臺風“山竹”和“天鴿”對云南降水天氣影響分析

馮德花，牛法寶,張 蕾

(1．云南省文山壯族苗族自治州氣象局,云南 文山 663000;2.云南省氣象局,云南 昆明 650034)

0 引言

熱帶氣旋是生成于熱帶或副熱帶洋面有組織的對流和確定的氣旋性環流的非鋒面性渦旋的統稱，我國是受其影響最嚴重的國家之一，其帶來的強降水一方面會引發城市內澇，農田淹沒等災害，另一方面其也能緩解旱情[1-2]。云南地處內陸低緯高原地區，受熱帶氣旋影響頻率和影響強度均較東部地區低，但其登陸減弱后的低壓西行幾乎每年都有影響云南[3]，是引發云南大范圍強降水的主要系統之一。許美玲等[4]對近30 a來影響云南西行的熱帶氣旋統計指出進入18°N以北、110°E以西區域的熱帶氣旋對云南才會有影響，并按影響程度把關鍵區劃分為3個區，其中臺風進入關鍵區Ⅲ(20°N以北、105°E以西)對云南影響最大。郭榮芬等[5]對2006年臺風派比安和2008年臺風北冕對云南降水分析表明：活躍的季風系統、低空急流增強造成的對稱不穩定和深厚斜壓性的正反饋機制造成云南強降水。鐘愛華等[6]分析1213號臺風啟德和1309號熱帶風暴海燕發現：把握青藏高壓和副熱帶高壓的位置形態有利于預報熱帶低壓路徑對云南降水強度和范圍的預報。金少華等[7]對1002號臺風康森和1003號臺風燦都造成的云南降水分析表明：低緯高原的高能環境，地形抬升作用以及低壓溫濕對稱造成其較長時間的降水。梁紅麗等[8]人對2014年臺風威馬遜和海鷗沿偏西路徑影響云南特征差異診斷表明：造成暴雨分布差異主要是環境場氣流鋒生，能量變化和地形的共同作用。

MJO不同季節不同位相可以對很多地區的降水產生不同影響[9-13]，覃衛堅等[14]對熱帶季節內振蕩與廣西熱帶氣旋生成發展的研究發現：MJO位于西太平洋時影響廣西的熱帶氣旋偏多。何潔琳等[15]研究發現強對流在赤道印度洋東部發展并東傳到西太平洋熱帶地區時，廣西可出現冬季持續強降水。胡德強等[16]研究海南熱帶氣旋與MJO關系發現7—8月和9—10月的熱帶氣旋活躍期和沉寂期對應的MJO位相和強度有所不同。為了探索MJO對云南降水的影響，李汀等[17]，牛法寶等[18]，米瑞芝等[19]的研究表明MJO活動中心進入孟加拉灣及西太平洋地區濕窗口會激發這些地區對流活動，云南降水日數和降水強度明顯增多。楊素雨等[20]通過對MJO合成事件分析顯示，當其對流位于第2位相，云南秋季降水干旱背景下南部降水異常偏多。本文將兩次登陸路徑極其相似的臺風西行進入云南對云南降水的差異從MJO背景、環流條件、物理量和云圖特征進行對比分析，為云南臺風降水預報提供參考。

1 資料來源

2018年第22號臺風“山竹”、2017年第13號臺風“天鴿”路徑等資料來源于中國氣象局熱帶氣旋資料中心。MJO數據來源于澳大利亞氣象局(http://www.bom.gov.au/climate/mjo/)。NCEP 1°×1°的逐日再分析資料為全球1 d 4次，要素主要包括水平緯向風、經向風、位勢高度、溫度等。

2 臺風路徑和影響

2.1 臺風路徑

2018年第22號臺風山竹于9月7日在西太平洋洋面上生成，之后不斷加強，15日以超強臺風在菲律賓北部登陸，之后進入南海，于16日17時在廣東臺山登陸(45 m/s，112.5°E,21.9°N)，之后減弱西行進入廣西；17日08時減弱為低壓,其中心位于廣西百色；17日14時低壓中心位于云南、貴州和廣西交界處；17日20時環流中心減弱，其減弱后的低壓輻合繼續西行影響云南(圖1)。

