兩個(gè)相似路徑臺(tái)風(fēng)途經(jīng)魯西南時(shí)降水差異的成因分析

李瑞芬，郭衛(wèi)華，叢春華，袁月

（1.山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250031；2.山東省濟(jì)寧市氣象局，山東 濟(jì)寧 272000；3.山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031）

1 引言

登陸臺(tái)風(fēng)的降水落區(qū)一直是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)關(guān)注的重點(diǎn)。許多學(xué)者從臺(tái)風(fēng)內(nèi)部渦旋結(jié)構(gòu)、臺(tái)風(fēng)環(huán)流與周圍天氣系統(tǒng)的相互作用和地形強(qiáng)迫抬升等方面對(duì)臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)進(jìn)行了深入研究[1-4]，并取得了一系列成果。但在實(shí)際的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)預(yù)報(bào)仍存在較大困難。相似預(yù)報(bào)法是臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中最常用的方法之一[5]。由于臺(tái)風(fēng)降水本身存在明顯的不對(duì)稱性分布以及所處的環(huán)流形勢(shì)存在差異，不同臺(tái)風(fēng)即使路徑相似，降水分布也不盡相同。范愛芬等[6]對(duì)比分析了3 個(gè)路徑相似的熱帶氣旋，發(fā)現(xiàn)西風(fēng)槽與副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱“副高”）的強(qiáng)弱和配置及與熱帶氣旋的相互作用是降水落區(qū)差異的主要原因。梁紅麗等[7]指出臺(tái)風(fēng)暴雨的分布差異主要是環(huán)境場(chǎng)氣流作用。卜松等[8]則發(fā)現(xiàn)南亞高壓、副高、水平風(fēng)垂直切變和冷暖平流等均會(huì)對(duì)臺(tái)風(fēng)降水分布產(chǎn)生影響。楊舒楠等[9]對(duì)兩次臺(tái)風(fēng)的冷空氣作用形式和臺(tái)風(fēng)暴雨影響進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)冷空氣的不同入侵方式也會(huì)造成顯著的降水分布差異。針對(duì)不同類型的臺(tái)風(fēng)，需要關(guān)注的主要影響因素也存在一定差異。

近年來，中尺度診斷分析方法被不斷地運(yùn)用到臺(tái)風(fēng)降水中，最常用的方法包括Q 矢量分析、濕位渦（Moist Potential Vorticity，MPV）分析和螺旋度分析等。覃武等[10]從MPV 角度對(duì)臺(tái)風(fēng)“山竹”（1822）造成廣西強(qiáng)降水異常分布的成因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在濕正壓項(xiàng)（MPV1）負(fù)值中心附近和MPV1負(fù)值區(qū)與濕斜壓項(xiàng)（MPV2）正值區(qū)相疊加的區(qū)域。劉曉汝等[11]對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”（1909）引發(fā)浙江特大暴雨過程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，低層正螺旋度和高層負(fù)螺旋度中心的重疊區(qū)對(duì)對(duì)流性降水落區(qū)有一定的指示。韓芙蓉等[12]通過對(duì)“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)暴雨的濕Q 矢量和垂直螺旋度分析發(fā)現(xiàn)，低層正垂直螺旋度與臺(tái)風(fēng)移動(dòng)和強(qiáng)度變化相對(duì)應(yīng)，而非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量在臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)中作用更突出。陳有利等[13]指出非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量散度負(fù)值對(duì)強(qiáng)降水有6～12 h 的提前預(yù)示。中尺度診斷分析方法也被逐漸應(yīng)用于相似路徑臺(tái)風(fēng)降水對(duì)比分析中，曹宗元等[14]從螺旋度和MPV 角度分析了相似路徑臺(tái)風(fēng)降水差異的形成原因，指出垂直螺旋度大值區(qū)和高低層MPV 的配置對(duì)降水區(qū)有很好的指示作用。

