陸桂榮，崔廣暑，于懷征，程 月，陳小蘇，王安凌

(日照市氣象局，日照 276826)

0 引言

中國是世界上受臺(tái)風(fēng)影響非常嚴(yán)重的國家之一，平均每年約有7.2個(gè)臺(tái)風(fēng)對(duì)中國造成明顯的災(zāi)害[1]。由于臺(tái)風(fēng)的影響廣泛，預(yù)報(bào)難度大，造成的災(zāi)害嚴(yán)重，眾多氣象學(xué)者對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行了大量的研究[2-6]。研究表明，臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、路徑以及地形對(duì)降水的影響較大。閻琦[7]等對(duì)兩次致災(zāi)臺(tái)風(fēng)的動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行了研究，研究表明副熱帶高壓穩(wěn)定、冷空氣入侵造成的對(duì)稱不穩(wěn)定對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)降水量有重要影響。李英[8]等指出1970—2001年登陸中國的臺(tái)風(fēng)向北移動(dòng)可越過50°N 地區(qū)，山東省是受臺(tái)風(fēng)影響的省份之一，約有2.1%的熱帶氣旋北上登陸山東地區(qū)。曹鋼鋒[9]等指出登陸類臺(tái)風(fēng)，特別是登陸北上類，在山東及華北區(qū)域造成特大暴雨的可能性最大。覃昌柳[10]等對(duì)臺(tái)風(fēng)的水汽和螺旋度進(jìn)行了分析，指出螺旋度與強(qiáng)降雨區(qū)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，西南急流和副高南側(cè)偏東氣流對(duì)臺(tái)風(fēng)的水汽輸送作用相同。叢春華[11]等對(duì)影響山東的遠(yuǎn)距離熱帶氣旋暴雨進(jìn)行了研究，指出臺(tái)風(fēng)本身就是一個(gè)“熱機(jī)”，其攜帶的大量擾動(dòng)能量和暖濕空氣在向極運(yùn)動(dòng)的過程中改變了周圍大氣的層結(jié)狀態(tài)，對(duì)周圍的大氣進(jìn)行增溫增濕，當(dāng)與北方冷空氣交匯后可產(chǎn)生較強(qiáng)降水。高留喜[12]等對(duì)臺(tái)風(fēng)“麥莎”進(jìn)行了分析，副高變化是“麥莎”臺(tái)風(fēng)登陸后出現(xiàn)復(fù)雜蛇形路徑的重要原因。日照地處魯東南沿海，每年至少有1～2個(gè)臺(tái)風(fēng)影響日照或近海海域[13]。從華東沿海登陸北上的臺(tái)風(fēng)因登陸地點(diǎn)、強(qiáng)度、移動(dòng)路徑和水汽輸送等不同，對(duì)日照的影響程度也不同。

2018年10號(hào)臺(tái)風(fēng)“安比”從上海登陸后繼續(xù)西行北上，從江蘇進(jìn)入山東后給日照地區(qū)帶來區(qū)域性大暴雨，降水持續(xù)時(shí)間長達(dá)33 h，大暴雨覆蓋面積創(chuàng)氣象新紀(jì)錄。此次臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致日照各區(qū)縣不同程度受災(zāi)，共造成直接經(jīng)濟(jì)損失1.17億元。文章利用常規(guī)觀測(cè)資料、區(qū)域加密自動(dòng)氣象站資料及NCEP 1°×1°再分析資料，對(duì)“安比”造成日照大暴雨成因進(jìn)行分析，為北上類臺(tái)風(fēng)造成日照大暴雨天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考依據(jù)[14-18]。

