1323号台风“菲特”螺旋云带中“列车效应”特征及形成分析

薛煜李靓靓朱业张红蕾,3刘瑞翟国庆

1浙江大学地球科学学院，杭州310027

2浙江省海洋监测预报中心，杭州310007

3浙江省气象科学研究所，杭州310004

1 引言

我国位处东亚地区，有着狭长的海岸线，是世界上受台风影响最多的国家之一。台风雨是台风活动造成的降水现象，也是引起我国暴雨的一个主要类型（陈联寿等，2001孟智勇,2002）。登陆台风的暴雨强度和落区除与台风本身强度、结构有关外，还与高低空急流、冷空气活动、中纬度系统、不稳定能量、地形及强的环境垂直风切变、低层辐合高层辐散的高低空配置等因素有关，也存在多种尺度天气系统配合（寿绍文, 2019,Galameau,et al,2010）。因此登陆台风暴雨的形成机理十分复杂，预报难度大。

Aylward and Dyer（2010）认为，“列车效应”风暴系统是一个个对流单体在同一位置不断传播。极端降水事件也常与多个对流单体或云团的排列方式和走向有关（Durkee et al.,2012）。当多个风暴单体（雷雨云团）先后经过同一个地点，就像列车的不同车厢先后经过同一铁轨一样，间歇性的短时强降水将最终对该地造成局地大暴雨或特大暴雨（Davis,2001;Corfidi et al,2003），国内气象工作者将这种现象形象地称为“列车效应”（孙继松等，2013；陈见等,2014；郑艳等，2014; 柯文华等，2012）。台风造成的暴雨常与台风螺旋云带有关，螺旋云带往往就像一条条水汽通道，跟随台风中心呈螺旋式向前运动，因此常会引起大暴雨或特大暴雨。因此，研究台风螺旋云带中的“列车效应”对于完善极端降水预报和减少人民群众生命财产损失具有重要意义。

陈华宣等（2011）认为副热带高压、高低空急流、风速辐合、低层辐合高层辐散流场等是有利于产生特大暴雨的环流形势特征，暴雨雨带通常位于500 hPa 副高588线外侧的100～200 km 范围内，稳定的环流形势有利于对流性降水发生“列车效应”。黄小玉等（2009）研究了台风“碧利斯”与“圣帕”中暴雨的“列车效应”，两次过程都有暖平流上叠加辐合风场的特征，形成了有利于强降水的环境背景。此外，地形对暴雨的增幅作用不能忽视，地形对降水的增幅作用包括地形摩擦辐合与抬升作用。郑庆林等（1996）提出，海岸线的分布会造成台风降水的不对称分布和强度变化，在华南登陆的台风主雨区多在台风东侧，而华东登陆的台风雨区常在北侧。

研究中发现，台风引起的“列车效应”影响时间有长有短，短则2～4小时，长的可达10小时。螺旋雨带的形成及其中对流单体的排列可能与重力惯性波有关。李英等（2007）发现台风麦莎（Matsa）在移动方向上具有强雨带波状分布和传播特征，指出台风北向传播的大型波状雨带分布特征与大气重力内波与大气惯性波的混合波特征有关。寿绍文（2003）也指出，近年来的研究中发现传播性的中尺度雨带和重力波有密切关系，与强降水相联系的重力波一般是振幅较大，存在时间较长的重力波，重力波出现于对流天气发展之前，起着一种触发机制的作用，当已经产生的对流天气区有重力波通过时，对流强度会发生周期性变化。一方面，台风螺旋云带作为一个绕着中心轴旋转运动的整体，在登陆之后云系向外扩展而偏离原有轨道并受到重力波作用，螺旋雨带中的对流单体可能会呈现近似线性的排列方式。另一方面，受到充沛的水汽输送、低层弱冷空气的渗透触发、环境风切变、地面辐合线以及地形的组织抬升等多种物理条件的作用，这些均可能成为台风“列车效应”形成和维持的条件（蔡小辉等,2012;柯文华等,2012;Corfidi,2003;Davis,2001;Peters et al.,2014）。

