臺(tái)風(fēng)“海葵”殘渦長久維持及引發(fā)廣西極端強(qiáng)降水成因分析

林確略，楊延志，黃小燕，張容菁，陳明璐

（1.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000；2.廣西壯族自治區(qū)氣象科學(xué)研究所，南寧 530022）

廣西極端強(qiáng)降水在前汛期多為鋒面、暖區(qū)或混合型降水［1］，中尺度低壓、低渦和氣流輻合等是其觸發(fā)條件［2］，而在后汛期多與臺(tái)風(fēng)等熱帶系統(tǒng)有關(guān)［3］。臺(tái)風(fēng)殘渦是指臺(tái)風(fēng)停編后或強(qiáng)度降至5 級及以下時(shí)殘留的渦旋環(huán)流系統(tǒng)，是造成暴雨洪澇災(zāi)害的重要影響系統(tǒng)之一。由于海陸下墊面性質(zhì)和熱力性質(zhì)的不同，登陸是臺(tái)風(fēng)生命史中的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)［4］；而臺(tái)風(fēng)進(jìn)入內(nèi)陸后，停編又成為臺(tái)風(fēng)生命史的另一重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和引發(fā)風(fēng)災(zāi)程度來看，停編意味著臺(tái)風(fēng)生命史的終結(jié)，但從引發(fā)暴雨洪澇角度來看，停編卻并非意味著強(qiáng)降水過程的結(jié)束，相反在有利環(huán)境條件下，臺(tái)風(fēng)殘渦系統(tǒng)可以深入內(nèi)陸長時(shí)間維持，造成極端強(qiáng)降水過程。不少臺(tái)風(fēng)停編后其殘渦引發(fā)的暴雨災(zāi)害不亞于停編前的災(zāi)害程度，登陸臺(tái)風(fēng)殘渦復(fù)蘇所造成的暴雨往往會(huì)超過強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的暴雨［5］，如2019 年“白鹿”殘渦［6］，2013 年“尤特”殘渦［7］，2015年“蘇迪羅”殘渦［8］（殘渦東移與冷空氣結(jié)合產(chǎn)生強(qiáng)降水），2020 年“海高斯”殘渦［9］等均引發(fā)了持續(xù)強(qiáng)降水過程，引起氣象工作者的長期關(guān)注。

登陸臺(tái)風(fēng)長時(shí)間維持與哪些天氣學(xué)條件密切相關(guān)？李英等［4］指出可以從其移動(dòng)趨勢、與水汽通道的連結(jié)、與斜壓鋒區(qū)的關(guān)系和高空流出氣流等特征進(jìn)行初步判斷。殘渦移入南亞高壓東側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)之下，移向高原槽前的斜壓鋒區(qū)，殘渦環(huán)流呈倒槽狀與季風(fēng)低壓區(qū)相連，低層季風(fēng)急流伴隨濕度大值區(qū)與殘渦環(huán)流相連，地面有弱冷空氣擴(kuò)散南下是有利條件［6，10］。殘渦長時(shí)間維持與復(fù)蘇、移動(dòng)緩慢的原因得到許多學(xué)者的關(guān)注。大陸高壓、西太平洋副熱帶高壓形成合圍態(tài)勢是造成“尤特”殘渦在廣西移動(dòng)緩慢的原因，弱的垂直風(fēng)切變環(huán)境，季風(fēng)急流與殘渦長時(shí)間連結(jié)，有利于水汽和不穩(wěn)定能量補(bǔ)充到殘渦中，是造成其長時(shí)間維持的原因［7］。西南季風(fēng)不斷供應(yīng)水汽和能量使其維持螺旋結(jié)構(gòu)［11］。關(guān)于殘渦暴雨的中尺度特征和成因，也有一些有意義的研究成果。殘渦暴雨觸發(fā)機(jī)制在邊界層之上，且初始對流觸發(fā)的位置在冷區(qū)一側(cè)，具備一定的高架對流特征［12］。臺(tái)風(fēng)殘余環(huán)流沿副高邊緣西移過程中，在喇叭口地形強(qiáng)迫下形成邊界層中尺度輻合線，觸發(fā)了強(qiáng)對流，業(yè)務(wù)中需關(guān)注邊界層［13］。殘渦強(qiáng)降水是暖云降水、質(zhì)心低、降水效率高、雨強(qiáng)強(qiáng)，雷達(dá)回波的后向傳播造成暴雨區(qū)一直有強(qiáng)回波活動(dòng)，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長［14］。西南急流輸送到殘余環(huán)流中，是殘渦強(qiáng)降水出現(xiàn)的原因之一［15］。

