超強臺風“利奇馬”1909極端降水研究回顧

摘要 1909號臺風“利奇馬”是1949—2019年登陸浙江的第三強臺風，影響中國中東部大部分省份，風雨強度大、極端性顯著、災害損失嚴重。臺風降水主要影響浙江和山東兩地，分別對應兩大降水階段。為更全面地認識此次過程，從大尺度天氣形勢、臺風自身強度、動熱力因子、云微物理、水汽和能量輸送以及地形等方面對“利奇馬”引發的兩個階段極端降水的異同成因進行回顧總結。穩定的環流形勢及其良好配置、充足的水汽和能量以及雙臺風作用均是貫穿整個極端降水過程的有利因子。臺風自身高強度、地形增幅作用、良好的動熱力條件以及云微物理過程的有利影響是造成第一階段浙江極端降水的獨特成因；而第二階段山東極端降水的獨特成因是西風槽冷空氣入侵和臺風長時間影響。此外，對“利奇馬”極端降水過程進一步研究方向進行討論。

關鍵詞 臺風“利奇馬”；極端降水；成因；研究回顧

中圖分類號： P458.124文獻標志碼： A文章編號： 20963599（2025）01009014

DOI：10.19513/j.cnki.hyqxxb.20231122001

Abstract Typhoon Lekima （1909） is the third strongest typhoon among those that make landfall in Zhejiang from 1949 to 2019. It affects most provinces in central and eastern China with high intensity and significant extremity of rainstorms， causing serious disaster losses. The typhooninduced precipitation mainly affects Zhejiang and Shandong， corresponding to the two major precipitation stages. To understand this process more comprehensively， this paper reviews and summarizes the common and different reasons between the two precipitation stages in terms of largescale weather situation， the intensity of Lekima， dynamic and thermal factors， cloud microphysics， transport of water vapor and energy， and topography. The stable circulation with good configuration， sufficient water vapor and energy， as well as the effect of binary typhoons are favorable factors throughout the whole process. The high intensity of Lekima， the amplification of topography， good dynamic and thermal conditions and beneficial effects of cloud microphysical process are the characteristic causes of the first precipitation stage in Zhejiang， while the special causes of the second precipitation stage in Shandong are the invasion of cold air from the westerly trough and the prolonged effects of the typhoon. In addition， the directions for further research on the extreme precipitation induced by Lekima are discussed.

Keywords Typhoon Lekima; extreme precipitation; cause; review

引言

中國是世界上臺風登陸最多且災害最嚴重的國家之一［1］。臺風的致災因子主要來自于其引起的大風、暴雨和風暴潮［2-3］。在氣候變化背景下，臺風極端降水是越來越受到重視的研究熱點之一，如1614號超強臺風“莫蘭蒂”重創廈門，閩浙粵受到嚴重影響，1818號強熱帶風暴“溫比亞”給豫皖魯蘇等地帶來嚴重洪澇，2305號超強臺風“杜蘇芮”在京津冀地區引發特大暴雨和洪澇等。這些極端降水事件造成了嚴重災害，受到社會各界的廣泛關注。

近幾十年來，國內外的氣象學者針對臺風極端降水成因進行了大量研究，主要包括環境大氣［4-5］、臺風自身因子［6-7］、下墊面影響［8］等方面，所得成果為提高預報精度、防臺減災做出重要貢獻。臺風與環境中的多尺度天氣系統，如西風槽或冷空氣、副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）和大陸高壓、低空急流以及中尺度云團等相互作用往往是極端降水產生的重要原因［9］。兩個臺風同時出現時，雙臺風作用也不容忽視［10］。臺風自身移速［3］、強度［11］、路徑及動熱力結構［6］等直接影響降水的強度和分布；另外，臺風倒槽在有利的條件下易產生強降水［12］。下墊面的影響常常使臺風降水增幅，許多臺風登陸后遇到沿海山地地形都出現了降水增幅和分布不均等明顯變化［13-14］。云微物理過程與臺風極端降水也密切相關［3］，如高空較強的冰相過程和大量冰粒子、霰粒子使0908號臺風“莫拉克”降雨增強［15］。

