姜嘉俊，錢燕珍，段晶晶，王曉慧，方艷瑩

(1. 寧波市氣象臺，浙江 寧波 315012；2. 海曙區(qū)氣象局，浙江 寧波 315012；3. 寧波市氣象服務(wù)中心，浙江 寧波 315012)

1 引 言

臺風(fēng)是造成暴雨的重要天氣系統(tǒng)，臺風(fēng)暴雨可分為臺風(fēng)本體暴雨和臺風(fēng)環(huán)流外暴雨[1-2]。臺風(fēng)暴雨與大尺度環(huán)流形勢、中尺度系統(tǒng)、局地地形密切相關(guān)，水汽條件、層結(jié)穩(wěn)定度、低層輻合、高層輻散出流同樣與降水強(qiáng)度緊密聯(lián)系[3-8]。登陸臺風(fēng)的風(fēng)雨分布與變化特征是目前預(yù)報工作的難點，其物理機(jī)制是目前臺風(fēng)研究領(lǐng)域的重點和熱點之一[9-11]。研究發(fā)現(xiàn)，一般臺風(fēng)登陸后隨著強(qiáng)度減弱，降水會逐漸減小，但也存在少數(shù)降水突然增強(qiáng)的情況，即所謂的登陸熱帶氣旋降水增幅[12-13]。

臺風(fēng)暴雨與水汽有很大關(guān)系，源源不斷的水汽輸送有利于臺風(fēng)環(huán)流的維持，激發(fā)并加強(qiáng)雨帶中的對流活動，從而使降水加強(qiáng)[14-15]。戴竹君等[16]研究發(fā)現(xiàn)“碧利斯”登陸后一直與低緯水汽通道相連，異?；钴S的越赤道氣流將大量水汽輸送到“碧利斯”環(huán)流中，造成其長久維持并引發(fā)沿途暴雨增幅。陳見等[17]研究發(fā)現(xiàn)活躍的季風(fēng)急流與“尤特”殘留低渦長時間聯(lián)結(jié)，是造成殘留低渦復(fù)蘇并促使降水增幅的原因。梁寶榮等[18]對熱帶風(fēng)暴“天鵝”強(qiáng)降水進(jìn)行了特征分析指出，臺風(fēng)低槽與來自孟加拉灣的西南氣流共同作用造成北海市強(qiáng)降雨。此外，Shen 等[19]指出，下墊面濕度大小會影響臺風(fēng)潛熱通量的輸送，進(jìn)而影響臺風(fēng)降水范圍和強(qiáng)度。鈕學(xué)新等[20]指出，大陸及其近海濕度場對臺風(fēng)降水也有很大影響。

臺風(fēng)本身是一個旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)且伴有明顯的上升運動，而垂直螺旋度作為垂直速度和垂直渦度的乘積，綜合反映了大氣在垂直方向上旋轉(zhuǎn)上升的特點，從而廣泛應(yīng)用于臺風(fēng)暴雨的預(yù)報研究中[21-22]。余貞壽等[23]通過對超強(qiáng)臺風(fēng)“圣帕”特大暴雨過程進(jìn)行螺旋度分析指出，垂直螺旋度能較好地預(yù)報臺風(fēng)降水落區(qū)。尤紅等[24]對0906號臺風(fēng)“莫拉菲”大范圍暴雨過程診斷分析指出，“莫拉菲”登陸后向西北移動過程中，垂直螺旋度經(jīng)歷由整層強(qiáng)正值中心柱狀結(jié)構(gòu)減弱為對流層中低層強(qiáng)正值區(qū)、高層負(fù)值區(qū)配置的變化，其強(qiáng)正中心量值劇增，對應(yīng)地面雨強(qiáng)激增，正螺旋度強(qiáng)中心量值越大、中心所在位置越低，對應(yīng)地面降水越強(qiáng)。潘婧茹等[25]利用垂直螺旋度對1211號臺風(fēng)“?？痹斐山K大暴雨進(jìn)行了診斷分析指出，當(dāng)高空負(fù)螺旋度中心和中低層正螺旋度中心相疊加時，有利于暴雨增強(qiáng)。當(dāng)?shù)蛯诱菪戎行拈_始減弱抬升，降水逐漸停止。

