臺風“玲玲”引發浙江北部暴雨過程的診斷及雷達特征分析*

徐海軍 劉 娟 施 鋒

(1.杭州市余杭區氣象局，浙江 杭州 311100；2.浙江省氣象服務中心，浙江 杭州 310016)

0 引 言

臺風是引發強降水的一種主要天氣系統，很多持續性暴雨的發生都與臺風有關。臺風暴雨主要分為3種類型[1]：(1)臺風環流本身所造成的暴雨，主要集中在眼壁附近的云墻、螺旋云帶及輻合帶中，降水區隨臺風中心的移動而移動；(2)臺風與西風帶系統或熱帶其他系統共同作用而造成的暴雨；(3)受地形影響，在迎風坡暖濕空氣被迫抬升而形成的暴雨，在浙閩山地表現明顯。陳聯壽等[2-4]認為臺風暴雨區可分為兩個區域：臺風環流本身的暴雨區和臺風本體外的暴雨即臺風遠距離暴雨區。

鈕學新等[5]在總結華東地區臺風降水時指出，強臺風倒槽輻合線會造成臺風倒槽雨量的大幅度增加。董美瑩等[6]在總結近40a浙江臺風倒槽暴雨氣候特征時得出，臺風極端強降水的發生，主要與熱帶低壓和副熱帶高壓等相互作用形成的偏東暖濕急流、臺風倒槽強輻合和臺風東北偏東象限中尺度深對流系統頻繁活動有關。浙江是臺風經常登陸地，同時也是臺風暴雨多發地，尤其是浙江東南沿海，由于地形作用，經常發生臺風暴雨[7-10]。周福、段晶晶等[11-12]在分析臺風“燦鴻”造成浙江東北部大暴雨中的地形作用時指出，在浙江東北部，錢江灣等地形容易造成暴雨。2019年9月5—6日，受第13號臺風“玲玲”和西風槽的共同影響，在湖州安吉、杭州余杭、杭州臨安等地發生了暴雨、大暴雨，局地出現了特大暴雨。本文利用常規探測、高空探測、區域自動氣象站和雷達資料，分析此次臺風暴雨發生的大尺度環流背景和物理量場、中尺度系統及觸發條件。

1 資料來源

本文所用數據包括常規高空探測資料、地面觀測資料、臺風定位資料、區域自動氣象站數據、杭州多普勒雷達和蕭山、臨安、湖州風廓線雷達觀測資料。多普勒雷達觀測資料時間為世界時間，其余資料時間為北京時間。

2 暴雨過程概況

2019年9月2日08時熱帶風暴“玲玲”(編號1913)在西太平洋生成，9月3日02時加強為強熱帶風暴，3日20時加強為臺風，9月5日05時加強為強臺風，5日08時加強為超強臺風，沿125°E線北上，強度維持，近中心最大風力為16級(風速為52 m/s)。超強臺風“玲玲”9月5日20時位于東海海面上，距杭州約700 km，9月6日15時距杭州約500 km，6日20時進入黃海后減弱為強臺風，9月7日14時在朝鮮登陸，登陸后迅速減弱，9月8日10時在我國黑龍江境內停止編報。

受其影響，9月5日08時—9月6日08時，寧波、紹興等地出現中到大雨，浙西北(安吉中部、余杭西北部、臨安西部)出現暴雨、大暴雨，局地出現特大暴雨，安吉余村站最大降雨量為271.6 mm。24 h降雨量主要集中在安吉中部、余杭西北部和臨安東北部，降雨量超過100 mm的站點集中在長小于80 km、寬小于30 km的狹窄地帶，強降水局地性很強。

