台风“暹芭”引发南海区强降雨的环境条件分析

2023-12-28钟立华巢婧华余晓建庞绮汶郭瑞玲

广东气象 2023年6期

钟立华，巢婧华，余晓建，庞绮汶，郭瑞玲

（佛山市南海区气象局，广东佛山 528200）

台风是一种灾害性天气，能引起狂风、暴雨和风暴潮等灾害，还极易诱发城市内涝、山体滑坡、泥石流等次生灾害，威胁着人民的生命财产安全［1］。许多学者对台风进行了研究，对台风登陆后带来的强降雨尤为关注，从数值模式、物理量的数值模拟及系统配置等方面对强降雨落区及成因进行了深入探讨［2-3］，如孙建华等［4］对9406（Tim）台风登陆与西风带槽相互作用分析认为高低空、中低纬系统的配置非常有利于降水，中低空的东南急流有着极其重要的作用，向北输送了水汽、涡度、动能等；汪亚萍等［5］对2006“碧利斯”台风暴雨的诊断分析得出，水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量等4个动力因子与降水强度对应更好，对降水的指示意义也更好。本研究利用NCEP（1.0°×1.0°）6 h再分析资料、ECMWF的ERA5（0.25°×0.25°）3 h再分析资料、自动站资料等，对7月2日午后到7月3日早晨南海区强降雨的环境条件进行分析，试图找出该次台风强降雨的影响因子，为台风强降雨预报业务提供参考。

1 台风概况及风雨实况

2022年第3号台风“暹芭”是近20年来登陆广东的最强南海“土”台风，其于6月30日08：00（北京时，下同）在南海海面生成；7月2日08：00加强为台风，15：00以台风级（35 m／s，12级）在广东电白沿海登陆，18：00减弱为强热带风暴，期间大致以西北行为主；3日转偏北方向移动，17：00在广西阳朔县境内减弱为热带低压；4日08：00中央气象台对其停止编号。

受“暹芭”外围螺旋雨带影响，6月30日08：00至7月4日08：00南海区出现连续多日强降雨，并伴有8级阵风和局地龙卷，具有“影响范围广、持续时间长、累计雨量大、伴短时大风”等特点。全区平均累积雨量246.4 mm（图1a），56个自动站（占54.90%）录得250～400 mm降雨，过程最大累计雨量为大沥镇328.7 mm。全区85个站点录得6级以上阵风，其中21个站点录得8级大风（图1b），过程最大阵风为九江镇19.1 m／s（8级），6月30日16：47前后狮山镇出现弱龙卷，7月2日17：30前后西樵镇出现EF1级龙卷风。

图1 2022年6月30日08：00至7月4日08：00南海区累积降雨量实况（a）、风力实况（b）和最大小时雨量随时间变化（c）

南海区过程最强降雨时段集中在7月2日午后到7月3日早晨（图1c）。2日随着“暹芭”向广东粤西沿海靠近，受其外围螺旋雨带影响，南海区13：00到14：00雨势开始加强，出现小到中雨；15：00登陆后到17：00雨势明显加强，出现大雨到暴雨，最大时雨量为43.8 mm；夜间大部分镇街处于螺旋雨带缝隙处，降雨暂歇。3日凌晨起受新生成的螺旋雨带影响，形成列车效应，小时雨强强，累计雨量大，最大1 h滑动雨量达77 mm（06：25—07：25）。

2 强降雨环境条件

2.1 500 hPa环流形势

台风的移动与大尺度环流密切相关，副热带高压（以下简称副高）和西风槽是影响台风路径的主要天气系统［6］。从500 hPa形势来看，7月1—2日中高纬为两槽一脊形势且缓慢东移，台风“艾利”在副高环流内发展北抬，致使副高减弱东退，副高中心位于西北太平洋洋面上，脊线在35°N附近，呈西北到东南向，“暹芭”在副高边缘西南到东南气流引导下向西偏北方向移动，但其距离588 dagpm线较远，同时副高边缘引导气流偏弱，使得“暹芭”移动缓慢（图2）。

图2 2022年7月2日20：00 500 hPa位势高度场（等值线，单位：dagpm）和风场（风向杆，单位：m／s）

3日中高纬西风槽东移北收，台风“艾利”在副高环流内继续西北行，阻挡着588 dagpm线西伸，西北行过程中副高出现断裂状态，脊线南落到30°N附近，“暹芭”受副高边缘较弱的西南到偏南气流引导下移动路径出现转折，转向偏北行，此期间“暹芭”与宽广的季风槽相连，不断卷入季风带来的暖湿气流，登陆后在下垫面的作用下，移速缓慢，停留时间较长，为南海区强降水提供了有利的环流背景。4—5日“暹芭”残余环流北上，并入高空槽，在槽前西南气流引导下向东北方向移动，对南海区影响减弱。

2.2 低空急流

低空急流是台风获得水汽和能量的重要通道，程正泉等［7］研究表明，造成大范围强降水的台风往往登陆后与持续时间长且深厚的西南急流相连。从925 hPa风场可知，7月2日“暹芭”登陆后其东南侧与西南到东南急流带相连，向珠三角和粤西一带不断输送水汽和能量，南海区处于东南急流带上，水汽和能量输送条件十分有利（图3a）。7月3日“暹芭”环流虽有所减弱，但其东南侧仍与西南急流带相连，持续提供源源不断的水汽和能量，南海区3日凌晨到早上处于偏南急流带上，水汽供应顺畅且充足，容易触发强对流天气，此时段南海区出现了暴雨到大暴雨。从风场随时间的垂直剖面（图3b）可知，7月2—3日南海区上空低空急流强劲且维持时间长，风速为14～26 m／s，其中2日维持深厚的强东南气流，3日凌晨转为强偏南气流，2日午后到3日凌晨900～700 hPa低空急流最强，风速维持在24 m／s以上，2日20：00 850 hPa高度附近出现急流中心，风速为26 m／s左右。强降雨出现的时间与急流大值区出现的时间对应，说明强劲的低空急流有利于将水汽输送至暴雨区，为强降雨提供有利的环流背景。

