陈莲;谈志安;杨万裕;刘汉华;甘晶晶
【摘 要】利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP1°×1°逐6h再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2013年10月7日20时～8日08时强台风“菲特”登陆后残留低压造成的台州市大暴雨过程进行了成因分析.结果表明:此次暴雨分布不同于一般台风暴雨迎风坡降水量较大的分布特征,呈现与地形相关性较小的南北带状分布特征;暴雨主要受“菲特”残留云系、“丹娜丝”外围偏东气流和弱冷空气共同影响,其中“丹娜丝”转折点和弱冷空气南下渗透时间点的重合是主要影响因素;此外前期充沛的水汽条件,高低层辐散辐合配置,不稳定能量积聚释放,为暴雨发生提供了条件;后期降水回波列车效应明显,低层弱冷空气与海上东北气流的辐合线促使中小尺度的发生,使本次过程呈现出强降水时间较长的特点.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2015(015)001
【总页数】9页(P149-157)
【关键词】菲特;弱冷空气;诊断分析;大暴雨
【作 者】陈莲;谈志安;杨万裕;刘汉华;甘晶晶
【作者单位】浙江省台州市气象局,台州318000;南京信息工程大学,南京210044;路桥区气象局,路桥318500;浙江省台州市气象局,台州318000;浙江省气象台,杭州310017;浙江省台州市气象局,台州318000莫兰蒂台风
【正文语种】中 文
【中图分类】P458.3
台风是重大灾害天气系统之一，它带来的狂风、暴雨，造成的风暴潮等重大灾害性天气常常对受其影响的地区造成房屋倒损、滑坡、泥石流、城乡积涝，甚至人员伤亡、重大财产损失。台州地处东部沿海，是浙江省受台风严重影响地区之一，建国以来至2013年登陆其境内的台风共计17个。除此以外，台州每年平均直接间接受3～4个台风影响，其中，1989年受7个台风影响成为受台风影响的最多年。相比台风登陆前的天气预报难度，台风登陆后造成暴雨天气预报难度更大，因此气象专家一直着力于这方面的研究，取得了很多不同区
域暴雨与台风登陆关系的研究成果。针对华北暴雨与登陆台风的关系，张善君等人[1]指出，登陆北上的热带气旋通过倒槽形成低空急流输送暖湿空气，配合西风槽或弱冷空气相互作用形成湿斜压锋区影响华北地区暴雨。孙建华等[2]分析也发现，华北和东北的强降水是由台风倒槽与西风槽相互作用造成的。卓嘎等[3]通过统计登陆台风与我国降水的关系得出，青藏高原东侧附近降水和台风登陆相关。对于东南沿海地区降水量与登陆台风关系研究中，纽学新等人[4]采用气候统计分析与数值模拟相结合的方法得出热带气旋强度、地形作用、冷空气入侵、大陆及其近海湿度场、台风及其倒槽影响时间这几个因素是影响该区域降水量的主要因素。杜惠良、张建海等人[5]对浙中北大暴雨天气和“莫兰蒂”登陆后残留的低压环流的关系进行模拟诊断分析，得出此次暴雨是由于“莫兰蒂”残留云系、副高边缘暖湿气流和弱冷空气共同影响产生。近几年大多也是利用诊断分析或数值模拟方法针对不同区域(湖北[6]、江西[7]、华南[8]、湖南[9]、景德镇[10]、黑龙江[11]、广西[12])暴雨与台风登陆的关系进行研究。台州作为一个受台风严重影响的地区之一，气象工作者虽然总结出一些不同路径台风影响台州降水的特征，但针对该地区暴雨和台风登陆关系的研究较少。
利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP1°×1°客观再分析资料以及多普勒天气雷达资料，对2013年10月7日夜间强台风“菲特”登陆后造成台州市大暴雨，局地特大暴雨过程进行
详细分析，了解此次突发暴雨成因，以期形成可供业务应用与借鉴的预报经验。
