2018年18號臺風(fēng)“溫比亞”引發(fā)的豫東極端降水診斷分析

王瑞祥

摘 要：為揭示2018年第18號臺風(fēng)“溫比亞”對豫東地區(qū)造成的區(qū)域性極端降水成因，本文利用常規(guī)高空、地面氣象觀測資料、NCEP再分析資料以及NOAA海溫距平圖，對2018年8月17—19日豫東地區(qū)“溫比亞”臺風(fēng)引起的大暴雨、特大暴雨天氣過程進行診斷分析。結(jié)果表明：強降水事件之所以能夠持續(xù)多日，其直接原因之一就是華北地區(qū)建立了強大的高壓壩，貝加爾湖高壓脊和西太副熱帶高壓徑向度疊加阻擋了“溫比亞”臺風(fēng)的向北活動，且500 hPa和200 hPa引導(dǎo)氣流偏弱，加之豫西、豫南地形阻擋，導(dǎo)致“溫比亞”在河南南部長時間停滯和徘徊;低層建立了持續(xù)而強烈的水汽通道，18日20：00前后冷空氣擴散南下，在周口北部地區(qū)上空與來自南方的暖濕水汽輸送交匯，形成強烈的水汽輻合區(qū)，加強了豫東北降水。

關(guān)鍵詞：“溫比亞”臺風(fēng);豫東極端降水;U、V風(fēng)矢量;3 h負(fù)變壓;NOAA海溫距平

中圖分類號：P458.121文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0139-04

Eastern Henan Triggered by Typhoon Rumbia 201818 Diagnostic

Analysis of Extreme Precipitation

WANG Ruixiang

（Zhoukou Meteorological Service，Zhoukou Henan 466600）

Abstract： In order to reveal the cause of the regional extreme precipitation caused by Typhoon Rumbia in Eastern Henan Province， this paper used the conventional upper air and surface meteorological observation data， NCEP reanalysis data and NOAA sea surface temperature anomaly map to diagnose and analyze the heavy rain and torrential rain weather process caused by Typhoon Rumbia in Eastern Henan Province from August 17 to 19， 2018. The results show that： one of the direct reasons why the heavy rainfall event can last for many days is that a strong high pressure dam has been established in North China， the superposition of Baikal high ridge and the radial degree of Western Pacific subtropical high has blocked the northward movement of Typhoon Rumbia， and the 500 hPa and 200 hPa guiding airflow is weak， coupled with the terrain blocking in Western and southern Henan， It leads to the stagnation and hesitation of "Gambia" in the south of Henan Province; The cold air diffused southward around 20：00 on the 18th， converging with the warm and wet water vapor from the south over the northern part of Zhoukou， forming a strong water vapor convergence area and strengthening the precipitation in Northeast Henan.

Keywords： Typhoon Rumbia;extreme precipitation in eastern Henan;U， V wind vectors;3 hours negative variable pressure;NOAA sea temperature anomalies

我國是全球受熱帶氣旋影響最多的國家之一。據(jù)統(tǒng)計，每年進入我國附近海域的臺風(fēng)平均有20個左右[1]。從《臺風(fēng)年鑒（1949—1998）》[2]可知，50年間造成河南省區(qū)域暴雨、大暴雨、特大暴雨的臺風(fēng)案例，基本上是從閩、浙登陸以后繼續(xù)深入內(nèi)陸省份的臺風(fēng)低壓或倒槽所致，如歷史上河南省最強降水“75·8”特大暴雨就是由7503號臺風(fēng)減弱后的低壓系統(tǒng)造成的[3]。

