超強臺風“格美”（2403）影響下不同類型降水特征及成因

摘要 利用逐小時降水資料、中央氣象臺主觀分析的臺風路徑資料、ERA5數據和全球數據同化系統數據，對2024年第3號超強臺風“格美”及其殘余系統影響期間4個代表性站點進行水汽及動力特征診斷分析，對比臺風本體降水、遠距離降水及殘渦降水發生時天氣形勢、水汽來源及層結不穩定等特征的異同。結果表明：（1）臺風本體降水發生在臺風倒槽附近，200 hPa南亞高壓提供了高空輻散條件。（2）遠距離降水出現在500 hPa槽前、副熱帶高壓西北側及200 hPa高空急流軸右側。（3）殘渦降水附近有很強的南北風向切變，北部高壓壩的阻擋使得殘渦穩定少動更有利于強降水產生。（4）臺風本體降水水汽來源于孟加拉灣—南海一帶，由臺風引導季風輸送水汽到達降水區。遠距離降水及殘渦降水水汽均主要來源于臺風外圍環流附近，經臺風輸送到達降水區。（5）產生降水時，氣團表現出暖濕且不穩定的特征，地形抬升或喇叭口地形有助于降水的形成。臺風中心或殘渦附近的降水區為低質心的熱帶型降水，降水效率較高，而在遠距離降水區及螺旋雨帶中，對流活動范圍更大、對流高度更高，伴隨列車效應作用。

關鍵詞 超強臺風“格美”；臺風降水；水汽輸送

中圖分類號： P458.124文獻標志碼： A文章編號： 2096-3599-（2025）-01-0001-11

DOI：10.19513/j.cnki.hyqxxb.20241126001

Abstract Based on the hourly precipitation data， subjectively analyzed typhoon track data by the National Meteorological Center， ERA5 data and data of Global Data Assimilation System， the water vapor and dynamic diagnostic analysis are conducted on 4 representative stations with precipitation induced by Super Typhoon Gaemi （2403） and its remnant systems. The similarities and differences in the synoptic situations， water vapor sources and unstable stratification characteristics are analyzed for typhoon precipitation （TP）， typhoon remote precipitation （TRP） and typhoon remnant vortex precipitation （TRVP）. The results are as follows. （1） TP occurs near the typhoon inverted trough at 850 hPa， and the South Asia high at 200 hPa provides conditions for highlevel divergence. （2） TRP occurs in front of the 500hPa trough， on the northwest side of the subtropical high and on the right side of the 200hPa highlevel jet stream axis. （3） There is strong northsouth wind shear near the TRVP， and the obstruction of the highpressure dam in the north makes the vortex stable， which is conducive to the heavy precipitation. （4） The water vapor of TP is from the Bay of Bengal-the South China Sea， and is transferred to the precipitation area through the monsoon pulled by Gaemi. The water vapor of TRP and TRVP mainly comes from the peripheral circulation of the typhoon and is transferred to the precipitation area by the typhoon. （5） When precipitation occurs， the air masses around the 4 stations are warm， humid and unstable. The topographic uplift or trumpet shaped terrain contributes to the formation of precipitation. The precipitation area near the center or the remnant vortex is a lowcentroid tropical precipitation with high precipitation efficiency. However， in remote precipitation areas and spiral rainbands， the range of convective activity is larger， the convective height is higher， and there is a train effect.

KeywordsSuper Typhoon Gaemi; typhoon precipitation; transfer of water vapor

引言

中國是世界上臺風登陸最多、臺風引起災害最嚴重的國家之一［1］。臺風引起的災害主要有暴雨、大風和風暴潮3大類［2］，其中臺風暴雨是3種災害中發生最為頻繁的一種［3］，暴雨會引起山洪爆發、泥石流及洪水泛濫等次生災害，給人民生命及財產安全造成巨大損失［4］。

