陳 濤 董 林 羅 玲 楊舒楠

1 國家氣象中心，北京 100081

2 中國氣象局-河海大學水文氣象研究聯(lián)合實驗室，北京 100081

3 南方海洋科學與工程廣東省實驗室(珠海)，珠海 519082

4 浙江省氣象臺，杭州 310000

提 要： 2019年9號臺風利奇馬在浙江造成極端降水，其中8月9日白天浙江東部受臺風外圍螺旋雨帶長時間影響，9日夜間在臺風內(nèi)核對流影響下降水有顯著增強；降水中心與浙江臨海地區(qū)的天臺山、括蒼山和雁蕩山等地形特征密切相關(guān)。GPM(Global Precipitation Measure)衛(wèi)星遙感反演表明近岸臺風螺旋雨帶以層積混合型降水為主，臺風眼墻區(qū)域以熱帶暖云對流型降水為主；眼墻區(qū)雨滴有效直徑更大、雨滴數(shù)密度更高，有利于形成高降水強度。臺風登陸前移動速度較慢，浙江沿海地區(qū)維持低層鋒生和輻合，有利于外圍螺旋雨帶降水維持和增強；登陸前后受環(huán)境垂直切變等因素影響，臺風中心左前側(cè)眼墻區(qū)域?qū)α骰钴S，在登陸點附近強降水區(qū)偏向于臺風中心左側(cè)。分鐘級降水觀測表明臺風登陸期間浙江近海山區(qū)降水強度2～3倍于平原地區(qū)，其中地形性降水增幅效應與臺風對流非對稱結(jié)構(gòu)差異對降水影響程度基本相當，有利于在臺風中心左前側(cè)的括蒼山—雁蕩山山區(qū)形成強降水中心。

引 言

登陸臺風暴雨災害風險大，在環(huán)境場、臺風結(jié)構(gòu)和地形等因素影響下臺風暴雨形成機制復雜，一直以來是科研和業(yè)務預報中所面臨的重點難點問題(陳聯(lián)壽等，2004；林良勛等，2006；許映龍等，2011)。環(huán)境垂直切變對臺風強度、對流非對稱結(jié)構(gòu)有重要影響，基于臺風渦旋理想概念模型分析(Jones，1995)、數(shù)值模擬位渦反演(Liu et al，1999；Zhang et al，2000)等方法表明，臺風環(huán)境垂直切變指向的偏左側(cè)位置有利于上升運動和對流發(fā)展，并得到衛(wèi)星觀測臺風降水統(tǒng)計研究支持(Chen et al, 2006；Hence and Houze，2011)；對中國登陸臺風的統(tǒng)計研究也認為垂直切變下游方向有利于對流發(fā)展(Shu et al，2012；Yu et al，2015)。近年來隨著遙感觀測技術(shù)發(fā)展，對臺風螺旋雨帶、眼墻對流等中小尺度特征研究進一步深入(費建芳等，2013，楊舒楠等，2019；高栓柱，2020)，臺風風場的非均勻分布等因素對降水精細結(jié)構(gòu)有重要影響。地形特征也深刻影響到登陸臺風降水中心強度和分布，孟智勇等(1998)發(fā)現(xiàn)臺風在地形作用下會產(chǎn)生誘生低壓，影響強降水中心位置；陳聯(lián)壽等(2004)指出華東登陸臺風在山脈地形強迫作用下，可造成降水落區(qū)和雨量的非對稱分布；Yu and Cheng(2013)認為地形能夠影響云物理過程，對2009年臺風莫拉克極端降水有重要作用。

2019年9號臺風利奇馬(Lekima)是2019年登陸我國的最強臺風，在1949年以來登陸我國大陸地區(qū)的臺風中強度排名第五位，在登陸浙江的臺風中排名第三位(王海平等，2021)。受“利奇馬”影響浙江東部地區(qū)降雨時間長、累積量大、極端性強，浙江省6個國家級氣象站日降水量超過建站以來極值，在臺風非對稱對流結(jié)構(gòu)、浙江沿海天臺山、括蒼山、雁蕩山地形等因素影響下，降水成因復雜，預報難度較大。本文基于多源數(shù)據(jù)分析臺風利奇馬登陸期間螺旋雨帶、眼墻對流結(jié)構(gòu)和云物理特征，重點分析環(huán)境垂直切變、地形等因素對臺風降水分布影響，為臺風精細化暴雨預報提供診斷分析思路。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文采用國家氣象信息中心整編全國區(qū)域級地面自動站分鐘級觀測、全國多普勒雷達拼圖等觀測數(shù)據(jù)，其中對地面風場、降水量通過Cressman客觀分析，獲取0.1°×0.1°格點化數(shù)據(jù)進行診斷。衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括FY-4A衛(wèi)星10.8 μm紅外輻射亮溫(水平分辨率為4 km)，并應用GPM(Global Precipitation Measure)衛(wèi)星雙波段降水雷達(DPR，水平分辨率為5.2 km，垂直分辨率為250 m)觀測數(shù)據(jù)對臺風眼墻、螺旋雨帶結(jié)構(gòu)和云物理特征進行分析(Zhang and Fu，2018)。

