遼寧東南半島兩次北上臺(tái)風(fēng)暴雨特征及成因?qū)Ρ确治?/h1>
2022-05-11 04:26崔曜鵬楊磊孫麗高艷波魏海寧華婧婧崔景軒劉春溪
氣象與環(huán)境學(xué)報(bào) 2022年2期
崔曜鵬 楊磊 孫麗 高艷波 魏海寧 華婧婧 崔景軒 劉春溪
（1.東北冷渦研究重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)110166；2.本溪市氣象局，遼寧 本溪117000；3.遼寧省氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，遼寧 沈陽(yáng)110166）
引言
遼寧省位于渤海、渤海海峽和黃海北部，是熱帶氣旋可直接登陸并造成影響的中國(guó)最北的省份。近年來(lái)，臺(tái)風(fēng)北上導(dǎo)致遼寧出現(xiàn)大風(fēng)、強(qiáng)降水天氣，常常引發(fā)城市內(nèi)澇、山洪、泥石流和山體滑坡等災(zāi)害，嚴(yán)重危害該地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有關(guān)部門(mén)已開(kāi)展了登陸遼寧省臺(tái)風(fēng)的相關(guān)分析研究［1-3］。針對(duì)中國(guó)不同地區(qū)登錄的臺(tái)風(fēng)氣候特征、暴雨形成機(jī)制等也已有大量的研究［4-10］。陳傳雷等［1］統(tǒng)計(jì)了1949—2010年登陸遼寧熱帶氣旋特征，66%以熱帶低壓的強(qiáng)度登陸，89%在其他地區(qū)登陸進(jìn)入黃渤海后在遼寧再次登陸，臺(tái)風(fēng)在遼寧登陸后移動(dòng)路徑主要有東北向、偏北向和西北向3種移動(dòng)路徑。由于臺(tái)風(fēng)本身具有有利于產(chǎn)生輻合輻散的環(huán)流形勢(shì)，同時(shí)攜帶充沛的水汽，可以造成強(qiáng)降水，即使在北上過(guò)程中可能變性減弱為溫帶氣旋，但常受到冷空氣侵入或從其他臺(tái)風(fēng)獲取持續(xù)的暖濕能量供給，同樣可以形成區(qū)域性暴雨［11-14］。臺(tái)風(fēng)登陸后形成暴雨的因素復(fù)雜，且通常具有非對(duì)稱(chēng)性特征［15-16］。目前對(duì)北上臺(tái)風(fēng)進(jìn)入黃、渤海后登陸影響遼寧的研究仍較少，多臺(tái)風(fēng)相互作用形成暴雨的個(gè)例研究還不多，北上臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)仍然是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)上的薄弱環(huán)節(jié)，因此有必要加強(qiáng)北上臺(tái)風(fēng)暴雨的研究。
2010年以來(lái)，遼寧省多次受到北上臺(tái)風(fēng)影響，造成區(qū)域性暴雨天氣，其中以2012年“達(dá)維”和2017年“海棠”臺(tái)風(fēng)對(duì)遼寧造成的暴雨影響最大，兩次過(guò)程均導(dǎo)致遼寧東南半島出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，兩次臺(tái)風(fēng)暴雨的降水及其影響因素有待于進(jìn)一步對(duì)比分析。因此，本文利用多種資料對(duì)這兩次臺(tái)風(fēng)暴雨期間降水特征的差異性及形成這種差異的原因進(jìn)行探討，以期加深對(duì)北上臺(tái)風(fēng)暴雨形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)以及遼寧東南半島暴雨預(yù)報(bào)提供參考。
1 資料與方法
1.1 資料來(lái)源
所用資料包括美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心/美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCEP/NCAR）提供的空間分辨率1°×1°、時(shí)間間隔6 h的再分析資料。地面自動(dòng)氣象站觀測(cè)的降水資料。FY-2G紅外云圖0.1°×0.1°逐小時(shí)云頂黑體輻射亮溫（TBB）（由國(guó)家衛(wèi)星氣象中心提供）。雷達(dá)資料使用營(yíng)口SA波段多普勒雷達(dá)反射率因子和徑向速度資料。
1.2 研究方法
首先利用地面降水資料分析兩次暴雨期間降水特征差異，然后利用衛(wèi)星和雷達(dá)資料對(duì)比中尺度對(duì)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。最后從天氣學(xué)角度入手，利用NCEP再分析資料對(duì)比兩次暴雨過(guò)程環(huán)流形勢(shì)，并計(jì)算水汽通量、水汽通量散度、假相當(dāng)位溫等物理量，篩選距離暴雨點(diǎn)最近網(wǎng)格點(diǎn)（123°E，40°N）的探空曲線(xiàn)，重點(diǎn)對(duì)比兩次暴雨發(fā)生期間環(huán)境物理量和Tlog P圖特征差異，進(jìn)而分析兩次暴雨過(guò)程降水特征差異的原因。
2 結(jié)果分析
2.1 降水實(shí)況對(duì)比
由于2012年和2017年臺(tái)風(fēng)減弱后的殘余低壓北上影響遼寧，遼寧省東南半島分別出現(xiàn)了兩次極端暴雨過(guò)程。圖1為兩次極端暴雨過(guò)程雨量變化和根據(jù)NCEP再分析資料海平面氣壓場(chǎng)的低壓中心定位臺(tái)風(fēng)停編以后的殘渦中心位置。2012年8月2日20：00至4日08：00期間（以下簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程1），“達(dá)維”殘余低壓C從山東進(jìn)入渤海灣后，逐漸向東北移動(dòng)影響遼寧南部，導(dǎo)致遼寧東南部出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨天氣，最大降水量出現(xiàn)在莊河市仙人洞鎮(zhèn)，累積雨量達(dá)到330 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為瓦房店市紅河鎮(zhèn)的51 mm·h-1。2017年8月2日“海棠”臺(tái)風(fēng)減弱后的低壓D1與西風(fēng)槽東移帶來(lái)的干冷空氣結(jié)合，在地面形成了新生氣旋D2。3日20：00至4日20：00（以下簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程2），遼寧東南半島受到逐漸減弱并向東南移動(dòng)的“海棠”殘余低壓和北上的新生氣旋共同影響，出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨天氣，最大降水量出現(xiàn)在岫巖縣哨子河鄉(xiāng)馬嶺村，累積雨量達(dá)到503 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為岫巖縣哨子河鄉(xiāng)永貴村的113 mm·h-1。兩次暴雨過(guò)程中，閃電定位儀顯示遼寧省東南半島存在弱雷電天氣，地閃次數(shù)分別為21次和55次，過(guò)程2 中對(duì)流性特征要更強(qiáng)。對(duì)比兩次降水過(guò)程（表1），過(guò)程1降水特點(diǎn)是暴雨站點(diǎn)個(gè)數(shù)多，遼寧中南部大部分累積雨量達(dá)到100—250 mm，同時(shí)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間達(dá)30 h。過(guò)程2的特點(diǎn)為降水主要集中在遼寧南部山區(qū)一帶，小時(shí)降雨量超過(guò)50 mm站次高達(dá)125站次，小時(shí)雨強(qiáng)明顯大于過(guò)程1，但是過(guò)程2的持續(xù)時(shí)間較短，大部分站點(diǎn)降水持續(xù)僅12 h。雖然兩次過(guò)程均出現(xiàn)特大暴雨，但是雨強(qiáng)和持續(xù)時(shí)間存在明顯差異，下文將對(duì)導(dǎo)致降水特點(diǎn)差異的主要因素進(jìn)行分析。
圖1 2012年8月2日20：00至4日08：00過(guò)程1（a）、2017年8月3日08：00至4日20：00過(guò)程2（b）累積降水量分布、過(guò)程1（c）和過(guò)程2（d）暴雨過(guò)程主要降水時(shí)段單站逐時(shí)雨量Fig.1 Distribution of cumulative precipitation from 20：00 on August 2 to 08：00 on August 4，2012，during Process 1（a）and from 08：00 on August 3 to 20：00 on August 4，2017，during Process 2（b），and variation of hourly precipitation at typical stations during Process 1（c）and Process 2（d）
