庐山夏季台风暴雨物理量分析

肖 云，黄绍文，马中元

(1．新余市气象局，江西新余 338025；2.江西省气象科学研究所，南昌 330046)

庐山夏季台风暴雨物理量分析

肖 云1，黄绍文1，马中元2

(1．新余市气象局，江西新余 338025；2.江西省气象科学研究所，南昌 330046)

利用地面观测资料和NCEP1°×1°格点再分析资料，对庐山夏季强降水的天气系统进行统计分析和物理量计算，结果表明：台风是庐山后汛期暴雨或大暴雨产生的主要天气系统;台风暴雨分为A型和B型两种降水类型；涡度、散度、螺旋度、垂直速度、水汽通量与水汽通量散度等物理量与台风暴雨关系密切，物理量特征阈值对确定台风暴雨预报有一定指导意义；24°N～30°N、116°E～120°E为物理量特征区域，各物理量在特征区域中超过阈值时，庐山极有可能有暴雨发生。

庐山；台风暴雨；物理量场；物理量阈值

庐山台风暴雨主要发生在7—9月。自1970年以来，庐山出现过三次引发重大灾害的台风暴雨：1975年8月12—20日，受台风影响，庐山累积雨量达1 100.0 mm，死3人伤3人；1990年6月30日—7月2日,受6号台风波西影响，庐山累积过程降雨量达427.0 mm，死6人伤1人；2005年9月2—4日,受13号台风泰利影响，庐山累积过程降雨量达937.4 mm，出现严重泥石流和山体滑坡，死9人伤11人，经济损失2亿多元。

针对带来严重灾害的台风暴雨，国内外不少学者进行了大量研究，取得了不少成果。孟妙志[1]对2002-08-05陕西省突发性暴雨进行诊断分析,发现暴雨区具有高能量、位势不稳定很深厚的环境场,台风北上加强了扰动和水汽输送。陈玉林等[2]利用1949—2001年的台风资料，统计出7—9月是台风多发季节，其中8月份台风最多。张弘等[3]分析了近海台风对陕西暴雨的影响特征，指出陕西汛期区域性暴雨与近海台风有着较高的相关率和近海台风对陕西暴雨的影响主要有两类。尹东屏等[4]通过对台风暴雨期间涡度与垂直速度空间结构变化进行了分析，认为暴雨的增幅发生在正涡度发展和上升运动明显增强的过程中，当上升运动减弱时，雨强也减小。宁志谦[5]选取2003-08-29和2005-08-15两个暴雨个例,对流层低层两类偏东风气流上的物理量分布特征进行对比分析认为台风低压北侧偏东风是水汽输送的通道，并对水汽的输送和能量的聚集有重要作用。张淑敏[6]对2010年7月22—24日发生在陕西渭北的强降水天气进行分析,发现低层切变线、低涡、低空急流是暴雨产生的主要影响系统。牛乐田[7]认为对流层高低层湿位涡“正负区垂直叠加”的结构是暴雨发展的有利配置。

上述研究对庐山夏季台风暴雨的预报和研究具有重要指导意义，但从物理量上分析台风暴雨还很少。本文利用常规天气资料和NCEP1°×1°再分析资料进行分析和计算，试图总结出庐山台风暴雨过程的物理量特征，为庐山台风暴雨预报奠定基础。

1 强降水特征

1.1 强降水统计

2002—2010年的7—9月，庐山25次强降水过程日降水量(20:00—20:00)大于45 mm(表1)，其中9次大暴雨，4次特大暴雨。平均每年暴雨为2.7次，以2005年为最多，以2003、2004和2007年为最少。大暴雨每年平均为1次，除少数年份外，分布较均匀。2005年为台风活动高峰年，出现大暴雨3次，特大暴雨2次。

表1 2002—2010年7—9月庐山25次强降水过程日降水量(20—20)统计 次

1.2 强降水过程天气系统分型

对庐山25次强降水天气形势及系统配置进行分型(表2)：① 台风暴雨型，因台风及其减弱后的低压给庐山带来的降水，包括台风及其低压与西风带系统共同作用的降水；② 西风带型，指因江淮气旋、高空低槽、中层切变、低涡、地面锋、地面倒槽等系统引起的强降水；③ 副热带高压边缘型，除副热带高压以外没有明显的其他系统相配合而产生的降水；④ 东风波型，指没有达到台风级别的东风带系统带来的强降水，如东风波、热带低压、华南季风槽等。

