两种不同路径台风对四川东北部持续性暴雨影响对比分析

王茂书，肖递祥，袁 亮，龙俊天，伍 魏

（1.巴中市气象局，四川 巴中636001；2.四川省气象台，四川 成都610072）

台风是发生在热带海洋上强烈的气旋性涡旋。中国是世界上少数几个受台风影响严重的国家之一。台风带来的强风、暴雨和风暴潮对人民生命财产威胁严重。中国各省、市、自治区除新疆外，其余地区均直接或间接受台风影响而产生暴雨。中国南海北部、台湾海峡、台湾省及其东部沿海、东海西部和黄海均为台风通过的高频区。目前，我国气象科研工作者对台风的研究取得了较好成效[1-11]，但是近年来研究台风远距离暴雨取得显著成果的偏少。孟智勇等[12]通过模拟发现台风与中纬度系统的相互作用非常显著地表现在中尺度系统的活动上，中尺度场的能量变化极值区与中低纬度系统的强度变化密切相关，且与降水的变化有较好的对应关系。 张霞等[13]通过研究个例得出结论，在台风外围大尺度气旋性环流中，中尺度低压、中尺度辐合线和辐合区是此次暴雨的直接影响系统。台风低压移近后，与西太平洋副高之间气压梯度加大，可以在副高西南侧形成东南风低空急流，东南急流的形成促使中尺度系统加强和发展。干冷空气自对流层中层向低层伸展，与低层的暖湿气流交汇，使对流和暴雨加强。郑婧等[14]诊断个例发现，低层存在台风“康森”的远距离水汽输送，低涡、切变线、副热带高压、远距离台风、西风槽、中尺度低压等多尺度系统协同作用导致了强降水的发生。目前，气象工作者对台风的研究主要针对华东和华南地区较多，对中国西部研究很少，对四川盆地研究更少。台风对四川盆地的暴雨影响不能忽视，康岚等[15]通过个例研究得出，台风对西南低涡的维持和水汽输送起到了关键作用。不同台风路径，对四川盆地暴雨的影响也不同，本文利用NCEP 再分析资料、高空和地面资料对两个不同路径的台风对四川东北地区暴雨影响进行对比分析，为以后预报此类暴雨提供参考（本文采用的时间均为北京时）。

1 降雨实况

2019 年7 月16—18 日四川东北地区105.4°～108.6°E，30.0°～32.8°N）出现了持续性暴雨，部分地方大暴雨。16 日位于四川东北西部的巴中地区大雨到暴雨，四川东北其余地区为小到中雨为主。17 日四川东北大部地区普降暴雨，部分地区大暴雨。18日雨带继续东移，强降水主要位于四川东北东部，雨量为大雨到暴雨，部分大暴雨。此次暴雨天气过程共有237 站雨量超过100 mm，35 站超过250 mm，2站超过400 mm，达州万源草坝482.9 mm 为最大雨量。小时雨强普遍30～50 mm，最大小时雨量为60 mm。强降雨中心主要位于巴中和达州西部，较强降水主要时间段为17 日。此次持续暴雨天气过程，造成四川东北地区严重的城市内涝、山体滑坡、局部山洪等气象次生灾害，其中巴中地区6.37 万人受灾，转移1.18 万人，经济损失7.57 亿元。

2010 年7 月16—18 日四川盆地自西向东出现了一次持续性强降水天气过程，特别是四川东北地区普降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。16 日强降水中心位于四川东北西部的巴中南充一带，雨量为大雨到暴雨，局部地方大暴雨。17 日雨带逐渐东移，强降水位于巴中东部和达州北部一带，雨量为大雨到暴雨，部分地方大暴雨。18 日雨带略有东移，强降水依然位于巴中达州一带，雨量为大雨到暴雨，局部大暴雨。过程总雨量全市共有203 个站点达100 mm以上，58 个站点达250 mm 以上，其中万源八台507.7 mm 为最大雨量（图1）。强降雨中心主要位于巴中东部和达州西部，较强降水主要时间段为17日。此次持续性暴雨天气过程，造成了四川东北地区严重的气象灾害，其中巴中地区192 万人受灾，造成9 人死亡，4 人失踪，直接经济损失达9.1 亿元。相比2019 年7 月16—18 日暴雨天气过程，2010 年7 月16—18 日暴雨天气过程的强度更大，范围更广，受灾更严重。

