浙江大暴雨與南海臺風“山竹”相關性數值研究

姜嘉俊，錢燕珍，段晶晶，王曉慧，方艷瑩

(1. 寧波市氣象臺，浙江 寧波 315012；2. 海曙區氣象局，浙江 寧波 315012；3. 寧波市氣象服務中心，浙江 寧波 315012)

1 引 言

臺風是造成暴雨的重要天氣系統，臺風暴雨可分為臺風本體暴雨和臺風環流外暴雨[1-2]。臺風暴雨與大尺度環流形勢、中尺度系統、局地地形密切相關，水汽條件、層結穩定度、低層輻合、高層輻散出流同樣與降水強度緊密聯系[3-8]。登陸臺風的風雨分布與變化特征是目前預報工作的難點，其物理機制是目前臺風研究領域的重點和熱點之一[9-11]。研究發現，一般臺風登陸后隨著強度減弱，降水會逐漸減小，但也存在少數降水突然增強的情況，即所謂的登陸熱帶氣旋降水增幅[12-13]。

臺風暴雨與水汽有很大關系，源源不斷的水汽輸送有利于臺風環流的維持，激發并加強雨帶中的對流活動，從而使降水加強[14-15]。戴竹君等[16]研究發現“碧利斯”登陸后一直與低緯水汽通道相連，異?；钴S的越赤道氣流將大量水汽輸送到“碧利斯”環流中，造成其長久維持并引發沿途暴雨增幅。陳見等[17]研究發現活躍的季風急流與“尤特”殘留低渦長時間聯結，是造成殘留低渦復蘇并促使降水增幅的原因。梁寶榮等[18]對熱帶風暴“天鵝”強降水進行了特征分析指出，臺風低槽與來自孟加拉灣的西南氣流共同作用造成北海市強降雨。此外，Shen 等[19]指出，下墊面濕度大小會影響臺風潛熱通量的輸送，進而影響臺風降水范圍和強度。鈕學新等[20]指出，大陸及其近海濕度場對臺風降水也有很大影響。

臺風本身是一個旋轉的系統且伴有明顯的上升運動，而垂直螺旋度作為垂直速度和垂直渦度的乘積，綜合反映了大氣在垂直方向上旋轉上升的特點，從而廣泛應用于臺風暴雨的預報研究中[21-22]。余貞壽等[23]通過對超強臺風“圣帕”特大暴雨過程進行螺旋度分析指出，垂直螺旋度能較好地預報臺風降水落區。尤紅等[24]對0906號臺風“莫拉菲”大范圍暴雨過程診斷分析指出，“莫拉菲”登陸后向西北移動過程中，垂直螺旋度經歷由整層強正值中心柱狀結構減弱為對流層中低層強正值區、高層負值區配置的變化，其強正中心量值劇增，對應地面雨強激增，正螺旋度強中心量值越大、中心所在位置越低，對應地面降水越強。潘婧茹等[25]利用垂直螺旋度對1211號臺風“海葵”造成江蘇大暴雨進行了診斷分析指出，當高空負螺旋度中心和中低層正螺旋度中心相疊加時，有利于暴雨增強。當低層正螺旋度中心開始減弱抬升，降水逐漸停止。

通常認為登陸廣東附近的臺風對浙江影響較小，但實際上，根據鈕學新等[26]研究發現，在1949—2000年登陸福建廈門到珠江口附近的87個臺風中,就有39個(占總數44.8%)引起了浙江50 mm的過程雨量。近年來，登陸廣東的臺風造成浙江局地暴雨的情況頻繁出現，給預報和防災減災帶來了很大的挑戰。例如，1622 號臺風“海馬”登陸廣東汕尾，造成寧波多站過程降水量超過100 mm；1702 號臺風“苗柏”登陸深圳，造成浙江20個區縣過程面雨量超過100 mm；1720號臺風“卡努”登陸廣東徐聞，給寧波、舟山等地帶來嚴重影響，15個測站過程累計降水超過300 mm。針對以上個例，陳有利等[27]數值模擬表明1702 號臺風“苗柏”登陸廣東北上減弱過程中，其殘留云系對當時出現在浙江的暴雨水汽輻合及輻合帶的長時間維持具有重要作用。此外，他還分析了臺風“卡努”造成浙江東北部暴雨的原因[28]，指出“卡努”降水可以分為兩個階段，第一階段是“卡努”臺風倒槽頂部東南氣流和東北氣流匯合，以及弱冷空氣參與造成了強降水，而第二階段強降水是由低層低壓環流的發展和強水汽輸入輻合造成的，揭示出影響浙江地區臺風暴雨發生機制的復雜性。