1909號臺風“利奇馬”作為1949—2019年登陸浙江的第三強臺風［16］，是臺風極端降水的典型個例，影響了中國中東部大部分省份，其中浙江及山東等地135縣（市）日降水量突破極端降水閾值（P≥95%［17］），22個縣（市）突破歷史極值，造成嚴重的內澇和山體滑坡［18］，共造成1 400萬人受災、56人死亡、14人失蹤，直接經濟損失達515億元，具有北上影響范圍廣、陸上滯留時間長、風雨強度大、暴雨極端性顯著、災害損失嚴重等特點［19］。“利奇馬”強降水成因診斷分析［18-19］表明浙江和山東的極端降水明顯不同。高海面溫度、弱環境垂直風切變以及強低空急流［20］，給臺風的強勢登陸提供有力支持；較大的對流雨滴［21］和強暖心結構［22］均表明“利奇馬”具備形成極端降水的條件。登陸后中緯度高空槽與臺風的相互作用［23］以及高空冷渦南下與臺風倒槽或其殘渦的相互作用又相繼造成山東、東北地區的強降水［24］。另外，陳濤等［25］研究表明地形、眼墻處非對稱性的對流分布等對臺風中心移動方向左前側降水有增強效應。

為系統地梳理“利奇馬”極端降水的成因，此文對相關研究進行回顧總結，從而增加對此次過程的認識，為未來臺風個例的預報及全面分析提供思路。文章第一部分介紹“利奇馬”概況并對比浙江、山東兩地降水的不同特征，將“利奇馬”極端降水分為兩大階段；第二部分從環流形勢及其配置、水汽和能量輸送、雙臺風作用等方面入手分析兩階段極端降水共同的有利因素；第三部分根據兩階段降水不同的特征對各自的成因進行回顧總結；最后對“利奇馬”極端降水可能的進一步研究方向進行討論。

1“利奇馬”概況

1909號臺風“利奇馬”于2019年8月4日06：00（世界時，下同）在西北太平洋生成，8月5—7日在海上迅速發展增強并保持向西北方向移動，9日17：45以中心附近最大風力為16級、最低氣壓為930 hPa［26］的超強臺風強度在浙江臺州溫嶺城南鎮登陸（圖1a）。隨后繼續向西北方向移動并迅速減弱，9日20：00減弱為強臺風，23：00減弱為臺風并轉向偏北方向移動，經過浙江、江蘇后進入黃海海域［27］。11日12：50，在山東青島沿海二次登陸（23 m·s-1，熱帶風暴），隨后穿過山東半島西部進入萊州灣回旋，直至8月13日00：00減弱為熱帶低壓后停止編號［28-29］。受“利奇馬”影響，浙江、江蘇、安徽、山東等超11省份均出現暴雨以上級別的降水。利用客觀天氣圖分析法［30-31］（objective synoptic analysis technique， OSAT）分離臺風降水，得到“利奇馬”產生的7—13日累計降水量如圖1a所示，此文即針對OSAT分離所得的臺風相關降水進行討論和總結，不包含遠距離降水。可以看到，多地累計臺風降水量超過250.0 mm，其中浙江東部沿海地區以及山東中部地區是此次過程的兩個極端強降水中心，且對比發現兩個極端降水中心附近均有丘陵或山地地形（圖1b）。

浙江全省平均面雨量為165.0 mm，部分地區降水強度為80～100 mm·h-1，40個站點過程降水量大于500.0 mm［32］，其中最大值出現在臺州括蒼山（833.0 mm）［19］，溫嶺、北侖、玉環站臺風過程降水量（473.0、405.0、318.0 mm）均破紀錄，臨海站10日00時24 h降水量達326.0 mm，破當地紀錄［26］，造成嚴重洪澇災害。山東全省平均降水量達160.1 mm，居有氣象記錄以來首位，其中淄博、東營、濱州、濰坊等地平均降水量均超過250.0 mm，長達80 h的臺風降水持續時間也是山東有氣象記錄以來最長［29］，21個國家級氣象觀測站日降水量突破歷史極值［27］，最大過程降水量為淄川西河鎮梨峪口的676.6 mm，最大降水強度為濰坊臨朐辛寨鎮丹河水庫的67.6 mm·h-1。總之，兩省降水的極端性均十分顯著。然而，兩地極端降水的特征有明顯差異：浙江9—14日降水強度大于10 mm·h-1尤其是10～40 mm·h-1的站點頻次明顯偏多，而山東降水強度小于20 mm·h-1的站點平均降水持續時間明顯更長；同時，浙江括蒼山大部分降水時段降水強度超過30 mm·h-1，但主要降水過程僅持續24 h左右，而山東章丘降水持續時間超過2 d，但最大降水強度不到25 mm·h-1。可見此次降水過程中，浙江體現為極端的短時強降水，效率高、強度大；而山東則體現為極端過程降水，降水強度相對較弱但持續時間異常長［18］。

