馬蘊(yùn)琦,任福民,馮恬,2,邱文玉
(1.中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081;2.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610225;3.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210044)
我國(guó)是世界上受臺(tái)風(fēng)影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一[1],臺(tái)風(fēng),尤其是登陸臺(tái)風(fēng),能帶來(lái)大風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮,引發(fā)氣象災(zāi)害,其中以暴雨災(zāi)害最為普遍[2]。臺(tái)風(fēng)是最強(qiáng)的暴雨天氣系統(tǒng)[3],往往伴隨極端降水的發(fā)生,0604號(hào)臺(tái)風(fēng)“碧利斯”(強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí))就是一個(gè)典型的例子?!氨汤埂痹斐砂ǜ=?、浙江、江西、湖南、廣東和廣西在內(nèi)的6個(gè)省份發(fā)生大暴雨甚至特大暴雨[4],多個(gè)降水極值中心過(guò)程降水量超過(guò)400 mm。由于暴雨雨量大,引發(fā)了嚴(yán)重的汛情,受災(zāi)人員有2 962.2萬(wàn)人,因?yàn)?zāi)死亡612人,直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)266億元人民幣[5],造成的死亡人數(shù)為當(dāng)時(shí)近十年最多。
近幾十年來(lái),為了提高預(yù)報(bào)精度、防臺(tái)減災(zāi),國(guó)內(nèi)外氣象工作者對(duì)臺(tái)風(fēng)極端降水的形成機(jī)理做了大量研究,主要可以歸為三個(gè)方面:環(huán)境大氣、臺(tái)風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)[6-7]以及下墊面強(qiáng)迫的影響[8],其中環(huán)境大氣的作用包括水汽輸送或急流[9-14]、冷空氣[15]或西風(fēng)槽[16-19]、垂直風(fēng)切變[20-22]等?!氨汤埂庇绊懛秶鷱V,引發(fā)災(zāi)害重,針對(duì)其極端降水成因從多方面展開(kāi)研究。多數(shù)人從大尺度環(huán)流背景、水汽輸送、西南季風(fēng)、物理量診斷等方面進(jìn)行了暴雨成因分析[23-26],指出西北太平洋副熱帶高壓的穩(wěn)定少動(dòng)為“碧利斯”產(chǎn)生持續(xù)性降水提供了穩(wěn)定的背景場(chǎng),西南季風(fēng)的增強(qiáng)則提供了必要的水汽條件。石順吉等[27]和余錦華等[28]發(fā)現(xiàn)環(huán)境垂直風(fēng)切變對(duì)“碧利斯”一波非對(duì)稱降水結(jié)構(gòu)的形成有顯著影響。滕代高等[29]指出渦合并和自激增長(zhǎng)形成的中尺度系統(tǒng)與風(fēng)暴渦旋的相互作用是“碧利斯”登陸后產(chǎn)生強(qiáng)降水的可能機(jī)制。葉成志和李昀英[30]發(fā)現(xiàn)湘東南向北開(kāi)口的喇叭口地形的輻合抬升對(duì)湘東南暴雨有明顯增幅作用。此外,REN and CUI[7]從云微物理角度揭示了“碧利斯”暴雨增幅成因?,F(xiàn)有研究回顧主要是綜合性的[31-35],針對(duì)個(gè)例的總結(jié)較少[36-37],并且缺乏對(duì)“碧利斯”的研究回顧?!氨汤埂币l(fā)暴雨形成的機(jī)制復(fù)雜,本文將對(duì)其極端降水成因回顧總結(jié),以期對(duì)此次極端降水過(guò)程有較全面的認(rèn)識(shí)。