2 台风“康森”和“丹娜丝”对天气形势影响分析

2.1 高空环流形势影响分析

14—15 日08 时500 hPa 高空图上，亚欧地区中高纬为两脊一槽形势，蒙古西部到乌拉尔山为低槽，我国为两高环流形势控制，即青藏高原有青藏高压，强劲的西太平洋副热带高压控制我国华北及长江以南大部份地区，两高之间切变线在青海东部形成。15 日20 时，副热带高压西进和青藏高压打通，588 线几乎覆盖了四川盆地到青藏高原和新疆部分地方。由于强西北气流的入侵，16 日08 时588 线从中间切断，从而再次形成了两高压（副热带高压和青藏高压），而四川盆地就夹在两高压之间，两高压之间切变线位于川西高原一带。康岚等[11]人通过研究发现并指出与四川暴雨统计关系最密切的台风路径分别为偏西路径、转向路径和西北路径，本次过程中，台风“康森”路径属于偏西路径。16—18 日台风“康森”西进，副热带高压较为稳定，两高切变在16—18 日处于相对稳定的状态，四川盆地被夹在两高压之间，副热带高压西侧的西南暖湿气流和青藏高压前端的干冷西北气流在四川东部地区以长时间的强交汇，使得西南低涡移动缓慢，致使川东地区16—18 日出现持续性暴雨天气。19 日台风“康森”继续西进登陆云南并减弱，副热带高压东退，低值系统东移出四川，四川盆地变为槽后西北气流控制，整个强降雨过程结束。

图1 2010 年7 月16—18 日（a）和2019 年7 月16—18 日（b）四川东北区域雨量分布（单位：mm）

2019 年7 月16—18 日四川东北持续暴雨过程中，亚欧地区中高纬为两槽一脊，中国地区为东高西低的有利形势。16—18 日，受台风“丹娜丝”北上影响，588 线主要位于湖南湖北广西一带，稳定少动，西风带短波槽和低涡切变线持续影响川东北地区，导致四川东北地区长时间出现强降水。19 日副高继续北上，588 线东退至海面上，四川东北强降水明显减弱。与2010 年7 月16—18 日过程相比，2019 年7月16—18 日过程影响系统偏弱些。

综上所述，两次持续性暴雨过程中，台风通过阻挡副高东退间接阻挡四川东北区的高空低值系统东移出四川，延长了降雨的时间。

2.2 西南低涡及西南急流影响分析

随着高空低槽槽后西北气流和槽前西南气流的加强，高空低槽得以较好发展，15 日西南低涡在九龙附近生成并发展，16 日西南低涡沿着副热带高压边缘东移北上到南充和遂宁交界处附近，16 日20时四川东北部700 hPa 有气旋曲度生成，西南风为6～8 m/s，850 hPa 有辐合流场，西南风为4～6 m/s。由于台风“康森”西进后，其东侧外围的偏南急流气流继续西进，17 日08 时贵州—重庆—川东北700 hPa西南风加强到10～14 m/s，18 日08 时低空西南急流有所东移，风速为12～18 m/s（图3），17 日08 时和18日08 时低空西南急流位于西南低涡的东南侧，与16 日相比，17 日08 时和18 日08 时西南低涡都有所加强，从850 hPa 涡度场分布看，四川东北地区的涡度从3×10-5～6×10-5s-1加强到10×10-5～15×10-5s-1，18日20 时台风“康森”继续西进，云南重庆到四川东北地区西南风风速减弱，涡度明显减弱，西南低涡减弱。低空急流建立、西南低涡的加强与台风“康森”西进比较同步（图3，表1），主要原因是台风西进后，与西太平洋副高之间气压梯度加大，可以在副热带高压西南侧形成东南风低空急流，东南急流的形成促使低涡加强和发展。台风“康森”西进使得四川东北地区低空气流加强，低空急流为西南低涡的维持和发展提供动力支持。

