厦门至莆田登陆台风对温州雨量影响研究

2016-04-21李传祥王建东陈宣淼

浙江气象 2016年1期

关键词：物理量雨量台风

李传祥　郑　峰　王建东　陈　瑶　陈宣淼

(1.瑞安市气象局，浙江瑞安325200；2.温州市气象局，浙江温州325027；3.乐清市气象局，浙江乐清325600)

厦门至莆田登陆台风对温州雨量影响研究

李传祥1郑峰2王建东1陈瑶1陈宣淼3

(1.瑞安市气象局，浙江瑞安325200；2.温州市气象局，浙江温州325027；3.乐清市气象局，浙江乐清325600)

摘要：利用常规资料、NCEP/NCAR2.5°×2.5°每日4次再分析资料对1971—2012年在厦门至莆田登陆台风对温州的雨量影响进行了研究。厦门至莆田登陆台风对温州带来明显雨量影响的其登陆时强度一般在强热带风暴或其以上，登陆后路径一般都是偏西行或西北行，登陆前24 h温州850 hPa会出现偏东风急流、500 hPa会出现偏东风，登陆时温州700 hPa会出现相对湿度≥80%的湿区，925 hPa水汽通量散度中心值一般≤-4×10(-8) g·cm(-2)·hPa(-1)·s(-1)，700 hPa垂直速度中心值一般≤-0.25 m/s，700 hPa螺旋度中心值一般≥125×10(-7) hPa·s(-2)。

关键词：台风；雨量；物理量

0引言

台风是对浙江影响最大的天气系统之一，几乎每年都会有数个台风登陆或影响浙江。而温州(27.1°N～28.7°N、119.5°E～121.7°E)处于浙江的东南沿海，更是台风影响的前沿阵地。每当台风影响时，伴随而至的大风、暴雨、风暴潮等灾害都会直接或间接给经济建设和人民生命财产等方面带来巨大损失。大风和风暴潮灾害一般发生在台风登陆前后，而台风暴雨不仅在登陆前后可发生，登陆几天后，台风残涡在有利条件下还可带来超过登陆时的特大暴雨，造成严重灾害。很早以来，我国学者和预报员就针对台风暴雨作了许多工作[1]。影响台风暴雨强度及范围的因素很多，主要有台风本身强度、范围、结构、山脉地形[2]、海岸线分布[3]、下垫面湿地[4]、大尺度环流[5]等因素。台风主要依靠低空急流向其输送水汽和能量，其水汽收支和降水关系的研究结果[6-7]表明水汽输送对台风有明显影响。数值试验[9]表明，大陆处于干旱期时，使得台风登陆以后减弱加快，降水明显偏弱。冷空气、中尺度槽等中纬度系统与登陆台风相互作用对台风降水有重要作用。同时台风强降水过程中中小尺度系统活动也很频繁。程正泉等(2006)对近十年来国内台风暴雨研究进展综述[9]指出，尽管目前台风暴雨研究取得相当进展，然而对台风降水的预报尤其是登陆时和登陆后的暴雨强度和分布预报仍十分困难。

据资料统计，从厦门到温州登陆的台风一般会对温州带来影响，福州至温州登陆台风一般会严重影响温州，厦门至莆田登陆台风对温州的影响程度一般相对较轻。本文主要探讨厦门至莆田(24.4°N～25.5°N)登陆台风影响温州雨量的因子。

1资料及处理

根据中国台风网1971—2012年的台风资料查找出期间在厦门至莆田登陆的台风个例，利用温州市8个国家观测站(分别为温州、乐清、永嘉、洞头、瑞安、平阳、文成、泰顺观测站)的雨量资料对台风影响程度进行分类，利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°每日4次再分析资料进行物理量分析。为了便于分析，参考叶子祥等(2013)制定的台风灾情统计结果[10]，将台风的雨量影响程度作如下规定。