表1 2012年8月和2017年8月遼寧兩次特大暴雨過(guò)程降雨概況Table 1 Information of precipitation during the two extreme rainstorm s in August of 2012 and 2017 in Liaoning province
2.2 中尺度分析
2.2.1 衛(wèi)星紅外云圖對(duì)比
2012年和2017年遼寧兩次臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程中的衛(wèi)星紅外云圖演變見(jiàn)圖2，兩次強(qiáng)降水期間均受到中尺度對(duì)流云團(tuán)的影響。過(guò)程1，2012年8月2日夜間，“達(dá)維”主體云團(tuán)雖然位于山東半島，但是受其遠(yuǎn)距離影響，在遼東半島和渤海一帶激發(fā)了中尺度云團(tuán)A1（圖略）。3日05：00（圖2a），A1云團(tuán)尺度達(dá)到100 km，云頂黑體亮溫（Black Body Temperature，TBB）最低達(dá)到-52℃，受其影響，遼東半島出現(xiàn)了20—40 mm的短時(shí)強(qiáng)降水。05：00開(kāi)始，隨著“達(dá)維”逐漸北上，倒槽影響遼寧南部，臺(tái)風(fēng)主體北側(cè)的降水云不斷生成發(fā)展，在08：00合并為近300 km的中尺度云團(tuán)A2（圖2b），A2云團(tuán)TBB最低達(dá)到-52℃，對(duì)流云TBB低值中心處出現(xiàn)本次過(guò)程最大小時(shí)雨強(qiáng)51 mm·h-1（圖2c）；同時(shí)A2影響遼東半島長(zhǎng)達(dá)10 h，是過(guò)程1中影響遼東半島降水時(shí)間最長(zhǎng)的對(duì)流云，遼東半島在3日白天出現(xiàn)持續(xù)性降水。3日20：00（圖2d），“達(dá)維”主體已經(jīng)北上到渤海西部，位于“達(dá)維”北側(cè)倒槽的降水云團(tuán)A3從渤海海峽北上影響遼寧，隨后“達(dá)維”主體云團(tuán)A4也向東北方向移動(dòng)，A3和A4共同導(dǎo)致3日傍晚至夜間的降水，但是由于北上過(guò)程中降水云逐漸減弱，TBB僅為-42℃，小時(shí)雨強(qiáng)也降低到30 mm·h-1以下。過(guò)程1期間受到多個(gè)強(qiáng)降水云團(tuán)共同作用，導(dǎo)致遼寧南部出現(xiàn)持續(xù)暴雨天氣。
圖2 2012年8月3日過(guò)程1的05：00 TBB（a）、08：00 TBB和500 hPa位勢(shì)高度（b）、12：00 TBB（c）、20：00 TBB和500 hPa位勢(shì)高度（d）、2017年8月3日過(guò)程2的21：00 20：00 500 hPa位勢(shì)高度（e）、4日01：00 TBB（f）、03：00 TBB和02：00 500 hPa位勢(shì)高度（g）、06：00 TBB（h）Fig.2 Distribution of temperature of black body（TBB）at 05：00（a），TBB and geopotential height at 500 hPa at 08：00（b），TBB at 12：00（c），and TBB and geopotential height at 500 hPa at 20：00（d）on August 3，2012，in Process 1，and distribution of TBB at 21：00 and geopotential height at 500 hPa at 20：00 on August 3（e），and TBB at 01：00（f），TBB at 03：00 and and geopotential height at 500 hPa at 02：00（g），and TBB at 06：00（h）on August 4，2017，in Process 2
過(guò)程2，2017年8月3日21：00開(kāi)始，遼寧省岫巖縣開(kāi)始有小尺度云團(tuán)生成（圖2e），逐漸發(fā)展成中α尺度云團(tuán)B1，并向東北方向移動(dòng)。4日01：00（圖2f），岫巖縣再次觸發(fā)新生小尺度云團(tuán)B2并且發(fā)展迅猛。中尺度云團(tuán)B2更是長(zhǎng)達(dá)8 h影響岫巖縣，在此期間雖然逐漸向東移動(dòng)，但是從雷達(dá)回波圖上發(fā)現(xiàn)，在中尺度云團(tuán)的尖端不斷有新生對(duì)流單體生成，并且直接涌入到中尺度云團(tuán)中，進(jìn)而導(dǎo)致中尺度云團(tuán)移動(dòng)緩慢同時(shí)對(duì)岫巖縣影響時(shí)間更長(zhǎng)。4日03：00（圖2g），云團(tuán)B2發(fā)展到中β尺度，TBB最低達(dá)到-62℃，低于過(guò)程1，同時(shí)云團(tuán)梯度也更大，對(duì)流云特征更為明顯，因此4日05：00—07：00期間，強(qiáng)對(duì)流云B2（圖2h）導(dǎo)致的最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到113 mm·h-1。4日白天，雖然中尺度云團(tuán)繼續(xù)向東移動(dòng)，但是“海棠”殘余低壓倒槽在遼寧東南部形成中尺度地面輻合線(xiàn)，繼續(xù)觸發(fā)小尺度云團(tuán)并且涌入到中尺度云團(tuán)中（圖略），導(dǎo)致4日白天岫巖縣出現(xiàn)降水。過(guò)程2雖然也存在多個(gè)云團(tuán)共同影響的現(xiàn)象，但是新生小尺度積云涌入中尺度云團(tuán)進(jìn)而導(dǎo)致中尺度云團(tuán)穩(wěn)定少動(dòng)的現(xiàn)象更為明顯，尤其對(duì)流云TBB低于-62℃，形成了對(duì)流性降水特征明顯的極端暴雨過(guò)程。
2.2.2 雷達(dá)回波特征對(duì)比
選取兩次過(guò)程中的主要降水時(shí)段，對(duì)比分析雷達(dá)回波特征的差異。從營(yíng)口SA波段多普勒雷達(dá)1.5°仰角反射率因子來(lái)看（圖3a和圖3b），過(guò)程1中存在多個(gè)對(duì)流系統(tǒng)形成的列車(chē)效應(yīng)（圖略），回波強(qiáng)度達(dá)到40—50 dBz，而過(guò)程2中對(duì)流系統(tǒng)在遼寧東南部生成，并且緩慢向東移動(dòng)，在其生成區(qū)域不斷有對(duì)流系統(tǒng)生成，存在后向傳播現(xiàn)象，因此對(duì)流系統(tǒng)表現(xiàn)為準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)雷達(dá)回波強(qiáng)度達(dá)到50—60 dBz，強(qiáng)度更大的對(duì)流系統(tǒng)影響岫巖縣哨子河鄉(xiāng)，是導(dǎo)致哨子河鄉(xiāng)極端雨強(qiáng)的根本原因。從雷達(dá)回波的剖面來(lái)看（圖3e和圖3f），兩次過(guò)程強(qiáng)回波中心均較低，是強(qiáng)降水雷達(dá)回波主要特征［18-20］。但是兩次過(guò)程對(duì)流系統(tǒng)伸展高度有所不同，過(guò)程1中40 dBz雷達(dá)回波伸展高度約為6 km，而過(guò)程2中40 dBz雷達(dá)回波伸展高度接近9 km，這也表明過(guò)程2的雷達(dá)回波伸展高度更高，體現(xiàn)更多的是對(duì)流性降水特征。40 dBz以上的強(qiáng)回波大多集中在5 km（約是0℃溫度層的高度）層以下，因此降水也以暖云為主。
圖3 2012年8月3日12：17過(guò)程1和2017年8月4日04：43過(guò)程2營(yíng)口SA雷達(dá)過(guò)程1（a），過(guò)程2（b）1.5°仰角反射率因子、過(guò)程1（c）、過(guò)程2（d）徑向速度以及沿圖a和圖b白色實(shí)線(xiàn)AB的過(guò)程1（e）、過(guò)程2（f）反射率因子、過(guò)程1（g）、過(guò)程2（h）徑向速度剖面圖Fig.3 Distribution of reflectivity factor w ith an elevation of 1.5°measured by a SA radar in Yingkou at 12：17 on August 3，2012（Process 1）（a）and at 04：43 on August 4，2017（Process 2）（b），and radical velocity in Process 1（c）and Process 2（d），and crossing sections of reflectivity factor along the white AB line in Fig.1a and Fig.1b in Process 1（e）and Process 2（f），and radical velocity in Process 1（g）and Process 2（h）