2018年 9月 16—17日，1822 號臺風“山竹”登陸廣東西移減弱過程中，浙江東北部地區普降大暴雨，本次過程具有降水時間集中、雨強強、累積雨量大等特點，并伴有強雷電。本文將在形勢分析基礎上，利用數值模擬方法，研究“山竹”對此次暴雨的作用，后通過垂直螺旋度進行診斷分析，為以后類似過程的預報提供參考。

2 過程簡介和形勢分析

2.1 過程概況

1822號臺風“山竹”2018年9月7日生成，一路向西偏北方向移動，于16日17 時（北京時，下同）前后以強臺風級別在廣東省江門市臺山沿海登陸，登陸后繼續向西偏北方向移動，強度逐漸減弱，17日 20 時停止編報?！吧街瘛本哂蟹秶?、強度強、臺風倒槽發展充分等特點。

16日下午開始，浙江東北部出現陣雨，集中強降水出現在16日夜里到17日中午前后，17日下午起雨漸止。這一過程中浙江東北部普遍出現了暴雨，局地大暴雨。其中過程面雨量嘉興市122.2 mm、寧波市113.9 mm，單點最大降水為寧波市象山縣麥地山達294.6 mm。僅寧波市就發生了雷電6 733 次，其中正地閃 1 213 次，負地閃 5 520 次。本次過程有降水集中、雨強強、雨量大，并伴有強雷電等特點。

2.2 形勢分析

500 hPa 形勢分析，9月 13日起我國中東部大部分地區都受副高控制，之后副高有所東退，16日開始呈塊狀，脊線在30 °N 附近，主體位置在海洋上，副高一直西伸至108 °E附近，影響陸地的副高環流在588 dagpm 以上，強度較強（圖略）。一直到17日，浙江東北部500 hPa 都處在強大副高控制下（圖1）。925 hPa 風場分析，“山竹”登陸后臺風中心附近風力明顯減小，表明臺風強度快速減弱。在120～125 °E有較強東南偏南氣流輸送到浙江中北部沿海，風速高達14 m/s，至17日08 時開始逐漸減弱，同時這一區域北側也有東北偏東氣流的輸送，強度大多在6 m/s 以下，表明低層有偏南急流的輸入和弱冷空氣侵入。14時暴雨區域偏南氣流和偏東氣流的輸入明顯減弱，之后降雨減弱。

從MT1R 靜止氣象衛星紅外1 通道的云頂亮溫（TBB）（圖1）可見，“山竹”范圍大，16日下午開始東北部的頂端有對流云系發展擴散，逐漸覆蓋浙江中北部地區（圖略），16日20 時（圖1a）浙江北部對流云團明顯增強，最低云頂亮溫達到-70 ℃以下。隨后強對流云團略有南壓，從嘉興南部、杭州灣地區以及寧波東北部（圖1b）移動到寧波、舟山及以東海面上（圖1c），強度略有減弱，云頂亮溫在-60 ℃左右。17日14 時強對流云團范圍縮小，16 時之后消散。云圖分析可見，對流云團先是在“山竹”外圍東北側生成，隨著“山竹”的西移，17日02 時開始對流云團逐漸脫離臺風外圍云系，并向東南方向移動，強度逐漸減弱。

圖1 2018年9月16日20時（a）、17日02時（b）、17日08時（c）和17日14時（d）的925 hPa風場（單位：m/s）、500 hPa高度場（等值線，單位：位勢米）和TBB（陰影，單位：℃）

