臺風韋森特對季風水汽流的“轉運”效應及其對北京“7·21”暴雨的影響

徐洪雄1 徐祥德1 張勝軍1 付志康2

?

臺風韋森特對季風水汽流的“轉運”效應及其對北京“7·21”暴雨的影響

徐洪雄徐祥德張勝軍付志康

1中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室，北京100081 2中國氣象局武漢暴雨研究所暴雨監測預警湖北省重點實驗室，武漢430074

2012年7月21日北京地區遭受了61年以來最大的暴雨，造成了大量的人員傷亡與巨大的財產損失。資料綜合分析表明臺風韋森特在暴雨發生過程中的水汽輸送起到“樞紐”的作用，夏季季風通過臺風韋森特在副高的影響下將水汽“轉運”至暴雨區。為了驗證北京異常暴雨過程中臺風韋森特的“轉運”效應，利用中尺度數值模式WRF對暴雨過程進行數值模擬，結果表明模式能夠較好的模擬出此次降水過程的強度、落區，且暴雨發生過程中的水汽輸送亦能夠較好的再現。通過設計剔除臺風的敏感性試驗發現，剔除臺風韋森特之后降水強度僅為控制試驗的50%。進一步分析表明低緯季風水汽氣流通過處于東南沿海的臺風韋森特向暴雨區域輸送水汽，在此過程中西南氣流直接向北京區域的水汽輸送減少，而西南氣流向臺風的水汽輸送增加，臺風與東側副熱帶高壓之間的偏南氣流向暴雨區的水汽輸送明顯增強，從而印證了上述西南季風氣流—臺風渦旋—暴雨環流三個系統之間水汽的“轉運”效應。以上結果表明遠距離暴雨的發生是一個復雜的過程，不僅反映了中低緯度系統的相互作用，而且揭示出夏季季風水汽流對臺風渦旋的水汽輸送持續供應也可能是臺風遠距離異常暴雨發生的關鍵因素之一。

臺風遠距離 暴雨 水汽輸送 季風

1 引言

降水尤其是特大暴雨會給人民生命與財產造成巨大損失，而臺風渦旋能夠引發范圍廣、強度大的異常降水（Ren et al., 2002; Wang et al., 2008）。大部分臺風渦旋通過自身的眼墻以及周邊螺旋雨帶產生大范圍降水，即臺風直接降水（Takahashi and Kawano, 1998），然而部分臺風渦旋能夠引發距離其中心達上千公里區域異常暴雨，即臺風遠距離降水（Ross and Kurihara，1995）。人們常常關注臺風產生的直接暴雨，而臺風遠距離誘發的暴雨由于其發生頻率較低而被忽視，但是其產生的異常災害往往超過臺風直接產生的暴雨造成的災害（Wang et al., 2009）。

關于臺風遠距離降水，陳聯壽等（2007）給出了其宏觀定義：（1）降水發生在臺風范圍之外；（2）這塊降雨與臺風存在著內在的物理聯系。臺風與中緯度環流系統的相互作用對登陸臺風暴雨的突然增幅有重要作用，不少著名的特大暴雨中都有臺風的間接作用（張經珍等，2000；李江南等，2003；叢春華等，2011）。孫建華等（2005，2013）認為東亞地區臺風遠距離暴雨大致可分為2類：登陸臺風北上與西風槽結合；臺風與西風帶系統發生遠距離相互作用輸送水汽到北方。在中低緯度系統相互作用過程中，水汽輸送的作用十分明顯。蔣尚城等（1981，1983）指出臺風與相距較遠的西風槽的相互作用，主要通過臺風與太平洋副熱帶高壓之間的東南低空急流來實現。丁治英和陳久康（1995）則揭示了臺風中心右側水汽通道區的水汽輸送對8407號臺風降水的重要性。朱洪巖等（2000）通過數值研究表明，臺風可通過水汽和能量輸送直接影響臺風遠距離降水的分布。西風槽可為遠距離降水提供低層輻合、高層輻散、以及槽前正渦度平流的大尺度背景，這將有利于垂直運動的發展和降雨的維持，臺風東側的水汽向中緯度槽前輸送可直接影響槽前降水的強度。

以往關于遠距離暴雨的研究多集中于臺風與暴雨區及其周邊中緯度系統之間的相互作用以及臺風向暴雨區的水汽輸送，而低緯地區環境場中季風水汽流向臺風渦旋的水汽輸送過程中，對遠距離暴雨系統的水汽貢獻作用，尤其是低緯系統之間相互作用與特大暴雨的關聯仍是值得探討的難題。本文選取北京“7·21”特大暴雨為個例，重點研究低緯地區夏季季風水汽輸送通道、臺風渦旋以及暴雨系統三者間的關聯機制。