1323号“菲特”台风对我国造成了严重的影响尤其是浙江省，国内研究者对“菲特”台风从动力、热力和水汽等方面都做了许多较深入的研究（沈晓玲，2014；王晓，2017；李启华等，2018）。菲特台风带来的降水主要可以分成两个时间段，一是2010年10月6日21:00（北京时，下同）至7日10:00左右，从浙江象山至宁波一带形成的强降水带，二是大约8日02:00至8日10:00，由冷空气从低层扩散南下在江苏东南部、浙江东北部、上海地区产生了区域性大暴雨（田洪军等,2014;谢惠敏等,2016），而多数的研究中未对第一段暴雨发生做细致的分析，研究表明，发生于宁波象山至余姚一带的第一阶段强降水与台风螺旋云带相关并出现典型“列车效应”的现象，而冷空气所起作用并不大。

一般来说，暴雨中“列车效应”发生时的各种天气尺度因素和中尺度条件的都较为普遍，而台风暴雨中的“列车效应”形成机制也成为研究的难点，目前由于具有典型“列车效应”的台风暴雨个例较少，降水量极端，模拟难度大，因此人们对台风螺旋云带中“列车效应”的研究也开展较少。本文主要以1323号台风“菲特”螺旋云带中出现的第一段大暴雨过程，着重分析台风“列车效应”特征和形成的机制。

2 资料与研究方法

2.1 资料简介

本文使用的分析资料：（1）美国国家环境中心/大气研究中心NCEP/NCAR 提供的GFS逐6小时再分析资料（0.5°×0.5°）；（2）华东地面自动站每小时实况加密资料，资料加入了近海地区的岛屿站、浮标等数据；（3）中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集；（4）每6分钟一次的宁波多普勒雷达基数据资料；（5）中国热带气旋灾害数据集和温州台风网台风路径信息资料。资料选取时间均为北京时2013年10月6～8日。

2.2 方法

中尺度滤波方法，可以从大尺度背景场中提取到中尺度系统信息。本文使用Shuman-Shaprio平滑滤波法（章国材等,2007;覃丹宇,2010）来进行尺度分离，该方法可以分离出β中尺度到γ 中尺度的中小尺度信息场，提取波段是基于客观分析到格点的格距为基准，基本思路是：先通过插值处理将选定区域的气象要素资料插值到格点场，再选取适当的滤波系数S，对于二维要素场来说，9点平滑的滤波算子为

其中，S 为滤波系数， fi,j是滤波后的平滑场， fi,j是相应的格点要素值。滤波算子的响应函数：R(S,n)=(1-2sin2(π/n))2，令R(S,n)=0，可以得到S 与n的关系，选取适当格距倍数n得到相应的滤波系数S，可以滤除不同倍数的格距波，再用原始场减去滤波后的平滑场，就可以分离出n倍格距波长的扰动波。

采用9点平滑滤波算子，取S＝0.5，得到图1中响应曲线。

3 菲特台风和降水概况

2013年第23号强台风“菲特”（Fitow），于2013年9月30日20:00在菲律宾以东洋面生成，10月3日凌晨加强为台风，10月4日17:00加强为强台风，10月7日凌晨01:15左右在福建省福鼎市沙埕镇沿海登陆，登陆时强度为强台风，中心附近最大风力有14级（42 m s-1），中心最低气压为955 hPa，登陆后于10月7日09:00在福建省建瓯市境内迅速减弱为热带低压，11:00停止编报。在此期间，1324号强热带风暴“丹娜丝”于10月4日生成，5日14:00在西北太平洋上发展成热带风暴，并以每小时25 km 左右的速度向西北移动并加强，与菲特形成“藤原效应”。“菲特”台风是新中国成立以来正面登陆我国大陆的最强“秋台风”，对中国造成的经济损失达623.3亿人民币，形成的倒槽降水使浙江全境出现罕见洪涝灾害，降雨强度破历史纪录，沿海强风持续时间长。