25次强降水中，台风型有11次，占个例总数的44%，说明台风是庐山暴雨或大暴雨的主要天气影响系统。

表2 2002—2010年7—9月庐山强降水过程的四类天气系统分型 次

1.3 台风暴雨分型

台风暴雨分两种类型(表3)(台风等级按GB/T19201—2006划分)。

台风暴雨A型：台风沿福建南部，进入江苏中部后西行，引发庐山降水发生，此类个例有8个(辛乐克、云娜、海棠、马莎、泰利、格美、桑美、莫拉克)。

台风暴雨B型:台风登录时没有形成降水，登陆减弱后的低压环流进入江西，引发降水发生，此类个例有3个(碧利斯、圣帕、凤凰)。

2 动力条件

2.1 涡度场

强盛的正涡度为庐山暴雨的发生提供了动力条件。8次台风A型降水过程发生前20：00涡度场，都有强涡度中心位于庐山以东偏南苏闽地区(117°E～122°E、25°N～31°N)，中心强度大于14×10-5s-1，强中心位于850～400 hPa。台风玛莎2005-08-06T20 850 hPa涡度场上(图1a)，庐山以东117°E～122°E、950～500 hPa为大于14×10-5s-1正涡度中心。正涡度最大高度可伸展至300 hPa(图1c)。

表3 影响庐山强降水的11次台风概况

台风B型低压环流在江西上空，位置接近庐山，正涡度中心较A型的偏弱，位于江西南部和中部上空(114°E～123°E、24°N～28°N)，900～650 hPa中心涡度值大于10×10-5s-1(图1b)，剖面特征为114°E～121°E存在大于6×10-5s-1正涡度中心，正涡度最大高度可伸展至300 hPa(图1d)。

2.2 散度场

台风A型：低层辐合在116°E～122°E、24°N～32°N，1 000～900 hPa为-5×10-5s-1强辐合，800 hPa以上辐散明显，辐散值为3×10-5s-1左右；剖面上低层辐合高层辐散同样明显，1 000～800 hPa低层辐合区位于118°E～123°E，高层辐散中心位于700～200 hPa，这种高低空散度场配置有利于低层暖湿水汽抽吸到高层，形成大暴雨或特大暴雨。

台风B型：庐山附近上空有比较明显的辐合区，其中心最大值为-3×10-5s-1，高空无明显辐散，抽吸作用相对较弱。

2.3 螺旋度场

螺旋度场主要有两种形势：一种是有强正螺旋度中心；另一种是具有符号相反的相邻正负螺旋度对。

台风A型：降水发生前20：00，螺旋度特征最为明显。辛乐克、云娜、海棠台风过程中，低层800 hPa以下120°E～123°E、25°N～30°N有大于30×10-4m/s2正螺旋度中心。而马莎、泰利、桑美、格美、莫拉克台风，具有明显符号相反的相邻正负螺旋度对，正螺旋度中心值相对较大，强度在10×10-4m/s2以上。正负螺旋度对出现在200 hPa以下，范围较为宽广，114°E～123°E、22°N～30°N都可能出现(图2a)，剖面分析可以发现庐山东侧上游120°E～123°E的正螺旋度中心非常强盛，8例中有5例900～500 hPa有大于16×10-4m/s2的正螺旋度强中心(图2c)。

台风B型：3例中有2例螺旋度场上700～500 hPa有符号相反的正负螺旋度对，其正螺旋度中心大于6×10-4m/s2(图2b)；沿29°N剖面图上，119°E～123°E、500～200 hPa有一强度大于8×10-4m/s2的正螺旋度中心(图2d)。