通常認(rèn)為登陸廣東附近的臺風(fēng)對浙江影響較小，但實際上，根據(jù)鈕學(xué)新等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在1949—2000年登陸福建廈門到珠江口附近的87個臺風(fēng)中,就有39個(占總數(shù)44.8%)引起了浙江50 mm的過程雨量。近年來，登陸廣東的臺風(fēng)造成浙江局地暴雨的情況頻繁出現(xiàn)，給預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)帶來了很大的挑戰(zhàn)。例如，1622 號臺風(fēng)“海馬”登陸廣東汕尾，造成寧波多站過程降水量超過100 mm；1702 號臺風(fēng)“苗柏”登陸深圳，造成浙江20個區(qū)縣過程面雨量超過100 mm；1720號臺風(fēng)“卡努”登陸廣東徐聞，給寧波、舟山等地帶來嚴(yán)重影響，15個測站過程累計降水超過300 mm。針對以上個例，陳有利等[27]數(shù)值模擬表明1702 號臺風(fēng)“苗柏”登陸廣東北上減弱過程中，其殘留云系對當(dāng)時出現(xiàn)在浙江的暴雨水汽輻合及輻合帶的長時間維持具有重要作用。此外，他還分析了臺風(fēng)“卡努”造成浙江東北部暴雨的原因[28]，指出“卡努”降水可以分為兩個階段，第一階段是“卡努”臺風(fēng)倒槽頂部東南氣流和東北氣流匯合，以及弱冷空氣參與造成了強(qiáng)降水，而第二階段強(qiáng)降水是由低層低壓環(huán)流的發(fā)展和強(qiáng)水汽輸入輻合造成的，揭示出影響浙江地區(qū)臺風(fēng)暴雨發(fā)生機(jī)制的復(fù)雜性。

2018年 9月 16—17日，1822 號臺風(fēng)“山竹”登陸廣東西移減弱過程中，浙江東北部地區(qū)普降大暴雨，本次過程具有降水時間集中、雨強(qiáng)強(qiáng)、累積雨量大等特點，并伴有強(qiáng)雷電。本文將在形勢分析基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬方法，研究“山竹”對此次暴雨的作用，后通過垂直螺旋度進(jìn)行診斷分析，為以后類似過程的預(yù)報提供參考。

2 過程簡介和形勢分析

2.1 過程概況

1822號臺風(fēng)“山竹”2018年9月7日生成，一路向西偏北方向移動，于16日17 時（北京時，下同）前后以強(qiáng)臺風(fēng)級別在廣東省江門市臺山沿海登陸，登陸后繼續(xù)向西偏北方向移動，強(qiáng)度逐漸減弱，17日 20 時停止編報。“山竹”具有范圍大、強(qiáng)度強(qiáng)、臺風(fēng)倒槽發(fā)展充分等特點。

16日下午開始，浙江東北部出現(xiàn)陣雨，集中強(qiáng)降水出現(xiàn)在16日夜里到17日中午前后，17日下午起雨漸止。這一過程中浙江東北部普遍出現(xiàn)了暴雨，局地大暴雨。其中過程面雨量嘉興市122.2 mm、寧波市113.9 mm，單點最大降水為寧波市象山縣麥地山達(dá)294.6 mm。僅寧波市就發(fā)生了雷電6 733 次，其中正地閃 1 213 次，負(fù)地閃 5 520 次。本次過程有降水集中、雨強(qiáng)強(qiáng)、雨量大，并伴有強(qiáng)雷電等特點。

2.2 形勢分析

500 hPa 形勢分析，9月 13日起我國中東部大部分地區(qū)都受副高控制，之后副高有所東退，16日開始呈塊狀，脊線在30 °N 附近，主體位置在海洋上，副高一直西伸至108 °E附近，影響陸地的副高環(huán)流在588 dagpm 以上，強(qiáng)度較強(qiáng)（圖略）。一直到17日，浙江東北部500 hPa 都處在強(qiáng)大副高控制下（圖1）。925 hPa 風(fēng)場分析，“山竹”登陸后臺風(fēng)中心附近風(fēng)力明顯減小，表明臺風(fēng)強(qiáng)度快速減弱。在120～125 °E有較強(qiáng)東南偏南氣流輸送到浙江中北部沿海，風(fēng)速高達(dá)14 m/s，至17日08 時開始逐漸減弱，同時這一區(qū)域北側(cè)也有東北偏東氣流的輸送，強(qiáng)度大多在6 m/s 以下，表明低層有偏南急流的輸入和弱冷空氣侵入。14時暴雨區(qū)域偏南氣流和偏東氣流的輸入明顯減弱，之后降雨減弱。

