Analysis of the Prolonged Maintenance and the Accompanying Widespread Precipitation of Typhoon Chaba2203Remnant after Landfall

  • Longsheng LIU ,
  • Yinglong XU
Expand
  • National Meteorological Center,Beijing 100081,China

Received date: 2023-06-02

  Revised date: 2023-09-26

  Online published: 2024-06-03

Abstract

We conducted a comprehensive analysis on the causes of prolonged maintenance and widespread precipitation after the landfall of Typhoon Chaba, using the best track data from the Shanghai Typhoon Research Institute of the China Meteorological Administration, the FNL 0.25°×0.25° reanalysis data and the NOAA 0.5°×0.5° global daily precipitation data.The results show that the main moisture source of the remnant of Chaba in the first phase (3-4 July) was the southerly low-level jet, and the second phase (5-6 July) it was mainly the combination of the southerly low-level jet and the boundary layer easterly jet, which resulted in a rare entire atmosphere precipitable water of 75 mm.The vertical wind shear and water vapor convergence formed by the coupling of the double low-level jets provided favorable dynamic conditions for the occurrence and maintenance of heavy rainfall.A cold pool was formed near the surface to the west of the vortex with the intrusion of cold air, which caused the Chaba remnant to gradually degenerate into an extratropical cyclone with a significant increase in baroclinic kinetic energy.In the view of potential divergence diagnosis, we found that as the Chaba remnant kept moving northward to approach the subtropical westerly jet, the vertical wind shear at high and low levels increased.The cold air carried by the high-altitude cold vortex turns the Chaba residual vortex to baroclinic system.The easterly wind jet in the boundary layer increased the instability of the layer below 850 hPa, which provided unstable energy conditions for the occurrence and maintenance of heavy rainfall.

Cite this article

Longsheng LIU , Yinglong XU . Analysis of the Prolonged Maintenance and the Accompanying Widespread Precipitation of Typhoon Chaba2203Remnant after Landfall[J]. Plateau Meteorology, 2024 , 43(3) : 683 -695 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00076

1 引言

中国每年有7~8个台风登陆, 登陆台风带来的强风暴雨、 风暴潮、 洪水、 山体滑坡、 泥石流等灾害通常会造成重大人员伤亡和财产损失(端义宏, 2015)。一般而言, 台风登陆以后会因陆面摩擦而逐渐消亡, 但是也有能在陆地上面维持较长时间的台风。7503号台风“莲娜”深入内陆数日, 造成了著名的“75·8”河南特大洪水, 直接导致数万人失去生命。1710号台风“海棠”从福建登陆以后逐渐转向偏西转偏北方向移动, 在陆地上维持了将近4天, 其残涡给东北地区带来了大范围的暴雨天气(任丽等, 2018)。0604号台风“碧利斯”从福建登陆以后一路穿过江西、 湖南和广西等省最后在越南境内减弱消亡, 在陆地上维持时间近4天, 其维持期间与一条西南低空急流长时间保持联结(李英等, 2005)。0509号台风“麦莎”登陆以后两条持续维持的水汽输送通道是其强度保持的能量来源(冀春晓等, 2007), 并且“麦莎”还从中高层环境中获得动能。Wei and Li(2013)研究指出, 0414号台风“云娜”残涡经过江西境内时, 陆表水体会形成水汽和能量的正反馈, 从而使其环流维持。
陈联寿(1998)指出, 登陆台风在以下几种环流条件下将维持较长时间: (1)台风环流保持一定的水汽供给; (2)台风环流中存在活跃的中尺度对流活动; (3)弱冷空气侵入台风环流引起变性; (4)登陆台风环流移入一个高空辐散区之下。Thorncroft and Jones(2000)研究指出, 登陆台风从中纬度获得斜压能量后, 其减弱后的低压能够继续在陆地上维持。9711号台风“芸妮”深入中国内陆变性后在高空槽的作用下变性加强(李英等, 2006), 并产生了强降水。中层和低层干冷空气的入侵有利于动力配置的增强和维持, 从而促进强降水的发生(张雪蓉等, 2021)。
由此可见, 低纬度热带气旋北上以后在有利的条件下与中高纬度系统发生相互作用容易引发大范围的降水(孙莎莎等, 2023)。2022年的第3号台风“暹芭”7月2日从广东登陆以后一路北上, 3日减弱为热带低压, 中央气象台4日00:00(世界时, 下同)对“暹芭”停止编号, 但是其残余环流一直持续到7日夜间, 并且先后在我国华中、 华东、 华北和东北地区引发了大范围的强降水过程。“暹芭”在陆地上维持的时间将近4天, 并且南北跨度很大, 历史罕见。登陆台风的降水预报一直是业务中的难点问题, 尤其是降水的落区和强度, 一方面是受其路径预报不确定性的影响, 另一方面在不同天气系统以及下垫面影响下降水的不确定性也非常大。本文通过分析“暹芭”环流在陆地上活动期间的环境场特征来研究其在陆地上长时间维持的成因以及产生强降水的机理, 希望加深对登陆台风风雨影响的理解。