從徑向速度圖來(lái)看（圖3c和圖3d），過(guò)程1中零等風(fēng)速線(xiàn)呈S型，在大連和營(yíng)口地區(qū)存在大尺度風(fēng)場(chǎng)輻合，體現(xiàn)出大尺度氣旋北上過(guò)程的風(fēng)場(chǎng)特征［21］，而過(guò)程2中雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)體現(xiàn)的是中尺度輻合風(fēng)場(chǎng)特征。從徑向速度的垂直剖面來(lái)看，過(guò)程1中徑向速度輻合層僅發(fā)展到3 km（圖3g），過(guò)程2中徑向速度輻合層伸展的高度更高，達(dá)到9 km，并且向強(qiáng)回波中心傾斜（圖3h），這種深厚又傾斜的上升氣流更有利于對(duì)流系統(tǒng)的繼續(xù)觸發(fā)和維持，進(jìn)而導(dǎo)致雷達(dá)回波圖出現(xiàn)后向傳播的特征。綜上，過(guò)程1中受到多個(gè)對(duì)流云團(tuán)不斷影響，降水持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，但是對(duì)流系統(tǒng)表現(xiàn)大尺度氣旋雷達(dá)特征，降水穩(wěn)定性特征更為明顯；過(guò)程2中受到發(fā)展更為強(qiáng)盛的對(duì)流云影響，降水具有明顯的對(duì)流性特征。下文將重點(diǎn)從環(huán)境條件分析兩次暴雨的成因及降水特征差異。
2.3 暴雨成因?qū)Ρ?/h3>
2.3.1 環(huán)流背景
（5）在智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中，其中的自適應(yīng)控制技術(shù)主要就是根據(jù)電力系統(tǒng)的電力故障狀態(tài)和運(yùn)行方式的變化來(lái)對(duì)定值、性能以及保護(hù)特性進(jìn)行相應(yīng)的改變的技術(shù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)是一種比較新型的繼電保護(hù)技術(shù)，它能夠讓繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)的多種變化，在很短的時(shí)間內(nèi)就能夠完全適應(yīng)，不僅讓智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的可靠性得到了加強(qiáng)，讓系統(tǒng)的保護(hù)作用得到了明顯的改善，讓能夠顯著讓經(jīng)濟(jì)效益得到提高。
過(guò)程1中，2012年8月2日夜間，第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”主體位于山東境內(nèi)，在緩慢北上過(guò)程中由圓形逐漸轉(zhuǎn)為橢圓形，同時(shí)中國(guó)南海存在另外兩個(gè)臺(tái)風(fēng)，第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇拉”從浙江登陸，第11號(hào)臺(tái)風(fēng)“?？痹诟睙釒Ц邏海ê?jiǎn)稱(chēng)“副高”）588 dagpm線(xiàn)南邊界生成并旋轉(zhuǎn)，“?？睂?duì)副高南落起到了阻擋作用；內(nèi)蒙中部的短波槽逐漸東移，東北中部存在冷渦系統(tǒng)（圖略）。因此，在2日夜間，“達(dá)維”地面倒槽逐漸影響遼寧南部，東北低壓后部偏北氣流逐漸侵入倒槽頂部，導(dǎo)致2日夜間遼東半島出現(xiàn)降水。3日白天，“達(dá)維”倒槽穩(wěn)定位于遼東半島，不斷觸發(fā)中尺度對(duì)流云并形成了近300 km的中尺度云團(tuán)A2。“蘇拉”東側(cè)和副高西側(cè)形成了達(dá)到24 m·s-1的東南風(fēng)急流帶，“達(dá)維”受到東南急流帶的引導(dǎo)氣流作用逐漸西北上。遼寧東南部位于副高588 dagpm線(xiàn)的西邊界（圖2b），副高西側(cè)與“達(dá)維”、“蘇拉”臺(tái)風(fēng)東側(cè)形成了橫跨120°—125°E、30°—40°N的偏南急流帶，源源不斷向遼東半島輸送水汽，遼寧東南部位于850 hPa水汽通量鋒區(qū)上，同時(shí)該區(qū)域的水汽通量高達(dá)20—25 g-1·cm-1·hPa-1·s-1（圖4a），非常有利于產(chǎn)生持續(xù)性強(qiáng)降水。3日20：00（圖略），“達(dá)維”中心雖然仍然在山東境內(nèi)，西風(fēng)槽已經(jīng)東移到中國(guó)華北中東部，“達(dá)維”的引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)為副高西北側(cè)與高空槽前的西南氣流，因此“達(dá)維”開(kāi)始向東北方向移動(dòng)，從渤海灣入?？谥饾u影響遼寧，因此導(dǎo)致遼東半島繼續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)降水。
圖4 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）、2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）850 hPa風(fēng)場(chǎng)、水汽通量和海平面氣壓Fig.4 Distribution of wind field and water vapor flux at 850 hPa，and the sea level pressure at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（a）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（b）
過(guò)程2發(fā)生前，第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海棠”已經(jīng)減弱為狹長(zhǎng)型的溫帶氣旋，從中國(guó)華北進(jìn)入遼寧西部，與北方短波槽攜帶冷空氣相遇，狹長(zhǎng)的“海棠”北側(cè)生成一個(gè)閉合低壓系統(tǒng)，逐漸向東北方向移動(dòng)，而“海棠”殘余低壓穩(wěn)定維持在中國(guó)江淮北部至華北地區(qū)［22］。2017年8月3日夜間（圖4b），850 hPa風(fēng)場(chǎng)顯示北上的新生氣旋已經(jīng)到達(dá)中國(guó)東北中部，海平面中心氣壓達(dá)到992.5 hPa，狹長(zhǎng)的“海棠”殘余低壓跨度長(zhǎng)達(dá)10個(gè)緯度。500 hPa，584 dagpm線(xiàn)的西北邊界影響遼寧，第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“奧鹿”在副高南邊界，也對(duì)副高東退南落起到阻擋作用（圖2g）。在“海棠”殘余低壓與副高西側(cè)存在橫跨30°—40°N的偏南氣流水汽通道，遼寧東部沿海水汽通量與過(guò)程1相同，也達(dá)到20—25 g-1·cm-1·hPa-1·s-1。值得注意的是，北方短波槽以及北上氣旋后部冷空氣不斷南下，與“海棠”殘余低壓東側(cè)源源不斷輸送來(lái)的暖濕空氣在遼東半島交匯，進(jìn)而導(dǎo)致遼寧南部在3日夜間出現(xiàn)特大暴雨天氣，尤其小時(shí)雨強(qiáng)最大甚至達(dá)到113 mm·h-1。4日白天，狹長(zhǎng)的“海棠”穩(wěn)定維持在遼寧東南部（圖略），導(dǎo)致4日白天遼寧東南部繼續(xù)出現(xiàn)降水，但是由于東北氣旋已經(jīng)北上至黑龍江省，并沒(méi)有北方冷空氣侵入到暖濕氣流中的現(xiàn)象，所以遼寧東南部降水強(qiáng)度有所減弱。
對(duì)比兩次過(guò)程發(fā)現(xiàn)，過(guò)程1暴雨在臺(tái)風(fēng)倒槽里發(fā)展，過(guò)程2是在臺(tái)風(fēng)輸送的暖濕空氣與對(duì)流層干冷空氣的相互作用中產(chǎn)生。兩次過(guò)程遼寧均受到多臺(tái)風(fēng)影響，遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)對(duì)阻止副高東退南落以及建立北上臺(tái)風(fēng)引導(dǎo)氣流起到關(guān)鍵作用。
2.3.2 水汽條件對(duì)比