可見，不同環(huán)流背景、不同緯度地區(qū)，殘渦深入內(nèi)陸長時(shí)間維持和移動(dòng)緩慢的原因可能有所差異，臺(tái)風(fēng)殘渦暴雨的觸發(fā)機(jī)制也可能不同，殘渦強(qiáng)雨帶與殘渦位置關(guān)系的變化鮮有研究。在華南南部低緯度地區(qū)的臺(tái)風(fēng)殘渦維持和暴雨觸發(fā)機(jī)制復(fù)雜，如2023 年第11 號(hào)臺(tái)風(fēng)“海葵”，其殘渦路徑復(fù)雜、長久維持并引發(fā)廣西多地特大暴雨，造成較為嚴(yán)重的暴雨災(zāi)害，該過程目前仍有許多科學(xué)問題值得深入研究。本文基于常規(guī)觀測資料、自動(dòng)站加密觀測資料、ERA5 0.25°×0.25°逐1 h 再分析資料、FY4A 紅外云圖以及玉林SA 雙偏振雷達(dá)等資料，對其復(fù)雜路徑、長久維持原因及引發(fā)廣西特大暴雨成因進(jìn)行分析，以期積累更多典型個(gè)例，為預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供參考。

1 “海葵”殘渦路徑及強(qiáng)降水概況

1.1 “海葵”路徑及其殘渦路徑特征

2023 年第11 號(hào)臺(tái)風(fēng)“海葵”于2023 年8 月28日08 時(shí)（北京時(shí)，下同）在西太平洋生成，生成后向西偏北方向移動(dòng)，強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，在靠近我國臺(tái)灣島前（9 月3 日10 時(shí)）強(qiáng)度達(dá)到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級（52 m·s-1，16級）。9 月3 日下午以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（15 級）登陸臺(tái)灣省臺(tái)東縣，后繼續(xù)緩慢向西移動(dòng)，強(qiáng)度不斷減弱。9 月5 日05 時(shí)以熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度二次登陸福建省東山縣，9 月5 日08 時(shí)減弱為熱帶低壓再次登陸廣東饒平縣，9月6 日17 時(shí)停編。停編后的“海葵”殘渦繼續(xù)西行穿過廣東省，于9 月8 日14 時(shí)左右從桂東南進(jìn)入廣西。殘渦進(jìn)入廣西后移動(dòng)緩慢，在桂東南地區(qū)回旋，停留時(shí)間超過60 h。11 日08 時(shí)前后殘渦西移進(jìn)入南寧東部，12 日02 時(shí)進(jìn)入崇左市，當(dāng)天白天南移到防城港市，于13 日在冷空氣作用下南移進(jìn)入北部灣，逐漸減弱消散。“海葵”停編后的殘渦系統(tǒng)維持了近7 d，僅在廣西境內(nèi)就達(dá)到5 d，維持時(shí)間之長歷史罕見。

1.2 “海葵”殘渦引發(fā)降水極端性分析

“海葵”異常長時(shí)間的維持給福建、廣東、廣西帶來了極端強(qiáng)降水，引發(fā)特大暴雨范圍之廣、雨量之大遠(yuǎn)超預(yù)期。香港天文臺(tái)最大小時(shí)雨量為158.1 mm、深圳最大24 h 雨量為559.6 mm，此外，珠三角地區(qū)、粵西茂名以及廣西玉林市、北海等多地氣象站紛紛打破建站以來雨量歷史極值，造成非常嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害。影響廣西最強(qiáng)降雨時(shí)段出現(xiàn)在9月10 日10 時(shí)至11 日10 時(shí)，廣西東南部出現(xiàn)較大范圍的大暴雨，部分地區(qū)特大暴雨天氣。廣西有41個(gè)氣象站出現(xiàn)特大暴雨，其中玉林市占35 個(gè)；博白縣超過半數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)特大暴雨，有5 個(gè)氣象站超過400 mm。玉林市有36 個(gè)氣象站最大24 h 雨量突破建站以來歷史極值，其中博白國家基本氣象站24 h降雨量為374.2 mm，突破1956 年建站以來的歷史極值。最大24 h 雨量出現(xiàn)在博白縣水鳴鎮(zhèn)新和村469.3 mm，突破建站以來24 h 雨量歷史極值。玉林市短時(shí)強(qiáng)降雨（小時(shí)雨強(qiáng)≥15 mm·h-1）主要出現(xiàn)在10 日傍晚至11 日早晨，雨強(qiáng)普遍在30～50 mm·h-1之間（圖1），最大小時(shí)雨強(qiáng)65.7 mm·h-1（10 日23—24 時(shí)）。根據(jù)玉林市水文中心9 月11 日09 時(shí)發(fā)布的洪峰信息，“海葵” 特大暴雨過程南流江博白縣水文站洪峰水位達(dá)53.38 m，漲水5.33 m，超警戒線3.18 m，造成南流江流域博白段出現(xiàn)超20 a 一遇的大洪水。