根據極端降水的時空分布特征，將“利奇馬”降水分為兩大階段。第一階段（8月9日00時—10日12時）為發生在浙江東部沿海和西北山區的降水：前期是9日00—15時臺風進入東海并逐漸靠近浙江沿海時，在外圍螺旋雨帶影響下浙江東部沿海發生降水，其中10—14時出現降水峰值；后期是9日15時—10日12時臺風登陸前后到減弱為熱帶風暴期間帶來的臺風中心附近眼墻強對流降水，其中登陸后即9日18時—10日00時出現峰值［25-26］。第二階段（10日03時—13日00時）主要是山東地區的降水：前期（10日03時—11日06時）為臺風外圍云系與西風槽云系相互作用，而后疊加影響，冷暖空氣碰撞對峙形成倒槽對流強降水；后期（11日06時—13日00時）則是臺風本體長時間在萊州灣盤旋產生的持續性降水［33-34］。

2“利奇馬”極端降水過程成因分析

此次“利奇馬”極端降水發生在有利的大尺度環境背景下，伴有充足的水汽和能量輸送，同時1910號臺風“羅莎”也起到積極作用。本節主要對整個降水過程中均產生了重要影響的3個因子進行回顧分析，同時關注每個因子在不同階段發揮的不同作用。

2.1穩定的環流形勢及其良好配置

穩定的環流形勢及其良好配置既是第一階段浙江高強度高效率降水產生的前提，也是第二階段臺風在山東經久不消的原因，副高、西風槽、大陸高壓以及低空急流等天氣系統從多方面影響臺風的移動和發展。

登陸前“利奇馬”在東南氣流的引導下向西北方向穩定移動（圖2）［35］，所經暖海面一直保持在28 ℃以上［36］，是臺風增強和維持的重要條件。Ding等［37］將“利奇馬”與其他臺風對比發現其不僅登陸時強度更強，高強度維持時間更持久，且登陸后移動路徑明顯距海岸更近，陸上停留時間更長，降水量也更大。這是由于南亞高壓加強東伸［38］、高空槽東移阻止副高西伸，臺風在鞍型場中緩慢轉向偏北方向移動，且引導氣流相對較弱，“利奇馬”分別以超強臺風、強臺風、臺風強度在浙江境內維持1 h、2 h、4 h［32］，直接導致極端降水的產生。

10日12時—11日06時，200 hPa臺風位于高空槽和南亞高壓東部中心之間的西南急流入口區右側，該氣流最大達60 m·s-1（11日03時），此處的強輻散和抽吸作用及較弱的垂直風切變阻止了臺風快速衰減，激發了次級環流的發展［23］。500 hPa臺風逐漸并入槽區，高空槽造成的弱正位勢渦度異常［23］及其下傳［39］有利于釋放不穩定能量，增強臺風北部對流運動，并使高空急流與臺風間的動力作用增強［40］。低空850 hPa增強的東南急流促進了輻合［34］。這樣的環流配置使“利奇馬”的動力條件比相似路徑的0108號臺風“桃芝”更有利［41］，表現為明顯更強的低層輻合高層輻散、更劇烈的上升運動及400 hPa更大的正渦度值，有利于暴雨中心深厚垂直結構的長時間維持。

2.2充足的水汽和能量

“利奇馬”整個生命史均具備異常豐富的水汽條件，比濕維持在15 g·kg-1以上、整層大氣可降水量維持在70～80 kg·m-1長達36 h［26］。除了登陸前從所經暖海面獲得的水汽和能量儲備［16］，“利奇馬”主要通過兩條水汽輸送通道獲得源源不斷的水汽和能量（圖2a）：一條是來自南海和孟加拉灣的西南氣流，另一條是西太平洋副高與“羅莎”之間的偏東氣流。

8日（圖2a）南海低壓增強，西南季風占主導地位，風速最高為32 m·s-1，強水汽輸送激發了對流不穩定能量的釋放，有利于臺風登陸前的加強。06—12時，偏東氣流開始增強并起著引導匯流的作用［39］。翁之梅等［38］通過計算48 h后向追蹤軌跡發現9日00—06時（圖2b）水汽仍主要來自南海熱帶暖濕西南季風，這可能是由于臺風從生成到登陸后直至離開浙江，正值南海夏季風爆發期間［6］。研究［42］發現浙江地區最強降水時段（9日18時—10日00時）的水汽輻合大值中心與水汽輸送中心不一致，但與未來 6 h實際暴雨落區相對應，且水汽通量輻合超過氣候平均值5～6個標準差［35］，表明極端降水不僅需要充足的水汽，強水汽輻合也至關重要。另外，10日06時浙江西北部高達40 ℃的K指數大值中心、強對流有效位能和較大抬升指數［32］等不穩定能量條件為西北山區的強降水做出貢獻。