近年來，大量學(xué)者從不同角度對臺風(fēng)暴雨的影響因子進行了深入分析和總結(jié)。王新敏等統(tǒng)計了1949—1998年從閩、浙登陸臺風(fēng)的氣候特征及河南臺風(fēng)暴雨概況，并利用天氣學(xué)方法對臺風(fēng)登陸后的移動路徑進行了概括和分析[4]。程正泉的研究指出，登陸臺風(fēng)造成的暴雨強度和范圍不僅受臺風(fēng)強度、范圍及結(jié)構(gòu)等的影響，還與環(huán)境場密切相關(guān)。同時，對低空急流、中緯度西風(fēng)槽及冷空氣、季風(fēng)、大陸高壓、臺風(fēng)周圍的殘渦或小渦、下墊面及邊界層輸送等環(huán)境因子，與登陸臺風(fēng)相互作用影響暴雨的機理進行了系統(tǒng)全面綜述，并對該領(lǐng)域內(nèi)存在的問題作了初步討論[5]。雷小途、陳聯(lián)壽本文概述了熱帶氣旋與中緯度環(huán)流系統(tǒng)相互作用的研究進展，并討論了存在的科學(xué)問題[6]。胡婭敏等研究了河南“75·8”強降水事件的極端異常特征，然后從水汽通量的角度定性分析這次事件的水汽輸送特征，最后采用Hysplit模型定量分析了不同源地的水汽來源對河南“75·8”強降水的貢獻率[7]。邱品竣[8]、黃麗娜[9]等指出，NINO3.4區(qū)的海溫距平對登陸中國的臺風(fēng)能量累積和極端性具有顯著影響。陳聯(lián)壽等[10-11]研究發(fā)現(xiàn)：臺風(fēng)的非對稱性是引起其移動和運動異常的一個關(guān)鍵因素。王遠超等根據(jù)臺風(fēng)渦旋非對稱結(jié)構(gòu)對臺風(fēng)運動產(chǎn)生影響理論，對以1013號超強臺風(fēng)“鲇魚”中心為坐標(biāo)原點，300～500 km內(nèi)850、500 hPa切向旋轉(zhuǎn)速度分解成U、V分量，分析臺風(fēng)的合力運動傾向，探討1013號強臺風(fēng)“鲇魚”的風(fēng)矢量結(jié)構(gòu)變化及其對臺風(fēng)路徑突變的影響。結(jié)果表明：1013號強臺風(fēng)在快速移動階段時，風(fēng)矢量存在明顯不對稱結(jié)構(gòu);而在原地打轉(zhuǎn)時，風(fēng)矢量呈對稱結(jié)構(gòu)[12]。朱乾根研究表明，臺風(fēng)登陸后的移動方向和臺風(fēng)中心附近3 h負(fù)變壓中心呈正相關(guān)[13]。

2018年8月17—19日，由第18號臺風(fēng)“溫比亞”引起的豫東地區(qū)極端降水，降水強度僅次于“75·8”特大暴雨，造成豫東地區(qū)多地突破歷史極值。前人對此類臺風(fēng)多從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性演變、臺風(fēng)與大尺度環(huán)流相互作用、螺旋度變化方面進行深入分析。本文在此基礎(chǔ)上，對臺風(fēng)中心附近3 h負(fù)變壓中心的移動、UV風(fēng)矢量的強弱及變化以及NINO3.4區(qū)海溫正距平做一些補充研究，研究其發(fā)生及演變機理，以期為以后此類災(zāi)害性天氣的預(yù)報提供參考依據(jù)。

1 天氣過程概況

2018年8月15日，第18號臺風(fēng)“溫比亞”在沖繩群島以西生成后，于17日04：05前后在上海市浦東新區(qū)南部沿海登陸（強熱帶風(fēng)暴），登陸后向西北方向移動。

8月17—19日，受臺風(fēng)“溫比亞”低壓中心長時間滯留的影響，河南省京廣線以東地區(qū)出現(xiàn)大范圍暴雨，降水落區(qū)呈明顯的環(huán)帶狀分布，豫東地區(qū)商丘、周口地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨，造成豫東地區(qū)出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)。此次臺風(fēng)暴雨過程有以下幾個顯著特點。

1.1 滯留時間長

“溫比亞”臺風(fēng)自8月18日凌晨03：00進入河南省信陽市（熱帶風(fēng)暴），在河南省境內(nèi)滯留時間達40 h，對河南省風(fēng)雨影響超過50 h。“溫比亞”到達河南省信陽市時為熱帶風(fēng)暴級別并維持少動，在豫南停滯少動后向東北方向移出。

1.2 風(fēng)雨強度大

臺風(fēng)“溫比亞”給所經(jīng)各省帶來了強風(fēng)雨天氣，豫東地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨，降水主要時段集中在17日20：00—18日20：00。最大雨量出現(xiàn)在商丘市遠襄集553.1 mm，最大小時雨強出現(xiàn)在虞城沙集112 mm。17日夜里到18日，全省京廣線以東大部地區(qū)出現(xiàn)6級左右偏北風(fēng)，中東部出現(xiàn)8～9級陣風(fēng)，信陽新縣最大風(fēng)力達22.4 m/s。

1.3 降水極端性強

日降水強度僅次于“75·8”臺風(fēng)暴雨過程。河南省商丘、夏邑、寧陵等8個國家站日降水量突破建站以來的歷史極值，其中，夏邑站的降水量（355.2 mm）是歷史極值（164.3 mm）的兩倍多;與歷史強降水過程相比，此次降水過程突破極值站數(shù)為歷次過程中最多，如表1所示。

