一次遠距離臺風影響的陜北區域性暴雨成因分析

李曉利，侯柯然，蔣伊蓉，李姍姍

(榆林市氣象局，陜西榆林 719000)

臺風是造成我國特大暴雨的主要災害系統之一，許多強烈持續性暴雨都與臺風有關[1-10]，隨著臺風暴雨研究的不斷深入，臺風遠距離暴雨深受關注，陳聯壽[4]給出了臺風遠距離暴雨的宏觀定義，即：降水發生在臺風范圍之外及降水與臺風存在著內在物理聯系。卓嘎[11]和劉子臣等[12]研究表明，青藏高原東側的陜西等地年降水量變化與臺風活動最為密切，該區域多數極端暴雨和造成嚴重洪澇災害的暴雨基本受臺風影響。孫壽全等[13]研究發現，在對流層中低層的西北渦與遠在華南和華東沿海的熱帶氣旋可以發生相互作用，造成河北省區域性大暴雨過程。武麥鳳等[14]分析得出遠距離臺風和西北渦相互作用，一定程度增大了陜西中部地區暴雨強度和暴雨范圍。何光碧等[15]研究指出臺風活動與中國西部部分地區降水呈正相關特征。李媛等[16]分析得出臺風環流使遠距離降水區水汽輻合范圍集中，輻合強度增強，從而增強降水強度。張雅斌等[17]分析得出臺風遠距離暴雨出現前12 h左右，暴雨中心低層比濕出現極大值，對應的風場輻合中心一般出現在比濕增加之后。閆軍等[18]研究表明熱帶氣旋、中緯度槽(渦)、副熱帶高壓、水汽通道及高空急流是產生遠距離暴雨的主要影響系統。張弘等[19]研究表明，臺風與河套低渦相互作用，造成了陜北突發性暴雨。井喜等[20]研究指出，陜西北部突發性暴雨和遠距離臺風的活動關系密切。侯建忠等[21-22]統計發現，陜西省極端暴雨與遠距離臺風相關率接近87%，區域性暴雨與遠距離臺風相關率超過70%。那么，遠距離臺風是如何影響陜北區域性暴雨的？本文以2020年8月4—5日陜北區域性暴雨過程為例，利用常規高空、地面觀測資料以及NCEP/NCAR 1°×1°間隔6 h再分析資料，從遠距離臺風對暴雨區的水汽、能量、風等影響方面診斷分析，以期進一步明晰此類天氣的成因和機理。

1 臺風“黑格比”和暴雨概況

2020年第4號臺風“黑格比”于7月31日在呂宋島以東生成擾動，8月1日20：00獲得命名，隨后一路向西北方向移動，強度逐漸加強，3日14:00加強為臺風，4日凌晨03:30前后以強熱帶風暴等級在浙江省樂清市沿海登陸，登陸時中心附近最大風力13級(38 m/s)，隨后迅速北抬縱穿浙江省、江蘇省。隨著臺風北移，雨帶向西北地區擴展，造成陜北地區出現區域性暴雨天氣；之后隨著臺風的轉向東移，雨帶東移，山西、河南、河北等地均出現大范圍暴雨天氣。由圖1可見，此次過程陜北降水落區呈東西向分布，暴雨強中心位于陜北的榆林與延安交界處。4日08:00—5日20:00國家氣象站累積最大降水量190.8 mm(榆林清澗站)，區域氣象監測站累積最大降水量209.1 mm(清澗縣下二十里鋪站)，降水主要集中在4日05:00—5日14:00，最大小時雨強為41.9 mm/h(清澗縣玉家河鎮)出現在5日10:00—11:00，可見此次降水過程有中小尺度系統的作用。

2 影響系統分析

從環流場的高低空配置來看，此次暴雨天氣的主要影響系統是500 hPa西風槽和副熱帶高壓(以下簡稱副高)外圍的暖濕氣流，隨著臺風“黑格比”的西移北上，副高主體西伸北抬[23-24]，引導副高外圍水汽向西北地區輸送，上述系統穩定維持，有利于水汽持續向暴雨區輸送。