兩次暴雨期間受到多臺(tái)風(fēng)以及副高邊緣共同形成的強(qiáng)盛水汽輸送帶影響，源源不斷的水汽輸送導(dǎo)致850 hPa有明顯的濕舌延伸到遼寧，遼寧東南半島850 hPa比濕均達(dá)到14—16 g·kg-1，同時(shí)也存在明顯的水汽輻合中心，水汽通量散度的輻合中心也達(dá)到-60×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1（圖5a和圖5b），850 hPa比濕和水汽通量散度均達(dá)到遼寧登陸臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程物理量的預(yù)報(bào)閾值［23］。
圖5 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）850 hPa水汽通量散度和比濕以及2012年8月3日08：00過(guò)程1（c）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（d）123°E、40°N的T-log P圖Fig.5 Distribution of water vapor flux divergence and specific hum idity at 850 hPa at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（a）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（b），and the T-log P p lots at location 123°E，40°N at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（c）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（d）
T-log P圖更能體現(xiàn)整層溫濕廓線(xiàn)的演變，基于NCEP FNL 1°×1°逐6 h再分析資料制作了123°E、40°N的T-log P圖（圖5c和圖5d），兩次強(qiáng)降水過(guò)程期間，近地面層相對(duì)濕度較大，這也會(huì)導(dǎo)致抬升凝結(jié)高度較低，降低了蒸發(fā)及夾卷作用，有利于降水效率的提高［24］。但是兩次過(guò)程溫濕廓線(xiàn)特征還是存在差異，過(guò)程1中整層溫度和露點(diǎn)廓線(xiàn)接近飽和并且維持時(shí)間更長(zhǎng)，整層大氣處于接近飽和的狀態(tài)，這種探空曲線(xiàn)在中國(guó)華南和江淮流域暴雨過(guò)程中更為常見(jiàn)，有利于出現(xiàn)持續(xù)性的強(qiáng)降水［25-26］；過(guò)程2中由于北方短波槽和北上氣旋后側(cè)干冷空氣逐漸南下，這也導(dǎo)致500 hPa以上存在明顯的干區(qū)，這種上干下濕的水汽分布配合500 hPa以下深厚的飽和層更有利于產(chǎn)生對(duì)流性降水［27-28］。從對(duì)流層中層侵入的北方干冷空氣是“海棠”與“達(dá)維”產(chǎn)生不同量級(jí)暴雨的關(guān)鍵因素，因此過(guò)程2的小時(shí)雨強(qiáng)最大達(dá)到113 mm·h-1（表1），并且地閃次數(shù)要高于過(guò)程1。
圖6 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）850 hPa假相當(dāng)位溫和500 hPa相對(duì)濕度、2012年8月3日08：00過(guò)程1（c）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（d）假相當(dāng)位溫和風(fēng)場(chǎng)沿40°N剖面Fig.6 Distribution of potential pseudo-equivalent tem perature at 850 hPa and relative hum idity at 500 hPa at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（a）and at 20：00 on August 3，2017，in Process 2（b），and crossing sections of potential pseudo-equivalent temperature and winds along the 40°N at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（c）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（d）
上文提到的位勢(shì)不穩(wěn)定是一種潛在不穩(wěn)定，它的實(shí)現(xiàn)需要大尺度系統(tǒng)或地形造成的抬升作用［30］。從輻合輻散特征來(lái)看（圖7），在兩次過(guò)程中均存在低層輻合高層輻散的風(fēng)場(chǎng)特征。過(guò)程1，由于從地面到600 hPa，遼寧東南部均受到“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)倒槽的影響，所以在遼寧上空輻合層由地面伸展到500 hPa，輻合中心強(qiáng)度達(dá)到-6×10-5s-1，高空400—200 hPa存在明顯的強(qiáng)輻散中心，這種低空輻合、高空輻散的散度場(chǎng)導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)區(qū)發(fā)展到200 hPa，同時(shí)最大上升速度達(dá)到-2.4 Pa·s-1。而過(guò)程2僅在800 hPa以下存在輻合風(fēng)場(chǎng)特征，輻合中心雖然也達(dá)到-6×10-5s-1，但是并沒(méi)有高空輻散風(fēng)場(chǎng)的現(xiàn)象。所以過(guò)程1中，大尺度輻合輻散造成的上升速度區(qū)發(fā)展的高度和強(qiáng)度均高于過(guò)程2。另外，由于遼寧東南半島為長(zhǎng)白山余脈，當(dāng)臺(tái)風(fēng)殘渦緩慢移動(dòng)時(shí)，其源源不斷輸送的偏南氣流沿著地形爬升會(huì)產(chǎn)生持續(xù)性的抬升，這可能是在過(guò)程2中，不斷在遼東半島觸發(fā)強(qiáng)降水云團(tuán)的原因，最終造成岫巖縣出現(xiàn)特大暴雨。
圖7 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）風(fēng)散度、垂直速度和風(fēng)場(chǎng)沿40°N剖面Fig.7 Crossing sections of wind divergence，vertical velocity，and wind field along the 40°N at 08：00 on August 3，2012 in Process 1（a）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（b）
3 結(jié)論與討論
（1）2012年和2017年兩次北上臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程中遼東半島的降水特征存在差異，過(guò)程1為大范圍的穩(wěn)定持續(xù)性暴雨過(guò)程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30 h，過(guò)程2小時(shí)雨強(qiáng)明顯大于過(guò)程1，出現(xiàn)極端小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到113 mm·h-1的暴雨過(guò)程，更多為對(duì)流性降水。
（2）過(guò)程1中受臺(tái)風(fēng)倒槽觸發(fā)的多個(gè)中尺度云團(tuán)形成的列車(chē)效應(yīng)是導(dǎo)致持續(xù)暴雨的主要原因，雷達(dá)徑向速度具有大尺度風(fēng)場(chǎng)輻合特征；過(guò)程2中由于小尺度單體不斷涌入到中尺度云團(tuán)中，雷達(dá)圖存在后向傳播特征，云頂亮溫較低，強(qiáng)回波達(dá)到50—60 dBz，中尺度輻合風(fēng)場(chǎng)特征明顯，輻合層伸展高度達(dá)到9 km，所以過(guò)程2的對(duì)流性降水特征更為明顯。過(guò)程1的暴雨過(guò)程在“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)倒槽里發(fā)展，過(guò)程2的暴雨過(guò)程是在“海棠”臺(tái)風(fēng)輸送的暖濕空氣與對(duì)流層干冷空氣的相互作用中產(chǎn)生。兩次過(guò)程均受到多臺(tái)風(fēng)影響，遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)對(duì)阻止副高東退南落以及建立北上臺(tái)風(fēng)引導(dǎo)氣流起到關(guān)鍵作用。
