范愛芬,彭霞云,婁小芬,王麗穎,傅良

(浙江省氣象臺，杭州 310057)

引言

臺風暴雨一直是預報中的難點與重點，眾多學者研究表明冷空氣侵入臺風倒槽或殘留低壓是引發(fā)秋季臺風特大暴雨的主要原因(劉曉波等，2008；吳婷婷等，2009；何立富等，2009；蔣榮復等，2010；張建海和龐盛榮，2011；杜惠良等，2011；何秀戀等，2011；曹曉崗等，2014；陳蓮等，2015；王毅等，2019；沈杭鋒等，2020)。黃莉等(2018)對1980—2016年進入廣西的秋季臺風暴雨增幅的研究表明適當?shù)睦淇諝庥绊懯乔锛九_風暴雨增幅的主要因素，但冷空氣如何觸發(fā)暴雨增幅有待進一步研究。臺風倒槽特大暴雨往往伴有中尺度對流的發(fā)生發(fā)展，目前對倒槽暴雨的對流觸發(fā)機制還不是十分清楚。何立富等(2009)分析了秋臺風“泰利”(0513)低壓大暴雨過程，認為冷暖空氣的交匯導致邊界層能量鋒區(qū)明顯加強，激發(fā)強對流系統(tǒng)發(fā)生。王毅等(2019)對秋臺風“鲇魚”的研究表明，不同的大氣層結造成了中尺度對流特征和降水性質的差異。郭宇光等(2018)的分析表明，秋臺風“杜鵑”減弱過程中造成的寧波異常強降水是由“杜鵑”減弱后的外圍云系在加強西進的副高邊緣通過對流發(fā)展引發(fā)。劉文婷和朱佩君(2015)分析了臺風“麥得姆”(1410)北側對流雨帶的觸發(fā)過程，認為初始對流在弱的對流不穩(wěn)定和條件對稱不穩(wěn)定下，由鋒面強迫和地形抬升共同觸發(fā)。

地形強迫與暴雨增幅緊密相關。陳聯(lián)壽等(2004)指出潮濕氣流向岸地形輻合將會使臺風暴雨增長，雨區(qū)范圍擴大。黃奕武等(2009)就地形對秋臺風“羅莎”（0716）降水的影響分析表明，沿海地區(qū)過程降水量與地形呈顯著正相關。劉建勇等(2014)認為淺薄冷空氣從低層侵人秋臺風“菲特”殘留低壓的外圍環(huán)流，在沿岸地區(qū)形成海岸鋒，引發(fā)強降雨。董美瑩等(2017)分析了1971—2010年浙江TC倒槽暴雨的分布特征，發(fā)現(xiàn)浙江倒槽暴雨主要發(fā)生在寧波南部至溫州一帶沿海地區(qū)，暴雨中心位于臺州和溫州沿海。而2013年的“菲特”和2016年的“鲇魚”倒槽特大暴雨分別位于浙北地區(qū)和浙南地區(qū)，有必要進一步分析原因。

另外，低空急流、水汽輸送和不穩(wěn)定能量也是導致臺風暴雨的重要因素(孫建華等，2006；林毅等，2007；趙宇等，2011；戴竹君等，2014；黃小丹等，2015；姚日升等；2018；范愛芬等，2017，2019；段晶晶等，2019)。本文將通過對三個秋季臺風登陸后特大暴雨區(qū)的低空急流、水汽輸送、不穩(wěn)定能量、大氣層結和冷空氣影響以及引發(fā)浙江特大暴雨的中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展等研究，總結歸納出秋季臺風倒槽特大暴雨的大尺度環(huán)流特征和中尺度對流的可能觸發(fā)因子。

1 “菲特”、“鮎魚”和“杜鵑”臺風暴雨概況

“菲特”、“鮎魚”和“杜鵑”三個秋季臺風登陸后的特大暴雨(24 h雨量≥250 mm)均出現(xiàn)在路徑右側數(shù)百公里外的臺風倒槽處(圖1a—c)。倒槽強降水呈間歇性分布(圖1d—f)，余姚2013年10月7日、文成2016年9月28日和鎮(zhèn)海2015年9月29日24 h最 大雨量達367 mm、440 mm和314 mm。倒槽距減弱的臺風中心有數(shù)百公里，在地面或850 hPa以下的低空伴有偏北向突起的低壓槽(圖4)，其中7日夜間“菲特”倒槽由其殘渦與東側“丹娜絲”雙臺風環(huán)流共同構成(圖4d)。