臺風環(huán)流特征基于ERA5再分析數(shù)據(jù)(水平分辨率為0.25°×0.25°，逐小時)進行診斷，計算鋒生函數(shù)、環(huán)境垂直切變以及垂直差分渦度平流等物理量。水平鋒生函數(shù)(FG)可分解為輻合項(FG1)和變形項(FG2)(Yang et al, 2014)，F(xiàn)G1代表風場輻合作用造成的鋒生過程，F(xiàn)G2代表在變形場中由于拉伸變形導致的鋒生過程：

式中：θ為位溫；當FG>0時代表鋒生。

取V200，V850為臺風中心半徑200 km以內(nèi)區(qū)域平均風矢量，定義臺風核心區(qū)域環(huán)境垂直切變VWS為：

VWS=V200-V850

Frank and Ritchie(2001)利用數(shù)值模擬試驗比較了不同強度VWS對臺風結(jié)構(gòu)的影響，研究表明5 m·s-1的弱垂直切變持續(xù)作用12 h，就足以使初始對稱的臺風環(huán)流形成顯著非對稱結(jié)構(gòu)。Zhang and Kieu(2005)使用準平衡垂直運動方程診斷環(huán)境垂直切變影響，在忽略二階微分項情況下，渦旋垂直運動方程簡化為：

式中方程右側(cè)為垂直差分相對渦度平流項。Jones(1995)利用理想正壓渦旋概念模型表明，由于環(huán)境垂直切變造成渦旋軸傾斜以及渦旋高低層環(huán)流結(jié)構(gòu)分離，環(huán)境垂直切變下游方向?qū)⑿纬刹罘譁u度平流正中心，垂直切變上游方向為差分渦度平流負中心；在準地轉(zhuǎn)約束條件下，垂直切變下游將產(chǎn)生低層輻合、高層輻散，垂直切變上游方向產(chǎn)生低層輻散、高層輻合，進而造成垂直運動的非對稱分布；在平流作用下，渦旋對流上升運動將傾向于分布在垂直切變下游偏左側(cè)位置。本文采用臺風中心200 km半徑內(nèi)200 hPa與850 hPa的相對渦度平流差異，定性診斷登陸前后臺風利奇馬內(nèi)核區(qū)域垂直運動分布特征。

2 臺風利奇馬降水和對流結(jié)構(gòu)特征

2.1 天氣環(huán)流形勢和降水概況

2019年第9號臺風利奇馬于8月4日(北京時，下同)下午在西太平洋洋面生成，7日23時加強為超強臺風。8日20時臺風利奇馬位于西太平洋副熱帶高壓西南側(cè)(圖1)，在副熱帶高壓西側(cè)的東南氣流引導下向西偏北方向移動，由于環(huán)境引導氣流較弱，臺風移動速度僅為10～15 km·h-1。FY-4A紅外云圖上臺風中心眼區(qū)邊界清晰，眼墻結(jié)構(gòu)密實；臺風南側(cè)云系與季風對流云帶結(jié)合，受西南季風持續(xù)水汽輸送影響，“利奇馬”在登陸前始終保持在超強臺風強度。10日01:45超強臺風利奇馬在浙江溫嶺市沿海登陸，登陸時中心附近最大風力為52 m·s-1，中心最低氣壓為930 hPa?！袄骜R”登陸浙江后一路北上，先后影響我國華東、華北、東北等地區(qū)，在我國陸上強度維持在熱帶風暴及以上級別時間長達44 h。

