台风“狮子山”和“圆规”对霞浦县降水影响对比分析

徐佳奥 雷 喆 陈文佳 陈求振

(1.福建省霞浦县气象局，福建 宁德 352000;2.民航三亚空中交通管理站，海南 三亚 572000)

1 概述

热带气旋是发生在热带或副热带洋面上的低压涡旋，是一种强大而深厚的热带天气系统[1]，台风属于热带气旋的一种，是我国最主要的灾害性天气之一。目前，许多学者做单个和多个台风的对比分析，从中得出诸多有利于台风发展的因素。冯德花等[1]利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和MJO指数对台风“天鸽”和“山竹”研究指出，较大的水汽通量、较强的上升运动、登陆时密实的低压云团以及对流云系减弱较慢等都有利于台风降水的维持；杨舒楠等[2]利用常规观测资料、气象卫星资料及NCEP分析数据对台风“麦德姆”和“苏迪罗”进行对比分析得出，冷空气和登陆台风减弱后的残余环流相互作用会产生大暴雨；陈红专等[3]应用多种常规观测资料、加密自动气象站资料和NCEP 1°×1°再分析资料对“尤特”和“天兔”进行对比分析得出，“尤特”台风暴雨直接由台风环流引起，具有峰前暖区降水特点，“天兔”则由台风低压倒槽与西风带天气系统相互作用引起，典型的锋面降水；张建海等[4]利用MM5模式对两个路径相似的台风“海棠”和“凤凰”进行对比研究指出，水汽输送、弱冷空气侵入和地形都会对台风暴雨产生影响。

福建省位于我国东南沿海，是常受台风影响的地区之一。台风登陆后，受地面摩擦作用，台风结构、强度重新调整，但当登陆台风减弱后的残余环流与南下冷空气作用时，将有特大暴雨产生[2]。伴随着大风、暴雨等现象出现，将给建筑、高空设备、通信交通、农业和旅游业等造成影响，同时也危害着人民生命安全和国家经济发展[5]。随着气象技术进步，各种新型预报产品出现，我国对台风路径和降水影响的预报也愈加准确，但是由于影响台风路径和降水的因素较多，预报精确度还有待提高。据此，本文通过分析台风路径和降水情况，利用环流形势、风场以及垂直速度、涡度散度、水汽等相关气象诊断物理量，对比分析台风“狮子山”和“圆规”过程，找出两次过程的共同特点和差异，为今后同类型台风暴雨过程预报提供参考。

2 数据和研究方法

台风路径资料源自中央气象台台风网。降水数据采用霞浦县域内自动气象站逐时EFZ格式站点数据。高度场资料、风场资料、垂直速度量、涡度散度数据、湿度数据均采用欧洲中尺度天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)的ERA-5再分析格点资料。本文应用上述资料数据，结合Python语言编程绘制出台风路径、降水概况、环流形势、风场、垂直速度、水汽和涡度散度图，对比分析两次台风对霞浦县降水的影响。

3 分析与结果

3.1 台风路径和强度

如图1所示，“狮子山”和“圆规”均生成于菲律宾以东的洋面上，移动路径相似，都逐渐向海南省靠近，最终分别以热带风暴级(狮子山)和强热带风暴级(圆规)在海南省登陆。其中，10月7日08时，“狮子山”位于霞浦县西南部，中心距霞浦县约1484km，主体结构较为松散，影响范围广，云系发展旺盛；10月13日08时，“圆规”同样位于霞浦县西南部，中心距霞浦县约1124km，主体结构紧实，在海南省登陆后强度迅速减弱，云系发展高度不及“狮子山”，给霞浦县带来的降水强度弱于“狮子山”。

(a)台风“狮子山”移动路径

(b)台风“圆规”移动路径

3.2 降水概况

“狮子山”和“圆规”移动路径相似，但过程雨量在时间和空间分布上均有差异，如图2和图3所示，“狮子山”过程雨量较大，暴雨落区在东北角，降水主要集中在7日，小时最大降雨量出现在7日19时，1小时降水量可达28.9mm；而“圆规”过程雨量较小，暴雨落区在北部中间，范围小于“狮子山”，降水主要集中在13日和14日，小时最大降雨量出现在14日11时，1小时雨量可达9.8mm。

综上可得，“狮子山”影响过程中，降水持续时间较短，强度较强；而“圆规”影响下，降水持续时间较长，强度较弱。

(a)10月6日20时—8日20时累计降水(“狮子山”过程)

(b)10月12日20时—14日20时累计降水(“圆规”过程)

