肖 云，黃紹文，馬中元

(1．新余市氣象局，江西新余 338025；2.江西省氣象科學研究所，南昌 330046)

廬山夏季臺風暴雨物理量分析

肖 云1，黃紹文1，馬中元2

(1．新余市氣象局，江西新余 338025；2.江西省氣象科學研究所，南昌 330046)

利用地面觀測資料和NCEP1°×1°格點再分析資料，對廬山夏季強降水的天氣系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析和物理量計算，結(jié)果表明：臺風是廬山后汛期暴雨或大暴雨產(chǎn)生的主要天氣系統(tǒng);臺風暴雨分為A型和B型兩種降水類型；渦度、散度、螺旋度、垂直速度、水汽通量與水汽通量散度等物理量與臺風暴雨關系密切，物理量特征閾值對確定臺風暴雨預報有一定指導意義；24°N～30°N、116°E～120°E為物理量特征區(qū)域，各物理量在特征區(qū)域中超過閾值時，廬山極有可能有暴雨發(fā)生。

廬山；臺風暴雨；物理量場；物理量閾值

廬山臺風暴雨主要發(fā)生在7—9月。自1970年以來，廬山出現(xiàn)過三次引發(fā)重大災害的臺風暴雨：1975年8月12—20日，受臺風影響，廬山累積雨量達1 100.0 mm，死3人傷3人；1990年6月30日—7月2日,受6號臺風波西影響，廬山累積過程降雨量達427.0 mm，死6人傷1人；2005年9月2—4日,受13號臺風泰利影響，廬山累積過程降雨量達937.4 mm，出現(xiàn)嚴重泥石流和山體滑坡，死9人傷11人，經(jīng)濟損失2億多元。

針對帶來嚴重災害的臺風暴雨，國內(nèi)外不少學者進行了大量研究，取得了不少成果。孟妙志[1]對2002-08-05陜西省突發(fā)性暴雨進行診斷分析,發(fā)現(xiàn)暴雨區(qū)具有高能量、位勢不穩(wěn)定很深厚的環(huán)境場,臺風北上加強了擾動和水汽輸送。陳玉林等[2]利用1949—2001年的臺風資料，統(tǒng)計出7—9月是臺風多發(fā)季節(jié)，其中8月份臺風最多。張弘等[3]分析了近海臺風對陜西暴雨的影響特征，指出陜西汛期區(qū)域性暴雨與近海臺風有著較高的相關率和近海臺風對陜西暴雨的影響主要有兩類。尹東屏等[4]通過對臺風暴雨期間渦度與垂直速度空間結(jié)構(gòu)變化進行了分析，認為暴雨的增幅發(fā)生在正渦度發(fā)展和上升運動明顯增強的過程中，當上升運動減弱時，雨強也減小。寧志謙[5]選取2003-08-29和2005-08-15兩個暴雨個例,對流層低層兩類偏東風氣流上的物理量分布特征進行對比分析認為臺風低壓北側(cè)偏東風是水汽輸送的通道，并對水汽的輸送和能量的聚集有重要作用。張淑敏[6]對2010年7月22—24日發(fā)生在陜西渭北的強降水天氣進行分析,發(fā)現(xiàn)低層切變線、低渦、低空急流是暴雨產(chǎn)生的主要影響系統(tǒng)。牛樂田[7]認為對流層高低層濕位渦“正負區(qū)垂直疊加”的結(jié)構(gòu)是暴雨發(fā)展的有利配置。

上述研究對廬山夏季臺風暴雨的預報和研究具有重要指導意義，但從物理量上分析臺風暴雨還很少。本文利用常規(guī)天氣資料和NCEP1°×1°再分析資料進行分析和計算，試圖總結(jié)出廬山臺風暴雨過程的物理量特征，為廬山臺風暴雨預報奠定基礎。

1 強降水特征

1.1 強降水統(tǒng)計

2002—2010年的7—9月，廬山25次強降水過程日降水量(20:00—20:00)大于45 mm(表1)，其中9次大暴雨，4次特大暴雨。平均每年暴雨為2.7次，以2005年為最多，以2003、2004和2007年為最少。大暴雨每年平均為1次，除少數(shù)年份外，分布較均勻。2005年為臺風活動高峰年，出現(xiàn)大暴雨3次，特大暴雨2次。