1)0级无明显影响：区域内Rg<100 mm或R24<50 mm(Rg、R24分别代表过程雨量和24 h最大降水量)。

2)1级一般影响：区域内至少有2个县100 mm≤Rg<150 mm且50 mm≤R24<100 mm。

3)2级严重影响：区域内至少有2个县150 mm≤Rg<250 mm且100 mm≤R24<150 mm。

4)3级灾害性影响：区域内至少有2个县250 mm≤Rg且150 mm≤R24。

为便于表述，1～3级影响统称为明显影响。

2登陆时强度

表1显示，1971—2012年厦门至莆田登陆的台风个例共有22个，0、1、2、3级所占的比例分别为59.1%、9.1%、27.3%和4.5%。由此可见，厦门至莆田登陆台风对温州的雨量影响以0级为主，其次为2级。厦门至莆田登陆台风对温州带来明显雨量影响的时间主要在8月和9月。表2显示，对温州带来明显影响的9个个例中，7个为强热带风暴或台风级别，1个为热带风暴，1个为热带低压。因此，厦门至莆田登陆台风对温州带来明显雨量影响的一般登陆时强度在强热带风暴或其以上。

表1　1971—2012年在厦门至莆田登陆台风

表2　1971—2012年在厦门至莆田登陆台风的

3登陆后路径

从登陆后路径分析(图1)，0级影响的台风登陆后路径从西南行到东北行继续入海的都有，2级影响的台风登陆后路径以西北行为主，1级影响的2个个例和3级影响的1个个例登陆后路径都是偏西行。因此，厦门至莆田登陆台风对温州带来明显雨量影响的登陆后路径一般都是偏西行或西北行。

(a为对温州0级影响台风，b为对温州1级(0519、7122)和3级(8712)影响台风，c为对温州2级影响台风)图1　1971—2012年厦门至莆田登陆台风路径图

4冷空气

从850 hPa形势场来分析有无冷空气影响(图略)。22个台风个例中，有冷空气影响的有2个个例，1级、2级各1个。因此，台风登陆厦门至莆田一带时，若有冷空气影响，一般会对温州带来明显雨量影响。

5物理量场分析

物理量场分析采用合成分析，由于给温州带来明显雨量影响的1、2和3级个例个数分别为2、6和1个，为便于研究，以下将1、2和3级个例统一作为明显影响的个例进行合成分析。其中2级影响的1个个例7412登陆前后温州的降水主要为局地的雷阵雨，在进行单个个例分析时其物理量场不能较好反应台风本体或外围给温州带来的系统性降水，未将其纳入进行合成分析，因此明显雨量影响的合成分析个例总数为8个。

5.1风场

有关研究指出：低空急流是一种动量、热量和水汽的高度集中带，和暴雨发生的相关系数可达0.8[11]。登陆台风水汽输送的大尺度环流特征为一支东南风急流，经台风东侧卷入台风环流。急流带来的中低层强暖湿平流还有利于产生不稳定层结[12]。如果从地面至500 hPa各层一致吹偏东风，则有利于暴雨增强；若地面为偏东风，至上空转为西风，则不利于暴雨增强[13]。分析500 hPa风场(图2)，无明显影响个例登陆前24 h温州为偏东风，强度为4 m/s，明显影响个例登陆前24 h温州为偏东风，风速为12 m/s；无明显影响个例登陆时温州为东南风，风速为10 m/s，明显影响个例登陆时温州为东南风，风速为16 m/s。分析850 hPa风场(图3)，无明显影响个例登陆前24 h温州为偏东风，强度为4 m/s，明显影响个例登陆前24 h温州为东北偏东风，强度为16 m/s；无明显影响个例登陆时温州为东南风，强度为8 m/s，明显影响个例登陆时温州为东南偏东风，强度为18 m/s。从以上对比分析可以看出，台风登陆前24 h和登陆时2个时次中，无明显影响个例和明显影响个例的500 hPa和850 hPa风向都为偏东风，但无明显影响个例风速较小，一般都小于急流风速，而明显影响个例在2个时次中都是偏东急流。此外，无明显影响个例台风中心附近风场强度比明显影响个例显著偏小。

