EC细网格对台风“尼伯特”影响苍南暴雨的分析应用*

万小雁 张灵杰 董大治 郑峰

(1.苍南县气象局,浙江 苍南 325800;2.文成县气象局,浙江 文成 325300;3.温州市气象局,浙江 温州 325027)

0 引 言

苍南县位于温州东南沿海,台风暴雨、大风、风暴潮严重影响的地区之一。据资料统计,台风在厦门以北和温州以南登陆,对苍南影响严重[1]。苍南县拥有130多万人口,地理气候独特,因此对影响苍南的登陆台风过程进行分析和积累经验显得尤为重要。一直以来,许多学者对登陆台风的强度、路径变化等研究成果丰富[2-5]。对各类台风暴雨的成因及天气学诊断也做了大量工作[6-9]。其中,董大治对严重影响苍南的台风进行防汛减灾及政策制定方面的研究,得出了有意义的结论[10-11]。

2016年第1号台风“尼伯特”(热带风暴级)于7月3日8点在美国关岛以南的西北太平洋洋面上生成,2016年也是1951年有气象记录以来第二晚生成台风的年份。5日02—20时强度逐渐加强为超强台风,超强台风强度维持近57 h,8日5:50在台湾台东太麻里乡沿海首次登陆,登陆时中心附近最大风力有16级(55 m/s),中心最低气压为920 hPa,于9日13:45在福建省泉州石狮市再次登陆,登陆时中心附近最大风力有10级(25 m/s),中心最低气压为990 hPa。10日凌晨3时在福建宁化县境内减弱为热带低压。8日20时—10日8时苍南县平均面雨量59.6 mm,最大出现在桥墩水库188.3 mm,风力最大出现在望洲山23.6 m/s(9级)。此次预报预警结果表明,“尼伯特”台风对苍南的风雨影响预报服务较准确,防御措施到位,全县基本无灾情。

1 资料和方法

本文利用常规气象资料和EC细网格0.125°×0.125°格点数据,对1601号台风“尼伯特”影响苍南的大暴雨过程进行释用及诊断分析,并检验和评估细网格格点预报的效果,为提高基层台站预报台风灾害性天气积累经验,从而提高相关预报水平。

鉴于“尼伯特”登陆点在莆田—厦门之间,对苍南的风力影响小,本文主要针对台风大暴雨影响进行讨论。

2 预报分析场和实况形势场对比分析

用EC细网格0.125°×0.125°格点数据对同一时次同一高度的实况和预报形势进行对比分析发现(采用8日20时500 hPa高度场和850 hPa风场,图略),6日20时、7日08时、7日20时、8日08时起报的8日20时预报场,500 hPa高度场均与实况场差异不大,850 hPa风场在各时段起报的预报场偏东急流中偏北分量较实况来的大,从而造成8日20时—9日08时的累积降水量预报比实况小。EC细网格对9日08时的风场预报接近实况流场,因此对9日08—20时的雨量预报与实况接近。从形势场的预报可以看出,此次EC细网格就1601号台风“尼伯特”对苍南的暴雨影响预报具有分析意义。

3 EC细网格模式雨量预报检验

图1 EC细网格模式对桥墩水库站6—9日08时和20时起报的未来各段12 h累积雨量图(单位:mm)

根据台风登陆前72 h内的EC细网格08时、20时起报的产品,预报时效为12、24、48、72 h,对桥墩水库站(120.3°E,27.47°N)进行插值,插值方法为:求距离站点最近的格点,以最近距离格点的预报值作为该站点的预报值。

对比各家数值模式对降水预报的情况,EC细网格模式对于苍南地区强降水落区、量级和起止时间较其他模式准确率高,不同起报时次的预报结果变化小。从7月6日20时、7日08时、7日20时、8日08时4个起报时次,对7日08—20时、7日20时—8日08时、8日08—20时、8日20时—9日08时、9日08—20时、9日20时—10日08时的12 h累积降水量对比检验(见图1)发现,EC细网格模式预报苍南地区的降水提前48 h预报效果较好,并随着预报初始场的调整,对强降水时段的预报结果调整不大,更能突出EC细网格模式降水预报的稳定性。对比实况来看,各起报时次对9日08时—9日20时12 h累积降水在预报量级上一直比较稳定,表现最好的是0620和0720起报的,与实况吻合度高,其他时次起报的都较这两次偏少。