圖1 2023 年9 月10 日10 時(shí)—11 日10 時(shí)博白縣水鳴新和氣象站降水時(shí)序（單位：mm）

2 “海葵”殘渦強(qiáng)降水預(yù)報(bào)偏差和預(yù)報(bào)難點(diǎn)

梳理本次特大暴雨過程的預(yù)報(bào)偏差和難點(diǎn)，主要有:

（1）各家數(shù)值模式對“海葵”殘渦移動(dòng)路徑和渦旋強(qiáng)度預(yù)報(bào)的分歧很大，中國氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-GFS）模式路徑偏南偏弱，歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（EC）細(xì)網(wǎng)格模式路徑預(yù)報(bào)偏北，中國氣象局（CMA）各區(qū)域模式之間分歧很大，部分模式甚至預(yù)報(bào)殘渦不進(jìn)入廣西。

（2）多家數(shù)值模式對9—11 日桂東南強(qiáng)降水過程預(yù)報(bào)分歧大，總體以中國氣象局中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-MESO）模式表現(xiàn)最佳，預(yù)報(bào)員主觀預(yù)報(bào)量級明顯偏小。選取降水時(shí)段強(qiáng)、范圍廣的9 日20 時(shí)—10 日20 時(shí)和10 日20 時(shí)—11 日08 時(shí)兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行預(yù)報(bào)偏差分析表明:對于2023 年9 月9 日20 時(shí)起報(bào)的24 h 降水，各家數(shù)值模式對桂東南強(qiáng)降雨落區(qū)均有反應(yīng)，CMA-GFS 和中國氣象局區(qū)域臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-TYM）預(yù)報(bào)量級顯著偏小（只有中雨，局部大雨）外，EC 集合、EC 細(xì)網(wǎng)格、CMA-MESO、日本中分辨率數(shù)值模式（JAPAN-MR）模式均預(yù)報(bào)大雨到暴雨，其中CMA-MESO、JAPANMR 預(yù)報(bào)了局部大暴雨量級，對玉林市中南部的暴雨、局部大暴雨過程有較好指示意義，與實(shí)況強(qiáng)降水落區(qū)形態(tài)最為接近的為JAPAN-MR 模式。廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)和中央氣象臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)桂東南暴雨，暴雨范圍預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，而地市氣象臺(tái)暴雨預(yù)報(bào)范圍偏小。廣西神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)桂東南有暴雨到大暴雨，大暴雨范圍預(yù)報(bào)有所偏大，預(yù)報(bào)效果優(yōu)于EC 細(xì)網(wǎng)格。對10 日20 時(shí)起報(bào)的12 h 降水，CMA-GFS 預(yù)報(bào)量級和雨區(qū)效果最差，EC 細(xì)網(wǎng)格、JAPAN-MR 和CMA-MESO、CMA-TYM 對12 h 強(qiáng)降雨均有預(yù)報(bào)，但預(yù)報(bào)量級明顯偏小、強(qiáng)降雨范圍偏小。表現(xiàn)較好的是CMA-MESO 和西南區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)（SWC-WARM）模式，均預(yù)報(bào)桂東南有暴雨到大暴雨、局部特大暴雨，但SWC-WARM 模式預(yù)報(bào)大暴雨和特大暴雨的范圍偏小。以CMA-MESO 預(yù)報(bào)最為接近實(shí)況，其對大暴雨以上落區(qū)范圍的把握都有很好的指示意義。中央氣象臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)玉林市降雨量級只有中到大雨，明顯漏報(bào)；廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)和地市氣象臺(tái)預(yù)報(bào)暴雨，預(yù)報(bào)量級偏小。廣西神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)桂東南有暴雨、局部大暴雨，預(yù)報(bào)效果優(yōu)于EC 細(xì)網(wǎng)格和上級指導(dǎo)預(yù)報(bào)。

（3）殘渦移動(dòng)緩慢、路徑復(fù)雜，在桂東南回旋打轉(zhuǎn)時(shí)間長，路徑預(yù)報(bào)難度非常大，這是導(dǎo)致強(qiáng)降水預(yù)報(bào)難度高的原因之一。