(a无明显影响个例登陆前24 h、b明显影响个例登陆前24 h、c无明显影响个例登陆时、d明显影响个例登陆时)图2　500 hPa风场　(单位:m/s)

(a无明显影响个例登陆前24 h、b明显影响个例登陆前24 h、c无明显影响个例登陆时、d明显影响个例登陆时)图3　850 hPa风场　(单位:m/s)

5.2水汽条件

5.2.1相对湿度

在对所有个例进行单独分析时，发现各个个例登陆登陆前后在850 hPa普遍具备相对湿度≥80%的湿区，但700 hPa则不尽相同。因此，将700 hPa相对湿度进行合成分析(图4)，无明显影响个例登陆前24 h温州相对湿度在65%～70%，明显影响个例登陆前24 h温州相对湿度在55%～60%；无明显影响个例登陆前12 h温州相对湿度仍在65%～70%，明显影响个例登陆前12 h温州相对湿度在65%～70%；无明显影响个例登陆时温州南部相对湿度中心区在70%～75%，明显影响个例登陆时温州南部相对湿度中心在80%～85%。从以上对比分析可以看出，登陆前24 h无明显影响个例在温州相对湿度比明显影响个例大10%，登陆前12 h无明显影响个例在温州相对湿度与明显影响个例接近，登陆时无明显影响个例在温州南部相对湿度中心比明显影响个例小10%，且﹤75%，而明显影响个例在温州南部相对湿度中心≥80%。无明显影响个例24 h内相对湿度增大了5%，而明显影响个例24 h内相对湿度增大了25%。因此，明显影响个例登陆时700 hPa温州一般会出现相对湿度≥80%的湿区，且相对湿度值与登陆前24 h相比会有一个大的增长，而无明显影响个例登陆时一般不会出现湿区，且相对湿度值只是比登陆前24 h略有增长。此外，无明显影响个例台风中心附近相对湿度比明显影响个例显著偏小。

(a无明显影响个例登陆前24 h、b明显影响个例登陆前24 h、c无明显影响个例登陆前12 h、d明显影响个例登陆前12 h、e无明显影响个例登陆时、f明显影响个例登陆时)图4　700 hPa相对湿度　(单位:%)

5.2.2水汽通量散度

经比较，925 hPa的水汽通量散度与雨量影响量级具有较好的对应关系。分析925 hPa的水汽通量散度(图5)，无明显影响个例登陆前24 h温州水汽通量散度﹥-0.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，明显影响个例登陆前24 h温州水汽通量散度在(-1～-1.5)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1；无明显影响个例登陆前12 h温州水汽通量散度在(-0.5～-1)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，明显影响个例登陆前12 h温州南部水汽通量散度中心在(-2.5～-3)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1；无明显影响个例登陆时温州南部水汽通量散度中心在(-1～-1.5)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，明显影响个例登陆时温州南部水汽通量散度中心在(-4～-4.5)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1。从以上对比分析可以看出，明显影响个例登陆时温州在925 hPa具有强的水汽辐合，而无明显影响个例则只有弱的水汽辐合，且登陆前12 h和24 h明显影响个例的水汽辐合也强于无明显影响个例。此外，无明显影响个例台风中心附近925 hPa的水汽辐合比明显影响个例显著偏弱。

(a无明显影响个例登陆前24 h、b明显影响个例登陆前24 h、c无明显影响个例登陆前12 h、d明显影响个例登陆前12 h、e无明显影响个例登陆时、f明显影响个例登陆时)图5　925 hPa水汽通量散度　(单位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.3动力条件