图1 9点滤波算子响应函数（R）曲线Fig.1 Response function (R) curveof nine-point filter operator

图2是菲特台风在10月6日08:00至7日14:00共计30小时的过程降水量（填色），可以看到，该时段降水位于浙江沿海一带，其中暴雨中心集中在两个区域，一是浙江东北部沿海，以象山（XS）到宁波（NB）为中心的杭州湾南线一带，主要受台风外围螺旋云带影响；另一个是浙江东南部沿海，位于温州（WZ）、台州（TZ）一带，主要受台风近中心环流影响。图1显示，浙江东北部的降水强度最高，大于350 mm 主降水带由象山和宁波两个降水中心相连，呈现带状分布，最大过程降水量到507.3 mm。台风中心路径呈现大圆弧状，登陆之前，路径呈东南—西北向，登陆之后路径呈偏西方向。

4 环流背景

为了简单回顾本次台风形势和水汽条件，我们以850 hPa 上的基本要素场为代表。图3中是10月6日20:00和10月7日02:00的850 hPa 低层的环流形式，由图可见，副高较强呈带状分布且基本稳定，南侧是偏东气流。中高纬有西风槽东移，浙江与福建沿海地区存在一个台风倒槽，槽后是偏南气流，在台风倒槽、副高和台风“丹娜丝”共同作用下，双台风之间建立起一条深厚的水汽通道（填色区），7日02:00“菲特”台风登陆减弱时仍有大量水汽输送和聚集，强水汽通道为浙江沿海地区暴雨提供水汽来源。

图2 2013年10 月6日08:00（北京时，下同）至7日14:00台风“菲特”登陆前后移动路径（点虚线，虚线下方为日和时）和过程降水量（填色区，单位：mm）。Fig.2 Movement path of typhoon “Fitow”before and after landfall(dotted line, the day and hour below the dotted line)and process precipitation(colored area;unit:mm)from 0800 BT(Beijing time)6 to 1400 BT 7 in October 2013

图3 2013年10月（a）6日20:00、（b）7日02:00 850 hPa 位势高度（黑色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：°C）、水汽通量（填色，单位：g cm-1 hPa-1 s-1）和流场（黑色箭头）分布Fig.3 Geopotential height (black solid line;units:dagpm),temperature(red dotted line; units:°C), water vapor flux (colored area;units:g cm-1 hPa-1 s-1),and flow field (black arrow)at 850 hPa at (a)2000 BT 6 October 2013 and (b)0200 BT 7 October 2013

为了了解浙北暴雨发生的环境条件，我们选择了不同高度的风场特征，以了解环境场对此次浙北强降水的起到积极作用。图4a 和b的两个时刻中可以看到，200 hPa 上，在黄海至朝鲜半岛北纬35°以北一直存在一支高空急流，风速达到40 m s-1以上，位置稳定少动并不断加强，高空的辐散区（红色实线）中心值达到4×10-5s-1，暴雨区基本处在高空急流入口区右侧。与此同时，在低层（图4c）以大范围的低空偏东急流为主，850 hPa双台风之间存在大风速带，而7日02:00（图4e）台风近中心有一支东南向强低空急流，急流轴位于宁波暴雨区南侧，温台暴雨区北侧，低空急流为暴雨区输送水汽和能量。台风倒槽内部，7日02:00的925 hPa 高度上（图4d），浙江大部地区成为辐合区（黄色实线），辐合中心达-5×10-5s-1，因此在浙江地区形成高层辐散、低层辐合的有效配置，并有低层水汽不断输送的有利背景。

5 菲特“列车效应”特征分析

台风登陆之后，多数情况下暴雨和螺旋云带跟随着台风环流一致运动，当暴雨中心呈现出带状特征（这种情况常与台风螺旋云带被“甩”离相似，降水雨团运动逐渐远离台风中心路径，沿着台风中心轨迹切线方向呈直线性运动）向前传播，易出现“列车效应”现象。

