臺風低壓“海葵”增強的暴雨診斷分析

杜其成，劉裕祿，孫蓓蓓

（安徽省黃山市氣象臺，安徽 黃山245021）

臺風低壓“海葵”增強的暴雨診斷分析

杜其成，劉裕祿，孫蓓蓓

（安徽省黃山市氣象臺，安徽 黃山245021）

應用天氣學分析、常規氣象資料、物理量診斷、衛星云圖等資料，對2012年8月9～11日"海葵"臺風低壓減弱后再次增強引發的大暴雨過程的不同尺度的天氣系統進行了簡要分析.結果表明,此次暴雨天氣是在大尺度強而穩定的大陸高壓與西太平洋副高、高空低槽及其引導從地面南下的冷空氣、中尺度對流云團相互作用下發生發展的;深厚的強上升運動及其釋放的大量潛熱是臺風低壓維持與發展的主要熱力和動力因子.

臺風低壓；海葵；暴雨；冷空氣

臺風是最常見的災害性天氣之一，其所帶來的狂風暴雨,可引發洪澇、山洪暴發、山體滑坡等地質災害,對工農業生產、經濟建設破壞很大,給人民生命財產帶來巨大損失.臺風對某地產生降水可歸納為以下幾種類型：第1類型是臺風登陸前外圍云系降水；第2類型是臺風登陸后減弱為臺風低壓過程中自身產生的降水；第3種類型準消亡的臺風低壓在一定條件下再次增強所產的強降水.一般情況下，臺風登陸后受地形摩擦作用，將逐漸減弱消亡.對于第3種類型的臺風低壓降水是我們預報員在預報過程中最容易忽視和放松謹惕的.因此，加強臺風低壓的暴雨過程的分析研究很有必要，通過對1211號臺風海葵的暴雨分析,找出促進臺風低壓發生發展的有利條件,為今后的臺風低壓暴雨預報提供思路.

1 臺風概述

1.1 臺風移動路徑

201211號臺風“海葵”于2012年8月3日凌晨在菲律賓東北方向距其約2150公里左右的洋面上生成后，向西北偏西方向移動，5日17時加強為強熱帶風暴,中心氣壓為980hPa,近中心最大風力10級，6日17時加強為臺風，中心氣壓為970hPa，近中心最大風力12級，7日14時加強為強臺風，中心氣壓為950hPa，近中心最大風力為14級，8日3時20分在浙江象山縣鶴浦鎮沿海登陸，中心氣壓965hPa,近中心最大風力14級.登陸后即減弱為臺風，中心氣壓為968hPa，近中心最大風力13級，繼續向西北方向移動，8日16時經杭州減弱為強熱帶風暴，向西方向移動，21時進一步減弱為熱帶風暴，進入安徽境內，9日14時減弱為熱帶低壓，在安徽南部停留2天（圖1）所示.

圖1 臺風“海葵”移動路徑及強度

1.2 臺風降水實況

受“海葵”臺風的影響，黃山市自動站點的過程雨量（圖2）所示，出現了暴雨到大暴雨，局部出現特大暴雨.7日20時-11日08時全市降水量超過100毫米的自動站有170個，其中降水量超過250毫米的自動站有59個，最大降水量出現在黃山景區玉屏樓，為661.2毫米，光明頂出現了極大風速35.3米/秒.從時間和區域范圍上看，此次降水過程具有范圍廣、強度大、過程降水量多，受災嚴重、經濟損失大等特點.

圖2 臺風“海葵”7日20時至11日08時黃山市降雨量分布(單位:mm)

2 臺風低壓增強的多尺度環流形勢

2.1 大尺度環流使臺風低壓穩定少動

臺風的移動路徑和停留時間主要受引導氣流和大尺度環流控制[1]，臺風低壓海葵一直處于東南低空急流之中,為大暴雨的產生提供了足夠的水汽.

圖3 8月9日08時（a）、11日08時(b)500hPa高空圖

8月9日08時（圖3a），臺風低壓位于500hPa大陸高壓和西太平洋副高之間,大陸高壓處在迅速加強階段,586線從青藏高原伸到四川和陜西的東部地區；西太平洋的586線也西伸到臺灣以東洋面上.由于東北地區冷渦分裂一低槽從華北逐漸向東南方向移動,9日08時低槽槽底到達山東北部,并和臺風低壓向北伸展的倒槽相連.在強度相當的大陸高壓和西太平洋副高的夾持下,臺風低壓的北端處在均壓場中，從物理學角度看，臺風低壓所受的氣壓梯度力近似為零，使得臺風低壓處于準靜止狀態.所以9～11日臺風低壓穩定少動,并在皖南池州地區滯留了48h左右；受其影響，9日-10日黃山市產生了強降水.11日08時后（圖3b）,大陸高壓范圍擴大,出現了588dgpm的高壓中心,另外西太平洋副高也快速增強，臺風低壓受到兩大高壓的擠壓、吞并，使臺風低壓逐漸減弱消失.由此可見,臺風低壓和倒槽的持續的穩定維持是大暴雨發生的重要條件.