嘉興的強降水從16日23 時開始，小時雨強超過10 mm 的時間持續了5 小時左右，最大的小時雨強出現在海寧達94.2 mm。寧波的慈溪、鎮海、北侖等地17日08 時前后均出現了1 小時超過30 mm 的短時強降水，其中鎮海站小時雨強超過10 mm 的時間達5 小時。臺州北側的寧海和象山在10—13 時出現了強降水和強雷電，象山站2 小時最大雨量達175.4 mm。16 時之后，浙江東北部強降水結束。

由此可見，浙江東北部16—17日的強降水主要是由對流云團發展引發的，對流云團發生在“山竹”外圍云系的東北側，前期與外圍云系相連，17日02時開始分離。

3 控制試驗

由形勢分析可見，浙江東北部16—17日的強降水主要是由對流云團發展引發的，對流云團生成在“山竹”外圍的東北端，隨著“山竹”的西移而略向南壓，17日02 時開始對流云團逐漸脫離臺風外圍云系，向東南方向移動。為了研究“山竹”在此次浙江東北部大暴雨中的作用，本文采用數值模擬的方法。

3.1 模式設計與資料應用

模擬采用ARW-WRF模式（V3.6.1），模式初始場采用6 小時間隔的ERA-Interim 再分析資料（1 °×1 °），同時使用NCEP 逐日全球海溫分析場資料（0.5 °×0.5 °）。臺風路徑資料來源于中國氣象局上海臺風研究所最佳路徑數據集。本文中試驗采用單層網格，水平分辨率為9 km，格點數為541×541。模式垂直層次為31 層，模式頂氣壓為50 hPa。采用的參數化方案如表1，模擬區域范圍為105～145 °E，0 °～45 °N。

表1 模式設計

控制試驗（CTL）積分時間為96 小時，初始時間是 2018年 9月 13日 20 時，結束時間是 17日 20時，積分步長45秒。為獲得更準確的初始臺風，控制試驗采用了兩次渦旋bogus 方法，第一次在11日08時（從9月8日08時積分72小時后在11日08時進行第一次渦旋bogus），第二次在13日20 時（將11日08時渦旋替換后得到初始場繼續積分60小時至13日20 時進行第二次渦旋bogus）。渦旋bogus 方法是指將模擬得到的結構較好的渦旋從大尺度環境場中分離出，后將其與相應初始場中的渦旋進行替換，從而得到更準確的初始場。

3.2 控制試驗結果分析

圖2a 給出了模擬與觀測的“山竹”路徑，模擬與觀測的臺風路徑和中心位置比較一致，16日14時開始，模擬的路徑偏南偏慢一些。模擬與觀測的臺風中心氣壓變化趨勢比較一致（圖2b），模式較好地再現了“山竹”在南海的維持，以及穿過菲律賓北部和登陸過程中的減弱。從臺風中心最低氣壓分析，模擬的臺風比實況15日08 時之前略偏弱，之后略偏強。從近中心最大風力分析，15日08時前略偏弱，之后比較一致，17日02 時開始偏強?？傮w而言，控制試驗較好地模擬出了“山竹”的路徑和強度變化。

圖2 2018年9月13日20時—17日20時“山竹”臺風實況（紅色實線：Obs）和模擬（藍色實線：Mod）路徑（a）；實況和模擬中心海平面氣壓（單位：hPa，實況：紅色實線；模擬：藍色實線）和最大風速（b）（單位：m/s，實況：紅色虛線；模擬：藍色虛線）

比較浙江的雨量模擬情況，圖3a、3b是9月16日14 時到—17日20 時的雨量實況和控制試驗模擬結果，控制試驗較好地模擬出了暴雨強度和位置，幾乎浙江全省都有降雨，模擬的雨量比實況大一些。實況強降雨主要出現在浙江的東北部，模擬的雨量南側強中心位置更偏南一些，150 mm 以上的強中心范圍更大。浙江東北部實況較大范圍累積雨量在90～150 mm，個別地方150 mm 以上，模擬的累積雨量同樣普遍在90～150 mm，部分150 mm 以上。由此，總的來說控制試驗較好地模擬出了雨情。

圖3 實況（a）、控制試驗（b）、去除“山竹”（c）、增大“山竹”一倍（d）和縮小“山竹”一半（e）試驗的30小時累積降水量（2018年9月16日14時—17日20時，單位: mm）

