3次南海秋季臺風在寧波沿海強天氣過程對比分析

張晶晶 俞科愛 徐彬 陳迪輝

(1.寧波市北侖區氣象局，浙江 寧波 315800；2.象山縣氣象局，浙江 象山 315700)

0 引 言

寧波位于浙江東北部沿海，每年都會受到臺風影響，多年統計事實表明，9月中下旬之后在福建南部到廣東一帶登陸甚至南海活動的臺風都可能會給寧波帶來持續強降水，臺風強降水不僅與臺風強度和路徑有關，還跟臺風結構與地形等密不可分[1-3]，研究還表明秋季臺風強降水跟北方冷空氣活動和侵入有一定關系[4-6]。黎清才等認為西風槽與臺風結合明顯增加大氣斜壓性，有利于暴雨生成[7]；張興強等認為冷空氣活動造成臺風外圍凝結潛熱和斜壓有效位能釋放，有利于降水增強[8]；黃莉等研究認為適當冷空氣對臺風暴雨有明顯的增幅作用，而較強的冷空氣和無冷空氣都不利于臺風暴雨生成[9]；張程明等對0716號“羅莎”臺風診斷分析表明，秋季冷空氣侵入低層濕位渦正值不穩定區是暴雨多發區域[10]，章瑩菁等對秋季臺風“莎莉嘉”和“海馬”的對比分析發現，地形和冷空氣影響對降水增幅作用尤其明顯[11]。由于秋季臺風暴雨影響時間和空間分布都具有較大的不確定性，預報難度大，甚至有時數值模式對于遠距離的臺風暴雨沒有任何反應，這都給天氣預報和氣象災害防御帶來不小的壓力，2016—2018年3個南海秋臺風均未登陸或進入浙閩區域(如圖1)，卻在寧波沿海產生了明顯強降水和大風天氣。本文通過對這3次過程進行對比分析，以期找出影響寧波的南海秋季臺風特征，為今后預報服務提供參考。

1 臺風路徑和寧波實況

1.1 個例一1619號“艾利”

2016年第19號臺風“艾利”在巴士海峽生成，生成后向西移動、緩慢發展，10月7日起在廣東東南海域回旋并多次折向，最強時僅強熱帶風暴級別，10月10日17時(北京時，下同)在南海減弱為熱帶低壓并趨于消散。7日夜里起，寧波東部沿海自南向北出現強降水，日累積雨量普遍達暴雨到大暴雨，部分站點小時雨強超過50 mm，8日中午強降水趨于結束；同時自8日早晨至9日凌晨，沿海地區出現7～9級北大風，部分站點短時達10～11級。

1.2 個例二1720號“卡努”

2017年第20號臺風“卡努”在菲律賓以東洋面生成，在登陸菲律賓北部后移入南海，之后強度不斷加強，10月16日3時25分前后登陸廣東徐聞，登陸時中心附近最大風力8級，中心最低氣壓為995 hPa，之后折向西南并在海南西北部沿海消散。15日上午起寧波沿海自南向北出現強降水，24 h累積雨量普遍達大暴雨，個別站點小時雨強超過50 mm，16日上午強降水趨于結束；同時自14日下午起至16日前半夜，寧波沿海地區出現持續性6～8級偏北大風，部分站點短時達9～10級。

1.3 個例三1822號“山竹”

2018年第22號臺風“山竹”在西北太平洋洋面上生成，之后一路向西偏北方向移動，最強時發展到超強臺風級，在登陸菲律賓北部略有減弱后，于9月16日17時以強臺風級別(14級)登陸廣東臺山海宴鎮，登陸時中心最低氣壓955 hPa，然后迅速減弱，于17日14時在廣西西部減弱為熱帶低壓。自17日凌晨起，寧波自北向南出現強降水，并伴有雷電和局地雷雨大風，全市沿海地區日累積雨量普遍達大暴雨局地特大暴雨，部分站點小時雨強超過100 mm，下午16時強降水趨于結束。

圖1 3個臺風路徑圖(箭頭處為寧波強降水開始時臺風中心位置)

綜觀3次過程分析，臺風影響時TC中心均離寧波超過900 km，臺風暴雨有兩個雨量中心，分別出現在臺風中心附近和浙江東北部到上海沿海一帶(圖略)，寧波地區強降水主要集中在沿海區域，東部大西部小，且寧波最大降水站點均位于象山縣(表1)；寧波強降水開始時臺風中心均位于廣東沿海附近，強度為強熱帶風暴到強臺風級，隨著臺風減弱消散或逐漸遠離，降水過程結束；前兩次過程影響時臺風中心均位于海上，寧波強降水移動方向自南向北，而受“山竹”影響時，強降水開始時臺風已登陸并進入兩廣交界處，強降水移動方向自北而南，并且雨強明顯大于前兩次過程，說明幾次過程主導影響天氣系統存在差異。

