兩種不同路徑臺風對四川東北部持續性暴雨影響對比分析

王茂書，肖遞祥，袁 亮，龍俊天，伍 魏

（1.巴中市氣象局，四川 巴中636001；2.四川省氣象臺，四川 成都610072）

臺風是發生在熱帶海洋上強烈的氣旋性渦旋。中國是世界上少數幾個受臺風影響嚴重的國家之一。臺風帶來的強風、暴雨和風暴潮對人民生命財產威脅嚴重。中國各省、市、自治區除新疆外，其余地區均直接或間接受臺風影響而產生暴雨。中國南海北部、臺灣海峽、臺灣省及其東部沿海、東海西部和黃海均為臺風通過的高頻區。目前，我國氣象科研工作者對臺風的研究取得了較好成效[1-11]，但是近年來研究臺風遠距離暴雨取得顯著成果的偏少。孟智勇等[12]通過模擬發現臺風與中緯度系統的相互作用非常顯著地表現在中尺度系統的活動上，中尺度場的能量變化極值區與中低緯度系統的強度變化密切相關，且與降水的變化有較好的對應關系。 張霞等[13]通過研究個例得出結論，在臺風外圍大尺度氣旋性環流中，中尺度低壓、中尺度輻合線和輻合區是此次暴雨的直接影響系統。臺風低壓移近后，與西太平洋副高之間氣壓梯度加大，可以在副高西南側形成東南風低空急流，東南急流的形成促使中尺度系統加強和發展。干冷空氣自對流層中層向低層伸展，與低層的暖濕氣流交匯，使對流和暴雨加強。鄭婧等[14]診斷個例發現，低層存在臺風“康森”的遠距離水汽輸送，低渦、切變線、副熱帶高壓、遠距離臺風、西風槽、中尺度低壓等多尺度系統協同作用導致了強降水的發生。目前，氣象工作者對臺風的研究主要針對華東和華南地區較多，對中國西部研究很少，對四川盆地研究更少。臺風對四川盆地的暴雨影響不能忽視，康嵐等[15]通過個例研究得出，臺風對西南低渦的維持和水汽輸送起到了關鍵作用。不同臺風路徑，對四川盆地暴雨的影響也不同，本文利用NCEP 再分析資料、高空和地面資料對兩個不同路徑的臺風對四川東北地區暴雨影響進行對比分析，為以后預報此類暴雨提供參考（本文采用的時間均為北京時）。

1 降雨實況

2019 年7 月16—18 日四川東北地區105.4°～108.6°E，30.0°～32.8°N）出現了持續性暴雨，部分地方大暴雨。16 日位于四川東北西部的巴中地區大雨到暴雨，四川東北其余地區為小到中雨為主。17 日四川東北大部地區普降暴雨，部分地區大暴雨。18日雨帶繼續東移，強降水主要位于四川東北東部，雨量為大雨到暴雨，部分大暴雨。此次暴雨天氣過程共有237 站雨量超過100 mm，35 站超過250 mm，2站超過400 mm，達州萬源草壩482.9 mm 為最大雨量。小時雨強普遍30～50 mm，最大小時雨量為60 mm。強降雨中心主要位于巴中和達州西部，較強降水主要時間段為17 日。此次持續暴雨天氣過程，造成四川東北地區嚴重的城市內澇、山體滑坡、局部山洪等氣象次生災害，其中巴中地區6.37 萬人受災，轉移1.18 萬人，經濟損失7.57 億元。

2010 年7 月16—18 日四川盆地自西向東出現了一次持續性強降水天氣過程，特別是四川東北地區普降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。16 日強降水中心位于四川東北西部的巴中南充一帶，雨量為大雨到暴雨，局部地方大暴雨。17 日雨帶逐漸東移，強降水位于巴中東部和達州北部一帶，雨量為大雨到暴雨，部分地方大暴雨。18 日雨帶略有東移，強降水依然位于巴中達州一帶，雨量為大雨到暴雨，局部大暴雨。過程總雨量全市共有203 個站點達100 mm以上，58 個站點達250 mm 以上，其中萬源八臺507.7 mm 為最大雨量（圖1）。強降雨中心主要位于巴中東部和達州西部，較強降水主要時間段為17日。此次持續性暴雨天氣過程，造成了四川東北地區嚴重的氣象災害，其中巴中地區192 萬人受災，造成9 人死亡，4 人失蹤，直接經濟損失達9.1 億元。相比2019 年7 月16—18 日暴雨天氣過程，2010 年7 月16—18 日暴雨天氣過程的強度更大，范圍更廣，受災更嚴重。

