臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的路徑和降水特征診斷分析

江麗俐 錢卓蕾 張建海

(紹興市氣象臺(tái)，浙江 紹興 312000)

臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的路徑和降水特征診斷分析

江麗俐 錢卓蕾 張建海

(紹興市氣象臺(tái)，浙江 紹興 312000)

利用實(shí)測(cè)資料和客觀分析資料，綜合分析環(huán)流背景、下墊面、水汽輸送等對(duì) “燦鴻”路徑和強(qiáng)降水分布影響。研究表明，位于東部沿海的高壓脊東移并入使得副高加強(qiáng)北進(jìn)，以及“燦鴻”與“蓮花”之間弱的雙臺(tái)風(fēng)互旋作用，導(dǎo)致“燦鴻”路徑偏東。圍繞臺(tái)風(fēng)中心的輸送帶將充沛水汽源源不斷輸送至浙東沿海上空，低層暖濕氣流使得大氣趨于對(duì)流不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量釋放激發(fā)的上升運(yùn)動(dòng)，與四明山區(qū)迎風(fēng)坡強(qiáng)迫抬升疊加作用，形成了位于四明山區(qū)的暴雨中心。整個(gè)臺(tái)風(fēng)影響期間浙江東部沿海大氣比較穩(wěn)定，暴雨主要是由大氣的斜壓作用引起的。臺(tái)風(fēng)登陸前東西側(cè)螺旋云帶逐漸趨于對(duì)稱，但其與南側(cè)季風(fēng)云團(tuán)的聯(lián)系基本被切斷，使得浙江沒有出現(xiàn)大范圍的暴雨區(qū)。

“燦鴻” ；路徑；降水

0 引 言

臺(tái)風(fēng)暴雨長期以來是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。陳聯(lián)壽等[1]、李英等[2]、曾靜[3]從能量轉(zhuǎn)換、水汽輸送、中緯度斜壓鋒區(qū)和環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的變化等方面研究了登陸后熱帶氣旋的維持機(jī)制。陳德花、劉峰等[4-5]還將濕位渦應(yīng)用到 0604號(hào)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”和0908號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫拉克”的研究中，分析了其濕位渦中尺度時(shí)空分布特征, 探討了濕位渦發(fā)展、減弱與暴雨增幅、減弱的相關(guān)性。黃億等[6]利用中尺度模式WRF對(duì) 0515號(hào)臺(tái)風(fēng)“卡努”臺(tái)風(fēng)模擬所輸出的高分辮率資料,借助等熵位渦及濕位渦的方法進(jìn)行診斷分析,揭示臺(tái)風(fēng)暴雨過程中的中尺度系統(tǒng)演變特征以及探討臺(tái)風(fēng)暴雨發(fā)展與維持的機(jī)制。許愛華[7]分析了環(huán)流背景、冷空氣活動(dòng)和下墊面對(duì)0414號(hào)臺(tái)風(fēng)“云娜”臺(tái)風(fēng)登陸后的路徑和降水變化的影響。張建海[8]從臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度、移速、結(jié)構(gòu)、環(huán)境場(chǎng)、地形等多個(gè)方面對(duì)0505號(hào)臺(tái)風(fēng)“海棠”和 0509號(hào)臺(tái)風(fēng)“麥莎”兩次臺(tái)風(fēng)暴雨過程進(jìn)行比較分析。雖然通過這些研究對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的發(fā)生發(fā)展有了更為清楚認(rèn)識(shí)，但對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的預(yù)報(bào)、尤其是臺(tái)風(fēng)登陸區(qū)暴雨強(qiáng)度及分布的預(yù)報(bào)仍很困難，至今仍有許多問題有待深入研究。