圖1 臺風路徑、強度和登陸后累計雨量及倒槽區(qū)域代表站的逐小時雨量演變(單位：mm)(a)“菲特”2013年10月7日02時—9日08時；(b)“鮎魚”2016年9月28日05時—29日13時；(c)“杜鵑”2015年9月29日09時—30日12時；(d)余姚站2013年10月6日20時—8日08時；(e)文成站2016年9月27日22時—29日10時；(f)鎮(zhèn)海站2015年9月29日02時—30日14時Fig.1 The track,intensity and accumulated rainfall(unit:mm)after landfall of typhoon“Fitow”,“Megi”and“Dujuan”,and hourly rainfall-time evolution of Yuyao,Wencheng and Zhenhai:(a)02∶00 BT 7 October-08∶00 BT 9 October 2013,(b)05∶00 BT 28 September-13∶00 BT 29 September 2016,(c)09∶00 BT 29 September-12∶00 BT 30 September 2015,(d)20:00 BT 6 October-08∶00 BT 8 October 2013,(e)22∶00 BT 27 September-10:00 BT 29 September 2016 and(f)02∶00 BT 29 September-14∶00 BT 30 September 2015.

“菲特”強臺風于2013年10月7日1時15分(北京時，下同)登陸福鼎沙埕鎮(zhèn)沿海后轉為西—西南方向移動，并快速減弱。登陸后最強降雨出現(xiàn)在浙北、上海和江蘇東南地區(qū)(圖1a)，浙北和浙江沿海地區(qū)有13個縣(市、區(qū))日雨量超過當?shù)厝沼炅繕O值?！磅R魚”和“杜鵑”臺風分別于2016年9月28日4時50分和2015年9月29日8時50分登陸福建泉州惠安縣沿海和莆田秀嶼區(qū)沿海，登陸后“鲇魚”減弱緩慢，“杜鵑”快速減弱?！蚌郁~”登陸后最強降雨出現(xiàn)在浙南地區(qū)(圖1b)，溫州和麗水地區(qū)日雨量破歷史記錄共有10站?！岸霹N”和“鮎魚”在路徑、登陸地點、登陸時間和登陸強度上高度一致，但降水量和空間分布差異大，無論是總雨量還是強降雨范圍，“杜鵑”均較“鮎魚”要小，但“杜鵑”減弱消亡期間仍給浙北東部地區(qū)帶來特大暴雨(圖1c)。

2 業(yè)務預報難點

2.1 模式對倒槽降水預報明顯偏小

目前，數(shù)值模式對登陸臺風本體環(huán)流的降水預報能力提高較快，但對其登陸后的倒槽降水預報仍不理想?！胺铺亍焙汀岸霹N”都是登陸福建后快速減弱消亡的臺風，登陸后8 h即減弱為熱帶低壓，低壓分別持續(xù)了2 h和4 h后停止編報。但在減弱消亡的過程中，它們的外圍倒槽均出現(xiàn)了降水加劇的現(xiàn)象，特別是“菲特”，降水加劇時間持續(xù)24 h以上，以致浙江北部地區(qū)、上海和江蘇東南地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨(圖2b、c)。分析業(yè)務預報中參考權重較大的EC模式對“菲特”的降雨預報，發(fā)現(xiàn)其對“菲特”本體環(huán)流造成的降水預報(東南沿海和浙江南部地區(qū))基本正確，但是對倒槽螺旋雨帶降水預報偏小(圖2a、d)；登陸后的倒槽降水預報(浙江北部地區(qū)至江蘇東南地區(qū))明顯偏小，其中“菲特”減弱為低壓后的倒槽特大暴雨基本漏報，模式繼續(xù)預報暴雨區(qū)位于“菲特”低壓環(huán)流北側(圖2e)，實況則是數(shù)百公里之外的浙江北部地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨(圖2b)?！胺铺亍蓖Ｖ咕巿蠛?，江蘇東南部至浙江中北部的東部地區(qū)出現(xiàn)的特大暴雨(圖2c)，模式預報的落區(qū)向西偏離了100多公里，量級偏小(圖2f)。EC模式對“杜鵑”本體環(huán)流降水的量級預報與實況較符，倒槽降水預報也明顯偏小?！磅R魚”登陸后強度減弱緩慢，從臺風減弱為熱帶低壓用了17 h，低壓又持續(xù)了數(shù)小時才在江西境內停止編報。浙江南部地區(qū)強降雨持續(xù)時間長，部分市、縣出現(xiàn)特大暴雨，EC模式對暴雨的落區(qū)預報基本正確，降水量預報明顯偏小，特大暴雨未能報出(圖略)。

圖2 2013年10月6日20時—7日08時(a)、7日08時—20時(b)和7日20時—8日08時(c)12 h實況雨量和起報時間為10月6日08時(d)、20時(e)和7日08時(f)的EC細網(wǎng)格模式對應的12 h預報雨量Fig.2 The observed rainfall(a)from 20∶00 BT 6 October to 08∶00 BT 7 October,(b)from 08∶00 to 20∶00 BT 7 October and(c)from 20∶00 BT 7 October to 08∶00 BT 8 October,and EC numerical model 12 h forecast rainfall with start time at(d)08∶00,(e)20∶00 BT 6 October and(f)08∶00 BT 7 October.

