臺風“莫蘭蒂”(1614)影響期間浙江暴雨成因分析

曹楚 王忠東 吳舒婷

(1.溫州市氣象局，浙江 溫州 325000；2.永嘉縣氣象局，浙江 永嘉 325100；3.洞頭區氣象局，浙江 洞頭 325700)

0 引 言

臺風災害往往是由臺風引發的暴雨洪澇所致，臺風暴雨研究長期以來是臺風研究的最重要的方面之一。陳聯壽等指出臺風登陸后的維持不消、停滯、源源不斷的水汽輸送、中低緯環流相互作用、中尺度系統影響及地形作用等時造成臺風特大暴雨的重要因素[1]。林毅等對2005年“龍王”臺風中尺度暴雨進行了分析，認為臺風進入臺灣海峽后，其東南側的西南氣流受臺灣島地形影響出現分支而形成的兩只氣流在福州地區的再次交匯，在有利的環境條件激發中尺度對流云團發展是造成強降水的主要原因[2]。余貞壽等利用Q矢量、螺旋度、濕位渦對給華東造成嚴重災害的臺風“韋帕”(0713)進行了診斷分析[2]，楊宇紅等采用非靜力MM5(3.5)中尺度數值模式對0604(BILIS)進行了數值模擬與診斷分析發現暴雨區始終位于不穩定能量高值區域，并存在對流不穩定及條件性對稱不穩定兩種機制[4]。張程明等對秋季臺風“羅莎”(0716)進行了物理量診斷分析，認為垂直螺旋度可以用來表征秋季臺風影響下的地面強降水的分布和變化，并在一定程度上可以指示強降水的移動趨勢[5]。錢卓蕾從大尺度環流形勢、動力、熱力和水汽條件等方面分析了“菲特”臺風暴雨特征和形成機理，結果表明低層輻合高層輻散的分布有利于“菲特”強度的維持，暴雨中心輻合輻散交替分布，近地面輻合的增強預示著暴雨增幅[6]。沈曉玲等對“菲特”臺風暴雨成因進行分析發現弱冷空氣的擴散使斜壓性增強，并使斜壓位能釋放轉化為動能，促使臺風殘留低壓環流加劇，并在臺風外圍東偏南暖濕氣流之間形成中尺度輻合帶，為暴雨天氣的產生提供了良好的動力條件[7]。還有很多學者和業務人員從其他方向對臺風暴雨開展了研究[8-11]。2016年第14號臺風“莫蘭蒂”在福建廈門翔安區登陸，登陸點距離浙江南部的溫州地區有450 km左右，卻給浙江造成了全省性的暴雨，部分大暴雨，所以有必要對此次暴雨過程進行分析研究。本文對“莫蘭蒂”影響期間的形勢場、物理量場以及云圖、雷達回波演變特征等方面做了分析，探尋暴雨的成因，希望能為日常預報業務提供參考。

1 “莫蘭蒂”風雨影響概況及特點

2016年第14號臺風“莫蘭蒂”于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03：05，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-1)，中心氣壓945 hPa；之后強度逐漸減弱，向西北方向移動，15日17時減弱為熱帶低壓，并向偏北方向移動；16日夜里進入黃海海域，17日凌晨在黃海南部海域變性為溫帶氣旋，見圖1。

受“莫蘭蒂”影響，浙江省出現全省性的暴雨天氣，部分大暴雨。由圖1可知，14日08時至17日08時全省面雨量達149 mm，有934個自動氣象站累計雨量超過100 mm，其中275個站超過200 mm、92個站超過300 mm、17個站超過400 mm，單站累計雨量較大的有臺州黃巖區嶼頭鄉后岙村534 mm、溫州文成縣珊溪鎮三垟村482 mm、麗水青田縣小舟山鄉476 mm。另外，14日至16日浙江省沿海出現8～10級大風，局部11級，最大為寧波寧海縣茶院鄉雞壟山32.1 m·s-1(11級)、溫州平陽縣昆陽鎮29.4 m·s-1(11級)。

圖1 “莫蘭蒂”臺風路徑圖(a)和14日08時—17日08時浙江省雨量分布圖(b)(單位：mm)