2 资料来源和方法介绍

采用中国气象局上海台风研究所最佳路径数据; 降水资料采用NOAA 0.5°×0.5°全球日降水数据; 环流背景场(位势高度场、 温度场、 风场、 湿度场)来自于美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)的FNL全球再分析资料(Final Operational Global Analysis), 时间分辨率为 6 h, 水平分辨率为 0.25°×0.25°, 垂直方向上从1000 hPa到1 hPa共21层。
层结稳定度倾向方程
t θ e p = - u θ 2 θ e x p + v θ 2 θ e y p + ω θ 2 θ e p 2 + M
等压坐标系位势散度(冉令坤等, 2021
M = - u p θ e x - v p θ e y + u x + v y θ e p
式中: θ e为相当位温; 右端第一项 - u p θ e x - v p θ e y为垂直切变项, 代表热成风对相当位温的平流; 右端第二项 u x + v y θ e p为散度项表示水平散度和位势稳定度的耦合效应。层结稳定度的水平平流项 - u θ 2 θ e x p + v θ 2 θ e y p和垂直平流项 - ω θ 2 θ e p 2在对流层中低层大部分相互抵消(冉令坤等, 2021), 所以 M作为层结稳定度变化的主要强迫项。当 M小于0时, 有利于层结稳定度的增强, 当 M大于0时, 有利于不稳定层结的建立。

3 暹芭活动概述

3.1 路径和降水实况

“暹芭(Chaba)” 于2022年6月30日在南海中部生成[图1, 本图及文中涉及的地图是基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1563号的标准地图制作, 底图无修改], 7月2日00:00加强为台风级, 07:00前后在广东电白登陆, 登陆时中心附近最大风力有12级(台风级, 35 m·s-1), 2日夜间以强热带风暴级的强度移入广西境内, 3日下午在广西北部减弱为热带低压, 4日00:00前后进入湖南并停止编号, 之后残余环流继续北上, 相继影响华中、 华北及东北等地。“暹芭”是1949年以来首个登陆广东以后由广西移入湖南、 湖北继续北上的台风。受“暹芭”减弱以后残余环流影响, 湖南、 江西西部和南部、 湖北中部、 河南中东部、 苏皖北部、 山东中西部出现暴雨, 河南、 安徽、 山东等地日雨量达到大暴雨量级(100~250 mm)(图2), 5日降水量增幅明显, 并且强降水主要发生在“暹芭”移动路径的左侧[图2(b)]。本次降水过程持续时间长, 小时雨量大[图2(e)], 湖南、 湖北、 江西、 安徽、 河南和山东部分站点降水持续时间超过72 h, 小时雨量超过50 mm, 其中安徽宿州泗县7月5日11:00降雨强度达到107 mm·h-1(小时雨量的数据来源于中国气象局地面观测站)。
图1 暹芭全路径图

Fig.1 The track of Chaba

图2 2022年7月4 -6日逐日降水量分布(a~d, 单位: mm) 及安阳站、 信阳站5日00:00 -12:00逐小时降雨强度(e)

为“暹芭”残涡的位置

Fig.2 The distribution of daily precipitation in different stages from 4 to 6 July 2022 (a~d, unit: mm) and hourly rainfall of Anyang station and Xinyang station from 00:00 to 12:00 on 5 July 2022 (e).The symbols for the locations of Chaba remnant