陳聯壽［5］將臺風降水分為兩大部分。一部分是臺風本體降水（typhoon precipitation，TP），包括臺風眼壁降水、臺風螺旋雨帶或外圍降水、臺風倒槽降水、臺風內切變線降水、臺前颮線降水。中國排名第一的日降水量就是在臺風的直接影響下造成的：1967年10月17—19日，在臺灣省的新寮，日降水量高達1 672 mm，3 d累計降水量達2 749 mm［6］。還有一部分是臺風遠距離降水（typhoon remote precipitation，TRP）。TRP是中緯度地區夏季暴雨的重要形式之一，不少著名的特大暴雨均受到臺風的間接影響，并且日降水量和過程降水量甚至超過臺風環流主體所直接造成的降水［7］。2021年鄭州“7[DK]·20”特大暴雨，最大小時降水量達201.9 mm，創下中國大陸小時降水量新紀錄，造成重大人員傷亡和經濟損失。此次降水與2106號臺風“煙花”的遠距離降水密切相關［8］。

與臺風相關的降水在臺風停編后依然可能存在，其中一類是臺風殘渦降水（typhoon remnant vortex precipitation，TRVP）。關于臺風殘渦的定義，目前國內還沒有統一的規范或標準，有研究［9］將臺風停編后或強度（風力）降至5級（含5級）以下時殘存的低壓環流中心定義為殘渦。雖然殘渦的定義并未統一，但大量觀測事實表明，弱殘渦造成的降水可超過強臺風［10］，有的殘渦甚至會“復活”。2023年，受2305號臺風“杜蘇芮”影響，華北發生極端特大暴雨，其中殘渦影響階段暴雨最活躍［11］。臺風在變性后的降水（extratropical transition precipitation，ETP）也是很重要的一個部分，臺風變性并不代表降水會減弱，相反，與冷空氣結合會使變性中的溫帶氣旋激發更大的能量，帶來更強的降水［12］。

與臺風相關的降水影響因子包括臺風自身因子（路徑、強度、移速、結構等）、大尺度環境場因子（水汽輸送或急流、冷空氣或西風槽、垂直風切變、臺風倒槽與東風波、雙臺風、西北太平洋副熱帶高壓）、下墊面條件、中小尺度系統及云微物理過程［13］。但幾種降水的主要影響因子有所差異。例如，臺風強度與TP密切相關［14-16］。然而，TRP與臺風強度并沒有明顯的相關關系［17-19］，與臺風有關的強水汽輸送對TRP的持續維持至關重要，低空急流和副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）往往在水汽輸送中起到重要作用［20-22］。殘渦與中尺度西風槽相互作用獲得斜壓能，導致登陸臺風環流出現半冷半暖結構，使不穩定層結加強和垂直運動加劇，是降水增幅的主因［23］，ETP往往也與此有關［12］。而與季風涌相互作用獲得潛熱能是臺風殘渦在陸地上持續維持強降水的另一主因［23］。

2024年第3號超強臺風“格美”在華東、華南、江南、華北、東北等地造成極端降水影響，影響范圍廣、降雨強度大、超警河流多。在“格美”影響下，TP、TRP、TRVP均有發生，這3種降水發生時天氣形勢及水汽輸送等異同特征將在文中進行探討。

1數據來源

文中使用的數據主要包括：（1）國家級地面氣象觀測站逐小時降水數據集。該套數據是國家氣象信息中心經過嚴格質量控制之后的逐小時站點降水數據集（http：//data.cma.cn/），使用的站點是氣象觀測臺站（包括全國基準、基本、一般站），去除缺測的站點，最終使用的站點數量為2 471個。文中所提到的逐日降水量，由前一日20時—當日20時（文中所提到的時間如無特殊說明，均為北京時）逐小時降水量累加所得。（2）中央氣象臺主觀分析臺風路徑數據集。該資料包括臺風中心位置、中心最低氣壓及中心附近最大風速，當臺風進入中國24 h警戒線內時間間隔為1 h。（3）歐洲中期天氣預報中心（European Centre for MediumRange Weather Forecasts，ECMWF）ERA5數據。文中用到的溫度、位勢高度、比濕、風速等氣象要素再分析資料使用目前的ERA5數據，垂直等壓面共37層，時間分辨率為1 h，空間分辨率為0.25°×0.25°［24］（https：//cds.climate.copernicus.eu/datasets/reanalysisera5pressurelevels？tab=download）。（4）全球數據同化系統（Global Data Assimilation System，GDAS）數據。用HYSPLIT模式[JP3]（Hybrid SingleParticle Lagrangian Intergrated Trajectory model）追蹤水汽來源時，使用的是美國國家環境信息中心GDAS數據，空間分辨率為1°×1°（ftp：//arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1/）。（5）S波段雙偏振天氣雷達反射率因子（ZDR）產品。