2 環流背景分析

2.1 500 hPa形勢場分析

9月10日14時“莫蘭蒂”在西太平洋洋面上生成，500 hPa上中高緯度呈“兩槽一脊”分布，東槽位于東北到華北沿海一帶，西槽位于里海附近，脊區位于貝加爾湖到新疆地區，副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)呈東西向帶狀分布，“莫蘭蒂”在副高南側偏東氣流引導下向偏西方向移動；之后中高緯維持“兩槽一脊”分布，副高加強西伸，“莫蘭蒂”在偏東氣流引導下穩定向偏西方向移動，強度逐漸加強；14日08時，“莫蘭蒂”到達臺灣南側海域，東槽東移，副高呈東西帶狀分布，其中心東退，浙江南部地區處于副高與“莫蘭蒂”形成東南氣流中，開始出現降水；14日20時，“莫蘭蒂”靠近福建南部沿海，副高斷為東西兩環，副高西南側與“莫蘭蒂”形成的東南氣流進一步加強影響浙中南地區(圖2a)，浙南降水明顯增強，小時雨強達到50 mm以上；浙北地區處于副高形成的高壓鼻控制，降水不明顯。15日08時，“莫蘭蒂”登陸西進，副高受西風槽東移和臺風共同影響，進一步東退，此時浙江全省都處于“莫蘭蒂”外圍環流影響下，浙北降水也明顯增大；15日20時，隨著“莫蘭蒂”繼續西進，“莫蘭蒂”尾部西南氣流與副高西南側的東南氣流在浙江交匯，形成風向的輻合，有利于對流性降水的產生，同時西風槽東移帶來的弱冷空氣開始影響浙江，與以上系統結合后進一步從促使對流發展(圖2b)，導致浙江全省出現明顯降水，部分地區小時雨強達到了70 mm。16日08時，“莫蘭蒂”減弱繼續北上，浙江全省處于西南氣流之中，降水趨于減弱。所以從上分析可以發現，浙南前期降水是臺風外圍東南氣流造成；后期降水是由臺風環流后部的西南氣流與副高西南側東南氣流交匯加之弱冷空氣共同影響促使對流發展引起。

圖2 14日20時(a)和15日20時(b)500 hPa形勢場(單位：hgdp)和風場(單位：m·s-1)

2.2 低空急流分析

暴雨的產生與低空急流有密切的關系。本文通過分析850 hPa低空急流來探討“莫蘭蒂”影響期間低空急流與暴雨的關系。14日08時，“莫蘭蒂”到達臺灣南側海域，臺風與副高形成的偏東急流開始影響福建沿海，浙江南部處于急流北側邊緣(圖略)，對照實況此時浙南出現了弱降水。14時，“莫蘭蒂”到達臺灣西南側海域，進入臺灣海峽，其本體環流開始影響福建沿海，浙江南部處于其外圍環流中，偏東氣流明顯加強，此時浙南部分地區和寧波象山部分地區出現短時強降水。14日20時，“莫蘭蒂”靠近福建沿海，浙南處于臺風外圍東南急流影響區域內(圖3a)，此時從實況分析知道在溫州中南部、溫州與臺州交界處以及寧波奉化形成了3個強降水中心，其中溫州南部1 h最大降水達到了53.4 mm。之后，隨著“莫蘭蒂”登陸，東南急流影響區域向浙北擴展，且東南急流明顯加強(圖3b、圖3c)，從實況可以知道此段時間浙東南沿海強降水明顯增強，強降水范圍增大。15日20時，“莫蘭蒂”減弱為熱帶低壓進入江西境內，“莫蘭蒂”低壓環流與副高之間的東南急流分成兩支，一支位于浙閩交界處影響浙閩交界地區，另一支位于寧波沿海，影響寧波、紹興、杭州等地，此時強降水主要位于浙中北沿海以及紹興、杭州等地(圖略)。16日02時，“莫蘭蒂”移動到達江西上饒附近，此時第16號臺風“馬勒卡”到達菲律賓移動洋面，“馬勒卡”臺風外圍偏東急流與副高西南側的偏南氣流合并向浙江輸送水汽，以上氣流與“莫蘭蒂”殘留環流形成的西南氣流在浙江交匯，兩者形成的急流區主要位于寧波、紹興、舟山等地(圖3d)，此時強降水也位于以上地區。之后隨著“莫蘭蒂”進一步減弱北上，浙江降水減弱停止。由上分析可知，強降水落區和偏東或東南急流影響區域基本一致，或者強降水落區位于偏東或東南急流的右前方。另外，當臺風殘留環流與副高形成的偏南急流在有充足水汽輸送時，若影響浙江中北部沿海，以上地區仍可能有短時強降水發生。