2012年7月21日北京地區遭受了61年以來最嚴重的暴雨災害，造成77人喪生以及巨大的財產損失。研究表明這次特大暴雨是一次極端性降水過程，具有持續時間長、雨量大、范圍廣的特點（諶蕓等，2012；孫軍等，2012），且北京周邊水汽亦有異常現象（趙洋洋等，2013）。眾所周知，充沛的水汽是暴雨發生的關鍵因素之一，那么北京特大暴雨災害異常豐富的水汽源在何處？為何有大量的水汽迅速“聚集”在北京上空？與暴雨區相距2000公里以外的臺風韋森特對此次異常暴雨是否有影響？盛夏西南季風水汽流與臺風渦旋間的相互作用是否亦對北京暴雨有特殊的貢獻？為了回答以上問題，本文通過再分析資料水汽源追蹤結合數值模擬綜合分析了臺風韋森特對于此次異常暴雨的影響，重點探討了北京異常暴雨過程中臺風渦旋、季風水汽流與暴雨區水汽源的相互關聯特征。

2 資料與方法

2.1 資料

采用National Center for Environmental Prediction/ National Center for Atmospheric Research（NCEP/ NCAR）再分析資料（時間分辨率為6小時，水平分辨率為1°×1°，垂直方向從1000 hPa到10 hPa共26層）。

2.2 整層水汽

由于單層的水汽通量無法清楚描述水汽輸送三維結構，為了追蹤水汽源，本文采用NCAR/NCEP再分析1°×1°資料，分析陸面或海面到300 hPa高度整層大氣的水汽及其輸送特征。整層緯向水汽輸送和經向水汽輸送的計算方法如下：

,（1）

, （2）

其中，、分別為緯向風和經向風分量，是比濕，是地面氣壓。

2.3 整層水汽相關矢量

為進一步認識臺風遠距離輸送引發暴雨過程，本文采用相關矢量方法，以追蹤北京周邊地區水汽源，相關矢量數學模型如下：、

3 天氣形勢

圖1為7月21日24小時累積降水。此次暴雨過程中，全市平均降雨量170 mm，86%地區降水量達100 mm以上，房山、城近郊區、平谷和順義平均雨量均在200 mm以上，其中房山最大值達到460 mm。分析形勢場（圖2）發 現，副高西伸北進，并與臺風韋森特的靠近共同作用，使副高系統與臺風渦旋之間的對流層低層呈較強偏東氣流，且在暴雨區西南方向亦存在從孟加拉灣至北京區域的偏南氣流。西南季風氣流、臺風渦旋、副熱帶高壓等系統共同作用下導致北京及其周邊地區上空的水汽量存在極端性特征（圖3），為異常暴雨發生提供有利條件，并與中緯度高空槽的相互作用下，在北京及其周邊地區造成極強的對流不穩定條件，配合地面輻合線、地形以及MCS等多種因素共同觸發了這次特大降水的發生（俞小鼎，2012）。

4 水汽輸送

綜合分析表明，在暴雨發生期間，北京與其周邊區域的水汽供應主要來自兩條水汽輸送通道。在暴雨發生前期水汽主要來自孟加拉灣的西南水汽向北的輸送通道（圖4a）；暴雨發生中后期韋森特臺風與其東側副高之間的偏南氣流則是向異常暴雨區輸送水汽的另一支重要通道。西南季風強盛時往往形成一股進入臺風的低空急流，向臺風輸送充足的水汽（陶詩言，1980）。在本次暴雨過程中，隨著位于臺灣南部的臺風韋森特向西移動，且伴隨著季風與臺風渦旋之間的相互作用加強過程，以及暴雨區高空槽的東移等背景因素（圖4b），一方面由臺風韋森特向降水區域的水汽輸送通道得到加強，另一方面自孟加拉灣向華北的西南水汽輸送有所減弱（圖4c、d），而季風水汽流向臺風渦旋的水汽輸送通道得到加強。圖5為（2012年7月12日至22日）北京7·21異常暴雨前期強水汽輸送區域 （圖4中矩形區域）整層水汽與整層水汽輸送通量相關矢量。圖5亦描述出了上述兩條水汽輸送通道特征及其演變過程。