文章第一部分介紹“碧利斯”概況,第二部分分別從有利的大尺度形勢(shì)、中尺度系統(tǒng)的影響、地形作用、云微物理過(guò)程以及動(dòng)力因子的診斷分析等5個(gè)方面做一個(gè)回顧總結(jié),文章最后一部分討論“碧利斯”極端降水機(jī)理的獨(dú)特性以及進(jìn)一步可能的研究方向。
“碧利斯”于2006年7月9日06時(shí)(世界時(shí),UTC,下同)在菲律賓以東洋面上生成(圖1a),11日凌晨增強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴,13日15時(shí)登陸我國(guó)臺(tái)灣省,14日04時(shí)50分在福建省北部的霞浦附近再次登陸,登陸時(shí)中心氣壓為975 hPa(圖1b),中心附近最大風(fēng)力達(dá)11級(jí)(最大風(fēng)速30 m·s-1)。隨后繼續(xù)向西北偏西方向移動(dòng),14日08時(shí)在福建省閩侯縣降級(jí)為熱帶風(fēng)暴,15日08時(shí)在江西省境內(nèi)進(jìn)一步減弱為熱帶低壓,此后其強(qiáng)度繼續(xù)減弱,向西偏南方向移動(dòng),先后穿越湖南、廣西等省區(qū),最終“碧利斯”于17日晚在越南北部地區(qū)減弱消失。
圖1 強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”(0604)的移動(dòng)路徑(a)和最大風(fēng)速(虛線,單位:m·s-1)、中心最低氣壓(實(shí)線,單位:hPa)變化(b)(引自周玉淑等[26])
“碧利斯”過(guò)程雨量大,極值中心主要有三個(gè),分別對(duì)應(yīng)著降水的三個(gè)階段,三個(gè)階段中以第二個(gè)階段最為突出[38]。利用客觀天氣圖分析法[39-41](objective synoptic analysis technique,OSAT)分離臺(tái)風(fēng)降水,圖2a是“碧利斯”的過(guò)程降水,降水期為7月12—17日,超過(guò)250 mm的極端降水主要有三個(gè)中心:福建東北部,湖南和廣東的交界處以及廣東東部和福建南部的沿海地區(qū)。極大值位于湖南和廣東交界處,其中廣東博羅站(569.4 mm)和湖南永興站(504.2 mm)過(guò)程降水量均超過(guò)了500 mm。將“碧利斯”的過(guò)程降水分布(圖2a)與我國(guó)東南丘陵地形(圖2b)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)三個(gè)極端降水中心分別位于我國(guó)浙閩丘陵?yáng)|南沿海地區(qū)、南嶺附近以及浙閩丘陵西南部的沿海地區(qū),“碧利斯”引發(fā)的強(qiáng)降水可能與這些山脈地形存在密切聯(lián)系。此次降水過(guò)程可分為三個(gè)階段(圖3):第一階段是“碧利斯”登陸前后7月13日12時(shí)—14日12時(shí)(圖3a),強(qiáng)降水中心出現(xiàn)在福建北部和浙江南部的沿海地區(qū),降水普遍大于100 mm,從地理分布上這一階段的降水中心出現(xiàn)在“碧利斯”的北側(cè);第三階段降水發(fā)生在7月15日12時(shí)—16日12時(shí)(圖3c),強(qiáng)降水中心位于廣東和福建沿海地區(qū),強(qiáng)降水帶(雨量R>100 mm)從海岸向內(nèi)陸延伸100 km,全長(zhǎng)近700 km;相對(duì)于以上兩個(gè)階段,發(fā)生在7月14日12時(shí)—15日12時(shí)的第二階段(圖3b)降水極端性更為突出,7月14日12—18時(shí)湖南、廣東和江西的交界處測(cè)站的6 h累計(jì)降水量極值小于25 mm,而到了14日18時(shí)—15日06時(shí)測(cè)站的逐6 h累計(jì)降水量極值均超過(guò)95 mm,12 h累計(jì)降水量極值達(dá)到特大暴雨(雨量R>120 mm)級(jí)別[4],暴雨強(qiáng)度顯著增強(qiáng),降水中心由“碧利斯”北側(cè)移到其南側(cè),廣東東北部、江西南部和湖南南部地區(qū)此階段24 h累計(jì)降雨量大于100 mm,湖南省記錄的局部最大降雨量超過(guò)250 mm。