1.4 與歷史臺風(fēng)強度對比

此次臺風(fēng)與歷史臺風(fēng)強度相比有如下特點。一是登陸點偏北，影響河南省時間最晚。歷史上對河南省造成暴雨影響的臺風(fēng)登陸點主要集中在福建、廣東、浙江。在歷史上，直接進入河南省的臺風(fēng)大都在8月上旬前，“溫比亞”也是時間最晚的。

二是低壓中心強度最強。歷史上臺風(fēng)低壓中心造成河南省區(qū)域性大暴雨的8例臺風(fēng)系統(tǒng)中，“75·8”“82·8”“96·8”進入河南省時低壓中心強度分別為995、996、998 hPa，“溫比亞”為988 hPa，是最強的一例。

1.5 災(zāi)情及影響

極端強降水造成豫東地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重城市內(nèi)澇、農(nóng)田漬澇。部分城市電力短暫中斷、京九和隴海鐵路商丘境內(nèi)限速運行、部分航班延遲或取消，緊急轉(zhuǎn)移安置10 914人，農(nóng)作物受災(zāi)面積為8 930 km2。淮河流域一級支流史灌河、渦惠河、沱河出現(xiàn)漲水。8月21日，“溫比亞”變性減弱為溫帶氣旋，中央氣象臺對其停止編號。

2 環(huán)流形勢分析

此次臺風(fēng)屬登陸后西北移轉(zhuǎn)向型，過程前期，500 hPa中高緯環(huán)流逐漸調(diào)整為三槽兩脊型，副熱帶高壓偏強、偏北，副熱帶高壓中心位于渤海附近。此時，我國大陸高壓也較強，副熱帶高壓588線一直東進至河套地區(qū)東部，大陸高壓和副熱帶高壓打通，西風(fēng)帶有低槽東移，臺風(fēng)“溫比亞”在沖繩群島以西生成后，沿副熱帶高壓584線邊緣向西北方向移動。

在此期間，中高緯經(jīng)向環(huán)流進一步加強，長波槽加深發(fā)展，東北地區(qū)是發(fā)展旺盛的高壓脊，并形成穩(wěn)定的阻塞高壓，阻塞高壓和副熱帶高壓兩個高壓的徑向度疊加，形成強大的高壓壩;500 hPa和200 hPa引導(dǎo)氣流偏弱，加之豫西伏牛山、豫南大別山山脈地形阻擋，使“溫比亞”臺風(fēng)前進速度放緩接近停滯，在周口市南部維持少動，移動速度小于10 km/h;日本海副熱帶高壓南側(cè)的東南氣流將太平洋的水汽向雨區(qū)輸送，建立了持續(xù)而強烈的水汽通道，來自太平洋的暖東南急流，提供了充足的能量支持。18日20：00，華北冷空氣擴散南下，并在河南北部地區(qū)上空與來自南方的暖濕水汽輸送交匯，形成強的水汽輻合區(qū)，河南東北部降水得到加強。

隨著中緯度低槽東移，副熱帶高壓東退明顯，臺風(fēng)東移北上，河南降水逐漸停止。

3 物理量診斷

3.1 水汽條件

造成此次持續(xù)多日的強降水事件，其持續(xù)而強烈的水汽通道，是由集中的東南氣流形成的。

再分析資料顯示，18日豫東地區(qū)存在較大水汽輻合區(qū)。以周口市川匯區(qū)為基點，制作時間剖面圖（圖略）。通過分析圖可知，17日08：00起，周口市開始處于水汽輻合區(qū)，18日08：00左右達到最大，絕對值達到60 g/（cm2·hPa·s）。在低層為強烈的水汽輸送通道，事件期間，副熱帶高壓南部的水汽通道強烈而旺盛。18日20：00，大氣整層可降水大值區(qū)分布在河南省東南部，對此次大暴雨落區(qū)有較好的指示意義。

3.2 動力條件

17日14：00起，周口市上空整層垂直上升速度逐漸加大（見圖1），在雨強最大時段，即18日08：00—20：00，絕對值達到40 m/s，并且在此期間，300 hPa以下有正渦度平流，其中在850 hPa上存在正渦度平流中心。300 hPa及以上為強烈的輻散區(qū)。這種高層輻散加強了中低層的上升運動，有利于臺風(fēng)的渦旋維持，造成強烈的抽吸作用，為強降水的發(fā)生提供了充足的動力條件。