表1 2019 年7 月16—19 日和2010 年7 月16—19 日08 时（BT）台风强度、位置随时间变化

图2 850 hPa 风场、500 hPa 高度场及系统叠加（a，b）及台风路径（c 和d）

与2010 年7 月16—18 日暴雨过程相比，随着台风“丹娜丝”逐渐北上，2019 年7 月16—17 日，云南贵州至四川东北部低层风速一致维持在10～12 m/s，17 日850 hPa 涡度值从9×10-5～15×10-5s-1减弱为5×10-5s-1。18 日台风“丹娜丝”继续北上，云南贵州至四川东北部低层风速减弱为6～8 m/s，850 hPa 涡度值与17 日涡度值持平。因此，与台风“康森”相比，台风“丹娜丝”对低涡的影响不明显。

3 台风“康森”和“丹娜丝”对水汽输送影响分析

2010 年7 月16 日08 时从水汽通量散度场分析，川东地区有一定的水汽通量散度负值，表明本地有一定的水汽辐合，但由于16 日08 时台风“康森”中心位于海南东南面附近海面上，850 和700 hPa 水汽通量未能北伸到四川东北地区，说明整个水汽通道未能真正建立，因此16 日白天四川东北地区的降水强度和范围不是很大。值得注意的是，此时广东和海南地区的水汽通量为25～30 g/（cm·hPa·s），说明台风东侧外围偏南风的水汽输送比较强。16日夜间至18 日白天，台风继续西进后，其外围东南风急流与副高西侧偏南气流贯通，水汽通量北伸到四川东北地区，850～700 hPa 水汽通量普遍为15～25 g/（cm·hPa·s），水汽通道建立，水汽辐合十分强盛。17 日—18 日川东北地区850 hPa 的最大水汽通量散度大约为-15×10-5g/（cm2·hPa·s），此时四川东北地区的降雨强度和范围达到最大，达州万源地区的1 h 最大雨强为86.1 mm。伴随台风继续西进远离海南岛，18 日20 时700 hPa 和850 hPa 南海到四川东北地区的水汽通量东移并减弱，水汽通道断裂，四川东北地区整个强降雨过程结束。因此，可以说台风“康森”为本次持续性暴雨过程和西南低涡提供了水汽支持（图4）。

图4 2010 年7 月16—18 日850 hPa 水汽通量（a～c，单位：g/cm·hP·s，风场单位：m/s）和水汽通量散度（d～f，10-5 g/cm2·hPa·s）

由图5 可知，2019 年7 月16—18 日暴雨过程前期主要受台风“丹娜丝”西进北抬影响，副热带高压在重庆湖北一带摆动。2019 年7 月16 日08 时—18 日08 时水汽通量场，从南海至四川东北地区的水汽通量普遍为10～15 g/（cm·hPa·s），表明副热带高压外围西南气流输送水汽一般。台风“丹娜丝”在北上过程中，其外围气流对此次暴雨的水汽贡献比2010 年7 月16—18 日暴雨过程要小很多。分析2019年7 月16 日08 时—18 日08 时水汽通量场，东海至四川东北地区的水汽通量普遍＜10 g/（cm·hPa·s）。因此，台风“丹娜丝”对2019 年7 月16—18 日暴雨的水汽输送很弱，其水汽主要依靠副高外围的偏南气流输送。导致台风“丹娜丝”对2019 年7 月16—18 日暴雨的水汽输送很弱的原因有两点：第一是台风路径离川东北太远，对其外围气流输送水汽不利，其次可能和台风强度有关系，如果台风“丹娜丝”很强，其外围气流很强，水汽输送效果可能也不一样（表1）。因此，在以后的工作中需要对此继续研究。