2臺風“格美”概況

2024年第3號臺風“格美”于7月20日14時在菲律賓以東洋面生成，生成后向西北轉偏北方向移動，強度逐漸增強，24日08時加強為超強臺風級，之后維持超強臺風級并在臺灣島東北部近海回旋打轉，25日00時前后以強臺風級在臺灣省宜蘭縣南澳鄉登陸（48 m[·s-1，945 hPa），登陸后穿過臺灣島北部進入臺灣海峽，強度逐漸減弱，[JP3]并于25日19：50前后以臺風級在福建省莆田市秀嶼區沿海再次登陸（33 m[DK]·s-1，972 hPa）?！案衩馈钡顷懞髲姸染徛郎p弱，并向北偏西方向移動，于26日17時前后由福建進入江西境內，強度繼續減弱，于27日17時前后由江西進入湖北境內，并減弱為熱帶低壓，中央氣象臺于7月28日08時對其停止編號（圖1）。此后，臺風殘余系統在陸地上繼續維持至30日?！案衩馈标懮暇S持時間約為60 h，遠高于中國臺風平均滯留陸地時間（20 h）。

3臺風“格美”降水特征

“格美”減弱為熱帶低壓后，降水的影響依然持續，圖2給出了2024年7月20—30日的累計降水量。文中將受到臺風環流直接影響的降水作為TP；與TP雨帶之間有間隔，但又與臺風之間通過明顯的水汽輸送通道相連的降水作為TRP；由于臺風在28日停編，28日及以后受臺風低壓及其殘余環流影響引起的降水作為TRVP。7月20—30日，中國的降水主要有兩個區域：一個是華東、華南和江南地區，主要是TP及TRVP；另一個是東北及華北地區，主要是TRP。福建柘榮（27.25°N，119.9°E）的累計降水量最大，為577.0 mm，主要集中在25日和26日，日降水量分別為225.0 mm、217.5 mm，主要是TP。TRVP主要位于江西及湖南，其中湖南衡山（27.26°N，112.84°E）累計降水量為380.5 mm，降水主要集中在28日。TRP主要集中在遼寧和吉林，遼寧61個站點中有25個累計降水量超過250.0 mm，85.25%的站點降水量超過100.0 mm，[JP3]而降水量最大的站點位于吉林集安（41.15°N，126.22°E），降水量為571.7 mm，吉林集安的降水呈現雙峰型，25日（178.1 mm）及27日（177.7 mm）降水量超過150.0 mm。

單日最大降水量排名前5的站點中有4個位于湖南。最大單日TRP出現在遼寧臺安（41.42°N，122.43°E），為26日的291.4 mm；最大單日TP出現在廣東潮州（23.67°N，116.7°E），為26日的278.6 mm（圖3a）；最大單日TRVP出現在湖南衡山，為28日的344.7 mm；另外，考慮到廣東潮州為臺風螺旋雨帶處的降水，臺風眼壁附近最大單日TP出現在福建長樂（25.97°N，119.5°E），為25日的251.3 mm。將這4個站點作為代表性站點進行接下來的研究。由圖3b可以看到，福建長樂短時降水量比其他3個站點小，但降水維持時間長；遼寧臺安有2個降水量峰值；廣東潮州單小時降水量最大；湖南衡山的降水持續時間長。4個站點降水量最大的時刻并不相同，TP均出現在下午16時（福建長樂7月25日16時的32.8 mm，廣東潮州7月26日16時的54.0 mm），TRP及TRVP小時最強降雨分別發生在7月26日00時（遼寧臺安，48.2 mm）及7月28日05時（湖南衡山，41.6 mm）。

