1617號臺風“鲇魚”造成溫州南部大暴雨成因分析

梁艷 劉峰 林群 宋珊珊 曹楚

(1.平陽縣氣象局,浙江 平陽 325400;2.溫州市氣象局,浙江 溫州 325000)

0 引 言

臺風是對我國沿海造成影響最大的災害性天氣系統之一,它帶來的狂風、暴雨以及風暴潮等常造成受影響地區房屋倒損、滑坡、泥石流、城鄉積澇,對人民群眾生產生活以及經濟社會的發展造成重大的危害。溫州地處浙江東南沿海,每年夏秋季節受到臺風的影響和威脅,2016年9月溫州受17號臺風“鲇魚”影響,給溫州特別是南部地區造成了嚴重影響,其雖在福建中部登陸并西進卻造成局部超800 mm的特大暴雨。對于登陸型的臺風暴雨,前人做了很多相關研究[1-4],影響臺風暴雨強度不僅和臺風本身的強度、范圍以及結構等有關,還與下墊面地形[5]、水汽輸送[6]、冷空氣[7]等因素有關,陳久康[8]等研究發現中低緯環流系統相互作用對登陸臺風暴雨的突然增幅也有重要作用。本文試通過采用美國國家環境預報中心NCEP的1°×1°客觀再分析資料、Micaps資料、國家衛星中心的FY-2F衛星資料、多普勒雷達資料及浙江省中尺度站氣象資料等對“鲇魚”臺風影響期間的環境場、水汽輸送、地形影響等方面進行分析,總結在閩中登陸的臺風引發溫州南部特大暴雨的成因,為今后此類登陸型臺風的雨量預報提供借鑒。

1 臺風“鲇魚”概況及大尺度環流特征

1.1 臺風“鲇魚”影響情況

臺風“鲇魚”于2016年9月23日08時在菲律賓以東的西北太平洋洋面上生成后沿西北路徑移動,強度逐漸加強,并于28日4時40分前后在福建省泉州市惠安縣沿海登陸(33 m/s、975 hPa),登陸后強度迅速減弱,當日23時在福建龍巖境內減弱為熱帶低壓。受其影響,溫州各地出現了暴雨到大暴雨,特別是南部文成、泰順、蒼南、平陽、瑞安等地出現了局部出現特大暴雨。據浙江省自動站降水資料統計,2016年9月27日08時至29日12時,全市面雨量240.1 mm(圖1b)。單點累計雨量600 mm以上站點有19個,最大在文成周山鄉813.7 mm。據統計,該臺風為2014年至今在9月份登陸大陸并對溫州有較嚴重影響臺風中站點雨量極大值(文成周山鄉802.7 mm)最大、小時雨強(1 h降水達109.7 mm)最強和經濟損失最大(35.98億)的臺風。

1.2 大尺度環流背景

從“鲇魚”臺風影響期間不同時次500 hPa流場演變圖(圖1a)來看,9月26日西太平洋副熱帶高壓(簡稱副高,下同)588線已深入我國大陸30°N以南地區,副高脊線呈東東北—西西南走向,并形成高壓壩。臺風受副高南側的東南氣流引導穩定向西北方向移動,副高中心最強達596。28日前后受北方高空槽影響,副高斷裂成兩環,其中東環高壓脊線北抬到30°N以北,且西伸至110°E附近。臺風西行為主,并于當天4:40前后在福建省泉州市惠安縣沿海登陸。對應700 hPa和850 hPa環流特征(圖略),其演變形勢與高層相似,臺風北側的高壓壩明顯,熱帶地區為西南急流區,南海地區受夏季西南季風影響將水汽源源不斷輸送到臺風“鲇魚”環流內。大氣上下層臺風中心位置較一致,高空槽位置偏北,無冷空氣影響。可見此次臺風暴雨期間,副高發展旺盛,其南側的東南氣流為臺風的引導氣流,使其移動路徑較穩定,水汽輸送明顯,強降水的發生主要為其本體系統造成。

圖1 臺風“鲇魚”26—28日500 hPa形勢場、臺風位置(a,單位:dagpm)和溫州市過程雨量(b,單位:mm)

1.3 衛星云圖分析

降水與云的發生發展密切相關,云頂亮溫是氣象衛星紅外探測通道獲取的云頂及無云或少云區地球表面的向外輻射,是生成紅外云圖和各種不同增強顯示云圖最原始的定量資料,以相當于黑體溫度(Black-Body Temperature,縮寫為TBB)表示,TBB資料因其時空分辨率較高,可用來反映強天氣系統的發生、發展和消亡。在少云區或無云區,一般TBB>273 K;在有云區,一般TBB≤273 K,且TBB越低,對應云頂越高,對流越旺盛,降水潛勢也越大[9]。利用FY-2F衛星相當黑體亮溫TBB資料,結合中尺度加密自動站資料,具體分析“鲇魚”臺風影響期間云系演變特征。27日22時溫州南部出現TBB低值區發展降水區雨強增強,28日03時(圖2a)開始TBB出現220 K的低值區,且東部海上有大片低值區域移向溫州南部沿海,實況上南部各縣陸續出現小時雨強≥30 mm的站點。到08時前后低值區一直維持在中南部地區降水也主要位于南部的文成、泰順、蒼南、平陽一帶,8—14時強降水主要位于120.5°E以西地區,這和TBB低值區位置也基本一致。TBB海上低值區15時再次發展并移至平陽文成交界,其后16時(圖略)平陽中西部、文成東部小時雨強3個站達100 mm以上,50 mm以上站點23個,相較于14時6站和15時3站明顯增多。