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崔曜鵬 楊磊 孫麗 高艷波 魏海寧 華婧婧 崔景軒 劉春溪
（1.東北冷渦研究重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)110166；2.本溪市氣象局，遼寧 本溪117000；3.遼寧省氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，遼寧 沈陽(yáng)110166）
引言
遼寧省位于渤海、渤海海峽和黃海北部，是熱帶氣旋可直接登陸并造成影響的中國(guó)最北的省份。近年來(lái)，臺(tái)風(fēng)北上導(dǎo)致遼寧出現(xiàn)大風(fēng)、強(qiáng)降水天氣，常常引發(fā)城市內(nèi)澇、山洪、泥石流和山體滑坡等災(zāi)害，嚴(yán)重危害該地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有關(guān)部門(mén)已開(kāi)展了登陸遼寧省臺(tái)風(fēng)的相關(guān)分析研究［1-3］。針對(duì)中國(guó)不同地區(qū)登錄的臺(tái)風(fēng)氣候特征、暴雨形成機(jī)制等也已有大量的研究［4-10］。陳傳雷等［1］統(tǒng)計(jì)了1949—2010年登陸遼寧熱帶氣旋特征，66%以熱帶低壓的強(qiáng)度登陸，89%在其他地區(qū)登陸進(jìn)入黃渤海后在遼寧再次登陸，臺(tái)風(fēng)在遼寧登陸后移動(dòng)路徑主要有東北向、偏北向和西北向3種移動(dòng)路徑。由于臺(tái)風(fēng)本身具有有利于產(chǎn)生輻合輻散的環(huán)流形勢(shì)，同時(shí)攜帶充沛的水汽，可以造成強(qiáng)降水，即使在北上過(guò)程中可能變性減弱為溫帶氣旋，但常受到冷空氣侵入或從其他臺(tái)風(fēng)獲取持續(xù)的暖濕能量供給，同樣可以形成區(qū)域性暴雨［11-14］。臺(tái)風(fēng)登陸后形成暴雨的因素復(fù)雜，且通常具有非對(duì)稱(chēng)性特征［15-16］。目前對(duì)北上臺(tái)風(fēng)進(jìn)入黃、渤海后登陸影響遼寧的研究仍較少，多臺(tái)風(fēng)相互作用形成暴雨的個(gè)例研究還不多，北上臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)仍然是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)上的薄弱環(huán)節(jié)，因此有必要加強(qiáng)北上臺(tái)風(fēng)暴雨的研究。
2010年以來(lái)，遼寧省多次受到北上臺(tái)風(fēng)影響，造成區(qū)域性暴雨天氣，其中以2012年“達(dá)維”和2017年“海棠”臺(tái)風(fēng)對(duì)遼寧造成的暴雨影響最大，兩次過(guò)程均導(dǎo)致遼寧東南半島出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，兩次臺(tái)風(fēng)暴雨的降水及其影響因素有待于進(jìn)一步對(duì)比分析。因此，本文利用多種資料對(duì)這兩次臺(tái)風(fēng)暴雨期間降水特征的差異性及形成這種差異的原因進(jìn)行探討，以期加深對(duì)北上臺(tái)風(fēng)暴雨形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)以及遼寧東南半島暴雨預(yù)報(bào)提供參考。
1 資料與方法
1.1 資料來(lái)源
所用資料包括美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心/美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCEP/NCAR）提供的空間分辨率1°×1°、時(shí)間間隔6 h的再分析資料。地面自動(dòng)氣象站觀測(cè)的降水資料。FY-2G紅外云圖0.1°×0.1°逐小時(shí)云頂黑體輻射亮溫（TBB）（由國(guó)家衛(wèi)星氣象中心提供）。雷達(dá)資料使用營(yíng)口SA波段多普勒雷達(dá)反射率因子和徑向速度資料。
1.2 研究方法
首先利用地面降水資料分析兩次暴雨期間降水特征差異，然后利用衛(wèi)星和雷達(dá)資料對(duì)比中尺度對(duì)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。最后從天氣學(xué)角度入手，利用NCEP再分析資料對(duì)比兩次暴雨過(guò)程環(huán)流形勢(shì)，并計(jì)算水汽通量、水汽通量散度、假相當(dāng)位溫等物理量，篩選距離暴雨點(diǎn)最近網(wǎng)格點(diǎn)（123°E，40°N）的探空曲線(xiàn)，重點(diǎn)對(duì)比兩次暴雨發(fā)生期間環(huán)境物理量和Tlog P圖特征差異，進(jìn)而分析兩次暴雨過(guò)程降水特征差異的原因。
2 結(jié)果分析
2.1 降水實(shí)況對(duì)比
由于2012年和2017年臺(tái)風(fēng)減弱后的殘余低壓北上影響遼寧，遼寧省東南半島分別出現(xiàn)了兩次極端暴雨過(guò)程。圖1為兩次極端暴雨過(guò)程雨量變化和根據(jù)NCEP再分析資料海平面氣壓場(chǎng)的低壓中心定位臺(tái)風(fēng)停編以后的殘渦中心位置。2012年8月2日20：00至4日08：00期間（以下簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程1），“達(dá)維”殘余低壓C從山東進(jìn)入渤海灣后，逐漸向東北移動(dòng)影響遼寧南部，導(dǎo)致遼寧東南部出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨天氣，最大降水量出現(xiàn)在莊河市仙人洞鎮(zhèn)，累積雨量達(dá)到330 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為瓦房店市紅河鎮(zhèn)的51 mm·h-1。2017年8月2日“海棠”臺(tái)風(fēng)減弱后的低壓D1與西風(fēng)槽東移帶來(lái)的干冷空氣結(jié)合，在地面形成了新生氣旋D2。3日20：00至4日20：00（以下簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程2），遼寧東南半島受到逐漸減弱并向東南移動(dòng)的“海棠”殘余低壓和北上的新生氣旋共同影響，出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨天氣，最大降水量出現(xiàn)在岫巖縣哨子河鄉(xiāng)馬嶺村，累積雨量達(dá)到503 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為岫巖縣哨子河鄉(xiāng)永貴村的113 mm·h-1。兩次暴雨過(guò)程中，閃電定位儀顯示遼寧省東南半島存在弱雷電天氣，地閃次數(shù)分別為21次和55次，過(guò)程2 中對(duì)流性特征要更強(qiáng)。對(duì)比兩次降水過(guò)程（表1），過(guò)程1降水特點(diǎn)是暴雨站點(diǎn)個(gè)數(shù)多，遼寧中南部大部分累積雨量達(dá)到100—250 mm，同時(shí)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間達(dá)30 h。過(guò)程2的特點(diǎn)為降水主要集中在遼寧南部山區(qū)一帶，小時(shí)降雨量超過(guò)50 mm站次高達(dá)125站次，小時(shí)雨強(qiáng)明顯大于過(guò)程1，但是過(guò)程2的持續(xù)時(shí)間較短，大部分站點(diǎn)降水持續(xù)僅12 h。雖然兩次過(guò)程均出現(xiàn)特大暴雨，但是雨強(qiáng)和持續(xù)時(shí)間存在明顯差異，下文將對(duì)導(dǎo)致降水特點(diǎn)差異的主要因素進(jìn)行分析。
圖1 2012年8月2日20：00至4日08：00過(guò)程1（a）、2017年8月3日08：00至4日20：00過(guò)程2（b）累積降水量分布、過(guò)程1（c）和過(guò)程2（d）暴雨過(guò)程主要降水時(shí)段單站逐時(shí)雨量Fig.1 Distribution of cumulative precipitation from 20：00 on August 2 to 08：00 on August 4，2012，during Process 1（a）and from 08：00 on August 3 to 20：00 on August 4，2017，during Process 2（b），and variation of hourly precipitation at typical stations during Process 1（c）and Process 2（d）
