超強臺風“玲玲”引發江蘇大暴雨的水汽條件分析

陸偉 倪艷

摘? 要：利用歐洲中心新一代再分析資料（ERA5）和常規氣象觀測資料，從水汽條件對2019年超強臺風“玲玲”引發江蘇大暴雨過程進行診斷分析。結果表明：（1）高空槽引導冷空氣入侵臺風外圍環流是形成此次大暴雨的重要原因;（2）江蘇東南部的低層水汽通量和水汽通量散度異常偏大，對應有充足的水汽供應和較強的水汽輻合;（3）850hPa、925hPa水汽通量散度及水汽通量的大值區與暴雨落區有較好的對應關系。

關鍵詞：臺風? 大暴雨? 水汽通量? 水汽通量散度

中圖分類號：P458 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）07（c）-0130-05

Abstract： Using the new generation ERA reanalysis data（ERA5） and conventional observation data， the heavy rainstorm process in Jiangsu Province caused by super typhoon“Lingling”of 2019 is diagnosed from the water vapor condition. The results are as follows： （1） The significant reason of the heavy rainstorm is that the cold air invades the circulation around the typhoon under the guidance of upper trough. （2） The water vapor flux and flux divergence of lower layer in the southeast of Jiangsu Province are abnormally large， which correspond to the sufficient water vapor supply and strong water vapor convergence. （3）The large-value area of water vapor flux divergence and vapor flux at 850hPa and 925hPa is consistent with the actual heavy rainstorm region.

Key Words： Typhoon; Heavy rainstorm; Water vapor flux; Water vapor flux divergence

熱帶氣旋（以下簡稱臺風）是產生暴雨的重要天氣系統，也是我國汛期主要氣象災害之一，極易造成極端降水[1]，常給中東部沿海地區帶來嚴重影響。針對臺風暴雨，我國學者做了許多研究工作。相關研究[2-4]發現臺風暴雨的強度與水汽輻合能量、位勢不穩定層結、邊界層輻合及垂直運動等有關。通過對兩次相似路徑臺風的對比分析，陳紅專等[5]認為臺風暴雨上空有明顯的中尺度輻散結構，暴雨增幅前其東側常伴有地面中尺度輻合區或出現中尺度氣旋性渦旋，并有水汽通量輻合，臺風暴雨位于它們的重疊或緊鄰區域。有研究指出活躍的西南季風和副高南部的偏東急流為臺風提供充足的水汽和能量，925hPa水汽通量輻合大值區與暴雨落區的形態和位置對應較好[6]。對于登陸我國的臺風來說，臺風與中高緯度西風槽及冷空氣的相互作用往往會給遠離臺風地區帶來較強降水。

超強臺風“玲玲”（1913）屬于近海北上的臺風，并未直接登陸江蘇省，但還是給江蘇東南部地區造成大暴雨天氣。本文利用江蘇省常規地面氣象觀測站的逐小時降水資料、MICAPS高空和地面資料以及0.75°×0.75°的歐洲中心新一代再分析資料（ERA5），對此次臺風暴雨的降水實況、環流形勢、雷達回波、衛星云圖以及水汽條件做診斷分析，重點研究臺風暴雨的水汽來源，以加深對近海臺風引發暴雨的認識，提高未來應對此類暴雨天氣的能力。

1? 臺風概況和降水分布

2019年第13號臺風“玲玲”于9月2日08時生成，一路向偏北方向移動。5日10時增強為超強臺風，6日夜間進入江蘇同緯度海域后，減弱為強臺風，7日中午以臺風級登陸朝鮮，并于7日20時40分前后移入我國吉林省白山市（熱帶風暴級），隨后穿過吉林、黑龍江，8日10時前后由黑龍江蘿北縣移入俄羅斯遠東地區，并變性為溫帶氣旋，生命期長達7d。