圖1 2019年8月8日20時FY-4A 10.8 μm紅外通道輻射亮溫(填色)，500 hPa高度場(等值線，單位: gpm)以及臺風利奇馬路徑(粗紫線)Fig.1 Infrared brightness temperature (colored) at 10.8 μm channel from FY-4A and geopotential height at 500 hPa (contour, unit: gpm) at 20:00 BT 8 August 2019 and Lekima’s path (thick purple line)

8月9日白天臺風利奇馬向浙江沿?？拷?，臺風前進方向上出現(xiàn)寬廣的外圍云系(圖2a)，導致浙江沿海地區(qū)較早出現(xiàn)降水；臺風中心具有內(nèi)、外雙眼墻結(jié)構(gòu)，臺風中心外眼墻左側(cè)位置紅外亮溫低于200 K，對流活動相對更為活躍。9日22時浙江臺山雷達觀測表明(圖2b)，臺風螺旋雨帶、同心雙眼墻等特征與衛(wèi)星觀測基本一致，眼墻對流在臺風前進方向的左側(cè)發(fā)展更為旺盛，強回波在45 dBz左右。由于臺風眼墻、螺旋雨帶結(jié)構(gòu)特征復雜，同時受浙江東部臨海山地地形、海陸下墊面摩擦差異等因素影響，降水預報難度較高。

圖2 2019年8月9日(a)14:34 FY-4A 10.8 μm紅外通道亮溫(填色)和“利奇馬”路徑(藍線)，(b)22:34浙江臺山多普勒雷達0.5°仰角基本反射率因子Fig.2 (a) Infrared brightness temperature (colored) at 10.8 μm channel from FY-4A at 14:34 BT with Lekima’s path (blue solid line), and (b) basic reflectivity factor at 0.5° elevation from Taishan Doppler Radar at 22:34 BT 9 August 2019

8月9—10日受臺風利奇馬影響，浙江東部地區(qū)累計降水量達到200～300 mm(圖3a)，400 mm以上強降水區(qū)略偏向于臺風中心左側(cè)的括蒼山至雁蕩山山區(qū)，在臺風路徑右側(cè)的天臺山地區(qū)也出現(xiàn)降水中心。括蒼山站(P1)累計降水量達到770 mm，日降水量突破建站以來歷史極值；雁蕩山站(P2)累計降水量達到503 mm；浙江東部天臺山站(P3)累計降水量達到523.5 mm。

從括蒼山自動站、天臺山自動站逐小時降水量分析(圖3b)，降水歷時超過30 h，長歷時、高雨強導致出現(xiàn)極端臺風降水。降水基本可分為兩個階段，第一階段為臺風登陸前9日08—23時，由于臺風移動緩慢，外圍螺旋雨帶影響浙江東部超過10 h，降水強度一般在10～30 mm·h-1，此階段累計降水量占P1站過程總降水量的52%。第二階段主要集中在9日深夜至10日早上，受臺風眼墻對流和新生螺旋雨帶影響，降水強度變化劇烈，10日05時括蒼山自動站1小時降水量達到81.5 mm，10日03—06時3小時累計降水量達到211.4 mm。10日14時后臺風減弱北上，浙江東部地區(qū)降水顯著減弱。

圖3 2019年8月9日08時至10日20時(a)累計降水量(黑色三角處分別為地面自動站P1：括蒼山、P2：雁蕩山、P3：天臺山，紅色實線為利奇馬臺風中心路徑)，以及(b)P1站、P3站逐時降水量(箭頭處為臺風登陸時間10日01：45)Fig.3 (a) Accumulated precipitation from 08:00 BT 9 to 20:00 BT 10 August 2019 (black triangles for surface automatic weather stations of P1: Kuocang Mountain, P2: Yandang Mountain and P3: Tiantai Mountain, and red line: Lekima’s path), and (b) hourly precipitation of P1 and P3 stations (black arrow pointing to Lekima’s landing time at 01:45 BT 10 August)

2.2 臺風登陸期間對流結(jié)構(gòu)和降水中尺度特征

8月9日早上浙江東部沿海地區(qū)開始出現(xiàn)分散性降水，9日中午后開始受臺風外圍螺旋雨帶持續(xù)影響，9日20時螺旋雨帶S1距離臺風中心約200 km(圖4a)，45～50 dBz強回波中心分布在浙江沿海地區(qū)。圖4b表明浙江東部降水分布不均，天臺山、括蒼山和雁蕩山都出現(xiàn)降水中心，其中天臺山迎風坡降水強度在30 mm·h-1以上，更為接近臺風環(huán)流中心的雁蕩山地區(qū)降水強度達40 mm·h-1，而浙江臨海平坦地區(qū)降水強度僅為5～10 mm·h-1?？陀^分析地面風場表明，浙江東部處于偏北風與臺風外圍東北風之間的大尺度輻合區(qū)內(nèi)，受海陸摩擦差異影響浙江沿海地區(qū)也有顯著風速輻合，有利于螺旋雨帶降水維持和增強。

