登陆福建台风造成浙江强降水的分布特征和成因分析

王烨豪

(绍兴市越城区气象局,浙江 绍兴 312000)

0 引 言

影响台风暴雨强度和范围的因素很多，比如有台风的强度、范围、结构等自身因素，还有中尺度对流系统、局地地形激发环流、水汽条件、层结稳定度、边界层辐合和高层辐散等局地因素以及大尺度天气形势，这些因素对台风暴雨的发展增强都有重要作用。林小红等[1]研究发现，“苏力”和“潭美”结构的差异是强降水落区差异的主要原因。程正泉等[2]通过研究大尺度环流对登陆台风降水的影响发现，与台风相连的西南急流的强度和深度是最重要的影响因子。中低纬度环流系统的相互作用，能通过能量转化、动力激发等方式，触发登陆台风内部的中尺度对流系统并造成强降水[3]。丁治英等[4]通过对8407号台风的环境水汽场进行数值试验得出，台风中心右侧水汽通道内水汽的多少对台风降水的影响最大，而台风中心左侧的水汽分布对台风降水几乎没有影响。郑庆林等[5]对9216号台风的数值模拟结果表明，地形的抬升辐合在台风暴雨增幅中有很大作用。徐远波等人[6]发现，台风暴雨发生前存在较为明显的地面中尺度辐合线，在卫星云图上有组织的中尺度对流系统的发生、发展、成熟与消散对强降水临近预报预警有重要的指示作用。以上研究为台风暴雨分析提供了方法。

浙江省年均影响热带气旋数达5.3个[7]。对浙江造成严重灾害的登陆台风路径主要有两种，一种是在浙江沿海登陆，正面登陆浙江的台风对浙江的影响最重、造成的损失最大[8-10]；另一种是在浙闽边界线到厦门之间登陆，这类台风虽不在浙江登陆，但常常引发浙江强暴雨，引发严重洪涝、地质灾害等，本文深入分析此类台风暴雨的特征和成因。

1 个例概况

近年来，几乎每年都有台风在福建登陆，并造成浙江省出现大暴雨或特大暴雨。依据《绍兴台风》书中对于台风影响的定义，表1中列出了近年来登陆福建且对浙江造成明显影响的台风暴雨个例(简称“强个例”)。表1中的台风有一些共同特点，台风都是在福建登陆，暴雨都发生在7—9月份，台风的单站最大日雨量都在250 mm以上，属于特大暴雨。

表1 近年来登陆福建且对浙江造成明显影响的台风暴雨个例

为了更深入地总结此类登陆福建且对浙江造成明显影响的台风的特点，我们选取了3个在福建登陆且对浙江影响较弱的台风(简称“弱个例”)进行对比分析。3个台风分别是1307号台风苏力、1410号台风麦德姆和1601号台风尼伯特(见表2)，它们也有一些共同特点，台风都是在福建登陆，暴雨都发生在7月份，台风的单站最大日雨量都在250 mm以下，主要的大暴雨区范围比较小，主要在浙南的南部。

表2 近年来登陆福建且对浙江影响较弱的台风暴雨个例

本文利用常规气象观测资料、中尺度加密观测资料和NCEP(美国国家环境预报中心)1°×1°再分析资料，分别对表1和表2中的台风进行合成，得到两类台风的雨量场、环流形势场和物理量场，进行对比分析。

2 雨 情

由合成台风的过程雨量分布可知，暴雨走廊呈东北—西南走向分布，雨量主要集中在浙江南部和东部地区，最强出现在温州地区，在温州南部有一降雨极值中心，中心雨量超过270 mm。此类台风均在福建登陆，暴雨区位于台风螺旋云带所在的区域，这类台风在浙江省引发的暴雨可能与台风螺旋云带有关。此外，弱个例合成的雨带也基本呈东北—西南走向分布，雨量最强也出现在温州地区，但范围和强度均明显弱于强个例的情况。