2.2 中尺度對流系統(tǒng)的觸發(fā)和持續(xù)

三個秋季臺風倒槽特大暴雨均由中尺度對流的持續(xù)影響造成(圖3)。“菲特”和“鮎魚”減弱期間，有冷空氣影響，低空出現(xiàn)溫度鋒區(qū)，5個緯度之間的溫度差大于等于5℃(圖3a、b)，并伴有假相當位溫θse和溫度冷平流(圖7b、圖9)，中尺度對流和強降雨范圍大，持續(xù)時間長(圖1a、b、d、e)。“杜鵑”減弱消亡期間，基本沒有冷空氣影響(圖3c)，中尺度對流范圍相對較小，強降水持續(xù)時間相對較短(圖1f)。業(yè)務預報的最大難點是“杜鵑”停止編報后倒槽暖區(qū)對流系統(tǒng)的觸發(fā)以及“菲特”和“鮎魚”減弱消亡期間，中尺度對流的長時間持續(xù)。下面著重對以下時段(“菲特”7日到8日上午、“鮎魚”28日下午到29日早晨、“杜鵑”29日夜里到30日早晨)特大暴雨的中尺度對流發(fā)生發(fā)展及其有利的大尺度環(huán)境開展研究分析。

圖3 “菲特”2013年10月7日14時(a)、“鮎魚”2016年9月28日20時(b)和“杜鵑”2015年9月29日20時(c)925 hPa溫度(等值線，單位∶K)、風(風向桿)和TBB(陰影，單位∶℃)分布Fig.3 925 hPa temperature(unit∶K),wind and TBB(unit∶℃)at(a)14∶00 BT 7 October 2013,(b)20∶00 BT 28 September 2016 and(c)20∶00 BT 29 September 2015.

圖7 “菲特”2013年10月7日08時850 hPa(a)和20時925 hPa(b)溫度(紅色線，單位∶℃)、風和θse平流(陰影，單位∶K·s-1)Fig.7 Temperature(red line,unit∶℃),wind andθse advection(shade,unit∶K·s-1)at 850 hPa at(a)08∶00 BT and(b)925 hPa at 20∶00 BT 7 October 2013.

3 大尺度環(huán)流配置

副熱帶高壓(以下簡稱副高)、西南季風和雙臺風等大尺度環(huán)流的合理配置為三個秋季臺風登陸后減弱消亡期間特大暴雨的產(chǎn)生提供了有利的水汽和動力、熱力條件。特大暴雨發(fā)生在低空水汽通量輻合、θse大值區(qū)或鋒區(qū)以及大尺度強迫抬升的重疊區(qū)域。同時，減弱的臺風中心附近也出現(xiàn)了類似的重疊現(xiàn)象(圖5)，這可能是大尺度模式預報強降雨出現(xiàn)在中心附近的主要原因，但中心附近的大氣層結不穩(wěn)定性弱，甚至接近中性，降水的對流性弱，未能出現(xiàn)特大暴雨(見4.2)。

圖5 “菲特”2013年10月7日08時(a)、14時(b)、20時(c)和“鲇魚”2016年9月28日14時(d)、20時(e)以及“杜鵑”2015年9月29日20時(f)925 hPa水汽通量輻合(陰影，單位：10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1)、假相當位溫θse(藍色線，單位:K)、風(風向桿)以及700 hPa垂直速度圖(紅色點線，單位：Pa·s-1)(圖c為850 hPa垂直速度)Fig.5 Water vapor flux convergence(shaded,unit:10-7g·cm-2·hPa-1·s-1)andθse(blue line,unit:K)at 925 hPa,wind and vertical velocity at 700 hPa(red line,unit:Pa·s-1)at(a)08∶00 BT,and(b)14∶00 BT,and(c)20∶00 BT 7 October 2013,and(d)14∶00 BT,and(e)20∶00 BT 28 September 2016,and(f)20∶00 BT 29 September 2015.