雖然前人對(duì)臺(tái)風(fēng)降水分布特征的原因進(jìn)行了大量研究，也獲得了較多的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，但因影響臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)的主要因素存在個(gè)體差異，使得利用相似路徑臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)也存在較大的不確定性。如果能找出相似路徑臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)差異的形成原因，提煉影響臺(tái)風(fēng)降水的關(guān)鍵因素，將有助于提高臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，使預(yù)報(bào)員更全面地認(rèn)識(shí)臺(tái)風(fēng)降水的形成機(jī)制。臺(tái)風(fēng)“摩羯”（1814）和臺(tái)風(fēng)“溫比亞”（1818）是路徑較為相似的兩個(gè)臺(tái)風(fēng)，尤其在途經(jīng)魯西南地區(qū)時(shí)，臺(tái)風(fēng)路徑幾乎重合，但降水分布差異較大。本文利用中國臺(tái)風(fēng)網(wǎng)（網(wǎng)址：http://www.typhoon.org.cn）提供的CMASTI 熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集資料、常規(guī)觀測(cè)資料、雷達(dá)資料和美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）提供的6 h 全球分析和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)（FiNaL operational global analysis and forecast data，F(xiàn)NL）再分析資料（1°×1°），對(duì)這兩個(gè)相似路徑臺(tái)風(fēng)在途經(jīng)魯西南地區(qū)時(shí)降水分布差異的原因進(jìn)行對(duì)比分析。

2 相似路徑臺(tái)風(fēng)概況和降水特征分析

2.1 相似路徑臺(tái)風(fēng)概況

2018年14號(hào)臺(tái)風(fēng)“摩羯”于8月7日17:00（北京時(shí)，下同）生成于西北太平洋洋面，12 日23:00 以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度登陸浙江溫嶺，13 日23:00 在安徽境內(nèi)減弱為熱帶低壓，之后轉(zhuǎn)為向偏北方向移動(dòng)，14日5:00 前后進(jìn)入山東單縣，15 日5:00 在黃河入海口附近進(jìn)入渤海，15 日8:00 強(qiáng)度增強(qiáng)為熱帶風(fēng)暴，15日11:00轉(zhuǎn)向，16日白天逐漸減弱消失。

2018年18 號(hào)臺(tái)風(fēng)“溫比亞”于8 月15 日8:00 生成于我國東海洋面，8 月17 日4:00 以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度登陸上海浦東，18 日14:00 在河南境內(nèi)減弱為熱帶低壓，19 日5:00 在河南東部轉(zhuǎn)向東北方向，19 日20:00 左右進(jìn)入山東單縣，20 日5:00 在黃河口附近進(jìn)入渤海。

2.2 降水特征分析

兩個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑相似（見圖1a），尤其在途經(jīng)魯西南地區(qū)時(shí)幾乎重合，且臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度相當(dāng)，臺(tái)風(fēng)中心地面最大平均風(fēng)速均為16 m/s，臺(tái)風(fēng)中心海平面最低氣壓約為996 hPa，但降水分布差異較大。途經(jīng)魯西南地區(qū)時(shí)，臺(tái)風(fēng)“摩羯”產(chǎn)生的降水隨著臺(tái)風(fēng)的臨近不斷增大，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”產(chǎn)生的降水在臺(tái)風(fēng)來臨前降水較大，臺(tái)風(fēng)臨近時(shí)基本無降水，造成大范圍降水空漏報(bào)現(xiàn)象，給臺(tái)風(fēng)降水的精細(xì)化預(yù)報(bào)帶來了較大的困難。從臺(tái)風(fēng)“摩羯”14日5:00—8:00的降水（見圖1b）和臺(tái)風(fēng)“溫比亞”19 日20:00—23:00 的降水（見圖1c）對(duì)比來看，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)3 h 累積降水量最大值均超過70 mm；臺(tái)風(fēng)“摩羯”引起的強(qiáng)降水主要分布在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的頂部和臺(tái)風(fēng)中心附近，距離較遠(yuǎn)的地方降水較弱，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”引起的強(qiáng)降水主要分布在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的右前側(cè)，與臺(tái)風(fēng)中心有一定距離，臺(tái)風(fēng)中心只有微量降水。

圖1 臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”路徑及降水分布Fig.1 The track and rainfall distribution of typhoon"Yagi"and"Rumbia"

