2019年9号台风“利奇马”倒槽暴雨过程初步诊断分析

丁晓敏 邵禹晨 程昕 颜雅琼 唐舟 秦亚兰

关键词台风倒槽;冷空气;暴雨;诊断分析;湿位涡

台风是影响我国的主要天气系统之一，影响期间往往会带来极端降水天气。“7503”号台风“妮娜”在河南林庄24h降水量达到1062mm，“0012”号台风在江苏响水造成830mm以上降水，突破江苏历史暴雨极值。近年来，国内外对于台风暴雨的发生、发展机理等做了很多研究，认为台风暴雨的强度和分布与三个要素有关，即内部结构影响、环境大气控制和下垫面强迫，尤其是大气环境对台风暴雨强度和分布有重要影响。高低空急流、西风槽、以及北方有冷空气南下等诸多物理因子有利于台风暴雨的维持。Rodgers EB等分析了水汽条件和垂直风切变等对台风强度和台风降水量的影响。Dang RO等研究表明，中低纬度环流系统的相互作用对登陆台风降水的突然增幅有重要作用。wei N等认为，水面或台风暴雨会把水汽反馈到台风气柱，有利于暖心的维持。侯淑梅等分析影响山东省的热带气旋极端降水均伴有低空急流。端义宏等认为登陆台风风雨分布取决于台风内部环流结构和水汽循环工程。

2019年9号台风“利奇马”在浙江省温岭市城南镇登陆后一直北上，先后影响浙江、福建、江苏、上海、安徽、山东、河南、河北、天津、辽宁、吉林等地区。此次台风过程影响范围广、强度大、灾害重，多个国家站的最大日降水量突破历史极值。

1资料与方法

利用常规地面观测资料和FNL（分辨率0.25°×0.25°）逐3h再分析资料，通过诊断分析强降水时段宿迁本地的环流形势特征、水汽输送特征、动力特征、热力特征等，对“利奇马”台风影响江苏宿迁的大暴雨过程进行分析，探讨其形成成因与机制，加深对台风造成的极端降水的认识。寿绍文研究指出，湿位涡这一物理量不仅表征了大气动力、热力属性，而且考虑了水汽的作用，对湿位涡进行诊断可以探寻热力、动力和水汽条件与降水的关系，从而揭示降水发生、发展的物理机制。文章在物理量场的诊断方面，除了分析水汽通量、涡度、散度、垂直速度、假相当位温以外，也着重分析了湿位涡的特征。湿位涡的单位为PVU，1PVU=10-6 m2-K-s。湿位涡可以分解为湿正压项（MPVl）和湿斜压项（MPV2），即：MPV—MPVl+MPV2。

2“利奇马”台风概况

2.1“利奇马”台风概况及影响实况

超强台风“利奇马”8月10日01：45在浙江省温岭市城南镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力有16级（52m/s），这使其成为2019年以来登陆中国的最强台风和1949年以来登陆浙江第三强的台风;随后纵穿浙江、江苏两省并移入黄海海面，最终于8月13日14：00被中央气象台停止编号。8-9日，“利奇马”台风东北侧副热带高压西进后东退，引导气流的偏西分量转偏北分量;9日后期鞍形场建立，台风移动速度缓慢，东侧副高阻挡，北上过程中不利于东北转向，台风西北行;10日后高空槽东移，副高东退，台风路径偏北。“利奇马”台风8月9日开始影响我省，12日结束，影响时间长、范围广，造成的风雨强。10日22：00左右从太湖南部进入我省，经苏州、无锡、南通、盐城，11日12：00从连云港市灌云县灌西盐场入海，在江苏境内逗留14h。

受台风“利奇马”影响，整个台风影响过程，全市所有120个乡镇（街道）量均超过50mm，其中，111个乡镇（街道）雨量超过100mm，14个乡镇（街道）雨量超过200mm，雨量排名前三分别为：沭阳高墟镇251.6mm，沭阳韩山镇237.1mm，沭阳颜集镇221.4mm。全市57个乡镇（街道）最大风速超过7级，其中，11个乡镇（街道）最大风速达到8级，最大风速排名前三分别为：泗阳高渡镇19.2m/s（8级），沭阳高墟镇18.9m/s（8级），泗洪半城镇18.9m/s（8级）。10日我市主要以降水天气为主，整体上看强降水时段主要在11：00～15：00和17：00N23：00这2个时段，全市118个乡镇（街道）雨量超过50 mm，其中，76个乡镇（街道）雨量超过100mm，最强降水出现在泗洪;11日我市主要以大风天气为主，全市57个乡镇（街道）出现7级以上大风天气，最大风速19.2m/s，宿迁、泗洪、泗阳3个县区的降水强度明显减弱，强降水区域主要在我市沭阳县等东北部地区，最强降水出现在沭阳东北部的高墟镇，强降水时段为11日05：00～07：00最大小时雨强56.9mm;12日台风影响基本上結束，天气逐渐转好。

