北上臺風引發錦州連續性暴雨的成因分析

徐玉秀 蔣姍姍 張 璇 周福然 曲梓祎 姜 文

（1.錦州市氣象局，遼寧 錦州 121000；2.通遼市氣象局，內蒙古 通遼 028000；3.遼寧省氣象臺，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

臺風和暴雨是我國沿海地區夏季主要的災害性天氣系統，臺風災害多是由大風、暴雨和風暴潮等引起的，會對人民的生命財產造成嚴重威脅［1］。臺風北上與冷空氣相互作用，通常會產生大范圍暴雨天氣。狄利華等［2］研究表明冷空氣入侵臺風環流，觸發不穩定能量釋放，使位能轉化為動能，對觸發暴雨也有重要作用。蔣小平等［3］研究指出，環境流場輸送暖濕氣流為暴雨區補充不穩定能量和水汽，對暴雨的產生起到了十分重要的作用。雖然目前相關學者對臺風暴雨的研究較為廣泛，但由于臺風暴雨的影響因子較多，成因復雜，影響東北地區的臺風又相對較少，因此對臺風的路徑、強度及冷空氣作用下臺風倒槽的斜壓發展及降水落區和強度的預報一直以來都是天氣預報工作中的難點，需通過總結分析東北地區臺風暴雨的成因，不斷提高臺風暴雨精細化預報能力。

1 降水實況特征

2019 年8 月10 日05 時至15 日08 時，錦州地區出現總降水量達暴雨到大暴雨，局部特大暴雨天氣。此次降水過程的特點為：①持續時間長。受西風帶冷空氣和副熱帶高壓影響，錦州地區自10日05時開始出現降水，11 日08 時開始，受臺風“利奇馬”外圍云系等連續影響，降水截至15 日00 時結束，累計時長為115 h；②累計雨量大。錦州地區平均降水量為129 mm，全市109個氣象觀測站，全部出現降水，其中累計降水量最大為253.5 mm，出現在凌海市大業鎮，累計降水量超過200 mm的有32個站，累計降水量在100～200 mm之間的有66個站，其他各站累計降水量在50～100 mm 之間（如圖1 所示）。③風雨齊上陣。受臺風影響，降水期間同時還出現了大風天氣，錦州地區陸地出現東北風5～6 級，陣風7～8 級；渤海北部海域出現東北風6～7 級，陣風8～9 級。④致災程度高。此次錦州地區暴雨評估為一級暴雨災害，屬最嚴重級別。

圖1 錦州市8月10日00時至15日08時降雨量分布

2 環流形勢演變分析

8 月10 日、12 日和13 日08 時500 hPa、850 hPa位勢高度場和風場如圖2所示。由圖2可知，10日08時，500 hPa 高空圖上副熱帶高壓偏東，遼寧地區受副高外圍影響，西風槽位于河套中東部，中低空相應存在切變線和西南急流，與200 hPa高空急流分散區相耦合，提供了充足的水汽輸送和較好的輻合上升條件，錦州地區自南向北逐漸出現降水天氣。11 日08 時南亞高壓東退南落，臺風由出流區進入入流區，輻散條件變差，副熱帶高壓偏東引導氣流較弱，西風槽東移南壓，槽線位于內蒙古東部，熱帶風暴減弱北上，雨帶螺旋移至大連地區，并入高空槽。12日08時，500 hPa 中緯度無明顯西風槽槽前引導氣流，10 號臺風“羅莎”使副熱帶高壓長時間穩定，西側大陸高壓強，東西兩高對峙，前進方向周圍都是比較明顯的高壓（鞍形場），形勢穩定，北側的內蒙古有東北-西南向阻塞高壓，“利奇馬”移速變慢，850 hPa臺風暖濕切變北抬逐漸影響遼寧中西部地區，錦州處于切變的右前方，配合地面倒槽輻合，動力條件非常有利，850 hPa 上東南急流建立，順著臺風環流在遼寧中部上空明顯輻合，帶來源源不斷的水汽輸送，錦州地區出現較強降水。12 日20 時“利奇馬”在山東半島北部萊州灣西折回旋，強度進一步減弱。13 日08 時，臺風倒槽與西風帶高空槽結合，高空槽后的冷空氣與臺風攜帶的暖濕水汽相遇，冷暖空氣勢力相當，切變維持少動，錦州地區出現第三階段降水。14日20時系統移至遼寧東部，錦州降水陸續結束。