臺風登陸后長時間維持同樣離不開水汽和能量輸送。高曉梅等［29］分析了暖云層厚度、大氣可降水量、比濕以及低空風場等，表明10—11日山東上空

集聚充沛水汽，且“利奇馬”較靠近海岸的特殊路徑使輸送過程變得更容易［37］。由圖3可知，10日06時左右相對濕度從低層迅速增大，12時相對濕度大于90%的濕層向上擴展至150 hPa附近，且風隨高度順轉有暖平流，強暖濕條件一直保持到11日06時之后，與強降水時段對應。與浙江地區類似，山東特大暴雨區與水汽輻合中心相吻合［27］。強水汽輻合區持續穩定地維持在臺風倒槽及東南氣流輻合處，加上臺風西側干冷氣流與來自黃海的強盛暖濕氣流交匯以及鋒生作用，對流雨帶發展旺盛［19］。11日00時臺風發生變性，使暴雨區上空的鋒區加強、濕層增厚，能量和水汽輻合程度均有所加強［27］。山東暴雨地區存在假相當位溫（θse）鋒區［34］，表現為高溫高濕和弱濕對流不穩定，900～700 hPa東南氣流與該鋒區幾乎垂直，暖空氣與冷空氣碰撞后被抬升，垂直速度達-6 hPa·s-1，形成達-15×10-5 s-1的強輻合中心，不穩定能量聚集，配合強水汽輻合上升釋放凝結潛熱，高層增暖，低層減壓，又加強了輻合上升運動，正反饋作用有利于云帶發展和降水增強［43］。

2.3雙臺風的作用

雖然有研究［32］表明由于距離較遠，“利奇馬”與“羅莎”兩臺風之間直接的藤原效應并不明顯，但臺風“羅莎”仍然不同程度地影響了“利奇馬”的移動、發展以及水汽輸送。首先，在雙臺風系統的擠壓下，副高呈狹長狀且位置偏東偏北致“利奇馬”路徑偏北而未經臺灣地形削弱［6］并以高強度登陸。其次，對于“利奇馬”的兩個水汽通道，“羅莎”既能分流南部的水汽，又能補充和增強東側水汽，兩種作用的強弱變化取決于兩臺風的相對位置［6］。11日00時之后，“羅莎”逐漸使“利奇馬”與西南急流水汽輸送通道隔斷［29］，而兩臺風之間的東南氣流明顯加強，臺風北側水汽輸送旺盛［23］，這可能是“利奇馬”南部云系消失殆盡而東側水汽通量大值中心及北側強垂直運動中心得以長期維持的重要原因。同時，“羅莎”阻止了副高南落，減弱了引導氣流向北的分量，是“利奇馬”移速偏慢的重要原因之一。

3分階段極端降水成因

3.1第一階段浙江極端降水成因

除了上述有利的大氣環境以及充足的水汽和能量作為前提條件，“利奇馬”在浙江地區產生如此高效率、高強度的降水，臺風自身超強的強度和云系是主要原因，地形是造成降水增幅的重要因素，良好的動熱力條件和云微物理過程的有利影響也起到了關鍵作用。

3.1.1超強的臺風強度

“利奇馬”登陸前迅速發展為超強臺風，并維持長達51 h之后以風力為16級、最低氣壓為930 hPa的強度登陸，勢必給沿海地區帶來狂風暴雨。除此之外，“利奇馬”的超強強度還體現為獨特的雙眼墻結構、強暖心強度以及強盛發展的中尺度對流云團。“利奇馬”的雙眼墻結構在8日06時左右形成，登陸前后即9日17時左右消失，內、外眼墻共存時間長達35 h，是典型的雙眼墻結構維持型（concentric eyewall maintained， CEM）［44］臺風，統計結果［45］表明這種特殊雙眼壁結構的“9”字形臺風［6］具有高強度、高濕度等特征，易產生強降水。研究［22］發現“利奇馬”暖心強度與其等級呈明顯正相關，登陸前23 h內暖心一直維持在10～14 ℃的極值附近，即使在登陸后臺風強度迅速減弱的情況下，浙江極端降水期間暖心強度仍保持在5 ℃以上，表明臺風具有大量熱能聚集［46］，反映臺風強度之強和維持之久。