2 臺風“康森”和“丹娜絲”對天氣形勢影響分析

2.1 高空環流形勢影響分析

14—15 日08 時500 hPa 高空圖上，亞歐地區中高緯為兩脊一槽形勢，蒙古西部到烏拉爾山為低槽，我國為兩高環流形勢控制，即青藏高原有青藏高壓，強勁的西太平洋副熱帶高壓控制我國華北及長江以南大部份地區，兩高之間切變線在青海東部形成。15 日20 時，副熱帶高壓西進和青藏高壓打通，588 線幾乎覆蓋了四川盆地到青藏高原和新疆部分地方。由于強西北氣流的入侵，16 日08 時588 線從中間切斷，從而再次形成了兩高壓（副熱帶高壓和青藏高壓），而四川盆地就夾在兩高壓之間，兩高壓之間切變線位于川西高原一帶。康嵐等[11]人通過研究發現并指出與四川暴雨統計關系最密切的臺風路徑分別為偏西路徑、轉向路徑和西北路徑，本次過程中，臺風“康森”路徑屬于偏西路徑。16—18 日臺風“康森”西進，副熱帶高壓較為穩定，兩高切變在16—18 日處于相對穩定的狀態，四川盆地被夾在兩高壓之間，副熱帶高壓西側的西南暖濕氣流和青藏高壓前端的干冷西北氣流在四川東部地區以長時間的強交匯，使得西南低渦移動緩慢，致使川東地區16—18 日出現持續性暴雨天氣。19 日臺風“康森”繼續西進登陸云南并減弱，副熱帶高壓東退，低值系統東移出四川，四川盆地變為槽后西北氣流控制，整個強降雨過程結束。

圖1 2010 年7 月16—18 日（a）和2019 年7 月16—18 日（b）四川東北區域雨量分布（單位：mm）

2019 年7 月16—18 日四川東北持續暴雨過程中，亞歐地區中高緯為兩槽一脊，中國地區為東高西低的有利形勢。16—18 日，受臺風“丹娜絲”北上影響，588 線主要位于湖南湖北廣西一帶，穩定少動，西風帶短波槽和低渦切變線持續影響川東北地區，導致四川東北地區長時間出現強降水。19 日副高繼續北上，588 線東退至海面上，四川東北強降水明顯減弱。與2010 年7 月16—18 日過程相比，2019 年7月16—18 日過程影響系統偏弱些。

綜上所述，兩次持續性暴雨過程中，臺風通過阻擋副高東退間接阻擋四川東北區的高空低值系統東移出四川，延長了降雨的時間。

2.2 西南低渦及西南急流影響分析

隨著高空低槽槽后西北氣流和槽前西南氣流的加強，高空低槽得以較好發展，15 日西南低渦在九龍附近生成并發展，16 日西南低渦沿著副熱帶高壓邊緣東移北上到南充和遂寧交界處附近，16 日20時四川東北部700 hPa 有氣旋曲度生成，西南風為6～8 m/s，850 hPa 有輻合流場，西南風為4～6 m/s。由于臺風“康森”西進后，其東側外圍的偏南急流氣流繼續西進，17 日08 時貴州—重慶—川東北700 hPa西南風加強到10～14 m/s，18 日08 時低空西南急流有所東移，風速為12～18 m/s（圖3），17 日08 時和18日08 時低空西南急流位于西南低渦的東南側，與16 日相比，17 日08 時和18 日08 時西南低渦都有所加強，從850 hPa 渦度場分布看，四川東北地區的渦度從3×10-5～6×10-5s-1加強到10×10-5～15×10-5s-1，18日20 時臺風“康森”繼續西進，云南重慶到四川東北地區西南風風速減弱，渦度明顯減弱，西南低渦減弱。低空急流建立、西南低渦的加強與臺風“康森”西進比較同步（圖3，表1），主要原因是臺風西進后，與西太平洋副高之間氣壓梯度加大，可以在副熱帶高壓西南側形成東南風低空急流，東南急流的形成促使低渦加強和發展。臺風“康森”西進使得四川東北地區低空氣流加強，低空急流為西南低渦的維持和發展提供動力支持。