圖4 2019年8月9日20時(a)雷達組合反射率因子(填色)、海平面氣壓(黑線，單位: hPa)(藍色虛線S1代表螺旋雨帶)，(b)地面自動站分析風場、過去1小時累計降水量(紅色等值線，單位: mm)以及地形海拔高度(填色)(紫線為臺風利奇馬路線，下同)Fig.4 (a) Composite reflectivity factor (colored), sea level pressure (black line, unit: hPa) (blue dashed line: spiral rainband S1); (b) surface wind analysis from automatic weather station network, precipitation in past 1 h (red contour, unit: mm) and topography height (colored) at 20:00 BT 9 August 2019(Purple line means Lekima’s path, the same below)

8月9日夜間臺風中心靠近浙江沿海，S1螺旋雨帶相對于臺風中心向徑向外方向擴散、強度減弱(圖5a)，但天臺山地區(qū)開始受新生螺旋雨帶S2影響，降水強度達20～40 mm·h-1(圖5b)，雷達回波具有明顯的“列車效應”特征，在天臺山東側(cè)迎風坡形成降水中心。臺風眼墻活躍對流區(qū)仍然位于臺風中心前進方向左側(cè)，受其影響浙江雁蕩山—括蒼山地區(qū)平均降水強度超過50 mm·h-1，其中雁蕩山附近自動站最大小時降水量達98.6 mm；而在臺風中心右側(cè)眼墻區(qū)的東南氣流中，降水強度僅為5～15 mm·h-1，降水強度差異明顯。雁蕩山北端與括蒼山構(gòu)成面向大海的開口地形，在臺風環(huán)流背景下，山口處形成了顯著低層流場匯合，有利于地形收口區(qū)內(nèi)側(cè)區(qū)域的降水增強。浙江東部地區(qū)降水分布與臺風螺旋雨帶、眼墻對流非對稱結(jié)構(gòu)以及浙江東部臨海地區(qū)地形特征有直接關(guān)系。

圖5 同圖4，但為10日03時(圖5a中S2虛線代表新生螺旋雨帶，圖5b中黑色箭頭代表山口處匯合流線)Fig.5 Same as Fig.4, but at 03:00 BT 10 August 2019(Blue dashed line (S2) means new-born spiral rainband in Fig.5a, black arrows mean convergent airflow near trumpet-shaped topography in Fig.5b)

2.3 臺風云物理特征分析

GPM-DPR雷達Ku波段反射率因子分析表明(圖6a)，登陸前臺風內(nèi)眼墻直徑接近50 km，回波強度在30～50 dBz左右；外眼墻直徑約為100～120 km，臺風中心左側(cè)部分對流反射率因子超過50 dBz，內(nèi)外眼墻之間存在寬度10～20 km左右的弱回波區(qū)。臺風西側(cè)到西南側(cè)的螺旋雨帶距離臺風外眼墻80～100 km，反射率因子在30～40 dBz，結(jié)構(gòu)相對松散。在過臺風中心的反射率因子垂直剖面A1—A2 上(圖6b)，臺風內(nèi)眼墻對流發(fā)展高度最高，內(nèi)外眼墻區(qū)域超過35 dBz的反射率因子處于6 km 以下的暖云層中，其中臺風外眼墻2.5 km以下反射率因子達50 dBz，表明臺風強降水與暖云降水機制密切相關(guān)。

圖6 2019年8月9日21:50(a)GPM-DPR Ku波段雷達反射率因子，(b)經(jīng)過圖6a中A1—A2的反射率因子垂直剖面Fig.6 (a) Ku-band reflectivity factor from GPM-DPR, and (b) vertical cross-section of reflectivity factor across A1-A2 in Fig.6a at 21:50 BT 9 August 2019