圖1 臺風路徑圖Fig.1 Tracks of typhoons

2017年第13號臺風天鴿于8月20日在西太平洋洋面上生成，8月22日上午加強為強熱帶風暴，隨后于下午加強為臺風，并于23日上午加強為強臺風，于23日12時在廣東珠海登陸，登陸時為強臺風級別(48 m/s,113.5°E,21.9°N)，其后西北路徑移動，經過廣西減弱為熱帶低壓后進入云南，8月24日17時停止編號，但其減弱后的低壓繼續西行影響云南(圖1)。

山竹生命史較長，兩者均是以強臺風級別在廣東沿海登陸，但天鴿強度更大，山竹登陸位置較天鴿偏西一個經度，二者登陸進入廣東后都取西北路徑進入廣西，天鴿進入廣西之后其路徑較山竹偏南西行，天鴿和山竹均進入影響云南的關鍵區Ⅲ后停止編號，減弱的低壓繼續西行影響云南。

2.2 云南降水概況

天鴿過程云南省出現一次中到大雨為主，局部暴雨、大暴雨天氣過程，強降水主要集中在云南南部和東部地區，48 h累積最大降雨量200.6 mm，最大小時雨強44.7 mm，208站次出現短時強降水，過程雨量150 mm以上22站次(集中在東部)，100～149.9 mm的共163站(集中在南部)，50～99.9 mm的共866站，0.1～49.9 mm的共2270站(圖2a)。2018年臺風山竹過程云南降水較2017年天鴿過程明顯偏弱，全省以小到中雨、局部大到暴雨天氣為主，48h累計最大雨量為109.5 mm，最大小時雨強46.4 mm ，50站次出現短時強降水，較強降水主要出現在云南省東部和西南部西雙版納地區，過程雨量100 mm以上的2站，50～99.9 mm的共50站，0.1～49.9 mm的共2 949站(圖2b)。強對流天氣方面：天鴿在廣東登陸后西北移動過程中，受其外圍云系影響，全省雷暴、短時強降水天氣突出，局地還出現了大風天氣；2018年山竹過程中臺風在廣東臺山登陸沿海地區強對流天氣突出，但是西移過程中云南省東部未出現明顯強對流天氣，僅中部以西出現局地小范圍的雷暴和短時強降水天氣。

(a)“天鴿”降水實況 (b)“山竹”降水實況圖2 云南降水實況圖Fig.2 Actual precipitation in Yunnan

3 MJO位置和強度分析

山竹和天鴿于西太平洋洋面生成時，MJO分別位于第8和第1位相，均生成于MJO非活躍位相，生成時MJO弱,隨后往東傳,天鴿在生成東傳過程中MJO不斷增強，23日沿海登陸后由弱MJO增為強MJO,減弱低壓西行影響云南強降水時段主要集中在24—26日，這期間MJO一直處于第2位相，且強度增強，MJO>1(圖3a)。山竹于9月7日生成，此時MJO位于第8位相且MJO<1，之后東傳過程中略有增強，僅于8—11日時增強為強MJO,其余時段均為弱MJO,16日在廣東登陸后強度略增強，云南降水集中在17—19日，該時段為弱MJO且由第3位相進入第4位相(圖3b)。綜合分析可見，2次臺風過程分別在8月下旬和9月中旬，季節上有所不同，但臺風登陸后MJO都有一個增強過程，不同的是MJO指數山竹較天鴿弱，山竹登陸后東傳減弱，而天鴿過程MJO東傳中持續增強。

以上分析可見,臺風生成時MJO位于非活躍位相，臺風西移過程中MJO東傳可不斷增強，2次臺風均以強臺風級別在廣東沿海登陸，但是山竹登陸點較天鴿略偏西，登陸時強度略小，登陸時MJO均位于中東印度洋，減弱后的低壓影響云南時,天鴿過程MJO位于第2位相為強MJO，山竹位于第3～4位相為弱MJO,2次過程對比發現強MJO背景下云南強降水區域更大，強度更強。

(a)天鴿 (b)山竹圖3 MJO位相圖Fig.3 MJO phase

4 天氣環流背景

山竹過程中，副熱帶高壓呈比較明顯的塊狀分布，在廣東臺山登陸之后，16日20時其588 dagpm線伸至105°E附近，受其副熱帶高壓西南側氣流影響，低壓沿其西側往西北方向移動。17日14時中心位于云南、貴州和廣西交界處減弱后停止編號，低壓繼續西行；17日20時588 dagpm線東退至110°E 附近，環流中心位于越南北部于云南文山南部交界處(圖4a)。西行過程中對云南南部影響較大，之后與孟加拉灣低壓合并，影響減弱。