2.2 低層冷空氣利于臺風低壓的發展與維持

分析9日08時925hPa全風速與流場、溫度平流場(圖4),9日08時地面圖上從東北到山東有一地面冷鋒，冷鋒后部的強大地面冷高壓,使臺風低壓和冷高壓之間出現強氣壓梯度,形成了風速達到16～24m/s的強偏東氣流(圖4a).這支東風急流阻擋了臺風低壓向北移動,同時不斷將西太平洋和東南沿海的海上的水汽輸送到暴雨區上空,成為臺風低壓暴雨的源源不斷的水汽和能量來源.低槽槽后的西北氣流，引導冷空氣南下，導致臺風低壓西側的冷平流加大,而臺風低壓東側為暖平流(圖4b).這時中尺度臺風低壓具有很強的斜壓特性[2～3],因此獲得足夠的斜壓能量，使位于沿江地區的臺風低壓迅速發展和維持,形成強大的臺風低壓系統.

圖4 8月9日08時925hPa全風速與流線(a,單位:m/s)和溫度平流(b,單位:10-5℃·S-1)

2.3 低渦和高空低槽觸發中尺度對流系統

圖5 日8時地面流場

分析9日08時地面流場，池州附近(31°N、118°E)有一中α尺度低渦(圖5)，低渦的南側吹S—SE冷風，北側吹N—NE暖風；這種冷暖交匯的熱力差異和暖濕氣流的加強促使流場中低渦輻合再度增強，在地面形成強大的溫度鋒區，有利于池州地區的臺風低壓的發展.當槽前正渦度平流疊加到地面強溫度鋒區上空,中α尺度低渦和低槽的系統性上升運動,觸發了伴隨在臺風低壓內的中β尺度的強對流單體發展[4]，加強了其降水的強度.

3 臺風低壓暴雨物理量特征

臺風低壓暴雨形成的2個必要條件是較強垂直上升運動和充足的水汽輸送.下面對臺風低壓系統產生暴雨的常用物理量指標進行分析，研究物理量量值達到能夠產生暴雨的一些參考值.

3.1 水汽特征

分析圖6a和圖6b，8月9～11日低層一直維持東南風，風速均達到12米/秒以上，是較強的東南急流，將海面上的水汽源源不斷的輸送到臺風暴雨區，使臺風夾帶的水汽大量增加，由于中低層的空氣處于飽和狀態，濕度層深厚，850hPa的比濕均在14g/kg以上，其中9日20時～11日08時比濕穩定維持在16g/kg以上；而700hPa比濕也在10g/kg以上.另外，850百帕風場上表現為一明顯的風向切變，形成較強的上升氣流.在2個條件的配合下，9-11日出現了持續的臺風低壓強降水過程. 11日08時隨著臺風低壓的減弱，低層無水汽繼續補充，降水漸止.

3.2 A指數特征

A指數是一個綜合考慮大氣靜力穩定度與整層水汽飽和程度的物理量.A值越大,表明大氣越不穩定或對流層中下層飽和程度越高,越有利于產生降水.利用NCEP資料,根據A指數計算公式A=(t850-t500)-[(t-td)850+(t-td)700+(t-td)500]

求得A值.分析9日02時A指數（圖7a）大于10℃等值線所包圍的區域蘇皖浙贛四省一般與大雨區域對應，9日08時（圖7b）隨著臺風低壓的增強，A指數大值區縮小，其值增到15℃以上，并一直持續到11日08時，在其控制區域均出現了暴雨和大暴雨.在臺風低壓的外圍受大面積的A指數負值區控制,且較為穩定,說明大氣層結穩定,空氣比較干燥,無降水發生.

結合臺風海葵的天氣實況和A指數，當A指數中心數值≥16℃的區域附近,為較強降水區域;會出現大雨到暴雨天氣[5].

3.3 渦度特征

暴雨區500hPa以下各層均表現為正渦度區，暴雨區四周多為負渦度區；分析9-11日增強后臺風低壓減弱過程的850Pha渦度場演變（圖8）,從9日08時-11日08時，850hPa臺風低壓中心均維持正渦度，其值在40×10-5s-1等值線內，由圖8a可見9日08時黃山市位于正渦度中心60×10-5s-1等值線內，11日08時隨著臺風低壓的減弱（圖8b），渦度中心值減小，降水減弱；到了11日20時臺風低壓消亡（圖8c），850hPa渦度減小到10×10-5s·-1，臺風降水過程基本結束.