強盛發展的中尺度對流云團是超強臺風的一個重要特征，何立富等［19］研究發現臺風深對流區的水平分布與強降水落區形成很好的對應（圖4）。9日12時登陸前臺風北側的螺旋云帶對流發展旺盛并逐漸由東南側逆時針向浙江旋轉（圖4a），沿海地區的降水強度為30～50 mm·h-1（圖4e），17時登陸前后，中心附近雨帶快速增強發展［38］（圖4b、c），這可能與外眼墻半徑縮小并和內眼墻匯合后增強增寬有關［45］。樂清灣附近臺風核心密閉云區有黑體亮溫小于或等于-70 ℃的中尺度對流云團以最高60～80 mm·h-1的強度維持長達5 h（圖4f、g），對括蒼山833.0 mm總降水量的貢獻達40%左右［35］。登陸后5 h臺風已逐漸減弱（圖4d），但核心區及其北側旺盛發展的對流云團仍然分別造成臺州大部至寧波西南部、寧波東北部強度為25～70 mm·h-1的大暴雨（圖4h）。國家氣候中心臺風災害風險評估模型統計顯示，“利奇馬”風雨綜合強度指數為158.6，為1961年至當時最大［18］。可見結構緊密而強盛發展的臺風本體是造成浙江沿海極端暴雨的根本原因［26］。

3.1.2地形的增幅作用

浙江極端降水的中心位于浙江東部沿海丘陵東南部和浙江西北山區北側（圖1a、b），表明地形是造成浙江臺風暴雨增幅的重要原因［8，25］。浙閩丘陵地帶西南部高，臺州南部到溫州北部地勢自東向西逐漸增高，且在溫州和臺州交界處存在喇叭口［35］。一方面，地形的阻滯作用使臺風系統移動減緩、降水持續時間延長、降水總量更大。“利奇馬”西北行移速較同期臺風偏慢［18］，根據中央氣象臺數據記錄，“利奇馬”在海面上移速基本保持在20 km·h-1以上，但從近海（釣魚島附近）到登陸后12 h，由于受到浙江東部地形的摩擦和山脈的阻擋，移速僅為15 km·h-1左右［32］，而越過臺州西部山區后經過相對平坦的地勢時在偏南氣流引導下移速迅速加快，以20～30 km·h-1的速度北上。

另一方面，山地地形的動力抬升和輻合作用對降水的增益解釋了約50%的總降水強度差異，登陸前后正地形增益區在水汽條件相對劣勢的情況下均出現強度明顯超過水汽輻合中心的降水［42］。括蒼山站（海拔1 382 m）總降水量達833.0 mm，而距離最近的羊棚頭村站（海拔142 m）降水量與之懸殊，僅為215.7 mm。王凱等［8］通過對比試驗發現削減浙江東部地形后降水分布變得均勻，雨量明顯減小，天臺山、四明山和括蒼山附近的雨量中心基本消失，原輻合中心也減弱或消失，體現了浙江東部地形在此次極端降水過程的重要作用。根據圖1，浙江東部沿海兩個高山區附近各有一強降水中心與之對應，結合臺風流場過境風向分析發現，溫州臺州交界處的喇叭口地形對登陸前臺風北側與山脈東北—西南走向幾乎垂直的偏東氣流起到顯著的抬升與輻合作用，因此總降水量最大的站點大多分布在迎風坡［8］。臺風登陸后，浙江西北部東北—西南走向的天目山對偏西偏北風的抬升作用導致迎風坡降水增幅明顯［32，35］。另外，海岸線附近的摩擦輻合和抬升也是臺風次級環流產生和降水增強的重要原因［38］。

3.1.3良好的動熱力條件

臺風在近海的高強度維持得益于環境水平風垂直切變維持較小值［6］、高低空散度場配合［19］及正渦度加強和下傳［16］等多方面因子。浙江東部沿海山區地形附近特大暴雨區（120.5°～122.0°E，28°～30°N）的渦度、散度和垂直速度時空分布如圖5所示，該地區對流層整層維持正渦度，臺風登陸前10 h左右500 hPa以上高空垂直運動和輻散出現峰值，700 hPa以下的上升運動和輻合也在此時開始迅速增強，為第一階段前期降水的峰值奠定基礎。登陸前后垂直運動、低層輻合高層輻散和正渦度先后達到最強，其中垂直上升運動集中在900～500 hPa并延伸至100 hPa以上，抽吸作用明顯，對流深厚而旺盛，且12—20時垂直差分渦度平流的分布有利于臺風內核區左前象限出現最強對流［25］，致第一階段后期降水達到更強的峰值。另外，垂直風切變（vertical wind shear，VWS）強度與雨帶降水率呈反相變化關系［38］，9日00—12時VWS持續減小而臺風雨帶降水率快速發展加強，與浙江前期降水迅速增強時段對應；登陸前環境水平風垂直切變維持在3 m·s-1以下，登陸時僅為1 m·s-1［6］，內部通風作用減弱至最小。其間強降水上空700 hPa以下被高溫高濕弱不穩定層結或中性層結大氣控制，配合700 hPa附近中心值達-8 Pa·s-1的劇烈上升運動中心，易激發深層對流［35］。