1 臺(tái)風(fēng)“安比”概況和對(duì)日照天氣的影響

2018年10號(hào)臺(tái)風(fēng)“安比” 于7月18日20：00(北京時(shí)間)在西北太平洋洋面上生成(熱帶風(fēng)暴級(jí))，20日08：00加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度，向西北方向移動(dòng)。從臺(tái)風(fēng)“安比”路徑圖(圖1a)可以看出，21日早晨進(jìn)入東海東南部，22日12：30前后在上海市崇明島沿海登陸。登陸后繼續(xù)向西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸減弱，22日17：00在江蘇東南部減弱為熱帶風(fēng)暴，23日12：00從江蘇北部進(jìn)入山東的臨沭縣，繼續(xù)向西北方向移動(dòng)，經(jīng)過沂南縣、沂源縣、章丘區(qū)、濟(jì)陽區(qū)和商河縣后，于24日04：00經(jīng)樂陵進(jìn)入河北，07：00向東北方向移動(dòng)，途經(jīng)天津、遼寧，24日夜間減弱變?yōu)闇貛庑?，并?5日02：00停止編號(hào)。臺(tái)風(fēng)“安比” 登陸后強(qiáng)度迅速減弱，但從2018-07-23T08：00進(jìn)入江蘇后，途經(jīng)山東并于24日08：00到達(dá)河北省期間，中心最低氣壓一直維持在990 hPa。

7月22日21：00—24日06：00，日照出現(xiàn)強(qiáng)降水，全市過程平均降水量133.1 mm，最大降水量出現(xiàn)在東北部的楊家峪站，為232.5 mm。強(qiáng)降水區(qū)主要出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)“安比”移動(dòng)方向的右側(cè)，而左側(cè)降水區(qū)域較小且雨量不大，呈現(xiàn)明顯的不對(duì)稱分布。日照開始出現(xiàn)降水時(shí)，處于臺(tái)風(fēng)“安比”移動(dòng)路徑的正前方，在臺(tái)風(fēng)“安比”中心的北側(cè) (圖1b)，當(dāng)降水逐漸增強(qiáng)時(shí)，日照處于臺(tái)風(fēng)“安比”移動(dòng)路徑的右前方，在降水最強(qiáng)時(shí)段，23日08：00—14：00的6 h≥50 mm的強(qiáng)降水區(qū)出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)“安比”移動(dòng)方向的右側(cè)，日照距臺(tái)風(fēng)“安比”直線距離最近(圖1c)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)“安比”北上遠(yuǎn)離時(shí)，≥50 mm的強(qiáng)降水區(qū)位于魯中東部，日照轉(zhuǎn)入中心的第四象限，在臺(tái)風(fēng)“安比”移動(dòng)方向的后方，降水逐漸減弱并趨于結(jié)束(圖1d)。

圖1 臺(tái)風(fēng)“安比”路徑圖(a)2018-07-23；(b)02：00—08：00；(c)08：00—14：00；(d)14：00—20：00(逐6 h降水量，螺旋符號(hào)為熱帶氣旋位置)

2 環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

因臺(tái)風(fēng)和副熱帶高壓均為深厚系統(tǒng)，文章對(duì)高空系統(tǒng)的分析僅圍繞500 hPa的形勢(shì)展開，圖2為2018-07-23T08：00和20：00的500 hPa環(huán)流形勢(shì)。從圖2a可以看出，23日08：00，徑向度較大的西風(fēng)槽位于貝加爾湖南側(cè)—內(nèi)蒙古西部—甘肅西部—寧夏—四川一帶，臺(tái)風(fēng)“安比”中心位于江蘇北部，與西風(fēng)大高壓脊相疊加的副熱帶高壓呈塊狀分布，形成東西向高壓壩，脊線位于40°N附近。588線的南界在20°N附近，北界在44°N，在40°N附近其西脊點(diǎn)位于116°E。臺(tái)風(fēng)“安比”在北上過程中，受高壓壩的阻擋，在副高外圍東南氣流的引導(dǎo)下，一直向西北方向移動(dòng)，日照的強(qiáng)降水出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)“安比”移動(dòng)路徑的右前方。從圖2b看出，23日20：00，隨著西風(fēng)槽東移，副熱帶高壓略有減弱。此時(shí)，臺(tái)風(fēng)“安比”中心已經(jīng)北移到魯中地區(qū)，日照位于臺(tái)風(fēng)“安比”中心的東南部，降水減弱。受高壓壩的阻擋和副熱帶高壓東南急流的共同作用，“安比”保持20 km/h左右速度向北移動(dòng)，且強(qiáng)度長時(shí)間維持不變。

