相似路徑臺(tái)風(fēng)“玲玲”與“布拉萬(wàn)”降水差異診斷分析

隋 妍 徐昌龍 張 昊 于明洋

（延邊朝鮮族自治州氣象局，吉林延吉 133001）

臺(tái)風(fēng)是我國(guó)主要的氣象災(zāi)害之一，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和人民生命財(cái)產(chǎn)等帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，減輕臺(tái)風(fēng)造成的洪澇災(zāi)害始終是我國(guó)氣象科學(xué)的重要研究領(lǐng)域和難點(diǎn)課題[1]。盡管每年影響北方的臺(tái)風(fēng)次數(shù)不多，但臺(tái)風(fēng)仍然是造成北方暴雨的重要天氣系統(tǒng)，特別是在東經(jīng)125°以西登陸北上的臺(tái)風(fēng)，往往會(huì)帶來(lái)大風(fēng)和強(qiáng)降水天氣[2]。近年來(lái)，對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的研究取得了很多重要進(jìn)展：陳久康等[3]發(fā)現(xiàn)，中低緯環(huán)流系統(tǒng)相互作用對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)暴雨的突然增幅有重要作用；鈕學(xué)新等[4]指出，適當(dāng)強(qiáng)度冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)倒槽和外圍，可以加劇動(dòng)力和熱力不穩(wěn)定，使冷空氣影響的附近地區(qū)降水量明顯增加；葉愛芬等[5]指出，高層MPV1為高值和低層MPV1為低值、低層MPV2為高值的配置有利于激發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生暖區(qū)強(qiáng)降水。本文通過(guò)NCEP 1°×1°再分析資料、常規(guī)觀測(cè)資料對(duì)相似路徑、不同降水特征的臺(tái)風(fēng)“玲玲”與“布拉萬(wàn)”進(jìn)行診斷分析，以期為今后增強(qiáng)此類北上臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)預(yù)警和服務(wù)能力提供參考。

1 臺(tái)風(fēng)概況

1913號(hào)臺(tái)風(fēng)于2019年9月2日開始編號(hào)為“玲玲”，在菲律賓東部海面上生成后向偏北方向移動(dòng)，中心最低氣壓為930 hPa。9月7日14：00在朝鮮西部的黃海南道沿岸以臺(tái)風(fēng)級(jí)登陸。“玲玲”持續(xù)時(shí)間為6 d，影響吉林省時(shí)為第5天，強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴級(jí)，造成吉林省4個(gè)站出現(xiàn)大暴雨，最大降雨量達(dá)到108.2 mm。

1215號(hào)臺(tái)風(fēng)于2012年8月20日開始編號(hào)為“布拉萬(wàn)”，在西北太平洋洋面上生成后向西北方向移動(dòng)，中心最低氣壓為935 hPa。8月28日15：15前后在朝鮮西南沿海登陸，22：50前后在朝鮮西北部的平安北道南部沿海以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)再次登陸。“布拉萬(wàn)”持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)9 d，影響吉林省時(shí)為第8天，強(qiáng)度為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)，造成吉林省62個(gè)站出現(xiàn)大暴雨，最大降雨量達(dá)178.8 mm。

2 天氣形勢(shì)分析及冷空氣作用

從500 hPa環(huán)流形勢(shì)看，2019年9月6日8：00，歐亞大陸中高緯為經(jīng)向環(huán)流型，貝加爾湖附近有一低渦活動(dòng)，副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱副高）呈帶狀，副高脊線超過(guò)北緯35°，位置較常年偏北，風(fēng)場(chǎng)上在副高后部華北平原至華南存在一東北—西南向的切變線。“玲玲”自生成后一直向偏北方向移動(dòng)，逐漸移到副高西南側(cè)。沿臺(tái)風(fēng)中心進(jìn)行渦度緯向垂直剖面，可以發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)中心上方為均勻的柱狀正渦度區(qū)，呈準(zhǔn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，渦度垂直分布呈正壓狀態(tài)。6日20：00，“玲玲”移入黃海海面，與副高后部的西風(fēng)帶系統(tǒng)發(fā)生相互作用，冷空氣逐漸侵入臺(tái)風(fēng)環(huán)流中，臺(tái)風(fēng)中心附近渦度強(qiáng)度有所減弱，垂直分布仍呈現(xiàn)正壓狀態(tài)。此后“玲玲”繼續(xù)北上，7日14：00在朝鮮西部的黃海南道沿岸登陸。此時(shí)位于貝加爾湖附近的低渦中心東移南壓至東經(jīng)103°、北緯54°附近，冷空氣隨著低渦、低槽東移南下逐漸與臺(tái)風(fēng)環(huán)流再次發(fā)生相互作用，“玲玲”中心附近的渦度強(qiáng)度明顯減弱，但垂直分布的正壓狀態(tài)仍然沒有被破壞。