表1 2019 年7 月16—19 日和2010 年7 月16—19 日08 時（BT）臺風強度、位置隨時間變化

圖2 850 hPa 風場、500 hPa 高度場及系統疊加（a，b）及臺風路徑（c 和d）

與2010 年7 月16—18 日暴雨過程相比，隨著臺風“丹娜絲”逐漸北上，2019 年7 月16—17 日，云南貴州至四川東北部低層風速一致維持在10～12 m/s，17 日850 hPa 渦度值從9×10-5～15×10-5s-1減弱為5×10-5s-1。18 日臺風“丹娜絲”繼續北上，云南貴州至四川東北部低層風速減弱為6～8 m/s，850 hPa 渦度值與17 日渦度值持平。因此，與臺風“康森”相比，臺風“丹娜絲”對低渦的影響不明顯。

3 臺風“康森”和“丹娜絲”對水汽輸送影響分析

2010 年7 月16 日08 時從水汽通量散度場分析，川東地區有一定的水汽通量散度負值，表明本地有一定的水汽輻合，但由于16 日08 時臺風“康森”中心位于海南東南面附近海面上，850 和700 hPa 水汽通量未能北伸到四川東北地區，說明整個水汽通道未能真正建立，因此16 日白天四川東北地區的降水強度和范圍不是很大。值得注意的是，此時廣東和海南地區的水汽通量為25～30 g/（cm·hPa·s），說明臺風東側外圍偏南風的水汽輸送比較強。16日夜間至18 日白天，臺風繼續西進后，其外圍東南風急流與副高西側偏南氣流貫通，水汽通量北伸到四川東北地區，850～700 hPa 水汽通量普遍為15～25 g/（cm·hPa·s），水汽通道建立，水汽輻合十分強盛。17 日—18 日川東北地區850 hPa 的最大水汽通量散度大約為-15×10-5g/（cm2·hPa·s），此時四川東北地區的降雨強度和范圍達到最大，達州萬源地區的1 h 最大雨強為86.1 mm。伴隨臺風繼續西進遠離海南島，18 日20 時700 hPa 和850 hPa 南海到四川東北地區的水汽通量東移并減弱，水汽通道斷裂，四川東北地區整個強降雨過程結束。因此，可以說臺風“康森”為本次持續性暴雨過程和西南低渦提供了水汽支持（圖4）。

圖4 2010 年7 月16—18 日850 hPa 水汽通量（a～c，單位：g/cm·hP·s，風場單位：m/s）和水汽通量散度（d～f，10-5 g/cm2·hPa·s）

由圖5 可知，2019 年7 月16—18 日暴雨過程前期主要受臺風“丹娜絲”西進北抬影響，副熱帶高壓在重慶湖北一帶擺動。2019 年7 月16 日08 時—18 日08 時水汽通量場，從南海至四川東北地區的水汽通量普遍為10～15 g/（cm·hPa·s），表明副熱帶高壓外圍西南氣流輸送水汽一般。臺風“丹娜絲”在北上過程中，其外圍氣流對此次暴雨的水汽貢獻比2010 年7 月16—18 日暴雨過程要小很多。分析2019年7 月16 日08 時—18 日08 時水汽通量場，東海至四川東北地區的水汽通量普遍＜10 g/（cm·hPa·s）。因此，臺風“丹娜絲”對2019 年7 月16—18 日暴雨的水汽輸送很弱，其水汽主要依靠副高外圍的偏南氣流輸送。導致臺風“丹娜絲”對2019 年7 月16—18 日暴雨的水汽輸送很弱的原因有兩點：第一是臺風路徑離川東北太遠，對其外圍氣流輸送水汽不利，其次可能和臺風強度有關系，如果臺風“丹娜絲”很強，其外圍氣流很強，水汽輸送效果可能也不一樣（表1）。因此，在以后的工作中需要對此繼續研究。