圖2 強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”(0604)過(guò)程降水量分布(a;單位:mm)與中國(guó)東南丘陵地形(b;單位:m)
圖3 強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”(0604)的觀測(cè)降水量(陰影,單位:mm,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別代表三個(gè)階段的降水中心,臺(tái)風(fēng)符號(hào)是三個(gè)階段起止時(shí)間風(fēng)暴中心所在位置;a. 7月13日12時(shí)—14日12時(shí),b. 7月14日12時(shí)—15日12時(shí),c. 7月15日12時(shí)—16日12時(shí);引自GAO et al. [38])
成因分析[38]表明,第一階段是由于內(nèi)核環(huán)流和外部雨帶與沿海地形相互作用,造成在環(huán)流右前側(cè)的浙江和福建產(chǎn)生暴雨,這是由陸地和海洋之間的差異引起的摩擦輻合造成的;第三階段的降水是由“碧利斯”環(huán)流與南海季風(fēng)的相互作用以及在浙閩丘陵西南側(cè)的沿海地區(qū)抬升造成的。由于第二階段降水造成了大范圍嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害,研究主要集中在這一階段,其極端降水機(jī)制較為復(fù)雜,接下來(lái)將總結(jié)有利的大尺度形勢(shì)、中尺度系統(tǒng)的影響、地形作用、云的微物理過(guò)程以及天氣診斷分析等5個(gè)方面的研究。
暴雨尤其是特大暴雨是由多種環(huán)流與天氣系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的[42]。研究主要從大陸高壓、副熱帶高壓和西南季風(fēng)揭示“碧利斯”極端降水成因,副熱帶高壓主要影響“碧利斯”的路徑和移速,大陸高壓和西南季風(fēng)對(duì)其強(qiáng)度維持具有重要作用。
“碧利斯”登陸后,東亞中緯度地區(qū)為兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)且穩(wěn)定少動(dòng)(圖4a),副熱帶高壓加強(qiáng)西伸與大陸高壓脊打通,在低壓環(huán)流北部形成一個(gè)強(qiáng)大高壓壩,“碧利斯”處在北部的大陸高壓、東部的副熱帶高壓和南部的低緯赤道高壓環(huán)流包圍之中。在此環(huán)流背景下,風(fēng)暴環(huán)流與高壓系統(tǒng)相互作用,一方面導(dǎo)致“碧利斯”登陸后緩慢西行,另一方面有利于其氣旋性環(huán)流的維持,這種有利的大尺度環(huán)流造成了持續(xù)強(qiáng)烈的臺(tái)風(fēng)暴雨[5,43]。此間,大陸高壓的加強(qiáng)不僅阻止了風(fēng)暴的北進(jìn),還導(dǎo)致“碧利斯”西北象限的東北風(fēng)加強(qiáng),使“碧利斯”登陸后仍能維持較大的動(dòng)量輸送,同時(shí)還增強(qiáng)了“碧利斯”高層的輻散,有利于其殘渦維持和強(qiáng)降水的持續(xù)[44]。
圖4 2006年7月14日00時(shí)(a)和18時(shí)(b)高低空環(huán)流場(chǎng)(等值線:500 hPa高度場(chǎng),單位:dagpm;風(fēng)向桿:200 hPa風(fēng)速大于30 m·s-1的風(fēng)速矢,矢量箭頭:850 hPa風(fēng)速大于12 m·s-1 的風(fēng)速矢;引自王黎娟等[4])