3.2 环流背景

本文着重研究“暹芭”减弱为热带低压以后在陆地上维持的阶段(3 -6日)。3日12:00 [图3(a)], “暹芭”的环流已经并入西风槽, 向偏北方向移动, 850 hPa大气比湿超过16 g·kg-1, 低层湿度条件很好, 迟静等(2021)研究发现850 hPa比湿增大到14 g·kg-1以上时降水显著加强。此时位于“暹芭”东侧的台风“艾利”(2204)正沿着西太平洋副热带高压边缘向偏北方向移动, “暹芭”和“艾利”的距离超过1500 km, 并没有发生明显的互旋。4日00:00 [图3(b)], “暹芭”的环流依旧呈现对称结构, 850 hPa大气比湿超过16 g·kg-1, “艾利”开始转向东北方向移动, 并且环流开始变得不对称。5日00:00 [图3(c)], 由于“艾利”已经登陆日本九州岛, 此时西太平洋副热带高压开始东移, “暹芭”所处的西风槽发生后倾, 环流开始变得不对称, 但是850 hPa比湿超过16 g·kg-1, 低层大气湿度条件依旧很好。5日12:00 [图3(d)], 西太平洋副热带高压进一步西进, 不断有来自海上的偏南风向“暹芭”活动区域汇入, 一条自低纬度洋面向中高纬度的水汽通道开始建立, 850 hPa大气比湿超过20 g·kg-1, 低层大气湿度条件进一步转好。6日00:00 [图3(e)], “暹芭”所处的西风槽经向度显著加深, 这是由于高空冷涡发展, 中高纬度冷空气向南入侵, “暹芭”东侧维持着一条来自孟加拉湾、 西北太平洋和南海的水汽通道, 低层大气湿度条件依旧很好。6日夜间, “暹芭”移入渤海, 至7日00:00 [图3(f)], “暹芭”减弱后的低压在陆地上已经维持了超过3天, “暹芭”南侧的水汽通道持续向其活动区域输送水汽, 这是“暹芭”持续维持和影响的重要因素。
图3 2022年7月3 -7日500 hPa位势高度场(等值线, 单位: dagpm)、 风场(矢量, 单位: m·s-1, 风速≥ 6 m·s-1)和850 hPa比湿(阴影, 单位: g·kg-1

Fig.3 Geopotential height (contour, unit: dagpm) and winds field (vector, unit: m·s-1, wind speed ≥ 6 m·s-1) at 500 hPa, specific humidity at 850 hPa (the shaded, unit: g·kg-1) from 3 to 7 July 2022

4 “暹芭”残涡的水汽和能量来源

低空急流(850 hPa风速≥8 m·s-1)一方面可以带来暖湿空气, 提供暴雨发生的水汽条件(Nie et al, 2022), 另一方面暖湿空气和垂直风切变可以提供暴雨发生的对流能量(Chen et al, 1994)。低空急流形成的垂直次级环流对暴雨的落区和强度都有很大影响(Chen et al, 2017Du and Chen, 2019)。3日12:00[图4(a)], 来自孟加拉湾的西南季风经过南海流转以后汇入到“暹芭”环流之中, 形成一条显著的低空急流输送带, 在孟加拉湾和南海可以看到两个水汽通量的大值中心26 g·hPa-1·cm-1·s-1和23 g·hPa-1·cm-1·s-1。4日00:00 [图4(b)], “暹芭”南侧依旧连接着低空急流, 水汽通量达到33 g·hPa-1·cm-1·s-1, 源源不断的水汽持续向我国华南地区输送。5日00:00 [图4(c)], “暹芭”已经移入湖北境内, 低层环流依旧完整, 低空急流形成的水汽输送在“暹芭”东侧形成水汽通量大值区32 g·hPa-1·cm-1·s-1。5日12:00[图4(d)], 随着西太平洋副热带高压的西移, 在“暹芭”东侧形成一条偏东风急流, 此时有两条水汽通道与“暹芭”相连。6日00:00 [图4(e)], “暹芭”移至安徽北部, 尽管长时间在陆地上移动, 但是孟加拉湾季风和西太平洋副热带高压结合而成的强低空急流形成一支汇入“暹芭”的水汽通道, 水汽通量最大达到37 g·hPa-1·cm-1·s-1, 弥补了地面摩擦带来的能量损耗。7日00:00 [图4(f)], “暹芭”位于渤海海峡, 此时来自海上的水汽输送依旧强盛, 这使得“暹芭”的环流依旧保持的较为完整。
图4 2022年7月3 -7日850 hPa高度场(等值线, 单位: dagpm)、 风场(矢量, 单位: m·s-1, 风速≥ 8 m·s-1)和水汽通量场(阴影, 单位: g·hPa-1·cm-1·s-1