我们分析了“菲特”第一阶段降水中的8小时连续强降水，图5a 可以看到，以宁波为中心的暴雨带和雷达回波带位置一致，呈带状走向，暴雨中心呈长轴状（长度超过200 km），结合雷达回波对流单体运动表明，该时段的台风螺旋雨带产生的降水现象中出现了“列车效应”。其暴雨中心长轴和雷达回波中心长轴与台风中心路径走向有明显偏离，偏离角大约在25°以上。然而，深入研究发现，台风造成的列车效应也存在“位移”，即它也会发生位置上的移动。根据暴雨发生的地理位置，将10月7日01:00～09:00象山到宁波地区发生的“列车效应”，大致划定7日01:00～04:00为第一次“列车效应”，04:00～05:00是为过渡期，05:00～09:00为第二次“列车效应”。此次连续“列车效应”过程，由象山—宁波地区形成主降水带，该地区8小时平均降水量超过200 mm，最大降水达到309.1 mm，螺旋云带中雷达回波平均反射率在35 dB Z 以上，降水和雷达时空关系对应基本一致。此次“列车效应”8小时连续降水时间只占图2中（30小时）过程降水时间的27%，但最大降水量占比却达到61%，呈现出高降水效率，因此研究菲特台风“列车效应”降水的形成具有重要意义。

两次“列车效应”都从宁波市沿海的象山县（XS）开始，持续时间为3～4小时。每小时降水25 mm 以上的雨带沿着东南到西北方向从象山到宁波向前缓慢推进，第一次“列车效应”雨带跨度在1.5 个经度距离左右（图6a），第二次接近2个经度距离（图6c）。主降水区第二次较第一次略有北抬，若按暴雨中心长轴估算，暴雨的东段（XS）北抬10 km，暴雨西段北抬约50 km，雨带移动方向发生顺时针小角度偏转，这可能是因为随着台风本体登陆减弱，螺旋云带逐渐向外围扩散导致。一个个回波强度达到40 dB Z 的强对流单体呈连续线性向前传播并对象山—宁波地区造成短时强降水最终造成该地区的特大降水。“列车效应”过程中降水区的螺旋云带平均回波强度可以维持在35 dB Z 以上，那么形成“列车效应”的40 dB Z 以上的强对流单体从哪里产生、如何产生和维持并呈现东南—西北向的线性走向？

6 “列车效应”诊断分析

6.1 对流单体传播

众所周知，地面系统移速与引导气流风速大小成正比,移向与高空引导气流方向一致。500 hPa 引导层上的风向06日20:00（图7a）在象山到宁波一带为偏东方向，07日02:00发生逆时针偏转转为东南方向并在“列车效应”发生期间稳定维持（7日02:00～08:00），与发生“列车效应”的系统走向一致，这为“列车效应”呈线性走向提供大环流背景。从925 hPa 散度场来看，除了台风主体，6日20:00开始的浙江北部沿海存在强辐合中心，中心值达到-4×10-4s-1，构成除沿海辐合带之外的象山、宁波、杭州走向的东南至西北向的辐合带（图7a），到7日02:00强辐合区主要位于象山和宁波的沿海地区，7日08:00强辐合区稳定在宁波地区低层上空，强辐合区与强上升运动一致（图略），有利于“列车效应”对流单体产生、发展和传播。

图4 2013年10月（a）6日20:00、（b）7日02:00 200 hPa 风场（风矢）和水平辐散场（红色等值线，单位：10-5 s-1）；2013年10月（c）6日20:00、（d）7日02:00 850 hPa 风场（风矢）和925 hPa 水平辐合场（黄色等值线，单位：10-5 s-1）；（e）2013年10月7日02:00浙江及沿海地区850 hPa 风场（风矢），蓝色箭头代表低空急流轴位置。填色区为风速，单位：m s-1Fig.4 Wind (wind vectors; units:m s-1) and horizontal divergence(red contours; units:m s-1)at 200 hPa at (a)2000 BT 6 October 2013 and (b)0200 BT 7 October 2013.Wind(wind vectors; units:m s-1)at 850 hPa and horizontal divergence(red contours;units: m s-1)at 925 hPa at(c)2000 BT 6 October 2013 and (d)0200 BT 7 October 2013.(e)The 850-hPa wind field in Zhejiang and coastal areas(blue arrow represents the position of the jet stream axis;filling area representswind speed).Shaded areas show the wind speed,units:m s-1