熱力條件對浙江降水有重要貢獻。登陸前臺風從高海面溫度（29.6～30.4 ℃）的洋面獲得了感熱和大量潛熱［20］，直至登陸后2 h暖心強度都一直維持在10 ℃以上，最高超過12 ℃［22］。綜合考慮了動、熱力作用的非地轉濕Q矢量的輻合大值區（大于10×10-6 hPa-1·s-3）與臺風短時強降水落區有很好的對應［6］。浙江沿海特大暴雨區的大氣熱源主要來自垂直運動釋放的凝結潛熱［26］，即低層暖濕空氣被強烈抬升，大量積云對流發展并增強從而釋放潛熱增暖，對強降水的發生和低壓環流的維持有積極作用。另外，旋轉風和輻散風對水汽、能量和熱量的輸送起著再分配作用，二者分別發揮輸送和聚集的功能［6］。同時，臺風中心濕層高能區深厚發展（最高可至150 hPa），急流特征明顯，加上強烈上升運動和水汽輻合及持續的鋒生強迫［25］，理想的熱動力條件給浙江帶來高效率、高強度的熱帶深對流降水［19］。

3.1.4云微物理過程的有利影響

浙江極端降水與云微物理過程有關，溫州雙偏振雷達資料分析［36］表明臺風登陸后北侖地區上空富含大水滴；全球降水測量衛星遙感反演結果［25］表明近岸時臺風的眼墻區域以熱帶暖云對流型降水為主，雨滴具有更大的有效直徑、更高的雨滴數密度，有利于第一階段降水峰值的出現。Zhao等［47］采用冷暖雨與總降水定量分離方法分析發現“利奇馬”冷雨量占總降水量的3/4，在降水快速增強中起主導作用。由圖6可知，自9日00時起，由于上升運動（圖6b）造成水汽凝結，中低層云水和雨水以及高層冰晶逐漸增加（圖6a），10時左右上升運動迅速增強，對應的水成物含量也快速增加并維持了較長

時間，登陸前后達到最盛，其中水汽凝結過程及雨滴對云滴的吸積最活躍。另外，雨滴收集霰然后融化的過程以及雨滴的微弱蒸發對極端降水的形成有相當大的貢獻，使得“利奇馬”在浙江造成了比與之相似的兩個臺風（1814號臺風“摩羯”和2004號臺風“黑格比”）更極端的降水。還有研究［48-49］采用不同的云微物理參數化方案對“利奇馬”進行模擬得到的結果有顯著差異，表明云微物理過程與“利奇馬”降水的強度、結構演變和云系中水凝物的變化密切相關。

3.2第二階段山東極端降水成因

山東極端降水中心基本在高度為300～600 m的魯中地形區北側和東南側迎風坡（圖1），但魯中地形影響的主要是極端降水中心的位置（淄博西河鎮）和強度，對山東大范圍降水的增強作用并不明顯且相對次要［29，33］，下文將不對此單獨討論。臺風登陸后非對稱性結構明顯增強，北側螺旋云帶發展旺盛，先后有5條中尺度雨帶（RB1—5）影響山東（圖8），形成“列車效應”［18］。RB1—4的生成均與西風槽有關，屬于第二階段前期，其中受RB3—4影響時山東降水最強，魯中、魯西北及魯南等地區均出現6 h內超100.0 mm的強降水［29］。位于臺風中心北側的RB5則屬于第二階段后期，于11日06時左右開始影響山東，而后臺風本體長時間維持直至13日才逐漸消亡。因此山東的極端降水除了上述有利的大氣環境和豐富的水汽能量輸送作為必要條件以及雙臺風和地形起到的輔助作用，直接原因是臺風倒槽被西風槽冷空氣入侵并產生相互作用，而后期最重要的原因是臺風在山東長時間停滯。