穩(wěn)定的水汽輸送也是熱帶氣旋強(qiáng)降水產(chǎn)生的重要條件[45],李英等[9]指出登陸后的熱帶氣旋若與一支低空水汽通道連接,則熱帶氣旋可長(zhǎng)久維持,反之則迅速消亡?!氨汤埂钡顷?4 h左右后減弱為熱帶低壓,其殘渦在陸上維持近96 h,研究[46]發(fā)現(xiàn)其登陸后一直與一條水汽通量強(qiáng)輸送帶連接,7月15日00時(shí),環(huán)流東側(cè)最大水汽通量甚至超過(guò)45 g·cm-1·hPa-1· s-1,如此強(qiáng)的水汽輸送非常少見(jiàn)。強(qiáng)的水汽輸送與天氣系統(tǒng)密切相關(guān):15日后南海季風(fēng)準(zhǔn)單周和準(zhǔn)雙周振蕩由負(fù)值變?yōu)檎?以南風(fēng)為主),南海季風(fēng)爆發(fā),使降水得以加強(qiáng)和維持。在此期間,索馬里急流和80°~100°E越赤道氣流也加強(qiáng)北抬,同樣增強(qiáng)了水汽和潛熱的輸送[47-48]。戴竹君等[49]進(jìn)一步通過(guò)模擬水汽輸送路徑,發(fā)現(xiàn)在暴雨增幅前水汽主要從熱帶氣旋環(huán)流的東北側(cè)進(jìn)入,主要輸送850 hPa以上的大氣;增幅后的水汽主要來(lái)源于中低層孟加拉灣的西南氣流,這是由于西南季風(fēng)加強(qiáng)(圖4b),季風(fēng)涌爆發(fā)使原先斷裂的水汽輸送通道被打通[50](圖5b)。充沛的水汽輸送不僅加劇了對(duì)流不穩(wěn)定,低層輻合與高層輻散也增強(qiáng),從而產(chǎn)生強(qiáng)的抽吸效應(yīng),為大暴雨的產(chǎn)生提供了動(dòng)力抬升條件[24],造成華南暴雨增幅[51-52]。
圖5 2006年7月14日00時(shí)(a)和18時(shí)(b)850 hPa水汽通量(單位:g·cm-1·hPa-1·s-1,陰影區(qū)為水汽通量大于15 g·cm-1·hPa-1·s-1的區(qū)域;引自王黎娟等[4])
研究[53-54]表明,中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)往往是造成臺(tái)風(fēng)特大暴雨的重要因素之一,臺(tái)風(fēng)登陸后,其周圍的中小尺度系統(tǒng)或云團(tuán)與殘渦的合并往往是臺(tái)風(fēng)暴雨增幅的一種可能機(jī)制[55]。丁一匯[37]也指出,普遍測(cè)到的101~102mm·h-1的這種雨強(qiáng)是高低壓這類天氣系統(tǒng)解釋不了的,它們實(shí)際是由暴雨中的中尺度天氣系統(tǒng)造成的。
“碧利斯”登陸發(fā)生暴雨時(shí),從常規(guī)地面觀測(cè)資料、雷達(dá)資料以及衛(wèi)星紅外云圖可以發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)降水地區(qū)有MCS發(fā)生發(fā)展,這與西南季風(fēng)以及垂直風(fēng)切變密切相關(guān)。在“碧利斯”引發(fā)暴雨增幅時(shí),降水中心附近對(duì)流層低層的相當(dāng)位溫θe高值區(qū)從地面向上發(fā)展,是對(duì)流不穩(wěn)定最顯著的區(qū)域[56,57],且7月14—17日一直處于季風(fēng)活躍期[58], 強(qiáng)西南季風(fēng)的持續(xù)維持為風(fēng)暴輸送大量水汽和不穩(wěn)定能量[59]。此外,對(duì)流層中上層的干空氣層對(duì)不穩(wěn)定能量有一定的累積作用[60],大陸高壓以北的冷空氣與來(lái)自低緯的西南季風(fēng)的作用也有利于該地區(qū)不穩(wěn)定能量的儲(chǔ)存[29]。在此背景下,低壓環(huán)流的動(dòng)力抬升作用導(dǎo)致不穩(wěn)定能量釋放,使華南上空產(chǎn)生中尺度渦、中尺度輻合線以及中尺度輻合中心,這為MCS的發(fā)展和維持提供了有利的環(huán)境條件,從而華南地區(qū)多MCS發(fā)生發(fā)展[61]。此外,環(huán)境垂直風(fēng)切變產(chǎn)生次級(jí)環(huán)流,使“碧利斯”環(huán)流的西南側(cè)為上升氣流,MCS多生成于低壓環(huán)流的西南象限[57],這也是降水分布不對(duì)稱的原因之一。湖南南部的強(qiáng)降水就是在垂直切變強(qiáng)迫的次級(jí)環(huán)流約束下,MCS在濕不穩(wěn)定條件下迅速發(fā)展,并在向南移動(dòng)的過(guò)程中增強(qiáng)所產(chǎn)生的。
