1210號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”在山東的水汽和云中水凝物輸送收支分析?

龔佃利， 劉詩軍， 盛日鋒

(1.山東省人民政府人工影響天氣辦公室，山東 濟(jì)南 250031； 2.山東省氣象科學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250031)

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1210號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”在山東的水汽和云中水凝物輸送收支分析?

龔佃利1， 劉詩軍2， 盛日鋒1

(1.山東省人民政府人工影響天氣辦公室，山東 濟(jì)南 250031； 2.山東省氣象科學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250031)

在中尺度數(shù)值模式(MM5)對(duì)1210號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”(DAMREY)影響山東期間的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和降水時(shí)間、范圍、強(qiáng)度等較準(zhǔn)確模擬基礎(chǔ)上，利用模式輸出的三維風(fēng)場(chǎng)、比濕、云中各水凝物比含量等數(shù)據(jù)，以山東省為計(jì)算范圍，對(duì)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”在山東境內(nèi)的水汽和云中水凝物水平輸送收支量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)水汽和云中水凝物垂直輸送的結(jié)構(gòu)、降水轉(zhuǎn)化率進(jìn)行分析，得到一些定量分析結(jié)果。結(jié)果顯示，“達(dá)維”影響山東期間，輸入山東的水汽和云中水凝物總量合計(jì)719.39億m3、凈輸入量48.61億m3，但云中水凝物輸送量所占比例很小，不足1%；輸入的水汽和云中水凝物總量?jī)H有6.68%轉(zhuǎn)化為地面降水；水汽和云中水凝物凈輸入量與模擬降水量基本持平；經(jīng)過850 hPa垂直向上的水汽輸送量也接近于模擬降水量?！斑_(dá)維”在山東的強(qiáng)降水時(shí)段，云中水凝物更新時(shí)間周期約11～48min，平均28min。上述結(jié)果反映了臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”水分循環(huán)和云降水轉(zhuǎn)化的基本特征。

臺(tái)風(fēng)；水汽輸送；云中水凝物輸送；水分循環(huán)；數(shù)值模擬

研究區(qū)域大氣水分的收支循環(huán)規(guī)律，對(duì)于準(zhǔn)確把握區(qū)域水資源氣候狀況和演變趨勢(shì)、提高對(duì)災(zāi)害性天氣物理成因的認(rèn)識(shí)具有重要意義[1-3]。吳國(guó)雄[4]研究了不同尺度的大氣運(yùn)動(dòng)對(duì)水汽輸送和收支的貢獻(xiàn)，認(rèn)為平均經(jīng)圈環(huán)流的輸送比渦動(dòng)輸送強(qiáng)一個(gè)量級(jí)，垂直水汽通量比水平水汽通量小3～4個(gè)量級(jí)，但垂直通量的垂直輻散與水平通量的水平輻散大小相當(dāng)，反映了垂直輸送在大氣水汽收支中的作用。暴雨作為大氣水分循環(huán)運(yùn)動(dòng)中最活躍的天氣系統(tǒng)，許多研究者[5-7]通過客觀分析和數(shù)值模擬，對(duì)中國(guó)江淮梅雨期持續(xù)暴雨和華南暴雨的水汽輸送、收支和循環(huán)特征進(jìn)行了研究，揭示了水汽循環(huán)與暴雨的內(nèi)在聯(lián)系及作用。Gao等[8]將大氣中水汽和云中包括液態(tài)(云水、雨水)和固態(tài)(冰晶、雪、霰)水凝物(統(tǒng)稱“云中水凝物”)的變化方程結(jié)合起來,得到一個(gè)地面降水診斷方程,定量研究大氣中水汽和云的演變過程及其與降水的關(guān)系。近年來，通過對(duì)山東省域范圍的水汽輸送和收支量的數(shù)值分析，初步揭示了山東水汽輸送、收支的基本特征[9-10],但對(duì)山東降水天氣系統(tǒng)的水汽垂直輸送、云中水凝物輸送收支及其與降水的水量平衡關(guān)系，尚沒有開展過具體的分析研究。臺(tái)風(fēng)是產(chǎn)生暴雨的重要天氣系統(tǒng)，目前對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)和致災(zāi)機(jī)制的研究較多[11-14]，有的研究揭示了臺(tái)風(fēng)右側(cè)水汽輸送與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、移動(dòng)和降水的關(guān)系[15]，但對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的水分循環(huán)特征分析研究較少。

