臺風“古超”環流影響下閩東大暴雨物理量診斷分析

李碧寒，張翔宇，林 冰

1.安徽省馬鞍山市氣象局，安徽馬鞍山 243000；2.福建省寧德市氣象局，福建寧德352100；3.福建省福州市預警信息發布中心，福建福州 350000

我國是世界上臺風登陸最多、災害最重的國家，平均每年登陸我國的臺風有7~8個，受臺風影響的地區常常會出現暴雨天氣，甚至會有特大暴雨和伴隨爆發性洪水，造成的破壞性和災害都非常強[1]。陳聯壽[2]將臺風引起的暴雨分為臺風環流本身直接引起或臺風遠距離間接引起，也就是臺風遠距離暴雨。并指出臺風暴雨的強弱不單單取決于由臺風的強度，還與其他因子有密切的關聯。臺風遠距離暴雨一般情況下指的是在南方登陸的臺風給北方地區帶來的強降水過程。張雪晨等[3]通過研究2011年8月26—27日發生在安徽的一次臺風遠距離暴雨中得出，中緯度系統和臺風外圍環流的相互作用下，對降水的增幅有明顯影響。張清華等[4]通過研究0903號熱帶風暴“蓮花”，指出臺風低槽外圍西南急流，強對流性不穩定層結，低層強輻合、高層強輻散高低空配置，有利于遠距離臺風暴雨的出現。

每年閩東地區受臺風暴雨影響較大，但以臺風環流本體帶來的暴雨為主[5-8]，由遠距離臺風造成的暴雨的個例和研究都較少，也往往因其難以預測而造成巨大的損失。2017年9月7日，臺風“古超”位于福建與臺灣海峽之間，最近位置距離寧德仍有287 km。受其影響，寧德全市普降暴雨到大暴雨。臺風“古超”引起的暴雨天氣屬遠距離暴雨個例，預報技術難度大。本文擬通過研究此次難遇個例，探討臺風遠距離暴雨發生、發展的規律，以拓寬臺風暴雨的預報思路，對閩東沿海地帶的防災減災具有十分重要的意義。

1 降水實況

受高空槽和冷空氣以及臺風“古超”外圍環流影響，2017年9月7—8日寧德市普降暴雨到大暴雨。統計全市126個自動站，降水超過50 mm的自動站有42個，超過100 mm的有18個，最大為蕉城區金涵畬族鄉（180.5 mm），其次為柘榮縣黃柏鄉（157.8 mm），最大小時雨強為蕉城區金涵畬族鄉（121.4 mm）。強降水區主要集中在北部山區及寧德城區。這次降水過程主要分為7日20:00~8日08:00和8日08:00~20:00兩個較強時段，具有小時雨強大、持續時間長、局地特征明顯等特點。

2 環流背景及影響天氣系統

2.1 環流背景

從7日08:00 500 hPa高 度 場（圖1）上看，西太平洋副熱帶高壓588線位于浙江、江西北部，位置比較偏北，福建省處于588線控制之下，脊線在25°N，中緯度地區從東北至長江下游有一高空槽，位于120°E~130°E。槽底延伸至福建省北部，引導槽后冷空氣南下，逐漸影響全省。臺風“古超”7日08:00已減弱為熱帶低壓，位于臺灣海峽，中心距閩粵交界東南方約200 km（118.9°E，22.8°N），所以擴散南下的冷空氣與臺風北側外圍的東南風所攜帶的暖濕氣流于寧德市北部產生冷暖氣流交匯，觸發對流的發生發展。

2.2 主要的影響天氣系統

從850 hPa風場來看，7日14:00熱帶低壓處于臺灣海峽，在福建省東南位置，熱帶低壓沿著全省沿海北上，全市開始受到其外圍環流的影響。從夜間20:00（圖2a）起，隨著低壓進一步北上，受偏南風氣流影響。一方面由于風速逐漸加大，攜帶了大量的水汽，另一方面偏南風在全市有明顯的風速輻合，為持續強降水提供了有利的條件。

