臺風“安比” 造成日照地區大暴雨的成因分析

陸桂榮，崔廣暑，于懷征，程 月，陳小蘇，王安凌

(日照市氣象局，日照 276826)

0 引言

中國是世界上受臺風影響非常嚴重的國家之一，平均每年約有7.2個臺風對中國造成明顯的災害[1]。由于臺風的影響廣泛，預報難度大，造成的災害嚴重，眾多氣象學者對臺風進行了大量的研究[2-6]。研究表明，臺風的結構、強度、路徑以及地形對降水的影響較大。閻琦[7]等對兩次致災臺風的動力機制進行了研究，研究表明副熱帶高壓穩定、冷空氣入侵造成的對稱不穩定對登陸臺風降水量有重要影響。李英[8]等指出1970—2001年登陸中國的臺風向北移動可越過50°N 地區，山東省是受臺風影響的省份之一，約有2.1%的熱帶氣旋北上登陸山東地區。曹鋼鋒[9]等指出登陸類臺風，特別是登陸北上類，在山東及華北區域造成特大暴雨的可能性最大。覃昌柳[10]等對臺風的水汽和螺旋度進行了分析，指出螺旋度與強降雨區有一定的對應關系，西南急流和副高南側偏東氣流對臺風的水汽輸送作用相同。叢春華[11]等對影響山東的遠距離熱帶氣旋暴雨進行了研究，指出臺風本身就是一個“熱機”，其攜帶的大量擾動能量和暖濕空氣在向極運動的過程中改變了周圍大氣的層結狀態，對周圍的大氣進行增溫增濕，當與北方冷空氣交匯后可產生較強降水。高留喜[12]等對臺風“麥莎”進行了分析，副高變化是“麥莎”臺風登陸后出現復雜蛇形路徑的重要原因。日照地處魯東南沿海，每年至少有1～2個臺風影響日照或近海海域[13]。從華東沿海登陸北上的臺風因登陸地點、強度、移動路徑和水汽輸送等不同，對日照的影響程度也不同。

2018年10號臺風“安比”從上海登陸后繼續西行北上，從江蘇進入山東后給日照地區帶來區域性大暴雨，降水持續時間長達33 h，大暴雨覆蓋面積創氣象新紀錄。此次臺風導致日照各區縣不同程度受災，共造成直接經濟損失1.17億元。文章利用常規觀測資料、區域加密自動氣象站資料及NCEP 1°×1°再分析資料，對“安比”造成日照大暴雨成因進行分析，為北上類臺風造成日照大暴雨天氣的預報預警提供參考依據[14-18]。

1 臺風“安比”概況和對日照天氣的影響

2018年10號臺風“安比” 于7月18日20：00(北京時間)在西北太平洋洋面上生成(熱帶風暴級)，20日08：00加強為強熱帶風暴強度，向西北方向移動。從臺風“安比”路徑圖(圖1a)可以看出，21日早晨進入東海東南部，22日12：30前后在上海市崇明島沿海登陸。登陸后繼續向西北方向移動，強度逐漸減弱，22日17：00在江蘇東南部減弱為熱帶風暴，23日12：00從江蘇北部進入山東的臨沭縣，繼續向西北方向移動，經過沂南縣、沂源縣、章丘區、濟陽區和商河縣后，于24日04：00經樂陵進入河北，07：00向東北方向移動，途經天津、遼寧，24日夜間減弱變為溫帶氣旋，并于25日02：00停止編號。臺風“安比” 登陸后強度迅速減弱，但從2018-07-23T08：00進入江蘇后，途經山東并于24日08：00到達河北省期間，中心最低氣壓一直維持在990 hPa。

7月22日21：00—24日06：00，日照出現強降水，全市過程平均降水量133.1 mm，最大降水量出現在東北部的楊家峪站，為232.5 mm。強降水區主要出現在臺風“安比”移動方向的右側，而左側降水區域較小且雨量不大，呈現明顯的不對稱分布。日照開始出現降水時，處于臺風“安比”移動路徑的正前方，在臺風“安比”中心的北側 (圖1b)，當降水逐漸增強時，日照處于臺風“安比”移動路徑的右前方，在降水最強時段，23日08：00—14：00的6 h≥50 mm的強降水區出現在臺風“安比”移動方向的右側，日照距臺風“安比”直線距離最近(圖1c)，當臺風“安比”北上遠離時，≥50 mm的強降水區位于魯中東部，日照轉入中心的第四象限，在臺風“安比”移動方向的后方，降水逐漸減弱并趨于結束(圖1d)。