1210號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”(DAMREY)是1949年以來登陸長(zhǎng)江以北最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，其強(qiáng)度強(qiáng)、尺度小，整體穿越山東，為研究其在山東境內(nèi)的水汽和云中水凝物輸送及降水轉(zhuǎn)換特征提供了難得實(shí)例。本文利用MM5中尺度數(shù)值模式，在對(duì)該臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)、降水時(shí)間、范圍、強(qiáng)度等較準(zhǔn)確模擬基礎(chǔ)上，以山東省為計(jì)算范圍，對(duì)其在山東境內(nèi)的水汽和云中水凝物輸送收支量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)水汽和云垂直輸送的結(jié)構(gòu)、降水轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行分析，以期了解典型臺(tái)風(fēng)暴雨的水汽和云中水凝物輸送收支及水分循環(huán)的特征。

1 臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”影響山東概況

1210號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”(以下簡(jiǎn)稱“達(dá)維”)于2012年8月2日13∶30(世界時(shí)，下同)前后，以臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度登陸江蘇省響水縣陳家港鎮(zhèn)，其中心于2日19∶10-3日17∶30穿越山東北上，在山東境內(nèi)歷時(shí)約22h20min?！斑_(dá)維”是1949年以來首個(gè)以臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度登陸長(zhǎng)江以北的臺(tái)風(fēng)，進(jìn)入山東后逐漸減弱為熱帶風(fēng)暴，給山東半島帶來強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣。

圖1給出了“達(dá)維”逐時(shí)(8月2日09時(shí)-3日20時(shí))中心路徑及其在山東的過程(8月2日06時(shí)-4日00時(shí))降雨量。期間，山東共有1 412個(gè)自動(dòng)氣象站出現(xiàn)降雨，超過100mm的有119個(gè)，最大雨量出現(xiàn)在濱州沙頭測(cè)站288.8 mm，全省過程平均降雨量32.8 mm。

圖1 “達(dá)維”逐小時(shí)中心路徑及其在山東的過程降雨量(單位：mm)

2 數(shù)值模擬方案及結(jié)果

2.1 數(shù)值模擬方案

采用MM5v3.6模式版本和3層嵌套網(wǎng)格,水平分辨率分別為54、18和6 km，外層大網(wǎng)格區(qū)域覆蓋中國(guó)大部和東亞范圍，內(nèi)層嵌套小網(wǎng)格覆蓋山東，圖2給出了模式網(wǎng)格嵌套范圍示意圖。以北京T639數(shù)值預(yù)報(bào)資料為模式背景場(chǎng)，8月2日00時(shí)為模式初值時(shí)刻，同化8月2日00時(shí)-12時(shí)高空、地面觀測(cè)資料，形成模式的初值；采用時(shí)變側(cè)邊界、MRF行星邊界層參數(shù)化方案(Hong-Pan)[16]和云輻射處理方案(Dudhia)[17]；垂直方向σ坐標(biāo)分27層，模式層頂取100 hPa。3層網(wǎng)格顯式云物理方案選用Reisner霰方案[18],對(duì)流參數(shù)化方案選用Kain-Fritsch方案[19]。海表溫度(SST)利用NOAA周平均資料。模式預(yù)報(bào)時(shí)間為48 h。

圖2 模式3層嵌套網(wǎng)格范圍示意圖

(圖(a)、(b)中實(shí)線為等高線，間隔4 dgpm；虛線為等溫線，間隔4 ℃；圖(c)中實(shí)線為整層積分水汽含量，單位：mm。(a),(b)Solid lines represent geopotential height;Contour interval is 4 dgdp;Dashed lines represent temperature;Contour interval is 4 ℃；(c)Solid lines represent vertical integrated vapor content;Contour interval is 10 mm.)

