台风“莫兰蒂”(1614)影响期间浙江暴雨成因分析

2019-07-03曹楚王忠东吴舒婷

浙江气象 2019年2期

曹楚王忠东吴舒婷

(1.温州市气象局，浙江温州 325000；2.永嘉县气象局，浙江永嘉 325100；3.洞头区气象局，浙江洞头 325700)

0 引言

台风灾害往往是由台风引发的暴雨洪涝所致，台风暴雨研究长期以来是台风研究的最重要的方面之一。陈联寿等指出台风登陆后的维持不消、停滞、源源不断的水汽输送、中低纬环流相互作用、中尺度系统影响及地形作用等时造成台风特大暴雨的重要因素[1]。林毅等对2005年“龙王”台风中尺度暴雨进行了分析，认为台风进入台湾海峡后，其东南侧的西南气流受台湾岛地形影响出现分支而形成的两只气流在福州地区的再次交汇，在有利的环境条件激发中尺度对流云团发展是造成强降水的主要原因[2]。余贞寿等利用Q矢量、螺旋度、湿位涡对给华东造成严重灾害的台风“韦帕”(0713)进行了诊断分析[2]，杨宇红等采用非静力MM5(3.5)中尺度数值模式对0604(BILIS)进行了数值模拟与诊断分析发现暴雨区始终位于不稳定能量高值区域，并存在对流不稳定及条件性对称不稳定两种机制[4]。张程明等对秋季台风“罗莎”(0716)进行了物理量诊断分析，认为垂直螺旋度可以用来表征秋季台风影响下的地面强降水的分布和变化，并在一定程度上可以指示强降水的移动趋势[5]。钱卓蕾从大尺度环流形势、动力、热力和水汽条件等方面分析了“菲特”台风暴雨特征和形成机理，结果表明低层辐合高层辐散的分布有利于“菲特”强度的维持，暴雨中心辐合辐散交替分布，近地面辐合的增强预示着暴雨增幅[6]。沈晓玲等对“菲特”台风暴雨成因进行分析发现弱冷空气的扩散使斜压性增强，并使斜压位能释放转化为动能，促使台风残留低压环流加剧，并在台风外围东偏南暖湿气流之间形成中尺度辐合带，为暴雨天气的产生提供了良好的动力条件[7]。还有很多学者和业务人员从其他方向对台风暴雨开展了研究[8-11]。2016年第14号台风“莫兰蒂”在福建厦门翔安区登陆，登陆点距离浙江南部的温州地区有450 km左右，却给浙江造成了全省性的暴雨，部分大暴雨，所以有必要对此次暴雨过程进行分析研究。本文对“莫兰蒂”影响期间的形势场、物理量场以及云图、雷达回波演变特征等方面做了分析，探寻暴雨的成因，希望能为日常预报业务提供参考。

1 “莫兰蒂”风雨影响概况及特点

2016年第14号台风“莫兰蒂”于9月10日14时在西北太平洋洋面上生成，生成后强度不断加强，至12日上午加强为超强台风；14日掠过台湾南部，于15日03：05，在福建省厦门市翔安区沿海登陆，登陆时中心附近最大风力15级(48 m·s-1)，中心气压945 hPa；之后强度逐渐减弱，向西北方向移动，15日17时减弱为热带低压，并向偏北方向移动；16日夜里进入黄海海域，17日凌晨在黄海南部海域变性为温带气旋，见图1。

受“莫兰蒂”影响，浙江省出现全省性的暴雨天气，部分大暴雨。由图1可知，14日08时至17日08时全省面雨量达149 mm，有934个自动气象站累计雨量超过100 mm，其中275个站超过200 mm、92个站超过300 mm、17个站超过400 mm，单站累计雨量较大的有台州黄岩区屿头乡后岙村534 mm、温州文成县珊溪镇三垟村482 mm、丽水青田县小舟山乡476 mm。另外，14日至16日浙江省沿海出现8～10级大风，局部11级，最大为宁波宁海县茶院乡鸡垄山32.1 m·s-1(11级)、温州平阳县昆阳镇29.4 m·s-1(11级)。