表1 3個例寧波極端降水情況匯總

2 天氣形勢分析

所選的3次臺風暴雨過程均發生在9月中下旬至10月初，為典型的秋季臺風，寧波沿海產生的遠距離暴雨與大氣環流背景及冷空氣活動密不可分。從500 hPa天氣形勢分析(圖2)，3次過程中寧波均受副高或副高邊緣控制，北方有高空淺槽，槽底均位于江蘇以北，低層有弱冷空氣侵入，但寧波地區無明顯的西風槽切變。地面圖上，北方冷高壓南落，“艾利”影響時地面鋒線仍位于長江以北，臺風本體倒槽北頂至長江口一帶，并長時間在寧波沿海停滯，沿海氣旋曲率和氣壓梯度明顯，有利于沿海強降水和大風維持；“卡努”影響時地面鋒線南壓至長江以南，長江流域一帶有非常明顯的氣壓梯度堆積，臺風本體倒槽位于廣東沿海，鋒前東北氣流與臺風外圍東南氣流在寧波長時間沿海交匯，形成近海地面倒槽，從而造成寧波沿海強降水和大范圍持續大風天氣；“山竹”與“卡努”類似，臺風本體倒槽與寧波沿海倒槽脫離，但此次過程寧波沿海倒槽明顯偏弱，且長江口附近無明顯的氣壓梯度堆積，故此次過程強降水并非由臺風本體直接導致。

從紅外衛星云圖(圖2)分析，3次過程鋒前冷空氣云系主要位于黃淮一帶，與臺風螺旋云帶幾近脫離，但過程影響前后寧波地區均出現了24 h正變壓(圖略)，說明冷空氣由近地層滲透并與臺風東南氣流交匯，進而影響到寧波沿海區域；從強降水發生時云圖結構特征看，“艾利”和“卡努”影響時寧波沿海有明顯的東風波云團結構特征，強降水云團主要位于海上，且呈現出環繞臺風中心的曲率結構，移動方向總體自東南向西北，強降水主要位于沿海地區；而“山竹”強降水云團明顯脫離于臺風本體，呈孤立的塊狀結構，云團邊緣結構清晰、亮度大，云團發展過程中面積迅速膨脹，有典型的對流和強降水云團特征[12]，并且移動方向總體自西北向東南，進一步說明此次過程并非由臺風本體造成，而是呈現出明顯的強對流天氣特征。

(a、d：2016年10月7日20時，b、e：2017年10月15日20時，c、f：2018年9月17日08時)圖2 3次過程紅外衛星云圖及高空和地面形勢圖

3 物理量場分析

從強降水開始前的杭州站探空指數分析表明(表2)，3次過程對流條件不一，其中“卡努”個例不論從大氣能量還是不穩定條件看，都不具備對流的潛勢條件，此次過程雨強最弱，除個別站點外，整體雨強均在30 mm·h-1以下，沿海低壓倒槽的長時間維持為累積強降水提供了可能；“山竹”個例的K指數、SI指數和CAPE值均有很好的強對流指示，配合冷空氣觸發出現大范圍強對流天氣，并伴有短時強降水和局地雷雨大風，雨強也位居3次過程之首；“艾利”個例對流條件和雨強均介于其余兩個過程之間。說明對流條件與降水的強度有比較一致的相關性，大氣越不穩定、對流能量越強，越有利于秋臺風強降水的出現，而由于對流天氣的日變化，強降水往往較一般午后雷陣雨的強度更強、持續時間更長。綜觀3次過程整層比濕積分都非常高，普遍達到5000 g·kg-1甚至更高，說明整層大氣水汽條件非常充沛，臺風外圍的持續水汽輸送為累積強降水提供了有利條件。