圖3 8月2日12時(shí)500 hPa形勢(shì)實(shí)況場(chǎng)(a)、模擬場(chǎng)(b)及850 hPa風(fēng)場(chǎng)和最大可降量(c)
Fig.3 The objective analysis(a),simulation(b) of 500 hPa geopotential height, temperature,winds,and 850 hPa wind,tecipitable water(c) at 12∶00 UTC 2 Aug.,2012

2.2 環(huán)流形勢(shì)

圖3(a)、圖3(b)分別給出8月2日12時(shí)500 hPa形勢(shì)實(shí)況場(chǎng)和預(yù)報(bào)場(chǎng)。可見，模式預(yù)報(bào)與實(shí)況吻合很好；此時(shí)，“達(dá)維”中心位于蘇北沿海，東海南部為1209號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇拉”?！斑_(dá)維”處于西太平洋副高和臺(tái)風(fēng)“蘇拉”之間的均位勢(shì)高度場(chǎng)中，尺度較小，受副高西側(cè)東南氣流引導(dǎo)向西北方向移動(dòng)。圖3(c)給出同時(shí)刻850 hPa風(fēng)場(chǎng)和垂直積分水汽含量模式預(yù)報(bào)結(jié)果?？梢?，與“達(dá)維”伴隨的東南水汽輸送帶在魯東南和半島南部具有明顯的風(fēng)速輻合和氣旋性風(fēng)切變，垂直積分水汽含量超過70 mm；這表明“達(dá)維”東南水汽輸送帶水汽含量高，并在山東東南沿海出現(xiàn)強(qiáng)輻合上升運(yùn)動(dòng)，這為其在山東產(chǎn)生強(qiáng)降水提供了有利的水汽輸送和動(dòng)力輻合條件。

2.3 降水

圖4(a)給出了8月2日06時(shí)-4日00時(shí)模式模擬降水量?？梢?，模擬“達(dá)維”降水覆蓋山東全境，強(qiáng)降水主要分布于魯東南、魯中山區(qū)東部、半島南部和魯北地區(qū)，局部降水超過100 mm，魯西南降水大多小于15 mm，這與圖1中實(shí)際降水分布基本一致。圖4(b)為模擬2日18時(shí)850 hPa風(fēng)場(chǎng)及過去3 h雨量?？梢?，模式模擬的“達(dá)維”風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)、雨帶分布與同期雷達(dá)回波(圖4c)基本吻合。模式對(duì)“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)的準(zhǔn)確模擬是進(jìn)一步計(jì)算分析其水汽和云中水凝物輸送特征的基礎(chǔ)。

3 水汽和云中水凝物輸送收支特征

3.1 計(jì)算方法

圖5給出了計(jì)算山東省域范圍水汽輸送的邊界示意圖。虛線為山東實(shí)際邊界，實(shí)線為計(jì)算分析邊界，共有134個(gè)點(diǎn)組成。按雙線性插值方法，將模式第2層嵌套網(wǎng)格輸出的垂直各等壓面比濕q，風(fēng)分量(u，v)等格點(diǎn)數(shù)據(jù)插值到山東各邊界點(diǎn)上，并分別計(jì)算緯向水汽通量Fx和經(jīng)向水汽通量Fy，計(jì)算公式為：

