兩次相似路徑臺風對浙江降水影響的對比分析*

廖君鈺，龔理卿，季 丹

(浙江省衢州市氣象局，浙江 衢州 324000)

兩次相似路徑臺風對浙江降水影響的對比分析*

廖君鈺，龔理卿，季 丹

(浙江省衢州市氣象局，浙江 衢州 324000)

利用NCEP 1°×1°客觀再分析資料和地面自動加密觀測資料，對2016年“莫拉蒂”和“鲇魚”兩次相似路徑臺風從高空形勢、物理量場、鋒生函數3個方面進行對比分析，結果表明：臺風的強度越強，造成的短時降水越大，維持時間越長，降水的持續時間也隨之增加；水汽輸送帶對臺風暴雨的形成有著至關重要的作用；鋒生帶與雨帶的分布是否一致主要受冷空氣影響時間的長短影響，有穩定冷空氣輸入的則較為一致，否則不一致；垂直螺旋度越大，越有利于強降水的產生。

莫拉蒂；鲇魚；水汽來源；垂直螺旋度；鋒生函數

1 引言

臺風是一種強烈的氣旋性渦旋，往往伴有暴雨和大風等災害性天氣[1]。臺風是對浙江影響最大的主要系統之一，每年有4～5個臺風影響浙江省[2]，常常對影響地區造成巨大的經濟損失和人員傷亡，而登陸臺風造成的災害往往是由暴雨直接引起或者引發的，因此加強對臺風暴雨的研究是十分必要的。

影響臺風暴雨的因子有很多，對于預報員來說，最常接觸的是各層的高空形勢以及各種數值模式提供的物理量，如何在現有的預報產品支持下準確預報出臺風暴雨是一個需要攻克的難題。在對臺風暴雨進行診斷分析時，分析臺風的水汽輸送以及高空流場和地面形勢[3]是較為有效的一種分析方法，同時也可以配合分析Q矢量、螺旋度、位渦以及位渦反演等近幾年來較為先進的診斷方法[4]，對臺風暴雨的形成做進一步分析。

在實際臺風的業務預報中常對比歷史上的相似臺風，把相似臺風的風雨影響和移動路徑作為預報依據之一。然而，即使移動路徑相似的兩個臺風，其造成的臺風暴雨在強度和時空分布上也有不同之處，分析其中的成因是十分有意義的。1614號臺風“莫拉蒂”和1617號臺風“鲇魚”這兩個臺風生成的時間近似，路徑也極其相似，但對浙江省造成降水的強度和持續時間卻有很大的差異。本文利用Micaps常規觀測資料、分辨率為 1°×1°逐6h的NCEP格點資料和浙江省自動氣象站加密資料，對2016年9月14—17日和9月28—29日影響浙江的“莫拉蒂”(1614號)和“鲇魚”(1617號)臺風從天氣形勢、物理量場、鋒生作用3個方面進行分析，以期加深對臺風暴雨的外部生存環境及內部物理場結構對降水強度和持續時間的關系的認識，提高預報能力。

2 臺風實況

1614號臺風“莫拉蒂”于2016年9月10日14時在西北太平洋洋面上生成，生成后強度不斷加強，至12日上午加強為超強臺風；14日掠過臺灣南部，于15日03時05分，在福建省廈門市翔安區沿海登陸，登陸時中心附近最大風力15級(48 m/s，強臺風級)；之后強度逐漸減弱并向東北方向移動，15日下午減弱為熱帶低壓；穿過江西、安徽、江蘇三省并于17日凌晨在黃海南部海域變性為溫帶氣旋(圖1a)。

1617號臺風“鲇魚”于9月23日08時在西北太平洋生成，生成后向西偏北方向移動，強度逐漸加強，至27日上午加強為超強臺風；27日14時許在臺灣花蓮市登陸，之后穿過臺灣海峽，于28日04時40分前后在福建省泉州市惠安縣沿海登陸，登陸時中心附近最大風力12級(33 m,/s，臺風級)，之后向偏西方向移動，強度逐漸減弱，28日夜里減弱為熱帶低壓，之后在江西省境內進一步減弱并消散(圖1a)。