圖4 是再分析資料和控制試驗模擬的2018年9月17日前后浙江東北部暴雨時的700 hPa 風場、濕度場和500 hPa 高度場。由圖4 可見，模擬的高低空形勢與再分析資料分析的形勢基本一致。

圖4 2018年9月16日08時（a、b）、16日20時（c、d）和17日08時（e、f），再分析（a、c、e）和控制試驗（b 、d、f）500 hPa高度場（等值線，單位：位勢米）和700 hPa風場（單位: m/s）及相對濕度（陰影，單位: %）

副高環流中心位置相近，副高592 dagpm 范圍呈塊狀，形狀相似，模擬的副高強度也基本接近，588 dagpm 模擬位置與實況基本一致，592 dagpm的模擬位置更偏東一些。

臺風東側都有東南偏南氣流輸送浙江，模擬的氣流輸送帶更寬，16日20時開始寬度達800 km以上，而實況僅有500 km 左右。模擬的水汽含量更加豐富，700 hPa輸送帶相對濕度普遍在80%以上，許多達到85%，個別在95%～100%，而再分析場濕度普遍在75%左右，個別在80%～85%。

西風帶在35 °N 及以北地區強度和位置較為一致，高濕區位置和分布16日08 時基本一致，16日 20 時和 17日 08 時位置和形狀相似，在 115 °E以東區域模擬的含水量相比實況更為豐富。

以上分析可見，控制試驗基本模擬出了實況的形勢。

4 敏感性試驗

為了更好地探究“山竹”在浙江暴雨中的作用，在控制試驗基礎上，設計了去掉“山竹”、“山竹”尺度增大一倍和“山竹”尺度縮小一半3個敏感性試驗。

4.1 敏感性試驗方案設計

去除“山竹”試驗：

運用模式自帶的TC bogus工具將“山竹”濾除做敏感性試驗（no Mangkhut），以期研究“山竹”對17日前后浙江東北部大暴雨的作用機理。具體如下：為與控制試驗對比，在9月13日20 時剔除“山竹”，同樣積分96 小時至17日20 時。剔除臺風是根據臺風中心位置、強度、最大風速半徑和切向風廓線形態因子，在近地面氣壓場中以700 km 為半徑查找臺風最大相對渦度，剔除初始場中最大渦度處500 km 范圍內（控制試驗13日20 時初始時刻臺風尺度約500 km，與實況接近）風場、位勢高度、溫度、地面和海平面氣壓等的異常值，從而得到去除臺風信息的環境背景場。

“山竹”增大一倍和減小一半試驗：

為了更準確地分析“山竹”對9月17日前后浙江東北部大暴雨的作用，還設計了“山竹”尺度增大一倍(簡稱：large-Mangkhut)和“山竹”尺度減小一半(small-Mangkhut)的試驗。同樣利用TC bogus工具，增大“山竹”尺度的試驗是把臺風范圍擴大一倍，也就是初始臺風半徑設為1 000 km，減小“山竹”尺度的試驗是將初始臺風半徑設為250 km。

4.2 敏感性試驗結果分析

比較雨量的模擬情況，圖3c、3d、3e 分別是去掉臺風“山竹”試驗（no Mangkhut）、“山竹”尺度增大一倍試驗（large-Mangkhut）、“山竹”尺度減小一半試驗（small-Mangkhut）9月 16日 14 時—17日 20時的雨量。由圖3 通過對比敏感性試驗和控制試驗、實況相同時間段的雨量，可見去掉“山竹”后，浙江東北部雨量明顯減弱，大多在15 mm 以下，僅在浙江北部和東南部有范圍非常小的超過60 mm的降水。增大“山竹”的敏感性試驗強降雨的范圍明顯擴大，浙江東部135 mm 以上的強降雨范圍比控制試驗擴大近1/2，浙江中西部地區105 mm 以上的強降雨區域擴大了近1倍，相比實況擴大的范圍更多?？s小“山竹”的敏感性試驗在浙江中東部沿海降雨明顯比沒有“山竹”的試驗強，出現了小范圍的135～150 mm的強降水，但比控制試驗和實況強降雨的范圍明顯小，位置更偏南一些。其他地方的降雨和沒有“山竹”的試驗接近，雨量明顯減小。由此初步推斷，浙江東北部的強降雨與“山竹”密切相關。