中尺度分析[62]還揭示出中尺度系統(tǒng)通過(guò)不同尺度渦旋自組織過(guò)程產(chǎn)生。初始時(shí)刻是多個(gè)小尺度云塊或云團(tuán),通過(guò)合并增長(zhǎng)為較大尺度的γ中尺度和β中尺度云團(tuán),最后多個(gè)中尺度云團(tuán)再合并成天氣尺度云團(tuán),產(chǎn)生的多尺度對(duì)流云團(tuán)不斷移近風(fēng)暴與風(fēng)暴云系結(jié)合,從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的降水。
“碧利斯”登陸后,地形主要影響湘東南的降水,位于粵北、贛南的降雨主體似乎與地形關(guān)系不大[38]。湖南省東、南、西三面被山地環(huán)繞,東鄰東北—西南向的羅霄山脈,南倚準(zhǔn)東西向的南嶺山脈,三面環(huán)山的分布形成一個(gè)向北開(kāi)口的喇叭口地形。研究不僅揭示了NNE—SSW 向暴雨帶與羅霄山迎風(fēng)面走向一致(圖6a),而且也認(rèn)識(shí)到地形通過(guò)強(qiáng)迫抬升和喇叭口地形的輻合作用使降水大為增強(qiáng)。
根據(jù)雷達(dá)和地面加密觀測(cè)資料分析可知,7月14日14時(shí)有大片混合性回波在江西西南部生成,并沿著羅霄山脈發(fā)展成強(qiáng)回波中心帶,23時(shí)在“碧利斯”緩慢西移過(guò)程中,回波整體不斷向西南方向移動(dòng),并且在湘東南地區(qū)形成窄帶回波的“列車效應(yīng)”。結(jié)合紅外云圖的黑體亮溫(TBB)分布可以發(fā)現(xiàn),在15日02時(shí),湘東南黑體亮溫tBB<-62 ℃的云團(tuán)面積不斷擴(kuò)大,并在該云團(tuán)內(nèi)部出現(xiàn)了黑體亮溫tBB<-80 ℃的亮云核,資興站在15日02—03時(shí)雨強(qiáng)達(dá)67.9 mm·h-1,出現(xiàn)的這種特大雨強(qiáng)從天氣尺度環(huán)流、水汽條件等很難解釋,這可能與湘東南的特殊地形密切相關(guān)。
由7月15日08時(shí)925 hPa流場(chǎng)和地形分布(圖6b)可以看出,在湘東南有明顯一致的西北氣流與羅霄山脈相交(交角接近60°)。湘東南地形對(duì)“碧利斯”中這支偏北強(qiáng)風(fēng)速氣流的阻擋和強(qiáng)迫抬升,一方面有利于水汽輸送和中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展[30],另一方面地形的抬升作用與地面中尺度輻合線產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)相結(jié)合,加強(qiáng)了產(chǎn)生特大暴雨的動(dòng)力作用,位于羅霄山和南嶺夾角處的湘東南出現(xiàn)強(qiáng)降水[63],特大暴雨中心永興縣連續(xù)10 h的雨強(qiáng)超過(guò)10 mm·h-1,其中2 h最大雨量可達(dá)50 mm;王曉芳和胡伯威[64]根據(jù)PIERRHUMBERT 等人的理論推算發(fā)現(xiàn),這種地形強(qiáng)迫上升和對(duì)暴雨的觸發(fā)不在山坡上,而在迎風(fēng)坡上游平原地區(qū)(即湘東南)。
圖6 2006年7月15日00—06時(shí)6 h降水分布(a;陰影為地形高度)和00時(shí)925 hPa流場(chǎng)(b)(引自王曉芳和胡伯威[64])
“碧利斯”登陸后,廣東、湖南、江西三省交界處出現(xiàn)暴雨增幅,REN and CUI[7]指出隨著季風(fēng)涌爆發(fā),季風(fēng)與低壓環(huán)流相互作用,水汽輸送和抬升加強(qiáng),水汽凝結(jié)成云水的過(guò)程也增強(qiáng)。云水增加主要通過(guò)兩個(gè)途徑對(duì)暴雨增幅產(chǎn)生貢獻(xiàn)(圖7):一是云水與雨水碰并收集促進(jìn)雨水含量增加(Pracw),二是云中雪粒子增加與霰粒子碰并進(jìn)而融化成雨水(Pgmlt)。汪亞萍等[65]在此基礎(chǔ)上利用高分辨率數(shù)值模擬資料,將“碧利斯”產(chǎn)生的降水分為對(duì)流降水和層云降水,發(fā)現(xiàn)暴雨增幅發(fā)生時(shí)段,對(duì)流降水對(duì)暴雨增幅的貢獻(xiàn)較大。劉圣楠和崔曉鵬[66]進(jìn)一步指出,暴雨發(fā)生時(shí)段,“霰融化造成雨滴增長(zhǎng)”與“云滴與雨滴碰并”過(guò)程比暴雨發(fā)生前更加活躍,尤其是“霰融化造成雨滴增長(zhǎng)”增強(qiáng)更明顯。