4 NINO3.4區(qū)海溫距平場對“溫比亞”臺風(fēng)的能量作用

從美國國家海洋大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）獲取的常年海溫距平數(shù)據(jù)來看，NINO3.4區(qū)（5°N～5°S，170°～120°W）的6—7月月平均海溫較常年異常偏高，有利于此次“溫比亞”臺風(fēng)的能量累積;“溫比亞”臺風(fēng)到來之前，NINO3.4區(qū)距平在0.65～0.78 ℃，為此次臺風(fēng)的活動提供了充足的能量支持，有利于保持臺風(fēng)螺旋度并減緩其衰減速度，造成較長時間的降水。

5 衛(wèi)星資料分析

從18日05：30水汽云圖可以看出，豫東地區(qū)上空存在明顯的水汽輻合區(qū)，且18：30云圖上顯示，臺風(fēng)后部尾跡有明顯的水汽輸送帶，將水汽長時間的輸送給臺風(fēng)北側(cè)，為南下冷空氣擴散的結(jié)合提供了先期條件。

6 臺風(fēng)轉(zhuǎn)向

6.1 U、V分量

U、V分量數(shù)據(jù)顯示，臺風(fēng)中心到達河南省之前，東風(fēng)分量>南風(fēng)分量，“溫比亞”偏西西北方向移動;臺風(fēng)中心在河南省南部時，東風(fēng)分量與南風(fēng)分量相當(dāng)，此時“溫比亞”停止少動;到19日08：00，東風(fēng)分量逐漸小于南風(fēng)分量，“溫比亞”開始向偏北移動。由此可見，500 hPa，U、V分量對臺風(fēng)移動影響較大。

6.2 3 h變壓

“溫比亞”路徑表明，“溫比亞”登陸后，“溫比亞”移動方向大致朝向3 h變壓方向移動，特別是剛剛登陸階段。由此可見，地面3 h負(fù)變壓中心對臺風(fēng)移向有較好的指示意義。

7 相似臺風(fēng)個例比較

2018年第14號臺風(fēng)“摩羯”和“溫比亞”有相似之處，對比分析來看：一是登陸點相近，二是移動路徑有差異，三是在河南境內(nèi)滯留時間差異大。

“摩羯”登陸后，南亞高壓逐漸增強，臺風(fēng)處東環(huán)高壓西側(cè)先后受“東南-南-西南”氣流引導(dǎo)，并且“摩羯”靠近副熱帶高壓，二者氣壓梯度加大，導(dǎo)致梯度風(fēng)加大;登陸后，13日14：00，南風(fēng)分量>東風(fēng)分量，“摩羯”偏北行，接近河南省時，東風(fēng)分量明顯減小（<10 m/s），而南風(fēng)分量一直大于20 m/s，導(dǎo)致臺風(fēng)向北移動且移速較快。200 hPa高層無輻散，流出量弱，且低層輻合弱，導(dǎo)致整層上升運動較弱，加上冷空氣入侵，變性較快。

8 結(jié)論

持續(xù)性強降水事件是中高緯度大尺度環(huán)流與臺風(fēng)天氣系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物，臺風(fēng)移動路徑和副熱帶高壓強度、位置有密切聯(lián)系，西北轉(zhuǎn)向路徑臺風(fēng)對應(yīng)的副熱帶高壓主體位置明顯偏北偏東;臺風(fēng)在豫南地區(qū)滯留少動的直接原因之一是華北地區(qū)建立了強大的高壓壩和豫西、豫南地形阻擋、且引導(dǎo)氣流偏弱。

200 hPa和500 hPa引導(dǎo)氣流的強弱及方向變化，對臺風(fēng)中心移動有好的指示意義;臺風(fēng)中心附近3 h負(fù)變壓中心較臺風(fēng)移動有提前量，U、V風(fēng)矢量的強弱及變化對轉(zhuǎn)向臺風(fēng)有較好的預(yù)示性。

低層建立了持續(xù)而強烈的水汽通道，冷空氣擴散南下，并在周口北部上空與來自南方的暖濕水汽輸送交匯，形成強的水汽輻合區(qū)。

臺風(fēng)事件發(fā)生前一個月，NINO3.4區(qū)海溫正距平≥0.5 ℃，有利于增強該季節(jié)臺風(fēng)累積能量，極端臺風(fēng)事件更多出現(xiàn)在事件發(fā)生前一個月海溫為正距平的月份。

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