2016年“莫拉蒂”和“鲇魚”臺風對浙江省的降水影響如圖1b、1c，據浙江省自動站資料統計，9月14日20時—17日02時過程雨量在300 mm以上的站點有87個，400 mm以上有12個，其中極大風在10級以上的共有32個站，4個在11級以上，強降水區主要集中在寧波、溫州、臺州等沿海地區，呈西南—東北走向。9月28日08時—29日20時過程雨量在300 mm以上的站點有74個，400 mm以上有18個，500 mm以上有6個,其中極大風在10級以上的有22個站，4個在11級，強降水區主要集中在浙南南部地區。從兩者的過程降水分布看，“莫拉蒂”降水持續時間長，強降水區域較廣，主要集中在浙江沿海地區，而“鲇魚”對浙江強降水影響時間較“莫拉蒂”短，降水強度大，強降水地區集中，主要位于浙南地區，呈東南—西北走向。本文將著重分析造成此次臺風暴雨的成因。

圖1 臺風“莫拉蒂”和“鲇魚”路徑(a)，9月14日20時—17日02時(b:“莫拉蒂”)和9月28日08時—29日20時 (c:“鲇魚”)降水累計圖Fig.1 Typhoon "MERANTI" and "MEGI" track(a), 14 September 20 o'clock to 17 September 02 o'clock (b:MERANTI) and 28 September 08 o'clock to 29 September 20 o'clock (c: MEGI) cumulative precipitation map

3 天氣形勢和水汽條件

3.1 天氣形勢

熱帶氣旋的移動一般受副高和西風帶環流影響，同時可以分析200 hPa的流場分布來判斷高空的輻散情況，有助于分析臺風的發生發展以及強度的變化[5]。因此可以通過分析200 hPa和500 hPa的平均位勢高度場分布來找出這兩次臺風的路徑以及維持時間的差異。

從圖2可以看出臺風“莫拉蒂”影響浙江期間，浙江處于200 hPa槽前，高空輻散，有利于系統的維持和發展，而“鲇魚”影響期間，浙江基本處于均壓場中，輻散不明顯。從500 hPa上看，“莫拉蒂”、“鲇魚”期間副高強度中心可達590～592 dagpm，2個臺風均位于588線的西側，高壓脊線的位置位于28～30°N之間，受東南引導氣流作用，臺風主體移動方向以西北向為主。而“莫拉蒂”期間浙江處于副高邊緣，從16日08時500 hPa(圖略)和路徑圖(圖1a)看，臺風強度已減弱至低壓并入西風槽系統中，并且有新的臺風西移北上使得西風槽向東北方向移動，并且強度減弱。當臺風與中低緯其他系統結合時會使降水持續時間增長，說明“莫拉蒂”在影響浙江期間，強度較弱，但持續時間較長，與實況較為對應，從“鲇魚”的500 hPa平均環流形勢看，臺風中心強度較“莫拉蒂”強，說明其影響浙江期間強度較強，但是高空無明顯輻散，使得低層輻合明顯超過高層輻散，因而臺風迅速減弱[6]，不能繼續保持低壓系統的強度。

結合實況降水及以上分析，可以得出臺風的強度越強，造成的短時降水越大，維持時間越長，降水的持續時間也隨之增加。

圖2 “莫拉蒂”9月14日20時—17日02時200 hPa(a)和500 hPa平均環流形勢(c)及“鲇魚”9月28日08時—29日20時 200 hPa(b)和500 hPa(d)平均環流形勢(單位：dagpm，陰影區為200 hPa平均散度場)Fig.2 "MERANTI" in S14 September 20 o'clock to 17 September 02 o'clock average circulation situation on 200 hPa (a) & 500 hPa (c) and "MEGI" in 28 September 08 o'clock to 29 September 20 o'clock average circulation situation on 200 hPa (b) & 500hPa (d) (unit:dagpm, the shadow region being 200 hPa average divergence situation)

3.2 水汽條件

充沛的水汽是產生暴雨的三大重要因素之一，低層水汽輸送是暴雨的主要水汽來源。可以利用水汽通量場和風場的結合來分析暴雨的水汽來源。

從圖3看，14日20時在臺灣海峽南部海面上有一個90 g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量的大值中心，28日08時在浙江南部、福建與廣東交界處有≥40 g·cm-1·hPa-1·s-1的大值區，其中前者水汽通量為后者的兩倍甚至偏多，但是在“莫拉蒂”活動期間，位于其東南側有1616號臺風“馬勒卡”生成并加強，并截斷其外圍水汽輸送帶，因此在登陸福建后迅速減弱。