2.2环流形势

从9日08：00的形势场来看，500 hPa高空呈两脊一槽的结构，高空槽东移南压，高空槽东西两侧各有一高压脊，“利奇马”台风西侧高空槽后为大陆高压，东北方向为副热带高压。

西边洋面上还存在另外的台风“罗莎”，2个台风均位于副高的西南侧，“利奇马”在东南气流的引导下向西北方向移动，“罗莎”相对稳定少动，700～850 hPa上东南风急流强盛。9日20：00（图1a），鞍形场建立，副热带高压分裂为南北两段，南段副高迅速减弱南退，“利奇马”在北部副高的引导下继续向西北缓慢移动。10日凌晨1：45在浙江省温岭市城南镇沿海登陆，05：00左右高空槽与“利奇马”台风倒槽在我市西部结合（图1b），10日10：00我市自东向西开始出现强降水天气。10日后期高空槽东移，副高东退，台风路径偏北，10日22：00左右“利奇马”从太湖南部进入我省，强度较前期明显减弱（图1c），11日12：00从连云港市灌云县灌西盐场入海（图1d）。

3强降水物理量诊断

在强降水出现的时间段选取宿迁、高墟、泗阳、洪泽湿地四个站点对此次倒槽暴雨过程进行水汽条件、动力条件和热力条件诊断分析，分析探讨造成强降水的物理机制。

3.1水汽输送情况分析

西南季风的暖湿气流输送和副高南侧东南风气流双通道为此次台风倒槽暴雨过程输送了充沛的水汽，从水汽通量/水汽通量散度的时间—高度垂直剖面图上（图4）可以看到在中低层有明显的水汽通量的辐合，强的水汽辐合为“利奇马”提供了强烈的潜热加热。其中，宿迁（图2a）、泗阳（图2c）和高墟（图2d）主要有3个时间段的水汽通量的辐合，分别是9日20：00～10日20：00、11日02：00～11日08：00以及11日08：00～12日20：00，而洪泽（图2b）有2段：9日20：00～10日20：00、11日02：00～12日20：00。其中，10日除了泗阳在上午和傍晚左右都有水汽通量及辐合的大值区（水汽通量最大值45g/（hPa·m·s）），其他3个站都是在下午到傍晚之间有水汽通量的强辐合，水汽通量最大值为45g/（hPa·m·s），同时，对应着较强的水汽通量辐合，强辐合区最大值为一60 g/（hPa·cm2·s）。从10日20：00 850 hPa的水汽通量图上（图3）可以看到，在西南急流的水汽输送通道发生断裂，转成偏西气流，并入“罗莎”西南侧偏西气流中。11日凌晨副高南侧东南风急流加强，为本地降水有聚积了充足水汽，宿迁、泗阳、高墟三个站点在此时间段内都有明显的水汽通量的聚集和辐合，以高墟站的水汽通量最大，为50g/（hPa·m·s）以上，也在高墟产生了极端强降水。11日12：00“利奇马”经连云港入海继续进行水汽的补充，台风外围螺旋雨带进一步北移，我市降水明显减弱。

3.2动力扰动条件分析

从4个站的涡度、散度时间—高度剖面图上（图4）也可以看到，10日凌晨南部地区（图4b、4c）开始边界层底层开始出现弱辐合区，925～850 hPa为辐散区，为之后降水云团的发生发展提供初始的扰动力：14：00～17：00辐合区明显发展，辐合区伸展到对流层中层700hPa左右，同时，对应着较强的正涡度区，正涡度区伸展到高层，尤其是洪泽湖湿地（图4b）辐合区最大值一20 S，正涡度最大值为18，具有强烈的中低层辐合高层辐散的结构特征，有利于对流的组织和发展，10日14：00，从1000 hPa涡度场和散度场的平面图上来看，在洪泽湖湿地有明显的辐合区和正涡度的大值区，宿迁（图4a）850 hPa为强辐合区（最大值：-20），850～600hPa左右为强辐散区，700 hPa以下对应较强正涡度区（最大值：18），高墟（图4d）也出现了低层辐合高层辐散同时配合有正涡度区的结构，但强度相对较弱：10日夜间-11日凌晨，除了洪泽，其他3个站点的涡度和散度均持续上述结构特征。

从垂直速度图上来看，在上述分析的3个时间段内，较为明显的上升运动区在925 hPa以上，边界层内上升运动较弱。泗阳（图5c）、高墟（图5d）垂直速度很弱，低层最大垂直上升速度为Pa/s;宿迁（图5a）的垂直上升速度相对较大，10日夜间-11日凌晨最大值为4 Pa/s，高度在500 hPa左右：洪澤湿地（图5b）在10日14：00～17：00在925～300 hPa上升运动强烈，垂直上升速度最大值为4 Pa/s。