式中：p0取1 000 hPa；p取200 hPa。由以上公式計(jì)算邊界各點(diǎn)整層緯向、經(jīng)向水汽通量后，再進(jìn)行邊界積分，計(jì)算垂直于東西(南北)邊界的緯向(經(jīng)向)整層水汽輸送通量，進(jìn)而可得到流經(jīng)山東的總體水汽輸入、輸出通量和兩者的差值(水汽凈輸入通量)。假設(shè)短時(shí)間內(nèi)水汽輸送是均勻的，再經(jīng)時(shí)間積分(模式1h輸出1次)，可得到全省范圍一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)水汽輸入、輸出總量和水汽凈輸入量。同樣，利用模式輸出的各高度層水平風(fēng)和云中水凝物(包括云水Qc、雨水Qr、雪Qs、霰Qg、冰晶Qi)的比含量，可計(jì)算經(jīng)由山東邊界的云中水凝物水平輸入量、輸出量和凈輸入量。

3.2 水平輸送量分析

表1給出了8月2日06時(shí)-4日00時(shí)“達(dá)維”對(duì)山東的水汽和云中水凝物輸送量?？梢姟斑_(dá)維”影響山東期間，輸入山東水汽和云中各水凝物合計(jì)719.39億m3、輸出670.78億m3，凈輸入量48.61億m3。相對(duì)于水汽的輸入、輸出量，云中水凝物的輸入、輸出量很小，只占水汽和云中水凝物總輸入、輸出量的0.314%和0.844%。模擬同時(shí)段山東平均降水量30.82 mm，折合48.079億m3(實(shí)際降水量50.388億m3)，可見，水汽和云中水凝物凈輸入量與模擬降水量基本持平。由此可以推斷，“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)影響山東期間，由于空氣接近飽和，地面蒸發(fā)量可忽略，降水前后空中水汽和水凝物含量局地變化也不大，因此山東省內(nèi)的降水量近似等于水汽和云中水凝物的凈輸入量，這與施其仁等[20]、劉國(guó)緯[21]基于大氣水分平衡方程的理論分析相一致。

圖5 山東省域范圍水汽輸送邊界示意圖

Table 1 Transport and budget of vapor and cloud hydrometeors of DAMREY in Shandong /108 m3

Note：① Vapor;②Cloud hydrometeors；③Total

模式模擬8月2日06時(shí)-4日00時(shí)降水量與總的水汽和云中水凝物輸入量相比，降水轉(zhuǎn)化率僅為6.68%，這表明絕大多數(shù)水汽成為過境水汽，未轉(zhuǎn)化為降水。同時(shí)，地面降水量遠(yuǎn)大于云中水凝物總輸入量，且云中水凝物的凈輸入量為負(fù)值，這表明水汽輸入后，主要通過局地內(nèi)循環(huán)實(shí)現(xiàn)降水的轉(zhuǎn)化，即由于臺(tái)風(fēng)低層極其強(qiáng)勁的水汽水平輸送和輻合上升運(yùn)動(dòng)，水汽通過直接凝結(jié)[22]和抬升凝結(jié)，轉(zhuǎn)化為液固態(tài)水凝物，進(jìn)而降落地面成為降水?？梢姡_(tái)風(fēng)是通過局地內(nèi)循環(huán)成云致雨、降水轉(zhuǎn)化極其高效的天氣系統(tǒng)。

圖6給出山東4個(gè)邊界逐3 h水汽輸入、輸出量?？梢?，山東南、東邊界為水汽輸入主要邊界，北和西邊界則是主要輸出邊界。這主要是因臺(tái)風(fēng)東南水汽輸送帶水汽含量高、水汽通量大，為臺(tái)風(fēng)降水提供了充足的水汽輸送供應(yīng)；而隨著臺(tái)風(fēng)的北上，大量水汽經(jīng)由山東北邊界、西邊界輸出山東，成為過境水汽。

3.3 水平輸送的垂直結(jié)構(gòu)