图1 “莫兰蒂”台风路径图(a)和14日08时—17日08时浙江省雨量分布图(b)(单位：mm)

2 环流背景分析

2.1 500 hPa形势场分析

9月10日14时“莫兰蒂”在西太平洋洋面上生成，500 hPa上中高纬度呈“两槽一脊”分布，东槽位于东北到华北沿海一带，西槽位于里海附近，脊区位于贝加尔湖到新疆地区，副热带高压(以下简称“副高”)呈东西向带状分布，“莫兰蒂”在副高南侧偏东气流引导下向偏西方向移动；之后中高纬维持“两槽一脊”分布，副高加强西伸，“莫兰蒂”在偏东气流引导下稳定向偏西方向移动，强度逐渐加强；14日08时，“莫兰蒂”到达台湾南侧海域，东槽东移，副高呈东西带状分布，其中心东退，浙江南部地区处于副高与“莫兰蒂”形成东南气流中，开始出现降水；14日20时，“莫兰蒂”靠近福建南部沿海，副高断为东西两环，副高西南侧与“莫兰蒂”形成的东南气流进一步加强影响浙中南地区(图2a)，浙南降水明显增强，小时雨强达到50 mm以上；浙北地区处于副高形成的高压鼻控制，降水不明显。15日08时，“莫兰蒂”登陆西进，副高受西风槽东移和台风共同影响，进一步东退，此时浙江全省都处于“莫兰蒂”外围环流影响下，浙北降水也明显增大；15日20时，随着“莫兰蒂”继续西进，“莫兰蒂”尾部西南气流与副高西南侧的东南气流在浙江交汇，形成风向的辐合，有利于对流性降水的产生，同时西风槽东移带来的弱冷空气开始影响浙江，与以上系统结合后进一步从促使对流发展(图2b)，导致浙江全省出现明显降水，部分地区小时雨强达到了70 mm。16日08时，“莫兰蒂”减弱继续北上，浙江全省处于西南气流之中，降水趋于减弱。所以从上分析可以发现，浙南前期降水是台风外围东南气流造成；后期降水是由台风环流后部的西南气流与副高西南侧东南气流交汇加之弱冷空气共同影响促使对流发展引起。

图2 14日20时(a)和15日20时(b)500 hPa形势场(单位：hgdp)和风场(单位：m·s-1)

2.2 低空急流分析

暴雨的产生与低空急流有密切的关系。本文通过分析850 hPa低空急流来探讨“莫兰蒂”影响期间低空急流与暴雨的关系。14日08时，“莫兰蒂”到达台湾南侧海域，台风与副高形成的偏东急流开始影响福建沿海，浙江南部处于急流北侧边缘(图略)，对照实况此时浙南出现了弱降水。14时，“莫兰蒂”到达台湾西南侧海域，进入台湾海峡，其本体环流开始影响福建沿海，浙江南部处于其外围环流中，偏东气流明显加强，此时浙南部分地区和宁波象山部分地区出现短时强降水。14日20时，“莫兰蒂”靠近福建沿海，浙南处于台风外围东南急流影响区域内(图3a)，此时从实况分析知道在温州中南部、温州与台州交界处以及宁波奉化形成了3个强降水中心，其中温州南部1 h最大降水达到了53.4 mm。之后，随着“莫兰蒂”登陆，东南急流影响区域向浙北扩展，且东南急流明显加强(图3b、图3c)，从实况可以知道此段时间浙东南沿海强降水明显增强，强降水范围增大。15日20时，“莫兰蒂”减弱为热带低压进入江西境内，“莫兰蒂”低压环流与副高之间的东南急流分成两支，一支位于浙闽交界处影响浙闽交界地区，另一支位于宁波沿海，影响宁波、绍兴、杭州等地，此时强降水主要位于浙中北沿海以及绍兴、杭州等地(图略)。16日02时，“莫兰蒂”移动到达江西上饶附近，此时第16号台风“马勒卡”到达菲律宾移动洋面，“马勒卡”台风外围偏东急流与副高西南侧的偏南气流合并向浙江输送水汽，以上气流与“莫兰蒂”残留环流形成的西南气流在浙江交汇，两者形成的急流区主要位于宁波、绍兴、舟山等地(图3d)，此时强降水也位于以上地区。之后随着“莫兰蒂”进一步减弱北上，浙江降水减弱停止。由上分析可知，强降水落区和偏东或东南急流影响区域基本一致，或者强降水落区位于偏东或东南急流的右前方。另外，当台风残留环流与副高形成的偏南急流在有充足水汽输送时，若影响浙江中北部沿海，以上地区仍可能有短时强降水发生。