(a)10月6日20时—8日20时霞浦县单站小时降水

(b)10月12日20时—14日20时霞浦县单站

3.3 环流形势影响分析

如图4(a)(b)所示，高层200hPa上，中纬度地区均有条由西向东的带状高空急流，500hPa上有一低槽东移，结合图(c)(d)中850hPa温度场可以看出，两次台风过程均有冷空气南下扩散，但两次冷空气南下程度不同，“狮子山”移动过程中，低层不存在干冷空气入侵的情况，而“圆规”移动过程中，低层有冷空气卷入台风主体。

(a)10月7日08时(台风“狮子山”)

(b)10月13日08时(台风“圆规”)

(c)10月7日08时(台风“狮子山”)

(d)10月13日08时(台风“圆规”)

3.4 垂直速度场分析

如图5所示，台风“狮子山”过程中，在700～400hPa高度上7日20时和8日20时前后垂直速度负值较大，存在较强的上升运动，其中垂直速度最大负值出现在7日20时前后，数值可达-1.5～-1；台风“圆规”过程中，在700hPa以下高度上13日02时至14日11时存在较强上升运动，其中垂直速度最大负值出现在13日10时前后，数值同样可达-1.5～-1。

(a)台风“狮子山”影响时段

(b)台风“圆规”影响时段

对比分析可得出以下结论：台风“狮子山”过程中，垂直速度的大值中心出现在700～400hPa这个高度，而台风“圆规”则出现在700hPa以下的高度。

3.5 涡度散度及水汽通量分析

如图6(a)所示，7日20时霞浦县低层处在一个上升气流控制下，对应的散度强度在-5×10-5～0s-1之间，同时考虑涡度平流情况，霞浦县处在正涡度区，7日20时涡度值达到4.0，受到正涡度平流影响，地面辐合上升加强，成为强降水中心。图6(b)中13日08时，霞浦县低层处在强的下沉气流控制，散度达10×10-5，同时霞浦县处在正涡度区，涡度最大值达7.5，也受到正涡度平流影响。比较之下，霞浦县大部分地区的抬升条件“狮子山”要好于“圆规”，同时从图6(c)(d)中6日20时和12日20时的水汽通量可见，水汽自东向西向霞浦县输送。

(a)10月7日20时(台风“狮子山”影响时段)

(b)10月13日08时(台风“圆规”影响时段)

(c)10月6日20时(台风“狮子山”影响前)

(d)10月12日20时(台风“圆规”影响前)

通过对涡度、散度和水汽等物理量的诊断可见，①从水平涡度平流角度而言，台风“狮子山”和“圆规”过程中，850hPa上都存在正涡度平流输送(如图中箭头所示)。同时正涡度大值中心与降水过程累计量大值中心相匹配。②从散度角度而言，台风“狮子山”过程中低层为一致的辐合，而“圆规”则为一致辐散。③从水汽通量散度可知，台风“狮子山”和“圆规”影响前霞浦县处于水汽辐合区，有利于降水发生。“狮子山”水汽辐合中心位于霞浦县上方，而“圆规”水汽辐合中心位于霞浦县西北角。

4 结论与讨论

本文采用天气学诊断分析方法对台风“狮子山”和“圆规”所引发的降雨天气过程进行对比分析，得到如下结论：

① “狮子山”影响过程中，降水持续时间较短，强度较强，最大小时雨强28.9mm/h；而“圆规”影响下，降水持续时间则较长，强度较弱，最大小时雨强9.8mm/h。

②两次台风均受西太平洋副热带高压、低槽东移和低空急流影响，主要区别在于低槽东移引导冷空气南下的程度不同。“狮子山”结构较为松散，发展更旺盛，无干冷空气卷入；“圆规”结构紧实，云系发展高度不及“狮子山”，有弱冷空气卷入台风中心。

③两次台风过程中上升运动最强时段对应的降水都较强，其中台风“狮子山”过程中，垂直速度的大值中心出现在700～400hPa高度，而台风“圆规”则出现在700hPa以下的高度。

④两次台风过程500hPa都存在正涡度平流输送，正涡度大值中心与降水过程累计量大值中心相匹配，台风“狮子山”过程中低层为一致的辐合，而“圆规”则为一致辐散。两次台风影响前霞浦县处于水汽辐合区，有利于降水发生，“狮子山”水汽辐合中心位于霞浦县上方，而“圆规”水汽辐合中心位于霞浦县西北角。

⑤通过对散度和涡度场的分析可知，低层辐合、高层辐散的垂直分布有利于强降水天气增强，降水强度的大小不仅要有充足的水汽供应，还要有相对应的上升运动，同时涡度平流的大小在一定程度上对地面的辐合有增强效应。