圖7(a)給出了2日06時(shí)-4日00時(shí)，經(jīng)山東邊界的水汽平均水平輸送率的垂直結(jié)構(gòu)。可見，水汽水平輸入(出)集中在700 hPa以下，占整層水平輸送量的82%以上，且水汽輸入大于輸出，呈現(xiàn)水汽的凈輸入；最大水汽水平輸送層在900 hPa，其輸入率為1 691.84 m3·hPa-1·s-1、輸出率為1 547 m3·hPa-1·s-1；中高層(650 hPa以上)水汽輸出大于輸入，表現(xiàn)為水汽凈輸出。

與水汽水平輸送相比，云中水凝物經(jīng)山東邊界水平輸送率垂直結(jié)構(gòu)具有明顯差別(圖7(b))。云中水凝物輸入(出)高度層主要集中在700～450 hPa，占整層云中水凝物輸送量的55%以上。最大云中水凝物水平輸送高度在550 hPa,其輸入率為3.777 m3·hPa-1·s-1，輸出率為8.373 m3·hPa-1·s-1。以最大輸送層進(jìn)行比較，云中水凝物輸入率僅占水汽輸入率的0.22%，輸出率僅占水汽輸出率的0.54%。因此，整體看，云中水凝物的水平輸送基本可以忽略不計(jì)。

圖6 山東各邊界3 h水汽輸入量(a)、輸出量(b)演變

圖7 8月2日06時(shí)—4日00時(shí)經(jīng)山東邊界的水汽(a)和云中水凝物(b)水平輸送率垂直分布(單位：m3·hPa-1·s-1)

3.4 水汽垂直輸送

地面降水主要通過水汽輻合上升，凝結(jié)轉(zhuǎn)化為液固態(tài)水，經(jīng)冰晶繁生、雨滴碰并增長(zhǎng)等復(fù)雜的微物理過程，形成大雨滴后降落地面形成的。因此，水汽的向上垂直輸送是降水產(chǎn)生的關(guān)鍵條件。圖8給出了青島附近(120°E，36°N)垂直速度、比濕、云中水凝物含量的時(shí)間-高度演變圖?？梢?，8月2日下午開始，受強(qiáng)東南水汽輸送和上升運(yùn)動(dòng)的影響，700 hPa以下比濕數(shù)值明顯增大，8月2日12時(shí)后，2 g·kg-1等值線迅速伸展到400 hPa以上(見圖8(a))；在垂直上升運(yùn)動(dòng)中心區(qū)，比濕等值線明顯向上突起，表明低層水汽有明顯的垂直向上輸送。同時(shí)，中高層垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與云中液固態(tài)水凝物含量大值區(qū)相對(duì)應(yīng)(見圖8(b))，表明低層水汽輸送到中高層后，明顯向云水、冰晶、雪、霰、雨水等水凝物轉(zhuǎn)化，致使600～300 hPa高度層出現(xiàn)水凝物的高值累積區(qū)。從云中水凝物比含量與比濕數(shù)值對(duì)比看，兩者僅差1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，與兩者水平輸送量的巨大差別明顯不同。因此，云中水凝物作為水汽向地面降水轉(zhuǎn)化的中間環(huán)節(jié)，反映出云降水主要以水分內(nèi)循環(huán)為主，實(shí)現(xiàn)輸入水汽向降水的轉(zhuǎn)化。

(圖(a)、(b)中黑等值線分別為比濕和云中水凝物比含量，單位：g·kg-1；彩色等值線為垂直速度,單位：m·s-1。(a),(b)Black lines represent specific humidity and cloud hydrometeors;Units is g·kg-1;Colorful lines represent vertical speed;Units is m·s-1.)