俞小鼎（2012）指出雖然此次暴雨天氣形勢屬于典型的高空槽伴冷鋒的強降水流型配置，但這樣有利的流型配置并不意味著如此極端的降水，因此臺風韋森特是否對此次暴雨有重要的作用是值得研究的重要問題。Xu et al.（2011）通過研究雙臺風相互作用發現在主體水汽流的作用下，其中一個臺風能夠通過強水汽輸送通道（作為雙臺風相互作用的判據被命名為“連體”通道）將水汽輸送至另一臺風。而本次暴雨發生過程中，臺風韋森特水汽源主要來自季風的水汽輸送，在臺風自身得到發展的同時，是否能夠產生雙臺風相互作用過程中相似的“轉運”效應，將一部分水汽“轉運”至暴雨產生地區？

5 模擬結果

為了定量研究臺風韋森特對于水汽輸送以及暴雨的影響效應，本文使用WRF（Weather Research and Forecasting）模式對此次暴雨過程進行模擬，模擬時間為2012年7月20日00時～7月22日00時（協調世界時，下同），使用NCEP（National Centers for Environmental Prediction, 2000）/GDAS（Global Data Assimilation System）FNL（Final）分析資料作為模式初始場與側邊界。網格選取三重嵌套（30/10/3.3 km），區域中心為（30°N，116.5°E)，水平格點數分別為375×246、238×160、394×286，垂直分層為28層，模式頂為50 hPa，時間步長為60 s，輸出時間間隔為1小時。長波輻射和短波輻射均分別采用RRTM方案（Mlawer et al., 1997）、Dudhia方案（Dudhia, 1989），微物理過程采用WSM5方案（Hong and Lim, 2006），積云對流方案采用Kain-Fritsch對流參數化方案(Kain, 1993; Kain and Fritsch, 2004)，且僅對30 km、10 km網格使用，而3.3 km網格則不使用積云對流參數化，需要指出的是雖然10 km與積云本身的尺度接近，但是根據一些暴雨的研究（Hong and Lee, 2009；Zhang and Zhang，2011），在10 km的分辨率使用積云對流參數化能夠有較好的模擬，因此本文在10 km的網格仍使用積云對流參數化方案。為了分析臺風韋森特對季風以及偏東氣流的水汽輸送的影響，本文在控制試驗的基礎上采用WRF-TC模塊（Fredrick et al., 2010）剔除臺風韋森特（敏感性試驗：NOTC）。

圖1 2012年7月21日觀測24小時累積降水（單位：mm）

圖2 2012年7月21日00時（a）700 hPa風場以及850 hPa散度（陰影，單位：10–5 s–1），（c）500 hPa高度場（實線，單位：dagpm）、風場以及風速（陰影，大于10 m s–1），灰色陰影為高原區域；（b）、（d）同（a）、（c），但為2012年7月21日12時

圖6c為控制試驗模擬2012年7月21日24小時累積降水，與觀測（圖 1）對比表明，控制試驗模擬雨帶的位置、走向與實況基本一致，尤其是能夠表現出由于線狀中尺度對流系統引起的線性降水分布（Zhang et al., 2013），并且準確模擬出強降水中心。另一方面此次模擬結果亦能較好的模擬出降水強度，北京地區最大降水達到320 mm與觀測較為接近。總體上，控制試驗對此次異常暴雨的模擬比較成功，降水分布與強度都與觀測基本一致，因此下面將利用控制試驗模擬結果結合剔除臺風韋森特的敏感性試驗探討臺風韋森特對于北京7·21異常暴雨以及在此過程中水汽輸送的影響。

圖6a、b 為控制試驗與剔除臺風試驗模式初始場850 hPa風場，控制試驗（圖6 a）中的韋森特臺風渦旋明顯存在于臺灣以南菲律賓以東區域，而在剔除臺風的敏感性試驗中韋森特臺風則完全消失（圖6 b）。進一步對比控制試驗與剔除臺風試驗降水發現，剔除韋森特臺風之后，雨帶明顯發生變化，其位置與控制試驗相比明顯向北移動，降水強度亦大幅度減弱，降水最大值約為150 mm，與控制試驗相比減少達50%，這表明臺風韋森特對于北京7·21異常暴雨的發生有顯著的作用。