3 环流形势

台风暴雨的发生往往需要有利的大尺度形势场。大尺度形势场不仅能引导和影响台风的发展，而且对台风暴雨的形成与维持也能起到重要作用。本文将行政区域内任意一个自动站出现50 mm及以上降水的时刻定义为暴雨时刻，从合成海平面气压场可知，在台风暴雨时刻之前，强个例合成的台风平均中心(24.7°N，120.3°E)位于台湾省西北侧，合成中心气压为985 hPa，实况暴雨区位于台风中心以北约300km处。受到台风环流的影响，台风的正北方有东南气流与东北气流汇合产生的地面切变线，暴雨区位于地面东北气流区内。弱个例合成的台风平均中心(24.04°N,120.17°E)位于台湾省西部，位置比强个例的偏南，合成中心气压为990 hPa，强度比强个例的偏弱。

从500 hPa高度场可知，合成台风北侧是一个高压坝，西太平洋副热带高压主体位于日本南侧，副高中心位于32°N附近；高压坝北侧为西风带，在我国内蒙古东部有一东移的西风带浅槽。在暴雨发生前，高压坝和台风低压之间有较强的气压梯度，产生较强的东南气流，这支气流从低层一直延伸到中层，不仅为暴雨区提供了源源不断的水汽输送，而且还带来了东风扰动和云团，有利于暴雨的发生。

从强个例合成场与弱个例合成场的对比分析可知，强个例的副热带高压和台风均明显强于弱个例，强个例合成的副热带高压中心值达591 hPa，台风中心最低气压为573 hPa；弱个例合成的副热带高压只有宽广的588 hPa线，没有闭合强中心，台风中心最低气压为576 hPa。强个例中高压坝和台风低压之间气压梯度更强，东南急流也更强，水汽输送与能量输送也强于弱个例。同时，在强个例中副高脊线基本呈东—西带状分布，副高西伸脊点更偏西，这使得台风东侧气流在经过台风第一象限后具有较强的偏东分量，台风向暴雨区输送的水汽和能量更强；而在弱个例中副热带高压在南北方向上伸展，这使得台风东侧气流在经过台风第一象限后南北分量更强，台风向暴雨区输送的水汽和能量明显弱于强个例，这也是弱个例暴雨强度偏弱的重要原因。

从850 hPa合成流场可知，台风低层东北侧有一支强的东南风急流，急流、暴雨区分别与台风中心之间的距离基本相当，浙南暴雨落区就在这支低空急流中心的前侧，这有利于台风暴雨所需的水汽、热量和动力条件的维持。分解u、v分量可以发现，在浙江的中南部有东风的大值区，这支东风急流将海上的暖湿气流带到了暴雨区。而v分量场上，台风环流东西两侧分别有一支偏南和偏北气流，暴雨区基本位于v分量的零风速区附近，因此v分量对暴雨起到的作用并不大。由上述分析可知，低空急流中对暴雨起主要作用的是其中的偏东风急流，它是暴雨区的主要水汽通道和能量通道，有利于产生深厚的湿层和强的水汽辐合。

从强个例合成场与弱个例合成场的对比可知，在强个例中低空急流更强，大于12 m·s-1的急流区覆盖了整个浙江，而在弱个例中急流区只覆盖了浙东南地区。在强个例中东南风急流更强，东南风急流轴风速超过28 m·s-1，位置更偏北，急流轴前部正位于浙江东南部沿海，东南急流与浙江东南地区呈东北—西南向的丘陵地形正交，地形强迫抬升使这一区域降水大幅增强。同时，在强个例中海上副热带高压反气旋环流与台风低压气旋环流之间的流线基本呈东南—西北向，而在弱个例中两系统之间的流线基本呈南北向，这与前面500 hPa合成场的分析相一致。在强个例中副热带高压西伸脊点更偏西，来自热带地区的西南暖湿气流从台风南侧绕行至北侧时，u分量加强明显，形成了较强的东南风急流，而在弱个例中副热带高压在南北方向上伸展，来自热带地区的西南暖湿气流从台风南侧绕行至北侧时,v分量加强明显，东南风急流偏弱。