圖8 青島附近比濕與垂直速度(a)、云中水凝物比含量(b)時(shí)間-高度演變

Fig.8 The time-height section of specific humidity(and vertical speed(a),same as(a) but for cloud hydrometeors(b))

為估算“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)影響山東期間，低層水汽垂直向上輸送量大小及其時(shí)間演變，計(jì)算了山東范圍經(jīng)由925、850和700 hPa等壓面平均向上水汽凈輸送率(見圖9)。可見，8月2日15時(shí)之前，3層向上平均水汽凈輸送率小于0，表現(xiàn)為山東低層以下沉運(yùn)動(dòng)為主；臺(tái)風(fēng)影響山東后，3層均轉(zhuǎn)為向上凈輸送；至8月3日00時(shí)，850、700 hPa均達(dá)到最大值(此時(shí)，山東空中垂直積分云水、雨水含量也達(dá)到最大值)。8月2日06時(shí)至4日00時(shí)，山東省域范圍水汽通過3層等壓面向上平均凈輸送率分別為0.149、0.215和0.194 g·m2·s-1,山東省域面積以15.6萬km2估算，42h內(nèi)累計(jì)通過925、850和700 hPa等壓面向上水汽凈輸送量分別為35.154、50.721和45.749億m3。其中，通過850 hPa向上凈輸送的水汽量與降水量基本相當(dāng)。

圖9 山東低層水汽經(jīng)925，850，700hPa垂直向上平均凈輸送率演變

4 “達(dá)維”臺(tái)風(fēng)云降水轉(zhuǎn)化效率

圖10(a)給出8月2日06時(shí)-4日00時(shí)，山東范圍垂直積分云水、雨水、過冷水和固態(tài)水含量(折合地面降水量)演變。可見，“達(dá)維”影響山東強(qiáng)降水時(shí)段(2日12時(shí)-3日12時(shí))，云中各水凝物含量基本同步增減演變，整層積分雨水含量占比最大，積分云水和固態(tài)水大致相當(dāng)，積分過冷水含量平均約占積分云水含量的31.5%。圖10(b)給出了山東全省云中水凝物總量與模擬逐時(shí)平均雨量的演變。可見，云中水凝物總量最大值出現(xiàn)在2日22時(shí)，全省平均1.104 mm，而模擬1 h降水量最大值出現(xiàn)在3日03時(shí)，全省平均2.09 mm。計(jì)算模擬1 h平均雨量與云中水凝物總量的比值，可表征云中水凝物轉(zhuǎn)化為地面降水的速率；2日12時(shí)-3日12時(shí)，該比值介于1.24～5.67次/h，平均2.13次/h，即云中水凝物更新的時(shí)間周期約11～48 min，平均28 min。

從空間上看，臺(tái)風(fēng)不同部位的云中水凝物總量和降水轉(zhuǎn)化速率差別較大。以8月2日22時(shí)為例，云中水凝物高值區(qū)主要分布于臺(tái)風(fēng)第一象限的螺旋云帶中(見圖11(a))，與東南水汽輸送帶的風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)相對(duì)應(yīng)，折合地面降水多介于1～5 mm,最大中心超過15 mm，對(duì)應(yīng)云中水凝物更新速率大約2～5次/h(見圖11(b))。可見，臺(tái)風(fēng)東北側(cè)第一象限的強(qiáng)降水區(qū)，具有水汽輸送充沛、云中水凝物含量豐富、云降水轉(zhuǎn)化快等特點(diǎn)。

(圖(a)、(b)橫軸粗線為2日12時(shí)至3日12降水集中時(shí)段。(a),(b)The thick line overlay on the horizontal axis show the main precipitation period from 12∶00 UTC 2 Aug to 12∶00 UTC 3 Aug.)

圖10 山東范圍云中各水凝物逐時(shí)平均含量(a)、水凝物總量與1 h平均降水量(b)

Fig.10 The hourly average content of each cloud hydrometeors in Shandong from 06∶00 UTC 2 Aug to 00∶00 UTC 4 Aug(a) and the total content of cloud hydrometeors,1 hour rainfall in the same time(b)

5 結(jié)論

通過對(duì)1210號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”在山東省域范圍內(nèi)的水汽和云中水凝物水平輸送收支量、垂直輸送結(jié)構(gòu)及降水轉(zhuǎn)化率等的數(shù)值分析，可以得到以下分析結(jié)果：