1 “燦鴻”概況和風(fēng)雨影響

“燦鴻”(1509)于2015年6月30日20時(shí)在西北太平洋生成，7月3日02時(shí)加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，隨后強(qiáng)度出現(xiàn)減弱， 7日02時(shí)再度加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，9日14時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，9日23時(shí)加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，11日16時(shí)在舟山市普陀區(qū)朱家尖鎮(zhèn)登陸，登陸時(shí)強(qiáng)度為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。“燦鴻”活動(dòng)期間，西北太平洋還同時(shí)存在“蓮花”(1510)和“浪卡”(1511)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)。3臺(tái)風(fēng)共存不僅使三者之間產(chǎn)生相互影響，還與副熱帶高壓及西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)雜影響，使得“燦鴻”路徑復(fù)雜多變(圖1a)。

“燦鴻”成為1949年以來7月份登陸浙江省最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，給浙江帶來強(qiáng)降水，特別是東部地區(qū)暴雨強(qiáng)度強(qiáng)，累計(jì)雨量大。降雨主要集中在10 日08 時(shí)至12日08 時(shí)，舟山、寧波中南部和臺(tái)州的東北部地區(qū)過程累計(jì)雨量超過200 mm，暴雨中心位于四明山區(qū)，最大為余姚大嵐鎮(zhèn)丁家畈531 mm、余姚四明山鎮(zhèn)棠溪528 mm(圖1b)。

“燦鴻”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度維持時(shí)間長達(dá)35 h，加上登陸時(shí)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，造成浙江省中北部沿海持續(xù)出現(xiàn)12～14級(jí)局部15～16級(jí)大風(fēng),內(nèi)陸大部地區(qū)、江湖水面及杭州灣等持續(xù)出現(xiàn)7～10級(jí)大風(fēng)，最長達(dá)24 h之久。實(shí)測(cè)最大瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)在定海區(qū)克沖崗53 m/s(16級(jí))。

圖1 (a)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”路徑圖；(b)10 日08 時(shí)至12日08 時(shí)累計(jì)雨量分布圖(單位：mm)

2 路徑分析

2.1 500 hPa高度場(chǎng)

西北太平洋臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑是由副熱帶高壓和西風(fēng)系統(tǒng)配置和動(dòng)態(tài)變化來共同決定的。首先來分析一下500hPa的環(huán)流。7月7—8日副高呈帶狀分布，其脊線穩(wěn)定在31°N～32°N，中心位于日本海以東洋面上。“燦鴻”受到副高南側(cè)穩(wěn)定深厚的東偏南氣流引導(dǎo)，向西偏北方向移動(dòng)，移速較快(圖2a)。中高緯地區(qū)90°E～110°E有一低槽，110°E～130°E東部沿海為高壓脊控制，且由于不斷有暖平流補(bǔ)充，強(qiáng)度不斷加強(qiáng)。此時(shí)，中心位于臺(tái)灣海峽的“蓮花”距離“燦鴻”14個(gè)緯距，位于“燦鴻”以東的洋面上“浪卡”距離17個(gè)緯距，均不存在明顯的互旋作用。同時(shí)，由于“蓮花”強(qiáng)度減弱，副高有略往西伸的趨勢(shì)。到了9日位于東部沿海的高壓脊東移并入副高之中，使得副高加強(qiáng)北進(jìn)，軸線轉(zhuǎn)為西北—東南向，因此引導(dǎo)氣流南風(fēng)分量加大，使得“燦鴻”向西北方向移動(dòng)(圖2b)，與“蓮花” 距離拉近為12個(gè)緯距。研究表明[9]雙臺(tái)風(fēng)距離達(dá)到了12個(gè)緯距的臨界距離，會(huì)繞兩者之間連線的某點(diǎn)做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。互旋作用也使得“燦鴻”北上風(fēng)量加大。同時(shí)由于“蓮花”強(qiáng)度明顯減弱，位于“燦鴻”西北部的地區(qū)被西伸的副高控制，使得“燦鴻”移動(dòng)速度放緩。10日由于“燦鴻”勢(shì)力較強(qiáng)，副高被其擠壓，125°E以東軸線西北—東南向的特征更加明顯，而125°E以東副高的脊西伸至大陸，軸線為西西北—東東南向。11日海上副高和大陸高壓斷裂，“燦鴻”從兩高之間穿過，北上在舟山登陸，后受北邊的西風(fēng)槽前西南氣流引導(dǎo)，向東北方向移去。

