台风“玲玲”引发浙江北部暴雨过程的诊断及雷达特征分析*

徐海军 刘 娟 施 锋

(1.杭州市余杭区气象局，浙江 杭州 311100；2.浙江省气象服务中心，浙江 杭州 310016)

0 引 言

台风是引发强降水的一种主要天气系统，很多持续性暴雨的发生都与台风有关。台风暴雨主要分为3种类型[1]：(1)台风环流本身所造成的暴雨，主要集中在眼壁附近的云墙、螺旋云带及辐合带中，降水区随台风中心的移动而移动；(2)台风与西风带系统或热带其他系统共同作用而造成的暴雨；(3)受地形影响，在迎风坡暖湿空气被迫抬升而形成的暴雨，在浙闽山地表现明显。陈联寿等[2-4]认为台风暴雨区可分为两个区域：台风环流本身的暴雨区和台风本体外的暴雨即台风远距离暴雨区。

钮学新等[5]在总结华东地区台风降水时指出，强台风倒槽辐合线会造成台风倒槽雨量的大幅度增加。董美莹等[6]在总结近40a浙江台风倒槽暴雨气候特征时得出，台风极端强降水的发生，主要与热带低压和副热带高压等相互作用形成的偏东暖湿急流、台风倒槽强辐合和台风东北偏东象限中尺度深对流系统频繁活动有关。浙江是台风经常登陆地，同时也是台风暴雨多发地，尤其是浙江东南沿海，由于地形作用，经常发生台风暴雨[7-10]。周福、段晶晶等[11-12]在分析台风“灿鸿”造成浙江东北部大暴雨中的地形作用时指出，在浙江东北部，钱江湾等地形容易造成暴雨。2019年9月5—6日，受第13号台风“玲玲”和西风槽的共同影响，在湖州安吉、杭州余杭、杭州临安等地发生了暴雨、大暴雨，局地出现了特大暴雨。本文利用常规探测、高空探测、区域自动气象站和雷达资料，分析此次台风暴雨发生的大尺度环流背景和物理量场、中尺度系统及触发条件。

1 资料来源

本文所用数据包括常规高空探测资料、地面观测资料、台风定位资料、区域自动气象站数据、杭州多普勒雷达和萧山、临安、湖州风廓线雷达观测资料。多普勒雷达观测资料时间为世界时间，其余资料时间为北京时间。

2 暴雨过程概况

2019年9月2日08时热带风暴“玲玲”(编号1913)在西太平洋生成，9月3日02时加强为强热带风暴，3日20时加强为台风，9月5日05时加强为强台风，5日08时加强为超强台风，沿125°E线北上，强度维持，近中心最大风力为16级(风速为52 m/s)。超强台风“玲玲”9月5日20时位于东海海面上，距杭州约700 km，9月6日15时距杭州约500 km，6日20时进入黄海后减弱为强台风，9月7日14时在朝鲜登陆，登陆后迅速减弱，9月8日10时在我国黑龙江境内停止编报。

受其影响，9月5日08时—9月6日08时，宁波、绍兴等地出现中到大雨，浙西北(安吉中部、余杭西北部、临安西部)出现暴雨、大暴雨，局地出现特大暴雨，安吉余村站最大降雨量为271.6 mm。24 h降雨量主要集中在安吉中部、余杭西北部和临安东北部，降雨量超过100 mm的站点集中在长小于80 km、宽小于30 km的狭窄地带，强降水局地性很强。

从安吉余村(图1a)和余杭仙岩村(图1b)自动气象站5日12时—6日08时小时雨量可以看出：余村站强降水分两个时间段，分别在5日18—20时和5日24时—6日03时，最大小时雨量为63.4 mm(5日19—20时)；仙岩村站强降水集中在6日01—04时，最大小时雨量为91.3 mm(6日02—03时)，仙岩村站01—04时雨量达155.4 mm，占过程总雨量的89.2%。在此次台风暴雨过程中，强降水时间集中，小时雨强大，推断有中尺度系统触发并维持。

图1 2019年9月5日12时—6日08时自动气象站小时雨量(a.安吉余村站、b.余杭仙岩村站(单位：mm))

3 环流背景分析

2019年9月5日20时，超强台风“玲玲”位于东海海面上(25.8°N,125.2°E)，距杭州大约700 km，7级风圈半径大约为300 km。300 hPa高空，在江苏中部—山东半岛有西南风急流，中心最大风速达32 m/s，浙江西北部、江苏南部、安徽东南部处于高空急流入口区右侧，有利于高空维持强的辐散中心，为上升运动提供有利条件。如图2所示，2019年9月5日20时500 hPa有一西风槽位于山东西部至江西东北部，浙江西北部、江苏南部、安徽东南部位于槽前西南气流中，有正涡度平流，有利于上升运动。700 hPa安庆站风向为偏西风，杭州站风向为偏南风，风速为8 m/s，宝山站风向为东南风，风速为8 m/s，在安徽东南部、浙江西北部到江苏南部存在偏南风与东南风形成的中尺度切变线，有辐合中心，这种中尺度切变线为暴雨的形成提供了条件。850 hPa宝山站风向为偏东风，风速为8 m/s，杭州站风向为东南风，风速为6 m/s。925 hPa宝山站、杭州站风向为一致的偏东风，风速为6～8 m/s，低层的偏东气流源源不断地从东海海面上向暴雨区输送水汽。