圖7為控制試驗模擬的整層水汽輸送通量，與NCEP FNL再分析資料計算（圖2）對比發現，控制試驗模擬的整層水汽通量亦存在三個階段：第一個階段華北及其周邊地區水汽主要來自孟加拉灣西南水汽通道（圖7 a，黃色虛線）；第二個階段隨著臺風韋森特的靠近以及西風槽的東移，臺風韋森特（紅色虛線）與東南氣流（黑色虛線）組成的水汽通道亦開始向暴雨區域輸送水汽（圖7c）。在此階段中隨著韋森特、西風槽繼續相互靠近，西南氣流向北的水汽輸送開始減弱，而來自韋森特以及東南氣流的水汽通道得到增強（圖7 d）；到第三階段，西南氣流向暴雨區水汽輸送通道基本上消失，華北及其周邊地區的水汽主要來自臺風韋森特與東南氣流組成的水汽輸送通道（圖7e）。以上對控制試驗的水汽場分析表明模式在水汽分布以及暴雨區的水汽源時間演變都有較好模擬，因此下面結合敏感性試驗進一步分析，以探究臺風韋森特對于暴雨區水汽源的影響。

圖8為剔除臺風韋森特敏感性試驗的整層水汽通量，與控制試驗相比，水汽通道發生明顯的變化。環境中持續存在兩支向北的水汽輸送通道，一支為孟加拉灣西南水汽輸送通道，在暴雨發生期間一直存在，且有一定程度上的增強。另一支為東南水汽輸送通道，其位置與強度在整個暴雨發生過程中并沒有發生太大的變化。隨著西風槽的東移，西南水汽輸送通道亦向東偏移，在西南、東南兩支水汽流匯合時，亦能夠形成強水汽輸送區域，但強度明顯弱于控制試驗，位置與控制試驗相比也相對偏北，而這也可能是造成上述敏感性試驗雨帶偏北的原因之一。

進一步分析模式模擬的水汽通道發現，在控制試驗中孟加拉灣的水汽通道分為兩支，一支為上述西南—東北走向水汽輸送通道，另一支為由西向東向韋森特臺風渦旋輸送水汽的通道。當韋森特臺風存在時，西南—東北走向的水汽輸送通道逐步減弱，最后消失，自西向東的水汽輸送通道會得到加強，這過程亦揭示出臺風與環境場的相互作用及其對水汽輸送結構的影響，在此過程會生成從臺風向暴雨區域的水汽輸送通道。而當臺風不存在或者臺風距離較遠時，這兩支水汽會一直保持，西南—東北方走向的水汽輸送通道甚至會有所加強。以上分析印證了韋森特臺風渦旋對季風水汽流“轉運”作用的假設，即通過西南水汽輸送通道向華北及其周邊區域輸送的水汽由于臺風韋森特的靠近，轉而向臺風輸送，導致了西南—東北水汽輸送通道的減弱以及消失，產生了西南氣流向臺風韋森特，并“轉運”至暴雨區域的新的水汽輸送通道，進而影響異常暴雨的產生。許多研究（濮梅娟等，1989；趙平和孫淑清，1991；陳棟等，2007）表明西南地區復雜地形對水汽輸送具有很強的阻擋作用，而通過沿海臺風“轉運”作用自東南向華北的水汽輸送由于“西高東低”大地形特征，“相對平坦”地區上空的水汽通道有利于水汽向北的輸送為北方暴雨提供了更有利的降水條件。下面將進一步分析“轉運”效應對于水汽收支及其引起暴雨區的水汽輻合和垂直結構的影響。

對比控制試驗與敏感性發現相關區域水汽收支（圖 9）發現：（1）季風區域（圖 7a中B區）水汽支出大量增加（水汽支出從78.7增加至211.3 kg ms）；（2）臺風西邊界（圖7a中C1）、南邊界的水汽通量增加，這表明臺風韋森特的存在使季風水汽流從臺風西邊界的水汽以及臺風向暴雨區的遠距離水汽輸送加強；（3）暴雨區的水汽收入從156.5增加至208.3 kg ms。在西南季風與臺風相互作用過程中，往往有一股低空急流進入臺風，向臺風輸送充足的水汽（陶詩言，1980）。此次過程中臺風韋森特與季風“波流”相互作用，加大了西側季風向臺風的水汽輸送，同時其北側臺風向暴雨區的水汽輸送亦得到加強，最終導致了暴雨區的正水汽收支增加。