圖3 14日20時(a)、15日02時(b)、08時(c)和16日02時(d)850 hPa低空急流(單位：m·s-1，陰影部分為風速大于12 m·s-1)

3 云圖和雷達分析

云圖和雷達作為目前臺風暴雨監測的重要手段，在臺風暴雨落區預報以及成因的分析中發揮著重要的作用。文中利用雷達組網監測拼圖和FY2號氣象衛星云圖對“莫蘭蒂”暴雨成因做進一步分析。

13日23時，“莫蘭蒂”到達臺灣東南側海域，從云圖發現其外圍螺旋云系已進入浙江和福建沿海地區，雷達拼圖上表現弱降水回波影響以上區域，浙江、福建沿海出現弱降水。隨著“莫蘭蒂”逐漸靠近福建沿海，其螺旋云系進一步影響浙閩沿海地區，14日12時螺旋云系已進入浙江東南部沿海，從回波拼圖看到寧波、舟山附近有回波帶，強回波主要位于舟山漁場，浙江沿海受弱回波影響，出現陣性降水。14日20時，“莫蘭蒂”靠近福建沿海，浙江處于“莫蘭蒂”外圍螺旋云系覆蓋下(圖4a)，從雷達拼圖看此時浙南以及溫州、臺州漁場有大片的強回波帶影響以上區域(圖4b)，回波強度達到了30 dBz，部分地區達到40 dBz，浙南地區出現短時強降水，小時雨量最大達到了50 mm左右；之后隨著“莫蘭蒂”登陸福建，從云圖可以看到臺風結構減弱松散，雷達回波反映其外圍回波帶也有所減弱；15日7：20，“莫蘭蒂”強度進一步減弱(圖4c)，從雷達拼圖可以看到其中心已基本填塞，強回波主要位于福建地區，而此時在浙閩交界有一塊強回波從東南向西北方向移動(圖4d)，影響浙南地區；16：45，“莫蘭蒂”環流已減弱消失(圖4e)，其殘留云系與西風槽云系結合后影響浙江，從雷達拼圖可以看到有持續的強回波從浙東南沿海向浙北移動,并在移動過程中增強，回波強度達到了30～45 dBz，部分回波強度達到了45 dBz以上，強回波持續從以上地區經過，形成了列車效應，造成了以上地區的強降水；16日10時，從云圖可以看到“莫蘭蒂”殘留云系已移出浙江，雷達拼圖也顯示除沿海有弱回波外，其他地區無回波，浙江降水減弱停止。

圖4 14日19：45(a)、15日7：15(c)、16：45(e)風云二號衛星云圖和14日19：50(b)、15日7：20(d)、16：40(f)浙江雷達拼圖

從云圖和回波的演變發現，前期主要是臺風外圍環流云系影響，雷達回波強度主要在30 dBz左右，部分達到40 dBz，主要以混合型降水為主；后期隨著“莫蘭蒂”的減弱，其殘留云系與西風槽云系結合后共同影響浙江，雷達回波強度主要在30～45 dBz之間，部分回波強度達到了45 dBz以上，對流性降水比較明顯。

4 物理量診斷分析

4.1 925 hPa水汽通量散度分析

分析“莫蘭蒂”影響期間925 hPa水汽通量散度場，可以發現強降水落區基本和水汽通量散度大值區重合。13日隨著“莫蘭蒂”靠近臺灣東南側海域，浙江沿海逐漸處于偏東氣流之中，水汽通量散度場看浙江沿海處于弱的水汽通量散度負值區內(圖略)，表明有水汽在以上區域輻合；之后隨著“莫蘭蒂”西進，水汽通量輻合進一步加強，14日08時水汽通量散度負值中心位于臺灣南側，中心值達到了-30×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，浙江東南沿海處于-5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1區域內；14日20時，水汽通量負值區進一步擴大，負值中心位于臺灣海峽內，另外在樂清灣附近有一負值中心，中心值為-5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，此時在溫州與臺州交接區域出現強降水；15日02時“莫蘭蒂”即將登陸福建，此時水汽通量散度大值區進一步擴大，負值中心位于福建中南部，中心值為-18×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，浙江東南部處于負值區域內，水汽通量散度值為-6×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1～-9×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1(圖5a)，水汽輻合有所加強，此時降水實況反映以上區域降水明顯增強；之后隨著“莫蘭蒂”登陸西進，水汽通量散度有所減弱，但浙南始終處于水汽通量散度負值區域內(圖5b)，有利于強降水的發生；15日20時，“莫蘭蒂”北上后，水汽通量散度負值區明顯減小，負值區位于浙北地區，中心值為-6×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，同時在浙東南沿海有弱的水汽通量散度負值區；之后，隨著“莫蘭蒂”進一步減弱，水汽通量散度負值區移出浙江，浙江降水減弱停止。