5.3.1垂直速度

经比较，700 hPa的垂直速度与雨量影响量级有较好的对应关系。分析700 hPa的垂直速度(图6)，无明显影响个例登陆前24h温州垂直速度﹥-0.05 m/s，明显影响个例登陆前24 h温州垂直速度在-0.05～-0.1 m/s附近；无明显影响个例登陆前12 h温州垂直速度在-0.1 m/s附近，明显影响个例登陆前12 h温州垂直速度在-0.1～-0.15 m/s；无明显影响个例登陆时温州垂直速度在-0.05～-0.1 m/s，明显影响个例登陆时温州南部垂直速度中心在-0.25～-0.3 m/s。从以上对比分析可以看出，明显影响个例登陆时温州在700 hPa具有强的垂直上升，而无明显影响个例则只有弱的垂直上升，且登陆前12 h和24 h明显影响个例的垂直上升也强于无明显影响个例。此外，无明显影响个例台风中心附近700 hPa的垂直上升运动比明显影响个例显著偏弱。

(a无明显影响个例登陆前24 h、b明显影响个例登陆前24 h、c无明显影响个例登陆前12 h、d明显影响个例登陆前12 h、e无明显影响个例登陆时、f明显影响个例登陆时)图6　700 hPa垂直速度　(单位：m/s)

5.3.2螺旋度

螺旋度是一个用来衡量风暴入流气流的强弱及沿入流方向的涡度分量的大小的参数，表征流体边旋转边沿旋转方向运动的动力特性的物理量。20世纪90年代以来，中外气象学家对大气中的螺旋度进行了大量研究，揭示了螺旋度与大气运动的某些特有现象在动力学、运动学性质之间的内在联系，并且把螺旋度作为一个重要的物理量引入到天气分析与预报中。台风是大气中一种具有较强螺旋性的天气系统，它的发生发展本质上是一种螺旋性结构建立的过程。因此，利用螺旋度对台风暴雨进行诊断分析。螺旋度严格的定义式为风速度矢和涡度矢点积的体积分

H=∫∫∫V·(▽×V)dτ

其大小反映了旋转与沿旋转轴方向运动的强弱程度。根据研究对象及研究目的的不同，国内气象工作者将螺旋度的计算方法引申为很多种类[14]。本文主要根据台风降水性质，选取P坐标下的垂直螺旋度

其中ω为P坐标系中的垂直速度，ζ为相对涡度的垂直分量，Hp就是相对涡度ζ的垂直输送通量。

经比较，700 hPa的螺旋度与雨量影响量级有较好的对应关系。分析700 hPa的螺旋度(图7)：无明显影响个例登陆前24 h温州螺旋度在0线附近，明显影响个例登陆前24 h温州螺旋度也是在0线附近；无明显影响个例登陆前12 h温州螺旋度在0～25×10-7hPa·s-2，明显影响个例登陆前12 h温州螺旋度在(25～50)×10-7hPa·s-2；无明显影响个例登陆时温州南部螺旋度中心在25×10-7hPa·s-2附近，明显影响个例登陆时温州南部螺旋度中心在(125～150)×10-7hPa·s-2。从以上对比分析可以看出，明显影响个例登陆时700 hPa在温州具有螺旋度大值区，且与登陆前24 h相比螺旋度有一个明显的增大过程，增大的主要时段在登陆前12～24 h，而无明显影响个例登陆时700 hPa在温州只有弱的螺旋度值，且与登陆前24 h相比螺旋度值只是略有增大。此外，无明显影响个例台风中心附近700 hPa的螺旋度值比明显影响个例显著偏小。

(a无明显影响个例登陆前24 h、b明显影响个例登陆前24 h、c无明显影响个例登陆前12 h、d明显影响个例登陆前12 h、e无明显影响个例登陆时、f明显影响个例登陆时)图7　700 hPa螺旋度　(单位：10-7hPa·s-2)