2019 年17—18 日四川東北地區850 hPa 的最大水汽通量散度較2010 年7 月16—18 日暴雨也小很多，約為-6×10-5g/（cm2.·hPa·s），這也是2010 年7月16—18 日較2019 年7 月16—18 日降雨強度大、持續時間長的原因之一。

4 臺風“康森”和“丹娜絲”對能量輸送影響分析

圖5 2019 年7 月16-18 日850 hPa 水汽通量（a～c，水汽通量單位：g/（cm·hPa·s），風場單位：m/s）和水汽通量散度（d～f，10-5 g/（cm2·hPa·s））

由圖6 可知，2010 年7 月16 日08 時在臺風東側偏南氣流引導，溫度平流北伸到四川東北地區。四川東東北地區無明顯冷平流入侵，16 日白天四川東北地區以分散的暖區對流降水為主。16 日四川東北地區大氣層已經出現了不穩定，不穩定能量從850 hPa 伸展到200 hPa，850～200 hPa 基本為暖平流，200 hPa 以上為冷平流，K 指數為45 ℃，CAPE 為5 165.6 J/kg，說明在強降水發生前，臺風外圍偏南氣流已經為四川東北地區提供了極大的能量貯備。17—18 日白天伴隨強降水的發生，不穩定能量有所下降，但由于臺風“康森”繼續西進導致偏南風繼續將暖平流輸送到四川東北地區，K 指數依然高達39～40 ℃，說明在強降水過程中，臺風“康森”外圍偏南氣流也在給四川東北地區輸送能量，19 日臺風繼續西進登陸云南，暖平流輸送減弱，高層冷平流明顯下壓，整個強降水過程結束。

臺風“康森”為西南低渦在四川東北地區的發展也提供了能量支持（圖6），16—18 日不斷有暖平流在臺風“康森”東側偏南氣流引導下輸送到西南低渦的東南側，17 日中低層溫度平流最大值為10 ℃·s-1，同時西南低渦的西北側也不斷有冷平流入侵從而使得西南低渦長時間在四川東北地區得到發展。因此可以說臺風“康森”為本次暴雨過程和西南低渦發展提供了能量支持。

與2010 年7 月16—18 日暴雨過程相比，2019年7 月16—18 日暴雨過程四川東北地區能量主要依靠副熱帶高壓外圍西南氣流輸送來維持，中低層溫度平流為0～5℃·s-1。19 日臺風“丹娜絲”繼續向東北移動，副熱帶高壓東退至東海海面上，副熱帶高壓外圍西南氣流影響四川東北地區較弱，四川東北地區溫度平流由正值轉為負值。分析探空資料，2019年7 月16—18 日暴雨過程不穩定能量明顯偏弱，K指數最高值為17 日的43 ℃，對應的CAPE 最高值為1 473 J/kg（圖7）。

圖6 2019 年7 月16—18 日（a～c）、2019 年7 月16—18 日（d～f）沿107.5°E溫度平流（單位：℃·s-1）和流線剖面疊加

5 臺風“康森”和“丹娜絲”對地面中尺度輻合系統影響分析

臺風登陸后，對地面中尺度系統有影響，徐夏囡[16]通過地面加密觀測資料，揭示了臺風登陸后的地面中尺度系統分布和演變過程。叢春華[17]等通過研究發現臺風作為一個“強擾動源”在適宜的大氣環流及層結狀態下，可以在其周圍激發大氣波動，并向中緯度地區遠距離傳播，激發中緯度地區的中尺度對流，地面多出現中尺度鋒區、中尺度輻合線、中尺度氣旋和中尺度低壓，在垂直方向上則表現為中尺度的垂直環流。特別是登陸后相對停滯的臺風，能在中緯度某地區連續激發一些小尺度系統或使得原系統加強，造成暴雨發生或增幅。