從7日20:00 925 hPa風場（圖2c）來看，寧德北部到浙江南部位于大陸冷高壓底部，有弱冷空氣從沿海滲透南下，與低壓北部的偏南暖濕氣流交匯，形成不穩定層結。另外，由于寧德市前期長時間為副高控制，積累了大量的不穩定能量，弱冷空氣的擴散，觸發了不穩定能量的釋放。

從8日08:00的850 hPa風場（圖2b）來看，熱帶低壓主體移至全市上空，雖然其本體環流不明顯，但是在沿海仍有東南風與西北風的匯合，造成明顯的上升運動，產生降水。從925 hPa風場（圖2d）看，沿海有完整的環流存在，環流北部仍有弱冷空氣的卷入。

圖2 850 hPa風場（a.9月7日20:00；b.9月8日08:00）和925 hPa風場（c. 9月7日20:00；d.9月8日08:00）

3 物理量的診斷分析

3.1 K指數

K指數是綜合了垂直溫度梯度、低層水汽含量和濕層厚度的一個物理量，可以用來表征大氣中低層暖濕溫度和大氣穩定度，K指數越高，大氣層結越不穩定。根據以往的預報經驗，夏季午后，當K指數＞35℃時，大氣中就具有較高的潛能，有利于對流的發生發展。而從7日20:00 K指數實況來看，全市上空K指數已經＞37.5℃，局部甚至超過40℃，在這個時次仍有K指數的大值區，說明上空積累了較高的不穩定能量。8日08:00上空K指數較昨晚稍許減弱，但是大于40℃的區域有所擴大，且位于全市沿海，說明當時的不穩定能量仍舊很強。

3.2 上升運動條件

強烈的上升運動是形成強對流天氣的重要條件之一。從7日20:00散度垂直剖面圖（圖3c）來看，在27°N附近，200 hPa為散度的正值中心，而低層為散度的負值中心，表明高層輻散、低層輻合，這種配置有利于加強空氣的抽吸作用，即有利于上升運動的加強。對應同時次的垂直速度圖（圖3a）也可以看出，全市中低層均存在負的垂直速度中心，表明具有深厚、強烈的上升運動。對比8日08:00的散度垂直剖面圖（圖3d）和垂直速度剖面圖（圖3c）可以看出，上升運動持續時間較長，但中心值較7日20:00有所減小，且中心位置更靠近26°N左右，反映了該時段寧德市蕉城區的強降水分布。

圖3 垂直速度沿120°E垂直剖面圖（a.9月7日20:00；c.9月8日08:00）和散度沿120°E垂直剖面圖（b.9月7日20:00；d.9月8日08:00）

4 雷達特征分析

由雷達拼圖可見，7日20:36，寧德市西北山區已有較強對流回波發展，受500 hPa偏西引導氣流影響，對流云團逐漸向東部發展。7日23:00，在柘榮附近，冷暖空氣交匯促進了對流云團的發展與維持，回波強度達到了55 dBz以上，產生了雷暴、短時強降水等強對流天氣。

8日09:42，臺風“古超”北側的對流云團在蕉城區發生發展，回波強度雖然較夜間有所減弱，但由于減弱的低壓環流移速較慢，輸送了豐富的水汽，降水效率較高，出現了此次過程最大小時雨強（121.4 mm）。之后，隨著環流逐漸入海，對流云團趨于減弱消散,降水也趨于結束。

5 結論

此次強對流天氣過程是在大尺度環流背景下，500 hPa高空槽偏北東移和低層弱冷空氣擴散南下和臺風“古超”環流的共同影響，配合大氣不穩定能量的積聚和動力抬升等諸多因素共同作用下產生的。500 hPa中緯度槽東移，引導弱冷空氣擴散南下，與臺風“古超”北側的東南暖濕氣流在寧德市交匯，觸發了對流的發生發展。

從物理量分析結果來看，K指數普遍大于37.5℃，大氣具有較高的層結不穩定度；高層有干冷空氣入侵，低層有高能高濕區，具備了較好的對流觸發條件；高層輻散低層輻合形成的抽吸運動也提供了良好的動力抬升條件。

當監測到雷達回波強度增強時，結合對天氣系統和物理量條件的主觀判斷，要及時發布強對流、強雷電等天氣的預警。