雷達(dá)圖形成中尺度氣旋，且低層有輻合中心、高空有下沉輻散相配合有利于“?？迸_風(fēng)暴雨的維持和加強(qiáng)。

（4）福州盆地地形的喇叭口特點(diǎn)對暴雨的強(qiáng)度起一定的增幅作用。

參考文獻(xiàn)

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