从苍南全县的雨量分布预报来看(见图6),EC细网格模式各起报时次对台风影响阶段的累积预报量级均能反应出来,6日20时起报的最大值位于苍南西北部127.2 mm,较实况出现的最大值188.3 mm量级一样,均为大暴雨,数值偏小,实况出现在暴雨以下的东部地区,预报值又比实况大,从这方面能看出此次过程有大暴雨点出现。7日08时起报的雨量在量级分布上,极大值较实况小,其他值与实况接近,从这个时次的预报可以看出,全县均会出现暴雨过程,总体数值接近50 mm。7日20时起报的雨量情况与6日20时起报的情况接近,而8日08时起报的雨量又与7日08时起报的雨量情况接近,表明各时段的08时起报场能预报出过程的极大雨量值,20时的起报场能反映除极大值外的各区域分布情况,从而说明EC细网格模式在此次台风暴雨对县级台站的预报较成果,分析意义较大。

4 物理量诊断

台风影响地区常出现暴雨[12],台风暴雨主要有3种类型:台风环流本身所造成的暴雨,台风本体的降水效率高;台风与其他系统共同作用形成的暴雨;受地形影响形成的暴雨。李传祥等对在厦门—莆田之间登陆的历史台风进行研究得出[13],厦门至莆田登陆台风对温州全市来讲雨量的影响较小,如果有冷空气的配置,对温州雨量的影响较大,但未对基层台站,尤其是温州南部的影响进行深入探讨。1601号台风“尼伯特”给温州造成的降水影响表现为南北差异大,台风影响期间,苍南全县过程面雨量达暴雨量级,西北部地区多站累积雨量达大暴雨量级,以下用EC细网格08、20时分析场对苍南暴雨大暴雨形成的各物理量配置进行分析。

4.1 低空急流建立和维持

从暴雨发生的风场背景来看,苍南地区8日20时(图2a)850 hPa仍为偏东气流,流场速度<12 m/s,到9日08时(图2b),研究区域上空已转为东南气流,风速>12 m/s,低空急流轴压至,说明东南风急流在8日20后开始逐渐建立,苍南位于低空急流出口区的右侧,十分有利于上升运动。到9日20时(图2c)虽风速所有减弱,但仍维持东南气流,与实况中降水仍持续相符合。到10日08时(图2d),急流形势维持但对应的风向已转为偏南风,说明水汽输送渠道变弱,对应的降水实况为间歇性小的阵性降水。

(a:8日20时;b:9日08时;c:9日20时;d:10日08时,▲标志为研究区域)图2 850 hPa流场和急流图

4.2 暴雨区的水汽输送

水汽是产生暴雨的必要条件,水汽通量是表征水汽输送的重要物理量,它表示单位时间内流经某一单位面积的水汽含量,代表水汽水平输送的强度,物理意义为每秒钟对于垂直于风向、一厘米宽、一百帕高的截面所流过的水汽克数[14]。水汽通量通常用来判断水汽来源、水汽的输送方向和强度以及与环境的关系。从850 hPa水汽通量和风场图(图3)可见,“尼伯特”台风在苍南地区引发的暴雨过程水汽由强东南风急流输送,来自东海的水汽通量最高达20 g/(s·hPa·cm),苍南又在台风倒槽曲率最大处附近,可引起大量水汽在该地辐合。

对比“尼伯特”不同时刻水汽输送变化看,随着台风的移近,水汽通量大值区逐渐向苍南地区靠近,8日20时(图3a)“尼伯特”北侧环流开始明显,9日08时(图3b)水汽通量大值区已经覆盖苍南,由于苍南离台风中心距离较远,台风外围环流形成的东南风急流方向一致,因而能形成强的水汽输送带,为降水提供了源源不断的水汽。