圖7 強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”(0604)暴雨增幅云微物理成因示意圖(圖中Cnd表示過(guò)飽和水汽凝結(jié)成云水,Psacw表示雪粒子碰并云水造成雪粒子增長(zhǎng),Pracw表示雨滴碰并云水造成雨滴增長(zhǎng),Pgmlt表示霰粒子融化成雨滴,Dgacs表示霰粒子碰并雪粒子干增長(zhǎng);示意圖引自REN and CUI[7])
“碧利斯”在第二階段的降水明顯表現(xiàn)出是對(duì)流降水,此次強(qiáng)降水是在水汽充分、不穩(wěn)定層結(jié)以及抬升條件都得到滿足的條件下產(chǎn)生的。在暴雨發(fā)生時(shí),強(qiáng)降水地區(qū)上空低層為西南氣流,水汽輸送較強(qiáng),而高層是西北風(fēng),水汽含量少,這樣就形成了上干下濕的結(jié)構(gòu),產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié),加上強(qiáng)的垂直上升氣流,使得大量濕空氣抬升釋放大量的凝結(jié)潛熱,而且高低不同的環(huán)流形勢(shì)使“碧利斯”在登陸華南沿海后產(chǎn)生高層輻散、低層輻合,有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)[23,42],研究表明這種垂直運(yùn)動(dòng)與地形、垂直風(fēng)切變、溫度平流以及鋒生作用相關(guān),這四個(gè)方面可能是產(chǎn)生第二階段強(qiáng)降水所必要的抬升機(jī)制[38]。此外,有研究[67]選取濕熱力平流參數(shù)、廣義對(duì)流渦度矢量垂直分量、水汽螺旋度、熱力螺旋度、散度垂直通量、熱力散度垂直通量、熱力切變平流參數(shù)和Q矢量散度等8個(gè)動(dòng)力因子進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)水汽螺旋度、熱力螺旋度、散度垂直通量以及熱力散度垂直通量等4個(gè)因子與小時(shí)降水量變化以及云水凝物相關(guān)性強(qiáng),能很好地指示降水云系的發(fā)展以及地面降水過(guò)程的發(fā)生。同時(shí),王黎娟等[4]對(duì)“碧利斯”暴雨增幅過(guò)程進(jìn)行高分辨率數(shù)值模擬并診斷分析,表明散度垂直通量以及濕位渦分布與暴雨增幅降水均有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,對(duì)強(qiáng)降水落區(qū)有著較好的指示意義,其中垂直散度通量的對(duì)應(yīng)關(guān)系更好。
基于國(guó)內(nèi)部分氣象專家對(duì)0604號(hào)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”的研究成果,從有利的大尺度形勢(shì)、中尺度系統(tǒng)的影響、地形作用、云微物理過(guò)程的影響以及動(dòng)力因子的診斷分析等5個(gè)方面對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”引發(fā)極端降水的成因進(jìn)行總結(jié),顯示,大部分研究集中在降水的第二階段,即暴雨及暴雨增幅過(guò)程,得出極端降水是由多尺度系統(tǒng)相互作用以及地形等有利因素共同影響的結(jié)果:在穩(wěn)定的背景場(chǎng)中,“碧利斯”緩慢西行,西南季風(fēng)爆發(fā)是環(huán)流得以維持并產(chǎn)生極端降水的主要原因;中尺度系統(tǒng)演變發(fā)展并與低壓環(huán)流相互作用是暴雨增幅的可能機(jī)制;地形是湘東南產(chǎn)生特大暴雨的重要原因;廣東、湖南、江西交界處暴雨增幅的發(fā)生主要通過(guò)兩個(gè)途徑,一是云水增加與雨水碰并增加降水和雪粒子增加與霰粒子碰并進(jìn)而融化成雨水,二是通過(guò)診斷分析可知此次暴雨是在水汽、不穩(wěn)定性以及抬升條件都滿足的條件下產(chǎn)生的對(duì)流降水,上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。