從MT1R 靜止氣象衛(wèi)星紅外1 通道的云頂亮溫（TBB）（圖1）可見，“山竹”范圍大，16日下午開始東北部的頂端有對流云系發(fā)展擴(kuò)散，逐漸覆蓋浙江中北部地區(qū)（圖略），16日20 時（圖1a）浙江北部對流云團(tuán)明顯增強(qiáng)，最低云頂亮溫達(dá)到-70 ℃以下。隨后強(qiáng)對流云團(tuán)略有南壓，從嘉興南部、杭州灣地區(qū)以及寧波東北部（圖1b）移動到寧波、舟山及以東海面上（圖1c），強(qiáng)度略有減弱，云頂亮溫在-60 ℃左右。17日14 時強(qiáng)對流云團(tuán)范圍縮小，16 時之后消散。云圖分析可見，對流云團(tuán)先是在“山竹”外圍東北側(cè)生成，隨著“山竹”的西移，17日02 時開始對流云團(tuán)逐漸脫離臺風(fēng)外圍云系，并向東南方向移動，強(qiáng)度逐漸減弱。

圖1 2018年9月16日20時（a）、17日02時（b）、17日08時（c）和17日14時（d）的925 hPa風(fēng)場（單位：m/s）、500 hPa高度場（等值線，單位：位勢米）和TBB（陰影，單位：℃）

嘉興的強(qiáng)降水從16日23 時開始，小時雨強(qiáng)超過10 mm 的時間持續(xù)了5 小時左右，最大的小時雨強(qiáng)出現(xiàn)在海寧達(dá)94.2 mm。寧波的慈溪、鎮(zhèn)海、北侖等地17日08 時前后均出現(xiàn)了1 小時超過30 mm 的短時強(qiáng)降水，其中鎮(zhèn)海站小時雨強(qiáng)超過10 mm 的時間達(dá)5 小時。臺州北側(cè)的寧海和象山在10—13 時出現(xiàn)了強(qiáng)降水和強(qiáng)雷電，象山站2 小時最大雨量達(dá)175.4 mm。16 時之后，浙江東北部強(qiáng)降水結(jié)束。

由此可見，浙江東北部16—17日的強(qiáng)降水主要是由對流云團(tuán)發(fā)展引發(fā)的，對流云團(tuán)發(fā)生在“山竹”外圍云系的東北側(cè)，前期與外圍云系相連，17日02時開始分離。

3 控制試驗

由形勢分析可見，浙江東北部16—17日的強(qiáng)降水主要是由對流云團(tuán)發(fā)展引發(fā)的，對流云團(tuán)生成在“山竹”外圍的東北端，隨著“山竹”的西移而略向南壓，17日02 時開始對流云團(tuán)逐漸脫離臺風(fēng)外圍云系，向東南方向移動。為了研究“山竹”在此次浙江東北部大暴雨中的作用，本文采用數(shù)值模擬的方法。

3.1 模式設(shè)計與資料應(yīng)用

模擬采用ARW-WRF模式（V3.6.1），模式初始場采用6 小時間隔的ERA-Interim 再分析資料（1 °×1 °），同時使用NCEP 逐日全球海溫分析場資料（0.5 °×0.5 °）。臺風(fēng)路徑資料來源于中國氣象局上海臺風(fēng)研究所最佳路徑數(shù)據(jù)集。本文中試驗采用單層網(wǎng)格，水平分辨率為9 km，格點數(shù)為541×541。模式垂直層次為31 層，模式頂氣壓為50 hPa。采用的參數(shù)化方案如表1，模擬區(qū)域范圍為105～145 °E，0 °～45 °N。

表1 模式設(shè)計

控制試驗（CTL）積分時間為96 小時，初始時間是 2018年 9月 13日 20 時，結(jié)束時間是 17日 20時，積分步長45秒。為獲得更準(zhǔn)確的初始臺風(fēng)，控制試驗采用了兩次渦旋bogus 方法，第一次在11日08時（從9月8日08時積分72小時后在11日08時進(jìn)行第一次渦旋bogus），第二次在13日20 時（將11日08時渦旋替換后得到初始場繼續(xù)積分60小時至13日20 時進(jìn)行第二次渦旋bogus）。渦旋bogus 方法是指將模擬得到的結(jié)構(gòu)較好的渦旋從大尺度環(huán)境場中分離出，后將其與相應(yīng)初始場中的渦旋進(jìn)行替換，從而得到更準(zhǔn)確的初始場。