(a)7月8日20時(shí)；(b)7月9日20時(shí)圖2 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng) (單位：dagpm)

2.2 200 hPa流場(chǎng)

一般來說，高層的輻散場(chǎng)也能對(duì)臺(tái)風(fēng)的移向有一定的引導(dǎo)作用。7月8日有一深槽從華北一直南伸至西南，槽前有高空急流，華南沿海位于槽前高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)，有利于臺(tái)風(fēng)西行(圖3a)。日本海以南為一反氣旋環(huán)流的中心，10日起深槽北縮，反氣旋環(huán)流加強(qiáng)北進(jìn)，軸線變成了南北向，中心向西南移動(dòng)到了臺(tái)灣以東的上空，并一直維持，從中心流出的氣流為沿海提供了有利的輻散條件，引導(dǎo)臺(tái)風(fēng)偏北移動(dòng)(圖3b)。

(a)7月8日20時(shí)；(b)7月10日20時(shí)圖3 200 hPa流場(chǎng) (陰影為高空急流，全風(fēng)速≥30 m/s)

3 強(qiáng)降水相關(guān)物理量診斷

3.1 水汽條件

從 850 hPa 水汽通量散度和流場(chǎng)分析表明，7月 9日20時(shí)“燦鴻”臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和水汽輸送呈現(xiàn)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，主要的水汽輸送帶是通過圍繞臺(tái)風(fēng)中心第一和第四象限的西南風(fēng)—東南風(fēng)的一條急流帶完成，水汽通量散度中心值為95 g/(s·hPa·cm2)，位于臺(tái)風(fēng)中心北北東的方位。“燦鴻”西側(cè)外圍環(huán)流與“蓮花”的環(huán)流連成一片，使得“燦鴻”西側(cè)的水汽輸送大值帶往西延伸浙閩沿海地區(qū)，這些地區(qū)出現(xiàn)陣雨，浙江其他地區(qū)降水不是很強(qiáng)。10日水汽通量散度大值帶強(qiáng)度略減弱，中心值為80 g/(s·hPa·cm2)(圖4a)。“燦鴻”西側(cè)外圍環(huán)流向“蓮花”進(jìn)行水汽輸送帶基本切斷。隨著臺(tái)風(fēng)的西北移逐漸靠近，浙江東南部沿海上空均為水汽通量散度負(fù)值區(qū)，此時(shí)沿海的降水強(qiáng)度逐漸加大。11日臺(tái)風(fēng)中心到達(dá)舟山群島時(shí)，水汽通量散度大值帶強(qiáng)度有所減弱，最大值為50 g/(s·hPa·cm2)，但水汽通量散度負(fù)值區(qū)分布形態(tài)也發(fā)生改變，在圍繞臺(tái)風(fēng)中心的東北部和西北部均存在一個(gè)水汽通量散度負(fù)值中心，暴雨中

心位于西北部負(fù)值中心附近，大量的水汽在此處水平輻合，為強(qiáng)降水提供非常好的水汽條件(圖4b)。

從暴雨中心逐6 h降水量和對(duì)應(yīng)時(shí)次水汽通量散度的時(shí)間分布來看，強(qiáng)降水加強(qiáng)和減弱的趨勢(shì)和持續(xù)時(shí)間與其上空850 hPa水汽通量散度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖4c)。

3.2 垂直運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定層結(jié)條件

假相當(dāng)位溫可以反映大氣濕斜壓能量的分布，可以用來研究臺(tái)風(fēng)的能量變化。根據(jù)11日08時(shí)通過臺(tái)風(fēng)低壓中心的徑向剖面(圖4d)可以看到，此時(shí)暴雨區(qū)一部分出現(xiàn)在等值線的密集鋒區(qū)之中，位于其東側(cè)的另一部分暴雨區(qū)位于對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)，近地面到950 hPa上空，呈遞減趨勢(shì)，表明大氣處于對(duì)流性不穩(wěn)定，對(duì)流性不穩(wěn)定能量的釋放有利于暴雨的增幅。