表1 2002—2010年7—9月廬山25次強降水過程日降水量(20—20)統(tǒng)計 次

1.2 強降水過程天氣系統(tǒng)分型

對廬山25次強降水天氣形勢及系統(tǒng)配置進行分型(表2)：① 臺風暴雨型，因臺風及其減弱后的低壓給廬山帶來的降水，包括臺風及其低壓與西風帶系統(tǒng)共同作用的降水；② 西風帶型，指因江淮氣旋、高空低槽、中層切變、低渦、地面鋒、地面倒槽等系統(tǒng)引起的強降水；③ 副熱帶高壓邊緣型，除副熱帶高壓以外沒有明顯的其他系統(tǒng)相配合而產(chǎn)生的降水；④ 東風波型，指沒有達到臺風級別的東風帶系統(tǒng)帶來的強降水，如東風波、熱帶低壓、華南季風槽等。

25次強降水中，臺風型有11次，占個例總數(shù)的44%，說明臺風是廬山暴雨或大暴雨的主要天氣影響系統(tǒng)。

表2 2002—2010年7—9月廬山強降水過程的四類天氣系統(tǒng)分型 次

1.3 臺風暴雨分型

臺風暴雨分兩種類型(表3)(臺風等級按GB/T19201—2006劃分)。

臺風暴雨A型：臺風沿福建南部，進入江蘇中部后西行，引發(fā)廬山降水發(fā)生，此類個例有8個(辛樂克、云娜、海棠、馬莎、泰利、格美、桑美、莫拉克)。

臺風暴雨B型:臺風登錄時沒有形成降水，登陸減弱后的低壓環(huán)流進入江西，引發(fā)降水發(fā)生，此類個例有3個(碧利斯、圣帕、鳳凰)。

2 動力條件

2.1 渦度場

強盛的正渦度為廬山暴雨的發(fā)生提供了動力條件。8次臺風A型降水過程發(fā)生前20：00渦度場，都有強渦度中心位于廬山以東偏南蘇閩地區(qū)(117°E～122°E、25°N～31°N)，中心強度大于14×10-5s-1，強中心位于850～400 hPa。臺風瑪莎2005-08-06T20 850 hPa渦度場上(圖1a)，廬山以東117°E～122°E、950～500 hPa為大于14×10-5s-1正渦度中心。正渦度最大高度可伸展至300 hPa(圖1c)。

表3 影響廬山強降水的11次臺風概況

臺風B型低壓環(huán)流在江西上空，位置接近廬山，正渦度中心較A型的偏弱，位于江西南部和中部上空(114°E～123°E、24°N～28°N)，900～650 hPa中心渦度值大于10×10-5s-1(圖1b)，剖面特征為114°E～121°E存在大于6×10-5s-1正渦度中心，正渦度最大高度可伸展至300 hPa(圖1d)。

2.2 散度場

臺風A型：低層輻合在116°E～122°E、24°N～32°N，1 000～900 hPa為-5×10-5s-1強輻合，800 hPa以上輻散明顯，輻散值為3×10-5s-1左右；剖面上低層輻合高層輻散同樣明顯，1 000～800 hPa低層輻合區(qū)位于118°E～123°E，高層輻散中心位于700～200 hPa，這種高低空散度場配置有利于低層暖濕水汽抽吸到高層，形成大暴雨或特大暴雨。

臺風B型：廬山附近上空有比較明顯的輻合區(qū)，其中心最大值為-3×10-5s-1，高空無明顯輻散，抽吸作用相對較弱。

2.3 螺旋度場

螺旋度場主要有兩種形勢：一種是有強正螺旋度中心；另一種是具有符號相反的相鄰正負螺旋度對。

臺風A型：降水發(fā)生前20：00，螺旋度特征最為明顯。辛樂克、云娜、海棠臺風過程中，低層800 hPa以下120°E～123°E、25°N～30°N有大于30×10-4m/s2正螺旋度中心。而馬莎、泰利、桑美、格美、莫拉克臺風，具有明顯符號相反的相鄰正負螺旋度對，正螺旋度中心值相對較大，強度在10×10-4m/s2以上。正負螺旋度對出現(xiàn)在200 hPa以下，范圍較為寬廣，114°E～123°E、22°N～30°N都可能出現(xiàn)(圖2a)，剖面分析可以發(fā)現(xiàn)廬山東側(cè)上游120°E～123°E的正螺旋度中心非常強盛，8例中有5例900～500 hPa有大于16×10-4m/s2的正螺旋度強中心(圖2c)。

臺風B型：3例中有2例螺旋度場上700～500 hPa有符號相反的正負螺旋度對，其正螺旋度中心大于6×10-4m/s2(圖2b)；沿29°N剖面圖上，119°E～123°E、500～200 hPa有一強度大于8×10-4m/s2的正螺旋度中心(圖2d)。