图3 14日20时(a)、15日02时(b)、08时(c)和16日02时(d)850 hPa低空急流(单位：m·s-1，阴影部分为风速大于12 m·s-1)

3 云图和雷达分析

云图和雷达作为目前台风暴雨监测的重要手段，在台风暴雨落区预报以及成因的分析中发挥着重要的作用。文中利用雷达组网监测拼图和FY2号气象卫星云图对“莫兰蒂”暴雨成因做进一步分析。

13日23时，“莫兰蒂”到达台湾东南侧海域，从云图发现其外围螺旋云系已进入浙江和福建沿海地区，雷达拼图上表现弱降水回波影响以上区域，浙江、福建沿海出现弱降水。随着“莫兰蒂”逐渐靠近福建沿海，其螺旋云系进一步影响浙闽沿海地区，14日12时螺旋云系已进入浙江东南部沿海，从回波拼图看到宁波、舟山附近有回波带，强回波主要位于舟山渔场，浙江沿海受弱回波影响，出现阵性降水。14日20时，“莫兰蒂”靠近福建沿海，浙江处于“莫兰蒂”外围螺旋云系覆盖下(图4a)，从雷达拼图看此时浙南以及温州、台州渔场有大片的强回波带影响以上区域(图4b)，回波强度达到了30 dBz，部分地区达到40 dBz，浙南地区出现短时强降水，小时雨量最大达到了50 mm左右；之后随着“莫兰蒂”登陆福建，从云图可以看到台风结构减弱松散，雷达回波反映其外围回波带也有所减弱；15日7：20，“莫兰蒂”强度进一步减弱(图4c)，从雷达拼图可以看到其中心已基本填塞，强回波主要位于福建地区，而此时在浙闽交界有一块强回波从东南向西北方向移动(图4d)，影响浙南地区；16：45，“莫兰蒂”环流已减弱消失(图4e)，其残留云系与西风槽云系结合后影响浙江，从雷达拼图可以看到有持续的强回波从浙东南沿海向浙北移动,并在移动过程中增强，回波强度达到了30～45 dBz，部分回波强度达到了45 dBz以上，强回波持续从以上地区经过，形成了列车效应，造成了以上地区的强降水；16日10时，从云图可以看到“莫兰蒂”残留云系已移出浙江，雷达拼图也显示除沿海有弱回波外，其他地区无回波，浙江降水减弱停止。

图4 14日19：45(a)、15日7：15(c)、16：45(e)风云二号卫星云图和14日19：50(b)、15日7：20(d)、16：40(f)浙江雷达拼图

从云图和回波的演变发现，前期主要是台风外围环流云系影响，雷达回波强度主要在30 dBz左右，部分达到40 dBz，主要以混合型降水为主；后期随着“莫兰蒂”的减弱，其残留云系与西风槽云系结合后共同影响浙江，雷达回波强度主要在30～45 dBz之间，部分回波强度达到了45 dBz以上，对流性降水比较明显。