從風場看，低層的東南急流后者較前者偏強，出口區主要位于浙南地區，而前者可影響至浙江沿海地區。隨著時間的推移，“馬勒卡”臺風不斷加強，并不斷裹挾“莫拉蒂”外圍大量水汽，使得“莫拉蒂”外圍環流云系迅速減弱，同時中心附近風力迅速減弱，在沒有水汽輸送帶持續不斷的輸送水汽后，水汽通量大值區也迅速減弱，至15日14時減小至20～40 g·cm-1·hPa-1·s-1之間并向東北移動，從實況降水看，強降水區域由浙南地區移至浙東北，同時強度由6 h 300 mm雨強降至150 mm，降水強度明顯減弱，兩者發生時間較為配合。隨后低層引導氣流受“馬勒卡”影響轉為偏南氣流，水汽通量大值區向偏北方向移動并繼續減弱，同時對浙江的影響區域也不斷減小，至16日08時并入西風槽中，受槽前西南暖濕氣流影響，影響區域有所突增并向東北移動，但水汽通量強度并未增強，這與浙江的強降水分布地區以及不斷減弱的降水強度較為吻合。隨后水汽通量場繼續東移北抬，至17日02時完全移至海上，對浙江降水的影響逐漸減弱消失。

圖3 “莫拉蒂”(a)和“鲇魚”(b)850 hPa水汽通量場和風場(單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)Fig.3 "MERANTI" (a) and "MEGI" (b) water vapor flux field and wind field on 850hPa level (unit:g·cm-1·hPa-1·s-1)

而“鲇魚”外圍云系在登陸后前期較“莫拉蒂”減弱較慢，同時水汽通量大值區也較之分布廣，并受東南和偏東氣流影響，大值區向偏西方向移動，因此在對浙江的影響中主要集中在浙南地區。水汽通量大值區和低空急流范圍近乎重合，充分體現了強勁東南低空急流輸送水汽的特征，為大暴雨的發生發展提供了充足水汽條件，而從兩者的重疊區域的演變看(圖略)，也較為符合實況強降水區域的分布，從風場的演變看(圖略)，“鲇魚”的低層東南急流雖然偏強，但減弱速度也非常迅速，至29日02時已無明顯強盛的東南氣流，位于海上的水汽無法及時輸送至浙江地區，實況降水強度也迅速減弱，至29日14時，水汽通量大值區基本移出浙江省，同時浙江地區的降水也迅速減弱。

從以上分析可以得出，強盛有力的水汽輸送帶能為形成臺風暴雨提供充沛的水汽，當持續時間長，則暴雨持續時間也會增長，反之，則無法維持長時間的暴雨天氣；當水汽輸送帶弱時，則暴雨強度將有所下降，反之，則加強。

4 中尺度特征分析

4.1 鋒生函數

通過鋒生函數(圖4a、4b)表明，“莫拉蒂”14日20時850 hPa在浙閔沿海地區有較為明顯的鋒生作用，主要有兩個中心，分別位于浙南以及閩南，至15日02時(圖略)，兩個中心向東北方向移動，至15日20時，在浙江的東部沿海地區一直有大值中心的存在，表明期間一直有較強的鋒生作用在影響該地區，結合圖4c，實況降水最大值位于浙江中東部的大部分地區以及閩南地區，兩者配合較為一致。而從“鲇魚”的鋒生函數看，其大值區與實況降水的大值區分布并不一致，從圖4b看浙閔交界處有一大值區，但從實況降水看，降水主要位于浙東南地區，福建北部無明顯降水。對比兩者的溫度平流演變(圖略)，可以發現“莫蘭蒂”在影響降水期間，一直有連續不斷的冷空氣輸入，但“鲇魚”影響期間，雖然有冷空氣影響，但是持續時間較短。因此考慮鋒生帶與雨帶的分布是否一致主要受冷空氣影響時間的長短，有穩定冷空氣輸入的則較為一致，否則不一致。

4.2 垂直速度和垂直螺旋度

垂直速度可以反映水汽凝結的速度，是形成暴雨的關鍵因子[7]。垂直螺旋度能反映出大氣在垂直空間上的旋轉上升和運動特征。研究表明垂直方向的螺旋度比水平方向的螺旋度更有意義，數值越大，表明垂直風切變越大，越有利于強天氣發生[8]。

圖4 “莫拉蒂”(a)和“鲇魚”(b)850 hPa鋒生函數(單位：10-10℃·m-1·s-1) 以及14日20時—15日20時(c)和28日08時—29日08時降水(d)(單位：mm)Fig.4 "MERANTI" (a) and "MEGI" (b) frontogenesis function on 850hPa (unit:10-10℃·m-1·s-1) and the rainfall of 14∶20-15∶20 (c) & 28∶08-29∶08 (d) (unit:mm)