2.4 垂直速度場

臺風A型8例中有6例(辛樂克、云娜、海棠、馬莎、泰利、莫拉克)24°N～30°N、116°E～122°E，925～500 hPa存在小于-1×10-5Pa/s強上升運動區(qū)；沿29°N經(jīng)向剖面上垂直速度區(qū)最高可維持到200 hPa，上升運動區(qū)主要位于117°E～123°E，中心值在-0.8×10-5Pa/s以下。

圖1 臺風暴雨A型及B型渦度場(單位為10-5 s-1；a 臺風瑪莎2005-08-06T20 850 hPa；b 臺風碧利斯2006-07-15T20 850 hPa;c 臺風瑪莎2005-08-06T20沿29°N剖面；d 臺風碧利斯2006-07-15T20沿29°N剖面)

臺風B型上升運動區(qū)最大中心值相對臺風A型略小，在-0.8×10-5Pa/s以下，且中心位置離廬山較遠。

3 水汽條件

3.1 水汽通量

臺風登陸往往帶來充沛水汽，水汽通量是表示水汽輸送強度的物理量，代表水汽輸送的大小和方向。

臺風A型：975～925 hPa有來自東路的強水汽輸送，水汽通量中心值大于34 g/(cm·hPa·s)，并位于119°E以東(圖3a)；水汽通量剖面上，水汽通量強輸送特征也非常明顯，主要表現(xiàn)在中低層1 000～700 hPa，119°E以東，所有個例都存在大于30 g/(cm·hPa·s)的水汽通量輸送中心，其中6個個例水汽通量輸送中心值大于40 g/(cm·hPa·s)(圖3c)。

臺風B型：降水發(fā)生前20：00，由于臺風減弱后的低壓環(huán)流還存在，來自東路水汽輸送明顯，但中心范圍比較散亂(111°E～120°E、23°N～30°N)，水汽通量中心最大值大于22 g/(cm·hPa·s)，位于975～850 hPa(圖3b)；沿29°N剖面圖上，700～900 hPa廬山以東上游118°E～124°E，有大于24 g/(cm·hPa·s)的水汽中心存在(圖3d)。

3.2 水汽通量散度

水汽通量散度表示水汽的源和匯，即水汽通量的收支。臺風A型降水過程中，臺風環(huán)流附近(117°E～123°E、24°N～30°N)，低層1 000～800 hPa的水汽通量散度中心值都在-12×10-7g/(cm2·hPa·s)以下。900 hPa以上水汽通量散度輻合迅速減小，表明臺風A型降水發(fā)生之前，低層有來自臺風的豐富水汽；水汽通量散度剖面上，廬山東側(cè)117°E～123°E、低層1 000～800 hPa有強水汽輻合，其輻合強度中心在-11×10-7g/(cm2·hPa·s)以下，非常有利于廬山強降水的發(fā)生。

圖2 臺風暴雨A型及B型螺旋度場(單位為10-4 m/s2；a 臺風瑪莎2005-08-06T20 500 hPa；b 臺風碧利斯2006-07-15T20 500 hPa；c 臺風瑪莎2005-08-06T20 沿29°N剖面；d 臺風碧利斯2006-07-15T20沿29°N剖面)

圖3 臺風暴雨A型及B型水汽通量場(單位為g/(cm·hPa·s)；a 瑪莎2005-08-06T20 850 hPa；b 碧利斯2006-07-15T20 850 hPa；c 瑪莎2005-08-06T20沿29°N剖面；d 碧利斯2006-07-15T20沿29°N剖面)

臺風B型位于江西上空的水汽通量散度略弱，但仍然達到-8×10-7g/(cm2·hPa·s)；水汽通量散度剖面場上，水汽通量散度輻合區(qū)域相對于臺風A型較偏西，位于114°E～117°E，中心最大值在-7×10-7g/(cm2·hPa·s)以下，出現(xiàn)的高度相對較低，位于1 000～850 hPa。

4 物理量閾值

廬山東側(cè)24°N～31°N、116°E～121°E為物理量特征區(qū)域，在該區(qū)域中物理量值超過閾值并有發(fā)展向廬山移動時，廬山極有可能出現(xiàn)暴雨。