图5 2013年10月7日01:00～09:00（a）8小时降水量（填色，单位：mm）分布和（b）宁波多普勒雷达8小时平均反射率（填色，单位：dB Z）分布。（a）中黑色点线为台风中心路径，（b）灰色阴影是200米以上地形Fig.5 The distribution of (a)8-h precipitation(shaded; units:mm)and(b)8-h average reflectance(shaded; units:dB Z)of the Ningbo Doppler radar from 0100 BT 7 to 0900 BT 7 on October 2013.The black dotted line in(a)is the central path of the typhoon.The gray shade in(b)represents the terrain above200 m

6.2 对流单体加强区域

图7反映出沿海低层有了较强的辐合，这有利于对流发生发展。我们利用宁波多普勒雷达每6分钟一次的观测数据，分析研究“列车效应”对流发生发展的源头及增强机制。考虑到对流发生发展演变较快，难以定量得出对流发生发展的准确概念，因此假定格点上每单位时间雷达回波反射率因子比上一时刻（6分钟）增长量超过10 dB Z，则记为1次增长，以此方法为对流回波在短时间内快速增长的条件。将每个格点8小时（88个时次）的增长次数进行统计，得到雷达回波快速加强的频次分布图（图8）。

在我们统计的区域中，我们获得有意思的结果，图8可以看到，浙北沿海有5条明显的快速增强的带状回波运动轨迹，我们将其编为A、B、C、D和E。图中陆地上并没有出现快速增长频次，但这并不意味着对流单体回波强度本身的减弱，一是因为陆地上对流单体已经发展到成熟阶段，不再继续以短时快速的增长，二是对流云团运动至陆地之后降水增强，导致回波发展速度减慢；图中反映对流回波增长出现了明显的条状，类似于台风外围的螺旋云带，这表明卫星和雷达遥感图像上，宽阔的螺旋回波带中有可能镶嵌着一条或多条发展更为快速的对流云团，这些快速增长的条状回波带中存有中尺度发展特性。

虽然图8的范围并不大，但每条回波快速增长带上也不平衡，沿海频次明显更多，这可能与下垫面岛屿增多导致的摩擦、辐合等加大有关，而各条之间的分布也不均匀，其中B、C 分别是两次发生“列车效应”的起源带。从第一次“列车效应”的主回波带（B）加强区位置和增长数来看，从海上出现就多个超过9次增长的增长数大值区，一个个对流单体从浙江沿海的海上开始形成并快速向前发展，到达象山附近的海域时发展成熟，形成具有高降水效率的“列车效应”降水系统，在象山到宁波偏南侧地区造成短时连续强降水（图6a）。而第二次“列车效应”的主回波带（C）在海上发展强度比第一次弱，整个主回波带比第一次向北抬升约0.2个纬距，增长数大值区主要出现在象山附近，从象山附近开始主回波带的对流单体开始进一步发展加强，到宁波地区趋于成熟，因此第二次“列车效应”雨带略有北抬，在象山到宁波偏北侧地区造成短时连续强降水（图6c），这与上面看到的两次“列车效应”降水分布相吻合。从回波发展速度频次上看，台风螺旋云带内的对流云在近海得以明显快速增强，这可能是沿海复杂的下垫面导致。