通過前文的分析得到，浙江東北部此次強降水主要是由臺風“山竹”外圍的對流云團發展引發，那么這個對流云團的生成和發展與“山竹”是否存在及其尺度大小的關系值得進一步關注（圖5）。可以看到，增大“山竹”尺度一倍后（圖5a、5b），對流云團的范圍明顯增大，幾乎完全覆蓋了浙江東部沿海，與圖3d 中降水相對應。減小“山竹”尺度一半后（圖5c、5d），臺風北側對流范圍明顯南撤，浙江東北部對流明顯減弱，僅臺州、溫州部分沿海地區有小范圍強對流，與圖3e 中降水相對應。去除“山竹”后，浙江地區轉為東北風控制，基本無對流產生。說明造成浙江東北部此次強降水的對流云團與臺風“山竹”是否存在及其尺度大小密切相關。

圖5 “山竹”增大一倍（a、b）、“山竹”減小一半（c、d）和去除“山竹”（e、f）試驗2018年9月17日08時（a、c、e）和17日14時（b、d、f）的925 hPa風場（單位：m/s）、500 hPa高度場（等值線，單位：位勢米）和向外長波輻射（陰影，單位：W/s2）

圖6是再分析資料、控制試驗和敏感性試驗在700 hPa 上沿 119～122 °E 平均經向風時間剖面，由圖 6a 可見，再分析場上，16日 08—17日 08 時700 hPa 關注區域都有南風輸送，最強的出現在27 °N 附近，達 12～14 m/s。17日 08 時開始，北風達到31 °N，之后擴散到29 °N，北風強度不強，最強僅 4 m/s，表明 17日 08 時之后 700 hPa 有弱冷空氣侵入。

在控制試驗中（圖 6b），16日 08—17日 20 時700 hPa 強勁的南風一直向北輸送，最強的出現在28～29 °N，達 16～18 m/s，風速輻合區主要在29～30 °N，出現在 16日 14 時—17日 14 時，這與實況強降水出現的時間吻合，說明強降水的出現與偏南風密切相關。17日14 時之后偏南輸送有所減弱。

圖6 2018年9月16日08時—17日20時再分析試驗（a）、控制試驗（b）、去除“山竹”試驗（c）、“山竹”增大一倍試驗（d）、“山竹”縮小一半試驗（e）700 hPa沿119～122 °E平均的經向風時間剖面（單位: m/s）

no Mangkhut 試驗南風的強度和位置明顯減弱偏南，在17日02 時前，南風輸送沒有越過26 °N，之后南風有所加強，輸送到了 27 °N 附近，強度也比較小，最強的也不過10 m/s左右，位置偏南。與此同時，北風一直到達27 °N 附近，強度為4～6 m/s，總體都比較弱，稍強一點的主要在33 °N以北，時間是17日14時。

large-Mangkhut 試驗，16日 08 時—17日 20 時700 hPa 的南風強勁輸送，比控制試驗更強，最大值達 20 m/s 以上，一直輸送到 33 °N 以北，表明增大“山竹”尺度后，偏南氣流的輸送更加強勁。

small-Mangkhut 試驗，16日 14 時前后 700 hPa的南風輸送到30 °N，北風達到31 °N 附近，強度都不是很強，在4 m/s左右。但是16日20時開始，南風再次增強，輸送到31 °N 附近，且南風最大值達 20 m/s 以上，大值在 28 °N 以南。這可能與“山竹”尺度減小以后，移向偏北，往福建南部靠近，與副高西側距離接近，氣壓梯度加大，偏南氣流輸送加大有關。

以上分析表明，有“山竹”時，偏南風和偏南氣流輸送到浙江東北部地區，去掉“山竹”后，偏南風和偏南氣流只輸送到27 °N附近，而且輸送到浙江東北部的偏南氣流強弱與“山竹”的大小有關，“山竹”越大輸送到浙江東北部的偏南風越大。17日前后浙江東北部的強降水與偏南氣流輸送有很好的對應關系。