3 環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析

500 hPa上（見圖2a和2b），14日8:00副高較強(qiáng)，呈塊狀分布，脊線位置偏北，588 dagpm 線西界位于山東沿海，北部高空槽距離臺(tái)風(fēng)較遠(yuǎn)，臺(tái)風(fēng)“摩羯”位于副高西側(cè)的均壓場(chǎng)中，有閉合環(huán)流中心，其渦度平流呈南北對(duì)稱分布，正渦度平流位于臺(tái)風(fēng)頂部。19 日20:00 副高呈帶狀分布，脊線偏南，588 dagpm線西界位于江浙一帶，臺(tái)風(fēng)“溫比亞”與高空槽合并，經(jīng)向度較大，臺(tái)風(fēng)位于高空槽底，渦度平流呈東西分布，正渦度平流位于高空槽前。500 hPa正渦度平流區(qū)與相應(yīng)的降水區(qū)較為一致。

925 hPa 上（見圖2c 和2d），14 日8:00 臺(tái)風(fēng)附近為規(guī)則的倒槽環(huán)流，超低空急流范圍較大，一部分來自副高南側(cè)的15號(hào)臺(tái)風(fēng)“麗琵”，一部分來自季風(fēng)涌。19 日20:00 臺(tái)風(fēng)附近的倒槽環(huán)流不規(guī)則，超低空急流范圍較小，強(qiáng)度稍強(qiáng)，小部分來自19 號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇力”，大部分來自中國南海。另外，14 日8:00 臺(tái)風(fēng)附近的風(fēng)向切變主要位于臺(tái)風(fēng)頂部，而19 日20:00風(fēng)向切變和風(fēng)速輻合均位于臺(tái)風(fēng)中心的右側(cè)。925 hPa風(fēng)切變所在位置與降水區(qū)也較為一致。

圖2 臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”環(huán)流形勢(shì)（等值線：高度場(chǎng)，單位：dagpm；風(fēng)向桿：風(fēng)場(chǎng)）Fig.2 The synoptic situation of typhoon"Yagi"and"Rumbia"(contour:height field,unit:dagpm;barb:wind field)

兩個(gè)臺(tái)風(fēng)位置幾乎一致，但所處的環(huán)流形勢(shì)存在明顯差異。500 hPa上臺(tái)風(fēng)“摩羯”位于均壓場(chǎng)中，存在閉合環(huán)流，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”并入高空槽中；925 hPa臺(tái)風(fēng)“摩羯”的切變線主要位于臺(tái)風(fēng)頂部，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的切變線位于臺(tái)風(fēng)中心的右側(cè)。500 hPa正渦度平流區(qū)和925 hPa 風(fēng)切變所在位置可以較好地指示兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的降水落區(qū)。環(huán)流形勢(shì)的差異是導(dǎo)致兩個(gè)臺(tái)風(fēng)降水分布差異的主要原因。

4 臺(tái)風(fēng)環(huán)流大小和結(jié)構(gòu)特征對(duì)比

兩個(gè)臺(tái)風(fēng)途經(jīng)魯西南地區(qū)時(shí)地面氣壓場(chǎng)存在一定差異（圖略），臺(tái)風(fēng)中心最低氣壓均低于997.5 hPa，但臺(tái)風(fēng)環(huán)流大小相差較大。14 日8:00 臺(tái)風(fēng)“摩羯”最外圍近似圓形的等壓線直徑約350 km，19 日20:00 臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的達(dá)到750 km，其環(huán)流大小明顯大于臺(tái)風(fēng)“摩羯”。從兩個(gè)臺(tái)風(fēng)途經(jīng)魯西南時(shí)的雷達(dá)回波（圖略）可以看出，臺(tái)風(fēng)“摩羯”的強(qiáng)回波區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)中心的頂部，距離臺(tái)風(fēng)中心較近，以臺(tái)風(fēng)本體降水為主，回波區(qū)由臺(tái)風(fēng)中心頂部向東北方向傾斜，14 日5:00 前后在臺(tái)風(fēng)移向右側(cè)還存在回波區(qū)，回波相對(duì)分散，隨著時(shí)間推進(jìn)至8:00，回波都集中在頂部附近且呈塊狀。臺(tái)風(fēng)“溫比亞”呈現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)，強(qiáng)回波區(qū)距離臺(tái)風(fēng)中心較遠(yuǎn)，位于臺(tái)風(fēng)移向的右前側(cè)，19 日20:00 回波的長(zhǎng)寬比較小且呈塊狀，隨著時(shí)間推進(jìn)，經(jīng)向度逐漸加大并呈帶狀分布，有明顯的鋒面降水回波特征。