6.3 沿海对流单体形成分析

图6 2013年10 月7日（a）第一次01:00～04:00和（b）第二次05:00～09:00“列车效应”每小时降水量分布（左列；等值线，单位：mm）以及雷达平均反射率（右列；填色，单位：dB Z）。（a）中红色、蓝色、绿色实线分别代表01:00～02:00、02:00～03:00、03:00～04:00时段的每小时大于25 mm 降水量，（c）中红色、紫色、蓝色、绿色分别代表05:00～06:00、06:00～07:00、07:00～08:00、08:00～09:00时段每小时大于25 mm 的降水量Fig.6 The distribution of hourly precipitation(left column;contours, units:mm)and the average radar reflectance(right column,units:dB Z)of (a)the first “train effect”from 0100 BT 7 to 0400 BT 7 in October 2013 and (c)the second “train effect”from 0500 BT 7 to 0900 BT 7 in October 2013.(a)Red,blue,and green lines represent hourly precipitation greater than 25 mm during theperiods of 0100 BT-0200 BT,0200 BT-0300 BT,and 0300 BT-0400 BT.(c)Red, purple, blue,and green lines represent hourly precipitation greater than 25 mm during the period of 0500 BT-0600 BT,0600 BT-0700 BT,0700 BT-0800 BT,and 0800 BT-0900 BT

图7 2013年10月（a）6日20:00、（b）7日02:00和（c）08:00 925 hPa 散度场（填色区，单位：10-4s-1）和500 hPa 风场（风矢）分布Fig.7 The distribution ofdivergence disturbance(shaded;units:10-4 s-1)at 925 hPa and wind(wind vectors;units:m s-1)at 500 hPa at(a)2000 BT 6,(b)0200 BT 7,and (c)0800 BT 7 in October 2013

图8 2013年10月7日01:00～09:00雷达回波快速加强区分布（填色，单位：增长次数），A、B、C、D和E代表5条带状回波运动轨迹。灰色阴影区为海拔100 m 以上地形Fig.8 Radar echo enhancement area distribution(shaded;units:number of times of increase)from 0100 BT 7 to 0900 BT 7 in October 2013.Number A,B,C,D,E represent the movement trajectory of five stripe echoes.The gray shaded area representstheterrain above100 m

众所周知，大尺度系统提供了支持中尺度系统形成的条件和环境场，中尺度系统才是直接造成暴雨的天气系统，而对流的快速发生常与有利的环境条件和中尺度触发条件有关（陶诗言,1980），由于东部海岸附近资料较为不均匀，直接寻找中尺度相关信息较为困难，因此设法提取有效的“列车效应”中尺度扰动场信息，并分析内在形成机制。虽然从加密的地面资料辐合场中可以一定程度上获得对流发展特征，但中尺度辐合线或是尺度较小的汇合点不一定能在流场上显现出来，因此若能从自动站流场中提取相应的中尺度辐合带或辐合区，便能够在时空尺度中更有效地判定对流单体的短时发生发展趋势，进一步了解此次“列车效应”过程的形成机制。我们运用Shuman-Shapiro中尺度滤波方法，得到时间尺度约8小时，空间尺度300～500公里的中尺度波动特征。

为了了解列车效应发生和起源，如图9所示，将范围缩小至宁波—象山及沿海。图9a、c和图9b、d 分别代表两次“列车效应”开始时的地面风场特征。图9a、b是初始的流场，未采用滤波方案，图9c、d 采用了Shuman-Shapiro中尺度滤波方案。从流场中可以看到，两次“列车效应”开始时（7日01:00、04:00），未滤波的象山东南侧海域的地面流场中沿海存在大片的辐合区，进行滤波后，两次“列车效应”的初始时刻都形成了东南至西北向的带状中尺度辐合带，辐合带上出现数个的中尺度涡旋扰动中心。这些滤波后的扰动辐合带（填色区），基本也代表了大尺度场上表现出来的辐合中心（图9a、9b）。第二次“列车效应”的中尺度辐合带位置略有北抬，与图6c中第二次“列车效应”降水带的北抬相一致。由此可知，“列车效应”形成过程中，关键是上游的中尺度扰动辐合带的形成，其对于台风螺旋云带中的对流单体发生发展和下游降水系统的演变有着重要的作用。