“鮎魚”登陸后，與西南季風相連接的西南氣流持續(xù)強大，西南急流和東南急流共同向其輸送水汽和能量(圖4a)，水汽輻合和不穩(wěn)定能量在浙江南部地區(qū)長時間持續(xù)(范愛芬等，2019)。而“杜鵑”登陸后與西南季風相連接的西南氣流明顯減弱，29日20時已基本脫離了西南季風，主要由東南急流向其輸送水汽和能量，東南急流與偏東急流的輻合位于浙江中北部沿海地區(qū)(圖4b)。這是“鮎魚”和“杜鵑”路徑相似，登陸后降水分布出現(xiàn)差異的主要原因。但“杜鵑”減弱消亡期間，加強西伸的副高西南側東南急流持續(xù)強大，向浙江中北部沿海地區(qū)輸送水汽和能量，使該地區(qū)同樣具備出現(xiàn)特大暴雨的有利條件。與“鮎魚”、“杜鵑”不同，“菲特”沒有與西南季風相連接，其東側是相距1 160 km以上的強臺風“丹娜絲”。雙臺風環(huán)流與強大副高之間的東南偏東急流為“菲特”輸送充沛的水汽和能量。登陸后，隨著“丹娜絲”的偏北移動，雙臺風環(huán)流與強大副高之間的東南偏東急流逐漸北抬至浙江北部到江蘇(圖4c)，該東南偏東急流以及“丹娜絲”北側的偏東急流(圖4d)使浙江北部至江蘇東南地區(qū)的水汽和能量輸送得以持續(xù)。謝惠敏等(2016)的分析將“菲特”強降水分為二個階段∶第一階段，雙臺風作用促成了降水的極端性，“丹娜絲”向降水區(qū)域輸送了約79%的水汽；第二階段，“丹娜絲”與冷空氣的共同作用導致了強降水，偏東氣流向降水區(qū)域輸送了73.5%的水汽。

圖4 “鮎魚”2016年9月28日14時(a)、“杜鵑”2015年9月29日20時(b，925 hPa水汽通量和風)和“菲特”2013年10月7日08時(c)、20時(d)500 hPa位勢高度(紅色線，單位：dagpm)、850 hPa水汽通量(陰影，單位g·(cm·hPa·s)-1)和風場Fig.4 500 hPa geopotential height(red line,unit:dagpm)and 850 hPa vapor flux(shaded,unit:g·(cm·hPa·s)-1)and wind at(a)14∶00 BT 28 September 2016,(b)20∶00 BT 29 September 2015,(c)08∶00 BT 7 October 2013 and(d)20∶00 BT 7 October 2013.

圖5為925 hPa水汽通量輻合、θse和700 hPa垂直速度(其中，圖5c為850 hPa垂直速度)的水平分布。從圖中可以看出，“菲特”登陸后，低空水汽通量輻合、θse大值區(qū)和大尺度強迫抬升的重疊區(qū)由登陸點北側的浙江南部地區(qū)(圖5a)逐漸北抬至浙江北部到江蘇東南地區(qū)(圖5b)。7日20時江蘇東南地區(qū)是冷暖空氣交匯的θse密集鋒區(qū)(332～344 K)，鋒區(qū)前沿的浙江北部的東部地區(qū)θse超過344 K，水汽通量輻合中心增強到-12×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1以上，上升速度增強到-1.5 Pa·s-1以上(圖5c)。之后弱冷空氣繼續(xù)緩慢滲透，暖濕氣流進一步西進和北推，水汽和能量輸送持續(xù)并加劇(圖略)。7日白天至8日上午，在暖濕氣流北上和弱冷空氣緩慢南下的對峙過程中，水汽通量輻合、θse大值區(qū)或鋒區(qū)以及大尺度強迫抬升的重疊區(qū)在浙江北部至江蘇東南地區(qū)持續(xù)(圖5b、c)，導致該地區(qū)強降水長時間持續(xù)，特大暴雨發(fā)生(圖2b、c)。

“鮎魚”減弱期間，低空水汽通量輻合、θse大值區(qū)和大尺度強迫抬升的重疊區(qū)在浙江南部地區(qū)一直持續(xù)達24 h，且水汽充沛，不穩(wěn)定能量強(圖5d、e)。登陸后10 h的28日14時浙江南部地區(qū)θse達352 k以上，水汽通量及其輻合分別達到40 g·(cm·hPa·s)-1(圖4a)和-17×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1以上(圖5d)，致使溫州和麗水部分市縣日雨量超過歷史極值?！岸霹N”登陸后，隨著西南季風的中斷，水汽和能量輸送明顯減弱。但浙江沿海地區(qū)受“杜鵑”殘渦與副熱帶高壓之間強大東南急流的影響(圖4b)，29日20時水汽通量輻合也達-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1左右(圖5f)，350 K以上的θse持續(xù)，未來12 h特大暴雨位于水汽通量輻合與θse大值區(qū)以及大尺度強迫抬升的重疊區(qū)?！岸霹N”和“菲特”均在浙江北部地區(qū)產(chǎn)生暴雨，但相較“菲特”水汽通量輻合、θse大值區(qū)或鋒區(qū)以及大尺度強迫抬升在浙江北部地區(qū)的長時間持續(xù)，“杜鵑”主要集中在浙江中北部沿海地區(qū)，且持續(xù)時間相對較短，其降水范圍和累積雨量均較“菲特”小。