圖5 2016年9月15日02時(a)和14時(b)925 hPa水汽通量散度(單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)及風場(單位：m·s-1)

4.2 850 hPa渦度場分析

14日08時，“莫蘭蒂”位于臺灣東南側海域，此時渦度中心與臺風中心基本重合，另外福建沿海和浙東北沿海有弱的渦度中心，與降水實況疊加可以看到，降水區域與正渦度區基本重合；之后隨著“莫蘭蒂”向福建沿海靠近，浙江全省逐漸處于正渦度影響區域，且正渦度值增大；15日14時，“莫蘭蒂”登陸后已西進到福建西北部地區，此時有3個渦度中心，分別位于福建西北、浙江南部和臺灣北部地區，其中浙江南部渦度中心15×10-5s-1，有利于降水的發生，與降水大值區基本重合；20時，“莫蘭蒂”到達江西境內，正渦度中心有兩個，分別位于江西境內和浙江中南部地區，位于浙江中南部的中心值達到了9×10-5s-1，與降水大值區基本重合；之后隨著“莫蘭蒂”減弱北上，正渦度中心值及影響區域也減弱北上，浙江降水停止。所以從上分析發現，正渦度大值中心與強降水落區基本一致。

圖6 2016年9月15日14時(a)和20時(b)850 hPa渦度場和雨量疊加圖(渦度單位：10-5s-1；雨量單位：mm)

5 地形影響分析

浙江省位于東海之濱，地勢西南部高，東北部低，自西南向東北傾斜，呈梯級下降。西南部為平均海撥800 m的山區，中部以丘陵為主，東北部為沖積平原。全省主要山脈呈西南—東北走向，自北而南分成3支。北支自浙贛交界的懷玉山，向東構成浙江的天目山脈、里崗山脈；中支從浙閩交界的仙霞嶺，向東北延展成天臺山、四明山和會稽山脈，天臺山脈自西往東北沒入海中，構成舟山群島；南支由浙閩交界的洞宮山脈，向東北伸展為南雁蕩山脈、北雁蕩山脈和括蒼山脈。當有偏東或東南氣流影響時，由于東南沿海南北雁蕩山、天臺山以及四明山與偏東或東南氣流正交，在迎風坡造成氣流的抬升，從而導致云團在抬升條件下加強發展，甚至導致云團停滯，在雷達回波上反映為回波的加強或回波停滯。在“莫蘭蒂”影響期間，偏東或東南急流明顯，特別是14日17時到15日23時期間，從雷達回波拼圖可以看到，在海上回波強度基本維持在30～35 dBz，當回波移入浙東南沿海后回波都有明顯加強，強度達到40～45 dBz，而回波繼續向西移動進入中部丘陵地區后，回波則有所減弱。從降水分布可以知道，“莫蘭蒂”影響期間強降水基本分布在浙東南沿海地區。所以從上分析認為，當偏東或東南氣流影響時，浙東南特殊的地形分布有利于云團的發展，降水的進一步增大。

圖7 浙江地形圖和氣流影響

6 結 語

1)從環流形勢及云圖、雷達資料分析發現浙南前期降水是臺風外圍東南氣流造成；后期降水是由臺風環流后部的西南氣流與副高西南側東南氣流交匯加之弱冷空氣共同影響促使對流發展引起。

2)分析低空急流演變發現強降水落區和偏東或東南急流影響區域基本一致，或者強降水落區位于偏東或東南急流的右前方。另外，當臺風殘留環流與副高形成的偏南急流在有充足水汽輸送時，若影響浙江中北部沿海，以上地區仍可能有短時強降水發生。

3)對水汽通量散度和渦度進行分析發現水汽通量散度負值區和正渦度區對強降水的落區有一定的指示意義。

4)浙東南沿海特殊的地形分布，造成了降水的進一步增幅。