與其類似，“布拉萬(wàn)”同樣發(fā)展為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，在北上過(guò)程中也有冷空氣侵入，但副高強(qiáng)度明顯更強(qiáng)，位置較常年偏西偏北，584 dagpm線已西進(jìn)至我國(guó)東部沿海地區(qū)。2012年8月28日20：00，“布拉萬(wàn)”移至黃海北部，貝加爾湖附近的短波槽在東移過(guò)程中發(fā)展加深，擴(kuò)散南下的冷空氣逐漸侵入臺(tái)風(fēng)環(huán)流中。“布拉萬(wàn)”中心附近的渦度強(qiáng)度明顯減弱，其準(zhǔn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)遭到破壞，正渦度中心隨高度后傾，渦度垂直分布呈斜壓狀態(tài)。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽輸送

兩次過(guò)程中，臺(tái)風(fēng)中心東側(cè)的偏南和東南氣流將我國(guó)東部洋面上的水汽向臺(tái)風(fēng)環(huán)流輸送，并在倒槽附近輻合抬升，水汽輻合大值區(qū)與暴雨區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。“玲玲”位于海上的水汽通道從2019年9月7日8：00開始斷裂，主要依靠自身環(huán)流所攜帶的水汽。7日20：00，“玲玲”東北側(cè)的吉林省中部地區(qū)為水汽通量大值區(qū)，最大可達(dá) 35 g/（s·cm·hPa）。 與之對(duì)應(yīng)的850 hPa水汽通量散度場(chǎng)上，在吉林省中南部地區(qū)的水汽輻合大值區(qū)近似呈南—北向，中部地區(qū)輻合強(qiáng)度為-12×10-5g/（s·cm2·hPa）， 南部地區(qū)最大為-18×10-5g/（s·cm2·hPa）。

對(duì)“布拉萬(wàn)”而言，在整個(gè)北上過(guò)程中一直有充沛的水汽輸送，其不僅自身攜帶大量水汽，還有海上水汽的補(bǔ)充。分析2012年8月29日2：00的水汽通量場(chǎng)可知，吉林省中部地區(qū)的水汽通量達(dá)到了35 g/（s·cm·hPa）；同時(shí)，1214 號(hào)臺(tái)風(fēng)“天秤”東側(cè)氣流沿著副高外圍向北并入“布拉萬(wàn)”環(huán)流中，2條大尺度水汽輸送帶為暴雨的產(chǎn)生提供了水汽和熱量[6]。在吉林省中部地區(qū)出現(xiàn)大范圍的水汽輻合大值區(qū)，輻合強(qiáng)度達(dá)-18×10-5g/（s·cm2·hPa）， 呈西南—東北向。可見，吉林省中部臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”的水汽輻合強(qiáng)度明顯大于“玲玲”，充足的水汽為大暴雨的形成與發(fā)展提供了有利條件。

3.2 動(dòng)力結(jié)構(gòu)

臺(tái)風(fēng)是一個(gè)強(qiáng)的氣旋性渦旋，其發(fā)生發(fā)展的本質(zhì)是一種螺旋性結(jié)構(gòu)建立的過(guò)程[7]。分析垂直螺旋度和散度沿東經(jīng)125°（長(zhǎng)春位于東經(jīng)125.22°、北緯43.90°）的經(jīng)向剖面可以發(fā)現(xiàn)，2019年9月7日20：00“玲玲”影響期間，在暴雨區(qū)北緯43°附近，600～900hPa為垂直螺旋度大值區(qū)。其中心位于750 hPa附近，強(qiáng)度為 30×10-5hPa/s2。 散度場(chǎng)上，700～800 hPa 出現(xiàn)了-4×10-5/s的輻合中心，300 hPa附近則為 4×10-5/s的輻散中心。暴雨區(qū)具備了低層輻合、高層輻散的有利動(dòng)力結(jié)構(gòu)。與前一時(shí)次對(duì)比發(fā)現(xiàn)，受冷空氣影響，低層輻合和高層輻散強(qiáng)度都增大，并且在暴雨區(qū)上空螺旋度正值區(qū)與低層輻合區(qū)有重疊區(qū)域。

2012 年 8 月 29 日 2：00，“布拉萬(wàn)”影響期間，暴雨區(qū)北緯43°附近400～900 hPa均為垂直螺旋度大值區(qū)。其中心位于700 hPa附近，強(qiáng)度達(dá)70×10-5hPa/s2。散度場(chǎng)上，700 hPa以下為-16×10-5/s的強(qiáng)輻合中心，200～700 hPa為8×10-5/s的強(qiáng)輻散中心，強(qiáng)度較前一時(shí)次明顯增強(qiáng)。同時(shí)，螺旋度大值區(qū)位于低層輻合區(qū)內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)有風(fēng)的氣旋式旋轉(zhuǎn)上升，導(dǎo)致強(qiáng)烈的螺旋上升運(yùn)動(dòng)。對(duì)比“玲玲”，“布拉萬(wàn)”低層輻合和高層輻散的強(qiáng)度均較大，并且垂直螺旋度正值區(qū)發(fā)展較高、強(qiáng)度較大，在吉林省中部地區(qū)上空強(qiáng)烈的螺旋上升運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了暴雨的維持和加強(qiáng)。這是“玲玲”降水量小于“布拉萬(wàn)”的一個(gè)重要原因。