1323号强台风“菲特”于2013年9月30日20时(北京时，下同)在菲律宾以东洋面生成沿西北偏北路径移动，10月1日17时加强为强热带风暴，3日凌晨5时加强为台风，4日17时继续加强为强台风后转西北偏西方向移动，于10月7日1时15分登陆福建省福鼎市沙埕镇沿海，登陆后强度迅速减弱。受强台风“菲特”影响，台州市出现暴雨、大暴雨和特大暴雨。图1给出了本次台风过程影响台州的三段降水量分布，第一时间段：5日08时～7日08时强台风“菲特”外围和本体降水，最大降水量主要集中在台州市的北部和西南山区迎风坡为250 mm；沿海平原和内陆基本在150 mm左右；山区雨量是平原、内陆的1.67倍，与一般台风暴雨迎风坡降水量较大的分布特征相一致。第二时间段：7日08时～7日20时强台风登陆后其残留的低压倒槽影响的降水，相比前者，降水量较小，最大降水量主要集中在台州市的东北部小部分地区，局部降水量50 mm以上，台州市大部分地区降水量在25 mm以下，此时地形作用不是很明显。从台州气象预报结论和天气实况对比来看，7日20时以前，预报基本与实况相符，预报成功。第三时间段：7日20时～8日08时受“菲特”残留云系、台风“丹娜丝”外围偏东气流、弱冷空气的共同影响产生的降水(以下简称“10.7”台州台风暴雨)，暴雨的分布不同于一般台风暴雨迎风坡降水较大的分布特征，且短时降水量之大，远超预期，暴雨普遍
漏报。
通过分析实况暴雨落区图可知[图1(c)]，降水区主要位于台州市内，以121E为轴线，东西20 km的南北带状区域内，该区域的降水量50 mm以上，两侧降水量以121E为轴线东西各呈递减变化。首先，据自动站实时观测数据统计[图1(d)]，12 h累积最大降水量分别是汇溪站252 mm、高桥站241.4 mm、大溪站238.7 mm(以下简称“三站”，由于站点稀少，图中未能显示)，通过逐时降水量时间演变图，可以看出这三个站的降水量均在02时有一个明显的峰值点，数值分别为51.9 mm、59.3 mm、42.8 mm，说明此次降水具有短时强降水的特点。其次，通过选取四个方位代表站(西北天台站、西南长潭站、东南方山站、东北悬诸站)研究雨带落区随时间演变特征。从不同时次的降水时间演变图[图1(d)]可见，降水峰值区自北向南，自西向东。10月7日20～7日23时，西北天台站的降水量较大，三小时累积降水量为31.4 mm，7日23时～8日02时天台站雨势逐渐减弱，取而代之的是南侧的长潭站、方山站，这两个站点的雨强逐渐增强，在8日02时长潭站达到1 h降水量为17.4 mm，达到峰值；方山站的1小时降水量则在8日03时达到最大值，为18.3 mm；随后这两个站的雨强呈缓慢减小趋势，东北悬诸站在8日03时前以小雨为主，随着整个雨带落区的东北移动，8日04时达到峰值，为37.1 mm。各个代表站的降水峰值先后变化显示出此次降水过程的雨强
演变特征：先北后南，自西向东。该雨强演变特征造成了台州市10月7日夜间以汇溪所在经度(121E)为轴线，东西20 km为半径的带状暴雨区。
从“10.7”台州台风暴雨过程不同时次500 hPa流场演变图(图2)上明显看出，强台风“菲特”登陆后环流中心停滞在福建建瓯市境内，台州市处于强台风“菲特”环流的东南气流中[图2(a)]。台风“丹娜丝”快速向西北方向移动，并逐渐向强台风“菲特”环流靠近。计算“菲特”与“丹娜丝”二者之间相对距离，在7日20时，8日02时，8日08时两个台风之间的球面距离分别为938.3 km、907.2 km、976.7 km，满足藤原效应，利于产生双台风互旋。从不同时次流场图上也可以分析出两个台风中心连线随时间推移呈逆时针旋转。7日20时两个热带气旋外围环流的共同作用下，台州市上空东南气流持续时间延长，风速加大。东南气流源源不断地向内陆输水汽和能量，使得水汽和能量得以积累，使“菲特”环流强度减弱缓慢，强降水列车效应明显。8日02时，“丹娜丝”在125°E以东转向移出[图2(b)]，“菲特”残余低压东侧的东南气流逐渐被南到西南气流代替，输送到“菲特”残余低压内的东南气流减弱、导致进一步填塞。由于影响台州的东南气流逐渐转为西南气流，引导气流的顺时针旋转导致了降水强回波在台州市徘回。最终造成台州市当日夜间大范围的大暴雨天气。
3.1 水汽条件