垂直運動和水汽條件是降水產生的重要因素，圖 7 是 17日 05 時沿 119～122 °E 平均的散度、垂直速度和相對濕度緯向垂直剖面?？刂圃囼灪蚻arge-Mangkhut 試驗平均散度分別在600 hPa 和400 hPa 以下都是負值，表明中低層是輻合，控制試驗輻合最強處散度值在-2×10-5s-1以下，large-Mangkhut 試驗則在-6×10-5s-1以下。而控制試驗和 large-Mangkhut 試 驗 在 600 hPa 和 400 hPa 以上，散度值是正值，散度值最大時差不多都達4×10-5s-1，只是散度正值達到的高度不同，分別是300 hPa 和100 hPa，表明高層是輻散的，隨著臺風尺度的增大，輻合區更加深厚，更有利于降水產生。而no Mangkhut 試驗和small-Mangkhut 試驗散度場的分布沒有這個規律，表明由于臺風“山竹”的存在使得低層有明顯的輻合，高層明顯輻散。

圖7 9月17日05時控制試驗（a）、去除“山竹”試驗（b）、“山竹”增大一倍（c）、“山竹”減小一半（d）沿119～122°E平均的散度（黑色，單位：10-5s-1）、垂直速度（紅色，單位：10-2 m/s）和相對濕度（填色）緯向垂直剖面

垂直速度的剖面分析有類似特點，控制試驗和large-Mangkhut試驗垂直速度都是比較大，最大達10×10-2m/s左右，強中心出現的區域有所不同，控制試驗主要在 800～400 hPa，large-Mangkhut 試驗主要在900～500 hPa和200 hPa以上。垂直速度no Mangkhut 試驗普遍都很小，small-Mangkhut 試驗相比 no Mangkhut 試驗要大，在 700～200 hPa 最大達4 ×10-2m/s 左右?？梢姡捎凇吧街瘛钡拇嬖?，使得垂直運動旺盛，且“山竹”尺度越大，上升運動越強。

濕度的垂直分布也表現出類似特點，控制試驗和large-Mangkhut 試驗最強的相對濕度大范圍都達到了95%以上，且400 hPa以下都是相對濕度超過80%的高濕區，但是large-Mangkhut試驗相對濕度在95%以上的強高濕區范圍更大，一直到低層，而控制試驗普遍在800 hPa 以上。 no Mangkhut試驗和small-Mangkhut試驗濕度明顯偏小，高濕區大多在800 hPa 以下，且no Mangkhut試驗相對濕度最大的也沒有達到95%?？梢姡捎凇吧街瘛钡拇嬖?，使得浙江東北部區域大范圍存在著高濕區，且濕度層非常深厚，“山竹”越大，高濕區越深厚，“山竹”越小，僅低層有高濕區。

5 大暴雨落區診斷

垂直螺旋度是垂直速度和垂直渦度的乘積。它充分反映了兩個與天氣現象緊密聯系的物理量的配合情況，在一定程度上不僅能反映系統的維持狀況，還能反映系統發展、天氣現象的劇烈程度[29-30]。P坐標系下垂直螺旋度：

式中HP為垂直螺旋度，ω為垂直速度為垂直渦度，HP能反映出大氣在垂直方向上旋轉上升的運動特征，因此多用于對降水落區和雨強的指示。

為了更好地分析“山竹”強降雨的落區，本文先利用控制試驗得到的高分辨率數據，通過垂直螺旋度值與接下來6小時雨量的比對，以期找到在浙江東北部地區用垂直螺旋度診斷分析強降水落區的合理性。圖8a（8b）是17日02 時（17日08 時）925 hPa 的垂直螺旋度，圖 8c、8d 分別為未來 6 小時降水量?？梢钥吹?，浙江東北部垂直螺旋度在10×10-6hPa/s2的區域，接下來6 小時，大多出現了30 mm 以上的短時暴雨。螺旋度和強降水落區有較好的對應關系，可以作為分析“山竹”作用下暴雨落區的物理量。