圖2b給出了位于暴雨中心的文成周山鄉站(27.7°N,120.2°E)9月28日08—20時逐時TBB與其后1 h累積雨量演變,可以看到TBB達230 K左右,該站出現了小時雨量10 mm以上降水,15時和16時TBB均較低為210 K和214 K,對應的小時雨量108.5 mm、70.8 mm,降水效率大,17時TBB增大至232 K,對應降水效率有所下降,20時TBB增大至257 K,降水明顯減弱,后一小時雨量僅0.8 mm。上述分析表明,TBB低值區與強降水區相對應,TBB值反映小時雨強的大小有約一小時的提前量,TBB值對降水強度也有一定的指示意義,即TBB低于230 K預示將有明顯降水出現,210 K左右出現大暴雨概率較大。另外,結合15—17時衛星云圖資料,發現此次強降水過程存在MCS。15時起溫州中南部地區逐漸出現小于241 K云頂亮溫中心,16時該區域逐漸發展成為長軸約2個緯距,短軸約1.5個緯距的β中尺度MCS(馬禹等將云頂亮溫小于等于241 K的短軸長度在1.5～3個緯距的對流系統定義為MβCS[10]),系統旺盛時出現-213 K的上沖云頂,實況上強降水發生在云頂亮溫梯度較大區域,即文成、瑞安和平陽交界一帶。

圖2 9月28日03時相當黑體亮溫(a,單位:K)和周山鄉站9月28日08—20時逐時TBB與其后1 h累積雨量演變圖(b)

3 強降水成因分析

3.1 水汽條件分析

分析28日02時850 hPa水汽通量(圖3a),浙江東南部沿海地區的強降水的水汽主要來源于南海的西南季風輸送,越過20°N后逐漸轉為東南急流,形成明顯的水汽通道。同時,輸送來的水汽在浙江南部地區上空輻合,形成強水汽通量輻合中心,其值小于等于-5。29日02時受西風槽東移影響,副高588線已斷裂,臺風南側水汽輸送帶減弱,但臺風東側偏南氣流與副高西側東南氣流的匯合,為臺風登陸后的暴雨提供水汽條件。

圖3 850 hPa水汽通量(a,28日02時,箭矢,g·cm-1·s-1·hPa-1;b,29日02時)、水汽通量散度分布

圖3c為通過周山鄉站強降雨中心水汽通量散度逐6 h剖面時序圖,可以看出,27日08時至29日08時,900 hPa以下均被水汽輻合區控制。其中18時開始,強降雨中心水汽通量輻合持續增強,擴展到850 hPa附近,28日00時后,水汽通量輻合增強迅速,08時左右達到峰值,為-30,浙江東南沿海地區開始出現大面積強降雨就出現在水汽通量輻合峰值附近。結合水汽通量場(圖3d)發現鲇魚臺風引發的暴雨期間,水汽通量大于30的大值區從27日12時至28日06時持續18 h,期間中心最大為45,強度強持續時間長,與水汽通量輻合配合較好。可見,強的水汽通量輻合和充足的水汽輸送是這次強降水形成和維持的必要條件。

3.2 動力條件分析

為揭示臺風“鲇魚”的動力結構特征,計算了2016年9月26日20時—29日20時周山鄉站(27.7°N,120.2°E)每隔6 h的散度和垂直速度(圖4),對該站上空大氣的輻合輻散進行診斷分析。27日08時開始,近地面大氣輻合作用加強,中層700 hPa大氣出現較強的輻散運動,由于臺風距離較遠,水汽輸送有限,實況上該地未出現明顯降水。27日20時—28日08時,底層大氣輻合進一步加強,中心強度達到-12,高層200 hPa附近同時出現強的輻散中心。垂直速度場上28日02時開始大氣上升運動迅速達到200 hPa附近,利于將低層水汽往高層輸送,在一定程度上增強了雨強,結合實況看溫州南部地區開始出現強降水。同樣,28日14時附近大氣上空上升運動明顯,底層大氣持續輻合運動,且高層200 hPa的輻散中心存在。這種強的低層輻合高層輻散結構,配合強上升運動區,使得低層暖濕空氣以氣旋式環流向暴雨中心輻合上升至高空后向周圍輻散,有利于臺風對流云的發展和暴雨的產生。