4環流背景

根據第3節的分析，圖4給出了4個站點降水量最大日的天氣形勢。

臺風“格美”期間，西南季風強盛，在副高的共同作用下，降水區不斷有來自低緯的水汽補充（圖4a—d）。南亞高壓穩定維持且不斷加強（圖4i—l），提供了良好的高空輻散條件。受副高、大陸高壓和西南季風等周邊系統的共同引導，25日臺風“格美”移速緩慢，08—16時，平均小時移速在10.33 km[DK]·h-1左右，這也是福建長樂降水量最大時段（圖3b）。且7月25日16時，福建長樂位于臺風倒槽附近，有利于降水產生。

7月26日00時，500 hPa副高脊線位于35°N附近，西脊點西伸至120°E附近，臺風主體龐大，沿副高邊緣向西偏北方向移動。遼寧位于高空冷渦前部、槽前的急流出口區、850 hPa上暖切變附近，在副高及臺風外圍環流的引導下，水汽源源不斷地向遼寧輸送（圖4b），并且，遼寧位于200 hPa高空急流入口區右側（圖4j），有利于高空輻散和對流發展。另外，臺風的西南方向有西南季風的水汽輸送，為臺風的發展維持及TRP提供水汽和能量輸送（圖4b），這是典型的TRP環流配置［19］，這樣的環流配置為遼寧降水提供了有利的環流、水汽和能量條件。

分析發現，臺風“格美”附近水汽輸送一直呈現東南多、西北少的特點。7月26日16時，副高略有東退，向遼寧的水汽輸送依然存在但更偏東且強度稍有減弱。但由于臺風中心向西北移動，廣東大部位于臺風水汽輸送更強的西南側，廣東東部的水汽輸送明顯增多，水汽輸送通量超過32 g[DK]·s-1·hPa-1·cm-1（圖4b）。850 hPa，廣東位于西南風與西北風切變線附近（圖4g），200 hPa，對流層上層的南亞高壓中心穩定維持在青藏高原上空。7月26日南亞高壓進一步加強，為臺風發展及強降水形成提供了良好的高空輻散條件（圖4k）。

7月28日05時，盡管臺風中心附近的環流已經明顯減弱，但在副高西側偏南氣流的影響下，仍有較強水汽向北輸送。受臺風外圍殘余環流的影響，925 hPa湖南附近的水汽通量明顯加強（圖4d），且在湖南東部，衡山處于低渦中心附近，有一條明顯的南北風切變線（圖4h），產生強輻合上升運動，有利于降水產生，臺風殘余環流受到其北側高壓壩的阻擋，停滯少動并在湖南附近維持時間較長，這也是湖南強降水維持時間較長的原因。

5水汽輸送特點及不穩定度

通過第4節的分析可以發現，4個站點的降水出現時環流形勢有所差異，但均出現在水汽輸送很強的時刻，不同站點水汽輸送的主要層次是否相同？水汽的來源是否有所差異？大氣可降水量及季風涌的強度有什么特點？水汽輸送都很強的情況下，降水形成不穩定條件是否有所差異？這些問題將在本節進行討論。

將代表性站點附近邊長2.5°×2.5°水平范圍內的大氣作為“箱體”，分析站點附近4個邊界的水汽輸送通量及“箱體”內水汽收支情況（圖5）。Qw、Qe、Qs、Qn、Qt分別為西、東、南、北方向的水汽收入和總的水汽收入。最大降水時刻遼寧臺安和廣東潮州站整層水汽收支為負，但前期有長時間的水汽積累（圖5）。由降水前12 h內整層水汽收支最強時刻各邊界各層的水汽收支情況（圖6）可以看到，4個站點附近的水汽輸送主要來源于南邊界，福建長樂及湖南衡山還有一部分來自北邊界，通過臺風或殘渦環流的偏北風輸送，遼寧臺安和廣東潮州的西邊界也是水汽的主要來源，水汽輸送的最大層主要在850 hPa以下的低空，渦旋中心附近水汽輸入更大，其中福建長樂300 hPa以下各層均為正水汽輸入，水汽輸入是其他站點的2倍以上，850 hPa達11.38 g[DK]·s-1[DK]·hPa-1[DK]·cm-1。湖南發生降水時雖然臺風殘余渦旋強度明顯減弱，但其附近的水汽輸入僅次于福建長樂，對湖南暴雨的產生起到重要的作用。福建長樂、遼寧臺安、廣東潮州及湖南衡山附近的大氣可降水量分別達91 mm、67 mm、76 mm和79 mm，氣團具有熱帶海洋氣團性質，主要來自低緯地區。