4 物理量合成诊断

4.1 动力条件

动力条件能触发对流运动的发生发展，导致台风暴雨的产生，并且还能影响雨区的分布。从强个例的合成高低空散度场分析可知，暴雨发生前在浙闽交界的沿海地区存在一个强辐合中心，在低空急流中心的前方，未来暴雨区出现在辐合中心的下游边界;相应的在高层200 hPa上，在浙闽交界的沿海地区有一个强辐散区。这种低层辐合、高层辐散的结构对气流的上升运动起到维持和促进作用，为持续性强暴雨的发生发展提供动力条件。

从强个例合成场与弱个例合成场的对比分析可知，强个例的低层辐合更强，在浙南沿海可达-2×10-5s-1，而弱个例的低层辐合较弱，在浙南沿海只有-1×10-5s-1。此外,强个例辐合中心的位置也比弱个例的偏北。高层辐散的区别更加明显，强个例的高层辐散覆盖了整个浙江地区，在浙江东南沿海有辐散中心，中心数值达3×10-5s-1，而弱个例的高层辐散只覆盖了浙江中南部地区，辐散强度较弱，在浙南沿海只有1×10-5s-1。

4.2 水汽条件

暴雨的发生离不开水汽，当有充足的水汽和源源不断的水汽输送时，暴雨得以形成和维持。

通过对台风水汽通量的合成分析可以发现，850 hPa高度上台风中心东侧和北侧是水汽通量高值区，其分布特征与500 hPa高度场合成的强风速带十分相似，暴雨区位于水汽通量大值轴的前方，水汽由东南风急流源源不断地输送到暴雨区。从水汽通量散度分布可知，暴雨发生前在浙闽交界的沿海地区存在强水汽通量辐合区，说明水汽被输送到此处后出现汇合，为暴雨的持续提供了充足的水汽。台风暴雨处于强水汽通量下游区和水汽通量辐合区，这一特征与台风东北侧的低空急流的分布密切相关。

从强个例与弱个例合成水汽通量场的对比分析可知，强个例的水汽通量更大，大值中心超过52g·cm-1· hPa-1·s-1，大于20g·cm-1· hPa-1·s-1的水汽通量大值区覆盖了整个浙江，而弱个例水汽通量大值中心只有44g·cm-1· hPa-1·s-1，大于20g·cm-1· hPa-1·s-1的水汽通量大值区只覆盖了浙东南地区。从强个例与弱个例合成的水汽通量散度场的对比分析可知，强个例的水汽通量辐合更强，在浙南沿海可达-4×10-6g·cm-2· hPa-1·s-1，而弱个例的水汽通量辐合较弱，在浙南沿海只有-2×10-6g·cm-2· hPa-1·s-1，强个例的辐合中心的位置也比弱个例的偏北。

4.3 能量条件

中低层的不稳定能量是深对流发生的先决条件，对流不稳定能量的输送是暴雨区对流不稳定重新建立和加强的重要机制。台风中的能量输送是暴雨发生的重要条件。从暴雨发生前强个例低层假相当位温合成分析(图1a)可知，850 hPa一个高能中心值达到355K；在高能中心有一个舌区向北延伸到暴雨区所在的位置，舌区的高能轴线对应着台风倒槽，暴雨区内假相当位温基本在348K以上。这个高能舌区是暴雨发生的能量来源。此外，从沿28°N假相当位温和垂直速度的纬向—垂直剖面图(图1b)可知，暴雨区中高层θse呈漏斗状分布，中低层为θse高值区，对流不稳定层结主要位于700 hPa以下，台风通过低层偏东气流向暴雨区不断输送对流不稳定能量，在有利的触发条件下，不稳定能量释放出来，有利于对流的发展和暴雨的增强。