4 中尺度對流的發(fā)生發(fā)展

4.1 中尺度對流特征

“菲特”、“鮎魚”和“杜鵑”倒槽特大暴雨的對流特征明顯。一是雨強大，強降水持續(xù)時間長。省級氣象觀測站1 h最大雨量“菲特”和“鮎魚”達110 mm，“杜鵑”90 mm；特大暴雨區(qū)代表站小時雨量大于20 mm的累計持續(xù)時間達到或超過7 h(圖1d、e、f)。二是Tbb低于-32℃(圖3)。三是中心強度45 dBz以上的強回波單體呈帶狀分布，垂直發(fā)展高度超過5 km(圖略)。但對流的強度和特征有差異，“鮎魚”的對流發(fā)展最強，“菲特”相對弱一些，對流范圍和持續(xù)時間“杜鵑”相對較小和較短?！磅R魚”減弱期間，對流發(fā)展旺盛，浙江南部地區(qū)Tbb低于-55℃，最低達-65℃以上(圖3b)，回波結構緊密，反射率梯度大，強度在45 dBz以上，中心強度55 dBz，回波帶上可判別出多個冰雹(范愛芬等，2019)?！胺铺亍睖p弱期間，Tbb大部在-35～-45℃(圖3a)之間，回波結構松散，反射率梯度小，強度大部在35～45 dBz，但強回波單體強度達到50 dBz(圖8)。“杜鵑”倒槽對流范圍相對較小，主要集中在寧波地區(qū)，Tbb也低于-55℃(圖3c)，回波結構松散，但反射率梯度大(圖10)，45 dBz回波高度達6 km(范愛芬等，2017)。

4.2 大氣層結和不穩(wěn)定條件

三個秋季臺風減弱期間，特大暴雨只出現(xiàn)在路徑右側數(shù)百公里外的倒槽處，而非路徑附近，與大氣層結的不穩(wěn)定程度緊密相關?！胺铺亍?、“鮎魚”和“杜鵑”倒槽區(qū)域的θse和垂直速度剖面(圖6a—c)顯示500 hPa或600 hPa與邊界層θse的差值達-10 K以上，大氣層結不穩(wěn)定。而減弱的臺風中心附近大氣層結不穩(wěn)定性較倒槽區(qū)域要弱得多(圖6d—f)，甚至接近于中性，導致其降水的對流性弱或為穩(wěn)定性降水，降雨強度明顯弱于倒槽區(qū)域，未能出現(xiàn)特大暴雨。“菲特”和“鮎魚”減弱期間，均有冷空氣影響，但冷空氣影響的方式不盡相同，不同的大氣層結特征和不穩(wěn)定能量導致中尺度對流特征和強度不同。

“鮎魚”28日早晨在暖濕大氣(θse=352 K)中登陸閩中，強度減弱緩慢，登陸后繼續(xù)與西南季風連接，浙江南部地區(qū)θse在352 K以上(圖5d)。而“菲特”登陸前有冷空氣(θse≤340 K)影響華東地區(qū)，7日凌晨登陸閩北時，福建除沿海地區(qū)θse為340 K外，其他大部θse在336~340 K之間(圖略)，在干冷的大氣中行進，“菲特”強度快速減弱。登陸后，受低空東南暖濕氣流的持續(xù)影響，浙江大部地區(qū)θse≥344 K以上(圖5b)，較“鮎魚”低8 K以上。顯然，與“鮎魚”倒槽相比，“菲特”倒槽的不穩(wěn)定能量相對較弱，這是其對流發(fā)展不如“鮎魚”的原因之一。