表2 3個例影響前杭州站探空指數

持續的水汽供應是強降水發生的必備條件，對比3次過程強降水時段850hPa水汽條件可以發現(圖略)，2016年10月7日20時，廣東至浙江沿海為比濕高值區，浙閩沿海存在明顯東南風水汽輸送，風速大值區位于浙北到上海一帶，浙江大陳站比濕14 g·kg-1，風速13 m·s-1，同時在寧波沿海有明顯的水汽通量輻合，數值達-6×10-5g·(hPa·m2·s)-1；類似的，2017年10月15日20時和2018年9月17日08時兩個時次，850 hPa寧波沿海為比濕和水汽通量散度輻合高值區，但相比“艾利”，“卡努”和“山竹”兩次過程東南風水汽輸送條件相對偏弱、風速偏小，故“卡努”降水強度相對較弱，但“山竹”影響時大氣中有不穩定能量釋放，對流性降水暴發，所以整體雨強在前兩次之上，說明低層比濕和水汽通量輻合高值區有利于秋季臺風強降水的發生，東南風越強越有利于水汽的輸送，強對流天氣配合臺風水汽輸送往往更有利于強降水的發生。

4 雷達回波特征分析

通過3次過程發生時的雷達回波特征，結合天氣形勢分析，可以更清楚了解強降水的成因和天氣系統特征。受“艾利”臺風影響時，寧波沿海有大范圍的降水回波，回波形狀呈一定螺旋狀結構，圖3a為2016年10月7日22：26寧波雷達1.5°仰角反射率圖，箭頭所示處有帶狀回波反射率達到50 dBz左右，高仰角回波仍清晰可見，但高低層回波間無明顯的懸垂、弱回波結構，北侖站一小時降水超過70 mm，以上特征都與臺風倒槽強降水比較相似，說明此次過程主要由臺風倒槽導致，但由于臺風中心較遠，強降水呈現明顯的局地性特征。受“卡努”臺風影響時，回波強度明顯偏弱，1.5°及以上仰角反射率基本在35 dBz以下，僅低仰角上可以看到較強的的回波，圖3b為2017年10月15日18：17 0.5°仰角反射率圖，寧波沿海有南北向“列車”狀降水回波，回波強度40 dBz附近，極小范圍達45～50 dBz，說明此次過程影響系統較弱較淺薄，降水系統主要由近地面天氣系統造成，這與前述天氣形勢分析中的近地面輻合系統吻合。受“山竹”臺風影響時，寧波沿海有弓狀回波自北向南緩慢移動，圖3c為2018年9月17日11：36 1.5°仰角反射率圖，可以清晰地看到一條東北—西南向的弓狀回波，頭部強度達55～60 dBz，回波后部可以看到清晰的入流缺口，不同仰角對比分析也能夠清楚地看到懸垂、弱回波特征，說明此次過程為典型的強對流過程[13-14]，地面觀測亦監測到大范圍的強雷電和雷雨大風，這與前述探空條件分析吻合；此外相比受“艾利”和“卡努”臺風的影響，“山竹”影響的強降水發生時，在0.5°～1.5°仰角速度圖上(圖略)，可以看到明顯的逆風區[15]，降水強度明顯大于其它兩次過程，說明有利的對流條件，結合臺風外圍水汽輸送往往降水更明顯。

圖3 3次過程強降水時雷達反射率回波圖

5 結 語

通過對3次過程的對比分析，不但可以了解每次過程的天氣演變和影響特征，還可以比較清晰地分析每次過程的成因和主要影響天氣系統，為今后秋季臺風的預報和服務提供思路，具體結論如下：

1)3次秋季臺風過程分別出現在9月中下旬和10月上旬，均給寧波帶來強降水和大風天氣過程，寧波強降水中心均位于沿海區域，象山均是過程的雨量中心；強降水開始時，臺風中心位于廣東沿海或剛登陸廣東不久，距離寧波沿海超過900 km，臺風強度為強熱帶風暴至臺風級。

2)臺風外圍東南氣流提供遠距離持續充沛的水汽輸送，北方弱冷空氣的低層滲透大幅提高降水效率，兩支氣流的長時間匯合提供了大氣上升運動和持續降水條件。

3)高的整層比濕積分、不穩定大氣層結和高對流能量條件均有利于強降水的發生，強降水發生時，寧波沿海低層存在比濕和水汽通量散度輻合高值區；強的東南風水汽輸送有利于強降水的發生,850 hPa東南風越強越有利于強降水，強對流天氣配合時臺風水汽輸送往往更有利于強降水的發生。

4)3次過程強降水成因不同，1619號“艾利”由臺風本體倒槽主導，1720號“卡努”則主要由臺風外圍東南氣流與鋒前東北氣流在低層沿海地區的長時間輻合造成，故雨強最小，而1822號“山竹”則主要由冷空氣觸發強對流天氣主導，因而影響范圍最廣、強度最強。

5)3次過程大風成因亦不同，“艾利”由臺風倒槽低壓大風主導，“卡努”為冷高壓與近海低壓間梯度堆積造成，而“山竹”則為強對流雷雨大風，故影響強度和范圍最小。