“灿鸿”台风大暴雨的水汽诊断分析*

2016-11-09方艳莹钱燕珍郭宇光邵程远

浙江气象 2016年3期

关键词：散度低层强降雨

方艳莹　钱燕珍　郭宇光　邵程远

(1.宁波市气象服务中心，浙江宁波 315012；2.宁波市气象台，浙江宁波 315012；3宁波市防雷中心，浙江宁波 315012)

“灿鸿”台风大暴雨的水汽诊断分析*

方艳莹1钱燕珍2郭宇光2邵程远3

(1.宁波市气象服务中心，浙江宁波 315012；2.宁波市气象台，浙江宁波 315012；3宁波市防雷中心，浙江宁波 315012)

利用常规观测和自动站加密资料、卫星云图资料及NCEP再分析资料，诊断分析2015年7月10—11日1509号台风“灿鸿”造成其西侧浙江东北部异常强暴雨事件，得到本次大暴雨过程是由于“灿鸿”强度强范围大，长时间东北气流下，在浙东北特殊地形作用下，形成地面辐合带造成的。低层水汽丰沛，低层强辐合、中高层辐散，水汽长时间大量输送有利于台风的发展和维持，也有利于强降雨的形成。

“灿鸿”台风；大暴雨；水汽

0　引　言

许多气象学者致力于台风暴雨机理研究，台风暴雨的强度可能与大尺度环流背景、中尺度系统、水汽条件、局地地形、层结稳定度、边界层辐合和高层出流等许多方面有密切关系[1]。持续的暴雨和水汽有很大关系，饱和的湿下垫面对台风潜热通量的输送及台风降水范围和强度也有明显的作用[2-3]。水汽输送对台风暴雨的发生是至关重要的，持续不断的水汽输送有利于台风环流的维持，并加强雨带中的对流活动，从而使暴雨得以加强[4-5]。

统计表明[6]，浙江东北部地区7月份台风影响时经常是雨小风大，同时台风北上过程中处在西侧的浙江东北部地区由于影响时间较短等原因，雨量也不是很大，这与本次“灿鸿”台风造成浙江东北部地区大暴雨有明显差异。2015年9号热带风暴“灿鸿”于6月30日20时在西北太平洋洋面上生成，7月6日14时加强成台风，9日14时加强为强台风，23时加强为超强台风，最强时中心气压925 hPa，近中心最大风力17级(58 m/s)。“灿鸿”生成后一直向西北偏西方向移动，9日2时后折向西北，11日下午穿过舟山群岛东部，后折向北偏东方向移动，强度迅速减弱。受其影响，浙江东北部地区出现了大暴雨。本文对“灿鸿”西侧造成浙江东北部大暴雨过程成因进行诊断分析，以期揭示这类异常暴雨形成机理，为之后类似过程的预报提供参考。

1　雨　情

受台风“灿鸿”影响，10日08时至12日08时，浙江省平均面雨量达69 mm(图1)，其中宁波、绍兴和舟山分别为189、129和119 mm，宁波的余姚和象山两县均达222 mm，全省共有329个乡镇雨量超过100 mm，27个乡镇超过300 mm，3个乡镇超过500 mm(图略)。过程雨量最大的是余姚大岚镇丁家畈531 mm、余姚四明山镇棠溪528 mm、宁海力洋镇茶山525 mm(图略)，强降雨分为3个阶段，但小时雨强均不强，除茶山有2个小时雨强超过40 mm外，其他小时雨强均在35 mm以下，但丁家畈和茶山两站小时雨强超过10 mm的时间则分别达22 h和20 h，超过20 mm的时间也分别为12 h和10 h，可以说强降雨持续时间较长。由于茶山位置偏南，降雨出现时间以及大雨出现时间和降雨结束时间均比丁家畈早3～6 h。

图1　台风“灿鸿”造成浙江省过程雨量(单位：mm)

2　影响系统

通过分析风云2E卫星红外1通道的黑体亮度温度(图2)可以知道，“灿鸿”范围大，东西宽将近15个经距，南北长超10个纬距。其强度强，云顶亮温最小值在-70 ℃以下，7月11日之前亮温最低时甚至达到了-80 ℃以下。第三结构基本对称，一直到11日08时之前，台风都比较完整，之后西侧云系逐渐减弱，11日20时之后南侧云系开始减弱。另外从云图也可以看到“灿鸿”长时间和热带辐合带相联结，西南气流和东南侧的台风“浪卡”都有水汽和能量输送给“灿鸿”，这使“灿鸿”在近海得以发展、加强和维持。

(a：10日16时，b：11日02时，c：11日20时，d:12日08时)图2　黑体亮度温度　(单位：℃)

由自动站资料分析所得的地面流场，可见随着“灿鸿”的移近，9日20时东北偏东气流已经移到了浙江东北部地区(图略)，且在该地区形成了西北至东南走向的弱辐合带，而处在弱辐合带位置附近的余姚丁家畈站从10日12时开始降水量逐渐增大(图3)，至11日08时(图4a)偏北气流和东北气流使辐合带有所加强，这表明该区域地面有中尺度辐合带发展。同时在象山港和三门湾之间也有明显的风向辐合，出现了另一个辐合中心。11日14时以后辐合带开始逐渐减弱，丁家畈站的降水量在11日20时以后开始呈减少趋势，12日06时之后降水量有明显的减少。地面辐合带的生成发展减弱比雨势的增减有将近6～12 h左右的提前。