表1 2012年8月和2017年8月遼寧兩次特大暴雨過(guò)程降雨概況Table 1 Information of precipitation during the two extreme rainstorm s in August of 2012 and 2017 in Liaoning province
2.2 中尺度分析
2.2.1 衛(wèi)星紅外云圖對(duì)比
2012年和2017年遼寧兩次臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程中的衛(wèi)星紅外云圖演變見(jiàn)圖2，兩次強(qiáng)降水期間均受到中尺度對(duì)流云團(tuán)的影響。過(guò)程1，2012年8月2日夜間，“達(dá)維”主體云團(tuán)雖然位于山東半島，但是受其遠(yuǎn)距離影響，在遼東半島和渤海一帶激發(fā)了中尺度云團(tuán)A1（圖略）。3日05：00（圖2a），A1云團(tuán)尺度達(dá)到100 km，云頂黑體亮溫（Black Body Temperature，TBB）最低達(dá)到-52℃，受其影響，遼東半島出現(xiàn)了20—40 mm的短時(shí)強(qiáng)降水。05：00開(kāi)始，隨著“達(dá)維”逐漸北上，倒槽影響遼寧南部，臺(tái)風(fēng)主體北側(cè)的降水云不斷生成發(fā)展，在08：00合并為近300 km的中尺度云團(tuán)A2（圖2b），A2云團(tuán)TBB最低達(dá)到-52℃，對(duì)流云TBB低值中心處出現(xiàn)本次過(guò)程最大小時(shí)雨強(qiáng)51 mm·h-1（圖2c）；同時(shí)A2影響遼東半島長(zhǎng)達(dá)10 h，是過(guò)程1中影響遼東半島降水時(shí)間最長(zhǎng)的對(duì)流云，遼東半島在3日白天出現(xiàn)持續(xù)性降水。3日20：00（圖2d），“達(dá)維”主體已經(jīng)北上到渤海西部，位于“達(dá)維”北側(cè)倒槽的降水云團(tuán)A3從渤海海峽北上影響遼寧，隨后“達(dá)維”主體云團(tuán)A4也向東北方向移動(dòng)，A3和A4共同導(dǎo)致3日傍晚至夜間的降水，但是由于北上過(guò)程中降水云逐漸減弱，TBB僅為-42℃，小時(shí)雨強(qiáng)也降低到30 mm·h-1以下。過(guò)程1期間受到多個(gè)強(qiáng)降水云團(tuán)共同作用，導(dǎo)致遼寧南部出現(xiàn)持續(xù)暴雨天氣。
圖2 2012年8月3日過(guò)程1的05：00 TBB（a）、08：00 TBB和500 hPa位勢(shì)高度（b）、12：00 TBB（c）、20：00 TBB和500 hPa位勢(shì)高度（d）、2017年8月3日過(guò)程2的21：00 20：00 500 hPa位勢(shì)高度（e）、4日01：00 TBB（f）、03：00 TBB和02：00 500 hPa位勢(shì)高度（g）、06：00 TBB（h）Fig.2 Distribution of temperature of black body（TBB）at 05：00（a），TBB and geopotential height at 500 hPa at 08：00（b），TBB at 12：00（c），and TBB and geopotential height at 500 hPa at 20：00（d）on August 3，2012，in Process 1，and distribution of TBB at 21：00 and geopotential height at 500 hPa at 20：00 on August 3（e），and TBB at 01：00（f），TBB at 03：00 and and geopotential height at 500 hPa at 02：00（g），and TBB at 06：00（h）on August 4，2017，in Process 2
過(guò)程2，2017年8月3日21：00開(kāi)始，遼寧省岫巖縣開(kāi)始有小尺度云團(tuán)生成（圖2e），逐漸發(fā)展成中α尺度云團(tuán)B1，并向東北方向移動(dòng)。4日01：00（圖2f），岫巖縣再次觸發(fā)新生小尺度云團(tuán)B2并且發(fā)展迅猛。中尺度云團(tuán)B2更是長(zhǎng)達(dá)8 h影響岫巖縣，在此期間雖然逐漸向東移動(dòng)，但是從雷達(dá)回波圖上發(fā)現(xiàn)，在中尺度云團(tuán)的尖端不斷有新生對(duì)流單體生成，并且直接涌入到中尺度云團(tuán)中，進(jìn)而導(dǎo)致中尺度云團(tuán)移動(dòng)緩慢同時(shí)對(duì)岫巖縣影響時(shí)間更長(zhǎng)。4日03：00（圖2g），云團(tuán)B2發(fā)展到中β尺度，TBB最低達(dá)到-62℃，低于過(guò)程1，同時(shí)云團(tuán)梯度也更大，對(duì)流云特征更為明顯，因此4日05：00—07：00期間，強(qiáng)對(duì)流云B2（圖2h）導(dǎo)致的最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到113 mm·h-1。4日白天，雖然中尺度云團(tuán)繼續(xù)向東移動(dòng)，但是“海棠”殘余低壓倒槽在遼寧東南部形成中尺度地面輻合線(xiàn)，繼續(xù)觸發(fā)小尺度云團(tuán)并且涌入到中尺度云團(tuán)中（圖略），導(dǎo)致4日白天岫巖縣出現(xiàn)降水。過(guò)程2雖然也存在多個(gè)云團(tuán)共同影響的現(xiàn)象，但是新生小尺度積云涌入中尺度云團(tuán)進(jìn)而導(dǎo)致中尺度云團(tuán)穩(wěn)定少動(dòng)的現(xiàn)象更為明顯，尤其對(duì)流云TBB低于-62℃，形成了對(duì)流性降水特征明顯的極端暴雨過(guò)程。
2.2.2 雷達(dá)回波特征對(duì)比
選取兩次過(guò)程中的主要降水時(shí)段，對(duì)比分析雷達(dá)回波特征的差異。從營(yíng)口SA波段多普勒雷達(dá)1.5°仰角反射率因子來(lái)看（圖3a和圖3b），過(guò)程1中存在多個(gè)對(duì)流系統(tǒng)形成的列車(chē)效應(yīng)（圖略），回波強(qiáng)度達(dá)到40—50 dBz，而過(guò)程2中對(duì)流系統(tǒng)在遼寧東南部生成，并且緩慢向東移動(dòng)，在其生成區(qū)域不斷有對(duì)流系統(tǒng)生成，存在后向傳播現(xiàn)象，因此對(duì)流系統(tǒng)表現(xiàn)為準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)雷達(dá)回波強(qiáng)度達(dá)到50—60 dBz，強(qiáng)度更大的對(duì)流系統(tǒng)影響岫巖縣哨子河鄉(xiāng)，是導(dǎo)致哨子河鄉(xiāng)極端雨強(qiáng)的根本原因。從雷達(dá)回波的剖面來(lái)看（圖3e和圖3f），兩次過(guò)程強(qiáng)回波中心均較低，是強(qiáng)降水雷達(dá)回波主要特征［18-20］。但是兩次過(guò)程對(duì)流系統(tǒng)伸展高度有所不同，過(guò)程1中40 dBz雷達(dá)回波伸展高度約為6 km，而過(guò)程2中40 dBz雷達(dá)回波伸展高度接近9 km，這也表明過(guò)程2的雷達(dá)回波伸展高度更高，體現(xiàn)更多的是對(duì)流性降水特征。40 dBz以上的強(qiáng)回波大多集中在5 km（約是0℃溫度層的高度）層以下，因此降水也以暖云為主。
圖3 2012年8月3日12：17過(guò)程1和2017年8月4日04：43過(guò)程2營(yíng)口SA雷達(dá)過(guò)程1（a），過(guò)程2（b）1.5°仰角反射率因子、過(guò)程1（c）、過(guò)程2（d）徑向速度以及沿圖a和圖b白色實(shí)線(xiàn)AB的過(guò)程1（e）、過(guò)程2（f）反射率因子、過(guò)程1（g）、過(guò)程2（h）徑向速度剖面圖Fig.3 Distribution of reflectivity factor w ith an elevation of 1.5°measured by a SA radar in Yingkou at 12：17 on August 3，2012（Process 1）（a）and at 04：43 on August 4，2017（Process 2）（b），and radical velocity in Process 1（c）and Process 2（d），and crossing sections of reflectivity factor along the white AB line in Fig.1a and Fig.1b in Process 1（e）and Process 2（f），and radical velocity in Process 1（g）and Process 2（h）