5 降水差異的影響因子對(duì)比分析

5.1 水汽條件分析

較好的環(huán)流形勢(shì)下形成降水的首要條件是有水汽由源地向降水區(qū)輸送。從水汽通量來看（見圖3a 和3b），臺(tái)風(fēng)“摩羯”的水汽主要來源于臺(tái)風(fēng)“麗琵”和季風(fēng)涌，其將東部洋面和南海的水汽向降水區(qū)輸送，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的水汽主要來源于東海，臺(tái)風(fēng)“蘇力”的水汽輸送較弱。兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的水汽來源存在較大差別，臺(tái)風(fēng)附近的水汽通量分布也存在較大差異。臺(tái)風(fēng)“摩羯”的水汽通量在半島北部存在方向輻散，在魯中地區(qū)存在明顯的方向輻合，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的水汽通量則在魯北和魯中東部存在方向和大小的輻合。從水汽通量散度來看（見圖3c和3d），雖然臺(tái)風(fēng)“摩羯”的水汽源地范圍廣，但14日8:00 整層積分的水汽通量輻合明顯弱于19 日20:00，925 hPa 上14 日8:00 的水汽通量散度輻合稍強(qiáng)于19 日20:00。總體上看，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的水汽源地不同，水汽通量輻合的位置也存在較大差異，臺(tái)風(fēng)“摩羯”位于臺(tái)風(fēng)中心附近，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”位于臺(tái)風(fēng)右前側(cè)，且不管是整層的還是單層的水汽通量輻合大值區(qū)均與各自的降水區(qū)吻合較好。

圖3 臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”水汽通量和水汽通量散度Fig.3 The water vapor flux and water vapor flux divergence of typhoon "Yagi " and "Rumbia"

5.2 動(dòng)力抬升條件

在充足的水汽供應(yīng)條件下，降水的形成還需要垂直運(yùn)動(dòng)使水汽在動(dòng)力抬升過程中絕熱膨脹冷卻凝結(jié)成云。從沿臺(tái)風(fēng)中心的散度和垂直速度的剖面圖（圖略）可以看出，14 日8:00 低層輻合中心和高層的輻散中心均位于臺(tái)風(fēng)中心附近，在高低層系統(tǒng)的共同作用下，對(duì)應(yīng)臺(tái)風(fēng)中心上空形成了較強(qiáng)的上升氣流；19 日20:00 臺(tái)風(fēng)中心附近沒有形成明顯的上升運(yùn)動(dòng)，而在臺(tái)風(fēng)右側(cè)的119°E 附近低層輻合和高層輻散明顯，形成較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。臺(tái)風(fēng)“摩羯”附近上升運(yùn)動(dòng)區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心附近，臺(tái)風(fēng)“溫比亞”位于臺(tái)風(fēng)中心東側(cè)。造成兩個(gè)臺(tái)風(fēng)動(dòng)力抬升位置不同的主要原因是500 hPa 正渦度平流的位置和925 hPa風(fēng)場(chǎng)輻合的位置，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了環(huán)流形勢(shì)的重要作用。