圖2 2018-07-230T8：00—20：00的500 hPa環(huán)流形勢(shì)(單位：dagpm)

2.2 地面形勢(shì)和近地面風(fēng)場(chǎng)

圖3為2018-7-23T08：00地面形勢(shì)和09：00近地面風(fēng)場(chǎng)。從圖3a可以看出，2018-07-23T08：00，臺(tái)風(fēng)倒槽向北伸展到山東北部，臺(tái)風(fēng)東北側(cè)東南氣流不斷地把海上暖濕空氣向日照輸送，東南氣流較為強(qiáng)盛，最大風(fēng)速達(dá)16 m/s，日照處于臺(tái)風(fēng)倒槽東北部，在東南風(fēng)和東北風(fēng)的輻合區(qū)，為暴雨的發(fā)生提供了動(dòng)力條件和水汽輸送。圖3b為區(qū)域自動(dòng)氣象站加密資料，從圖中可以看出，在日照的東北部即暴雨中心附近存在明顯的東南風(fēng)與偏東風(fēng)的風(fēng)向輻合，該輻合線23日09：00—13：00一直維持，且移動(dòng)緩慢，14：00以后日照地區(qū)全部轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，暴雨中心附近在風(fēng)速的輻合大值區(qū)，為大暴雨天氣的產(chǎn)生提供了有利的動(dòng)力條件。

圖3 地面形勢(shì)和近地面風(fēng)場(chǎng)(a)2018-07-23T8:00地面形勢(shì)(單位：hPa)；(b)2018-7-23T9:00近地面風(fēng)場(chǎng)(單位：m/s)(陰影區(qū)為風(fēng)場(chǎng)≥12 m/s，黑色圓點(diǎn)為臺(tái)風(fēng)位置)

3 溫濕條件分析

3.1 水汽條件

充沛的水汽供應(yīng)，尤其是低層的水汽供應(yīng)是強(qiáng)降水產(chǎn)生的必要條件，水汽通量是表示水汽輸送程度的物理量，而水汽通量散度則為水汽聚集程度的物理量。23日08：00以后從黃海中部到山東半島東南氣流的水汽輸送不斷加強(qiáng)，暴雨中心的水汽通量、水汽輻合分別主要集中在500 hPa 以下的對(duì)流層中低層、850 hPa以下的低層，而850 hPa以上高度以水汽輻散為主；23日14：00水汽輸送最為強(qiáng)盛，水汽通量的大值中心出現(xiàn)在850～925 hPa，中心值達(dá)420 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽輻合的大值中心出現(xiàn)在925～1000 hPa，最強(qiáng)輻合中心集中在950 hPa近地層，水汽通量散度值為-160 g·cm-2·hPa-1·s-1。這說明850 hPa以下低層是水汽主要輻合區(qū)，850 hPa以上高度盡管水汽輸送仍較強(qiáng)，但水汽輻合已明顯減弱。從比濕場(chǎng)沿暴雨中心(楊家峪站)的緯向垂直剖面圖可見(圖4)，暴雨區(qū)(119°E)上空整層比濕較大，尤其是低層水汽更為充沛，23日08：00，850 hPa、925 hPa、1000 hPa的比濕依次為15 g/kg，17 g/kg，19 g/kg，到23日14：00，比濕依次增大為16 g/kg、18 g/kg、20 g/kg。強(qiáng)的水汽輻合、低層大的比濕為本次大暴雨提供了充沛的水汽條件。

圖4 比濕場(chǎng)沿暴雨中心(楊家峪站)的緯向垂直剖面圖

3.2 溫度平流

強(qiáng)降水與臺(tái)風(fēng)環(huán)流內(nèi)冷暖平流活動(dòng)密切相關(guān)，冷暖平流交匯處對(duì)強(qiáng)降水有較好的示蹤作用[19]。圖5為2018-07-23T8：00和14：00的850 hPa溫度平流和風(fēng)場(chǎng)分布圖，從圖5(a)看出，08：00，位于臺(tái)風(fēng)“安比”中心西北側(cè)的魯西南為冷平流，中心值為-30×10-5K·s-1，東北側(cè)的青島東部海面為暖平流，暖平流中心為10×10-5K·s-1。從圖5(b)可以看出，14：00雖然魯西南冷平流明顯減弱，但是日照附近的溫度平流梯度明顯加大，日照附近的大氣斜壓性明顯加大，斜壓不穩(wěn)定能量的釋放為大暴雨的發(fā)生提供了能量條件。強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，日照始終處于冷暖平流的交匯處。