2019 年17—18 日四川东北地区850 hPa 的最大水汽通量散度较2010 年7 月16—18 日暴雨也小很多，约为-6×10-5g/（cm2.·hPa·s），这也是2010 年7月16—18 日较2019 年7 月16—18 日降雨强度大、持续时间长的原因之一。

4 台风“康森”和“丹娜丝”对能量输送影响分析

图5 2019 年7 月16-18 日850 hPa 水汽通量（a～c，水汽通量单位：g/（cm·hPa·s），风场单位：m/s）和水汽通量散度（d～f，10-5 g/（cm2·hPa·s））

由图6 可知，2010 年7 月16 日08 时在台风东侧偏南气流引导，温度平流北伸到四川东北地区。四川东东北地区无明显冷平流入侵，16 日白天四川东北地区以分散的暖区对流降水为主。16 日四川东北地区大气层已经出现了不稳定，不稳定能量从850 hPa 伸展到200 hPa，850～200 hPa 基本为暖平流，200 hPa 以上为冷平流，K 指数为45 ℃，CAPE 为5 165.6 J/kg，说明在强降水发生前，台风外围偏南气流已经为四川东北地区提供了极大的能量贮备。17—18 日白天伴随强降水的发生，不稳定能量有所下降，但由于台风“康森”继续西进导致偏南风继续将暖平流输送到四川东北地区，K 指数依然高达39～40 ℃，说明在强降水过程中，台风“康森”外围偏南气流也在给四川东北地区输送能量，19 日台风继续西进登陆云南，暖平流输送减弱，高层冷平流明显下压，整个强降水过程结束。

台风“康森”为西南低涡在四川东北地区的发展也提供了能量支持（图6），16—18 日不断有暖平流在台风“康森”东侧偏南气流引导下输送到西南低涡的东南侧，17 日中低层温度平流最大值为10 ℃·s-1，同时西南低涡的西北侧也不断有冷平流入侵从而使得西南低涡长时间在四川东北地区得到发展。因此可以说台风“康森”为本次暴雨过程和西南低涡发展提供了能量支持。

与2010 年7 月16—18 日暴雨过程相比，2019年7 月16—18 日暴雨过程四川东北地区能量主要依靠副热带高压外围西南气流输送来维持，中低层温度平流为0～5℃·s-1。19 日台风“丹娜丝”继续向东北移动，副热带高压东退至东海海面上，副热带高压外围西南气流影响四川东北地区较弱，四川东北地区温度平流由正值转为负值。分析探空资料，2019年7 月16—18 日暴雨过程不稳定能量明显偏弱，K指数最高值为17 日的43 ℃，对应的CAPE 最高值为1 473 J/kg（图7）。

图6 2019 年7 月16—18 日（a～c）、2019 年7 月16—18 日（d～f）沿107.5°E温度平流（单位：℃·s-1）和流线剖面叠加

5 台风“康森”和“丹娜丝”对地面中尺度辐合系统影响分析

台风登陆后，对地面中尺度系统有影响，徐夏囡[16]通过地面加密观测资料，揭示了台风登陆后的地面中尺度系统分布和演变过程。丛春华[17]等通过研究发现台风作为一个“强扰动源”在适宜的大气环流及层结状态下，可以在其周围激发大气波动，并向中纬度地区远距离传播，激发中纬度地区的中尺度对流，地面多出现中尺度锋区、中尺度辐合线、中尺度气旋和中尺度低压，在垂直方向上则表现为中尺度的垂直环流。特别是登陆后相对停滞的台风，能在中纬度某地区连续激发一些小尺度系统或使得原系统加强，造成暴雨发生或增幅。