为进一步了解两段“列车效应”起源之前沿海对流演变，图10给出“列车效应”发生前滤波后的扰动流场。两次“列车效应”分别在7日00:45（图10a）和04:14（图10e）开始，螺旋云带后部有源源不断的高于40 dB Z 的强对流单体从沿海海面中尺度扰动辐合带中生成，并沿辐合线（棕色粗实线）由沿海到象山向前发展。如第一段列车效应发生之前，象山沿海已形成中尺度扰动辐合线（图10a），在半个小时左右的时间内，该扰动辐合线保持稳定维持，并促进对流回波逐渐增强和扩大形成紧密的结构（图10a-d）。在第二段“列车效应”过程中（图10e-h），04:14（图10e）已观测到对流回波单体“M”在象山沿海快速增强，其位置上对应着中尺度扰动辐合线以及图8d 的滤波辐合中心，快速增强后的强对流单体沿着辐合线方向，半小时后移到了象山与宁波的之间（图10e）并仍然保持着45 dB Z 以上的回波强度，在这段时间过程中，地面始终维持着中尺度的扰动辐合以及强度在35 dB Z 以上的对流回波带，说明沿海的扰动辐合线对回波单体在沿海快速发展起到重要作用。两次“列车效应”的形成来看，在具有复杂海岸线和地形的沿海或海陆交界处，以及在一定的环流背景和物理条件下，易构成对流层低层的中尺度扰动辐合场，并促成了对流系统的组织化，典型时刻分别如01:14和04:48，形成了具有中尺度系统特征、连续的线性带状对流回波，“列车效应”由此产生，进而影响象山—宁波地区。在类似的个例研究中，Zhu et al.（2019）利用模式水平分辨率为333 m 的研究发现，台风靠近沿海时的大风带主要位于行星边界层附近，造成围绕大风速柱横向排列辐合，有利于沿海对流云发展。

6.4 对流单体维持分析

图9 2013年10月7日（a、c）01:00和（b、d）04:00地面流场（黑色箭头）和散度场（填色，单位：10-4）：（a、b）未滤波场；（c、d）进行滤波处理后的滤波场Fig.9 Ground flow field(black arrow)and divergence(shaded;units:10-4)at(a,c)0100 BT 7 and(b,d)0400 BT 7 in October 2013:(a, b)Unfiltered fields;(c,d)filtered fieldsafter filtering

通过雷达回波和地面中尺度滤波分析，对流回波的发生发展与地面中尺度扰动物理场关系密切，对流回波多产生在扰动辐合区内，而成熟阶段的回波往往落后于中尺度辐合中心（翟国庆等,1991）。由于两段列车效应发生时段环流形势是相对稳定的，因此我们将其物理场进行合成，图11中可以看到，第一次“列车效应”时段内（图11a），象山以东面沿海和象山与宁波之间海湾都存在着一个中尺度扰动辐合中心，平均强雷达回波（大于40 dB Z 的红色线所围区域）从象山东面的沿海延伸到宁波方向，可见，象山沿海海域以及象山与宁波之间的中尺度扰动辐合，对对流回波加速增强、维持与发展有着重要的作用；同样的，第二次“列车效应”中（图11b），40 dB Z 以上的强回波带（红色实线）产生的上游、象山至宁波之间一直稳定存在一个中尺度扰动辐合中心，持续时间达数小时。即：当螺旋云带前进方向上有辐合中心能维持数小时以上，有利于“列车效应”的稳定维持。沿海中尺度辐合带或辐合中心可能来之三个方面：一是因沿海摩擦增强导致的风速的辐合；二是因风速辐合导致的地转偏差（Markowski andRichardson,2010）；三是沿海岛屿和复杂的海湾造成沿海风场的不规则运动。