圖5 2018-07-23T8:00—14:00的850 hPa溫度平流和風(fēng)場(chǎng)分布圖(a)2018-07-23T8:00；(b)2018-07-23T14:00(溫度平流單位：10-5k·s-1，風(fēng)場(chǎng)單位：m/s)

4 動(dòng)力條件

螺旋度是衡量風(fēng)暴沿入流方向的渦度分量大小和入流強(qiáng)弱的參數(shù)，可以表征流體旋轉(zhuǎn)與沿旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)特征[20]。臺(tái)風(fēng)是大氣中一種具有較強(qiáng)螺旋性的熱帶天氣系統(tǒng)，其發(fā)生發(fā)展本質(zhì)上是一種螺旋性結(jié)構(gòu)的建立與發(fā)展過程[21]。

在P坐標(biāo)系中，垂直方向上的螺旋度可表示為：

(1)

式中，ζ為相對(duì)渦度的垂直分量；ω為P坐標(biāo)中的垂直速度。

圖6為暴雨中心(楊家峪)站的垂直螺旋度和垂直速度時(shí)間—高度剖面，從圖6(a)可以看出，降水初期楊家峪站對(duì)流層低層和中上層螺旋度呈低層正中心、中上層負(fù)中心配置，呈“下正上負(fù)”的垂直結(jié)構(gòu)，23日08：00垂直螺旋度分別為6×10-6hPa /s2和-6×10-6hPa/s2。垂直螺旋度正值中心從對(duì)流層低層向?qū)α鲗又袑酉蛏涎由?，?qiáng)度增強(qiáng)，逐時(shí)降水量也逐漸增大。23日14：00對(duì)流層200 hPa以下垂直螺旋度轉(zhuǎn)為一致的正值區(qū)，正中心位于850 hPa，達(dá)32×10-6hPa/s2。16：00以后垂直螺旋度正值逐漸降低，逐時(shí)降水量也逐漸減少。從圖6(b)可以看出，降水初期500 hPa以上和850 hPa以下為上升運(yùn)動(dòng)，中間為下沉運(yùn)動(dòng)。23日08：00以后上升運(yùn)動(dòng)不斷增強(qiáng)，23日14：00，整層都轉(zhuǎn)為強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)伸展到200 hPa以上，上升運(yùn)動(dòng)非常深厚，850 hPa附近為上升運(yùn)動(dòng)中心，最大上升速度達(dá)-19×10-3hPa·/s，此時(shí)段降水強(qiáng)度較大?？梢?，垂直螺旋度、垂直速度的變化與此次大暴雨的發(fā)生發(fā)展有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)上升氣流有利于降水強(qiáng)度增大。

圖6 暴雨中心(楊家峪)站的垂直螺旋度和垂直速度時(shí)間-高度剖面(a)垂直螺旋度時(shí)間-高度剖面(單位：10-6 hPa/s2)；(b)垂直速度時(shí)間—高度剖面(單位：10-3 hPa/s-1)

5 結(jié)束語

1)臺(tái)風(fēng)“安比”生成后沿西北路徑在上海登陸后強(qiáng)度迅速減弱，繼續(xù)西行北上，造成日照地區(qū)區(qū)域性的大暴雨天氣。強(qiáng)降水區(qū)出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的右側(cè)。

2)北側(cè)高壓壩的阻擋有利于臺(tái)風(fēng)“安比”移速保持，影響時(shí)間較長。

3)低層較強(qiáng)的水汽輻合和較大的比濕為本次大暴雨提供充沛的水汽條件。大暴雨發(fā)生時(shí)，日照始終處于冷暖平流的交匯處。

4)垂直螺旋度、垂直速度的變化與此次大暴雨的發(fā)生發(fā)展有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)上升氣流有利于降水強(qiáng)度增大。