臺風“玲玲”路徑屬于近海北上型，影響江蘇省的主要時段為2019年9月5日08時至9月7日08時。這期間，臺風強度維持超強臺風、強臺風級。受其影響，江蘇省淮河以南地區普降大到暴雨，東南沿海出現大暴雨天氣。這次降水過程共有25個站達到大暴雨量級，過程累積最大雨量為195.8mm，出現在海門市悅來鎮三陽，最大小時雨強出現在常陰沙農場，為89.4mm·h-1。

2? 環流形勢分析

從500hPa環流形勢（圖2）可以看出，臺風影響期間，歐亞中高緯度多短波槽活動，我國東部地區存在深厚的高空槽。副熱帶高壓（以下簡稱：副高）主體位于西太平洋上，西伸脊點位于130°E附近，副高脊線位于35°N附近，592線控制日本東部。臺風“玲玲”在高空槽前和副高邊緣引導氣流的共同作用下，從江蘇近海向偏北方向運動。臺風影響初期（5日20時），江蘇處于高空槽前，槽前正相對渦度平流輸送，促使中低層垂直上升運動發展，為暴雨的形成提供了較好動力條件。同時，高空槽引導冷空氣南下，配合低層臺風“玲玲”的暖濕氣流輸送，形成上干冷下暖濕結構，促進對流不穩定層結的發展和維持，激發中尺度對流系統，進而引發強降水。

3? 雷達回波和衛星云圖

通過分析江蘇地區1.5°仰角多普勒雷達基本反射率拼圖（圖3a），可以發現9月5日的降水回波主要集中于江淮之間中部和江蘇東南部。江淮之間中部地區的降水回波呈現東北-西南走向的長條狀，是由高空槽與臺風外圍暖濕氣流共同作用形成的系統性對流降水。江蘇東南部的雷達回波表現出零散的局地對流特征，屬于臺風外圍激發的對流活動。到了9月6日凌晨（圖3b），隨著臺風的臨近，降水回波位于江淮之間東部和江蘇東南部。江淮之間東部的回波逐漸向東北方向移動，而江蘇東南部受到臺風本體降水的影響，臺風外圍螺旋雨帶不斷深入，降水回波持續生成，并向西發展。

紅外衛星云圖（圖4）更為直觀地反映了對流云團的演變情況。9月5日，江蘇中部和東南部有對流云團活動。江蘇中部的云團呈東北-西南走向，由于是由冷暖氣流交匯形成的對流，對流發展相對旺盛，云頂亮溫低。江蘇東南部的云團是臺風外圍激發的對流，比較零散，對流較弱。隨著臺風逐漸靠近江蘇，9月6日臺風外圍的螺旋雨帶，開始影響江蘇東南沿海地區，此時云團的云頂亮溫低，云頂高度較高，對流活動旺盛。

4? 水汽條件

對江蘇而言，“玲玲”大暴雨是臺風遠距離降水疊加臺風螺旋云帶降水形成的，水汽在其中扮演重要角色。暴雨的發生、發展要求本地上空具備豐富的水汽含量和持續不斷的水汽輸送，且有一個充足的水汽累積過程。此次大暴雨過程中，水汽主要由臺風“玲玲”的外圍環流供應。

4.1 水汽含量

降水發生前，空氣水汽含量大，往往達到飽和狀態，水汽飽和凝結出雨滴，從而形成降水。為了分析此次大暴雨過程中的水汽含量變化，選取位于江蘇東南部的通州站，分析其相對濕度的變化情況。從圖3可以發現，降水初期，相對濕度有一個快速增加的過程。降水持續階段，相對濕度一直維持在100%，大氣水汽達到飽和狀態。9月6日白天，隨著臺風遠去，雨水漸止，空氣中的水汽得到釋放，相對濕度快速斷崖式下降。

4.2 水汽輸送

由圖4就可以看出，9月5日08時850hPa水汽輸送通道就已經建立，此時江蘇東南角的水汽通量為正值，其值在8到10g·cm-1·hPa-1·s-1之間。借助臺風“玲玲”和副高之間的東南急流，水汽源源不斷向江蘇輸送。隨著臺風的臨近，水汽輸送方向逐漸變為偏東和東北方向，且風速增大，江蘇東南部的水汽通量也持續增大。6日20時，水汽通量大值區向江蘇中部擴展，江蘇大部分地區的水汽通量大于8g·cm-1·hPa-1·s-1，其中東南部的南通地區更是達到了22g·cm-1·hPa-1·s-1。7日08時，由于臺風逐漸遠去，江蘇地區的水汽通量較小，且風向轉為偏北和西北風。

