2018年18号台风“温比亚”引发的豫东极端降水诊断分析

2021-07-22王瑞祥

河南科技 2021年8期

王瑞祥

摘要：为揭示2018年第18号台风“温比亚”对豫东地区造成的区域性极端降水成因，本文利用常规高空、地面气象观测资料、NCEP再分析资料以及NOAA海温距平图，对2018年8月17—19日豫东地区“温比亚”台风引起的大暴雨、特大暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明：强降水事件之所以能够持续多日，其直接原因之一就是华北地区建立了强大的高压坝，贝加尔湖高压脊和西太副热带高压径向度叠加阻挡了“温比亚”台风的向北活动，且500 hPa和200 hPa引导气流偏弱，加之豫西、豫南地形阻挡，导致“温比亚”在河南南部长时间停滞和徘徊;低层建立了持续而强烈的水汽通道，18日20：00前后冷空气扩散南下，在周口北部地区上空与来自南方的暖湿水汽输送交汇，形成强烈的水汽辐合区，加强了豫东北降水。

关键词：“温比亚”台风;豫东极端降水;U、V风矢量;3 h负变压;NOAA海温距平

中图分类号：P458.121文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）08-0139-04

Eastern Henan Triggered by Typhoon Rumbia 201818 Diagnostic

Analysis of Extreme Precipitation

WANG Ruixiang

（Zhoukou Meteorological Service，Zhoukou Henan 466600）

Abstract： In order to reveal the cause of the regional extreme precipitation caused by Typhoon Rumbia in Eastern Henan Province， this paper used the conventional upper air and surface meteorological observation data， NCEP reanalysis data and NOAA sea surface temperature anomaly map to diagnose and analyze the heavy rain and torrential rain weather process caused by Typhoon Rumbia in Eastern Henan Province from August 17 to 19， 2018. The results show that： one of the direct reasons why the heavy rainfall event can last for many days is that a strong high pressure dam has been established in North China， the superposition of Baikal high ridge and the radial degree of Western Pacific subtropical high has blocked the northward movement of Typhoon Rumbia， and the 500 hPa and 200 hPa guiding airflow is weak， coupled with the terrain blocking in Western and southern Henan， It leads to the stagnation and hesitation of "Gambia" in the south of Henan Province; The cold air diffused southward around 20：00 on the 18th， converging with the warm and wet water vapor from the south over the northern part of Zhoukou， forming a strong water vapor convergence area and strengthening the precipitation in Northeast Henan.

Keywords： Typhoon Rumbia;extreme precipitation in eastern Henan;U， V wind vectors;3 hours negative variable pressure;NOAA sea temperature anomalies

我國是全球受热带气旋影响最多的国家之一。据统计，每年进入我国附近海域的台风平均有20个左右[1]。从《台风年鉴（1949—1998）》[2]可知，50年间造成河南省区域暴雨、大暴雨、特大暴雨的台风案例，基本上是从闽、浙登陆以后继续深入内陆省份的台风低压或倒槽所致，如历史上河南省最强降水“75·8”特大暴雨就是由7503号台风减弱后的低压系统造成的[3]。

近年来，大量学者从不同角度对台风暴雨的影响因子进行了深入分析和总结。王新敏等统计了1949—1998年从闽、浙登陆台风的气候特征及河南台风暴雨概况，并利用天气学方法对台风登陆后的移动路径进行了概括和分析[4]。程正泉的研究指出，登陆台风造成的暴雨强度和范围不仅受台风强度、范围及结构等的影响，还与环境场密切相关。同时，对低空急流、中纬度西风槽及冷空气、季风、大陆高压、台风周围的残涡或小涡、下垫面及边界层输送等环境因子，与登陆台风相互作用影响暴雨的机理进行了系统全面综述，并对该领域内存在的问题作了初步讨论[5]。雷小途、陈联寿本文概述了热带气旋与中纬度环流系统相互作用的研究进展，并讨论了存在的科学问题[6]。胡娅敏等研究了河南“75·8”强降水事件的极端异常特征，然后从水汽通量的角度定性分析这次事件的水汽输送特征，最后采用Hysplit模型定量分析了不同源地的水汽来源对河南“75·8”强降水的贡献率[7]。邱品竣[8]、黄丽娜[9]等指出，NINO3.4区的海温距平对登陆中国的台风能量累积和极端性具有显著影响。陈联寿等[10-11]研究发现：台风的非对称性是引起其移动和运动异常的一个关键因素。王远超等根据台风涡旋非对称结构对台风运动产生影响理论，对以1013号超强台风“鲇鱼”中心为坐标原点，300～500 km内850、500 hPa切向旋转速度分解成U、V分量，分析台风的合力运动倾向，探讨1013号强台风“鲇鱼”的风矢量结构变化及其对台风路径突变的影响。结果表明：1013号强台风在快速移动阶段时，风矢量存在明显不对称结构;而在原地打转时，风矢量呈对称结构[12]。朱乾根研究表明，台风登陆后的移动方向和台风中心附近3 h负变压中心呈正相关[13]。