圖5 “莫拉蒂”(a)和“鲇魚”(b)垂直速度(陰影，單位：10 Pa/s)和垂直螺旋度 (黑線，單位：10-5Pa/s2)沿120°E垂直剖面圖Fig.5 "MERANTI" (a) and "MEGI" (b) vertical speed (shadow, unit:10Pa / s) and Vertical spiral (black line, unit:10-5Pa/s2) along 120°E vertical section

從垂直速度沿120°E經向剖面圖上(圖5)可以看到，15日02時垂直上升速度大值區(≥-3Pa/s)集中在27～28°N(暴雨區)附近，28日08時垂直上升速度大值區(≥-6Pa/s)也集中在27°N附近，對比兩者的分布看，“莫拉蒂”的底層垂直速度明顯小于“鲇魚”，且后者的上升運動區最高可達200 hPa，這為水汽的快速凝結乃至降雨的形成提供了很好的動力條件，十分容易形成短時強降水，隨后垂直上升速度大值區略有北抬至28°N，從降水實況看后者的強降水區域主要集中在浙南地區，并且強度大、時間短，這與實況較一致。綜上所述，垂直上升運動中心區域和暴雨中心基本一致的，垂直速度大小與降水強度也有很好的對應關系。

從圖5看，“莫拉蒂”暴雨區上空螺旋呈低層正螺旋度，高層為弱的負螺旋度，高層負螺旋度與低層正螺旋度重疊，使得流體能量耗散減慢，是觸發暴雨的動力機制[9]，有利于臺風螺旋結構的維持，為浙江地區帶來持續性的強降水天氣。“鲇魚”低層的正螺旋度大值區可達80×10-5Pa/s2，并且與垂直速度上升區相重疊，有利于形成短時強降水，隨后在28日14時重疊區北抬且中心強度均有所減弱，與“鲇魚”影響過程期間強降水區分布一致，同時在29°N低層有負螺旋度大值區形成，使得臺風“鲇魚”螺旋結構減弱，降水減弱。

5 總結

本文利用NCEP1°×1°客觀再分析資料和地面自動加密觀測資料，對2016年臺風“莫拉蒂”和“鲇魚”兩次相似路徑系統對影響浙江的強降水進行診斷分析，初步得到以下結論：

①此次“莫拉蒂”對浙江降水影響主要表現在持續時間長，強降水分布廣，過程雨量大，“鲇魚”對浙江降水影響主要表現為持續時間短，強降水落區集中，降水強度大。

②臺風的強度越強，造成的短時降水越大，維持時間越長，降水的持續時間也隨之增加。

③強盛有力的水汽輸送帶能為形成臺風暴雨提供充沛的水汽，當持續時間長，則暴雨持續時間也會增長，反之，則無法維持長時間的暴雨天氣，當水汽輸送帶弱時，則暴雨強度將有所下降，反之，則加強。

④鋒生帶與雨帶的分布是否一致主要受冷空氣影響時間的長短，有穩定冷空氣輸入的則較為一致，否則不一致。

⑤垂直螺旋度越大，越有利于強降水的產生，同時只有在低層正螺旋配合高層負螺旋度才有利于臺風系統的維持。

[1] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學原理[M].北京:氣象出版社,1992,530-532.

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Comparative analysis of the effects of typhoon "MERANTI" and "MEGI"with similar track on precipitation in Zhejiang Province

LIAO Junyu, GONG Liqing, JI Dan

(Quzhou Meteorological Office of Zhejiang Province, Quzhou 324000, China)

Based on NCEP 1°×1°objective reanalysis data and ground automatic encryption observation data,typhoon "MERANTI" and "MEGI" with similar track in 2016 were compared and analyzed from three aspects: altitude situation, physical quantity field and frontogenesis in this study. The results show that: the stronger the intensity of the typhoon is, the shorter the precipitation is, the longer the duration is, the longer the duration of precipitation is.Water vapor transport belt plays an important role in the formation of typhoon rainstorm. The consistence between frontogenesis and precipitation belt is mainly affected by the duration of cold air influence. With stable input of cold air, there is consistence, or there will be inconsistence. The greater the vertical helicity is, the more favorable condition will occur for precipitation.

MERANTI; MEG; moisture sources; vertical helicity; the frontogenesis function

2016-12-03

廖君鈺(1991—)，女，助工，主要從事短期天氣預報工作，E-mail：liaojunyu0602@163.com。

1003-6598(2017)03-0035-06

P458.1+24

B