（4）強(qiáng)雨區(qū)與殘渦相對位置關(guān)系發(fā)生明顯變化。9 月8 日下午殘渦進(jìn)入桂東南地區(qū)時(shí)，前期強(qiáng)降雨區(qū)主要位于殘渦的東側(cè)，距離渦旋較遠(yuǎn)（150km 以上）；而9 月10 日之后隨著西南季風(fēng)的加強(qiáng)，強(qiáng)雨區(qū)逐漸靠近殘渦，位于殘渦東南側(cè)10～80 km 范圍內(nèi)，導(dǎo)致沿用前期的經(jīng)驗(yàn)和判識(shí)做預(yù)報(bào)時(shí)出現(xiàn)時(shí)間上的偏差。

3 “海葵”殘渦長久維持及其桂東南回旋原因分析

“海葵”停編后的殘渦移動(dòng)路徑可分為四個(gè)階段:第一階段是廣東境內(nèi)的西移為主路徑（6 日14 時(shí)至8 日14 時(shí)），移向相對穩(wěn)定，平均移速為9 km·h-1；第二階段是進(jìn)入桂東南附近的回旋路徑（8 日14 時(shí)至11 日02 時(shí)），移向復(fù)雜，移動(dòng)變慢，平均移速為7 km·h-1；第三階段是進(jìn)入南寧市偏西移動(dòng)路徑（11 日02 時(shí)至12 日02 時(shí)），移向相對穩(wěn)定，平均移速為9 km·h-1；第四階段是從崇左至防城港的南落路徑（12 日02 時(shí)至13 日08 時(shí)）。第二階段后期和第三階段前期的殘渦是造成桂東南強(qiáng)降雨的主要原因。下面具體分析“海葵”殘渦長時(shí)間維持以及進(jìn)入桂東南附近后出現(xiàn)回旋、移動(dòng)變慢的原因。

3.1 殘渦夾在兩高之間的鞍型場中

分析500hPa 多個(gè)時(shí)次的位勢高度場和流場的演變發(fā)現(xiàn)，影響殘渦移動(dòng)路徑的大型環(huán)流系統(tǒng)主要有: 大陸高壓、西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副高）、西南季風(fēng)及高空槽等。9 月6 日至11 日，后期在高空槽作用下，大陸高壓經(jīng)歷了由強(qiáng)盛到減弱的階段，位于菲律賓群島附近的海上副高則是逐漸西進(jìn)的過程，而西南季風(fēng)呈現(xiàn)出增強(qiáng)的趨勢。

9 月6 日下午至9 月8 日，臺(tái)風(fēng)“海葵”停編后幾乎處于500 hPa 大陸高壓588 dagpm 線內(nèi)部。從高度場和流場看，9 月8 日08 時(shí)殘渦的東側(cè)（菲律賓群島以東洋面）為≥590 dagpm 的副高，同時(shí)其西側(cè)（云南西部）和北側(cè)分別是≥588 dagpm 和≥590 dagpm 的大陸高壓，在東、西、北三面形成高壓壩阻攔，“海葵”被夾在其中，引導(dǎo)氣流較弱，移動(dòng)緩慢。由于“海葵”距離北側(cè)大陸高壓系統(tǒng)最近，因此其主要受北側(cè)大陸高壓南側(cè)偏東氣流引導(dǎo)，以緩慢西移為主。同時(shí)，位于日本島附近的第13 號(hào)臺(tái)風(fēng)（熱帶風(fēng)暴級）使大陸高壓和海上副高斷開，不能形成“虎口”狀形態(tài)，而出現(xiàn)鞍型場，這也是“海葵”移動(dòng)緩慢的原因之一。

9 月9 日至10 日，隨著北支槽東移南壓，大陸高壓形態(tài)發(fā)生明顯改變，原在湖北附近的大陸高壓強(qiáng)度減弱（由590 dagpm 減弱為588 dagpm）、面積減小，而海上副高在緩慢西進(jìn)，“海葵”被夾在大陸高壓和海上副高之間，北側(cè)的偏東引導(dǎo)氣流減弱，逐漸出現(xiàn)向南分量。10 日02 時(shí)至20 時(shí)，“海葵”處于鞍型場中，大陸高壓減弱使其南側(cè)氣壓梯度降低，從而導(dǎo)致“海葵”北側(cè)的偏東氣流減弱，而此時(shí)“海葵”南側(cè)的西南季風(fēng)增強(qiáng)，導(dǎo)致引導(dǎo)氣流出現(xiàn)轉(zhuǎn)換，這是“海葵”在桂東南地區(qū)出現(xiàn)回旋的環(huán)流背景。

9 月11—12 日四川附近高原橫槽逐漸轉(zhuǎn)豎，對“海葵”殘渦有向西偏北方向的吸引作用，從而使殘渦開始向西偏北方向移動(dòng)。12—13 日地面冷空氣南下影響，迫使殘渦逐漸南落，最后進(jìn)入北部灣。