2.4 垂直速度场

台风A型8例中有6例(辛乐克、云娜、海棠、马莎、泰利、莫拉克)24°N～30°N、116°E～122°E，925～500 hPa存在小于-1×10-5Pa/s强上升运动区；沿29°N经向剖面上垂直速度区最高可维持到200 hPa，上升运动区主要位于117°E～123°E，中心值在-0.8×10-5Pa/s以下。

图1 台风暴雨A型及B型涡度场(单位为10-5 s-1；a 台风玛莎2005-08-06T20 850 hPa；b 台风碧利斯2006-07-15T20 850 hPa;c 台风玛莎2005-08-06T20沿29°N剖面；d 台风碧利斯2006-07-15T20沿29°N剖面)

台风B型上升运动区最大中心值相对台风A型略小，在-0.8×10-5Pa/s以下，且中心位置离庐山较远。

3 水汽条件

3.1 水汽通量

台风登陆往往带来充沛水汽，水汽通量是表示水汽输送强度的物理量，代表水汽输送的大小和方向。

台风A型：975～925 hPa有来自东路的强水汽输送，水汽通量中心值大于34 g/(cm·hPa·s)，并位于119°E以东(图3a)；水汽通量剖面上，水汽通量强输送特征也非常明显，主要表现在中低层1 000～700 hPa，119°E以东，所有个例都存在大于30 g/(cm·hPa·s)的水汽通量输送中心，其中6个个例水汽通量输送中心值大于40 g/(cm·hPa·s)(图3c)。

台风B型：降水发生前20：00，由于台风减弱后的低压环流还存在，来自东路水汽输送明显，但中心范围比较散乱(111°E～120°E、23°N～30°N)，水汽通量中心最大值大于22 g/(cm·hPa·s)，位于975～850 hPa(图3b)；沿29°N剖面图上，700～900 hPa庐山以东上游118°E～124°E，有大于24 g/(cm·hPa·s)的水汽中心存在(图3d)。

3.2 水汽通量散度

水汽通量散度表示水汽的源和汇，即水汽通量的收支。台风A型降水过程中，台风环流附近(117°E～123°E、24°N～30°N)，低层1 000～800 hPa的水汽通量散度中心值都在-12×10-7g/(cm2·hPa·s)以下。900 hPa以上水汽通量散度辐合迅速减小，表明台风A型降水发生之前，低层有来自台风的丰富水汽；水汽通量散度剖面上，庐山东侧117°E～123°E、低层1 000～800 hPa有强水汽辐合，其辐合强度中心在-11×10-7g/(cm2·hPa·s)以下，非常有利于庐山强降水的发生。

图2 台风暴雨A型及B型螺旋度场(单位为10-4 m/s2；a 台风玛莎2005-08-06T20 500 hPa；b 台风碧利斯2006-07-15T20 500 hPa；c 台风玛莎2005-08-06T20 沿29°N剖面；d 台风碧利斯2006-07-15T20沿29°N剖面)

图3 台风暴雨A型及B型水汽通量场(单位为g/(cm·hPa·s)；a 玛莎2005-08-06T20 850 hPa；b 碧利斯2006-07-15T20 850 hPa；c 玛莎2005-08-06T20沿29°N剖面；d 碧利斯2006-07-15T20沿29°N剖面)

台风B型位于江西上空的水汽通量散度略弱，但仍然达到-8×10-7g/(cm2·hPa·s)；水汽通量散度剖面场上，水汽通量散度辐合区域相对于台风A型较偏西，位于114°E～117°E，中心最大值在-7×10-7g/(cm2·hPa·s)以下，出现的高度相对较低，位于1 000～850 hPa。