圖1 臺風“安比”路徑圖(a)2018-07-23；(b)02：00—08：00；(c)08：00—14：00；(d)14：00—20：00(逐6 h降水量，螺旋符號為熱帶氣旋位置)

2 環流形勢分析

2.1 500 hPa環流形勢

因臺風和副熱帶高壓均為深厚系統，文章對高空系統的分析僅圍繞500 hPa的形勢展開，圖2為2018-07-23T08：00和20：00的500 hPa環流形勢。從圖2a可以看出，23日08：00，徑向度較大的西風槽位于貝加爾湖南側—內蒙古西部—甘肅西部—寧夏—四川一帶，臺風“安比”中心位于江蘇北部，與西風大高壓脊相疊加的副熱帶高壓呈塊狀分布，形成東西向高壓壩，脊線位于40°N附近。588線的南界在20°N附近，北界在44°N，在40°N附近其西脊點位于116°E。臺風“安比”在北上過程中，受高壓壩的阻擋，在副高外圍東南氣流的引導下，一直向西北方向移動，日照的強降水出現在臺風“安比”移動路徑的右前方。從圖2b看出，23日20：00，隨著西風槽東移，副熱帶高壓略有減弱。此時，臺風“安比”中心已經北移到魯中地區，日照位于臺風“安比”中心的東南部，降水減弱。受高壓壩的阻擋和副熱帶高壓東南急流的共同作用，“安比”保持20 km/h左右速度向北移動，且強度長時間維持不變。

圖2 2018-07-230T8：00—20：00的500 hPa環流形勢(單位：dagpm)

2.2 地面形勢和近地面風場

圖3為2018-7-23T08：00地面形勢和09：00近地面風場。從圖3a可以看出，2018-07-23T08：00，臺風倒槽向北伸展到山東北部，臺風東北側東南氣流不斷地把海上暖濕空氣向日照輸送，東南氣流較為強盛，最大風速達16 m/s，日照處于臺風倒槽東北部，在東南風和東北風的輻合區，為暴雨的發生提供了動力條件和水汽輸送。圖3b為區域自動氣象站加密資料，從圖中可以看出，在日照的東北部即暴雨中心附近存在明顯的東南風與偏東風的風向輻合，該輻合線23日09：00—13：00一直維持，且移動緩慢，14：00以后日照地區全部轉為東南風，暴雨中心附近在風速的輻合大值區，為大暴雨天氣的產生提供了有利的動力條件。

圖3 地面形勢和近地面風場(a)2018-07-23T8:00地面形勢(單位：hPa)；(b)2018-7-23T9:00近地面風場(單位：m/s)(陰影區為風場≥12 m/s，黑色圓點為臺風位置)

3 溫濕條件分析

3.1 水汽條件

充沛的水汽供應，尤其是低層的水汽供應是強降水產生的必要條件，水汽通量是表示水汽輸送程度的物理量，而水汽通量散度則為水汽聚集程度的物理量。23日08：00以后從黃海中部到山東半島東南氣流的水汽輸送不斷加強，暴雨中心的水汽通量、水汽輻合分別主要集中在500 hPa 以下的對流層中低層、850 hPa以下的低層，而850 hPa以上高度以水汽輻散為主；23日14：00水汽輸送最為強盛，水汽通量的大值中心出現在850～925 hPa，中心值達420 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽輻合的大值中心出現在925～1000 hPa，最強輻合中心集中在950 hPa近地層，水汽通量散度值為-160 g·cm-2·hPa-1·s-1。這說明850 hPa以下低層是水汽主要輻合區，850 hPa以上高度盡管水汽輸送仍較強，但水汽輻合已明顯減弱。從比濕場沿暴雨中心(楊家峪站)的緯向垂直剖面圖可見(圖4)，暴雨區(119°E)上空整層比濕較大，尤其是低層水汽更為充沛，23日08：00，850 hPa、925 hPa、1000 hPa的比濕依次為15 g/kg，17 g/kg，19 g/kg，到23日14：00，比濕依次增大為16 g/kg、18 g/kg、20 g/kg。強的水汽輻合、低層大的比濕為本次大暴雨提供了充沛的水汽條件。