3.2.1西風槽冷空氣入侵

山東此次強降水與冷空氣密切相關［27，29］。第二階段初，山東東北側一東北—西南向槽前雨帶引起的冷池由于熱力、濕度梯度而形成輻散性出流，向東南與臺風北側邊緣的暖濕氣流匯合，相繼產生RB1、RB2兩條線性對流雨帶。冷空氣穿過RB2由中層侵入后下沉而暖濕氣流傾斜上升，因此在不同高度觸發了RB3（700 hPa）和RB4（850 hPa），后者更強［33］。

隨著中緯度槽加深（圖9），其南部偏西風冷平流由臺風西側逐漸靠近并入侵，其中500 hPa冷平流強度更強而低層850 hPa范圍更廣（圖9a、c），臺風北側溫度梯度不斷加大，對稱不穩定性增強［23］。11日00時（圖9b、d），西風槽后冷平流明顯增強，臺風在水平方向呈“半冷半暖”，尤其是500 hPa冷平流的范圍和強度均增強，與臺風北側東南暖濕氣流碰撞、輻合造成鋒生，RB3、RB4相繼向西北方向發展和傳播，造成魯中地區此次最強降水。冷空氣由低層滲透進暖濕氣流底部形成東北風冷墊，增強了動力輻合和上升運動，降水得到增強和維持［29］。11—12日，低層冷空氣侵蝕程度比中層更強，結合熱力鋒參數（thermal front parameter，TFP）和鋒生函數可知“利奇馬”斜壓性變得更明顯，形成一支與氣旋中心相連的暖鋒，至此已完全變性為保持一定強度暖心結構的溫帶氣旋［22］。其間山東直接受到臺風螺旋雨帶RB5影響，與典型臺風主雨帶不同［33］，這種中緯度極鋒云帶與臺風云團發生連結而形成的穩定維持云帶將減緩臺風移速并帶來持續暴雨［50］。由于此次冷空氣與臺風環流的輻合抬升同時造成了水平鋒生和垂直鋒消，前者有利于水汽輸送和輻合抬升，后者不利于對流不穩定能量的累積和觸發，因此系統穩定維持［43］，鋒區保持少動，隨高度明顯西傾，海上暖濕氣流沿鋒面維持較弱的傾斜上升運動，造成第二階段后期持續時間相當長的穩定性降水［19］。

3.2.2臺風本體長時間停滯

山東地區形成極端過程降水量的主要原因是第二階段后期臺風本體超長時間的影響。“利奇馬”經過浙江丘陵地區之后在西風槽前和副高西側偏南氣流共同引導下以20～30 km·h-1的移速迅速經過地形相對平坦的江蘇并北上，而進入黃海后臺風移速迅速減慢至10 km·h-1左右二次登陸，以5～10 km·h-1的移速在山東半島回旋徘徊超過24 h并最終消亡，直接造成山東及周邊地區持續性弱降水的發生。

與臺風在浙江移速減緩主要受地形摩擦不同，“利奇馬”影響山東期間緩慢移動主要受環流形勢制約。“利奇馬”從青島二次登陸到在萊州灣停止編號經歷長達38 h，相比之下，與之路徑相似的臺風“桃芝”僅3 h就經過了山東（2001年8月1日），從而造成顯著不同的累計降水量［41］。二者影響時間的不同正是由環流形勢的顯著差異所造成的：“桃芝”和“利奇馬”兩臺風影響山東期間均有兩高（副高和大陸高壓，下同）對峙，形狀和位置也基本相似，但“利奇馬”期間兩高強度明顯偏弱，臺風與副高的距離明顯更遠，另有一臺風“羅莎”阻擋副高南落，使這一形勢更加穩定，偏南引導氣流十分弱［41］，且相對較弱的西風槽并入產生的華北弱反氣旋環流更阻止了臺風北上。總之，有利的阻塞形勢配合上述冷暖空氣對峙和鋒生鋒消等因素使“利奇馬”在山東地區打轉停滯，超長的影響時間導致極端的過程降水。

綜上，山東極端降水的天氣學概念圖如圖10所示，在兩高一低的阻塞形勢下“利奇馬”沿靠近海岸的路徑向偏北方向緩慢移動。“羅莎”引導西南水汽并增強東南水汽輸送，高空南亞高壓東部中心北側急流入口區有強輻散，中低層來自海上的暖濕空氣與槽后干冷空氣碰撞，均有利于對流復合體發生發展，臺風倒槽與西風槽云系相互作用產生前期強降水。后期冷空氣入侵臺風內部，暖濕空氣沿冷墊爬行，臺風在水汽和能量補充下盤旋并維持，持續的鋒面性降水造成極端過程降水量。地形僅主要影響降水中心的降水量和位置，增幅作用不顯著。