“菲特”冷空氣從邊界層緩慢滲透(圖3a)，7日下午到夜里侵入倒槽暖濕空氣中，形成冷墊，低空暖濕氣流沿傾斜的“楔狀”冷墊爬升，大氣不穩(wěn)定性弱于“鲇魚”倒槽，大尺度上升運動區(qū)南北范圍大，相較“鮎魚”強迫抬升不夠深厚，最大上升區(qū)位于浙江北部到江蘇南部上空600—800 hPa(圖6a)。這是“菲特”減弱期間對流相對不強的又一重要原因。與“菲特”不同，“鮎魚”冷空氣除了從邊界層影響外(圖3b)，中空還有干冷空氣侵入，28日下午干冷空氣侵入浙江南部地區(qū)，其大氣層結為干冷空氣疊加在高能量的暖濕空氣上，600 hPa與近地層的θse相差-15 K，浙江南部地區(qū)的強迫抬升為深厚的垂直運動，且低空堆積了強大的不穩(wěn)定能量(圖6b)，強大深厚的上升運動穿越低空高能區(qū)，對流發(fā)展旺盛。

圖6 三個秋季臺風倒槽和減弱臺風中心的垂直速度(陰影，單位∶Pa·s-1)、θse(等值線，單位∶K)和v-ω合成矢量(ω放大10倍)垂直剖面:(a)7日20時沿121.5°E“菲特”倒槽剖面；(b)28日14時沿120.5°E“鮎魚”倒槽剖面；(c)29日20時沿121.5°E“杜鵑”倒槽剖面；(d)7日14時沿117.5°E”菲特”低壓剖面；(e)28日14時沿116.5°E“鮎魚”低壓剖面；(f)29日20時沿116.5°E“杜鵑”低壓剖面Fig.6 Vertical sections of vertical velocity(shaded,unit∶Pa·s-1),θse(red line,unit∶K)and v—ωcombined wind at typhoon inverted trough and weakening typhoon center(a)20∶00 BT 7 October 2013,(b)14∶00 BT 28 September 2016,(c)20∶00 BT 29 September 2015，(d)14∶00 BT 7 October 2013,(e)14∶00 BT 28 September 2016,and(f)20∶00 BT 29 September 2015.

“杜鵑”減弱消亡期間，低空暖濕層伸展至850 hPa以上，基本沒有冷空氣影響(圖3c)。但浙江中北部地區(qū)的東部500 hPa與850 hPa的θse的差值達-8 K以上(圖6c)；同時，副高西南邊緣與臺風殘留低壓倒槽之間的850 hPa東南急流達16 m·s-1以上，低空θse不斷增強，29日下午到夜里達350 K以上，并在近地層沿海形成能量梯度區(qū)，呈南北向分布，與海岸線一致(圖略)。該地區(qū)29日20時之后中尺度對流強烈發(fā)展。

4.3 中尺度對流的可能觸發(fā)因子

朱乾根等(2000)認為當天氣尺度所形成的不穩(wěn)定環(huán)境條件已具備時，只要存在使大氣抬升的觸發(fā)條件，中尺度系統(tǒng)即可生成。由上分析可知，三個秋季臺風登陸后減弱消亡期間，均具備天氣尺度所形成的不穩(wěn)定條件。下面的分析表明，它們的倒槽區(qū)域均具備使大氣抬升的觸發(fā)條件，包括低空切變、冷空氣、地面中尺度輻合以及地形強迫等。多個強迫因子的共同作用觸發(fā)了對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展和持續(xù)。

孫淑清等(1980)的研究認為低空急流具有超強的非地轉性，有利于暴雨的發(fā)生。孫建華等(2006)的分析也表明低空急流對臺風倒槽中尺度對流云團的發(fā)展具有重要作用。三個秋季臺風倒槽對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展均與低空急流及其輻合相對應?！胺铺亍睖p弱期間，浙北至蘇南地區(qū)位于低空16 m·s-1以上東南急流與偏東、東北急流構成的輻合區(qū)中(圖7)，中尺度對流持續(xù)(圖8)，雷達回波反射率顯示對流回波由海上向內陸持續(xù)輸送?！磅R魚”減弱消亡期間，中尺度對流在西南、東南和偏東急流交匯的浙南地區(qū)以及東南與東北急流交匯的浙北地區(qū)持續(xù)(圖3b)?！岸霹N”停止編報后，925 hPa上14 m·s-1以上的東南急流與12 m·s-1的偏東急流在浙江中北部沿海構成的切變輻合區(qū)同樣是未來12 h中尺度對流的發(fā)生發(fā)展地(圖3c)。

7日上午，“菲特”登陸后快速減弱，干冷平流到達江蘇東南地區(qū)，并滲透到安徽與浙西北交界處(圖7a)。之后弱冷空氣繼續(xù)滲透南下，與東南偏東急流攜帶的高能量暖濕氣流對峙，形成鋒區(qū)，倒槽頂部的上海至江蘇東南部、浙北東部地區(qū)分別位于鋒區(qū)內和鋒前暖濕區(qū)中(圖7b)。在低空急流和輻合的強迫基礎上，受冷空氣(鋒區(qū))、地面中尺度輻合和地形強迫的共同觸發(fā)，浙北至江蘇東南地區(qū)中尺度對流持續(xù)發(fā)生發(fā)展(圖8)。