3.2 控制試驗結(jié)果分析

圖2a 給出了模擬與觀測的“山竹”路徑，模擬與觀測的臺風(fēng)路徑和中心位置比較一致，16日14時開始，模擬的路徑偏南偏慢一些。模擬與觀測的臺風(fēng)中心氣壓變化趨勢比較一致（圖2b），模式較好地再現(xiàn)了“山竹”在南海的維持，以及穿過菲律賓北部和登陸過程中的減弱。從臺風(fēng)中心最低氣壓分析，模擬的臺風(fēng)比實況15日08 時之前略偏弱，之后略偏強(qiáng)。從近中心最大風(fēng)力分析，15日08時前略偏弱，之后比較一致，17日02 時開始偏強(qiáng)。總體而言，控制試驗較好地模擬出了“山竹”的路徑和強(qiáng)度變化。

圖2 2018年9月13日20時—17日20時“山竹”臺風(fēng)實況（紅色實線：Obs）和模擬（藍(lán)色實線：Mod）路徑（a）；實況和模擬中心海平面氣壓（單位：hPa，實況：紅色實線；模擬：藍(lán)色實線）和最大風(fēng)速（b）（單位：m/s，實況：紅色虛線；模擬：藍(lán)色虛線）

比較浙江的雨量模擬情況，圖3a、3b是9月16日14 時到—17日20 時的雨量實況和控制試驗?zāi)M結(jié)果，控制試驗較好地模擬出了暴雨強(qiáng)度和位置，幾乎浙江全省都有降雨，模擬的雨量比實況大一些。實況強(qiáng)降雨主要出現(xiàn)在浙江的東北部，模擬的雨量南側(cè)強(qiáng)中心位置更偏南一些，150 mm 以上的強(qiáng)中心范圍更大。浙江東北部實況較大范圍累積雨量在90～150 mm，個別地方150 mm 以上，模擬的累積雨量同樣普遍在90～150 mm，部分150 mm 以上。由此，總的來說控制試驗較好地模擬出了雨情。

圖3 實況（a）、控制試驗（b）、去除“山竹”（c）、增大“山竹”一倍（d）和縮小“山竹”一半（e）試驗的30小時累積降水量（2018年9月16日14時—17日20時，單位: mm）

圖4 是再分析資料和控制試驗?zāi)M的2018年9月17日前后浙江東北部暴雨時的700 hPa 風(fēng)場、濕度場和500 hPa 高度場。由圖4 可見，模擬的高低空形勢與再分析資料分析的形勢基本一致。

圖4 2018年9月16日08時（a、b）、16日20時（c、d）和17日08時（e、f），再分析（a、c、e）和控制試驗（b 、d、f）500 hPa高度場（等值線，單位：位勢米）和700 hPa風(fēng)場（單位: m/s）及相對濕度（陰影，單位: %）

副高環(huán)流中心位置相近，副高592 dagpm 范圍呈塊狀，形狀相似，模擬的副高強(qiáng)度也基本接近，588 dagpm 模擬位置與實況基本一致，592 dagpm的模擬位置更偏東一些。

臺風(fēng)東側(cè)都有東南偏南氣流輸送浙江，模擬的氣流輸送帶更寬，16日20時開始寬度達(dá)800 km以上，而實況僅有500 km 左右。模擬的水汽含量更加豐富，700 hPa輸送帶相對濕度普遍在80%以上，許多達(dá)到85%，個別在95%～100%，而再分析場濕度普遍在75%左右，個別在80%～85%。

西風(fēng)帶在35 °N 及以北地區(qū)強(qiáng)度和位置較為一致，高濕區(qū)位置和分布16日08 時基本一致，16日 20 時和 17日 08 時位置和形狀相似，在 115 °E以東區(qū)域模擬的含水量相比實況更為豐富。