2018年8月17—19日，由第18号台风“温比亚”引起的豫东地区极端降水，降水强度仅次于“75·8”特大暴雨，造成豫东地区多地突破历史极值。前人对此类台风多从系统结构性演变、台风与大尺度环流相互作用、螺旋度变化方面进行深入分析。本文在此基础上，对台风中心附近3 h负变压中心的移动、UV风矢量的强弱及变化以及NINO3.4区海温正距平做一些补充研究，研究其发生及演变机理，以期为以后此类灾害性天气的预报提供参考依据。

1 天气过程概况

2018年8月15日，第18号台风“温比亚”在冲绳群岛以西生成后，于17日04：05前后在上海市浦东新区南部沿海登陆（强热带风暴），登陆后向西北方向移动。

8月17—19日，受台风“温比亚”低压中心长时间滞留的影响，河南省京广线以东地区出现大范围暴雨，降水落区呈明显的环带状分布，豫东地区商丘、周口地区出现特大暴雨，造成豫东地区出现旱涝急转。此次台风暴雨过程有以下几个显著特点。

1.1 滞留时间长

“温比亚”台风自8月18日凌晨03：00进入河南省信阳市（热带风暴），在河南省境内滞留时间达40 h，对河南省风雨影响超过50 h。“温比亚”到达河南省信阳市时为热带风暴级别并维持少动，在豫南停滞少动后向东北方向移出。

1.2 风雨强度大

台风“温比亚”给所经各省带来了强风雨天气，豫东地区出现特大暴雨，降水主要时段集中在17日20：00—18日20：00。最大雨量出现在商丘市远襄集553.1 mm，最大小时雨强出现在虞城沙集112 mm。17日夜里到18日，全省京广线以东大部地区出现6级左右偏北风，中东部出现8～9级阵风，信阳新县最大风力达22.4 m/s。

1.3 降水极端性强

日降水强度仅次于“75·8”台风暴雨过程。河南省商丘、夏邑、宁陵等8个国家站日降水量突破建站以来的历史极值，其中，夏邑站的降水量（355.2 mm）是历史极值（164.3 mm）的两倍多;与历史强降水过程相比，此次降水过程突破极值站数为历次过程中最多，如表1所示。

1.4 与历史台风强度对比

此次臺风与历史台风强度相比有如下特点。一是登陆点偏北，影响河南省时间最晚。历史上对河南省造成暴雨影响的台风登陆点主要集中在福建、广东、浙江。在历史上，直接进入河南省的台风大都在8月上旬前，“温比亚”也是时间最晚的。

二是低压中心强度最强。历史上台风低压中心造成河南省区域性大暴雨的8例台风系统中，“75·8”“82·8”“96·8”进入河南省时低压中心强度分别为995、996、998 hPa，“温比亚”为988 hPa，是最强的一例。

1.5 灾情及影响

极端强降水造成豫东地区出现严重城市内涝、农田渍涝。部分城市电力短暂中断、京九和陇海铁路商丘境内限速运行、部分航班延迟或取消，紧急转移安置10 914人，农作物受灾面积为8 930 km2。淮河流域一级支流史灌河、涡惠河、沱河出现涨水。8月21日，“温比亚”变性减弱为温带气旋，中央气象台对其停止编号。

2 环流形势分析

此次台风属登陆后西北移转向型，过程前期，500 hPa中高纬环流逐渐调整为三槽两脊型，副热带高压偏强、偏北，副热带高压中心位于渤海附近。此时，我国大陆高压也较强，副热带高压588线一直东进至河套地区东部，大陆高压和副热带高压打通，西风带有低槽东移，台风“温比亚”在冲绳群岛以西生成后，沿副热带高压584线边缘向西北方向移动。

在此期间，中高纬经向环流进一步加强，长波槽加深发展，东北地区是发展旺盛的高压脊，并形成稳定的阻塞高压，阻塞高压和副热带高压两个高压的径向度叠加，形成强大的高压坝;500 hPa和200 hPa引导气流偏弱，加之豫西伏牛山、豫南大别山山脉地形阻挡，使“温比亚”台风前进速度放缓接近停滞，在周口市南部维持少动，移动速度小于10 km/h;日本海副热带高压南侧的东南气流将太平洋的水汽向雨区输送，建立了持续而强烈的水汽通道，来自太平洋的暖东南急流，提供了充足的能量支持。18日20：00，华北冷空气扩散南下，并在河南北部地区上空与来自南方的暖湿水汽输送交汇，形成强的水汽辐合区，河南东北部降水得到加强。