台风“康森”自身温度较高，为热源（图7）。2010 年7 月16—18 日由于台风“康森”的西进作用，四川盆地一直维持热低压控制，盆地地面温度梯度明显，有利于地面中尺度系统生成发展。16 日08时在四川盆地南部有地面中尺度辐合系统生成，17—18 日台风“康森”西进略有北抬过程中，外围气流影响该地面中尺度辐合系统沿着温度梯度向东北方向移动（图8）。此时，四川东北地区3 h 变压场负值波动比较明显，最大负值为-1.7 hPa。18 日20 时台风继续西进后，四川东北地区地面温度梯度明显减弱，该地面中尺度辐合系统减弱南压，可以说台风“康森”在此次暴雨天气过程中，对四川东北地区的地面系统扰动、发展、移动方向有一定的影响。

图7 2010 年7 月16—18 日（a～c）、2019 年7 月16—18 日（d～f）地面流线和地面气温（单位：K）

图8 2010 年16 日20 时（a）和2019 年17 日20 时（b）达州探空图

与2010 年7 月16—18 日暴雨过程相比，2019年7 月16 日盆地南部也出现了地面中尺度辐合系统，然而川东北地区地面温度梯度偏弱。受台风“丹娜丝”北上，副高逐渐东退影响，17 日地面中尺度辐合系统减弱东移至广安附近，18 日继续减弱东移至重庆境内。2019 年7 月16—18 日暴雨过程地面中尺度辐合系统影响川东北地区较弱，主要原因之一可能与台风“丹娜丝”北上后，外围偏南气流较远，没有给川东北地区造成明显的地面斜压性扰动。

台风远距离暴雨是一个极其复杂的天气过程，涉及到中低纬、多尺度、多层次系统相互作用，台风可以与很多的中纬度系统相互作用产生远距离暴雨，且相互作用时的机理存在明显的不同[17]。由于个例偏少，有待进一步研究。

6 结论

本文利用NCEP 时间间隔为6 h 的1°×1°再分析资料，通过对两种不同路径台风“康森”和“丹娜丝”分别影响四川东北地区2010 年7 月16—18 日暴雨过程和2019 年7 月16—18 日持续性暴雨过程的对比分析，得出结论：

（1）在两次持续性暴雨过程中，台风“康森”和“丹娜丝”通过阻挡副高东退间接阻挡川东北区的高空低值系统东移出四川，延长了降雨时间。台风过后，副热带高压东退，高空低值系统东移出四川，强降雨结束。

（2）台风“康森”在西进登陆后，对2010 年7 月16—18 日暴雨造成了直接影响，其外围东南风急流与副高西侧偏南气流贯通，向四川盆地输送了充沛的水汽和能量，使得西南低涡在川东北地区维持发展。台风“丹娜丝”并未对2019 年7 月16—18 日暴雨造成了直接影响，台风“丹娜丝”对川东北的水汽和能量输送很弱，其水汽和能量主要依靠副高外围的偏南气流向输送。2010 年7 月16—18 日暴雨中的动力和水汽条件较2019 年7 月16—18 日暴雨过程偏强，低空急流建立、西南低涡的加强与台风“康森”西进比较同步。

（3）台风“康森”对2010 年7 月16—18 日暴雨的地面中尺度辐合系统扰动、发展、移动方向有明显影响。台风“康森”西进略有北抬过程中，盆地处于热低压控制，地面温度梯度明显加大，有利于激发地面中尺度辐合系统，外围气流影响该地面中尺度辐合系统沿着温度梯度向东北方向移动。台风“康森”过后，地面温度梯度减弱，地面中尺度辐合系统减弱南压。台风“丹娜丝”对2019 年7 月16—18 日暴雨的地面中尺度辐合系统影响相对较弱。

（4）偏西路径台风“康森”对川东北地区持续性暴雨的影响比偏北路径台风“丹娜丝”要大得多，导致2010 年7 月16—18 日暴雨强度及灾害程度要比2019 年7 月16—18 日的强，可能与台风本身强度和中心位置离川东北远近程度有关。由于个例偏少，台风对川东北持续性暴雨的影响机理，还需要进一步研究。