圖4d可以看到暴雨中心的東側(cè)為維持了強(qiáng)且深厚的上升運(yùn)動(dòng)：中心強(qiáng)度為-3.5 Pa/ s，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)從900 hPa向上延伸至700 hPa。這里位于四明山的迎風(fēng)坡，臺(tái)風(fēng)北部的東風(fēng)氣流被迫抬升，同時(shí)近地面到900 hPa處于對(duì)流性不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

(a)10 日 20 時(shí)；(b)11日 20 時(shí)；(c)暴雨中心逐6 h降水量和對(duì)應(yīng)時(shí)次水汽通量散度序列圖; (d)根據(jù)11月08時(shí)通過暴雨中心的徑向垂直運(yùn)動(dòng)(W)和假相當(dāng)位溫剖面分布圖(三角形標(biāo)出暴雨中心所在位置)圖4 850 hPa 水汽通量散度和風(fēng)場(chǎng)圖(陰影為≥15 g/(s·hPa·cm2))

綜合水汽通量、垂直運(yùn)動(dòng)和大氣層結(jié)條件來看，在大氣不穩(wěn)定層結(jié)背景條件下，圍繞臺(tái)風(fēng)中心的輸送帶將充沛的水汽源源不斷輸送至浙東沿海上空，低層的暖濕氣流使得大氣趨于對(duì)流不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量的釋放產(chǎn)生中小尺度的上升運(yùn)動(dòng)，與四明山區(qū)迎風(fēng)坡的強(qiáng)迫抬升相疊加，使得本來較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)更加強(qiáng)烈，有利于暴雨的增幅，使得暴雨中心不是位于東部沿海，而是位于四明山區(qū)。

3.3 濕位渦特征

考慮到水汽的影響層次一般在對(duì)流層中低層，因此分析850 hPa上濕位渦的分布特征。有利于揭示低層暖濕氣流的活動(dòng)特征。

根據(jù)濕位渦定義，濕位渦垂直分量(MPV1)代表著氣團(tuán)對(duì)流穩(wěn)定, 負(fù)代表著氣團(tuán)對(duì)流不穩(wěn)定。7月10日20時(shí)(圖略)除了浙西山區(qū)為負(fù)值之外，浙江絕大部分地區(qū)MPV1均為正值，11日02時(shí)浙江全省均為正值，這說明大氣維持對(duì)流穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)強(qiáng)降水區(qū)主要分布在東南沿海地區(qū)，這是由臺(tái)風(fēng)本身環(huán)流帶來的降水。此外還有暖濕氣流在四明山和天目山的迎風(fēng)坡被迫抬升引起的強(qiáng)降水。到了11日08時(shí)浙江省大范圍正MPV1區(qū)覆蓋，除了浙北的北部有弱的負(fù)值區(qū)。此時(shí)強(qiáng)降水除了東南沿海和四明山的迎風(fēng)坡地區(qū)之外，天目山附近的強(qiáng)降水的強(qiáng)度加強(qiáng)，范圍擴(kuò)大，這可能與浙北地區(qū)的對(duì)流不穩(wěn)定有一定聯(lián)系。

