一次远距离台风影响的陕北区域性暴雨成因分析

2022-11-28李晓利侯柯然蒋伊蓉李姗姗

陕西气象 2022年5期

李晓利，侯柯然，蒋伊蓉，李姗姗

(榆林市气象局，陕西榆林 719000)

台风是造成我国特大暴雨的主要灾害系统之一，许多强烈持续性暴雨都与台风有关[1-10]，随着台风暴雨研究的不断深入，台风远距离暴雨深受关注，陈联寿[4]给出了台风远距离暴雨的宏观定义，即：降水发生在台风范围之外及降水与台风存在着内在物理联系。卓嘎[11]和刘子臣等[12]研究表明，青藏高原东侧的陕西等地年降水量变化与台风活动最为密切，该区域多数极端暴雨和造成严重洪涝灾害的暴雨基本受台风影响。孙寿全等[13]研究发现，在对流层中低层的西北涡与远在华南和华东沿海的热带气旋可以发生相互作用，造成河北省区域性大暴雨过程。武麦凤等[14]分析得出远距离台风和西北涡相互作用，一定程度增大了陕西中部地区暴雨强度和暴雨范围。何光碧等[15]研究指出台风活动与中国西部部分地区降水呈正相关特征。李媛等[16]分析得出台风环流使远距离降水区水汽辐合范围集中，辐合强度增强，从而增强降水强度。张雅斌等[17]分析得出台风远距离暴雨出现前12 h左右，暴雨中心低层比湿出现极大值，对应的风场辐合中心一般出现在比湿增加之后。闫军等[18]研究表明热带气旋、中纬度槽(涡)、副热带高压、水汽通道及高空急流是产生远距离暴雨的主要影响系统。张弘等[19]研究表明，台风与河套低涡相互作用，造成了陕北突发性暴雨。井喜等[20]研究指出，陕西北部突发性暴雨和远距离台风的活动关系密切。侯建忠等[21-22]统计发现，陕西省极端暴雨与远距离台风相关率接近87%，区域性暴雨与远距离台风相关率超过70%。那么，远距离台风是如何影响陕北区域性暴雨的？本文以2020年8月4—5日陕北区域性暴雨过程为例，利用常规高空、地面观测资料以及NCEP/NCAR 1°×1°间隔6 h再分析资料，从远距离台风对暴雨区的水汽、能量、风等影响方面诊断分析，以期进一步明晰此类天气的成因和机理。

1 台风“黑格比”和暴雨概况

2020年第4号台风“黑格比”于7月31日在吕宋岛以东生成扰动，8月1日20：00获得命名，随后一路向西北方向移动，强度逐渐加强，3日14:00加强为台风，4日凌晨03:30前后以强热带风暴等级在浙江省乐清市沿海登陆，登陆时中心附近最大风力13级(38 m/s)，随后迅速北抬纵穿浙江省、江苏省。随着台风北移，雨带向西北地区扩展，造成陕北地区出现区域性暴雨天气；之后随着台风的转向东移，雨带东移，山西、河南、河北等地均出现大范围暴雨天气。由图1可见，此次过程陕北降水落区呈东西向分布，暴雨强中心位于陕北的榆林与延安交界处。4日08:00—5日20:00国家气象站累积最大降水量190.8 mm(榆林清涧站)，区域气象监测站累积最大降水量209.1 mm(清涧县下二十里铺站)，降水主要集中在4日05:00—5日14:00，最大小时雨强为41.9 mm/h(清涧县玉家河镇)出现在5日10:00—11:00，可见此次降水过程有中小尺度系统的作用。

2 影响系统分析

从环流场的高低空配置来看，此次暴雨天气的主要影响系统是500 hPa西风槽和副热带高压(以下简称副高)外围的暖湿气流，随着台风“黑格比”的西移北上，副高主体西伸北抬[23-24]，引导副高外围水汽向西北地区输送，上述系统稳定维持，有利于水汽持续向暴雨区输送。

由图2可见，8月4—5日暴雨落区位于500 hPa槽前和700 hPa、850 hPa切变线附近。500 hPa 副高外围西南气流、850 hPa偏南风和偏东风两支气流及700 hPa偏南风气流在榆林南部附近汇合，同时700 hPa有偏南风急流建立，4日20:00(图略)南风急流伸展到延安以北达20 m/s，湿区明显北伸扩大。暴雨时200 hPa上陕北位于急流轴右侧辐散区，高层辐散增强了中低层气流的辐合抬升。5日08:00 700 hPa切变线转为低涡切变，同时850 hPa榆林与延安交界处有人字型切变，中低层辐合的加强和维持，大大提高了降水效率。850 hPa东路冷空气的侵入是触发大降水的条件之一。

从涡度场(图略)来看，700 hPa正涡度中心4日20:00—5日08:00从宁夏逐渐东移至榆林的东南部，中心值由10×10-5s-1增大到18×10-5s-1，正涡度中心的移动与暴雨中心移动方向基本相一致，中低层的环流配置为此次暴雨提供有利的动力条件。

