“凡亚比”台风与冷锋共同造成湘黔暴雨成因分析

2011-12-23周明飞万雪丽杜小玲

中低纬山地气象 2011年3期

关键词：冷锋低层水汽

周明飞，万雪丽，杜小玲

(贵州省气象台，贵州贵阳 550002)

“凡亚比”台风与冷锋共同造成湘黔暴雨成因分析

周明飞，万雪丽，杜小玲

(贵州省气象台，贵州贵阳 550002)

利用常规气象观测资料、NCEP资料、卫星资料等，对2010年9月21—22日湘黔北部一次台风倒槽暴雨过程进行天气动力学诊断分析。结果表明：暴雨出现在冷锋和倒槽共同影响区的主要原因是：冷锋前，暴雨区处于暖性不稳定区，台风倒槽带来充沛水汽。冷空气侵入台风倒槽后，使倒槽附近的水汽辐合加大，湿斜压锋区加强，垂直速度增大，冷空气与低层强的暖湿平流相互作用，激发出中尺度暴雨系统，不稳定能量释放，且对流云团的维持少动，造成了降水的持续，并形成暴雨。

暴雨;倒槽;冷锋

1 引言

暴雨是西南地区重要的灾害性天气。一般由中纬度西风带系统造成的暴雨天气过程分析个例较多，而对台风暴雨的分析较少。贵州处于西南内陆地区，直接受台风的影响较小，但经由华南登陆减弱的台风低压西移(或南海低压北上)对贵州的降水天气影响却是不可忽视的。台风是影响我国南方地区主要的天气系统，因此对台风的研究也很多，胡娅敏［1］等利用1949—2006年登陆我国热带气旋(TC)资料，采用统计方法对比分析了近58 a登陆我国TC的频数、强度、初(终)旋日、台风季长度等气候特征参数的总体和区域分布及其时间演变特征。贺春江［2］等对比分析0604号强热带风暴与0606号台风的强度变化、环流背景、云系结构以及物理量的分布特点，探讨两个台风暴雨降水的成因。姚才［3］等利用每6 h一次的NCEP/NCAR再分析格点资料对9615号和0103号两个典型台风的大尺度环境场特征进行对比分析。韦丹宜［4］等试析“碧利斯”造成广西大暴雨的原因。目前的研究对台风的气候统计特征和对东南沿海台风登陆省的降水研究较多，对台风登陆后进入内陆省份的研究较少。9月不仅有台风登陆的影响同时中纬度西风带系统的影响也开始加强并向南扩，尤其是当两者结合时造成的天气较复杂。2010年9月21-22日湘黔之间的暴雨天气过程即受台风倒槽和冷锋共同影响，本文利用常规气象资料、NCEP资料、卫星、地面加密等资料，对此次过程的天气背景、动力场、热力场结构及卫星云图等特点进行综合分析，以探讨此次暴雨过程的天气成因。

2 资料和处理

本文对天气形势的分析采用常规资料、探空站点资料和地面每3 h观测资料，对物理量场的分析采用6 h一次的NCEP/NCAR再分析的全球格点资料，该资料的水平分辨率为1°×1°。文中所提及的时间均为北京时。为表述简洁，台风登陆后减弱为低压，图示中仍用台风符号表示。

3 降水实况和特点

2010年9月21日20时-22日20时，受南下冷锋和西移台风倒槽共同影响，贵州东北部和湖南西北部出现暴雨天气，降水主要集中在21日20时-22日08时，贵州东北部出现5县站暴雨，湖南西北部出现9县站暴雨，贵州乡镇83站暴雨，暴雨落区主要在贵州东北部和湖南西北部地区，即为冷锋和倒槽共同影响的区域，且分析发现在此次过程中仅受冷锋影响的重庆和仅受倒槽影响的江西都没有出现暴雨天气时，因此初步判断此次单一的冷锋和倒槽系统，也都没有造成区域暴雨天气过程。

图1 (a)9月21日20时-22日20时贵州省24 h降水量图(单位：mm，其中浅灰色为≥25 mm，深灰色为≥50 mm);(b)9月21日08时-22日08时湘黔地区24 h降水量图(单位：mm，其中＜25 mm未显示)

4 天气背景分析

4.1 台风路径

1011号“凡亚比”台风为西太平洋台风，于2010年9月15日20时生成，16日23时形成台风，17日18时为强台风，18日16时加强为超强台风。19日08时减弱为强台风，09时前后在台湾花莲丰滨乡附近沿海登陆。下午14时在台湾台南楠西乡境内减弱为台风。20日07时在福建漳浦县沿海再次登陆，一路西移，台风中心20日20时位于广东西部地区，21日08时位于两广交界北部地区，21日20时台风中心进入广西东部，倒槽位于湖南省西部，贵州受倒槽前东北气流影响，副高呈带状，自华东至青海，588线西伸至87°E左右。随后冷锋侵入，造成湘黔区域暴雨。22日08时台风中心略西移，仍位于广西东部，22日20时进入广西西部，23日08时台风低压强度明显减弱，低压环流不完整，贵州转偏南气流影响(图2)。

图2 台风路径图

4.2 地面锋面路径

锋面路径(图略)：15日08时，冷锋位于蒙古至新疆北部，16日东移南压至我国东北华北一带，17-18日冷锋在黄淮至秦岭以北缓慢移动，19日20时-21日08时，受台风登陆影响，冷锋停滞在江淮地区，21日08时，翻越秦岭的新冷锋在川北，并与江淮地区的冷锋结合，带动其南下，21日20时，冷锋位于湖北南部、重庆中部一线，22日20时，冷锋南压至华南地区。其中在21日20时至22日08时期间，冷锋由湖北南部一线逐步南下侵入湘黔之间的倒槽，造成了暴雨天气。