從GPM-DPR遙感反演降水類型分析(圖7a)，臺風S1和S2螺旋雨帶以層積混合云降水和熱帶深層云降水為主，在雨帶中鑲嵌有少量積云性降水；內(nèi)外眼墻區(qū)域以熱帶深對流云降水為主。Wu et al(2021)使用GPM-DPR遙感反演表明，臺風利奇馬內(nèi)核區(qū)云水含量達到 5.7 kg·m-2，明顯超出Han et al(2015)基于衛(wèi)星被動微波觀測對超級臺風浣熊總含水量估測，有利于形成高暖云降水效率。GPM-DPR降水估測產(chǎn)品表明(圖7b)臺風眼墻左側(cè)局部區(qū)域降水強度超過100 mm·h-1，與雁蕩山自動站實測較為接近；而臺風外圍螺旋雨帶降水強度一般為5～15 mm·h-1，低于地面自動站觀測降水強度，主要原因是DPR Ku波段對大直徑降水粒子敏感，對強降水反映更好。

圖7 2019年8月9日21:50 GPM-DPR反演(a)降水類型，(b)降水強度，(c)降水粒子有效直徑(Dm)和(d)歸一化降水粒子數(shù)密度(lgNw)Fig.7 (a) Precipitation type, (b) precipitation rate, (c) effective raindrop diameter (Dm) and (d) generalized number concentration (lgNw) retrieved from GPM-DPR at 21:50 BT 9 August 2019

GPM-DPR反演臺風云區(qū)雨滴有效直徑(Dm)平均在1.5 mm左右(圖7c)，眼墻對流旺盛區(qū)域Dm超過2 mm，眼墻區(qū)域雨滴數(shù)濃度(Nw)高出外圍雨帶2～3個數(shù)量級(圖7d)。Chen et al(2012)利用激光雨滴譜儀研究表明，2009年第8號臺風莫拉克的Dm集中在1.5 mm附近，lgNw集中在3～4.5 m-4；對比表明臺風利奇馬的衛(wèi)星反演Dm與臺風莫拉克接近，眼墻區(qū)域lgNw可達到6～8 m-4，有利于在“利奇馬”內(nèi)核區(qū)域出現(xiàn)高降水強度。

3 “利奇馬”降水非對稱特征成因分析

3.1 臺風登陸期間低層環(huán)流和鋒生特征

臺風利奇馬在登陸前向北偏西方向移動，與西太平洋副熱帶高壓之間氣壓梯度增強，ERA5診斷表明9日20時850 hPa上臺風中心北側(cè)形成大片32 m·s-1以上的大風速區(qū)(圖8a)，近岸偏東風風速超過36 m·s-1，但在近岸摩擦等因素下出現(xiàn)急流帶斷裂，浙江東部沿海地區(qū)位于東風風速核出口位置，水平輻合造成的強迫抬升運動有利于S1螺旋雨帶降水發(fā)展。浙江東部處于臺風暖濕氣團以及陸地干冷氣團之間的過渡地區(qū)，計算表明該地區(qū)低層鋒生強度為1.5～2.0 K·(100 km)-1·h-1，其中輻合項FG1對總鋒生貢獻為87%，臺風大風速出口區(qū)形成的輻合對鋒生作用最為明顯。

圖8 2019年8月(a)9日20時和(b)10日02時850 hPa風場和32 m·s-1以上風速(紅線)、位溫(黑線，單位: K)和鋒生函數(shù)[填色，單位：K·(100 km)-1·h-1]Fig.8 Wind barb and wind speed >32 m·s-1 (red line) at 850 hPa, geopotential temperature (black line, unit: K), and frontogenesis function [colored, unit: K·(100 km)-1·h-1] at 850 hPa at (a) 20:00 BT 9 and (b) 02:00 BT 10 August 2019

臺風登陸期間10日凌晨，臺風中心前進方向右側(cè)850 hPa大風速核超過40 m·s-1(圖8b)，風速軸與浙江中部海岸線幾乎正交，天臺山地區(qū)恰好位于臺風大風速核出口的強輻合區(qū)，有利于垂直上升運動發(fā)展。浙江東部仍然維持鋒生，鋒生強度變化不大，其中變形項FG2對總鋒生貢獻為69%，表明此時臺風流場與等溫線配置形成的拉伸變形機制對于鋒生貢獻較為明顯。在環(huán)境場風速輻合以及持續(xù)鋒生強迫下，有利于臺風螺旋雨帶降水維持和增強，對于臺風登陸前浙江東部的持續(xù)性降水具有較好的指示意義。