圖8 與圖7相同，但是為剔除臺風韋森特試驗

圖10為21日12時模擬整層水汽通量散度，在控制試驗中（圖10a）北京與河北區域有一條類似“線狀”的降水強整層水汽輻合區，其最大值處于北京南部與河北交界處。而在剔除臺風試驗中（圖10b），在北京與河北區域“線狀”強水汽輻合區消失。進一步分析20日12時至22日00時經向平均整層水汽散度分布（圖11）表明，20日06時控制試驗中呈現為一條寬度約為2個緯度的整層水汽輻合帶，20日06時至20日12時整層水汽強輻合帶向南擴展至38°N，向北擴展至約41.6°N，寬度約達3.6個緯度。21日12時至22日00時整層水汽輻合帶向北移動且寬度略有擴大。在此過程中控制試驗的整層水汽輻合帶在21日18時附近緯度39°～40°N之間形成一個極值，其值超過5.7×10s。而剔除了韋森特臺風的敏感性試驗中這條強輻合帶寬度明顯減小在暴雨發生期間始終保持1個緯度的寬度，最大也僅擴展至2個緯度。在此過程中亦沒有呈現控制試驗中的極值區，最大不超過2.7 10ms。以上相關區域的水汽收支以及整層水汽散度的分析表明上述臺風韋森特“轉運”作用對于北京“7·21”暴雨區域的水汽輻合亦有重要作用。

圖11 模擬2012年7月20日12時至22日00時緯向平均（115°～117°E）整層水汽通量散度分布：（a）控制試驗；（b）敏感性試驗

圖12 2012年7月21日12時模擬渦度沿116.5°E剖面:（a）控制試驗;（b）敏感性試驗

合適的高、低空系統配置，有利用于降水天氣的發生、發展與持續（秦華鋒和金榮花，2008），對控制試驗中的渦度剖面分析表明（圖12a），在北京南部有一個強渦度中心存在于地面至800 hPa（最大值超過 15×10s），在北京上空則存在一個從地面延伸至中空的渦度柱，且在500～300 hPa存在負渦度中心。對應散度垂直結構亦存在有利于暴雨發生的配置，北京以南存在一個強輻合中心，而在北京上空存在沿著地形從地面延伸至400 hPa傾斜的輻合與中空輻散的一對“耦合”帶（圖13a）。在剔除韋森特臺風的敏感性試驗中以上有利于暴雨發生的高、低空配置都已消失（圖12b、圖13b），表明韋森特臺風“轉運”效應不僅影響著暴雨區水汽輻合，而且對于暴雨區高、低空流場動力結構的配置亦能夠產生明顯變化。

6 結論

2012年7月21日臺風韋森特的遠距離作用是造成北京“7·21”的重要原因之一。本文利用NCEP再分析資料以及WRF模式對北京異常暴雨的水汽源進行綜合分析，初步得出以下結論：

（1）暴雨區水汽輸送存在三個階段特征：第一個階段，華北及其周邊地區水汽主要來自孟加拉灣西南水汽通道；第二個階段，上述水汽通道與韋森特臺風渦旋偏南水汽流共同構成的兩支向暴雨 區域輸送水汽的水汽通道。在此階段中隨著韋森特、西風槽繼續相互靠近，西南氣流開始減弱，而來自韋森特以及東南氣流的水汽通道得到增強；第三階段，華北及其周邊地區的水汽主要來自臺風韋森特渦旋與東南氣流組成的水汽輸送通道。

（2）通過以上三個階段水汽通道的分析發現，遠距離臺風在北京異常暴雨過程中的水汽輸送起到了“轉運”的“樞紐”作用。一方面韋森特臺風渦旋與西南季風水氣流相互作用，導致西南氣流轉而向臺風韋森特輸送水汽；另一方面臺風韋森特的存在會加強臺風與西太平洋副熱帶高壓之間的偏南水汽輸送。在此過程中臺風分別與季風、中緯度系統產生相互作用。臺風渦旋與季風水汽流的相互作用加強了低緯向暴雨區域的水汽輸送能力。因此我們將此水汽輸送過程稱為臺風韋森特的“轉運”效應。

（3）為了印證臺風韋森特的“轉運”效應，本文利用WRF模式進行數值模擬與剔除臺風敏感性試驗，結果表明控制試驗能夠較為準確的模擬出此次異常降水的分布以及強度；且其結果亦能夠較好的再現整個暴雨過程的水汽輸送各階段。利用剔除韋森特臺風的敏感性試驗對上述“轉運”效應進行驗證。結果表明剔除臺風韋森特敏感性試驗中，西南氣流向華北區域的水汽輸送加強，且副高西部的偏南氣流由于缺少“轉運”機制的支持而減弱，從而驗證臺風韋森特對西南季風氣流的“轉運”作用。

（4）對暴雨區的進一步分析表明，臺風韋森特的存在及其產生的“轉運”效應，其強水汽流亦為暴雨強水汽輻合結構提供持續支持，并為暴雨系統高空輻散、低空輻合以及渦度結構構建了有利動力、熱力條件，對比分析亦發現剔除臺風韋森特以后暴雨強度減少達50%。

