臺風“獅子山”和“圓規”對霞浦縣降水影響對比分析

徐佳奧 雷 喆 陳文佳 陳求振

(1.福建省霞浦縣氣象局，福建 寧德 352000;2.民航三亞空中交通管理站，海南 三亞 572000)

1 概述

熱帶氣旋是發生在熱帶或副熱帶洋面上的低壓渦旋，是一種強大而深厚的熱帶天氣系統[1]，臺風屬于熱帶氣旋的一種，是我國最主要的災害性天氣之一。目前，許多學者做單個和多個臺風的對比分析，從中得出諸多有利于臺風發展的因素。馮德花等[1]利用常規觀測資料、NCEP 1°×1°再分析資料和MJO指數對臺風“天鴿”和“山竹”研究指出，較大的水汽通量、較強的上升運動、登陸時密實的低壓云團以及對流云系減弱較慢等都有利于臺風降水的維持；楊舒楠等[2]利用常規觀測資料、氣象衛星資料及NCEP分析數據對臺風“麥德姆”和“蘇迪羅”進行對比分析得出，冷空氣和登陸臺風減弱后的殘余環流相互作用會產生大暴雨；陳紅專等[3]應用多種常規觀測資料、加密自動氣象站資料和NCEP 1°×1°再分析資料對“尤特”和“天兔”進行對比分析得出，“尤特”臺風暴雨直接由臺風環流引起，具有峰前暖區降水特點，“天兔”則由臺風低壓倒槽與西風帶天氣系統相互作用引起，典型的鋒面降水；張建海等[4]利用MM5模式對兩個路徑相似的臺風“海棠”和“鳳凰”進行對比研究指出，水汽輸送、弱冷空氣侵入和地形都會對臺風暴雨產生影響。

福建省位于我國東南沿海，是常受臺風影響的地區之一。臺風登陸后，受地面摩擦作用，臺風結構、強度重新調整，但當登陸臺風減弱后的殘余環流與南下冷空氣作用時，將有特大暴雨產生[2]。伴隨著大風、暴雨等現象出現，將給建筑、高空設備、通信交通、農業和旅游業等造成影響，同時也危害著人民生命安全和國家經濟發展[5]。隨著氣象技術進步，各種新型預報產品出現，我國對臺風路徑和降水影響的預報也愈加準確，但是由于影響臺風路徑和降水的因素較多，預報精確度還有待提高。據此，本文通過分析臺風路徑和降水情況，利用環流形勢、風場以及垂直速度、渦度散度、水汽等相關氣象診斷物理量，對比分析臺風“獅子山”和“圓規”過程，找出兩次過程的共同特點和差異，為今后同類型臺風暴雨過程預報提供參考。

2 數據和研究方法

臺風路徑資料源自中央氣象臺臺風網。降水數據采用霞浦縣域內自動氣象站逐時EFZ格式站點數據。高度場資料、風場資料、垂直速度量、渦度散度數據、濕度數據均采用歐洲中尺度天氣預報中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)的ERA-5再分析格點資料。本文應用上述資料數據，結合Python語言編程繪制出臺風路徑、降水概況、環流形勢、風場、垂直速度、水汽和渦度散度圖，對比分析兩次臺風對霞浦縣降水的影響。

3 分析與結果

3.1 臺風路徑和強度

如圖1所示，“獅子山”和“圓規”均生成于菲律賓以東的洋面上，移動路徑相似，都逐漸向海南省靠近，最終分別以熱帶風暴級(獅子山)和強熱帶風暴級(圓規)在海南省登陸。其中，10月7日08時，“獅子山”位于霞浦縣西南部，中心距霞浦縣約1484km，主體結構較為松散，影響范圍廣，云系發展旺盛；10月13日08時，“圓規”同樣位于霞浦縣西南部，中心距霞浦縣約1124km，主體結構緊實，在海南省登陸后強度迅速減弱，云系發展高度不及“獅子山”，給霞浦縣帶來的降水強度弱于“獅子山”。

(a)臺風“獅子山”移動路徑

(b)臺風“圓規”移動路徑

3.2 降水概況

“獅子山”和“圓規”移動路徑相似，但過程雨量在時間和空間分布上均有差異，如圖2和圖3所示，“獅子山”過程雨量較大，暴雨落區在東北角，降水主要集中在7日，小時最大降雨量出現在7日19時，1小時降水量可達28.9mm；而“圓規”過程雨量較小，暴雨落區在北部中間，范圍小于“獅子山”，降水主要集中在13日和14日，小時最大降雨量出現在14日11時，1小時雨量可達9.8mm。

綜上可得，“獅子山”影響過程中，降水持續時間較短，強度較強；而“圓規”影響下，降水持續時間較長，強度較弱。

(a)10月6日20時—8日20時累計降水(“獅子山”過程)

(b)10月12日20時—14日20時累計降水(“圓規”過程)