可見，“海葵”殘渦前期為三面高壓壩阻攔，此時(shí)主要受大陸高壓南側(cè)偏東氣流引導(dǎo)緩慢西行，后夾在兩高之間的鞍型場中，大陸高壓減弱而西南季風(fēng)增強(qiáng)，引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)換，是“海葵”長久維持并長時(shí)間在桂東南回旋的環(huán)流背景。

3.2 東風(fēng)帶中緯向帶狀弱的垂直風(fēng)切變有利殘渦長時(shí)間維持

弱的垂直風(fēng)切變是熱帶氣旋在東風(fēng)帶里發(fā)生發(fā)展的基本條件之一［3］，風(fēng)速垂直切變對登陸臺(tái)風(fēng)長時(shí)間維持與穩(wěn)定發(fā)展有重要作用，850 hPa 和200 hPa 之間緯向風(fēng)速差小于10 m·s-1的垂直風(fēng)切變環(huán)境是臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展和維持的一個(gè)必要條件［7］。同時(shí)，當(dāng)垂直風(fēng)切變較小時(shí)，熱帶氣旋上下層渦度中心隨高度傾斜度較小，渦旋結(jié)構(gòu)比較對稱，從而有利渦旋系統(tǒng)的維持。

環(huán)境風(fēng)垂直切變通常采用200 hPa 與850 hPa 之間風(fēng)場的矢量差來計(jì)算［16］，這里參照PALMER 等［17］的求法，即:

式（1）中Shear200-850代表風(fēng)垂直切變，u200、v200和u850、v850分別代表200 hPa 和850 hPa 上的緯向和經(jīng)向風(fēng)速。本文采用ERA5 資料來進(jìn)行計(jì)算。

分析圖2“海葵”過程的垂直風(fēng)切變情況可知，6—11 日的絕大部分時(shí)間，弱的垂直風(fēng)切變區(qū)域與“海葵”移動(dòng)路徑基本吻合，大體呈東西緯向帶狀分布；“海葵” 移動(dòng)路徑的南側(cè)或北側(cè)約60 km 范圍內(nèi)Shear200-850≤10 m·s-1，在約30 km 范圍內(nèi)Shear200-850≤5 m·s-1。東風(fēng)帶中緯向帶狀弱的垂直風(fēng)切變也是“海葵”渦旋系統(tǒng)長時(shí)間維持的有利因素之一。

圖2 2023 年9 月8 日14 時(shí)（a）和10 日08 時(shí)（b）垂直風(fēng)切變（Shear200－850）（單位：m·s－1）疊加“海葵”移動(dòng)路徑，D 為相應(yīng)時(shí)次殘渦的位置

3.3 中低層“海葵”保持結(jié)構(gòu)相對完整的渦旋系統(tǒng)且有增強(qiáng)趨勢

圖3 為影響桂東南前期（9 月8 日）、中期（9 月9—10 日）、后期（9 月11 日）殘渦中心附近的流場、渦度場、散度場隨高度的分布特征情況。分析發(fā)現(xiàn)，前期（8 日8 時(shí)，圖3a）從地面到低層850 hPa 殘渦中心附近有較大正渦度（＞21×10-5s-1），中心隨高度向東南傾斜、傾斜度較小；在中低層（850～700 hPa之間）正渦度為15×10-5s-1，結(jié)構(gòu)較垂直；但在700～500 hPa 之間殘渦正渦度中心隨高度向東傾斜了約100 km，上層200 hPa 殘渦總體位于南亞高壓東部脊附近，為反氣旋式輻散區(qū)。中期（9—10 日，圖3b、圖3c）中低層殘渦中心附近最大正渦度增大到27×10-5s-1以上，且垂直性增強(qiáng)，在700～500 hPa 之間殘渦正渦度中心隨高度依舊向東有明顯傾斜。后期（9月11 日）基本維持這種結(jié)構(gòu)特征。

圖3 沿“海葵”中心流場、渦度（藍(lán)等值線，單位：10－5s－1）、散度（陰影，顯示≤0 s－1，單位：10 －5s－1）徑向垂直剖面圖

可見，“海葵” 在影響桂東南關(guān)鍵時(shí)期（9—10日）殘渦有增強(qiáng)趨勢，這可能與西南季風(fēng)增強(qiáng)并卷入到殘渦中心密切相關(guān)；在中低層（700 hPa 以下）“海葵” 幾乎保持垂直性良好、結(jié)構(gòu)相對完整的渦旋系統(tǒng)，即使在700～500 hPa 之間渦旋中心有明顯傾斜，但仍保持氣旋性正渦度，直到對流層上層才出現(xiàn)負(fù)渦度區(qū)和輻散區(qū)。因此，中低層氣旋式正渦度區(qū)有足夠的厚度，上層反氣旋式輻散疊加在中低層氣旋式正渦度之上；總體上殘渦的渦旋結(jié)構(gòu)相對完整，有利殘渦長時(shí)間維持。