從安吉余村(圖1a)和余杭仙巖村(圖1b)自動氣象站5日12時—6日08時小時雨量可以看出：余村站強降水分兩個時間段，分別在5日18—20時和5日24時—6日03時，最大小時雨量為63.4 mm(5日19—20時)；仙巖村站強降水集中在6日01—04時，最大小時雨量為91.3 mm(6日02—03時)，仙巖村站01—04時雨量達155.4 mm，占過程總雨量的89.2%。在此次臺風暴雨過程中，強降水時間集中，小時雨強大，推斷有中尺度系統觸發并維持。

圖1 2019年9月5日12時—6日08時自動氣象站小時雨量(a.安吉余村站、b.余杭仙巖村站(單位：mm))

3 環流背景分析

2019年9月5日20時，超強臺風“玲玲”位于東海海面上(25.8°N,125.2°E)，距杭州大約700 km，7級風圈半徑大約為300 km。300 hPa高空，在江蘇中部—山東半島有西南風急流，中心最大風速達32 m/s，浙江西北部、江蘇南部、安徽東南部處于高空急流入口區右側，有利于高空維持強的輻散中心，為上升運動提供有利條件。如圖2所示，2019年9月5日20時500 hPa有一西風槽位于山東西部至江西東北部，浙江西北部、江蘇南部、安徽東南部位于槽前西南氣流中，有正渦度平流，有利于上升運動。700 hPa安慶站風向為偏西風，杭州站風向為偏南風，風速為8 m/s，寶山站風向為東南風，風速為8 m/s，在安徽東南部、浙江西北部到江蘇南部存在偏南風與東南風形成的中尺度切變線，有輻合中心，這種中尺度切變線為暴雨的形成提供了條件。850 hPa寶山站風向為偏東風，風速為8 m/s，杭州站風向為東南風，風速為6 m/s。925 hPa寶山站、杭州站風向為一致的偏東風，風速為6～8 m/s，低層的偏東氣流源源不斷地從東海海面上向暴雨區輸送水汽。

圖2 2019年9月5日20時高空圖與衛星云圖

4 物理量診斷分析

4.1 動力條件分析

9月5日20時浙江西北部、江蘇南部、安徽東南部等位于300 hPa高空急流入口區的右側，高空為輻散場，500 hPa為槽前西南氣流，低層有弱輻合(700 hPa以下)。20時925～500 hPa散度場之和在浙江北部、江蘇南部有極值中心，中心值達8×10-5/s，低層輻合，高層輻散，且輻散中心與輻合中心并不重合，表現為后傾，為對流的持續發展提供了動力條件。20時浙江西北部、江蘇南部、安徽東南部等地上空500 hPa垂直速度達-5 hPa/s，02時垂直運動得到進一步加強，垂直速度達-7 hPa/s。強烈的上升運動，將低層輻合水汽持續地抬升，大量水汽凝結，從而形成暴雨，同時暴雨凝結潛熱的釋放又使低層氣壓繼續降低，輻合上升運動增強，強烈的垂直運動持續維持。

4.2 能量條件分析

穩定度的局地變化，由上、下兩層等壓面的溫度和濕度的局地變化所決定。在5日20時，500 hPa浙北地區有弱的冷平流，隨著臺風“玲玲”北上移近，低層(700 hPa以下)偏東風與等溫線基本垂直，有明顯的暖平流。低層的偏東風從海洋上攜帶大量的水汽，增濕條件明顯要大于高層。在高層有西風槽移近、冷空氣開始影響、低層卻有明顯的暖濕氣流侵入時，不穩定性加強，容易形成對流性天氣。

當大氣處于弱的層結穩定狀態時，雖然在垂直方向上不能有上升氣流的強烈發展，但在一定的條件下可以發展斜升氣流，這種機制稱為對稱不穩定。一般用理查遜數(Ri)來表示對稱不穩定。

從表1可以看出，9月5日20時南京站、寶山站、杭州站沙氏指數(SI)、總指數(TT)相差不大，表明在蘇南、上海至杭州北部有產生雷暴的可能性。K指數較高，表明發生暴雨的可能性更大。寶山站的對流有效位能(CAPE)要大于南京站與杭州站的，推斷在此區域能量分布中間最大，向兩側逐漸減小。