由此我们概纳出本次浙北台风列车效应的概念模型（图12）。

图10 2013年10月7日（a-d）第一次和（e-h）第二次“列车效应”雷达回波演变（填色，单位：dB Z）及地面扰动场分布：（a）00:45；（b）00:51；（c）00:57分；（d）01:14；（e）04:14；（f）04:31；（g）04:42；（h）04:48Fig.10(a-d)First and(e-h)second “train effect”radar echo evolution(shadeded;units:dB Z)and ground disturbance field on 7 October 2013:(a)0045 BT,(b) 0051 BT,(c)0057 BT,(d)0114 BT,(e)0414 BT,(f)0431 BT,(g)0442 BT,and (h)0448 BT

图11 2013年10月7日（a）01:00～04:00、（b）05:00～09:00平均流场（黑色箭头）、辐合带平均扰动场（填色，单位：10-4 s-1）和雷达平均反射率（红色等值线代表平均强度在40 dB Z 以上，单位：dB Z），灰色阴影是100 m 以上地形Fig.11 Average flow field(black arrow),average divergence disturbed field(filling;units:10-4 s-1),and radar average reflectivity(red contour line represents average intensity above 40 dB Z;units:dB Z)from(a)0100 BT to 0400 BT and(b)0500 BT to 0900 BT on October 7,2013.The gray shadow represents the terrain above 100 m

图12 “菲特”台风螺旋云带中“列车效应”特大暴雨概念模型Fig.12 Conceptual model of the “train effect” rainstorm in thespiral cloud belts of typhoon “Fitow”

本文是以实况资料分析概纳的台风带状暴雨模型，在图12中，在宁波有带状的“列车效应”暴雨区（黄色），在其上游方向是中尺度扰动辐合带（黑实线），这里有复杂的海岸地形（灰色）及扰动汇合气流（黑虚线）；低空有台风的东南急流（深绿色）和水汽输送（浅绿色），中层有引导气流（橙色线）；“列车效应”暴雨带的高层有大范围的辐散场（浅蓝色）和北部的高空西南风急流（淡紫色），这些大、中尺度系统空间结构的耦合，是可能导致台风“列车效应”发生与维持的机制。但此概念模型仅出自一典型个例，是否具有普适性仍需更多个例的分析。此外，在暴雨的发生过程中除了海岸效应导致的对流发生发展之外，是否还存在其他物理过程如台风重力波等因素，也有待进一步深入分析和研究。

7 总结与讨论

利用观测资料分析了1323号台风“菲特”螺旋云带中出现的典型“列车效应”过程，也是浙北地区主要暴雨灾害的时段，本文着重分析了“列车效应”发生和起源，主要结论如下：（1）根据主要暴雨时段和雷达回波中心带移动轴线，将长达8小时左右维持在钱塘江南岸的“列车效应”分为两段，两次“列车效应”作用时间都在3～4小时左右，空间跨度在1～2个经度距离；暴雨区呈现出带状特征，降水效率高，每小时降水超过25 mm 并向前线性传播；螺旋云带中强度在35 dB Z 以上的雷达回波平均反射率也呈现线性带状结构；降水带走向和雷达回波运动方向与台风中心运动方向产生了大致25°以上的向右偏离。（2）高空引导气流的方向和地面中尺度扰动辐合带走向与“列车效应”中对流单体运动方向基本一致，为其呈近线性排列提供依据。台风螺旋云带内的对流云在近海得以明显快速增强，到陆地回波发展速度减慢，一是因为陆地上对流单体已经发展到成熟阶段，不再继续以短时快速的增长，二是对流云团运动至陆地之后降水增强。（3）螺旋云带后部有源源不断的高于40 dB Z的强对流单体从沿海海面中尺度辐合带中生成，并沿扰动辐合线由沿海到象山向前发展,形成具有中尺度系统特征、连续的线性带状对流回波，台风螺旋云带中暴雨的“列车效应”由此产生，进而影响象山到宁波地区。螺旋云带前进方向上有中尺度扰动辐合中心能维持数小时以上，有利于“列车效应”的稳定维持。

因此，沿海形成的中尺度扰动辐合或扰动涡旋，为螺旋云带中对流在沿海地区发生或发展提供重要条件，形成了对流云的快速增长和后续发展的启动和维持机制，对于“列车效应”的形成、发展和维持起了重要作用。