“碧利斯”強(qiáng)度不強(qiáng),登陸一天后減弱為熱帶低壓,其殘渦在陸上維持四天之久,降水強(qiáng)度大,引發(fā)災(zāi)害重,降水分布不均勻,具有這些特點(diǎn)主要在于“碧利斯”極端降水成因存在自身獨(dú)特性:1)通常,臺(tái)風(fēng)登陸后受大陸高壓阻擋時(shí)往往移動(dòng)變慢、強(qiáng)度迅速減弱,暴雨也難以維持;而“碧利斯”登陸后雖受大陸高壓的阻擋,高壓卻使低壓環(huán)流西北象限的東北風(fēng)加強(qiáng),為“碧利斯”輸送較大動(dòng)量,有益于低壓環(huán)流的維持。2)“碧利斯”登陸期間處于西南季風(fēng)活躍期,索馬里急流與80°~100°E跨赤道氣流也加強(qiáng)北抬,在此有利環(huán)境下,季風(fēng)涌爆發(fā),水汽輸送之強(qiáng)非常少見(jiàn)。此間,西南季風(fēng)、跨赤道氣流的加強(qiáng)與低壓環(huán)流的“默契配合”是此個(gè)例的一大特色,也是其長(zhǎng)時(shí)間維持的重要原因之一。3)“碧利斯”與南海季風(fēng)相互作用,激發(fā)中尺度強(qiáng)降水系統(tǒng)不斷發(fā)生,“碧利斯“不僅起到攜帶水汽的作用,還有動(dòng)力抬升作用,這是季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)相互作用的典型例子。
盡管“碧利斯”暴雨成因的研究取得很多成果,但是目前對(duì)此個(gè)例的研究仍有待進(jìn)一步深入:1)相對(duì)于第二階段,第一和第三階段的極端降水成因研究較少。然而,第一與第三階段均達(dá)到極端降水的程度,且同樣造成嚴(yán)重的災(zāi)害,那么,第一和第三階段的極端降水成因是什么?具有怎樣的獨(dú)特性?與第二階段降水有什么不同?2)“碧利斯”降水一個(gè)重要特征是雨量分布高度不對(duì)稱,登陸后降水主要出現(xiàn)在路徑左側(cè),現(xiàn)有研究已從西南季風(fēng)和中尺度系統(tǒng)的角度進(jìn)行解釋,還有研究指出環(huán)境垂直風(fēng)切變對(duì)“碧利斯”非對(duì)稱降水發(fā)揮著極為重要的作用。既然如此,垂直風(fēng)切變是如何影響“碧利斯”降水分布的?對(duì)其強(qiáng)度是否有明顯影響?地形、“碧利斯”移速、強(qiáng)度等對(duì)非對(duì)稱降水是否也有重要影響?3)南海季風(fēng)是影響“碧利斯”極端降水的重要因子,其與熱帶風(fēng)暴相互作用產(chǎn)生大暴雨的物理機(jī)制,有待于從能量轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)行探討。
針對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”引發(fā)大范圍極端降水的過(guò)程,盡管對(duì)此次路徑預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確,卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估了對(duì)第二階段降水強(qiáng)度的預(yù)報(bào),是值得深入思考的問(wèn)題:這不僅涉及臺(tái)風(fēng)極端降水形成的復(fù)雜過(guò)程,也與中尺度天氣的有限觀測(cè)、目前數(shù)值模式對(duì)極端降水的有限預(yù)報(bào)能力有關(guān)。因此,加強(qiáng)對(duì)臺(tái)風(fēng)極端降水形成機(jī)理及其預(yù)報(bào)方法研究將是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。