5.3 熱力條件及冷空氣作用

臺(tái)風(fēng)在低緯度常常維持正壓暖心結(jié)構(gòu)，隨著系統(tǒng)北抬與高緯度西風(fēng)槽結(jié)合，變性鋒生形成斜壓結(jié)構(gòu)。為驗(yàn)證其正壓暖心結(jié)構(gòu)是否變性，利用圖4a和4b 來分析假相當(dāng)位溫、渦度和水平風(fēng)場(chǎng)的垂直剖面分布。14 日8:00 臺(tái)風(fēng)“摩羯”中心上空假相當(dāng)位溫分布對(duì)稱，渦度垂直發(fā)展，表現(xiàn)為正壓暖心結(jié)構(gòu)，且臺(tái)風(fēng)中心為南風(fēng)，表明冷空氣未侵入臺(tái)風(fēng)中心；19日20:00 臺(tái)風(fēng)“溫比亞”中心上空表現(xiàn)為斜壓鋒生結(jié)構(gòu)，臺(tái)風(fēng)中心轉(zhuǎn)為北風(fēng)，冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)中心，渦度明顯較弱。圖4c 和4d 為500 hPa 假相當(dāng)位溫、溫度平流和風(fēng)場(chǎng)分布圖，從圖中可以看出，臺(tái)風(fēng)“摩羯”附近假相當(dāng)位溫分布稀疏，臺(tái)風(fēng)西側(cè)的冷平流較弱，風(fēng)場(chǎng)上存在閉合環(huán)流中心；而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”西側(cè)假相當(dāng)位溫梯度較大，且存在較強(qiáng)冷平流，風(fēng)場(chǎng)上表現(xiàn)為切變沒有閉合。分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了臺(tái)風(fēng)“摩羯”為正壓暖心結(jié)構(gòu)，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”為斜壓鋒生結(jié)構(gòu)。

圖4 臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”假相當(dāng)位溫和風(fēng)場(chǎng)分布Fig.4 The vertical profiles of potential pseudo-equivalent temperature and wind field of typhoon "Yagi" and "Rumbia"

5.4 環(huán)境垂直風(fēng)切變

Knaff 等[15]指出熱帶氣旋高空暖心結(jié)構(gòu)會(huì)隨對(duì)應(yīng)的垂直風(fēng)切變的增強(qiáng)而減弱。通過計(jì)算臺(tái)風(fēng)中心附近5 個(gè)經(jīng)緯度的矩形區(qū)域范圍內(nèi)200 hPa 與850 hPa之間的垂直風(fēng)切變發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)“摩羯”的切變?yōu)?.9 m/s，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”為15.4 m/s，明顯大于臺(tái)風(fēng)“摩羯”，較大的垂直風(fēng)切變不利于臺(tái)風(fēng)“溫比亞”高空暖心結(jié)構(gòu)的維持，這也進(jìn)一步印證了上一節(jié)的觀點(diǎn)。兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的切變方向均指向東北，臺(tái)風(fēng)“溫比亞”偏東分量更大，因其路徑偏東分量也大，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)方向與風(fēng)切變方向夾角基本相等，這種情況與Chen等[16]結(jié)論一致，降水分布在臺(tái)風(fēng)附近及其與切變之間。Chen 等[16]還指出在不同的風(fēng)切強(qiáng)度下，移動(dòng)路徑的作用是不同的，環(huán)境水平風(fēng)垂直切變較大時(shí)，切變占主導(dǎo)作用，內(nèi)核降水易發(fā)生在順風(fēng)切下方左側(cè)，環(huán)境水平風(fēng)垂直切變較小時(shí)，移動(dòng)則發(fā)揮主要作用。臺(tái)風(fēng)“摩羯”的環(huán)境垂直風(fēng)切變明顯弱于臺(tái)風(fēng)“溫比亞”，所以臺(tái)風(fēng)“摩羯”比臺(tái)風(fēng)“溫比亞”更有利于在臺(tái)風(fēng)附近形成降水。

6 中尺度診斷分析

6.1 非地轉(zhuǎn)濕Q矢量分析

我們利用綜合了動(dòng)力和熱力作用的非地轉(zhuǎn)濕Q矢量來診斷臺(tái)風(fēng)降水。利用張興旺[17]推導(dǎo)出的非地轉(zhuǎn)濕Q矢量公式，我們計(jì)算得出850 hPa濕Q矢量和濕Q 矢量散度分布圖（見圖5）。14日8:00濕Q 矢量大值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心附近，表現(xiàn)為明顯的向臺(tái)風(fēng)中心輻合，濕Q 矢量散度輻合中心最大達(dá)2.5×10-15/（Pa·s3）以上，輻合中心位于臺(tái)風(fēng)“摩羯”中心附近；19 日20:00 濕Q 矢量大值區(qū)和濕Q 矢量散度輻合中心均位于魯中東部地區(qū)，距離臺(tái)風(fēng)中心較遠(yuǎn)，與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”形成的降水區(qū)較為一致，濕Q 矢量散度輻合中心最大也達(dá)到了2.5×10-15/（Pa·s3）以上。總體來看，臺(tái)風(fēng)“摩羯”的濕Q 矢量輻合中心位于臺(tái)風(fēng)中心附近，臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的則距離臺(tái)風(fēng)中心較遠(yuǎn)，位于臺(tái)風(fēng)移向右前側(cè)，但兩個(gè)臺(tái)風(fēng)濕Q 矢量輻合區(qū)的強(qiáng)弱分布和范圍大小與降水強(qiáng)弱和落區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。因此，非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量可以很好地診斷兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的降水情況。