圖4 比濕場沿暴雨中心(楊家峪站)的緯向垂直剖面圖

3.2 溫度平流

強降水與臺風環流內冷暖平流活動密切相關，冷暖平流交匯處對強降水有較好的示蹤作用[19]。圖5為2018-07-23T8：00和14：00的850 hPa溫度平流和風場分布圖，從圖5(a)看出，08：00，位于臺風“安比”中心西北側的魯西南為冷平流，中心值為-30×10-5K·s-1，東北側的青島東部海面為暖平流，暖平流中心為10×10-5K·s-1。從圖5(b)可以看出，14：00雖然魯西南冷平流明顯減弱，但是日照附近的溫度平流梯度明顯加大，日照附近的大氣斜壓性明顯加大，斜壓不穩定能量的釋放為大暴雨的發生提供了能量條件。強降水發生時，日照始終處于冷暖平流的交匯處。

圖5 2018-07-23T8:00—14:00的850 hPa溫度平流和風場分布圖(a)2018-07-23T8:00；(b)2018-07-23T14:00(溫度平流單位：10-5k·s-1，風場單位：m/s)

4 動力條件

螺旋度是衡量風暴沿入流方向的渦度分量大小和入流強弱的參數，可以表征流體旋轉與沿旋轉方向運動特征[20]。臺風是大氣中一種具有較強螺旋性的熱帶天氣系統，其發生發展本質上是一種螺旋性結構的建立與發展過程[21]。

在P坐標系中，垂直方向上的螺旋度可表示為：

(1)

式中，ζ為相對渦度的垂直分量；ω為P坐標中的垂直速度。

圖6為暴雨中心(楊家峪)站的垂直螺旋度和垂直速度時間—高度剖面，從圖6(a)可以看出，降水初期楊家峪站對流層低層和中上層螺旋度呈低層正中心、中上層負中心配置，呈“下正上負”的垂直結構，23日08：00垂直螺旋度分別為6×10-6hPa /s2和-6×10-6hPa/s2。垂直螺旋度正值中心從對流層低層向對流層中層向上延伸，強度增強，逐時降水量也逐漸增大。23日14：00對流層200 hPa以下垂直螺旋度轉為一致的正值區，正中心位于850 hPa，達32×10-6hPa/s2。16：00以后垂直螺旋度正值逐漸降低，逐時降水量也逐漸減少。從圖6(b)可以看出，降水初期500 hPa以上和850 hPa以下為上升運動，中間為下沉運動。23日08：00以后上升運動不斷增強，23日14：00，整層都轉為強上升運動，上升運動伸展到200 hPa以上，上升運動非常深厚，850 hPa附近為上升運動中心，最大上升速度達-19×10-3hPa·/s，此時段降水強度較大。可見，垂直螺旋度、垂直速度的變化與此次大暴雨的發生發展有良好的對應關系，強的旋轉上升氣流有利于降水強度增大。

圖6 暴雨中心(楊家峪)站的垂直螺旋度和垂直速度時間-高度剖面(a)垂直螺旋度時間-高度剖面(單位：10-6 hPa/s2)；(b)垂直速度時間—高度剖面(單位：10-3 hPa/s-1)

5 結束語

1)臺風“安比”生成后沿西北路徑在上海登陸后強度迅速減弱，繼續西行北上，造成日照地區區域性的大暴雨天氣。強降水區出現在臺風移動方向的右側。

2)北側高壓壩的阻擋有利于臺風“安比”移速保持，影響時間較長。

3)低層較強的水汽輻合和較大的比濕為本次大暴雨提供充沛的水汽條件。大暴雨發生時，日照始終處于冷暖平流的交匯處。

4)垂直螺旋度、垂直速度的變化與此次大暴雨的發生發展有良好的對應關系，強的旋轉上升氣流有利于降水強度增大。