4 物理量阈值

庐山东侧24°N～31°N、116°E～121°E为物理量特征区域，在该区域中物理量值超过阈值并有发展向庐山移动时，庐山极有可能出现暴雨。

台风A型暴雨物理量特点：

① 116°E～121°E、24°N～31°N满足850～400 hPa正涡度中心≥14×10-5s-1；

② 1 000～900 hPa辐合中心强度≤-5×10-5s-1；

③ 850～700 hPa正螺旋度中心≥30×10-4m/s2或高空有正螺旋度≥10×10-4m/s2的正负螺旋度对；

④ 925～500 hPa垂直上升运动中心≤-1×10-5Pa/s；

⑤ 975～925 hPa水汽通量≥34 g/(cm·hPa·s)；

⑥ 1 000～800 hPa水汽通量辐合≤-12×10-7g/(cm2·hPa·s)。

台风B型降水主要物理量特点：

① 114°E～120°E；24°N～30°N满足900～650 hPa正涡度中心≥10×10-5s-1；

②1 000～850 hPa辐合中心≤-3×10-5s-1；

③ 750～500 hPa正螺旋度中心≥6×10-4m/s2的正负螺旋度对；

④ 925～500 hPa垂直上升运动中心≤-0.8×10-5Pa/s；

⑤ 975～850 hPa水汽通量≥24 g/(cm·hPa·s)；

⑥ 1 000～850 hPa水汽通量辐合≤-8×10-7g/(cm2·hPa·s)。

5 阈值检验

2011—2013年影响并造成庐山产生暴雨的台风有4个，分别是2011-08-07“梅花”、2012-08-09—11“海葵”、2013-07-14—15“苏力”、2013-08-22—23“潭美”，其中“海葵”的影响最大，造成了连续三天大暴雨，过程降水量达533.4 mm。通过对台风路径、降水量分析，4次台风过程都属于台风A型，且物理量特征满足以下特点：

① 116°E～119°E、24°N～29°N满足850～400 hPa正涡度中心≥15×10-5s-1；

② 1 000～900 hPa辐合中心≤-6×10-5s-1；

③ 850～700 hPa正螺旋度中心≥32×10-4m/s2；

④ 925～500 hPa垂直上升运动中心≤-1×10-5Pa/s

⑤ 975～925 hPa水汽通量≥36 g/(cm·hPa·s)；

⑥ 1 000～800 hPa水汽通量辐合≤-14×10-7g/(cm2·hPa·s)。

以上物理量标准都大于上文所述的物理量阈值，可以用于实际预报应用。

6 结论

(1) 2002—2010年7—9月，庐山过程降水量大于45 mm的强降水过程共有25次，天气学分型可以分为台风型、西风带型、副热带高压边缘型、东风波型，其中台风是庐山夏季强降水的主要影响系统。

(2) 11次台风暴雨过程，辛乐克、云娜、海棠、马莎、泰利、格美、桑美、莫拉克8例为台风A型降水；碧利斯、圣帕、凤凰3例为台风B型降水。

(3) 台风A型降水前20：00物理量特征为：① 116～121°E、24～31°N满足850～400 hPa正涡度中心≥14×10-5s-1；② 1 000～900 hPa辐合中心≤-5×10-5s-1；③ 850～700 hPa正螺旋度中心≥30×10-4m/s2或高空有正螺旋度≥10×10-4m/s2的正负螺旋度对；④ 925～500 hPa垂直上升运动中心≤-1×10-5Pa/s；⑤ 975～925 hPa水汽通量≥34 g/(cm·hPa·s)；⑥ 1 000～800 hPa水汽通量辐合≤-12×10-7g/(cm2·hPa·s)。

(4) 台风B型降水前的20：00物理量量特征为：① 114～120°E、24～30°N满足900～650 hPa正涡度中心≥10×10-5；② 1 000～850 hPa辐合中心≤-3×10-5s-1；③ 750～500 hPa正螺旋度中心≥6×10-4m/s2的正负螺旋度对；④ 925～500 hPa垂直上升运动中心≤-0.8×10-5Pa/s；⑤ 975～850 hPa水汽通量≥24×10-5g/(cm·hPa·s)；⑥ 1 000～850 hPa水汽通量辐合强度≤-8×10-7g/(cm2·hPa·s)。

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1006-4354(2014)05-0007-07

2014-04-29

肖云(1982—)，男，汉族，四川邛崃人，大学本科，工程师，主要从事天气预报及研究。

收稿日期：中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室开放课题(2010LASW-A03)、中国气象局气象关键技术集成与应用项目(CMAGJ2011Z05)、江西省气象局重点项目(JXQX2010Z09)、(JXQX2008Z04)、江西省气象局创新基金(GCX200909)共同资助

P458.124

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