图2 2019年9月5日20时高空图与卫星云图

4 物理量诊断分析

4.1 动力条件分析

9月5日20时浙江西北部、江苏南部、安徽东南部等位于300 hPa高空急流入口区的右侧，高空为辐散场，500 hPa为槽前西南气流，低层有弱辐合(700 hPa以下)。20时925～500 hPa散度场之和在浙江北部、江苏南部有极值中心，中心值达8×10-5/s，低层辐合，高层辐散，且辐散中心与辐合中心并不重合，表现为后倾，为对流的持续发展提供了动力条件。20时浙江西北部、江苏南部、安徽东南部等地上空500 hPa垂直速度达-5 hPa/s，02时垂直运动得到进一步加强，垂直速度达-7 hPa/s。强烈的上升运动，将低层辐合水汽持续地抬升，大量水汽凝结，从而形成暴雨，同时暴雨凝结潜热的释放又使低层气压继续降低，辐合上升运动增强，强烈的垂直运动持续维持。

4.2 能量条件分析

稳定度的局地变化，由上、下两层等压面的温度和湿度的局地变化所决定。在5日20时，500 hPa浙北地区有弱的冷平流，随着台风“玲玲”北上移近，低层(700 hPa以下)偏东风与等温线基本垂直，有明显的暖平流。低层的偏东风从海洋上携带大量的水汽，增湿条件明显要大于高层。在高层有西风槽移近、冷空气开始影响、低层却有明显的暖湿气流侵入时，不稳定性加强，容易形成对流性天气。

当大气处于弱的层结稳定状态时，虽然在垂直方向上不能有上升气流的强烈发展，但在一定的条件下可以发展斜升气流，这种机制称为对称不稳定。一般用理查逊数(Ri)来表示对称不稳定。

从表1可以看出，9月5日20时南京站、宝山站、杭州站沙氏指数(SI)、总指数(TT)相差不大，表明在苏南、上海至杭州北部有产生雷暴的可能性。K指数较高，表明发生暴雨的可能性更大。宝山站的对流有效位能(CAPE)要大于南京站与杭州站的，推断在此区域能量分布中间最大，向两侧逐渐减小。

表1 南京站(58238)、宝山站(58362)、杭州站(58457)9月5日20时的对流指数

4.3 水汽条件分析

暴雨是在大气饱和比湿达到相当大的数值以上才形成的[13-14]。从2019年9月5日20时宝山站的探空曲线分析可知，宝山站上空500 hPa温度层结曲线与露点曲线紧靠，表明500 hPa以下湿度条件较好，水汽充足；杭州站20时对流凝结高度只有964.3 m，零度层高度为4973 m，中间有超4000 m的湿层。9月5日20时浙北北部、苏南、上海和安徽省沿江地区850 hPa比湿都达到14 g/kg左右，杭州北部、湖州、嘉兴南部比湿达到15 g/kg，925 hPa上海、湖州、杭州北部、安徽东南部等有明显的湿舌向西伸展，比湿达到16～17 g/kg，700 hPa比湿达到8～10 g/kg，低层比湿条件均较好。

除相当高的饱和比湿外，还必须要有充足的水汽供应，要有水汽供应的环流形势[1]。台风“玲玲”位于浙江东南洋面上，台风北侧的东风气流源源不断地将水汽带到浙江北部、苏南等地，保证了水汽的输送。5月20日在850 hPa浙西北、苏南、皖南等地存在水汽通量辐合大值区，极值达到-10～-12 g/(s·cm2·hPa)，水汽在此水平辐合并向上输送，保证了此次暴雨过程充足的水汽供应。

5 中尺度对流系统的雷达特征分析

常规探测资料、高空探测资料时间分辨率较低，区域自动气象站只能反应地面观测情况，无法精细推断台风远距离暴雨中存在的中尺度系统触发条件及演变过程。风廓线雷达能够分析大气水平运动在垂直方向上的细微结构，能够实时监测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征。汪学渊等[14]利用风廓线雷达资料，分析了台风苏拉登陆过程中风场及降水情况。李青春等[15]利用风廓线雷达资料，分析了北京局地暴雨过程中近地层辐合线的形成与作用。本文利用杭州多普勒雷达和萧山、临安、湖州风廓线雷达资料，分析此次强降水过程。

多普勒雷达回波显示，从2019年9月5日14时起，宁波、绍兴、杭州南、湖州等地出现了降水回波。在图3a中，9月5日13—14时萧山站上空600～1200 m存在由4 m/s的西南偏南风与2～4 m/s的东南风形成的中尺度切变线，与产生降水的时间很好地对应，但中尺度切变线出现的时间略有提前。