(a:8日20时,b:9日08时)图3 850 hPa水汽通量和风矢量

4.3 辐散特征

高层辐散低层辐合配置有利于暴雨的发生和维持。利用EC细网格分析资料对“尼伯特”移动过程中的4个时次散度纬向垂直剖面进行分析(图4)。8日20时(图4a),120°～121°E范围内,为低层弱辐合和高层弱辐散结构,强度为-4×10-5s-1,辐合高度达850 hPa,实况是苍南开始出现阵性降水。到9日08时(图4b),120°E附近辐合高度上升到700 hPa,两侧有明显的对称性正散度分布,中低层两侧辐散区和低层辐合中心促进了上升运动的发展,对应的高层有16×10-5s-1的强辐散,说明8日20时至9日08时高空辐散强度明显加大,低层辐合上升增强,实况中短时强降水阶段发生在该时间段内。9日20时(图4c)低层辐合中心值达-8×10-5s-1,高空为4×10-5s-1,苍南出现连续性的较强降水过程。随着“尼伯特”移近,高层辐散和低层辐合配置逐渐西移,从10日08时(图4d)看出,高空已转变为辐合形势,降水减弱。

李传祥等[13]研究中指出,700 hPa的垂直速度与雨量影响量级有较好的对应关系。尼伯特登陆类型也属这个范围,考虑到苍南地区辐合场高度仅伸展到700 hPa,700 hPa的垂直速度场在台风移动过程在对苍南的表现较弱(图略),故采用850 hPa的垂直速度场进行分析。从8日20时(图5a)的垂直速度场看(台风登陆前24 h左右),苍南地区垂直速度-0.2～-0.6 Pa/s,9日08时(图5b)的垂直速度场看(台风登陆前10 h左右),垂直速度达到-0.6 Pa/s,9日20时(图5c)(台风登陆后4 h左右)的垂直速度降至-0.2 Pa/s。研究区域中低层垂直速度场在台风登陆前24 h出现小的负值中心,然后逐渐变大,为短时强降水提供了动力条件,登陆后几个小时内减弱快,但上升气流仍维持,这与降水强弱变化和降水维持情况相吻合。

(a:8日20时,b:9日08时,c:9日20时,d:10日08时)图4 沿27.3°N的散度纬向垂直剖面图(单位:10-5 s-1)

(a:8日20时,b:9日08时,c:9日20时)图5 850 hPa垂直速度场

通过以上几个物理量分析和与实况的对比结果来看,EC细网格模式能较好地反映此次台风引发的苍南暴雨大暴雨过程情况,说明EC细网格资料在基层台站中分析该类天气有一定的能力。

5 地形影响

陶诗言先生等对于地形在暴雨发生中的作用做过总结[12],其中总结到地形对降水有增幅作用。利用EC细网格各预报时次对“尼伯特”的雨量格点产品对地形的增雨能力预报进行评估(图略),0620起报的0820—1008累积雨量预报最大值为127.2 mm,与实况最大值188.3 mm属同一量级(大暴雨),大暴雨量级和落区预报准确,说明该时次对地形的增雨作用预报能力已经在细网格模式中有所体现,而且表现优秀。0708起报的0820—1008累积雨量预报虽然量级偏小,但是对西北山区的地形增雨表现良好。0720起报的效果跟0620起报的一致,但是0808和0820起报的效果与0708起报的效果一致。从实况图看,大暴雨发生在苍南县的西北部山区,沿海平原乡镇量级明显较山区小,说明苍南山地地形对台风降水增幅作用明显,尤其在桥墩水库站附近,雨量较其他地方大,可供水库预排防汛决策做参考。

6 结 语

利用EC细网格模式对1601号“尼伯特”台风影响苍南的暴雨大暴雨过程进行诊断分析和预报效果检验,得出以下几点结论:

1)EC细网格模式对苍南的降水预报提前48h能预报出来,且量级准确;表现较差的是登陆台湾岛后的雨量预报,原因可能是台湾地形对台风外围雨量的预报影响造成的。

2)EC细网格模式对莆田—厦门一带登陆的“尼伯特”台风影响苍南地区期间的风场、低层辐合和高层辐散配置场、850 hPa垂直速度场演变与降水起始及强度实况吻合。

3)苍南县西北部山区地形对台风暴雨起到增雨作用,EC细网格在地形增雨方面和对大暴雨落区预报都有较好的指示意义。