(1)“達(dá)維”影響山東期間，輸入山東的水汽和云中水凝物總量合計(jì)719.39億m3、輸出量670.78億m3，凈輸入量48.61億m3，但云中水凝物輸送量所占比例很小。水汽和云中水凝物凈輸入量與模擬降水量基本持平，表明水汽主要通過局地水分內(nèi)循環(huán)過程轉(zhuǎn)化為地面降水。相對(duì)于巨大的水汽和云中水凝物輸入量而言，模式給出的降水轉(zhuǎn)化率僅為6.68%，這表明絕大多數(shù)水汽成為過境水汽，未轉(zhuǎn)化為降水，尚有很大的降水潛力。

圖11 8月2日22時(shí)模擬云中水凝物總量分布(a)和降水轉(zhuǎn)化率(b)

(2)從水汽和云中水凝物水平輸送的垂直分布結(jié)構(gòu)看，水汽輸入(出)集中在700 hPa以下低層，占整層水平輸送量的82%以上，最大水汽水平輸送高度在900 hPa,低層呈現(xiàn)水汽凈輸入、中高層則為凈輸出；云中水凝物輸入(出)主要集中在700～450 hPa，占整層云中水凝物水平輸送量的55%以上,最大云中水凝物水平輸送高度在550 hPa。整體看，云中水凝物的水平輸送基本可以忽略不計(jì)。

(3)水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)，使低層水汽向中高層輸送，是成云致雨，實(shí)現(xiàn)水汽向降水轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵?！斑_(dá)維”影響山東期間的42h內(nèi)，通過850 hPa等壓面向上凈輸送的水汽量與降水量基本相當(dāng)，而在其強(qiáng)降水時(shí)段內(nèi)，云中水凝物轉(zhuǎn)化為地面降水的速率很快，其更新時(shí)間周期約11～48 min，平均28 min。

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責(zé)任編輯 龐 旻

Numerical Investigation of Transport of Water Vapor and Cloud hydrometeors During Typhoon “DAMREY” Influence on Shandong Peninsula

GONG Dian-Li1, LIU Shi-Jun2, SHENG Ri-Feng1

(1. Shandong Weather Modification Office, Ji′nan 250031,China；2.Shandong Meteorology Institute, Ji′nan 250031,China)

By using non-hydrostatic model MM5 v3.6,the wind field structure and precipitation time, distribution, intensity of No.1210 typhoon “DAMREY” were simulated and verified.Using the model output data of the three-dimensional wind, specific humidity and various cloud hydrometeors, the amount of input, output and net input of the water vapor and cloud hydrometeors in Shandong region were calculated, and the vertical transport structure of water vapor and cloud hydrometeors, precipitation conversion efficiency were analyzed, Some quantitative results can be obtained. During “DAMREY” influence on Shandong peninsula,the input of water vapor and cloud hydrometeors in Shandong region was 719.39×108m3,the net input was 48.61×108m3,but the input of cloud hydrometeors was very little, Less than 1%. The rainfall accounted for 6.68% of the total input of water vapor and cloud hydrometeors. The net input of water vapor and cloud hydrometeors keep balance to simulated rainfall, the vertical transport of water vapor upward through 850 hPa was also close to the simulated rainfall. During the main precipitation period of “DAMREY”, the update time of cloud hydrometeors was about 11～48 minutes, average time was 28 minutes. The results reflected the basic characteristics of water cycle and precipitation conversion of typhoon “DAMREY”.

typhoon； water vapor transport； cloud hydrometeors transport； water vapor cycle； numerical simulation

山東省氣象局重點(diǎn)課題“空中云水資源監(jiān)測(cè)評(píng)估與可催化條件分析技術(shù)研究”項(xiàng)目(2012sdqxz07)資助

2014-09-24；

2014-12-18

龔佃利(1969-)，男，研究員級(jí)高工。E-mail:sdgongdl@163.com

P458.1+24

A

1672-5174(2015)09-028-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20140299