由圖2可見，8月4—5日暴雨落區位于500 hPa槽前和700 hPa、850 hPa切變線附近。500 hPa 副高外圍西南氣流、850 hPa偏南風和偏東風兩支氣流及700 hPa偏南風氣流在榆林南部附近匯合，同時700 hPa有偏南風急流建立，4日20:00(圖略)南風急流伸展到延安以北達20 m/s，濕區明顯北伸擴大。暴雨時200 hPa上陜北位于急流軸右側輻散區，高層輻散增強了中低層氣流的輻合抬升。5日08:00 700 hPa切變線轉為低渦切變， 同時850 hPa榆林與延安交界處有人字型切變，中低層輻合的加強和維持，大大提高了降水效率。850 hPa東路冷空氣的侵入是觸發大降水的條件之一。

從渦度場(圖略)來看，700 hPa正渦度中心4日20:00—5日08:00從寧夏逐漸東移至榆林的東南部，中心值由10×10-5s-1增大到18×10-5s-1，正渦度中心的移動與暴雨中心移動方向基本相一致，中低層的環流配置為此次暴雨提供有利的動力條件。

3 臺風對暴雨的影響

3.1 水汽輸送

臺風“黑格比”在浙江登陸后，4日20:00—5日08:00沿著120°E經線一路北上。從700 hPa水汽通量及水汽通量散度場(圖3)可見，4日20:00在臺風西南側，沿著副高外圍有一支西南風將水汽輸送至寧夏與陜北交界處，水汽通量的輻合區位于榆林的西部。5日02:00形成強的南北向水汽通量大值區，水汽輸送突增，同時水汽輻合區也北抬至榆林中部，且輻合區強度增強、范圍增大，此時雨強和強降水范圍均有增大。5日08:00南風氣流維持，但水汽輻合區東移至榆林東部的黃河沿線，強降水雨帶也隨之東移。

850 hPa水汽通量及水汽通量散度場(圖4)上，4日20:00臺風西側的偏東氣流伸展至河套地區，但陜北地區主要水汽來源于東南氣流的輸送。5日02:00隨著臺風北進，水汽通量明顯增大，臺風外圍東風氣流加強，形成偏東和偏南兩支水汽，在陜北的中西部交匯，水汽輻合區位于榆林與延安交界處，影響暴雨區雨強和暴雨范圍明顯增大。5日08:00偏東和偏南兩支水汽依然維持，水汽輻合中心東移至陜北地區的黃河沿線，此時雨帶東移， 強降水落區與850 hPa水汽通量大值區和水汽的輻合中心位置一致。

從水汽通量散度剖面(圖略)來看，4日20:00—5日08:00陜北西部、榆林和延安交界處一帶850～500 hPa存在明顯的水汽輻合，同時5日02:00輻合強度增強至-9×10-7g/(cm2·hPa·s)，中心位于700 hPa附近，5日08:00輻合中心高度下降至800 hPa并東移至榆林的清澗與延安的延川一帶。

綜上所述，當臺風西進北抬時，副高隨之西伸北抬，同時增強了副高外圍水汽向北輸送，水汽輻合區隨之北抬。當臺風位于120°E、32°N～33°N，其與副高之間的氣壓梯度增加，使850 hPa偏東風水汽輸送加強，水汽輻合加強抬升，此時暴雨區的水汽通量和水汽輻合達到最強，影響陜北地區雨強和暴雨范圍增大。當臺風北移至120°E、34°N以北時，副高轉為緯向環流，水汽輸送減弱， 暴雨區水汽通量驟減。