天鴿過程副熱帶高壓為帶狀分布，在廣東珠海登陸后，23日14時588 dagpm線西伸至75°E附近，登陸后沿著副熱帶高壓南側以西行為主；24日17時停止編號之后，減弱的低壓繼續西行；24日20時588 dagpm西脊點較之前東退到100°E附近，低壓環流沿副熱帶高壓南側西移至云南南部(圖4b)，25日08時其減弱后的低壓環流移至云南西雙版納西部邊緣，25日14時與孟加拉灣至中南半島一帶的低壓環流合并。

(a)2018年9月17日20時 (b)2017年8月24日20時圖4 500 hPa高度場(單位：dagpm)和700 hPa流場合成圖(陰影：700 hPa上風速>12 m·s-1)Fig.4 500 hPa height (unit: dagpm) & 700 hPa flow (shadow:wind speed above 12 m·s-1 on 700 hPa)

臺風山竹和天鴿減弱后的低壓環流均西移對云南產生影響，天鴿過程副熱帶高壓強盛，影響過程中588 dagpm東退在100°E附近；山竹過程副熱帶高壓略弱，其塊狀特征明顯，588 dagpm東退至110°E附近，天鴿過程沿南側以西移為主，而山竹過程西北移動且減弱較快，副高位置分布差異下兩次臺風降水范圍和區域不同。700 hPa上山竹低壓環流較天鴿略偏南，其西側孟加拉灣到中南半島附近均有氣旋性環流，形成與臺風低壓環流共存的雙渦模式，逆時針互旋運動引導臺風低壓環流西行，不同之處在孟加拉灣至中南半島一帶的低壓環流中心山竹較天鴿偏南5個緯度，天鴿過程兩環流中心緯度差距不大(圖4a)，平行的雙渦環流模式更利于臺風低壓環流的維持和西移。

5 物理量分析

5.1 水汽通量

山竹在廣西百色減弱為熱帶低壓影響廣西、云南東部時，其700 hPa上的低壓環流為近似圓形，水汽通量大值區位于低壓中心東北象限的廣西地區，云南東南部地區水汽通量在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5a)。隨著低壓減弱西移動，18日08時，700 hPa上低壓中心減弱西移動至云南西南邊緣，水汽通量12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上的地區位于廣西—貴州地區，云南中部以東為全省水汽通量的大值區，值在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5b)，強降雨主要集中在云南中部以東的區域，之后低壓中心與孟加拉灣低壓合并減弱，強降雨區西移至云南的普洱和西雙版納。天鴿進入廣西影響百色時，700 hPa上低壓環流近似橢圓形，中心位于越南，較山竹偏西偏南，云南中部以東地區水汽通量在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5c)，低壓西移速度較山竹慢，25日08時中心位于云南西雙版納，為近似橢圓形的低壓環流，低壓環流東部及北部水汽通量明顯增大，大部分地區12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，局地達16 g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5d)，強降水區域隨著低壓西移；14時水汽條件進一步加強，降雨持續，25日20時低壓中心消散減弱移出云南省，水汽通量值明顯減小，降雨減弱。

圖5 700 hPa水汽通量(單位：g·cm-2·hPa-1·s-1)和流場合成圖Fig.5 700 hPa water-vapor flux (unit:g·cm-2·hPa-1·s-1 ) &flow

當700 hPa上臺風低壓中心進入影響云南的關鍵區Ⅲ而未進入云南境內時，位于環流中心前部的云南東部地區水汽通量較大，在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上；云南西北部水汽通量都較小，但中部地區天鴿過程水汽通量值比山竹大，4 g·cm-2·hPa-1·s-1以上的區域更廣。隨著低壓環流中心西移進入云南，東部水汽通量減弱，但仍然是云南水汽通量大值區，天鴿過程云南大部地區在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，局部在12 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，山竹僅東部邊緣地區在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上。山竹水汽條件總體較天鴿過程略差，實況中過程帶來的降雨量也較天鴿小。