圖8 “菲特”2013年10月7日08時極大風(箭頭)與10∶30雷達反射率(a，單位：dBz)；7日14時極大風與15∶30雷達反射率(b)和8日02∶00極大風與03∶10雷達反射率(c)Fig.8 1 h maximum wind at 08∶00 BT and reflectivity(unit:dBz)at 10∶30 BT 7，(b)1 h maximum wind at 14:00 BT and reflectivity at 15:30 BT 7，and(c)1 h maximum wind at 02∶00 BT and reflectivity at 03∶10 BT 8 October 2013.

地面加密觀測資料顯示，7日白天江蘇東南地區(qū)東北風，杭州灣以南地區(qū)偏東風(圖8a、b)(下午杭州灣西部出現(xiàn)偏北風)，小時極大風速均為8～12 m·s-1；夜里江蘇東南地區(qū)東北風增強到12～16 m·s-1,偏北風南下到浙中東部地區(qū)(圖7c)，在偏東與東北、東北與偏北風構成的中尺度輻合(包括多條小尺度輻合線)、杭州灣喇叭口地形和浙北地區(qū)東北-西南走向的天目山脈和四明山脈山地強迫作用下，浙北至江蘇東南地區(qū)中尺度對流持續(xù)發(fā)展。7日白天江蘇東南部的鋒區(qū)內帶狀回波，呈東北—西南分布；浙北地區(qū)的鋒前回波帶，呈西北—東南走向；與環(huán)境風向一致，“列車效應”明顯(圖略)。兩條對流回波帶的交接地浙西北地區(qū)回波最強，湖州地區(qū)并有山地強迫抬升影響，天荒坪水庫7日08—20時12 h雨量428 mm，接近平原雨量的4倍。寧波地區(qū)西面是四明山，西部山區(qū)地勢較高，東面臨海，北接杭州灣，南部是丘陵山地。在偏東大風和東北大風影響下，既有海岸強迫，又有山地強迫，暴雨強度與浙西北地區(qū)相當，最強降雨出現(xiàn)在西部余姚和奉化山區(qū)，余姚梁輝水庫7日02時—8日02時雨量513 mm。

“鮎魚”減弱期間，浙南地區(qū)大氣極為不穩(wěn)定，中空有干冷空氣侵入，大尺度上升運動強大深厚(圖6b)。同時，低空有冷空氣緩慢南下，2016年9月28日下午925 hPa冷空氣前鋒到達江蘇與浙江交界地帶，冷平流侵入浙西和浙北地區(qū)(圖9a)，地處354 K以上高能舌中的浙南地區(qū)，受低空冷平流觸發(fā)和中空干冷空氣侵入的共同影響，有塊狀中尺度對流強烈發(fā)展。之后冷空氣進一步南下，向浙南地區(qū)靠近，同時低空西南和東南急流在浙南地區(qū)持續(xù)交匯，在冷暖空氣的對峙過程中(圖9b)，鋒區(qū)前沿中尺度對流持續(xù)發(fā)展(圖3b)。另外，麗水地區(qū)和溫州西部復雜的山地強迫和中尺度輻合(圖略)也加劇了對流的發(fā)展和持續(xù)，最強降水位于溫州西部文成山區(qū)，文成朱雅社區(qū)28日05時—29日05時雨量584 mm，12 h最大雨量超過400 mm。

圖9 2016年9月28日14時(a)和20時(b)925 hPa溫度平流(陰影,單位:10-5 K·s-1)、風和θse(紅色線，單位:K)Fig.9θse(red line,unit:K),wind and temperature advection(shaded,unit:10-5 K·s-1)at 925 hPa at(a)14∶00 BT and(b)20∶00 BT 28 September 2016.