6检验

1513号台风“苏迪罗”于2015年8月8日22：10在福建莆田秀屿区沿海登陆，登陆时近中心最大风力13级(38 m/s)。“苏迪罗”对温州造成严重影响，经评估是建国以来登陆福建中部给温州综合影响程度第一位的台风，文成、泰顺、平阳等地降雨为100～120 a一遇。分析“苏迪罗”登陆时的各种物理量场(图略)：温州500 hPa为20 m/s的东南急流，850 hPa为22 m/s的东南急流，700 hPa相对湿度在90%～100%，925 hPa水汽通量散度在(6～7)×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，700 hPa垂直速度在-4～-5 m/s，700 hPa螺旋度温州南部为(250～350)×10-7hPa·s-2，登陆时的各种物理量场反映了温州南部具有非常好的水汽和动力条件。分析登陆前24 h的风场(图8a、8b)，温州500hPa为18 m/s的偏东急流，850 hPa为22 m/s的偏东急流，温州上空500 hPa 和850 hPa的东风急流的指标已经异常明显。分析登陆前24 h的物理量场(图略)：温州700 hPa相对湿度55%～60%，925 hPa水汽通量散度反映为弱水汽辐散，700 hPa垂直速度在0线附近，700 hPa螺旋度在0线附近，此时温州上空的水汽和动力条件都还不具备暴雨产生条件。分析登陆前12 h的物理量场(图8c—8f)：温州700 hPa相对湿度在80%左右，925 hPa水汽通量散度在-3.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1左右，700 hPa垂直速度在-0.4 m/s左右，700 hPa螺旋度在150×10-7hPa·s-2左右，此时温州上空的水汽和动力条件显著增强，925 hPa水汽通量散度值已经接近明显影响个例登陆时合成分析值，700 hPa相对湿度值、垂直速度值和螺旋度值已经达到或超出明显影响个例登陆时合成分析值；同时，台风中心附近的各种物理量场等值线非常密集，且锋区延伸到浙中南。结合台风登陆前24 h风场和登陆前12 h物理量场分析，可以预判“苏迪罗”应会对温州带来明显的雨量影响，且应属于影响偏重的台风。

图8　a“苏迪罗”登陆前24 h 500 hPa风场(单位:m/s)，b“苏迪罗”登陆前24 h 850 hPa风场(单位:m/s)，c“苏迪罗”登陆前12 h 700 hPa相对湿度(单位:%)，d“苏迪罗”登陆前12 h 925 hPa水汽通量散度(10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)，e“苏迪罗”登陆前12 h700 hPa垂直速度(单位:m/s)，f“苏迪罗”登陆前12 h 700 hPa螺旋度(单位:10-7hPa·s-2)。

7结语

1)厦门至莆田登陆台风对温州带来明显雨量影响的时间主要集中在8月和9月，登陆时强度一般在强热带风暴或其以上，水汽和动力条件物理量场上风中心附近等值线非常密集，登陆后路径一般是偏西行或西北行。若有冷空气影响时，一般会对温州带来明显雨量影响。

2)台风登陆前24 h和登陆时的2个时次中，无明显影响个例和明显影响个例的500 hPa和850 hPa在温州的风向都为偏东风，但无明显影响个例风速较小，一般都小于急流风速，而明显影响个例2个时次中500 hPa和850 hPa在温州都是偏东急流。

3)明显影响个例登陆时700 hPa在温州一般会出现相对湿度>80%的湿区，且相对湿度值与登陆前24 h相比会有一个大的增长，而无明显影响个例登陆时温州一般不会出现湿区，且相对湿度值只是比登陆前24 h略有增长；明显影响个例登陆时925 hPa在温州具有强的水汽辐合，水汽通量散度中心一般≤-4×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，而无明显影响个例在温州则只有弱的水汽辐合，且登陆前12 h和24 h明显影响个例的水汽辐合也强于无明显影响个例。

4)明显影响个例登陆时在700 hPa具有强的垂直上升运动，垂直速度中心一般≤-0.25 m/s，而无明显影响个例则只有弱的垂直上升，且登陆前12 h和24 h明显影响个例的垂直上升也强于无明显影响个例；明显影响个例登陆时700 hPa在温州具有螺旋度大值区，螺旋度中心一般≥125×10-7hPa·s-2，且与登陆前24 h相比螺旋度有一个明显的增大过程，增大的主要时段在登陆前12～24 h，而无明显影响个例登陆时700 hPa在温州只有弱的螺旋度值，且与登陆前24 h相比螺旋度值只是略有增大。

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