3.2 環(huán)境垂直切變和垂直環(huán)流非對稱特征

臺風登陸前9日20時(圖9a)，環(huán)境垂直切變(VWS)為4 m·s-1，指向臺風前進方向略偏左方位，垂直差分渦度平流呈偶極子分布，在VWS下游方向為正中心，上游方向為負中心，理論上有利于臺風內(nèi)核區(qū)對流集中在VWS指向的左前象限。9日20時至10日04時臺風登陸期間，VWS為 2～4 m·s-1，并按逆時針方向小幅偏轉(zhuǎn)，仍然有利于在臺風內(nèi)核區(qū)的左前象限出現(xiàn)最強對流，垂直差分渦度平流對于臺風內(nèi)核對流的非對稱分布有較好指示意義。

圖9 ERA5診斷2019年8月9日20時(a)垂直差分渦度平流(等值線，單位: 10-8 s-2)和正負平流中心，以及組合反射率因子(填色)(藍色箭頭為環(huán)境垂直切變，紅色內(nèi)圓半徑為100 km，外圓半徑為200 km)；(b)經(jīng)臺風中心VWS方向垂直速度剖面(填色)、水平散度(紅線，單位: 10-4 s-1)和位溫(藍線，單位: K)(風矢量為水平風v和垂直速度w合成，w放大10倍)Fig.9 (a) Vertical differential vorticity advection with positive and negative signs at local centers (contour, unit: 10-8 s-2), composite reflectivity factor (colored) (blue vector for environmental VWS from ERA5 reanalysis; red inner circle radius: 100 km, red outer circle radius: 200 km); (b) vertical velocity profile (colored), horizontal divergence (red line, unit: 10-4 s-1), geopotential temperature (blue lines, unit: K) at 20:00 BT 9 August 2019 (vectors composed by horizontal and vertical velocity amplified by 10 times on the vertical cross-section along direction of VWS through typhoon’s center)

基于典型熱帶氣旋定量降水估測關(guān)系Z=250R1.2(Fulton et al, 1998)，圖9a上VWS指向偏左側(cè)區(qū)域的組合反射率因子大致為45 dBz，右側(cè)約為40 dBz，對應降水率分別為56 mm·h-1和22 mm·h-1，表明在沒有受近海地形抬升、海陸差異等因素影響下，臺風利奇馬眼墻對流的非對稱分布就能夠在登陸點附近造成約1倍的降水強度差異。在沿著VWS方向的垂直剖面上(圖9b)，VWS下游方向具有更明顯的低層輻合、高層輻散，上升運動中心位于600～500 hPa，最大上升速度為1 m·s-1左右，約為VWS上游地區(qū)的上升運動1倍，與雷達觀測體現(xiàn)的對流非對稱特征基本一致。

3.3 浙江沿海地形對降水影響分析

綜上所述，浙江東部強降水分布受臺風螺旋雨帶和眼墻的中尺度對流結(jié)構(gòu)、近海中小尺度地形以及臺風云物理特征等因素綜合影響。臺風登陸期間地面自動站分鐘級降水量統(tǒng)計表明(圖10a)，超過0.5 mm·min-1以上降水強度的高頻次站點集中在括蒼山—雁蕩山構(gòu)成的喇叭口地形內(nèi)側(cè)區(qū)域。對比括蒼山—雁蕩山山區(qū)(DM)和臨海平原地區(qū)(DP)降水強度(圖10b)，在臺風登陸前S1螺旋雨帶影響期間，山區(qū)降水強度2倍于平原區(qū)；而在臺風內(nèi)核對流影響期間，山區(qū)、平原區(qū)降水強度都在增長，但山區(qū)降水強度增長速度更快，10日04時山區(qū)平均降水強度達到1.5 mm·min-1，接近3倍于平原地區(qū)。假定平原地區(qū)降水強度作為臺風背景降水強度Rbg，線性相關(guān)分析表明“利奇馬”登陸期間DM與DP降水強度差異ΔR≈1.4Rbg(圖10c)，這一降水增幅關(guān)系受到地形和臺風眼墻對流非對稱結(jié)構(gòu)的共同影響。