最后需要指出的是，“7·21”北京暴雨過程是高低空、中低緯系統共同作用的結果，是在“東高西低”的環流形勢下，低渦、切變線、低槽冷鋒和低空急流等復雜天氣系統相互配合下形成的（孫建華等，2013）。而本文所研究的臺風韋森特對西南季風水汽的“轉運”效應則是暴雨發生的一個重要環節之一。

陳棟, 李躍清, 黃榮輝. 2007. 在“鞍”型大尺度環流背景下西南低渦發展的物理過程分析及其對川東暴雨發生的作用 [J]. 大氣科學, 31 (2): 185–201. Chen Dong, Li Yueqing, Huang Ronghui. 2007. The physical process analyses of the southwest vortex development and its effect on heavy rainfall in eastern Sichuan under the saddle pattern background of large-scale circulations [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 31 (2): 185–201.

陳聯壽. 2007. 登陸熱帶氣旋暴雨的研究和預報 [C]// 第十四屆全國熱帶氣旋科學討論會論文摘要集, 3–7. Chen Lianshou. 2007. The studies and predictions of heavy rainfall related to the landing tropical cyclones [C]// The Abstracts of Papers on the Fourteenth Symposium on the Tropical Cyclones (in Chinese), 3–7.

諶蕓, 孫軍, 徐珺, 等. 2012. 北京 721 特大暴雨極端性分析及思考 (一) 觀測分析及思考 [J]. 氣象, 38 (10): 1255–1266. Chen Yun, Sun Jun, Xu Jun, et al. 2012. Analysis and thinking on the extremes of the 21 July 2012 torrential rain in Beijing. PartⅠ: Observation and thinking [J]. Meteorological Monthly (in Chinese), 38 (10): 1255–1266.

叢春華, 陳聯壽, 雷小途, 等. 2011. 臺風遠距離暴雨的研究進展 [J]. 熱帶氣象學報, 27 (2): 264–270. Cong Chunhua, Chen Lianshou, Lei Xiaotu, et al. 2011. An overview on the study of tropical cyclone remote rainfall [J]. Journal of Tropical Meteorology (in Chinese), 27 (2): 264–270.

丁治英, 陳久康. 1995. 臺風暴雨與環境水汽場的數值試驗 [J]. 南京氣象學院學報, 18 (1): 33–38. Ding Zhiying, Chen Jiukang. 1995. Numerical simulation of typhoon rainstorm in relation to its environmental vapor regime [J]. Journal of Nanjing Institute of Meteorology (in Chinese), 18 (1): 33–38.

Dudhia J. 1989. Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment using a mesoscale two-dimensional model [J]. J. Atmos. Sci., 46 (20): 3077–3107.

Fredrick S, Davis C, Gill D, et al. 2010. Bogussing of Tropical Cyclones in WRF Version 3.1 [M]. Colorado: Nam National Center for Atmospheric Research Boulder.

濮梅娟, 劉富明, 沈如金. 1989. 一次夏季西南低渦形成機理的數值試驗 [J]. 高原氣象, 8 (4): 321–330. Fu Meijuan, Liu Fuming, Shen Rujin. 1989. Numerical experiment on the formation mechanism of a SW vortex in summer [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 8 (4): 321–330.

Hong S J, Lim J W. 2006. The WRF single-moment 6-class microphysics scheme (WSM6) [J]. J. Korean Meteor. Soc., 42 (2): 129–151.

Hong S Y, Lee J W. 2009. Assessment of the WRF model in reproducing a flash-flood heavy rainfall event over Korea [J]. Atmospheric Research, 93 (4): 818–831.

蔣尚城 ，張鐔，周鳴盛，等．1981. 登陸北上減弱的臺風所導致的暴雨——半熱帶系統暴雨 [J]. 氣象學報, 39 (1):18–27. Jiang Shangcheng, Zhang Tan, Zhou Mingsheng, et al. 1981. The hard rainstorms in North China induced by a landed northward moving and decaying typhoon— Hard rainstorms of semi-tropical systems [J]. Acta Meteorologica Sinica, 39 (1): 18–27.

蔣尚城.1983.遠距離臺風影響西風帶特大暴雨的過程模式 [J]. 氣象學報, 41 (2): 147–158. Jiang Shangcheng. 1983. A synoptic model of the hard rainstorm in westerly belt affected by the far distant typhoon [J]. Acta Meteorologica Sinica, 41 (2): 147–158.

Kain J S. 2004. The kain-fritsch convective parameterization: An update [J]. J. Appl. Meteor., 43 (1): 170–181.