從徑向速度圖來(lái)看（圖3c和圖3d），過(guò)程1中零等風(fēng)速線(xiàn)呈S型，在大連和營(yíng)口地區(qū)存在大尺度風(fēng)場(chǎng)輻合，體現(xiàn)出大尺度氣旋北上過(guò)程的風(fēng)場(chǎng)特征［21］，而過(guò)程2中雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)體現(xiàn)的是中尺度輻合風(fēng)場(chǎng)特征。從徑向速度的垂直剖面來(lái)看，過(guò)程1中徑向速度輻合層僅發(fā)展到3 km（圖3g），過(guò)程2中徑向速度輻合層伸展的高度更高，達(dá)到9 km，并且向強(qiáng)回波中心傾斜（圖3h），這種深厚又傾斜的上升氣流更有利于對(duì)流系統(tǒng)的繼續(xù)觸發(fā)和維持，進(jìn)而導(dǎo)致雷達(dá)回波圖出現(xiàn)后向傳播的特征。綜上，過(guò)程1中受到多個(gè)對(duì)流云團(tuán)不斷影響，降水持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，但是對(duì)流系統(tǒng)表現(xiàn)大尺度氣旋雷達(dá)特征，降水穩(wěn)定性特征更為明顯；過(guò)程2中受到發(fā)展更為強(qiáng)盛的對(duì)流云影響，降水具有明顯的對(duì)流性特征。下文將重點(diǎn)從環(huán)境條件分析兩次暴雨的成因及降水特征差異。
2.3 暴雨成因?qū)Ρ?/h3>
2.3.1 環(huán)流背景
（5）在智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中，其中的自適應(yīng)控制技術(shù)主要就是根據(jù)電力系統(tǒng)的電力故障狀態(tài)和運(yùn)行方式的變化來(lái)對(duì)定值、性能以及保護(hù)特性進(jìn)行相應(yīng)的改變的技術(shù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)是一種比較新型的繼電保護(hù)技術(shù)，它能夠讓繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)的多種變化，在很短的時(shí)間內(nèi)就能夠完全適應(yīng)，不僅讓智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的可靠性得到了加強(qiáng)，讓系統(tǒng)的保護(hù)作用得到了明顯的改善，讓能夠顯著讓經(jīng)濟(jì)效益得到提高。
過(guò)程1中，2012年8月2日夜間，第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”主體位于山東境內(nèi)，在緩慢北上過(guò)程中由圓形逐漸轉(zhuǎn)為橢圓形，同時(shí)中國(guó)南海存在另外兩個(gè)臺(tái)風(fēng)，第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇拉”從浙江登陸，第11號(hào)臺(tái)風(fēng)“?？痹诟睙釒Ц邏海ê?jiǎn)稱(chēng)“副高”）588 dagpm線(xiàn)南邊界生成并旋轉(zhuǎn)，“?？睂?duì)副高南落起到了阻擋作用；內(nèi)蒙中部的短波槽逐漸東移，東北中部存在冷渦系統(tǒng)（圖略）。因此，在2日夜間，“達(dá)維”地面倒槽逐漸影響遼寧南部，東北低壓后部偏北氣流逐漸侵入倒槽頂部，導(dǎo)致2日夜間遼東半島出現(xiàn)降水。3日白天，“達(dá)維”倒槽穩(wěn)定位于遼東半島，不斷觸發(fā)中尺度對(duì)流云并形成了近300 km的中尺度云團(tuán)A2。“蘇拉”東側(cè)和副高西側(cè)形成了達(dá)到24 m·s-1的東南風(fēng)急流帶，“達(dá)維”受到東南急流帶的引導(dǎo)氣流作用逐漸西北上。遼寧東南部位于副高588 dagpm線(xiàn)的西邊界（圖2b），副高西側(cè)與“達(dá)維”、“蘇拉”臺(tái)風(fēng)東側(cè)形成了橫跨120°—125°E、30°—40°N的偏南急流帶，源源不斷向遼東半島輸送水汽，遼寧東南部位于850 hPa水汽通量鋒區(qū)上，同時(shí)該區(qū)域的水汽通量高達(dá)20—25 g-1·cm-1·hPa-1·s-1（圖4a），非常有利于產(chǎn)生持續(xù)性強(qiáng)降水。3日20：00（圖略），“達(dá)維”中心雖然仍然在山東境內(nèi)，西風(fēng)槽已經(jīng)東移到中國(guó)華北中東部，“達(dá)維”的引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)為副高西北側(cè)與高空槽前的西南氣流，因此“達(dá)維”開(kāi)始向東北方向移動(dòng)，從渤海灣入?？谥饾u影響遼寧，因此導(dǎo)致遼東半島繼續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)降水。
圖4 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）、2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）850 hPa風(fēng)場(chǎng)、水汽通量和海平面氣壓Fig.4 Distribution of wind field and water vapor flux at 850 hPa，and the sea level pressure at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（a）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（b）
過(guò)程2發(fā)生前，第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海棠”已經(jīng)減弱為狹長(zhǎng)型的溫帶氣旋，從中國(guó)華北進(jìn)入遼寧西部，與北方短波槽攜帶冷空氣相遇，狹長(zhǎng)的“海棠”北側(cè)生成一個(gè)閉合低壓系統(tǒng)，逐漸向東北方向移動(dòng)，而“海棠”殘余低壓穩(wěn)定維持在中國(guó)江淮北部至華北地區(qū)［22］。2017年8月3日夜間（圖4b），850 hPa風(fēng)場(chǎng)顯示北上的新生氣旋已經(jīng)到達(dá)中國(guó)東北中部，海平面中心氣壓達(dá)到992.5 hPa，狹長(zhǎng)的“海棠”殘余低壓跨度長(zhǎng)達(dá)10個(gè)緯度。500 hPa，584 dagpm線(xiàn)的西北邊界影響遼寧，第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“奧鹿”在副高南邊界，也對(duì)副高東退南落起到阻擋作用（圖2g）。在“海棠”殘余低壓與副高西側(cè)存在橫跨30°—40°N的偏南氣流水汽通道，遼寧東部沿海水汽通量與過(guò)程1相同，也達(dá)到20—25 g-1·cm-1·hPa-1·s-1。值得注意的是，北方短波槽以及北上氣旋后部冷空氣不斷南下，與“海棠”殘余低壓東側(cè)源源不斷輸送來(lái)的暖濕空氣在遼東半島交匯，進(jìn)而導(dǎo)致遼寧南部在3日夜間出現(xiàn)特大暴雨天氣，尤其小時(shí)雨強(qiáng)最大甚至達(dá)到113 mm·h-1。4日白天，狹長(zhǎng)的“海棠”穩(wěn)定維持在遼寧東南部（圖略），導(dǎo)致4日白天遼寧東南部繼續(xù)出現(xiàn)降水，但是由于東北氣旋已經(jīng)北上至黑龍江省，并沒(méi)有北方冷空氣侵入到暖濕氣流中的現(xiàn)象，所以遼寧東南部降水強(qiáng)度有所減弱。
對(duì)比兩次過(guò)程發(fā)現(xiàn)，過(guò)程1暴雨在臺(tái)風(fēng)倒槽里發(fā)展，過(guò)程2是在臺(tái)風(fēng)輸送的暖濕空氣與對(duì)流層干冷空氣的相互作用中產(chǎn)生。兩次過(guò)程遼寧均受到多臺(tái)風(fēng)影響，遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)對(duì)阻止副高東退南落以及建立北上臺(tái)風(fēng)引導(dǎo)氣流起到關(guān)鍵作用。
2.3.2 水汽條件對(duì)比