表1 南京站(58238)、寶山站(58362)、杭州站(58457)9月5日20時的對流指數

4.3 水汽條件分析

暴雨是在大氣飽和比濕達到相當大的數值以上才形成的[13-14]。從2019年9月5日20時寶山站的探空曲線分析可知，寶山站上空500 hPa溫度層結曲線與露點曲線緊靠，表明500 hPa以下濕度條件較好，水汽充足；杭州站20時對流凝結高度只有964.3 m，零度層高度為4973 m，中間有超4000 m的濕層。9月5日20時浙北北部、蘇南、上海和安徽省沿江地區850 hPa比濕都達到14 g/kg左右，杭州北部、湖州、嘉興南部比濕達到15 g/kg，925 hPa上海、湖州、杭州北部、安徽東南部等有明顯的濕舌向西伸展，比濕達到16～17 g/kg，700 hPa比濕達到8～10 g/kg，低層比濕條件均較好。

除相當高的飽和比濕外，還必須要有充足的水汽供應，要有水汽供應的環流形勢[1]。臺風“玲玲”位于浙江東南洋面上，臺風北側的東風氣流源源不斷地將水汽帶到浙江北部、蘇南等地，保證了水汽的輸送。5月20日在850 hPa浙西北、蘇南、皖南等地存在水汽通量輻合大值區，極值達到-10～-12 g/(s·cm2·hPa)，水汽在此水平輻合并向上輸送，保證了此次暴雨過程充足的水汽供應。

5 中尺度對流系統的雷達特征分析

常規探測資料、高空探測資料時間分辨率較低，區域自動氣象站只能反應地面觀測情況，無法精細推斷臺風遠距離暴雨中存在的中尺度系統觸發條件及演變過程。風廓線雷達能夠分析大氣水平運動在垂直方向上的細微結構，能夠實時監測中尺度降水期間風的垂直切變和對流特征。汪學淵等[14]利用風廓線雷達資料，分析了臺風蘇拉登陸過程中風場及降水情況。李青春等[15]利用風廓線雷達資料，分析了北京局地暴雨過程中近地層輻合線的形成與作用。本文利用杭州多普勒雷達和蕭山、臨安、湖州風廓線雷達資料，分析此次強降水過程。

多普勒雷達回波顯示，從2019年9月5日14時起，寧波、紹興、杭州南、湖州等地出現了降水回波。在圖3a中，9月5日13—14時蕭山站上空600～1200 m存在由4 m/s的西南偏南風與2～4 m/s的東南風形成的中尺度切變線，與產生降水的時間很好地對應，但中尺度切變線出現的時間略有提前。

圖3 2019年9月5日10時—6日06時風廓線雷達資料(a.蕭山站、b.臨安站)

湖州站(圖4a)在17時600～1200 m轉為偏南風，而臨安站(圖3b)上空此時仍為偏東風，說明偏南風與東南風的切變線已西移至湖州與杭州之間，未影響臨安，與此對應，該地區降水明顯。隨著臺風“玲玲”的繼續北上，偏東風繼續加強，蕭山站17時開始700 hPa、尤其是850 hPa以下偏東風增強至6～8 m/s，19—20時東風增強至18 m/s。低層的偏東風增強，水汽輸送充足，低層不穩定度進一步加大，為短時強降水提供了有利條件。同時，低層切變線進一步西移，在19—20時臨安上空600～1400 m高度存在西南風與偏東風的中尺度切變線，西南風速最大達12 m/s。低層的切變線使水平空氣輻合上升，形成中尺度對流，產生短時強降水。該段時間多普勒雷達強回波主要集中在寧國、廣德、宜興、無錫一帶(圖4b)，穩定維持。安吉余村處于切變線東側的東風急流中，產生短時強降水，雨強達63.4 mm/h。強降水約2 h后，臨安站上空低層全部轉為偏東風，降水開始減弱。