4.3 天气形势

如图3a所示，9月21日20时，500 hPa台风中心位于广西东部，倒槽位于湘黔之间，我国东北至华北有一条西风带槽，西风槽的东移有利于冷空气的南下。地面冷锋位于湖北南部一线(图略)，未来南下影响贵州。850 hPa上有一条明显的暖舌自贵州西南部伸向东北部(图略)。暴雨落区处于高能量区、锋前和倒槽附近，有上升运动发展。图3b显示9月21日20时卫星云图和地面流线叠加，可以清楚看到锋面云系尾段和倒槽北部云系在湖南北部结合在一起，并在结合区有对流云团的发展。至22日02时，锋面进一步南下与地面倒槽结合，促进了垂直运动的发展，上升运动达到最强，不稳定能量开始释放，降水也最强。至22日08时，冷锋南压，850 hPa上有冷舌侵入，不稳定能量释放，暴雨天气结束。

5 物理量场分析

5.1 水汽条件

图3 (a)9月21日20时500 hPa高度场和风场(黑色线：等高线，棕色线：槽线);(b)9月21日20时卫星云图与地面流线图(黑色箭头线：地面流线，黑色线圈：地面流线结合区)

从图4a上可以看出持续有水汽从东南方向来，即倒槽的方向，从华东地区到贵州都处于高比湿区，尤其在贵州东部和湖南西部达到15 g·kg-1。9月22日02时在贵州东部和湖南西北部形成两个强的水汽辐合中心，暴雨均出现在水汽辐合区，水汽条件有利于暴雨的产生。强降水结束以后落区的水汽辐合明显减弱(图略)。从图4b上可以看出，21日20时-22日08时水汽在109°E 上，27～30°N之间有明显的辐合，之后水汽辐合向南发展。而在21日20时之前109°E上的较高纬度上没有明显水汽的辐合，说明在冷锋移动过程中，未碰到倒槽之前，锋面附近水汽条件不是很充沛，而是台风倒槽带来了暖湿空气。从图4c上可以看到，21日20时-22日08时水汽在26°N 上，106～112°E之间(即贵州东北部和湖南西北部)有明显的辐合，而在21日20时之前倒槽经过的湖南以东的地区，没有受到冷锋的加入，没有很强的水汽辐合，说明冷锋的加入有利于暖湿空气的爬升，形成强的水汽辐合。通过图4 b和图4 c的结合分析，发现只有在台风倒槽和冷锋共同影响的区域(区域范围，用经纬度区间表示)出现了强的水汽辐合，说明台风倒槽带来了充沛的水汽，冷锋的侵入加强了暖湿空气爬升，水汽辐合，两者的结合给暴雨的发生提供了有利的水汽条件。

图4 (a)9月22日02时850 hPa风场、比湿及水汽通量散度图(箭头：风场，单位：m·s-1;阴影：比湿≥10 g·kg-1;线条：水汽通量散度，单位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1);(b)9 月22 日02 时通过 109°E，24 ～35°N，850 hPa水汽通量散度时间纬度图(单位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1);(c)9 月22 日02 时通过26°N，110 ～120°E，850 hPa水汽通量散度时间经度图(单位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.2 垂直速度

对比分析图5a与图5b以及图5c与图5d，即21日20时与22日02时的垂直速度发现：在冷锋侵入前，如图5a和图5c所示在暴雨落区106～113°E和27～30°N附近仅有弱的上升运动，垂直速度最大值均为-0.6 pa·s-1。而在冷锋侵入时，如图5b和图5d所示，在暴雨落区的垂直上升运动有明显的加强。从图5b上看出，从106～113°E之间都是上升运动区，最强的中心在109°E，从对流层低层到中层都有上升运动，最强的上升运动在低层800 hPa左右，中心值达 -2.1 pa·s-1。图5d上，从27～30°N之间都是上升运动区，最强的中心在28°N，从对流层低层到中上层400 hPa都有上升运动，最强的上升运动在低层800 hPa左右，中心值达-2.1 pa·s-1。上升运动位于锋面前部，锋后有弱的下沉气流，在锋面附近形成一个南北向的次级环流。

同时发现，在冷锋侵入前，低压倒槽从低层到高层位置一致(图略)，保持正压结构，低层冷锋侵入后，高层倒槽比低层向西偏，说明冷空气的侵入造成斜压增强，位势不稳定增长。

图5 垂直速度、风场剖面图(单位：pa·s-1)(a)9月21日20时沿28°N、(b)9月22日02时沿28°N、(c)9月21日20时沿109°E、(d)9月22日02时沿109°E

5.3 涡度散度

分析图6可知，9月22日02时散度场呈低层强辐合高层辐散分布，109°E和112°E低层辐合中心的强度分别达到-6×10-5s-1和-8×10-5s-1，在辐合辐散的中间，有正的涡度区，尤其在112°E，中间的正涡度中心值达21×10-5s-1，这种散度场与涡度场的配置非常有利于上升运动的发展。

图6 9月22日02时散度(单位：10-5s-1，等值线，间隔1个单位)、涡度(单位：10-5s-1，阴影，间隔3个单位)垂直剖面图(沿28°N)

5.4 假相当位温

6 卫星云图分析

从卫星红外云图来看，9月21日20时，在冷锋云系尾部和台风倒槽云系的北端交汇处即湘黔北部交界处有对流云团发展，在湖南西北部和贵州东北部各有一个TBB中心，云顶亮温最低值分别为-35℃和-40℃。一直到9月22日03时，对流云团有所减弱，云区扩散，但位置少动。在此次暴雨过程中，对流云团的发展并不是很旺盛，但其位置的维持使得降水的持续，并造成了暴雨天气。