图3　余姚丁家畈站9日8时—12日8时逐小时降雨量(单位：mm)

“灿鸿”西北移动靠近浙江东北部的过程中，其北侧强劲的偏东或东南气流流向浙东北地区时，在其西侧转为东北气流，在浙东北特殊地形的作用下，在该区域形成两个地面辐合带(中心)，并分别对应两个雨量中心(四明山和象山港南岸)。

从1.45°仰角的雷达速度图上也可以看到，10日20时(图略)在四明山和象山港南岸有弱的辐合，随着“灿鸿”的靠近，速度辐合逐渐增强，到11日08时(图4b)可以看到这两个区域有明显的速度辐合，和自动站资料地面流场图能较好地对应起来。11日14时以后雷达速度图上位于象山港附近的速度辐合逐渐减弱消失，对应该地区的降水也趋于减弱，11日20时以后雷达速度图上位于四明山地区的速度辐合也逐渐减弱，该地区降水也趋于减弱。

图4　11日08时(a)自动站资料地面流场，(b)1.45°仰角雷达速度图

3　水汽诊断

从此次强降水过程中各层水汽通量散度分布分析(图5b)，850 hPa以下低层的水汽通量散度场对强降水区有一定的指示效应,对应比较好，7月10日之前，宁波附近就是一个低值区，10日02时以后，宁波附近的水汽通量散度出现了一个台风外围的低值中心，且值达到了-8×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1以下，随着台风的移近，水汽通量散度也在减小，10日14时余姚丁家畈站的降水量开始逐渐增大(图3)，11日02时水汽通量散度低值中心与台风中心附近的低值中心重叠，极小值达到了-20×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1以下，11日20时开始水汽通量散度明显增大，12日06时之后丁家畈站的降水量明显减少。由此可见，浙江东北部地区的强降雨和该地区低层水汽通量散度减小、水汽含量丰富有很大关系，而且水汽通量散度的减小相比雨量的增大提前12 h左右。

图5　950 hPa水汽通量散度分布(10-5g·cm -2·hPa-1·s-1)和风场(m/s)(a:10日02时，b:11日02时)

水汽源源不断的供应是强降雨形成的重要条件[7]。取大暴雨区域和这一阶段台风活动的范围：22 °N～32 °N，118 °E～128 °E，计算该时段该区域四个方向截面(1000 hPa和100 hPa)的水汽通量收支[8]。计算公式如下(东、南、西、北4个方向的水汽通量收支分别用Fe、Fs、Fw、Fn表示，总的用F表示)：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中Ps为表面气压，P0为100 hPa，λ为经度，φ为纬度；总的水汽通量收支公式为：

F=Fe+Fs+Fw+Fn

(5)

正值表示水汽流入所选区域，负值表示水汽从该区域流出。图6中各线是区域4个边界水汽水平通量及其总和。可以看出水汽流入总量非常充沛，长时间在高值，10日以后水汽在120×104g·cm-1·hPa-1·s-1以上，最多时达180×104g·cm-1·hPa-1·s-1～200×104g·cm-1·hPa-1·s-1之间，这比2013年给这一地区造成特大暴雨的“菲特”影响时水汽输入量都要多50%[9]。水汽输入量维持较高值达18 h，11日20时以后水汽收入迅速减少。东面11日08时之前一直是水汽来源最多的地方，远远多于其它方向的水汽收入，最多时超过100×104g·cm-1hPa-1s-1，出现在10日的大部分时间，之后水汽收入明显减小，直到12日14时开始变成净输出。北面的水汽流入一直比较稳定，在30×104g·cm-1·hPa-1·s-1左右，11日增加到翻倍，之后迅速减少。南面从10日20时开始水汽输入有所增加，一直到12日几乎都在30×104·g·cm-1·hPa-1·s-1左右。西侧输入输出不明显。可见水汽收入主要来自东面和北面，南面中后期也有一些输入，西面水汽进出比较少。从水汽主要输入方向看，东侧偏东气流起了很大作用，此外东北气流的作用也比较大，特别是11日的降雨，这也在一定程度上解释了台风西侧浙江东北部降雨大的原因。另外，水汽的增加和减少比雨量的增大和减小有6 h的提前。

图6　7月9日20时—12日20时强降雨区域4个边界面水汽水平通量及其总和(1000～100 hPa积分)(单位：104g·cm-1·hPa-1·s-1)

为了更好地了解“灿鸿”在刚开始影响时期和强降雨时期周围水汽的收支情况，选取风暴中心为立柱中心，东西南北各取5个经纬度，以1000～700 hPa代表低层，700～400 hPa代表中层，400～100 hPa代表高层，1000～100 hPa为整个汽柱，分别计算4个边界高、中、低3层和整层水汽输送。正值表示输入，负值表示流出。

台风开始影响时(图7a)低层水汽收入为60.1×107kg/s，中层为2.18×107kg/s，高层是支出为0.36×107kg/s，可见中低层水汽是收入，高层是支出，低层辐合非常强，高层是辐散，这使台风上升运动容易发展，是引起强降水的一个重要原因。强降雨时期(图7b)，低层水汽收入为81.97×107kg/s，中层支出3.10×107kg/s，高层支出0.28×107kg/s，可见低层水汽辐合非常强，中高层辐散，这就更加有利于强降雨的形成了。一直到11日20时之后，低层都是强的水汽辐合，中高层都是水汽辐散。水汽的来源主要是南侧和东侧。11日14时北侧低层也有水汽输送。