Kain J S, Fritsch J M. 1993. Convective parameterization for mesoscale models: The Kain-Fritsch scheme [C]// The Representation of Cumulus Convection in Numerical Models, Meteor. Amer. Meteor. Soc., 165–170.

李江南, 王安宇, 楊兆禮, 等. 2003. 臺風暴雨的研究進展 [J]. 熱帶氣象學報, 19 (S1): 152–159. Li Jiangnan, Wang Anyu, Yang Zhaoli, et al. 2003. Advancement in the study of typhoon rainstorm [J]. Journal of Tropical Meteorology (in Chinese), 19 (S1): 152–159.

Mlawer E J, Taubman S J, Brown P D, et al. 1997. Radiative transfer for inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated-model for the longwave [J]. J. Geophys. Res., 102 (D14): 16663–16682.

National Centers for Environmental Prediction, N. W. S., NOAA, U. S. Department of Commerce, 2000. NCEP FNL operational model global tropospheric analyses, continuing from July 1999 [C]// Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory. Boulder, CO.

秦華鋒, 金榮花. 2008.“0703”東北暴雪成因的數值模擬研究 [J]. 氣象, 34 (4): 30–38. Qin Huafeng, Jin Ronghua. 2008. Numerical simulation study of the cause of snowstorm process in northeast of China on March 3–5 of 2007 [J]. Meteorological Monthly (in Chinese), 34 (4): 30– 38.

Ren F M, Gleason B, Easterling D. 2002. Typhoon impacts on China’s precipitation during 1957–1996 [J]. Advances in Atmospheric Sciences, 19 (5): 943–952.

Ross R J, Kurihara Y. 1995. A numerical study on influences of Hurricane Gloria (1985) on the environment [J]. Mon. Wea. Rev., 123 (2): 332–346.

孫建華, 張小玲, 衛捷, 等. 2005. 20世紀90年代華北大暴雨過程特征的分析研究 [J]. 氣候與環境研究, 10 (3): 492–506. Sun Jianhua, Zhang Xiaoling, Wei Jie, et al. 2005. A study on severe heavy rainfall in North China during the 1990s [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 10 (3): 492–506.

孫建華, 趙思雄, 傅慎明, 等. 2013. 2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征 [J]. 大氣科學, 37 (3): 705–718. Sun Jianhua, Zhao Sixiong, Fu Shenming, et al. 2013. Multi-scale characteristics of record heavy rainfall over Beijing area on July 21, 2012 [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 37 (3): 705–718.

孫軍, 諶蕓, 楊舒楠, 等. 2012. 北京721特大暴雨極端性分析及思考 (二) 極端性降水成因初探及思考 [J]. 氣象, 38 (10): 1267–1277. Sun Jun, Chen Yun, Yang Shu’nan, et al. 2012. Analysis and thinking on the extremes of the 21 July 2012 torrential rain in Beijing. PartⅡ: Preliminary causation analysis and thinking [J]. Meteorological Monthly (in Chinese), 38 (10): 1267–1277.

Takahashi T, Kawano T. 1998. Numerical sensitivity study of rainband precipitation and evolution [J]. J. Atmos. Sci., 55 (1): 57–87.

陶詩言. 1980. 中國之暴雨 [M]. 北京: 科學出版社, 1–225. Tao Shiyan. 1980. Heavy Rainfalls in China (in Chinese) [M]. Beijing: Science Press, 1–225.

Wang Y M, Ren F M, Li W J, et al. 2008. Climatic characteristics of typhoon precipitation over China [J]. Journal of Tropical Meteorology, 14 (2): 125–128.

Wang Y Q, Wang Y Q, Fudeyasu H. 2009. The role of typhoon Songda (2004) in producing distantly located heavy rainfall in Japan [J]. Mon. Wea. Rev., 137 (11): 3699–3716.

Xu X D, Lu C, Xu H X, et al. 2011. A possible mechanism responsible for exceptional rainfall over Taiwan from typhoon Morakot [J]. Atmos. Sci. Lett., 12 (3): 294–299.

俞小鼎. 2012. 2012年7月21日北京特大暴雨成因分析 [J]. 氣象, 38 (11): 1313–1329. Yu Xiaoding. 2012. Investigation of Beijing extreme flooding event on 21 July 2012 [J]. Meteorological Monthly (in Chinese), 38 (11): 1313–1329.

Zhang D L, Lin Y H, Zhao P, et al. 2013. The Beijing extreme rainfall of 21 July 2012: “Right Results” but for wrong reasons [J]. Geophys. Res. Lett., 40 (7): 1426–1431.