随着中纬度低槽东移，副热带高压东退明显，台风东移北上，河南降水逐渐停止。

3 物理量诊断

3.1 水汽条件

造成此次持续多日的强降水事件，其持续而强烈的水汽通道，是由集中的东南气流形成的。

再分析资料显示，18日豫东地区存在较大水汽辐合区。以周口市川汇区为基点，制作时间剖面图（图略）。通过分析图可知，17日08：00起，周口市开始处于水汽辐合区，18日08：00左右达到最大，绝对值达到60 g/（cm2·hPa·s）。在低层为强烈的水汽输送通道，事件期间，副热带高压南部的水汽通道强烈而旺盛。18日20：00，大气整层可降水大值区分布在河南省东南部，对此次大暴雨落区有较好的指示意义。

3.2 动力条件

17日14：00起，周口市上空整层垂直上升速度逐渐加大（见图1），在雨强最大时段，即18日08：00—20：00，绝对值达到40 m/s，并且在此期间，300 hPa以下有正涡度平流，其中在850 hPa上存在正涡度平流中心。300 hPa及以上为强烈的辐散区。这种高层辐散加强了中低层的上升运动，有利于台风的涡旋维持，造成强烈的抽吸作用，为强降水的发生提供了充足的动力条件。

4 NINO3.4区海温距平场对“温比亚”台风的能量作用

从美国国家海洋大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）获取的常年海温距平数据来看，NINO3.4区（5°N～5°S，170°～120°W）的6—7月月平均海温较常年异常偏高，有利于此次“温比亚”台风的能量累积;“温比亚”台风到来之前，NINO3.4区距平在0.65～0.78 ℃，为此次台风的活动提供了充足的能量支持，有利于保持台风螺旋度并减缓其衰减速度，造成较长时间的降水。

5 卫星资料分析

从18日05：30水汽云图可以看出，豫东地区上空存在明显的水汽辐合区，且18：30云图上显示，台风后部尾迹有明显的水汽输送带，将水汽长时间的输送给台风北侧，为南下冷空气扩散的结合提供了先期条件。

6 台风转向

6.1 U、V分量

U、V分量数据显示，台风中心到达河南省之前，东风分量>南风分量，“温比亚”偏西西北方向移动;台风中心在河南省南部时，东风分量与南风分量相当，此时“温比亚”停止少动;到19日08：00，东风分量逐渐小于南风分量，“温比亚”开始向偏北移动。由此可见，500 hPa，U、V分量对台风移动影响较大。

6.2 3 h变压

“温比亚”路径表明，“温比亚”登陆后，“温比亚”移动方向大致朝向3 h变压方向移动，特别是刚刚登陆阶段。由此可见，地面3 h负变压中心对台风移向有较好的指示意义。

7 相似台风个例比较

2018年第14号台风“摩羯”和“温比亚”有相似之处，对比分析来看：一是登陆点相近，二是移动路径有差异，三是在河南境内滞留时间差异大。

“摩羯”登陆后，南亚高压逐渐增强，台风处东环高压西侧先后受“东南-南-西南”气流引导，并且“摩羯”靠近副热带高压，二者气压梯度加大，导致梯度风加大;登陆后，13日14：00，南风分量>东风分量，“摩羯”偏北行，接近河南省时，东风分量明显减小（<10 m/s），而南风分量一直大于20 m/s，导致台风向北移动且移速较快。200 hPa高层无辐散，流出量弱，且低层辐合弱，导致整层上升运动较弱，加上冷空气入侵，变性较快。

8 结论

持续性强降水事件是中高纬度大尺度环流与台风天气系统相互作用的产物，台风移动路径和副热带高压强度、位置有密切联系，西北转向路径台风对应的副热带高压主体位置明显偏北偏东;台风在豫南地区滞留少动的直接原因之一是华北地区建立了强大的高压坝和豫西、豫南地形阻挡、且引导气流偏弱。

200 hPa和500 hPa引导气流的强弱及方向变化，对台风中心移动有好的指示意义;台风中心附近3 h负变压中心较台风移动有提前量，U、V风矢量的强弱及变化对转向台风有较好的预示性。

低层建立了持续而强烈的水汽通道，冷空气扩散南下，并在周口北部上空与来自南方的暖湿水汽输送交汇，形成强的水汽辐合区。

台风事件发生前一个月，NINO3.4区海温正距平≥0.5 ℃，有利于增强该季节台风累积能量，极端台风事件更多出现在事件发生前一个月海温为正距平的月份。

参考文献：

[1]喻世华，陆胜元.热带天气学概论[M].北京：气象出版社，1986：132-133.

[2]中国气象局.台风年鉴（1949-1988）和热带气旋年（1989—2010年）[M].北京：气象出版社，2011：103.

[3]“75.8”暴雨研究会战领导小组.1975年8月河南特大暴雨研究报告[R].1977.

[4]王新敏，赵培娟，李保生，等.影响河南的登陆台风分析[J].河南气象，2002（2）：14-16.

[5]程正泉.登陆台风与环境因子相互作用对暴雨的影響研究综述[J].广东气象，2008（5）：4-7.

[6]雷小途，陈联寿.热带气旋的登陆及其与中纬度环流系统相互作用的研究[J].气象学报，2001（59）：602-609.