由于水汽輸送主要集中在850 hPa以下，選擇4個站點降水最大時刻，以1 h時間步長進行向后水汽軌跡追蹤72 h（圖7）。可以看到，由水汽的來源看，福建長樂及廣東潮州的水汽主要來源于孟加拉灣—南海一帶，在季風助力及臺風引導下向東北方向輸送水汽（圖7a、c），水汽輸送高度較其余2個站點更低。遼寧臺安的水汽主要來源于呂宋島以東的太平洋洋面，水汽通過臺風外圍的東南氣流，在副高的共同作用下，輸送至降水區（圖7b）。湖南的水汽主要來源于臺風或其殘渦環流外圍環流的輸送，不僅有來自西南方向的水汽輸送（圖7d），還有水汽經過臺風環流由東邊界及北邊界輸入，輸送至降水區的水汽經歷的路程短，更容易保持熱帶氣團的暖濕性質。

Zhao等［25］提出了季風涌指數（dynamic monsoon surge index，DMSI），用于表征臺風西南側的季風強度，其計算公式如下。

經緯度范圍；N是范圍內的格點數；n表示第n個格點；IDMS是此范圍內緯向風的平均值?！案衩馈逼陂g08時，IDMS在7月24日由9.81 m·s-1上升至12.04 m·s-1并且在7月28日前一直維持在12 m·s-1以上，7月26日最大，為13.09 m·s-1，廣東及遼寧的最大降水量均發生在該日。季風的助力對“格美”的維持及水汽輸送起到了重要作用，當季風更強時，“格美”強降水更容易發生。

此外，4個站點附近的水汽輸送方向均與地形抬升方向存在較大交角。福建長樂位于戴云山東南側，附近的水汽輸送方向與山脈走向夾角近90°，在地形抬升作用下降水增幅（圖7a）。遼寧臺安雖處于平原地區，但其北側地形逐漸抬升，且東西兩側分別為松嶺山與千山（圖7b），水汽恰好通過兩山之間，通過西南風輸送（圖4b）匯聚，地形作用產生峽谷效應和爬坡，導致氣流加大且爬升，從而使臺安附近降水加大。廣東潮州位于蓮花山東南側，水汽被潮州北側的鳳凰山及銅鼓峰阻擋（圖7c），而衡山位于雪峰山、羅霄山和南嶺形成的喇叭口地形處（圖7d），向南回流的水汽（圖4c）在衡山附近匯聚抬升，有利于強降水產生。

由雷達回波來看，福建長樂在7月25日15：14左右雷達回波最強，達51.5 dBZ，但強回波區范圍?。▓D8a），且強回波位于3 km以下，回波質心較低，回波頂高也較低，在6 km左右，對流云占比在30%左右。25日13時—26日00時，遼寧中部有大片的層云和積云混合回波，臺安附近有一條弓狀回波自西南向東北方向移動，回波強度在50 dBZ以上（圖8b），回波頂高在12 km左右，50 dBZ的回波最高可達5.5 km左右，對流云占比達60%左右。廣東受到臺風外圍螺旋雨帶的影響，隨著臺風北偏西行深入內陸，臺風西南側對流回波進一步發展加強，在廣東北部有一條東西方向連續的強回波亮帶（圖8c），26日15—16時，潮州位于此強回波帶區，回波頂高突破12 km，對流云占比達70%左右。衡山產生強降水時，雖低壓渦旋結構已經松散，但湖南東部云系密實，雷達回波圖上有一片強對流回波區，沿喇叭口地形有一條南北向強雷達回波帶，28日05時左右，衡山位于回波最強處，最強回波達59 dBZ（圖8d），但50 dBZ以上的回波范圍小且位于3 km以下，對流云回波頂高在12 km左右，對流云占比在30%左右。綜上，臺風中心或殘渦附近的降水區為低質心的熱帶型降水，降水效率較高，而在遠距離降水區及螺旋雨帶中，對流活動范圍更大、對流高度更高，伴隨列車效應作用。