濕位渦水平分量(MPV2)是大氣斜壓性對(duì)濕位渦的貢獻(xiàn)，該項(xiàng)負(fù)值越大，表明大氣斜壓性越強(qiáng)。選取7月10日20時(shí)—12日08時(shí)的分析浙江省內(nèi)MPV2的變化情況。可以看到暴雨區(qū)均位于MPV2零線附近的等值線密集帶偏向負(fù)值區(qū)一側(cè)。10日20時(shí)浙江中西部地區(qū)為大范圍正值區(qū)，中心位于浙江東南方向海上的負(fù)值區(qū)向西延伸至浙江東南沿海(圖5a)，斜壓作用增大，其原因主要是由于臺(tái)風(fēng)的逐漸靠近，低空暖濕空氣強(qiáng)勁輸送，垂直風(fēng)切變加大。臺(tái)風(fēng)在沿海附近形成的大范圍暖中心區(qū)和大陸弱的冷場(chǎng)的存在，使得MPV2<0。隨著臺(tái)風(fēng)繼續(xù)西北行靠近，MPV2負(fù)值區(qū)也隨之西進(jìn)靠近浙江沿海(圖5b)，強(qiáng)度維持。等到11日08時(shí)MPV2負(fù)值區(qū)已經(jīng)北移至浙東沿海，強(qiáng)度明顯減弱，依然位于正負(fù)值交界處的高梯度區(qū)的沿海暴雨區(qū)強(qiáng)度和范圍也明顯減弱。11日14時(shí)臺(tái)風(fēng)即將登陸時(shí)，MPV2負(fù)值區(qū)北進(jìn)至浙江東北沿海，強(qiáng)度繼續(xù)減弱(圖5c)，對(duì)應(yīng)的降水強(qiáng)度明顯減弱(圖5d)。

4 衛(wèi)星云圖分析

從可見光云圖上看，在登陸前36 h“燦鴻”的結(jié)構(gòu)緊實(shí)，有明顯的臺(tái)風(fēng)眼結(jié)構(gòu)，螺旋云帶呈非對(duì)稱特征，大部分的螺旋云帶都位于臺(tái)風(fēng)第一和第四象限，西側(cè)的螺旋云帶很稀少，南側(cè)有季風(fēng)云團(tuán)不斷向其輸送水汽(圖6a)。到了登陸前24 h，“燦鴻”云系范圍擴(kuò)大，眼區(qū)結(jié)構(gòu)趨于不明顯，螺旋云帶范圍擴(kuò)大，西側(cè)的螺旋云帶加強(qiáng)，但是整個(gè)臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)趨于松散，其與南側(cè)季風(fēng)云團(tuán)的聯(lián)系也減弱了(圖6b)。登陸前12 h，“燦鴻”云系減弱，螺旋云帶主要分布在第一和第二象限，東西相對(duì)比較對(duì)稱，其與南側(cè)季風(fēng)云團(tuán)的聯(lián)系基本被切斷，來自南海的水汽供應(yīng)減弱。因此浙江東部沿海的降水主要是靠臺(tái)風(fēng)密蔽云區(qū)和螺旋云帶造成的(圖6c)。

(a)10 日9:30；(b)10日 14:30；(c)11 日 8:30圖6 可見光云圖

5 結(jié) 語

本文利用觀測(cè)資料和NCEP FNL逐日4次的分析資料，通過對(duì)2015年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的環(huán)流形勢(shì)和相關(guān)物理量的診斷，研究了“燦鴻”的路徑和強(qiáng)降水分布的原因。得出了以下結(jié)論。

1)位于東部沿海的高壓脊東移并入使得副高加強(qiáng)北進(jìn)，以及“燦鴻”與“蓮花”之間弱的雙臺(tái)風(fēng)互旋作用，導(dǎo)致“燦鴻”路徑偏東，在浙江舟山登陸。

2)圍繞臺(tái)風(fēng)中心的輸送帶將充沛的水汽源源不斷輸送至浙東沿海上空，低層的暖濕氣流使得大氣趨于對(duì)流不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量的釋放產(chǎn)生中小尺度的上升運(yùn)動(dòng)，與四明山區(qū)迎風(fēng)坡的強(qiáng)迫抬升相疊加，有利于暴雨的增幅，形成了位于四明山區(qū)的暴雨中心。

3)整個(gè)臺(tái)風(fēng)影響期間浙江東部沿海大氣對(duì)流不穩(wěn)定的特征不明顯，暴雨主要是由大氣的斜壓作用引起的。

4)臺(tái)風(fēng)登陸前東西側(cè)螺旋云帶逐漸趨于對(duì)稱，但其與南側(cè)季風(fēng)云團(tuán)的聯(lián)系基本被切斷，使得浙江沒有出現(xiàn)大范圍的暴雨區(qū)。

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2016-02-15