圖2 8月10日08時、12日08時、13日08時500 hPa、850 hPa位勢高度場和風場

3 暴雨成因分析

3.1 暴雨的水汽條件診斷

充分的水汽是產生暴雨的必要條件之一。從此次強降水第一階段來看，850 hPa 西南氣流逐漸加強，將渤海的水汽輸送到錦州地區，分析850 hPa 水汽通量散度場可以發現，強降水落區基本與水汽通量散度大值區相吻合。10 日08 時錦州地區處于水汽通量散度較強負值區內，表明此時水汽在錦州地區有強輻合，錦州處于強降水階段。10 日20 時，水汽通量散度負值區移出錦州，降水減弱。11日08時開始受減弱臺風“利奇馬”影響，錦州地區進入第二階段降水，水汽通道集中在臺風“利奇馬”的東北側，副熱帶高壓西側。12日08時，隨著臺風“羅莎”西移，其外圍輸送的水汽帶與“利奇馬”水汽通道打通，黃渤海水汽通道建立，兩個臺風為遼寧地區輸送豐富的水源（如圖3 所示），此時錦州地區處于水汽輻合區，低層水汽通量達18～20 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽通量散度達-30 g·cm-2·hPa-1·s-1，850 hPa 比濕達14 g/kg，達到了區域性暴雨閾值。12日20時，云帶減弱移除，降水趨于結束，錦州地區又一次進入降水間歇期。13 日08 時，西風槽后部冷空氣南下，與臺風輸送的暖濕空氣結合，錦州地區進入第三階段降水，降水期間水汽通量及水汽通量散度明顯增強，錦州地區降水加強。13日20時，隨著“利奇馬”進一步減弱，水汽通量散度負值區逐漸移出錦州地區，錦州降水基本趨于結束。

圖3 8月12日08時850 hPa水汽通量和水汽通量散度

3.2 動力條件分析

一次暴雨的發生發展，較強的上升運動是必不可少的。錦州站時間垂直剖面如圖4 所示。由圖4可知，10日06時錦州為水汽高值中心，達到20 g/kg，良好的水汽條件一直持續到11 日06 時，錦州上空維持較高的水汽水平，因此，只要抬升觸發系統存在，即使系統不明顯，也會導致錦州地區產生明顯的降水過程。11 日08 時后，水汽條件減弱，低層動力條件仍一般，11 日白天錦州地區降水強度減弱。12 日錦州上空氣團的垂直運動速度存在增強的趨勢，但低層仍維持弱輻散，錦州地區出現一定程度的降水，但降水強度較10 日較小。然而12 日傍晚，低層水汽條件存在增強趨勢，18 時出現水汽的高值中心，比濕值達到15 g/kg，同時大氣低層對應一定的上升運動，低層有輻合，12 日傍晚到13日降水強度逐漸增強，13 日夜間至14 日凌晨，水汽、垂直條件逐漸減弱，上升運動速度減弱，對應錦州地區降水強度逐漸減弱直至停止。

圖4 錦州站時間垂直剖面

3.3 冷空氣的影響

冷空氣侵入臺風外圍，使得中小尺度對流系統發展旺盛，可以大幅度增加臺風外圍及倒槽的降水，產生強降水天氣［4-5］，由環流形勢可知，10 日08 時，受西風帶冷空氣與副熱帶高壓西側的暖濕氣流共同影響，錦州地區出現強降水天氣。13日08時，500 hPa中緯度西風帶系統較弱，850 hPa上臺風主體與暖中心分離，逐漸有弱冷空氣從底層卷入使臺風“利奇馬”斜壓發展，冷空氣侵入臺風內部，使其結構破壞，導致利奇馬減弱北上，進而回旋消亡，冷暖空氣對峙造成遼寧中西部輻合加強、切變維持少動，延長了降水時間，形成了長時效穩定性降水。

4 結論

①受西風帶冷空氣、副熱帶高壓以及減弱臺風“利奇馬”外圍云系等連續影響，錦州地區此次暴雨過程持續時間長、累計雨量大、風力較強、致災程度高，總降水量達暴雨到大暴雨量級，局部特大暴雨。

②高層輻散、低層輻合的高低空配置有利于垂直上升運動發展，產生強降水。副熱帶高壓偏東，引導氣流較弱，西側大陸高壓強，東西兩高對峙，移速較慢，“羅莎”外圍輸送的水汽帶與“利奇馬”水汽通道打通，黃渤海水汽通道建立，兩個臺風為遼寧地區輸送源源不斷的水汽和能量補充，為此次暴雨持續時間長、累計雨量大提供有利條件。

③冷空氣從底層卷入使臺風“利奇馬”結構破壞，減弱填塞，斜壓發展，冷空氣雖然縮短了臺風生命史，卻是造成本次暴雨“長時效”特點的關鍵。