3 台风对暴雨的影响

3.1 水汽输送

台风“黑格比”在浙江登陆后，4日20:00—5日08:00沿着120°E经线一路北上。从700 hPa水汽通量及水汽通量散度场(图3)可见，4日20:00在台风西南侧，沿着副高外围有一支西南风将水汽输送至宁夏与陕北交界处，水汽通量的辐合区位于榆林的西部。5日02:00形成强的南北向水汽通量大值区，水汽输送突增，同时水汽辐合区也北抬至榆林中部，且辐合区强度增强、范围增大，此时雨强和强降水范围均有增大。5日08:00南风气流维持，但水汽辐合区东移至榆林东部的黄河沿线，强降水雨带也随之东移。

850 hPa水汽通量及水汽通量散度场(图4)上，4日20:00台风西侧的偏东气流伸展至河套地区，但陕北地区主要水汽来源于东南气流的输送。5日02:00随着台风北进，水汽通量明显增大，台风外围东风气流加强，形成偏东和偏南两支水汽，在陕北的中西部交汇，水汽辐合区位于榆林与延安交界处，影响暴雨区雨强和暴雨范围明显增大。5日08:00偏东和偏南两支水汽依然维持，水汽辐合中心东移至陕北地区的黄河沿线，此时雨带东移，强降水落区与850 hPa水汽通量大值区和水汽的辐合中心位置一致。

从水汽通量散度剖面(图略)来看，4日20:00—5日08:00陕北西部、榆林和延安交界处一带850～500 hPa存在明显的水汽辐合，同时5日02:00辐合强度增强至-9×10-7g/(cm2·hPa·s)，中心位于700 hPa附近，5日08:00辐合中心高度下降至800 hPa并东移至榆林的清涧与延安的延川一带。

综上所述，当台风西进北抬时，副高随之西伸北抬，同时增强了副高外围水汽向北输送，水汽辐合区随之北抬。当台风位于120°E、32°N～33°N，其与副高之间的气压梯度增加，使850 hPa偏东风水汽输送加强，水汽辐合加强抬升，此时暴雨区的水汽通量和水汽辐合达到最强，影响陕北地区雨强和暴雨范围增大。当台风北移至120°E、34°N以北时，副高转为纬向环流，水汽输送减弱，暴雨区水汽通量骤减。

3.2 能量输送

沿暴雨中心的假相当位温垂直剖面图(图略)上，4日20:00—5日08:00，假相当位温从低层到高层变化为先减小后增大，同时高低空的假相当位温差也增大，θse850-θse500≥16 K，暴雨区对流层中低层表现为较强的对流不稳定层结。

700 hPa假相当位温(θse)场上，4日至5日甘南—宁夏—陕北一线逐渐形成高能轴。5日08:00(图5a，见第5页)甘肃中部和陕西中部分别有低能区发展，850 hPa甘肃中部和四川北部附近有两路冷空气，在两股冷空气的夹挤下，高能中心值增大，高能舌向北伸至榆林中部，在榆林中北部形成强的能量锋区，θse差值达28 K。低层冷空气侵入，湿斜压性增强，锋区的动力强迫作用有利于低层具备不稳定能量的暖湿空气沿能量锋区爬升[25]。随着锋区的北抬东移，强降水落区向东向北扩展，二者有很好的对应关系，强降水落区位于700 hPa能量锋区南侧的高能区内。850 hPa假相当位温场上，4日20:00—5日08:00，随着台风的北进，其北侧的偏东气流加强向西北地区伸展，使得高能区强度增大，范围扩大，高能锋区梯度加强由延安南部不断北移，能量锋区与上述水汽辐合区位置一致。5日08:00(图5b，见第5页)能量锋区位于榆林与延安交界处，梯度达到最强，850 hPa能量锋区即为强降水落区。可见台风西进北抬时其中低层北侧的偏东气流为暴雨区提供了高能高湿的条件。

3.3 风场

沿暴雨中心的风场与垂直速度剖面图(图6，见第5页)上可见，暴雨前期600 hPa以下为2～4 m/s的偏东风，4日08:00后高空槽东移，从高层到近地层均为西南风，4日20:00—5日02:00 700～500 hPa有西南风急流维持，850 hPa以下持续为偏东风，低空西南风急流建立和维持导致降水增强。5日08:00高空槽东移，高层600 hPa以上转为西风气流，槽后冷空气开始向低层扩散，此时700 hPa以下仍为较强的西南气流，850 hPa台风外围东风增强，辐合区位于榆林东南部与延安交界一带，并伴有强的上升运动，垂直速度上升中心位于850 hPa附近，高空冷空气的侵入，在陕北地区形成上干冷、下暖湿的不稳定层结，激发了中尺度对流，产生强降雨。由此可见，暴雨前期主要为弱的东路冷空气影响，辐合较弱，降水效率相对低，暴雨后期随着高空冷空气的入侵和850 hPa台风外围东风以及辐合增强，伴有强的上升运动，雨强突增，中尺度对流系统的影响是暴雨加强的原因。