臺風“康森”自身溫度較高，為熱源（圖7）。2010 年7 月16—18 日由于臺風“康森”的西進作用，四川盆地一直維持熱低壓控制，盆地地面溫度梯度明顯，有利于地面中尺度系統生成發展。16 日08時在四川盆地南部有地面中尺度輻合系統生成，17—18 日臺風“康森”西進略有北抬過程中，外圍氣流影響該地面中尺度輻合系統沿著溫度梯度向東北方向移動（圖8）。此時，四川東北地區3 h 變壓場負值波動比較明顯，最大負值為-1.7 hPa。18 日20 時臺風繼續西進后，四川東北地區地面溫度梯度明顯減弱，該地面中尺度輻合系統減弱南壓，可以說臺風“康森”在此次暴雨天氣過程中，對四川東北地區的地面系統擾動、發展、移動方向有一定的影響。

圖7 2010 年7 月16—18 日（a～c）、2019 年7 月16—18 日（d～f）地面流線和地面氣溫（單位：K）

圖8 2010 年16 日20 時（a）和2019 年17 日20 時（b）達州探空圖

與2010 年7 月16—18 日暴雨過程相比，2019年7 月16 日盆地南部也出現了地面中尺度輻合系統，然而川東北地區地面溫度梯度偏弱。受臺風“丹娜絲”北上，副高逐漸東退影響，17 日地面中尺度輻合系統減弱東移至廣安附近，18 日繼續減弱東移至重慶境內。2019 年7 月16—18 日暴雨過程地面中尺度輻合系統影響川東北地區較弱，主要原因之一可能與臺風“丹娜絲”北上后，外圍偏南氣流較遠，沒有給川東北地區造成明顯的地面斜壓性擾動。

臺風遠距離暴雨是一個極其復雜的天氣過程，涉及到中低緯、多尺度、多層次系統相互作用，臺風可以與很多的中緯度系統相互作用產生遠距離暴雨，且相互作用時的機理存在明顯的不同[17]。由于個例偏少，有待進一步研究。

6 結論

本文利用NCEP 時間間隔為6 h 的1°×1°再分析資料，通過對兩種不同路徑臺風“康森”和“丹娜絲”分別影響四川東北地區2010 年7 月16—18 日暴雨過程和2019 年7 月16—18 日持續性暴雨過程的對比分析，得出結論：

（1）在兩次持續性暴雨過程中，臺風“康森”和“丹娜絲”通過阻擋副高東退間接阻擋川東北區的高空低值系統東移出四川，延長了降雨時間。臺風過后，副熱帶高壓東退，高空低值系統東移出四川，強降雨結束。

（2）臺風“康森”在西進登陸后，對2010 年7 月16—18 日暴雨造成了直接影響，其外圍東南風急流與副高西側偏南氣流貫通，向四川盆地輸送了充沛的水汽和能量，使得西南低渦在川東北地區維持發展。臺風“丹娜絲”并未對2019 年7 月16—18 日暴雨造成了直接影響，臺風“丹娜絲”對川東北的水汽和能量輸送很弱，其水汽和能量主要依靠副高外圍的偏南氣流向輸送。2010 年7 月16—18 日暴雨中的動力和水汽條件較2019 年7 月16—18 日暴雨過程偏強，低空急流建立、西南低渦的加強與臺風“康森”西進比較同步。

（3）臺風“康森”對2010 年7 月16—18 日暴雨的地面中尺度輻合系統擾動、發展、移動方向有明顯影響。臺風“康森”西進略有北抬過程中，盆地處于熱低壓控制，地面溫度梯度明顯加大，有利于激發地面中尺度輻合系統，外圍氣流影響該地面中尺度輻合系統沿著溫度梯度向東北方向移動。臺風“康森”過后，地面溫度梯度減弱，地面中尺度輻合系統減弱南壓。臺風“丹娜絲”對2019 年7 月16—18 日暴雨的地面中尺度輻合系統影響相對較弱。

（4）偏西路徑臺風“康森”對川東北地區持續性暴雨的影響比偏北路徑臺風“丹娜絲”要大得多，導致2010 年7 月16—18 日暴雨強度及災害程度要比2019 年7 月16—18 日的強，可能與臺風本身強度和中心位置離川東北遠近程度有關。由于個例偏少，臺風對川東北持續性暴雨的影響機理，還需要進一步研究。