水汽是暴雨产生的三大条件之一。从水汽通量图上能够看出“10.7”台州台风暴雨时段，台州地区始终处于“菲特”与“丹娜丝”水汽通道南缘，数值为5～10 g·cm-1·hPa-1·s-1。分析850 hPa流场(图3)，在7日20时，“丹娜丝”西北移动靠近“菲特”环流，台州市低层转其外围的偏东气流控制，风力较大，偏东风源源不断地输送西太平洋的水汽到浙江沿海地区，为后期暴雨大暴雨的发生提供了充足的水汽和能量。8日02时原位于台湾南部的扰动西南移进入南海东北部，其倒槽沿台湾海峡东北伸展到浙江中部的东海海面，使影响台州的偏东气流进一步加强(流线密集)，同时倒槽东侧的偏西南气流经台湾东侧携带南海的水汽北上与“丹娜丝”外围偏东气流携带东海的水汽一起向到台州及其以南地区输送。两条水汽通道的合并进一步增加了台州暴雨大暴雨发生的概率，这也在一定程度上解释了上文“三站”在8日02时出现短时强降水峰值的原因。8日08时随着“丹娜丝”北移，台州市上空转为西北气流控制，水汽条件供应和抬升条件明显减弱，台州降水减弱。
3.2 散度涡度场特征
为分析暴雨的动力机制，对“10.7”台州台风暴雨过程按不同时次沿121°E作经向散度涡度场垂直剖面图(图4)。在7日下午(图略)至20时[图4(a)]台州市上空无明显辐合辐散区，实况台
州处于两个螺旋雨带之间(图略)，全市为小雨。从8日02时[图4(b)]明显看到自台州市南部到北部(28.5°N～29.03°N)高低层的散度场呈现向北的斜升气流，对于一定的气团而言，倾斜上升运动有利于降水的发生，因此此时的散度场有一定的指示意义，暴雨区上空600 hPa以下都为风速辐合区，且存在一个明显的辐合中心，位于850 hPa的高度，中心数值为-1.5×10-5s-1，暴雨区上空600 hPa以上有明显的辐散区与之匹配，其强度(2.0×10-5s-1)略大于辐合，高层存在强的辐散场，维持空气的抽吸作用，利于加强低层空气的辐合上升，强的上升运动有利于暴雨的产生。08时低层中心强度中心减弱，层次降低，厚度变薄，台州上空辐合中心数值减弱为原来一半，存在于850 hPa，说明此时对流已经减弱，强降水过程结束。
上升运动配合着气团的旋转能够在一定程度上增强雨强，利于将低层水汽往高层输送。分析该时段的涡度场，可知低层正涡度，高层负涡度略有往低层扩散[图4(a)，图4(b)]，8日02时，在600 hPa，30°N附近的辐散中心对应着负涡度中心，说明此时气体的倾斜上升运动和旋转抽吸作用都达到了鼎盛时期，“三站”的降水量均达到1 h 40 mm以上，与降水发展趋势相一致。08时负涡度往高层收缩，降水渐渐减小。
3.3 不稳定条件分析
图5给出“10.7”台州台风暴雨过程850 hPaθse、850 hPa温度、1 000 hPa风场和1 000 hPa温度平流演变图，由850 hPa的θse分布可知，整个降水过程中台州始终处于高能区。分析实况850 hPa温度场可知，7日08时，强台风“菲特”已减弱为热带风暴，北方冷空气活动偏北，温度槽位于河套地区，在东移过程中温度槽南面分裂短波东移，弱冷空气以渗透的形式往南侵入，7日20时温度槽逐渐东移，到达苏皖渝赣湘一线，槽前为浙闽粤三省。采用时间尺度更小的逐6 h NCEP分析资料讨论暴雨发生时的温度场演变特征。由图5可知，8日02时850 hPa温度槽略有南压，台州市上空主要为17 ℃温度线控制。8日08时17 ℃线移至海上，台州对应弱冷槽，说明弱冷空气南下。分析1 000 hPa的温度平流场，7日20时暖平流控制台州地区，8日02时开始有中心为-10 ℃·m-1的弱冷空气从浙江北部往台州地区渗透，8日08时冷平流中心逐渐东移南落的，-5 ℃·m-1温度平流线已经到达台州，冷空气使当地出现小幅降温。1 000 hPa风场图也能分析出低层弱冷空气渗透过程，7日20时，强降水发生前，台州近地层为较强的偏东气流，该气流将海上暖湿高能空气向台州内陆输送，为强降水过程的发生提供了充足的水汽条件。8日02时，台州逐渐转西北气流影响，配合温度场，表明弱冷空气渗透南下。8日08时，风速进一步加大，风向维持不变，弱冷空气持续渗透。弱冷空气渗透时间对应8日02时“三站”一小时降水量峰值。
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