3.4 始終與西南季風(fēng)連結(jié)及下游暖區(qū)為殘渦提供能量補(bǔ)給

對地面溫度場的分布進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，“海葵”移動(dòng)路徑下游地區(qū)的溫度比上游地區(qū)明顯偏高，如7 日14 時(shí)，“海葵”中心位于廣東佛山附近，溫度為26 ℃左右，而移動(dòng)方向的下游地區(qū)——廣西東南部溫度則高達(dá)30～34 ℃，殘渦移入溫度更高的環(huán)境中可以獲得能量補(bǔ)給，使渦旋暖心結(jié)構(gòu)得以維持。進(jìn)一步分析登陸后的低層流場和FY4A 紅外云圖的演變可知，“海葵”的東側(cè)和南側(cè)始終與西南季風(fēng)相連，季風(fēng)中旺盛的對流云團(tuán)卷入“海葵”殘渦的東側(cè)附近，特別是10 日隨著季風(fēng)的進(jìn)一步增強(qiáng)，季風(fēng)對流云團(tuán)直接卷入殘渦中心附近，低層西南季風(fēng)帶來的暖濕氣流為“海葵”維持和增強(qiáng)提供了很好的能量補(bǔ)給。

4 “海葵”殘渦特大暴雨成因

持續(xù)的水汽輸送和上升運(yùn)動(dòng)是暴雨發(fā)生的重要條件。殘渦與其他天氣（如冷空氣、高空槽、季風(fēng)和急流等）疊加容易使暴雨增幅。分析可知，9 月7—11日“海葵”殘渦影響華南時(shí)，受大陸高壓壩的阻擋，高空槽和冷空氣并沒有直接影響到華南，因此殘渦動(dòng)力因子的不對稱分布及與地形、季風(fēng)等的共同作用可能與此次強(qiáng)降水過程密切相關(guān)。

4.1 動(dòng)力因子不對稱分布與殘渦暴雨落區(qū)的關(guān)系

受風(fēng)垂直切變、地形摩擦、相鄰系統(tǒng)等影響，臺(tái)風(fēng)在登陸時(shí)和登陸后會(huì)表現(xiàn)出不對稱結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)又會(huì)造成暴雨落區(qū)的不對稱分布［8］。垂直速度、渦度、散度等動(dòng)力因子的不對稱分布在一定程度上決定暴雨的落區(qū)。分析“海葵”停編后至移動(dòng)影響廣西期間（9 月7—11 日）的殘渦結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，其從低層到中層依然保持渦旋結(jié)構(gòu)，且垂直結(jié)構(gòu)相對完整，但在低層等壓面上的垂直速度、渦度、散度分布是不對稱的，負(fù)垂直速度區(qū)主要分布在東側(cè)，負(fù)散度區(qū)主要分布在東側(cè)和北側(cè)，正渦度區(qū)主要分布在北側(cè)和東側(cè)，這種不對稱分布在移動(dòng)過程中不斷發(fā)生變化，進(jìn)而造成暴雨落區(qū)相對殘渦中心的位置關(guān)系也隨之發(fā)生改變，使暴雨預(yù)報(bào)難度加大。

邊界層輻合抬升動(dòng)力條件對華南暴雨至關(guān)重要。由各動(dòng)力場疊加流場及降水量分析動(dòng)力因子分布與殘渦的相對位置關(guān)系的變化，以及強(qiáng)雨區(qū)與各動(dòng)力因子的對應(yīng)關(guān)系（圖4）發(fā)現(xiàn):（1）9 月8 日08 時(shí)殘渦移至廣東省羅定市境內(nèi)，而05—11 時(shí)的6 h 降水量主要出現(xiàn)在珠三角地區(qū)，強(qiáng)降水落區(qū)主要位于殘渦東側(cè)約150 km 處。此時(shí)，殘渦的東側(cè)西南季風(fēng)氣流與偏東氣流匯合在珠三角地區(qū)，形成輻合漸近線，對應(yīng)邊界層最強(qiáng)散度≤-15×10-5s-1，輻合強(qiáng)烈（圖4b1）；附近對應(yīng)均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)（圖4a1，垂直速度≤-1 Pa·s-1）和正渦度大值區(qū)（圖4c1）。珠三角地區(qū)的強(qiáng)降水帶與輻合漸近線的走向幾乎一致，也進(jìn)一步證實(shí)了殘渦東側(cè)較遠(yuǎn)的地方邊界層西南季風(fēng)與偏東氣流兩支氣流匯合形成的輻合漸近線是引發(fā)強(qiáng)降水的主要抬升動(dòng)力條件。而殘渦中心輻合和垂直速度都非常弱，因而并無強(qiáng)降水發(fā)生。（2）殘渦在桂東南回旋打轉(zhuǎn)后，10 日20 時(shí)中心移至六萬山的西側(cè)附近，此時(shí)強(qiáng)雨區(qū)主要發(fā)生在殘渦東南側(cè)約50 km 的玉林市，該市進(jìn)入最強(qiáng)降水時(shí)段，強(qiáng)降水落區(qū)與渦旋中心距離明顯縮短；強(qiáng)降水主要發(fā)生在邊界層殘渦的東南側(cè)西南季風(fēng)與東南氣流匯合形成的輻合漸近線附近，兩支氣流的匯合區(qū)伴隨有負(fù)的散度（圖4b2）、正的渦度（圖4c2）以及上升運(yùn)動(dòng)（圖4a2，垂直速度約為-0.5 Pa·s-1）。可見，殘渦東南側(cè)西南季風(fēng)與東南氣流的輻合是引發(fā)桂東南強(qiáng)降水的主要?jiǎng)恿μ龡l件。