图3 2019年9月5日10时—6日06时风廓线雷达资料(a.萧山站、b.临安站)

湖州站(图4a)在17时600～1200 m转为偏南风，而临安站(图3b)上空此时仍为偏东风，说明偏南风与东南风的切变线已西移至湖州与杭州之间，未影响临安，与此对应，该地区降水明显。随着台风“玲玲”的继续北上，偏东风继续加强，萧山站17时开始700 hPa、尤其是850 hPa以下偏东风增强至6～8 m/s，19—20时东风增强至18 m/s。低层的偏东风增强，水汽输送充足，低层不稳定度进一步加大，为短时强降水提供了有利条件。同时，低层切变线进一步西移，在19—20时临安上空600～1400 m高度存在西南风与偏东风的中尺度切变线，西南风速最大达12 m/s。低层的切变线使水平空气辐合上升，形成中尺度对流，产生短时强降水。该段时间多普勒雷达强回波主要集中在宁国、广德、宜兴、无锡一带(图4b)，稳定维持。安吉余村处于切变线东侧的东风急流中，产生短时强降水，雨强达63.4 mm/h。强降水约2 h后，临安站上空低层全部转为偏东风，降水开始减弱。

图4 a.2019年9月5日10时—6日06时湖州站风廓线雷达资料、b.杭州站多普勒雷达资料

5日夜里西风槽继续东移，由于副高的阻挡，西风槽开始转竖，略呈东南—西北向；同时由于台风继续北上，浙北北部低层偏东风转为东北偏北风。5日22时开始，湖州站700 hPa(图4a中2400～3200 m高度)西南风明显增强，形成急流，并有动量下传，到6日00时850 hPa(图4a中1500 m高度)西南风达12 m/s，在01—02时850 hPa以下形成偏南风与偏北风的中尺度切变线，偏南风达8～10 m/s，而1200 m以下仍为偏东风。6日00时08分雷达1.5°仰角径向速度，在50 km范围内低层(1.5 km以下)仍为S形暖平流的辐合风场，在50～100 km范围内，存在正负速度对，有明显的辐合，而在高层(3 km以上)从郎溪、广德有明显的负速度，高空有冷平流入侵。余村、仙岩村位于500 hPa槽底，有冷平流入侵，850～700 hPa存在东北偏北风与偏南风的切变辐合，这也与风廓线雷达资料相一致。由于高空槽移近、低空急流的加强，湖州安吉位于切变线附近，余村站降水又开始增强，6日01时后仙岩村的降水开始增强。杭州站1.5°仰角回波强度6日01时35分达到最强55 dBZ，并维持了15个体扫，至02时51分才减弱，02—03时，仙岩村小时雨量达91.3 mm。图5a为2019年9月6日00时08分杭州雷达1.5°仰角径向速度，图5b为2019年9月6日01时38分杭州雷达1.5°回波特征。

图5 a.2019年9月6日00时08分杭州雷达1.5°仰角径向速度、b.2019年9月6日01时38分杭州雷达1.5°回波特征

强降水一直维持到高空槽移过，湖州站6日06时以后700 hPa及以下开始转为较一致的东北风，降水逐渐消失。

6 结 语

综合上述分析，可以得出以下结论。

(1)此次台风暴雨是在西风槽与台风互相影响的大尺度背景下、在有利的物理量场中和有利的地形上发生的。300 hPa高空急流入口区右侧的辐散场、500 hPa槽前的正涡度平流以及700 hPa以下的辐合场、地形的摩擦辐合和抬升作用都提供了有利的垂直运动的动力条件，而台风“玲玲”北侧的偏东风或东北风，为此次暴雨过程源源不断地从海面上输送水汽，并使大气层结趋于不稳定。

(2)此次台风暴雨是在有利的大尺度系统下，由低层中尺度切变线触发，不稳定能量释放，产生短时强降水；天气尺度系统的维持与稳定，中尺度系统的再次发生，过程叠加形成了此次暴雨、大暴雨、局地特大暴雨天气过程。

(3)此次暴雨可以细分为两次中尺度过程：第一次是由台风“玲玲”外围环流偏东风与低层偏南风形成的中尺度切变线触发，造成短时强降水，强降水随中尺度切变线向西推进而移动；第二次是5日夜里西风槽移近，700 hPa低空急流加强并下传，近地面层仍在台风暖湿气流控制下，形成弱的西南偏南风与东北偏北风的切变线，低层水汽辐合上升，触发中尺度对流，释放不稳定能量，再次造成短时强降水。

(4)风廓线雷达可以很好地探测大气水平风速、风向等气象要素随高度的分布和随时间的变化情况，有很高的时间和空间分辨力。风廓线雷达能很好地探测出低层中尺度切变线，并能反映切变线随时间的推移发生西移及其演变过程，能反映两次中尺度切变线产生机理的不同，对强降水有很好的反映。