臺風A型暴雨物理量特點：

① 116°E～121°E、24°N～31°N滿足850～400 hPa正渦度中心≥14×10-5s-1；

② 1 000～900 hPa輻合中心強度≤-5×10-5s-1；

③ 850～700 hPa正螺旋度中心≥30×10-4m/s2或高空有正螺旋度≥10×10-4m/s2的正負螺旋度對；

④ 925～500 hPa垂直上升運動中心≤-1×10-5Pa/s；

⑤ 975～925 hPa水汽通量≥34 g/(cm·hPa·s)；

⑥ 1 000～800 hPa水汽通量輻合≤-12×10-7g/(cm2·hPa·s)。

臺風B型降水主要物理量特點：

① 114°E～120°E；24°N～30°N滿足900～650 hPa正渦度中心≥10×10-5s-1；

②1 000～850 hPa輻合中心≤-3×10-5s-1；

③ 750～500 hPa正螺旋度中心≥6×10-4m/s2的正負螺旋度對；

④ 925～500 hPa垂直上升運動中心≤-0.8×10-5Pa/s；

⑤ 975～850 hPa水汽通量≥24 g/(cm·hPa·s)；

⑥ 1 000～850 hPa水汽通量輻合≤-8×10-7g/(cm2·hPa·s)。

5 閾值檢驗

2011—2013年影響并造成廬山產(chǎn)生暴雨的臺風有4個，分別是2011-08-07“梅花”、2012-08-09—11“?？?、2013-07-14—15“蘇力”、2013-08-22—23“潭美”，其中“?？钡挠绊懽畲螅斐闪诉B續(xù)三天大暴雨，過程降水量達533.4 mm。通過對臺風路徑、降水量分析，4次臺風過程都屬于臺風A型，且物理量特征滿足以下特點：

① 116°E～119°E、24°N～29°N滿足850～400 hPa正渦度中心≥15×10-5s-1；

② 1 000～900 hPa輻合中心≤-6×10-5s-1；

③ 850～700 hPa正螺旋度中心≥32×10-4m/s2；

④ 925～500 hPa垂直上升運動中心≤-1×10-5Pa/s

⑤ 975～925 hPa水汽通量≥36 g/(cm·hPa·s)；

⑥ 1 000～800 hPa水汽通量輻合≤-14×10-7g/(cm2·hPa·s)。

以上物理量標準都大于上文所述的物理量閾值，可以用于實際預報應用。

6 結(jié)論

(1) 2002—2010年7—9月，廬山過程降水量大于45 mm的強降水過程共有25次，天氣學分型可以分為臺風型、西風帶型、副熱帶高壓邊緣型、東風波型，其中臺風是廬山夏季強降水的主要影響系統(tǒng)。

(2) 11次臺風暴雨過程，辛樂克、云娜、海棠、馬莎、泰利、格美、桑美、莫拉克8例為臺風A型降水；碧利斯、圣帕、鳳凰3例為臺風B型降水。

(3) 臺風A型降水前20：00物理量特征為：① 116～121°E、24～31°N滿足850～400 hPa正渦度中心≥14×10-5s-1；② 1 000～900 hPa輻合中心≤-5×10-5s-1；③ 850～700 hPa正螺旋度中心≥30×10-4m/s2或高空有正螺旋度≥10×10-4m/s2的正負螺旋度對；④ 925～500 hPa垂直上升運動中心≤-1×10-5Pa/s；⑤ 975～925 hPa水汽通量≥34 g/(cm·hPa·s)；⑥ 1 000～800 hPa水汽通量輻合≤-12×10-7g/(cm2·hPa·s)。

(4) 臺風B型降水前的20：00物理量量特征為：① 114～120°E、24～30°N滿足900～650 hPa正渦度中心≥10×10-5；② 1 000～850 hPa輻合中心≤-3×10-5s-1；③ 750～500 hPa正螺旋度中心≥6×10-4m/s2的正負螺旋度對；④ 925～500 hPa垂直上升運動中心≤-0.8×10-5Pa/s；⑤ 975～850 hPa水汽通量≥24×10-5g/(cm·hPa·s)；⑥ 1 000～850 hPa水汽通量輻合強度≤-8×10-7g/(cm2·hPa·s)。

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1006-4354(2014)05-0007-07

2014-04-29

肖云(1982—)，男，漢族，四川邛崍人，大學本科，工程師，主要從事天氣預報及研究。

收稿日期：中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室開放課題(2010LASW-A03)、中國氣象局氣象關鍵技術集成與應用項目(CMAGJ2011Z05)、江西省氣象局重點項目(JXQX2010Z09)、(JXQX2008Z04)、江西省氣象局創(chuàng)新基金(GCX200909)共同資助

P458.124

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