圖10 2019年9日22時至10日04時(a)降水強度超過0.5 mm·min-1站點頻次分析等值線(紅線，圓點半徑代表該站頻次)和地形海拔高度(填色)(DM方框：山區(qū)，DP：平原區(qū))，(b)DM和DP區(qū)域平均降水強度時間變化(虛線：臺風登陸時間)，(c)DM-DP降水強度差異ΔR與臺風背景降水強度Rbg散點分布和線性回歸直線(紅線)Fig.10 (a) Frequency analysis of precipitation rate >0.5 mm·min-1 (red line, radius of circles: frequency at stations), and topography height (colored) (DM: mountain domain box, DP: plain domain box), (b) area-averaged precipitation rate (blue dashed line: typhoon’s landing time), and (c) scatter plot of precipitation rate difference (ΔR) and background precipitation rate (Rbg) linear regression (red line) from 22:00 BT 9 to 04:00 BT 10 August 2019

Yu and Cheng(2013)考慮臺風背景下地形抬升以及云物理機制影響，將地形降水增幅ΔRm估計為：

以上分析表明，臺風利奇馬在浙江東部的地形性降水增幅效應與臺風對流非對稱結(jié)構(gòu)對降水的影響基本相當，并且地形降水增幅效應、臺風對流非對稱結(jié)構(gòu)都對臺風中心前進方向的左前側(cè)降水有增強效應，有利于在臺風中心左前側(cè)的括蒼山—雁蕩山山區(qū)造成極端降水。需要指出，上述診斷計算受多項物理參數(shù)不確定性影響，特別是臺風背景降水強度Rbg估計缺少直接觀測，后繼需要更多的臺風降水個例統(tǒng)計分析，并借助數(shù)值模擬試驗做進一步研究。

4 結(jié)論與討論

本文基于多源資料揭示了臺風利奇馬登陸期間的螺旋雨帶、眼墻對流的中尺度結(jié)構(gòu)以及臺風云物理特征；初步總結(jié)了臺風登陸過程中不同階段強降水基本特征和成因；基于近海山區(qū)和平原區(qū)降水強度觀測對比，結(jié)合臺風背景地形降水增幅理論模型，分析了浙江東部近海地區(qū)中小尺度地形對臺風利奇馬降水的影響。

(1)受“利奇馬”影響浙江東部降水持續(xù)時間長達30 h，8月9日白天受臺風外圍S1螺旋雨帶長時間影響，降水強度一般在10～30 mm·h-1；9日夜間強降水與臺風新生螺旋雨帶S2和眼墻對流相關(guān)，降水強度可接近100 mm·h-1；降水中心分布與臺風中尺度螺旋雨帶、眼墻對流的中小尺度特征以及浙江東部天臺山、括蒼山和雁蕩山等地形特征相關(guān)。

(2)GPM衛(wèi)星反演產(chǎn)品表明臺風螺旋雨帶以層積混合型降水為主，臺風眼墻區(qū)以熱帶暖云對流性降水為主，眼墻區(qū)域的雨滴有效直徑更大、雨滴密度更高，有利于產(chǎn)生高暖云降水效率；衛(wèi)星反演眼墻對流左側(cè)區(qū)域降水強度超過100 mm·h-1，與實況降水強度觀測接近。

(3)臺風利奇馬在向華東近海地區(qū)靠近時，浙江東部地區(qū)持續(xù)受臺風外圍大風速出口區(qū)輻合以及低層鋒生影響，有利于外圍螺旋雨帶的維持和發(fā)展；登陸前后環(huán)境垂直切變主要指向臺風前進方向偏左側(cè)，有利于在垂直切變下游方向上形成更活躍的對流，導致登陸點附近強降水區(qū)整體偏向于臺風中心左側(cè)；臺風路徑右側(cè)天臺山地區(qū)強降水與新生螺旋雨帶造成的列車效應相關(guān)。

(4)地面自動站分鐘級降水觀測表明，“利奇馬”登陸期間浙江近海山區(qū)降水強度2～3倍于近海平原地區(qū)，理論診斷證明地形降水增幅效應可解釋約50%的山區(qū)/平原區(qū)降水強度差異；地形降水增幅、眼墻對流非對稱性分布都對臺風中心前進方向的左前側(cè)降水有增強效應，有利于在臺風中心左前側(cè)的括蒼山—雁蕩山山區(qū)造成極端降水。

本文應用多源資料討論了臺風利奇馬登陸前后的對流結(jié)構(gòu)、降水特征和基本成因，但對于臺風螺旋雨帶和內(nèi)核對流的中小尺度結(jié)構(gòu)需要更為深入的分析，關(guān)于環(huán)境垂直切變、地形特征對降水影響需要更多的臺風降水個例分析，通過高分辨率數(shù)值模式預報試驗做進一步的驗證。