图3 2022年7月2日20：00 925 hPa风场（填色，风速≥12 m／s）（a）和7月1—5日风场沿113°E，23°N剖面（单位：m／s）（b）

2.3 水汽条件

暴雨的生成离不开充足的水汽供应和水汽辐合，水汽通量能够反映水汽输送强度［8］，水汽通量散度能够反映水汽的集中程度［9］。从925 hPa水汽通量和水汽通量散度可知，台风“暹芭”登陆前，水汽通量大值区分布在台风东南侧急流中心附近，中心强度超过55 g·cm-1·hPa-1·s-1，覆盖范围广，大量水汽向珠江三角洲到粤西沿海一带输送。2日14：00南海区水汽通量增强至30～45 g·cm-1·hPa-1·s-1之间（图4a），水汽通量散度则在（-10～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之间；15：00—17：00“暹芭”登陆后，水汽通量大值区位于台风本体附近，南海区处于水汽通量大值中心外围和水汽辐合区内，降水对应增强；夜间水汽通量大值区范围收缩，中心强度逐渐减弱，南海区西部镇街转为水汽辐散区，降水暂歇。3日凌晨起水汽辐合再次增强，02：00南海区水汽通量散度在（-15～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之间，05：00起南海区出现强降雨，水汽通量强度、水汽辐合强度与强降雨强度关系密切。

图4 2022年7月2日14：00 925 hPa水汽通量（单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和7月1—5日水汽通量散度沿113°E，23°N剖面（单位：g·cm-2·hPa-1·s-1）（b）

从水汽通量和水汽通量散度随时间的垂直剖面（图4b）也可以看到，7月2—3日水汽通量明显增强增厚，25 g·cm-1·hPa-1·s-1以上水汽通量厚度延伸到700 hPa附近，其中2日午后到3日早晨900 hPa附近出现水汽通量核，强度增强到40 g·cm-1·hPa-1·s-1以上。

另外，此时段对应的水汽辐合区同样增强增厚；850 hPa以下水汽通量散度维持-14×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1以上，表明此时段南海区上空低层水汽含量充沛，水汽通量强度强、厚度厚及水汽辐合增强与2日午后到3日早晨强降雨的发生有着密切联系。

2.4 动力条件

在可持续供应水汽的条件下，配合较强的上升运动，容易出现强降水［8］。从散度随时间的垂直剖面（图5a）可知，1日夜间起低层1 000～850 hPa辐合逐渐增强，2日白天到3日早晨低层维持明显的辐合中心，辐合中心位于925 hPa附近，强度达到-8×10-5s-1，2日午后到3日早晨500～300 hPa均为辐散，散度值在（2～4）×10-5s-1之间，此时段高空辐散、低空辐合的配置有利于上升运动维持［10］，产生对流性降水。从垂直速度随时间的剖面（图5b）可以看出，7月2到4日中低层多为上升运动，2日白天上升运动显著增强，850～400 hPa均为强上升区，中午到下午达最强，最强中心位于700～400 hPa高度，中心强度为-8 Pa／s，最强上升区出现时间与强降雨时段对应。3日中低层基本为上升运动，强度有所减弱，在-2～-4 Pa／s之间，南海区位于气流上升区，动力条件仍较好，3日凌晨到早上在偏南气流的控制下，南海区水汽供应充足且处于水汽辐合区，在动力作用抬升下触发了强对流天气［11］，雨带伴有列车效应，导致累积雨量大，05：00—08：00，36个站点录得50～100 mm降雨，8个站点录得100 mm以上降雨，最大累计雨量为大沥镇118.6 mm。

图5 2022年7月1—5日散度（单位：s-1）（a）和垂直速度（单位：Pa／s）（b）沿113°E，23°N剖面

2.5 不稳定能量

θse（假相当位温）是反映大气温湿条件和能量的物理量［12］，低层处于高温高湿状态时更易出现强降水［13］。从θse随时间的垂直剖面（图6）可知，台风登陆后低层900 hPa以下，θse维持在355 K以上，为高能区；900～500 hPa之间θse均大于347 K，由此可见，南海区上空低层能量充足，为降水储蓄了比较好的热力条件。θse随高度的变化可以反映大气层结的稳定度，其中θse随高度减小时表明大气层结不稳定［14］，2日午后到3日早晨南海区上空500 hPa以下的中低层θse随高度减小，即∂θse／∂p＞0，大气存在对流不稳定，有利于对流的发展，南海区此时段内出现的强降雨正是在这种对流性不稳定条件下发生。一般而言，持续性的降雨会造成能量的损耗［15］，然而台风登陆后低层900 hPa以下始终处于暖湿不稳定区，能量维持在355 K以上，中低层大气对流不稳定状态始终维持，这可能是因为随着台风的北上，台风西南到东南侧急流不断把海上的水汽和不稳定能量输送上岸，致使南海区增温增湿，从而弥补了持续性降雨对能量的损耗。