以上分析可見，控制試驗基本模擬出了實況的形勢。

4 敏感性試驗

為了更好地探究“山竹”在浙江暴雨中的作用，在控制試驗基礎(chǔ)上，設(shè)計了去掉“山竹”、“山竹”尺度增大一倍和“山竹”尺度縮小一半3個敏感性試驗。

4.1 敏感性試驗方案設(shè)計

去除“山竹”試驗：

運用模式自帶的TC bogus工具將“山竹”濾除做敏感性試驗（no Mangkhut），以期研究“山竹”對17日前后浙江東北部大暴雨的作用機(jī)理。具體如下：為與控制試驗對比，在9月13日20 時剔除“山竹”，同樣積分96 小時至17日20 時。剔除臺風(fēng)是根據(jù)臺風(fēng)中心位置、強(qiáng)度、最大風(fēng)速半徑和切向風(fēng)廓線形態(tài)因子，在近地面氣壓場中以700 km 為半徑查找臺風(fēng)最大相對渦度，剔除初始場中最大渦度處500 km 范圍內(nèi)（控制試驗13日20 時初始時刻臺風(fēng)尺度約500 km，與實況接近）風(fēng)場、位勢高度、溫度、地面和海平面氣壓等的異常值，從而得到去除臺風(fēng)信息的環(huán)境背景場。

“山竹”增大一倍和減小一半試驗：

為了更準(zhǔn)確地分析“山竹”對9月17日前后浙江東北部大暴雨的作用，還設(shè)計了“山竹”尺度增大一倍(簡稱：large-Mangkhut)和“山竹”尺度減小一半(small-Mangkhut)的試驗。同樣利用TC bogus工具，增大“山竹”尺度的試驗是把臺風(fēng)范圍擴(kuò)大一倍，也就是初始臺風(fēng)半徑設(shè)為1 000 km，減小“山竹”尺度的試驗是將初始臺風(fēng)半徑設(shè)為250 km。

4.2 敏感性試驗結(jié)果分析

比較雨量的模擬情況，圖3c、3d、3e 分別是去掉臺風(fēng)“山竹”試驗（no Mangkhut）、“山竹”尺度增大一倍試驗（large-Mangkhut）、“山竹”尺度減小一半試驗（small-Mangkhut）9月 16日 14 時—17日 20時的雨量。由圖3 通過對比敏感性試驗和控制試驗、實況相同時間段的雨量，可見去掉“山竹”后，浙江東北部雨量明顯減弱，大多在15 mm 以下，僅在浙江北部和東南部有范圍非常小的超過60 mm的降水。增大“山竹”的敏感性試驗強(qiáng)降雨的范圍明顯擴(kuò)大，浙江東部135 mm 以上的強(qiáng)降雨范圍比控制試驗擴(kuò)大近1/2，浙江中西部地區(qū)105 mm 以上的強(qiáng)降雨區(qū)域擴(kuò)大了近1倍，相比實況擴(kuò)大的范圍更多。縮小“山竹”的敏感性試驗在浙江中東部沿海降雨明顯比沒有“山竹”的試驗強(qiáng)，出現(xiàn)了小范圍的135～150 mm的強(qiáng)降水，但比控制試驗和實況強(qiáng)降雨的范圍明顯小，位置更偏南一些。其他地方的降雨和沒有“山竹”的試驗接近，雨量明顯減小。由此初步推斷，浙江東北部的強(qiáng)降雨與“山竹”密切相關(guān)。

通過前文的分析得到，浙江東北部此次強(qiáng)降水主要是由臺風(fēng)“山竹”外圍的對流云團(tuán)發(fā)展引發(fā)，那么這個對流云團(tuán)的生成和發(fā)展與“山竹”是否存在及其尺度大小的關(guān)系值得進(jìn)一步關(guān)注（圖5）。可以看到，增大“山竹”尺度一倍后（圖5a、5b），對流云團(tuán)的范圍明顯增大，幾乎完全覆蓋了浙江東部沿海，與圖3d 中降水相對應(yīng)。減小“山竹”尺度一半后（圖5c、5d），臺風(fēng)北側(cè)對流范圍明顯南撤，浙江東北部對流明顯減弱，僅臺州、溫州部分沿海地區(qū)有小范圍強(qiáng)對流，與圖3e 中降水相對應(yīng)。去除“山竹”后，浙江地區(qū)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)控制，基本無對流產(chǎn)生。說明造成浙江東北部此次強(qiáng)降水的對流云團(tuán)與臺風(fēng)“山竹”是否存在及其尺度大小密切相關(guān)。