圖4 周山鄉上空大氣散度場(單位:10-5 s-1)和垂直速度場(點劃線,單位:Pa·s-1)時間剖面圖

3.3 地形因素影響

根據前人研究[11],在臺風降雨過程中,由于山地造成的降雨量與凝結率、山脈坡度和正交氣流速度成正比。此次鲇魚影響溫州南部地區的特大暴雨過程中,地形起到了明顯的增幅作用,主要有3個原因:1)溫州三面環山,一面臨海,境內地勢從西南向東北呈梯形傾斜,有向東南開口的“簸箕”地形(圖5a),此時若有東南氣流、偏東風等,會產生地形輻合上升運動。2)溫州南部沿岸地區由于地形原因,東南風基本與海岸線正交,且持續時間較長,有利于氣流產生抬升。3)上述氣流進入內陸后由于山脈阻擋和地形摩擦作用,風向轉變,發展出一些中小尺度環流,輻合抬升進一步加強,從而促使雨量明顯增大。9月28日受底層東南急流的不斷輸送,當天下午溫州南部地區雨量較大,18—19時,溫州西部山區的平陽、瑞安和文成交界一帶上空出現氣旋性風向輻合區(圖5c),系統逐漸發展并演變成逆風區,反射率因子回波強度上升到50 dBz以上,且中氣旋產品指示告警,表明該地區中小尺度系統活動明顯。由于存在喇叭口地形,地形的收縮致使氣流輻合加強,文成、瑞安和平陽交界一帶發展生成小尺度低壓系統(圖5d),實況上18—19時大于30 mm/h的暴雨中心也主要處于喇叭口附近。由此可見,地形引起的中小尺度系統對此次降水有明顯的增幅效應。

4 歷史相似臺風比較

對有氣象觀測記錄以來福州到廈門沿海一帶登陸的歷史臺風進行整理分類,登陸后西行路徑的臺風共10個,分別為5519、5810、6115、7122、7705、0519、0605、1312、1521、1617。除6115臺風溫州各縣市僅出現小雨外,其他臺風均有暴雨天氣出現,其中1617“鲇魚”臺風影響最重。對比臺風移動路徑相似程度后,選取1521臺風“杜鵑”與“鲇魚”進行比較,簡要分析閩中西進臺風中判斷可能發生強降水的臺風特征。

圖5 溫州市地形圖(a)、9月28日18—19時雨量分布(b)、18:51雷達徑向速度圖(c)和(d)18—19時地面自動站風場

圖6 臺風“杜鵑”和“鲇魚”移動路徑圖

1)副高發展強盛。在二者生命史期間,副高脊線位于30°N以南地區,受高西北太平洋較高海溫影響,臺風北部形成穩定高壓壩,海上副高中心強度都達到596 dagpm。受強大的高壓引導臺風穩定西北行。在經過臺灣島進入120°E后,臺風南折至23.5°N附近又逐漸轉為西北行靠近大陸,且移速減慢,在臺灣海峽內外圍風圈半徑達到250～320 km,為局地持續性降水的形成創造了條件。登陸閩中時強度大,為臺風級別。

2)水汽輸送充足。臺風“杜鵑”影響期間9月29日08時溫州沿海東北轉東南風,水汽輸送條件轉好,到30日02時沿海850 hPa以上各層已轉為偏南風,低層925 hPa08時轉南風,水汽供應減弱,東南風維持不足24 h。而臺風“鲇魚”影響期間9月28日08時各層轉東南氣流,29日08時仍維持東南氣流,20時后700 hPa以下仍維持弱的東南氣流,東南風維持近36 h。

3)生命維持較長。臺風“杜鵑”登陸后維持1 h的臺風和1 h的強熱帶風暴級別后便減弱為熱帶風暴級別,29日17時停止編號,陸上生命史9 h。臺風“鲇魚”登陸后維持2 h臺風級別和5 h的強熱帶風暴級別,29日05時停止編號,陸上生命史24 h。分析各層大氣可以發現臺風“鲇魚”低層輻合運動,200 hPa高層輻散運動維持時間長,與其生命史對應較好。

5 結 語

1)此次臺風暴雨期間,副高發展旺盛,其南側的東南氣流為臺風的引導氣流,使其移動路徑較穩定。TBB大小對降水強度有一定的指示意義,即TBB低于230 K預示將有明顯降水出現,210 K左右出現大暴雨概率較大。TBB值反映小時雨強的大小有約1 h的提前量。

2)通過對水汽通量及其散度、垂直速度、大氣散度場等物理量的診斷分析,認為東南氣流為暴雨的產生提供了充足水汽,暴雨區上空低層輻合、高層輻散以及強上升運動為臺風暴雨提供動力條件。

3)溫州南部地區向東南開口的“簸箕”地形,引發的中小尺度環流,使得大氣輻合抬升進一步加強。同時海上東南風基本與海岸線較長時間的正交影響,對此次強降水起到了明顯的增幅作用。

4)閩中西進臺風的強降水分析中,可結合一是海上副高位置在30°N以南,強度達到596 hPa以上,臺風穩定西北行,進入臺灣海峽南折至23.5°N附近,且風圈半徑達到300 km左右;二是海上水汽輸送帶與海岸線相對交角,持續的東南風存在和近36 h的水汽輸送時間可能預示會對浙南造成嚴重影響;三是低層輻合運動200 hPa高層輻散運動維持時間近24 h,臺風結構穩定,生命史長。

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