圖8 9日08時(a)、11日08時(b)、11日20時(c)850hPa渦度（單位:10-5/s）

上述表明，渦度不僅能反映臺風低壓暴雨過程的動力條件，另外，強渦度分布與強降雨區、降水強弱有很好的對應關系.

3.4 垂直速度特征

分析9日20時、10日02時沿117°E的垂直速度分布；在安徽南部和贛北的中低層一直維持強上升運動,中心值為-2.4Pa/s(圖9a),在9日20時～10日02時贛北和皖南地區的上升運動最強，中心值為-3.5PaS-1的強上升運動,垂直速度上升運動區可達300hPh以上(圖9b)，存在1個快速發展的過程，這時正是贛北和皖南山區降水加強的時間，這與上述中α尺度低渦發展相對應.

圖9 9日20時(a)、10日02時(b)沿1170E垂直速度分布(單位:Pa/s)

海葵臺風低壓進入安徽南部以后,從低層到300hPa一直維持深厚的濕層,強上升運動釋放的大量潛熱加熱垂直氣柱,形成類似CISK機制的作用,對臺風低壓的維持起到了相當大的作用[6]；另外，強上升運動促使中β尺度對流云團新生、合并及發展，從而在該地產生強降水[7].

4 衛星云圖演變分析

“海葵”在海面上臺風眼結構明顯，周圍的螺旋云系清晰.8日3時在浙江象山縣沿海登陸后，對江浙地區造成暴雨、大風等災害.圖10給出了臺風減弱過程的云圖，8日3時30分“海葵”外圍云系已經影響黃山市上空，出現了陣性降水；密實云區位于浙江，強降水也出現在此.8日15時由于冷鋒云系增強，并移動逼近臺風云系，地面摩擦消耗臺風自身的能量，“海葵”云系開始減弱，臺風眼逐漸消失． 螺旋云系開始減弱.9日0時臺風螺旋云系已經逐漸消散，降水也慢慢停止.

圖10 2012年8月8日3時30分至9日00時衛星云圖

圖11給出了臺風低壓再次增強過程的云圖，9日01時臺風云系已經消散，形成了熱帶低壓系統，由于低層東南氣流旺盛，將大量的水汽和能量輸送到低壓區，加之北方冷空氣南下，形成了北冷南暖，這種斜壓能量，使臺風低壓系統的快速發展，臺風低壓云系明顯增強（如圖11的9日12時30分云圖所示），臺風低壓的降水也隨之增強.11日08時冷空氣進一步南壓、東南急流減弱、環流調整，臺風低壓系統遭到破壞，渦旋云系消散，本次臺風低壓過程降水結束.

圖11 2012年8月9日01時至11日08時衛星云圖

5 結論

綜上所述，這次暴雨過程是由增強的臺風低壓和中尺度對流系統引發的，減弱的臺風低壓再次增強發展,需要滿足一定的條件：（1）大尺度環流使臺風低壓處于準靜止狀態，如大陸高壓、西太平洋副高使臺風低壓穩定少動；（2）低層冷空氣為臺風低壓的發展提供了斜壓能量；（3）低槽、地面輻合線、低渦等中尺度系統觸發臺風低壓中的中β尺度強對流單體發展，加強了其降水的強度.（4）垂直速度特征表明,深厚強上升運動釋放的大量潛熱加熱垂直氣柱,形成類似C I S K機制的作用,使臺風低壓得以發展與維持；另外，強上升運動為中β尺度對流云團的發展和維持提供了有利的條件.

〔1〕李英,陳聯壽,王繼志.登陸熱帶氣旋長久維持與迅速消亡的大尺度環流特征[J].氣象學報, 2004,62(2):167～179.

〔2〕程正泉,陳聯壽,徐祥德，等.近10年中國臺風暴雨研究進展[J].氣象,2005,31(12):3～9.

〔3〕許愛華,陳濤,朱光宇，等.“泰利”臺風低壓大暴雨過程分析和數值模擬試驗[J].氣象與減災研究,2006,29(2):25-31.

〔4〕孟智勇,徐祥德,陳聯壽.9406號臺風與中緯度相互作用的中尺度特征[J].氣象學報,2002,60(1): 31～39.

〔5〕王素萍,田輝.A指數與周口降水[J].氣象與環境科學,1998(2):18～19.

〔6〕劉裕祿,方祥生,金飛勝，等.臺風鳳凰形成發展過程中對流凝結潛熱和感熱的作用[J].氣象, 2009,35(12):52-57.

〔7〕張霞,王新敏,王金蓮，等.2011年“7.3”暴雨過程的衛星云圖特征和濕位渦分析[J].氣象與環境科學,2012,35(4):1-7.

S161.6

A

1673-260X（2013）10-0105-04