圖8 控制試驗17日02時（a）、17日08時（b）925 hPa螺旋度（單位：10-6 hPa/s2）和未來6小時降水量(c、d，單位：mm）c. 17日02—08時；d. 17日08—14時。

選擇降水集中的浙江東北部區域（121.3～122.0 °E，29.1～29.6 °N），分析控制試驗、敏感性試驗（包括no Mangkhut試驗、large-Mangkhut試驗和small-Mangkhut試驗）區域平均垂直螺旋度和區域平均6 小時降水量（圖 9）?？梢钥吹?，從9月16日08 時—17日20 時，控制試驗的垂直螺旋度700 hPa 以下基本為正值，16日 17 時前后開始，對流層中層（700～300 hPa）垂直螺旋度由負轉正，17日00時起，中層垂直螺旋度大值區范圍明顯擴大，17日02—06 時500 hPa 附近垂直螺旋度最大值達16×10-6hPa/s2以上。對比垂直螺旋度與接下來該區域平均降水量，可以看到垂直螺旋度對降水有較好的指示作用，中低層的垂直螺旋度越大，接下來6小時的降水量也越大。

這從large-Mangkhut 試驗結果（圖9c）也得到了印證。和控制試驗相比，large-Mangkhut試驗的中低層垂直螺旋度明顯增大，尤其在800 hPa以下的低層，垂直螺旋度大多超過12×10-6hPa/s2，接下來6 小時區域平均雨量在20 mm 左右。small-Mangkhut 試驗“山竹”縮小后，關注區域垂直螺旋度明顯減小，最大的也就8×10-6hPa/s2左右，對應的接下來6 小時雨量也大多在10 mm 左右。no Mangkhut 試驗中垂直螺旋度非常小，降水量也很小。

圖9 9月16日08時—17日20時控制試驗（a）、去除“山竹”試驗（b）、“山竹”增大一倍試驗（c）、“山竹”減小一半試驗（d）121.3～122.0 °E，29.1～29.6 °N區域平均螺旋度（陰影，單位：10-6 hPa/s2）垂直剖面隨時間變化同時疊加該區域該時刻之后6小時平均降水量（綠色，右側縱坐標，單位：mm）

以上分析表明，“山竹”的存在使得浙江東北部大氣層垂直螺旋度大，并且“山竹”尺度越大，中低層垂直螺旋度越大。垂直螺旋度的大小對接下來6小時該區域的降雨量有很好的指示作用。

6 結論與討論

利用云圖資料、ERA-Interim 再分析資料和自動站加密資料分析了2018年9月17日前后浙江東北部大暴雨過程的天氣形勢，后用WRF 模式對此次過程進行了數值模擬，并做了去掉“山竹”、增大“山竹”尺度一倍、縮小“山竹”尺度一半三個敏感性試驗，得到以下主要結論。

（1）本次浙江東北部降水過程與臺風“山竹”密切相關。形勢分析表明，此次強降水主要是由生成在“山竹”外圍東北端的對流云團發展引發的，而輸送到該區域的偏南氣流對降水起了很大作用。

（2）數值試驗表明，偏南風的輸送與“山竹”是否存在及其大小密切相關。有“山竹”時，偏南風和偏南氣流輸送到了浙江東北部地區，去掉“山竹”后，偏南風和偏南氣流只輸送到27 °N 附近。“山竹”尺度越大，輸送到浙江東北部的偏南風越大。同時“山竹”的存在，使得浙江東北部區域存在著大范圍深厚的高濕區，且“山竹”尺度越大，高濕區越深厚，“山竹”尺度越小，僅低層有高濕區，去掉“山竹”，濕區變弱。

（3）散度分析表明，“山竹”的存在使得低層有明顯輻合，高層明顯輻散，且“山竹”越大，輻合層明顯增高。垂直速度分析表明，“山竹”的存在使得垂直運動旺盛，且“山竹”尺度越大，上升運動越強。

（4）控制試驗表明螺旋度和接下來該區域的降水量有較好的對應關系，“山竹”的存在使得浙江東北部大氣層垂直螺旋度明顯增大，而且“山竹”越大，中低層垂直螺旋度越大。垂直螺旋度的大小對接下來6 小時該區域的降水量有很好的指示作用。