图1 暴雨发生前强个例合成图(a.850 hPa假相当位温场(单位：K)和风场(单位：m/s)、b.沿28°N假相当位温(单位：K)和垂直速度(单位：m/s)的纬向—垂直剖面)

5 边界层特征

研究表明，台风中尺度强对流系统往往是造成台风特大暴雨的主要因素。台风在边界层内出现强辐合带结构，雨团在辐合线上生成后不断沿辐合线发展、移动，在雷达回波上则表现为带状的强降水回波。从图2可知，在925 hPa流场上台风中心偏北方向27°N附近有一支-27 m·s-1的u分量，在台风中心偏东方向存在一支27 m·s-1的v分量，这两支东风急流和南风急流在台风中心北侧的暴雨区形成了东—西向的气流辐合线，暴雨云团在辐合线上生成发展，并向下游传播，形成持续性暴雨。

图2 暴雨发生前925 hPa流场合成图(单位：m·s-1)

6 登陆福建台风暴雨概念模型

这类台风引发的强降水主要发生在浙江南部和东部地区，暴雨中心一般出现在浙江温州地区，过程平均雨量在100 mm以上。在暴雨发生前，海平面上的台风中心平均位于台湾西北侧。在500 hPa高度上，副热带高压呈东—西带状分布，副高脊线在34°N附近，西伸脊点在118°E附近，在台风北侧有一个高压坝，台风低压和高压坝之间强烈的气压梯度使该处出现强的东南风急流，它能带来东风扰动和云团，有利于产生深厚湿层和强水汽辐合。暴雨发生前暴雨区具有低层辐合、高层辐散的结构，有利于上升气流的维持和发展。同时，有一个高能中心，向北延伸到暴雨区，台风倒槽对应着高能舌和不稳定层结，在有利的触发条件下能释放大量的水汽和能量，使暴雨得以产生和维持。在边界层，台风中心北侧有东风急流和南风急流，两支急流形成东—西向的气流辐合线，暴雨云团在辐合线上生成发展，并向下游传播，形成持续性暴雨。

7 结 语

本文利用常规气象观测资料、中尺度加密观测资料和NCEP1°×1°再分析资料，分别对登陆福建且对浙江造成明显影响和一般影响的台风进行合成，得到两类台风的雨量场、环流形势场和物理量场，并进行了对比分析和讨论，得到以下结论。

(1)登陆福建台风造成的强降水主要发生在浙江南部和东部地区，暴雨中心一般出现在浙江温州地区，过程平均雨量在100 mm以上。

(2)在暴雨发生前，500 hPa副热带高压呈东—西带状分布，副高脊线在34°N附近，西伸脊点在118°E附近，在台风北侧有一个高压坝，台风低压和高压坝之间强烈的气压梯度使该处出现强的东南风急流，带来东风扰动和云团，有利于产生深厚的湿层和强水汽辐合。在强个例中副高脊线基本呈东—西带状分布，副高西伸脊点更偏西，这使得台风东侧气流在经过台风第一象限后具有较强的偏东分量，对应850 hPa上更强的u分量，受到浙江东南地区丘陵地形的抬升作用使这一区域降水大幅增强；在弱个例中副热带高压在南北方向上伸展，这使得台风东侧气流在经过台风第一象限后南北分量更强，台风向暴雨区输送的水汽和能量明显较弱。

(3)有一个高能中心，向北延伸到暴雨区,台风倒槽对应着高能舌和不稳定层结，在有利的触发条件下能释放大量的水汽和能量，使暴雨得以产生和维持。

(4)在边界层，台风中心北侧有东风急流和南风急流，两支急流形成东—西向的气流辐合线，暴雨云团在辐合线上生成发展，并向下游传播，形成持续性暴雨。