(a)10月6日20時—8日20時霞浦縣單站小時降水

(b)10月12日20時—14日20時霞浦縣單站

3.3 環流形勢影響分析

如圖4(a)(b)所示，高層200hPa上，中緯度地區均有條由西向東的帶狀高空急流，500hPa上有一低槽東移，結合圖(c)(d)中850hPa溫度場可以看出，兩次臺風過程均有冷空氣南下擴散，但兩次冷空氣南下程度不同，“獅子山”移動過程中，低層不存在干冷空氣入侵的情況，而“圓規”移動過程中，低層有冷空氣卷入臺風主體。

(a)10月7日08時(臺風“獅子山”)

(b)10月13日08時(臺風“圓規”)

(c)10月7日08時(臺風“獅子山”)

(d)10月13日08時(臺風“圓規”)

3.4 垂直速度場分析

如圖5所示，臺風“獅子山”過程中，在700～400hPa高度上7日20時和8日20時前后垂直速度負值較大，存在較強的上升運動，其中垂直速度最大負值出現在7日20時前后，數值可達-1.5～-1；臺風“圓規”過程中，在700hPa以下高度上13日02時至14日11時存在較強上升運動，其中垂直速度最大負值出現在13日10時前后，數值同樣可達-1.5～-1。

(a)臺風“獅子山”影響時段

(b)臺風“圓規”影響時段

對比分析可得出以下結論：臺風“獅子山”過程中，垂直速度的大值中心出現在700～400hPa這個高度，而臺風“圓規”則出現在700hPa以下的高度。

3.5 渦度散度及水汽通量分析

如圖6(a)所示，7日20時霞浦縣低層處在一個上升氣流控制下，對應的散度強度在-5×10-5～0s-1之間，同時考慮渦度平流情況，霞浦縣處在正渦度區，7日20時渦度值達到4.0，受到正渦度平流影響，地面輻合上升加強，成為強降水中心。圖6(b)中13日08時，霞浦縣低層處在強的下沉氣流控制，散度達10×10-5，同時霞浦縣處在正渦度區，渦度最大值達7.5，也受到正渦度平流影響。比較之下，霞浦縣大部分地區的抬升條件“獅子山”要好于“圓規”，同時從圖6(c)(d)中6日20時和12日20時的水汽通量可見，水汽自東向西向霞浦縣輸送。

(a)10月7日20時(臺風“獅子山”影響時段)

(b)10月13日08時(臺風“圓規”影響時段)

(c)10月6日20時(臺風“獅子山”影響前)

(d)10月12日20時(臺風“圓規”影響前)

通過對渦度、散度和水汽等物理量的診斷可見，①從水平渦度平流角度而言，臺風“獅子山”和“圓規”過程中，850hPa上都存在正渦度平流輸送(如圖中箭頭所示)。同時正渦度大值中心與降水過程累計量大值中心相匹配。②從散度角度而言，臺風“獅子山”過程中低層為一致的輻合，而“圓規”則為一致輻散。③從水汽通量散度可知，臺風“獅子山”和“圓規”影響前霞浦縣處于水汽輻合區，有利于降水發生。“獅子山”水汽輻合中心位于霞浦縣上方，而“圓規”水汽輻合中心位于霞浦縣西北角。

4 結論與討論

本文采用天氣學診斷分析方法對臺風“獅子山”和“圓規”所引發的降雨天氣過程進行對比分析，得到如下結論：

① “獅子山”影響過程中，降水持續時間較短，強度較強，最大小時雨強28.9mm/h；而“圓規”影響下，降水持續時間則較長，強度較弱，最大小時雨強9.8mm/h。

②兩次臺風均受西太平洋副熱帶高壓、低槽東移和低空急流影響，主要區別在于低槽東移引導冷空氣南下的程度不同。“獅子山”結構較為松散，發展更旺盛，無干冷空氣卷入；“圓規”結構緊實，云系發展高度不及“獅子山”，有弱冷空氣卷入臺風中心。

③兩次臺風過程中上升運動最強時段對應的降水都較強，其中臺風“獅子山”過程中，垂直速度的大值中心出現在700～400hPa高度，而臺風“圓規”則出現在700hPa以下的高度。

④兩次臺風過程500hPa都存在正渦度平流輸送，正渦度大值中心與降水過程累計量大值中心相匹配，臺風“獅子山”過程中低層為一致的輻合，而“圓規”則為一致輻散。兩次臺風影響前霞浦縣處于水汽輻合區，有利于降水發生，“獅子山”水汽輻合中心位于霞浦縣上方，而“圓規”水汽輻合中心位于霞浦縣西北角。

⑤通過對散度和渦度場的分析可知，低層輻合、高層輻散的垂直分布有利于強降水天氣增強，降水強度的大小不僅要有充足的水汽供應，還要有相對應的上升運動，同時渦度平流的大小在一定程度上對地面的輻合有增強效應。