3.3对流不稳定特征分析

假相当位温随高度减小代表对流不稳定，通过对假相当位温的垂直剖面进行分析，可以对对流不稳定特征有直观的了解。分析假相当位温的时间高度垂直剖面，10日14：00～17：00，4个站都不存在明显的对流不稳定特征，10日夜间-11日凌晨，在700 hPa高度以下存在弱的对流不稳定特征。分析10日14：00（图6a）和11日05：00（图6b）4个站点的假相当位温垂直递减率，10日14：00洪泽湿地和泗阳随高度有递减的特征，但递减率很小，递减率为1～2K/hPa，其他站点随高度无明显递减特征，表明此次强降水的对流特征不明显。

4湿位涡分析

分析925 hPa湿正压项MPV1分布图发现，强降水开始之前MPV1即为负值，所以降水之前低层储备了大量水汽和热动力条件。对10日14：00 4个站的MPVl湿正压项的经度一高度垂直剖面进行分析，边界层内MPVl均为负值覆盖，宿迁、泗阳、高墟3个站暴雨区MPVl中心值为-4 PVU，洪泽湿地MPV1中心值绝对值更大为-8PVU，对应着较强的对流不稳定。除了泗阳，其他3个站600hPa高度层及以上MPV1为正，对流稳定，这种湿对流稳定区和不稳定区叠置的配置有利于低层辐合加强，对暴雨的增幅有积极作用。对流层中高层有正的MPV1值向东向南伸展，正值中心与负值中心相间分布，可能是因为西侧有冷空气向东向南侵入暖湿环境，使得中高层的对流稳定变为对流不稳定，至11日05：00（图7）MPVl负值区被压缩到更底层，绝对值增大，又聚积了大量的水汽和热动力条件，700～850 hPaMPV1正值区较之前增大近10倍，中低层有较强的干冷空气入侵。

分析10日14：00 4个站的MPV2湿斜压项的经度一高度垂直剖面图，边界层内MPV2均为正值，宿迁、泗阳两个站暴雨区MPV2中心值为3 PVU，洪泽湿地、高墟MPV2中心值更大为8PVU。至11日05：00（图8），700～925hPa出现高绝对值的负值区，中心最大绝对值达8～14 PVU，最大的MPV2中心值在高墟（图8d），垂直风切变明显增强达20 m/s，干冷气流的侵入使得大气层斜压性明显增强，有利于降水的增幅，11日凌晨高墟出现了大暴雨天气，小时雨强50mm以上。

5结论

“利奇马”超强台风为2019年影响我国的最强台风，影响时间长、范围广，造成的风雨强，在我市出现了大范围的大暴雨和大风天气，这次大范围大暴雨天气过程，是台风倒槽与冷空气相结合产生的，大暴雨区位于台风倒槽之中。

（1）此次强降水以台风本体降水为主，对流不强，但冷空气的侵入，使得台风外围环流斜压性增强，垂直风切变增强，导致对流不稳定能量及潜热能释放，部分地区的强降水具有一定的对流性天气特征。

（2）从水汽条件来看，“利奇马”携带大量水汽，我市高水汽通量配合强水汽辐合为强降水提供了充沛的水汽和不稳定能量，这也是造成此次大范围大暴雨天气的主要原因。8月10日白天台风西南侧西南季风的暖湿气流输送和副高南侧东南风气流双通道为此次台风倒槽暴雨过程输送了充沛的水汽，西南急流水汽通道断裂后，8月10日夜间-11日凌晨，台风东部东南风急流通道加强，继续为北部强降水提供充足的水汽和能量。

（3）从动力抬升条件上来看，在降水开始之前，边界层内的弱辐合以及700～850hPa的辐散为降水提供了初始扰动，垂直上升运动较弱，降水期间，在500hPa以下基本上都维持着正涡度，低层强辐合高层强辐散，垂直上升运动明显增强，是此次强降水过程的有利动力支撑。

（4）从热力条件来看，西南急流和东南急流带来大量水汽的同时，也为“利奇马”提供了充足的潜热加热。分析假相当位温可知，降水期间的热力不稳定特征不明显。对湿位涡进行分析，发现降水之前低层就储备了大量的水汽和热动力条件，强降水发生时，低层对应MPVl<0，MPV2>0。降水期间低层对流不稳定有所发展，600hPa高度之上湿对流稳定区和不稳定区叠置的配置有利于低层辐合加强，对流层中高层MPV1正值中心与负值中心相间分布，可能是因为西侧有冷空气向东向南侵入暖湿环境，MPV2绝对值明显增大，这些条件使得大气斜压性增强，垂直风切变增强，对暴雨的增幅有积极作用。