兩次暴雨期間受到多臺(tái)風(fēng)以及副高邊緣共同形成的強(qiáng)盛水汽輸送帶影響，源源不斷的水汽輸送導(dǎo)致850 hPa有明顯的濕舌延伸到遼寧，遼寧東南半島850 hPa比濕均達(dá)到14—16 g·kg-1，同時(shí)也存在明顯的水汽輻合中心，水汽通量散度的輻合中心也達(dá)到-60×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1（圖5a和圖5b），850 hPa比濕和水汽通量散度均達(dá)到遼寧登陸臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程物理量的預(yù)報(bào)閾值［23］。
圖5 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）850 hPa水汽通量散度和比濕以及2012年8月3日08：00過(guò)程1（c）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（d）123°E、40°N的T-log P圖Fig.5 Distribution of water vapor flux divergence and specific hum idity at 850 hPa at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（a）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（b），and the T-log P p lots at location 123°E，40°N at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（c）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（d）
T-log P圖更能體現(xiàn)整層溫濕廓線(xiàn)的演變，基于NCEP FNL 1°×1°逐6 h再分析資料制作了123°E、40°N的T-log P圖（圖5c和圖5d），兩次強(qiáng)降水過(guò)程期間，近地面層相對(duì)濕度較大，這也會(huì)導(dǎo)致抬升凝結(jié)高度較低，降低了蒸發(fā)及夾卷作用，有利于降水效率的提高［24］。但是兩次過(guò)程溫濕廓線(xiàn)特征還是存在差異，過(guò)程1中整層溫度和露點(diǎn)廓線(xiàn)接近飽和并且維持時(shí)間更長(zhǎng)，整層大氣處于接近飽和的狀態(tài)，這種探空曲線(xiàn)在中國(guó)華南和江淮流域暴雨過(guò)程中更為常見(jiàn)，有利于出現(xiàn)持續(xù)性的強(qiáng)降水［25-26］；過(guò)程2中由于北方短波槽和北上氣旋后側(cè)干冷空氣逐漸南下，這也導(dǎo)致500 hPa以上存在明顯的干區(qū)，這種上干下濕的水汽分布配合500 hPa以下深厚的飽和層更有利于產(chǎn)生對(duì)流性降水［27-28］。從對(duì)流層中層侵入的北方干冷空氣是“海棠”與“達(dá)維”產(chǎn)生不同量級(jí)暴雨的關(guān)鍵因素，因此過(guò)程2的小時(shí)雨強(qiáng)最大達(dá)到113 mm·h-1（表1），并且地閃次數(shù)要高于過(guò)程1。
圖6 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）850 hPa假相當(dāng)位溫和500 hPa相對(duì)濕度、2012年8月3日08：00過(guò)程1（c）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（d）假相當(dāng)位溫和風(fēng)場(chǎng)沿40°N剖面Fig.6 Distribution of potential pseudo-equivalent tem perature at 850 hPa and relative hum idity at 500 hPa at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（a）and at 20：00 on August 3，2017，in Process 2（b），and crossing sections of potential pseudo-equivalent temperature and winds along the 40°N at 08：00 on August 3，2012，in Process 1（c）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（d）
上文提到的位勢(shì)不穩(wěn)定是一種潛在不穩(wěn)定，它的實(shí)現(xiàn)需要大尺度系統(tǒng)或地形造成的抬升作用［30］。從輻合輻散特征來(lái)看（圖7），在兩次過(guò)程中均存在低層輻合高層輻散的風(fēng)場(chǎng)特征。過(guò)程1，由于從地面到600 hPa，遼寧東南部均受到“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)倒槽的影響，所以在遼寧上空輻合層由地面伸展到500 hPa，輻合中心強(qiáng)度達(dá)到-6×10-5s-1，高空400—200 hPa存在明顯的強(qiáng)輻散中心，這種低空輻合、高空輻散的散度場(chǎng)導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)區(qū)發(fā)展到200 hPa，同時(shí)最大上升速度達(dá)到-2.4 Pa·s-1。而過(guò)程2僅在800 hPa以下存在輻合風(fēng)場(chǎng)特征，輻合中心雖然也達(dá)到-6×10-5s-1，但是并沒(méi)有高空輻散風(fēng)場(chǎng)的現(xiàn)象。所以過(guò)程1中，大尺度輻合輻散造成的上升速度區(qū)發(fā)展的高度和強(qiáng)度均高于過(guò)程2。另外，由于遼寧東南半島為長(zhǎng)白山余脈，當(dāng)臺(tái)風(fēng)殘渦緩慢移動(dòng)時(shí)，其源源不斷輸送的偏南氣流沿著地形爬升會(huì)產(chǎn)生持續(xù)性的抬升，這可能是在過(guò)程2中，不斷在遼東半島觸發(fā)強(qiáng)降水云團(tuán)的原因，最終造成岫巖縣出現(xiàn)特大暴雨。
圖7 2012年8月3日08：00過(guò)程1（a）和2017年8月4日02：00過(guò)程2（b）風(fēng)散度、垂直速度和風(fēng)場(chǎng)沿40°N剖面Fig.7 Crossing sections of wind divergence，vertical velocity，and wind field along the 40°N at 08：00 on August 3，2012 in Process 1（a）and at 02：00 on August 4，2017，in Process 2（b）
3 結(jié)論與討論
（1）2012年和2017年兩次北上臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程中遼東半島的降水特征存在差異，過(guò)程1為大范圍的穩(wěn)定持續(xù)性暴雨過(guò)程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30 h，過(guò)程2小時(shí)雨強(qiáng)明顯大于過(guò)程1，出現(xiàn)極端小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到113 mm·h-1的暴雨過(guò)程，更多為對(duì)流性降水。
（2）過(guò)程1中受臺(tái)風(fēng)倒槽觸發(fā)的多個(gè)中尺度云團(tuán)形成的列車(chē)效應(yīng)是導(dǎo)致持續(xù)暴雨的主要原因，雷達(dá)徑向速度具有大尺度風(fēng)場(chǎng)輻合特征；過(guò)程2中由于小尺度單體不斷涌入到中尺度云團(tuán)中，雷達(dá)圖存在后向傳播特征，云頂亮溫較低，強(qiáng)回波達(dá)到50—60 dBz，中尺度輻合風(fēng)場(chǎng)特征明顯，輻合層伸展高度達(dá)到9 km，所以過(guò)程2的對(duì)流性降水特征更為明顯。過(guò)程1的暴雨過(guò)程在“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)倒槽里發(fā)展，過(guò)程2的暴雨過(guò)程是在“海棠”臺(tái)風(fēng)輸送的暖濕空氣與對(duì)流層干冷空氣的相互作用中產(chǎn)生。兩次過(guò)程均受到多臺(tái)風(fēng)影響，遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)對(duì)阻止副高東退南落以及建立北上臺(tái)風(fēng)引導(dǎo)氣流起到關(guān)鍵作用。
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