5.2 垂直速度

兩次過程均選取了強降水較為明顯的區域點垂直速度進行剖面分析(圖略)，從圖中可以看出：山竹過程上升運動主要集中在400 hPa以下，9月17日14時上升運動最強，強中心位于700 hPa附近，最強區域為垂直速度為-1 Pa·s-1，低層到高層都是以東北風為主，18日02時隨著低壓中心西移，低層到高層都轉為東南風，上升運動減弱，低層開始轉為弱下沉運動。天鴿過程從24—25日整層都以上升運動為主，中低層上升運動最強，最強中心位于700 hPa附近，其垂直速度為-2.6 Pa·s-1，24日20時從低層到高層都由東北風轉為東南風。兩次過程較強上升運動都出現整層由東北風轉為東南風的前12 h，最強上升運動均出現在700 hPa附近，天鴿過程中垂直上升運動更強更深厚，持續時間更長，其西行臺風低壓影響下云南的降水更強。

6 云圖

從紅外云圖上分析：兩次臺風在廣東登陸時均為強臺風級別，為有組織的渦旋狀云系，山竹登陸時其呈彎曲云帶，稠密云區不大，外圍螺旋云帶較為寬廣(圖6a)。天鴿登陸時其云型類似強風切變型，結構密實，中心稠密云區較大，外圍螺旋云帶向西伸展至越南和云南東南部，云南中部以東地區有分散強對流云系(圖6d)。隨著臺風西移進入廣西，受地形摩擦等作用影響，其云系開始逐漸分散，結構不再完整，但仍然可見氣旋性的渦旋云系，山竹到達廣西時其中心云系已經減弱，其東側和南側有分散對流云系(圖6b)；天鴿低壓中心進入云南后，其中心低壓環流云系仍然比較強，螺旋結構明顯，云南大部分地區受其云系影響(圖6e)。低壓環流繼續西行之后，對流云系進一步減弱，山竹過程中云南東部降雨云系明顯(圖6c)，天鴿過程云系較之寬廣，云南大部地區云系明顯(圖6f)，實況上降雨也較山竹范圍更大、強度更強。

圖6 FY2E紅外衛星云圖Fig.6 FY2E infrared satellite image

7 小結

①臺風路徑：山竹和天鴿均在廣東沿海登陸，天鴿登陸位置較山竹偏東一個經度，登陸之后均以西偏北路徑西行，進入影響云南的關鍵區Ⅲ之后，天鴿路徑略偏南，低壓中心進入云南文山，對影響云南降水的強度和范圍均更大。

②MJO影響：2次臺風過程在廣東登陸之后其MJO強度均略有增強，山竹過程MJO雖前期略有增強，但仍然為弱的MJO，天鴿不斷增強為強MJO。減弱后的低壓影響云南時,天鴿過程MJO位于第2位相為強MJO，山竹位于第3～4位相為弱MJO,2次過程對比發現強MJO背景下云南強降水區域更大，強度更強。

③臺風路徑受到副熱帶高壓位置和強度的影響，山竹過程副熱帶高壓塊狀分布，其588 dagpm線西脊點在110°E附近擺動；天鴿過程副熱帶高壓比較強盛，其呈帶狀分布，阻斷了南北之間的氣流交換，588 dagpm線在100°E附近，減弱后臺風進入影響云南的關鍵區之后以西行路徑為主，700 hPa上孟加拉灣至中南半島一帶均有低壓環流，天鴿過程與其中心位置緯度差距不大，有利于臺風低壓環流的維持和西移，造成的降水強度和范圍更大。

④當700 hPa上臺風低壓中心進入影響云南的關鍵區Ⅲ而未進入云南境內時，云南東部地區水汽通量均較大，隨著低壓環流中心西移進入云南，東部水汽通量減弱，但仍然是云南水汽通量大值區，天鴿過程云南大部地區在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上，山竹僅東部邊緣地區在8 g·cm-2·hPa-1·s-1以上。天鴿過程水汽通量條件較山竹好，實況中降雨量更大。

⑤兩次臺風低壓環流影響云南的過程中，低層到高層都以上升運動為主，天鴿過程垂直速度絕對值更大，其上升運動更強烈更深厚，較強上升運動持續時間更長，其降水強度及區域更大。臺風天鴿登陸時云系結構密實，西行過程中減弱慢，特別是進入云南境內其減弱的低壓環流云系仍然明顯，有利于臺風在云南的持續性降水。