4總結與討論

基于國內外對1909號超強臺風“利奇馬”的部分研究成果，此文從大尺度天氣形勢、臺風自身強度、動熱力因子、云微物理、水汽和能量以及地形等方面，對兩個降水中心即浙江、山東對應的兩大階段極端降水異同成因分別進行了總結。

（1）影響極端降水全過程的因子：①西風槽、大陸高壓、副高組成的阻塞形勢減緩了臺風移速，同時影響臺風路徑；②西南季風和東南氣流兩個水汽輸送通道為臺風強度維持和降水的發生提供充沛的水汽和能量，其中浙江降水主要由西南季風輸送水汽，山東極端降水主要受偏東氣流影響；③另有臺風“羅莎”通過影響副高位置、臺風移速以及對水汽的引導和增強作用直接或間接地影響著“利奇馬”極端降水。

（2）兩階段各自的特征及成因：①第一階段浙江極端降水分為前期外圍螺旋云帶降水和后期眼墻強對流降水，特點是高效率、高強度。“利奇馬”在有利條件下以超強強度登陸，較慢的移速使其從前期的外圍螺旋云帶到后期旺盛的內部云墻均嚴重影響了浙江。地形的抬升使降水進一步增幅，同時降水中心附近還具備較好的云微物理條件和動熱力條件。②第二階段山東極端降水又可分為前期倒槽降水以及后期鋒面性持續降水，超長的降水時間和極端的過程降水量是其獨特之處。前期臺風倒槽被西風槽冷空氣入侵并相互作用產生降水，而后二者疊加影響使臺風倒槽降水達到峰值，后期變性的臺風在阻塞形勢下以極緩的移速在山東地區盤旋，暖濕空氣在冷墊上爬升而帶來持續性鋒面降水，地形僅主要影響極端降水中心的降水量和位置。

雖然“利奇馬”極端降水成因的研究取得了眾多成果，但目前對該個例仍有值得深入探究的問題。（1）多數研究圍繞浙江、山東極端降水開展，極少數研究［51］對臺風殘渦給東北地區帶來的大暴雨進行分析，而臺風所經江蘇南部和東北部、安徽東南部等地區也產生了極端降水并造成嚴重災害，相關研究卻更少，這些地區降水的成因和獨特性有待進一步研究和探討。（2）“利奇馬”降水時空分布不均勻，不同時期、不同區域的中小尺度結構和湍流特征有所不同［52］，其變化機理及對降水的影響仍待更詳細地研究和討論，如臺風經過湖泊、山脈等不同下墊面對“利奇馬”內部的中小尺度結構發展演變有哪些作用？（3）山東極端降水主要發生在臺風變性前12 h與臺風變性后6 h，部分研究［22，27］對臺風變性進行了分析，但關于變性對臺風降水產生影響的動力過程有待進一步探究。（4）前期研究對臺風遠距離降水在概念上存在模糊不清的現象，如個別研究以降水站點與臺風中心之間的距離大于800 km來判斷遠距離降水［33］，而臺風遠距離降水的定義是：①降水發生在臺風的環流之外，②降水與臺風本體降水之間有間隔，③降水與臺風存在密切的內在聯系［53］。因此，在之后的研究中對臺風遠距離降水的界定還需謹慎與統一。

現已有學者基于“利奇馬”對臺風極端降水的預報方法進行了改進研究，如Jia等［28］將臺風強度引入登陸臺風降水的動力統計相似集合預報模型（the Dynamical-Statistical-Analog Ensemble Forecast model for Landfalling Typhoon Precipitation， the DSAEF_LTP model）對“利奇馬”開展試驗使模型得到改進，趙琳娜等［54］建立歐洲中期天氣預報中心（European Centre for MediumRange Weather Forecasts，ECMWF）降水集合預報的貝葉斯模型平均（Bayesian model averaging，BMA）模型并發現該模型對“利奇馬”降水集合預報有較好的訂正效果，能有效改善預報離散度，提高了暴雨及以上降水落區預報的準確性。但數值模式對此次極端降水量的預報偏小，需后期主觀訂正調整［55］。一方面，目前數值模式預報精度仍需提高，另一方面，臺風極端降水成因復雜，且對臺風的觀測仍然有限。因此，臺風極端降水的形成機理及其預報方法的提高仍是需要長期探索的科學問題。

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