圖5 臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”850 hPa濕Q矢量（矢量，單位：10-10/（Pa·s2））和濕Q矢量散度（等值線，單位：10-15/（Pa·s3））Fig.5 The wet Q-vector(vector,unit:10-10/(Pa·s2))and wet Q-vector divergence(contour,unit:10-15/(Pa·s3)) on 850 hPa of typhoon"Yagi"and"Rumbia"

6.2 垂直螺旋度分析

螺旋度（Helicity）是一個(gè)用來衡量風(fēng)暴入流氣流的強(qiáng)弱及沿入流方向的渦度分量大小的參數(shù)[18]。垂直螺旋度為垂直速度和垂直渦度的乘積，能體現(xiàn)臺(tái)風(fēng)在垂直方向上的旋轉(zhuǎn)特點(diǎn)和上升運(yùn)動(dòng)情況。從垂直剖面圖可以看出（見圖6a和6b），兩個(gè)臺(tái)風(fēng)均不存在明顯的正負(fù)垂直螺旋度對(duì)，因臺(tái)風(fēng)“摩羯”的渦度和垂直速度均比臺(tái)風(fēng)“溫比亞”大，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)“摩羯”的垂直螺旋度明顯大于臺(tái)風(fēng)“溫比亞”，且臺(tái)風(fēng)“摩羯”的正垂直螺旋度位于臺(tái)風(fēng)中心附近，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的則位于臺(tái)風(fēng)東側(cè)，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)正垂直螺旋度所在位置與降水落區(qū)較為一致。選取兩者垂直螺旋度較大的層次900 hPa，由其平面圖可以看出（見圖6c和6d），臺(tái)風(fēng)“摩羯”的垂直螺旋度正值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心附近，臺(tái)風(fēng)“溫比亞”位于臺(tái)風(fēng)移向右前側(cè)，進(jìn)一步驗(yàn)證了垂直螺旋度正值區(qū)與降水落區(qū)較為一致，因此可以用垂直螺旋度診斷臺(tái)風(fēng)降水。

圖6 臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”渦度、垂直螺旋度和垂直速度分布Fig.6 The vertical profiles of vorticity, vertical helicity and vertical speed of typhoon "Yagi " and "Rumbia"

6.3 濕位渦異常的分析

濕位渦不僅包含大氣動(dòng)力和熱力屬性，而且考慮了水汽的作用，所以對(duì)濕位渦進(jìn)行診斷，可以尋求各熱力、動(dòng)力和水汽條件與降水的關(guān)系，從而揭示降水發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)制[19]。濕位渦（MPV）可以分為濕正壓項(xiàng)（MPV1）和濕斜壓項(xiàng)（MPV2）：

MPV1表示慣性穩(wěn)定性和對(duì)流穩(wěn)定性的作用，MPV1＜0 表示大氣對(duì)流不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量釋放有利于暴雨發(fā)生發(fā)展；MPV2包含了濕斜壓性和水平風(fēng)垂直切變的貢獻(xiàn)，MPV2＞0 表示水平濕斜壓性增加，有利于垂直渦度增長(zhǎng)。圖7 為975 hPa的濕位渦分布圖，從圖中可以看出，兩個(gè)臺(tái)風(fēng)發(fā)生降水的位置MPV1均小于0 及MPV2均大于0，都有利于降水的發(fā)生。14 日8:00 MPV2正值區(qū)位于臺(tái)風(fēng)中心附近，而19 日20:00 MPV2正值區(qū)距離臺(tái)風(fēng)較遠(yuǎn)，也可以很好地解釋臺(tái)風(fēng)“摩羯”的渦度垂直向上發(fā)展，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的渦度隨高度向降水區(qū)傾斜。此外，雖然降水區(qū)所在位置MPV1均為負(fù)值，但不是負(fù)值中心，而MPV1負(fù)值中心僅出現(xiàn)微量降水，表明對(duì)流不穩(wěn)定僅是降水發(fā)生的必要條件，并不能決定降水發(fā)生的位置，MPV2能更好地體現(xiàn)降水發(fā)生的位置和強(qiáng)度。