“杜鵑”減弱期間，中尺度對流在邊界層東南急流與偏東急流輻合造成的動力強迫基礎上，受海岸強迫和地面中尺度輻合的共同觸發(fā)而強烈發(fā)展(圖10)。地面加密觀測資料顯示29日夜里浙中北沿海出現(xiàn)12 m·s-1以上的東南大風，最強達16 m·s-1以上,杭州灣北岸以及四明山東側的寧波地區(qū)存在多條中小尺度輻合線。19時杭州灣及其北岸的嘉興地區(qū)12 m·s-1以上的東南風與東北風之間的中尺度切變上有一中心強度大于45 dBz的中尺度對流系統(tǒng)加強發(fā)展,同時寧波地區(qū)受地面中尺度輻合觸發(fā)，有中心強度45 dBz的南北向狹窄帶狀回波發(fā)展(圖10a)。之后，隨著沿海東南大風的持續(xù)，海岸強迫加強，并與地面中尺度輻合強迫共振，對流發(fā)展最為旺盛，半夜前后，浙中北沿海地區(qū)對流連成一線(圖10b)，45 dBz回波高度達6 km左右，寧波地區(qū)小時最大雨量為90 mm。隨著東南暖濕氣流的持續(xù)北上，杭州灣北岸的東北風逐漸被東南風替代，中尺度對流消亡；而寧波地區(qū)受地面中尺度輻合和海岸強迫的共同影響，中尺度對流持續(xù)發(fā)展(圖10c、d)，環(huán)境風場與回波帶走向基本一致，回波帶較長，反射率梯度大，通過同一地區(qū)的強回波較多，特大暴雨發(fā)生，最強降雨出現(xiàn)在寧波沿海地區(qū)，鎮(zhèn)海站29日20時—30日8時12 h雨量276 mm。

圖10 “杜鵑”2015年29日19時(a)、30日00時(b)、30日03時(c)和30日05時(d)地面1 h極大風和杭州雷達0.5度仰角反射率因子(陰影，單位：dBz)Fig.10 One hour maximum surface wind and radar reflectivity of 0.5°elevation(shaded,unit:dBz)at(a)19∶00 BT 29 September,(b)00∶00 BT 30 September,(c)03∶00 BT 30 September,and(d)05∶00 BT 30 September 2015.

5 結論

本文通過對秋季臺風“菲特”、“鲇魚”和“杜鵑”登陸后倒槽特大暴雨的大尺度環(huán)流特征和中尺度對流的可能觸發(fā)因子進行分析研究，得出以下結論：

(1)副高、西南季風和雙臺風等大尺度環(huán)流的合理配置為三個秋季臺風倒槽特大暴雨的產(chǎn)生提供了極為有利的水汽和動力、熱力條件。特大暴雨發(fā)生在低空水汽通量輻合、θse大值區(qū)或鋒區(qū)以及大尺度強迫抬升的重疊區(qū)域。臺風倒槽區(qū)域和減弱的臺風中心附近均出現(xiàn)了水汽輻合、θse和強迫抬升的持續(xù)，大尺度模式往往將強降水預報在減弱的臺風中心附近，實況是特大暴雨出現(xiàn)在層結不穩(wěn)定性強的倒槽區(qū)域，業(yè)務預報需特別關注大氣層結的不穩(wěn)定程度。

(2)“菲特”倒槽和“鮎魚”倒槽均有冷空氣影響，在冷空氣南侵的同時，暖濕氣流北上，在冷暖空氣的對峙過程中，中尺度對流長時間持續(xù)。但它們的冷空氣影響方式、大氣層結特征和不穩(wěn)定能量有差異，中尺度對流的強度和特征不同。“鮎魚”減弱期間，浙南地區(qū)邊界層θse為352 K以上，中空干冷空氣疊置在低空鋒前高溫高濕區(qū)上，觸發(fā)深厚的垂直上升運動，中尺度對流呈塊狀分布，發(fā)展旺盛?！胺铺亍睖p弱消亡期間，邊界層θse低于348 K，冷空氣僅從低空南下，暖濕氣流在冷墊上爬升，觸發(fā)傾斜上升運動，中尺度對流呈片狀分布，相較“鮎魚”發(fā)展相對弱一些。但中尺度對流長時間在相同地點持續(xù)，其暴雨強度與“鮎魚”相當?！岸霹N”倒槽基本沒有冷空氣影響，但浙中北沿海地區(qū)處于592 dagpm副高西伸脊的西南邊緣，大氣層結不穩(wěn)定，在低空切變、地面中尺度輻合和海岸強迫的共同觸發(fā)下，中尺度對流發(fā)生發(fā)展，海岸強迫和地面中尺度輻合共振時，對流發(fā)展強烈。

(3)業(yè)務預報需特別關注臺風倒槽的對流強度、特征和持續(xù)時間，抓住中尺度對流的可能觸發(fā)因子。如寧波、溫州和湖州地區(qū)地勢特殊，不同的風向造成的地形強迫不同，對流的強度和特征及強降水落區(qū)不同，需時刻注意地面加密觀測的風向風速變化，結合實況降水，及時訂正已經(jīng)出現(xiàn)偏差的倒槽降水預報。