圖4 各動(dòng)力場疊加925 hPa 流場及相應(yīng)時(shí)次前后6 h 降水量（mm，陰影），D 為殘渦的位置，藍(lán)色等值線為風(fēng)速大小（顯示≥10 m·s－1）。

綜上所述，殘渦附近動(dòng)力因子分布是不對稱的。在強(qiáng)降水影響珠三角地區(qū)時(shí)，由于暖濕的西南季風(fēng)和偏東氣流的卷入?yún)R合形成的輻合漸近線在東側(cè)（這兩支氣流夾角較大，偏東氣流較強(qiáng)），造成殘渦東側(cè)較遠(yuǎn)的地方出現(xiàn)強(qiáng)水汽輻合抬升，造成珠三角地區(qū)強(qiáng)降水雨強(qiáng)強(qiáng)、范圍大。而殘渦進(jìn)入玉林后，殘渦東南側(cè)的輻合漸近線趨于靠近殘渦中心，因此強(qiáng)降水落區(qū)也靠近殘渦中心，殘渦在桂東南長時(shí)間的回旋停留、卷入西南季風(fēng)與東南風(fēng)輻合是造成桂東南極端強(qiáng)降水的主要原因。

4.2 季風(fēng)水汽源源不斷卷入

分析925 hPa 水汽通量及散度可知（圖5a），9 月8 日08 時(shí)的主要水汽輸送來源是南海海面，水汽通量大值區(qū)出現(xiàn)在廣東省中部，廣東暴雨區(qū)水汽通量達(dá)10～24 g·cm-1·hPa-1·s-1；而在11 日02 時(shí)（圖5b）水汽輸送來源為北部灣海面和南海海面，桂東南暴雨區(qū)水汽通量達(dá)14～20 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽通量散度均為負(fù)值。可見，“海葵”殘渦東側(cè)從南海或北部灣海面上季風(fēng)水汽源源不斷地卷入和輻合，有利強(qiáng)降水發(fā)生。

圖5 925 hPa 水汽通量及水汽通量散度

4.3 SA 雙偏振雷達(dá)回波特征

“海葵”殘渦進(jìn)入玉林市境內(nèi)后與玉林雷達(dá)站最短距離僅30km，桂東南的強(qiáng)降水回波完全在雷達(dá)最佳覆蓋范圍內(nèi)，對回波移動(dòng)發(fā)展能進(jìn)行很好的觀測。分析反射率因子發(fā)現(xiàn)（圖6a），9 月10 日傍晚開始影響桂東南的強(qiáng)降水回波位于“海葵”殘渦的東南側(cè)，強(qiáng)降水回波呈現(xiàn)渦旋狀螺旋雨帶，大部回波反射率因子強(qiáng)度達(dá)30 dBZ 以上，最大為53 dBZ，為積層混合云降水回波，鑲嵌有明顯的對流降水回波。北部灣海面有西南季風(fēng)云團(tuán)不斷卷入，圍繞殘渦中心在東南側(cè)的西南風(fēng)與東南風(fēng)輻合區(qū)內(nèi)不斷有回波生成發(fā)展形成螺旋雨帶，從北海市至博白縣強(qiáng)降水回波向東北偏北方向移動(dòng)，從博白縣至興業(yè)縣回波轉(zhuǎn)為西北偏北方向移動(dòng)經(jīng)過同一個(gè)地方形成“列車效應(yīng)”長時(shí)間影響桂東南地區(qū)，導(dǎo)致連續(xù)長時(shí)間的短時(shí)強(qiáng)降水。從反射率（圖6d）和KDP剖面圖（圖6e）來看，40 dB 和0.5°·km-1以上的強(qiáng)降水回波幾乎都出現(xiàn)在5 km 高度以下，回波質(zhì)心較低，降水效率較高，屬于熱帶降水型回波。相比反射率因子，KDP與降水率成正比，可用來估測降水，KDP對降水估算具有明顯優(yōu)勢；ZDR值與雨滴直徑密切相關(guān)；而CC 反映了降水粒子的均一性。本次強(qiáng)降水回波的強(qiáng)反射率因子45～52 dBZ 區(qū)（圖6a），KDP在1～2°·km-1之間（圖6b），ZDR最大在0.5～2 dB 之間（雨滴直徑不大，圖6c），CC 幾乎都在0.98 以上（粒子均一性良好），對應(yīng)最大分鐘雨強(qiáng)約為1～1.4 mm·min-1之間。此次殘渦引發(fā)的桂東南強(qiáng)降水為積層混合降水回波、雨滴直徑不大、粒子均一性良好、雨強(qiáng)不算太大、但持續(xù)時(shí)間長是類似臺(tái)風(fēng)熱帶型降水的一種特征。