圖4 a.2019年9月5日10時—6日06時湖州站風廓線雷達資料、b.杭州站多普勒雷達資料

5日夜里西風槽繼續東移，由于副高的阻擋，西風槽開始轉豎，略呈東南—西北向；同時由于臺風繼續北上，浙北北部低層偏東風轉為東北偏北風。5日22時開始，湖州站700 hPa(圖4a中2400～3200 m高度)西南風明顯增強，形成急流，并有動量下傳，到6日00時850 hPa(圖4a中1500 m高度)西南風達12 m/s，在01—02時850 hPa以下形成偏南風與偏北風的中尺度切變線，偏南風達8～10 m/s，而1200 m以下仍為偏東風。6日00時08分雷達1.5°仰角徑向速度，在50 km范圍內低層(1.5 km以下)仍為S形暖平流的輻合風場，在50～100 km范圍內，存在正負速度對，有明顯的輻合，而在高層(3 km以上)從郎溪、廣德有明顯的負速度，高空有冷平流入侵。余村、仙巖村位于500 hPa槽底，有冷平流入侵，850～700 hPa存在東北偏北風與偏南風的切變輻合，這也與風廓線雷達資料相一致。由于高空槽移近、低空急流的加強，湖州安吉位于切變線附近，余村站降水又開始增強，6日01時后仙巖村的降水開始增強。杭州站1.5°仰角回波強度6日01時35分達到最強55 dBZ，并維持了15個體掃，至02時51分才減弱，02—03時，仙巖村小時雨量達91.3 mm。圖5a為2019年9月6日00時08分杭州雷達1.5°仰角徑向速度，圖5b為2019年9月6日01時38分杭州雷達1.5°回波特征。

圖5 a.2019年9月6日00時08分杭州雷達1.5°仰角徑向速度、b.2019年9月6日01時38分杭州雷達1.5°回波特征

強降水一直維持到高空槽移過，湖州站6日06時以后700 hPa及以下開始轉為較一致的東北風，降水逐漸消失。

6 結 語

綜合上述分析，可以得出以下結論。

(1)此次臺風暴雨是在西風槽與臺風互相影響的大尺度背景下、在有利的物理量場中和有利的地形上發生的。300 hPa高空急流入口區右側的輻散場、500 hPa槽前的正渦度平流以及700 hPa以下的輻合場、地形的摩擦輻合和抬升作用都提供了有利的垂直運動的動力條件，而臺風“玲玲”北側的偏東風或東北風，為此次暴雨過程源源不斷地從海面上輸送水汽，并使大氣層結趨于不穩定。

(2)此次臺風暴雨是在有利的大尺度系統下，由低層中尺度切變線觸發，不穩定能量釋放，產生短時強降水；天氣尺度系統的維持與穩定，中尺度系統的再次發生，過程疊加形成了此次暴雨、大暴雨、局地特大暴雨天氣過程。

(3)此次暴雨可以細分為兩次中尺度過程：第一次是由臺風“玲玲”外圍環流偏東風與低層偏南風形成的中尺度切變線觸發，造成短時強降水，強降水隨中尺度切變線向西推進而移動；第二次是5日夜里西風槽移近，700 hPa低空急流加強并下傳，近地面層仍在臺風暖濕氣流控制下，形成弱的西南偏南風與東北偏北風的切變線，低層水汽輻合上升，觸發中尺度對流，釋放不穩定能量，再次造成短時強降水。

(4)風廓線雷達可以很好地探測大氣水平風速、風向等氣象要素隨高度的分布和隨時間的變化情況，有很高的時間和空間分辨力。風廓線雷達能很好地探測出低層中尺度切變線，并能反映切變線隨時間的推移發生西移及其演變過程，能反映兩次中尺度切變線產生機理的不同，對強降水有很好的反映。