圖5 “山竹”增大一倍（a、b）、“山竹”減小一半（c、d）和去除“山竹”（e、f）試驗2018年9月17日08時（a、c、e）和17日14時（b、d、f）的925 hPa風(fēng)場（單位：m/s）、500 hPa高度場（等值線，單位：位勢米）和向外長波輻射（陰影，單位：W/s2）

圖6是再分析資料、控制試驗和敏感性試驗在700 hPa 上沿 119～122 °E 平均經(jīng)向風(fēng)時間剖面，由圖 6a 可見，再分析場上，16日 08—17日 08 時700 hPa 關(guān)注區(qū)域都有南風(fēng)輸送，最強(qiáng)的出現(xiàn)在27 °N 附近，達(dá) 12～14 m/s。17日 08 時開始，北風(fēng)達(dá)到31 °N，之后擴(kuò)散到29 °N，北風(fēng)強(qiáng)度不強(qiáng)，最強(qiáng)僅 4 m/s，表明 17日 08 時之后 700 hPa 有弱冷空氣侵入。

在控制試驗中（圖 6b），16日 08—17日 20 時700 hPa 強(qiáng)勁的南風(fēng)一直向北輸送，最強(qiáng)的出現(xiàn)在28～29 °N，達(dá) 16～18 m/s，風(fēng)速輻合區(qū)主要在29～30 °N，出現(xiàn)在 16日 14 時—17日 14 時，這與實況強(qiáng)降水出現(xiàn)的時間吻合，說明強(qiáng)降水的出現(xiàn)與偏南風(fēng)密切相關(guān)。17日14 時之后偏南輸送有所減弱。

圖6 2018年9月16日08時—17日20時再分析試驗（a）、控制試驗（b）、去除“山竹”試驗（c）、“山竹”增大一倍試驗（d）、“山竹”縮小一半試驗（e）700 hPa沿119～122 °E平均的經(jīng)向風(fēng)時間剖面（單位: m/s）

no Mangkhut 試驗?zāi)巷L(fēng)的強(qiáng)度和位置明顯減弱偏南，在17日02 時前，南風(fēng)輸送沒有越過26 °N，之后南風(fēng)有所加強(qiáng)，輸送到了 27 °N 附近，強(qiáng)度也比較小，最強(qiáng)的也不過10 m/s左右，位置偏南。與此同時，北風(fēng)一直到達(dá)27 °N 附近，強(qiáng)度為4～6 m/s，總體都比較弱，稍強(qiáng)一點的主要在33 °N以北，時間是17日14時。

large-Mangkhut 試驗，16日 08 時—17日 20 時700 hPa 的南風(fēng)強(qiáng)勁輸送，比控制試驗更強(qiáng)，最大值達(dá) 20 m/s 以上，一直輸送到 33 °N 以北，表明增大“山竹”尺度后，偏南氣流的輸送更加強(qiáng)勁。

small-Mangkhut 試驗，16日 14 時前后 700 hPa的南風(fēng)輸送到30 °N，北風(fēng)達(dá)到31 °N 附近，強(qiáng)度都不是很強(qiáng)，在4 m/s左右。但是16日20時開始，南風(fēng)再次增強(qiáng)，輸送到31 °N 附近，且南風(fēng)最大值達(dá) 20 m/s 以上，大值在 28 °N 以南。這可能與“山竹”尺度減小以后，移向偏北，往福建南部靠近，與副高西側(cè)距離接近，氣壓梯度加大，偏南氣流輸送加大有關(guān)。

以上分析表明，有“山竹”時，偏南風(fēng)和偏南氣流輸送到浙江東北部地區(qū)，去掉“山竹”后，偏南風(fēng)和偏南氣流只輸送到27 °N附近，而且輸送到浙江東北部的偏南氣流強(qiáng)弱與“山竹”的大小有關(guān)，“山竹”越大輸送到浙江東北部的偏南風(fēng)越大。17日前后浙江東北部的強(qiáng)降水與偏南氣流輸送有很好的對應(yīng)關(guān)系。