5 結(jié)論與討論

通過對臺(tái)風(fēng)“海葵”殘渦復(fù)雜路徑、長久維持原因及引發(fā)廣西特大暴雨成因的分析，得到以下主要結(jié)論:

（1）“海葵”殘渦生命史較長，移動(dòng)緩慢、路徑復(fù)雜、一度出現(xiàn)回旋，引發(fā)桂東南極端強(qiáng)降水，多地氣象站打破建站以來歷史極值，歷史罕見。數(shù)值模式對“海葵”殘渦移動(dòng)路徑、渦旋強(qiáng)度以及強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的分歧較大、總體上CMA-MESO 預(yù)報(bào)效果較好。殘渦移動(dòng)過程中強(qiáng)雨區(qū)與殘渦相對位置關(guān)系發(fā)生變化，導(dǎo)致殘渦強(qiáng)降水預(yù)報(bào)普遍偏少、預(yù)報(bào)難度大。

（2）“海葵”殘渦前期受到北、東、西三面高壓壩阻攔，此時(shí)主要受北側(cè)大陸高壓南側(cè)的弱偏東氣流引導(dǎo)，緩慢西移。后期夾在兩高之間的鞍型場中，大陸高壓減弱而西南季風(fēng)增強(qiáng)，導(dǎo)致引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)換，是“海葵”在桂東南地區(qū)回旋的環(huán)流背景。

（3）東風(fēng)帶中緯向帶狀弱的垂直風(fēng)切變，“海葵”渦旋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在中低層保持相對完整且有增強(qiáng)趨勢，殘渦東側(cè)始終與西南季風(fēng)相連及下游暖區(qū)為殘渦提供較好的能量補(bǔ)給，是殘渦長時(shí)間得以維持的有利因素。

（4）南海和北部灣海面的季風(fēng)水汽源源不斷地從東側(cè)輸送進(jìn)入“海葵”殘渦中，兩支氣流匯合，有利強(qiáng)降水的發(fā)生。散度、垂直速度、渦度等動(dòng)力因子呈現(xiàn)不對稱分布，且隨著殘渦移動(dòng)而發(fā)生變化，導(dǎo)致殘渦強(qiáng)降水落區(qū)位置發(fā)生相應(yīng)變化。暖濕的西南季風(fēng)和偏東氣流的卷入?yún)R合形成的輻合漸近線位于東側(cè)的廣東中部，強(qiáng)水汽輻合抬升導(dǎo)致廣東中部出現(xiàn)極端強(qiáng)降水。而殘渦進(jìn)入玉林后，殘渦東南側(cè)的輻合漸近線趨于靠近殘渦中心，殘渦在桂東南回旋、長時(shí)間停留以及卷入的西南季風(fēng)與東南風(fēng)的輻合是造成桂東南特大暴雨的主要原因。

（5）此次強(qiáng)降水回波為積層混合云降水回波，伴有明顯對流降水回波，回波質(zhì)心低，降水效率高，屬于熱帶降水型回波。北部灣海面有西南季風(fēng)云團(tuán)不斷卷入殘渦東南側(cè)，同時(shí)圍繞殘渦中心在東南側(cè)不斷有回波生成發(fā)展北移形成螺旋雨帶。螺旋雨帶經(jīng)過同一個(gè)地方形成“列車效應(yīng)”長時(shí)間影響桂東南，導(dǎo)致桂東南出現(xiàn)長時(shí)間的短時(shí)強(qiáng)降水。