張經珍, 侯淑梅, 張洪衛, 等. 2000. 中低緯度系統相互作用對山東“99.8” 大暴雨的影響 [J]. 氣象, 26 (5): 36–39. Zhang Jingzhen, Hou Shumei, Zhang Hongwei, et al. 2000. The effect of the interaction between mid and low latitude systems on a heavy rain in Shandong [J]. Meteorological Monthly (in Chinese), 26 (5): 36–39.

Zhang M, Zhang D L. 2011. Subkilometer simulation of a torrential-rain- producing mesoscale convective system in East China. Part I: Model verification and convective organization [J]. Mon. Wea. Rev., 140 (1): 184–201.

趙平, 孫淑清. 1991. 一次西南低渦形成過程的數值試驗和診斷 (一)——地形動力作用和潛熱作用對西南低渦影響的數值試驗對比分析 [J]. 大氣科學, 15 (6): 46–52. Zhao Ping, Sun Shuqing. 1991. Numerical simulation and diagnosis of the formation of SW vortex. Part I: An analysis of numerical simulation of the effects of topography and latent heat on SW vortex [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (Scientia Atmospherica Sinica) (in Chinese), 15 (6): 46–52.

趙洋洋, 張慶紅, 杜宇, 等. 2013. 北京“7·21”特大暴雨環流形勢極端性客觀分析 [J]. 氣象學報，71 (5)：817–824. Zhao Yangyang, Zhang Qinghong, Du Yu, et al. 2013. Objective analysis of the extreme of circulation patterns during the 21 July 2012 torrential rain event in Beijing [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese), 71 (5): 817–824.

朱洪巖, 陳聯壽, 徐祥德. 2000. 中低緯度環流系統的相互作用及其暴雨特征的模擬研究 [J]. 大氣科學, 24 (5): 669–675. Zhu Hongyan, Chen Lianshou, Xu Xingde, et al. 2000. A numerical study of the interactions between typhoon and mid-latitude circulation and its rainfall characteristics [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 24 (5): 669–675.

Long-Range Moisture Alteration of a Typhoon and Its Impact on Beijing Extreme Rainfall

XU Hongxiong, XU Xiangde, ZHANG Shengjun, and FU Zhikang

1,,100081 2,,,430074

Extremerainfall that occurred in Beijing on July 21, 2012,wasthemost severe rain event of a 61-year history in that region andcausedsignificant damages. National Centers for Environmental Prediction (NCEP)reanalysisdatashowsthatinteractionamongTyphoonVicente, the subtropicalhigh(SH), and the southwesterlymonsoonalflow (SMF)played animportantroleinthisrainfallevent. In a process known as the moisturealterationeffectof a typhoon, Vicentereceivedmoisturefromthe SMF, which was transportedto the Beijingregionthrough thesoutheasterlyflow.Toverifythiseffect,therainfalleventissimulated in this study by usingthe Weather Research and Forecast (WRF)modelwiththreenesteddomainsandafinestresolutionof3.33km.The control experiments effectivelyreproducethe distributionandintensityof the rainfallandmoisturetransport. The results of asensitivityexperiment excluding typhoonVicente, which is conducted to determine its impactontheextremerainfall, reveals that approximately 50%of the rainfall can be attributed tothe storm.FurtheranalysesofcolumnmoisturefluxfromthesensitivityexperimentsuggestthatmoremoisturewastransportedtoBeijingthroughsouthwestflowthat from thesoutheast.Thistransportfrom the southwesttotyphoonVicenteandthentoBeijingdisappeared,whichcorroboratesthemoisturealterationeffectof the typhoon.

Typhoon remote precipitation, Extreme rainfall, Moisture transport, Monsoonal flow

1006–9895(2014)03–0537–14

P456

A

10.3878/j.issn.1006-9895.2013.13173

2013–05–10，

2013–09–09收修定稿

國家科技支撐計劃項目2012BAK10B04，國家自然科學基金重點項目41130960，國家自然科學基金面上項目41075037，國家重點基礎研究發展計劃項目2009CB421504

徐洪雄，男，1984年出生，助理研究員，主要從事熱帶氣旋與暴雨研究。E-mail: dorn1984@163.com

徐洪雄, 徐祥德, 張勝軍, 等. 2014. 臺風韋森特對季風水汽流的“轉運”效應及其對北京7·21暴雨的影響[J]. 大氣科學, 38 (3): 537–550, doi:10. 3878/j.issn.1006-9895.2013.13173. Xu Hongxiong, Xu Xiangde, Zhang Shengjun, et al. 2014. Long-range moisture alteration of a typhoon and its impact on Beijing extreme rainfall [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 38 (3): 537–550.