3.3 濕位渦

濕位渦（MPV）是一個(gè)綜合反映大氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)性質(zhì)和水汽作用的物理量，它為濕正壓項(xiàng)（MPV1）及濕斜壓項(xiàng)（MPV2）兩項(xiàng)之和[8]。 圖 1（a）和圖 1（b）分別為 2019年 9月 7日 20：00和 2012年8月29日2：00 MPV1沿北緯44°的緯向剖面圖。可以發(fā)現(xiàn)，MPV1的正值區(qū)集中在600 hPa以上，東經(jīng)125°附近有一高值位渦區(qū)向下伸展，表明高層為對(duì)流穩(wěn)定區(qū)，冷空氣以高值位渦柱的形式向下滲透。650hPa以下與高層高值位渦相對(duì)應(yīng)的區(qū)域是MPV1的負(fù)值區(qū)，為對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)。在暴雨區(qū)東經(jīng)125°附近，高層MPV1的正值區(qū)疊置在低層MPV1的負(fù)值區(qū)之上。

圖 2（a）和圖 2（b）分別為 2019 年 9 月 7 日 20：00和2012年8月29日2：00 MPV2沿北緯44°的緯向剖面圖。可見，東經(jīng)125°附近850 hPa以上為MPV2負(fù)值區(qū)，850 hPa以下為MPV2正值區(qū)，說(shuō)明暴雨區(qū)上空大氣存在斜壓性。暴雨區(qū)附近，“布拉萬(wàn)”MPV2正值范圍廣、強(qiáng)度大，表明低空冷暖空氣交綏強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致大氣濕斜壓性增強(qiáng)；而“玲玲”低層MPV2數(shù)值接近于0，斜壓大氣特征不明顯，這也與上文渦度分析的結(jié)論一致。綜上分析可知，高層MPV1＞0、MPV2＜0 和低層 MPV1＜0、MPV2＞0 的配置對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨中心有很好的指向作用。

4 結(jié)論

（1）臺(tái)風(fēng)“玲玲”和“布拉萬(wàn)”在影響時(shí)間、移動(dòng)路線及造成的影響上有極大相似性。“玲玲”影響吉林省時(shí)強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴級(jí)，“布拉萬(wàn)”為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)，“玲玲”造成的暴雨范圍和強(qiáng)度均較“布拉萬(wàn)”小。

（2）大暴雨的產(chǎn)生與冷空氣侵入有關(guān)，2個(gè)臺(tái)風(fēng)與冷空氣發(fā)生相互作用后，臺(tái)風(fēng)中心附近的渦度強(qiáng)度均減弱，但“玲玲”渦度場(chǎng)仍呈準(zhǔn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而“布拉萬(wàn)”渦度垂直分布的斜壓結(jié)構(gòu)有利于強(qiáng)降水發(fā)生。

（3）臺(tái)風(fēng)中心東側(cè)的偏南和東南氣流將我國(guó)東部洋面上的水汽向臺(tái)風(fēng)環(huán)流輸送，并在倒槽附近輻合抬升，水汽輻合大值區(qū)與暴雨區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，“布拉萬(wàn)”的2條水汽輸送帶穩(wěn)定維持，水汽輻合強(qiáng)度更大。

（4）造成臺(tái)風(fēng)“玲玲”和“布拉萬(wàn)”降水量差異的一個(gè)重要原因是強(qiáng)烈的螺旋上升運(yùn)動(dòng)。冷空氣侵入后，低層輻合和高層輻散的強(qiáng)度均較前一時(shí)次增強(qiáng)，垂直螺旋度正值區(qū)位于低層輻合區(qū)內(nèi)，但“布拉萬(wàn)”螺旋度正值區(qū)發(fā)展高、強(qiáng)度大，促進(jìn)了暴雨的維持和發(fā)展。

（5）通過(guò)對(duì)濕位渦進(jìn)行診斷分析發(fā)現(xiàn)，高層MPV1＞0、MPV2＜0 和低層 MPV1＜0、MPV2＞0 的結(jié)構(gòu)配置可作為臺(tái)風(fēng)降水中心落區(qū)的判斷依據(jù)。低層MPV2正值范圍越廣、強(qiáng)度越大，大氣濕斜壓性越強(qiáng)。