垂直運動和水汽條件是降水產(chǎn)生的重要因素，圖 7 是 17日 05 時沿 119～122 °E 平均的散度、垂直速度和相對濕度緯向垂直剖面。控制試驗和large-Mangkhut 試驗平均散度分別在600 hPa 和400 hPa 以下都是負(fù)值，表明中低層是輻合，控制試驗輻合最強(qiáng)處散度值在-2×10-5s-1以下，large-Mangkhut 試驗則在-6×10-5s-1以下。而控制試驗和 large-Mangkhut 試 驗 在 600 hPa 和 400 hPa 以上，散度值是正值，散度值最大時差不多都達(dá)4×10-5s-1，只是散度正值達(dá)到的高度不同，分別是300 hPa 和100 hPa，表明高層是輻散的，隨著臺風(fēng)尺度的增大，輻合區(qū)更加深厚，更有利于降水產(chǎn)生。而no Mangkhut 試驗和small-Mangkhut 試驗散度場的分布沒有這個規(guī)律，表明由于臺風(fēng)“山竹”的存在使得低層有明顯的輻合，高層明顯輻散。

圖7 9月17日05時控制試驗（a）、去除“山竹”試驗（b）、“山竹”增大一倍（c）、“山竹”減小一半（d）沿119～122°E平均的散度（黑色，單位：10-5s-1）、垂直速度（紅色，單位：10-2 m/s）和相對濕度（填色）緯向垂直剖面

垂直速度的剖面分析有類似特點，控制試驗和large-Mangkhut試驗垂直速度都是比較大，最大達(dá)10×10-2m/s左右，強(qiáng)中心出現(xiàn)的區(qū)域有所不同，控制試驗主要在 800～400 hPa，large-Mangkhut 試驗主要在900～500 hPa和200 hPa以上。垂直速度no Mangkhut 試驗普遍都很小，small-Mangkhut 試驗相比 no Mangkhut 試驗要大，在 700～200 hPa 最大達(dá)4 ×10-2m/s 左右。可見，由于“山竹”的存在，使得垂直運動旺盛，且“山竹”尺度越大，上升運動越強(qiáng)。

濕度的垂直分布也表現(xiàn)出類似特點，控制試驗和large-Mangkhut 試驗最強(qiáng)的相對濕度大范圍都達(dá)到了95%以上，且400 hPa以下都是相對濕度超過80%的高濕區(qū)，但是large-Mangkhut試驗相對濕度在95%以上的強(qiáng)高濕區(qū)范圍更大，一直到低層，而控制試驗普遍在800 hPa 以上。 no Mangkhut試驗和small-Mangkhut試驗濕度明顯偏小，高濕區(qū)大多在800 hPa 以下，且no Mangkhut試驗相對濕度最大的也沒有達(dá)到95%。可見，由于“山竹”的存在，使得浙江東北部區(qū)域大范圍存在著高濕區(qū)，且濕度層非常深厚，“山竹”越大，高濕區(qū)越深厚，“山竹”越小，僅低層有高濕區(qū)。

5 大暴雨落區(qū)診斷

垂直螺旋度是垂直速度和垂直渦度的乘積。它充分反映了兩個與天氣現(xiàn)象緊密聯(lián)系的物理量的配合情況，在一定程度上不僅能反映系統(tǒng)的維持狀況，還能反映系統(tǒng)發(fā)展、天氣現(xiàn)象的劇烈程度[29-30]。P坐標(biāo)系下垂直螺旋度：

式中HP為垂直螺旋度，ω為垂直速度為垂直渦度，HP能反映出大氣在垂直方向上旋轉(zhuǎn)上升的運動特征，因此多用于對降水落區(qū)和雨強(qiáng)的指示。

為了更好地分析“山竹”強(qiáng)降雨的落區(qū)，本文先利用控制試驗得到的高分辨率數(shù)據(jù)，通過垂直螺旋度值與接下來6小時雨量的比對，以期找到在浙江東北部地區(qū)用垂直螺旋度診斷分析強(qiáng)降水落區(qū)的合理性。圖8a（8b）是17日02 時（17日08 時）925 hPa 的垂直螺旋度，圖 8c、8d 分別為未來 6 小時降水量。可以看到，浙江東北部垂直螺旋度在10×10-6hPa/s2的區(qū)域，接下來6 小時，大多出現(xiàn)了30 mm 以上的短時暴雨。螺旋度和強(qiáng)降水落區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系，可以作為分析“山竹”作用下暴雨落區(qū)的物理量。

圖8 控制試驗17日02時（a）、17日08時（b）925 hPa螺旋度（單位：10-6 hPa/s2）和未來6小時降水量(c、d，單位：mm）c. 17日02—08時；d. 17日08—14時。