925hPa水汽通量場（圖5）表現出與850hPa相似的演變特征，只是其數值略大一些。6日20時，江蘇東南部部分地區的水汽通量超過了30g·cm-1·hPa-1·s-1。低層持續的強水汽輸送，為江蘇暴雨的發生提供了充分的水汽供應。

4.3 水汽輻合

當大氣中的水汽由源地輸送至目標區域時，水汽需要在該地區水平輻合，才能上升冷卻凝結成雨。水汽通量散度是一種能較好反映水汽輻合積聚程度的物理量，因此我們利用該物理量來分析低層水汽輻合情況。從圖6顯示的850hPa水汽通量散度可知，降水初期（5日08時）江蘇南部水汽通量散度為負值，存在弱的水汽輻合。之后臺風北上，離江蘇越來越近，水汽輻合大值區范圍也隨之擴大，輻合強度增強。9月6日白天，江蘇東南部的水汽通量散度普遍在-15×10-7到-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1之間。9月7日，隨著降水漸止，江蘇全省水汽通量散度基本轉為正值，呈現水汽輻散狀態。

925hPa水汽通量散度的演變情況與850hPa相似，只是在相同時段的量級上更大一點。從低層水汽通量散度整個演變過程來看，江蘇大部分地區在降水時段內都處于水汽輻合區，且東南部水汽輻合更強，說明水汽供應充足，且水汽得到較好的輻合積聚。進一步對比分析可以發現，低層水汽通量輻合的大值區與此次暴雨的落區有較好的對應關系。

5? 結語

（1）“玲玲”屬于近海北上型臺風，主要給江蘇東南部地區造成暴雨、大暴雨天氣。

（2）此次大暴雨過程是西風槽和臺風共同作用下形成的，高空槽引導的冷空氣與臺風外圍暖濕氣流結合，易造成強降水。9月5日的降水主要是冷暖氣流交匯形成的系統性對流降水以及臺風外圍激發的對流活動。9月6日，臺風本體降水開始影響江蘇。

（3）水汽條件分析表明，臺風外圍環流供應了此次降水的水汽來源，水汽通量和水汽通量散度的差異是強降水落區差異的關鍵。江蘇東南部的水汽輸送和水汽輻合強度較強，這與暴雨落區對應較好。

本文重點分析了水汽條件在本次臺風暴雨中的作用，但關于其他物理量的診斷分析，未做深入討論，這有待后續進一步研究。

參考文獻

[1] 陳聯壽，許映龍.中國臺風特大暴雨綜述[J].氣象與環境科學，2017，40（1）：3-10.

[2] 岳彩軍，韓志惠，顧問，等.“海棠”臺風（2005）暴雨及其非對稱分布特征成因研究[J].暴雨災害，2017，36（4）：293-300.

[3] 顏玲，周玉淑，劉宣飛.1410號臺風Matmo登陸前后的動熱力結構演變和水汽輸送特征分析[J].大氣科學，2017，41（2）：289–301.

[4] 沈安云，唐曉東，吳海英，等.1513號“蘇迪羅”臺風殘渦強降水分布特征研究[J].氣象科學，2018，38（4）：453-463.

[5] 陳紅專，葉成志，唐群，等.2013年影響湖南的兩次相似路徑臺風暴雨對比分析[J].氣象科學，2016，36（4）：537-546.

[6] 婁小芬，馬昊，黃旋旋，等.臺風“利奇馬”造成浙江極端降水的成因分析[J].氣象科學，2020，40（1）：78-88.

[7] 徐莎莎， 康健鵬， 胡玉玲，等. 0713號超強臺風引發的大暴雨天氣過程分析[C]// 第五屆長三角科技論壇——長三角氣象科技創新論壇.