4 物理量诊断分析

4.1 925 hPa水汽通量散度分析

分析“莫兰蒂”影响期间925 hPa水汽通量散度场，可以发现强降水落区基本和水汽通量散度大值区重合。13日随着“莫兰蒂”靠近台湾东南侧海域，浙江沿海逐渐处于偏东气流之中，水汽通量散度场看浙江沿海处于弱的水汽通量散度负值区内(图略)，表明有水汽在以上区域辐合；之后随着“莫兰蒂”西进，水汽通量辐合进一步加强，14日08时水汽通量散度负值中心位于台湾南侧，中心值达到了-30×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，浙江东南沿海处于-5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1区域内；14日20时，水汽通量负值区进一步扩大，负值中心位于台湾海峡内，另外在乐清湾附近有一负值中心，中心值为-5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，此时在温州与台州交接区域出现强降水；15日02时“莫兰蒂”即将登陆福建，此时水汽通量散度大值区进一步扩大，负值中心位于福建中南部，中心值为-18×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，浙江东南部处于负值区域内，水汽通量散度值为-6×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1～-9×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1(图5a)，水汽辐合有所加强，此时降水实况反映以上区域降水明显增强；之后随着“莫兰蒂”登陆西进，水汽通量散度有所减弱，但浙南始终处于水汽通量散度负值区域内(图5b)，有利于强降水的发生；15日20时，“莫兰蒂”北上后，水汽通量散度负值区明显减小，负值区位于浙北地区，中心值为-6×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，同时在浙东南沿海有弱的水汽通量散度负值区；之后，随着“莫兰蒂”进一步减弱，水汽通量散度负值区移出浙江，浙江降水减弱停止。

图5 2016年9月15日02时(a)和14时(b)925 hPa水汽通量散度(单位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)及风场(单位：m·s-1)

4.2 850 hPa涡度场分析

14日08时，“莫兰蒂”位于台湾东南侧海域，此时涡度中心与台风中心基本重合，另外福建沿海和浙东北沿海有弱的涡度中心，与降水实况叠加可以看到，降水区域与正涡度区基本重合；之后随着“莫兰蒂”向福建沿海靠近，浙江全省逐渐处于正涡度影响区域，且正涡度值增大；15日14时，“莫兰蒂”登陆后已西进到福建西北部地区，此时有3个涡度中心，分别位于福建西北、浙江南部和台湾北部地区，其中浙江南部涡度中心15×10-5s-1，有利于降水的发生，与降水大值区基本重合；20时，“莫兰蒂”到达江西境内，正涡度中心有两个，分别位于江西境内和浙江中南部地区，位于浙江中南部的中心值达到了9×10-5s-1，与降水大值区基本重合；之后随着“莫兰蒂”减弱北上，正涡度中心值及影响区域也减弱北上，浙江降水停止。所以从上分析发现，正涡度大值中心与强降水落区基本一致。

图6 2016年9月15日14时(a)和20时(b)850 hPa涡度场和雨量叠加图(涡度单位：10-5s-1；雨量单位：mm)

5 地形影响分析

浙江省位于东海之滨，地势西南部高，东北部低，自西南向东北倾斜，呈梯级下降。西南部为平均海拨800 m的山区，中部以丘陵为主，东北部为冲积平原。全省主要山脉呈西南—东北走向，自北而南分成3支。北支自浙赣交界的怀玉山，向东构成浙江的天目山脉、里岗山脉；中支从浙闽交界的仙霞岭，向东北延展成天台山、四明山和会稽山脉，天台山脉自西往东北没入海中，构成舟山群岛；南支由浙闽交界的洞宫山脉，向东北伸展为南雁荡山脉、北雁荡山脉和括苍山脉。当有偏东或东南气流影响时，由于东南沿海南北雁荡山、天台山以及四明山与偏东或东南气流正交，在迎风坡造成气流的抬升，从而导致云团在抬升条件下加强发展，甚至导致云团停滞，在雷达回波上反映为回波的加强或回波停滞。在“莫兰蒂”影响期间，偏东或东南急流明显，特别是14日17时到15日23时期间，从雷达回波拼图可以看到，在海上回波强度基本维持在30～35 dBz，当回波移入浙东南沿海后回波都有明显加强，强度达到40～45 dBz，而回波继续向西移动进入中部丘陵地区后，回波则有所减弱。从降水分布可以知道，“莫兰蒂”影响期间强降水基本分布在浙东南沿海地区。所以从上分析认为，当偏东或东南气流影响时，浙东南特殊的地形分布有利于云团的发展，降水的进一步增大。