大氣靜力穩定度指數KI（Kindex）可以用來表示氣團的穩定性，其高值區表示氣團暖濕且不穩定，有利于降水產生，研究［26］表明75%的短時強降水發生在KI大于36 ℃的環境中。長樂、臺安、潮州及衡山4個站點附近最大降水時刻KI分別為41.60 ℃、32.96 ℃、39.66 ℃和41.09 ℃（圖9），說明氣團處于暖濕不穩定狀態。長樂及衡山暖濕不穩定更強，且位于山前（圖7a和圖7d）不穩定能量較高處，進一步解釋了這2處降水效率高的原因。

6結論

利用國家級地面氣象觀測站逐小時降水資料、中央氣象臺主觀分析臺風路徑資料、ERA5數據和GDAS數據對超強臺風“格美”期間4個站點的降水（臺風本體降水、遠距離降水、殘渦降水）進行水汽及動力特征診斷分析，初步得到以下結論。

（1）臺風“格美”相關的降水不僅有臺風本體降水，還有臺風遠距離降水及殘渦降水。最大過程降水是臺風本體降水，福建柘榮降水量為577.0 mm；最大日降水為殘渦降水，湖南衡山降水量為344.7 mm；臺風遠距離降水影響也很廣泛，遼寧85.25%的站點降水量超過100.0 mm。臺風殘渦降水及遠距離降水也是臺風相關降水中不可被忽視的一部分。

（2）3類降水中均有很強的水汽輸送，但所處的天氣形勢及水汽的來源有所差異。臺風本體降水位于850 hPa臺風倒槽附近，200 hPa南亞高壓提供了高空輻散條件；遼寧臺安的遠距離降水出現在500 hPa槽前、850 hPa暖切變線附近、500 hPa副高西北側及200 hPa高空急流軸右側，這是典型的遠距離降水的環流配置；湖南衡山附近有很強的南北風切變，北部高壓壩的阻擋使得殘渦穩定少動，更有利于強降水產生。

（3）產生降水時，4個站點的氣團均暖濕且不穩定。4個站點附近的水汽均主要來源于南邊界，季風涌及臺風水汽轉運均起到了重要作用。福建長樂300 hPa以下各層均為正水汽輸入，水汽輸入是其他站點的2倍以上，850 hPa水汽通量達到11.38 g·s-1·hPa-1·cm-1。湖南發生降水時雖然臺風殘余渦旋強度明顯減弱，但其附近的水汽輸入僅次于福建長樂，對湖南暴雨的產生起到重要的作用。降水區附近大氣可降水量均在65 mm以上，氣團具有熱帶海洋氣團性質。遼寧及湖南的水汽主要來源于臺風附近，經臺風轉運到達降水區，福建及廣東則主要是臺風牽引季風涌，水汽來源于孟加拉灣—南海一帶。水汽輸送方向與地形抬升方向存在較大交角或喇叭口地形，有利于水汽匯聚抬升。

（4）臺風中心或殘渦附近的降水區為低質心的熱帶型降水，降水效率較高，而在遠距離降水區及螺旋雨帶中，對流活動范圍更大、對流高度更高，伴隨列車效應作用。

文中著重分析了屬于3類臺風降水的4個站點產生降水時的水汽條件及不穩定條件，發現3類降水產生時環流特征、水汽來源存在差異，此發現是否有普適性還需進一步研究。

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