圖7 臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”975 hPa濕位渦分布（單位：PVU；等值線：MPV1，填色：MPV2）Fig.7 The distribution of moist potential vorticity on 975 hPa of typhoon "Yagi " and "Rumbia"（unit: PVU；contour：MPV1，shaded：MPV2）

7 結(jié)論

臺(tái)風(fēng)“摩羯”與臺(tái)風(fēng)“溫比亞”路徑相似，尤其在途經(jīng)魯西南地區(qū)時(shí)路徑幾乎一致，但兩個(gè)臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的降水分布差異較大，臺(tái)風(fēng)“摩羯”引起的降水主要分布在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的頂部和臺(tái)風(fēng)中心附近，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”引起的降水主要分布在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的右側(cè)。文章對(duì)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)降水差異的成因進(jìn)行了分析。結(jié)論如下：

（1）兩個(gè)臺(tái)風(fēng)所處的環(huán)流形勢(shì)存在差異，這是兩個(gè)臺(tái)風(fēng)降水差異的主要原因。500 hPa 臺(tái)風(fēng)“摩羯”位于均壓場(chǎng)中，存在閉合環(huán)流，臺(tái)風(fēng)沒有發(fā)生變性，有利于臺(tái)風(fēng)保持原有的結(jié)構(gòu)特征，渦度平流呈南北對(duì)稱分布，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”處在高空槽中，已經(jīng)發(fā)生變性，渦度平流呈東西分布，正渦度平流中心與降水中心位置較為一致；925 hPa臺(tái)風(fēng)“摩羯”的切變線主要位于臺(tái)風(fēng)頂部，而臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的切變線位于臺(tái)風(fēng)中心的右側(cè)。

（2）兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的水汽源地不同，但均在降水區(qū)形成較強(qiáng)的水汽輻合，500 hPa正渦度平流和925 hPa風(fēng)場(chǎng)輻合使得輻合的水汽在不同位置抬升成云致雨，而臺(tái)風(fēng)“摩羯”的正壓暖心結(jié)構(gòu)和稍弱的環(huán)境垂直風(fēng)切變比具有斜壓鋒生結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)環(huán)境垂直風(fēng)切變的臺(tái)風(fēng)“溫比亞”更有利于在臺(tái)風(fēng)附近形成降水。

（3）對(duì)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行中尺度診斷分析發(fā)現(xiàn)，非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量和垂直螺旋度可以很好地診斷降水落區(qū)，濕位渦顯示MPV1＜0，即對(duì)流不穩(wěn)定僅是降水發(fā)生的必要條件，并不能決定降水發(fā)生的位置，MPV2能更好地體現(xiàn)降水發(fā)生的位置和強(qiáng)度。

在業(yè)務(wù)工作中，可以利用相似預(yù)報(bào)法對(duì)相似路徑臺(tái)風(fēng)進(jìn)行降水落區(qū)預(yù)報(bào)，但要注意相似路徑臺(tái)風(fēng)所處的環(huán)流形勢(shì)是否相同。對(duì)于進(jìn)入西風(fēng)帶的臺(tái)風(fēng)要特別注意臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)槽和副高的相對(duì)位置以及臺(tái)風(fēng)是否變性為鋒面氣旋，這對(duì)臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)影響較大。水汽通量輻合區(qū)和垂直運(yùn)動(dòng)上升區(qū)對(duì)降水有很好的指示作用。此外，可以多利用非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量、垂直螺旋度和濕位渦分析等中尺度診斷分析方法進(jìn)行診斷分析，以提高臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。