選擇降水集中的浙江東北部區(qū)域（121.3～122.0 °E，29.1～29.6 °N），分析控制試驗、敏感性試驗（包括no Mangkhut試驗、large-Mangkhut試驗和small-Mangkhut試驗）區(qū)域平均垂直螺旋度和區(qū)域平均6 小時降水量（圖 9）?？梢钥吹剑瑥?月16日08 時—17日20 時，控制試驗的垂直螺旋度700 hPa 以下基本為正值，16日 17 時前后開始，對流層中層（700～300 hPa）垂直螺旋度由負(fù)轉(zhuǎn)正，17日00時起，中層垂直螺旋度大值區(qū)范圍明顯擴(kuò)大，17日02—06 時500 hPa 附近垂直螺旋度最大值達(dá)16×10-6hPa/s2以上。對比垂直螺旋度與接下來該區(qū)域平均降水量，可以看到垂直螺旋度對降水有較好的指示作用，中低層的垂直螺旋度越大，接下來6小時的降水量也越大。

這從large-Mangkhut 試驗結(jié)果（圖9c）也得到了印證。和控制試驗相比，large-Mangkhut試驗的中低層垂直螺旋度明顯增大，尤其在800 hPa以下的低層，垂直螺旋度大多超過12×10-6hPa/s2，接下來6 小時區(qū)域平均雨量在20 mm 左右。small-Mangkhut 試驗“山竹”縮小后，關(guān)注區(qū)域垂直螺旋度明顯減小，最大的也就8×10-6hPa/s2左右，對應(yīng)的接下來6 小時雨量也大多在10 mm 左右。no Mangkhut 試驗中垂直螺旋度非常小，降水量也很小。

圖9 9月16日08時—17日20時控制試驗（a）、去除“山竹”試驗（b）、“山竹”增大一倍試驗（c）、“山竹”減小一半試驗（d）121.3～122.0 °E，29.1～29.6 °N區(qū)域平均螺旋度（陰影，單位：10-6 hPa/s2）垂直剖面隨時間變化同時疊加該區(qū)域該時刻之后6小時平均降水量（綠色，右側(cè)縱坐標(biāo)，單位：mm）

以上分析表明，“山竹”的存在使得浙江東北部大氣層垂直螺旋度大，并且“山竹”尺度越大，中低層垂直螺旋度越大。垂直螺旋度的大小對接下來6小時該區(qū)域的降雨量有很好的指示作用。

6 結(jié)論與討論

利用云圖資料、ERA-Interim 再分析資料和自動站加密資料分析了2018年9月17日前后浙江東北部大暴雨過程的天氣形勢，后用WRF 模式對此次過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并做了去掉“山竹”、增大“山竹”尺度一倍、縮小“山竹”尺度一半三個敏感性試驗，得到以下主要結(jié)論。

（1）本次浙江東北部降水過程與臺風(fēng)“山竹”密切相關(guān)。形勢分析表明，此次強(qiáng)降水主要是由生成在“山竹”外圍東北端的對流云團(tuán)發(fā)展引發(fā)的，而輸送到該區(qū)域的偏南氣流對降水起了很大作用。

（2）數(shù)值試驗表明，偏南風(fēng)的輸送與“山竹”是否存在及其大小密切相關(guān)。有“山竹”時，偏南風(fēng)和偏南氣流輸送到了浙江東北部地區(qū)，去掉“山竹”后，偏南風(fēng)和偏南氣流只輸送到27 °N 附近。“山竹”尺度越大，輸送到浙江東北部的偏南風(fēng)越大。同時“山竹”的存在，使得浙江東北部區(qū)域存在著大范圍深厚的高濕區(qū)，且“山竹”尺度越大，高濕區(qū)越深厚，“山竹”尺度越小，僅低層有高濕區(qū)，去掉“山竹”，濕區(qū)變?nèi)酢?/p>

（3）散度分析表明，“山竹”的存在使得低層有明顯輻合，高層明顯輻散，且“山竹”越大，輻合層明顯增高。垂直速度分析表明，“山竹”的存在使得垂直運動旺盛，且“山竹”尺度越大，上升運動越強(qiáng)。

（4）控制試驗表明螺旋度和接下來該區(qū)域的降水量有較好的對應(yīng)關(guān)系，“山竹”的存在使得浙江東北部大氣層垂直螺旋度明顯增大，而且“山竹”越大，中低層垂直螺旋度越大。垂直螺旋度的大小對接下來6 小時該區(qū)域的降水量有很好的指示作用。