3.2 能量輸送

沿暴雨中心的假相當位溫垂直剖面圖(圖略)上，4日20:00—5日08:00，假相當位溫從低層到高層變化為先減小后增大，同時高低空的假相當位溫差也增大，θse850-θse500≥16 K，暴雨區對流層中低層表現為較強的對流不穩定層結。

700 hPa假相當位溫(θse)場上，4日至5日甘南—寧夏—陜北一線逐漸形成高能軸。5日08:00(圖5a，見第5頁)甘肅中部和陜西中部分別有低能區發展，850 hPa甘肅中部和四川北部附近有兩路冷空氣，在兩股冷空氣的夾擠下，高能中心值增大，高能舌向北伸至榆林中部，在榆林中北部形成強的能量鋒區，θse差值達28 K。低層冷空氣侵入，濕斜壓性增強，鋒區的動力強迫作用有利于低層具備不穩定能量的暖濕空氣沿能量鋒區爬升[25]。隨著鋒區的北抬東移，強降水落區向東向北擴展，二者有很好的對應關系，強降水落區位于700 hPa能量鋒區南側的高能區內。850 hPa假相當位溫場上，4日20:00—5日08:00，隨著臺風的北進，其北側的偏東氣流加強向西北地區伸展，使得高能區強度增大，范圍擴大，高能鋒區梯度加強由延安南部不斷北移，能量鋒區與上述水汽輻合區位置一致。5日08:00(圖5b，見第5頁)能量鋒區位于榆林與延安交界處，梯度達到最強，850 hPa能量鋒區即為強降水落區。可見臺風西進北抬時其中低層北側的偏東氣流為暴雨區提供了高能高濕的條件。

3.3 風場

沿暴雨中心的風場與垂直速度剖面圖(圖6，見第5頁)上可見，暴雨前期600 hPa以下為2～4 m/s的偏東風，4日08:00后高空槽東移，從高層到近地層均為西南風，4日20:00—5日02:00 700～500 hPa有西南風急流維持，850 hPa以下持續為偏東風，低空西南風急流建立和維持導致降水增強。5日08:00高空槽東移，高層600 hPa以上轉為西風氣流，槽后冷空氣開始向低層擴散，此時700 hPa以下仍為較強的西南氣流，850 hPa臺風外圍東風增強，輻合區位于榆林東南部與延安交界一帶，并伴有強的上升運動，垂直速度上升中心位于850 hPa附近，高空冷空氣的侵入，在陜北地區形成上干冷、下暖濕的不穩定層結，激發了中尺度對流，產生強降雨。由此可見，暴雨前期主要為弱的東路冷空氣影響，輻合較弱，降水效率相對低，暴雨后期隨著高空冷空氣的入侵和850 hPa臺風外圍東風以及輻合增強，伴有強的上升運動，雨強突增，中尺度對流系統的影響是暴雨加強的原因。

4 結論

(1)此次暴雨過程的影響系統為500 hPa西風槽和副熱帶高壓外圍的暖濕氣流，中低層的切變及伴隨的正渦度，為暴雨提供了有利的動力條件。

(2)臺風“黑格比”西進北抬，副高也隨之西伸北抬，其外圍水汽向西北地區輸送，促進了西南急流的建立和水汽的持續輸送。850 hPa臺風外圍偏東風加強水汽輸送，形成偏東和偏南兩支水汽在陜北附近交匯，暴雨區的水汽通量和水汽輻合達到最強，陜北地區雨強和暴雨范圍增大。

(3)臺風西進北移時，其西北側的偏東氣流加強向西北地區伸展，高能鋒區梯度加強，范圍擴大，暴雨區對流層中低層表現為較強的對流不穩定層結，形成有利于暴雨的高能高濕環境場，850 hPa能量鋒區即為強降水落區。

(4)暴雨前期主要受弱的東路冷空氣影響，降水效率低。暴雨后期高空冷空氣入侵，850 hPa臺風外圍東風風速輻合增強，同時伴有強的上升運動，陜北地區受中尺度對流系統的作用暴雨加強。