Fig.4 Geopotential height (contour, unit: dagpm), winds field (vector, unit: m·s-1, wind speed ≥ 8 m·s-1) and water vapor flux at 850 hPa (the shaded, unit: g·kg-1) from 3 to 7 July 2022

“暹芭”在陆地上的长时间维持离不开持续的水汽输送。从过台风中心4°×4°正方形区域(图4中红色方框)四个方向的水汽通量垂直剖面图来看, 3日12:00 [图5(a)], 南边界水汽输送在整层都表现为流入, 并在950 hPa达到最大5.5 g·hPa-1·cm-1·s-1, 这主要是由低空急流带来的水汽输送造成的。东边界和西边界的水汽通量在850 hPa以下表现为流入, 东边界和北边界在850 hPa以上表现为流出, 四个边界的净水汽通量在850 hPa以下表现为净流入, 以上表现为净流出。4日00:00 [图5(b)], 南边界水汽通量依旧在整层表现为流入, 950 hPa流入水汽通量达到最高5.1 g·hPa-1·cm-1·s-1, 此时西边界也在整层表现为净流入, 并在850 hPa达到最大0.7 g·hPa-1·cm-1·s-1, 这分别由边界层低空急流和低空急流造成, 净水汽通量在600 hPa以上表现为流出, 这主要是北边界和东边界的净流出导致。5日00:00 [图5(c)], 南边界和西边界在整层依旧表现为净流入, 南边界流入水汽通量的峰值从950 hPa抬升至850 hPa, 并减小至4 g·hPa-1·cm-1·s-1, 西边界水汽通量峰值从850 hPa抬升至800 hPa, 因北边界和东边界的水汽流出, 水汽通量在600 hPa以上表现为净流出。5日12:00 [图5(a)], 西边界和南边界水汽通量依旧在整层表现为净流入, 南边界流入水汽通量减少至2.7 g·hPa-1·cm-1·s-1, 由于偏东风低空急流的建立, 东边界水汽通量在800 hPa以下表现为流入, 并在975 hPa达到最大2.8 g·hPa-1·cm-1·s-1, 由此可见低层东风急流的建立开始对“暹芭”残涡产生重要影响。净水汽通量依旧在600 hPa以下表现为流入, 在以上表现为流出。6日00:00 [图5(e)], 低层850 hPa以下水汽通量的流入均减少, 整层净水汽流入也降低。7日00:00 [图5(f)], 四个边界在850 hPa以下都有水汽通量流入, 尤其是在边界层950 hPa表现得更加显著, 此时净水汽通量在750 hPa以下表现为净流入, 并在950 hPa达到最大。从净水汽通量的垂直分布可见, 低空急流形成的边界层水汽通量输送对“暹芭”在陆地上的长时间维持具有重要贡献, 第一阶段(3 -4日)主要是偏南风低空急流, 第二阶段(5 -6日)主要是偏南风低空急流和偏东风低空急流共同作用。
图5 2022年7月3 -7日台风中心4°×4°正方形区域四个边界的水汽通量垂直剖面

Fig.5 Vertical profiles of water vapor flux across the four boundaries of the 4°×4° square area of the typhoon center from 3 to 7 July 2022

过“暹芭”中心绘制涡度和假相当位温的纬向剖面图。3日12:00 [图6(a)], “暹芭”东侧800 hPa以下有显著的东南风入流, 高层200 hPa形成显著的出流, “暹芭”中心附近形成强的上升运动, 使得高层不断增暖, 中心气压降低, 气旋性涡度较大。4日00:00 [图6(b)], “暹芭”东侧850 hPa以下依旧有显著的入流, 并不断爬升, 促使对流发展释放凝结潜热, 使得“暹芭”中心维持低气压, 上升运动显著的区域同样对应着涡度的大值区。“暹芭”的高层出流同样较好, 在垂直方向上延伸到200 hPa高度, 这也有利于其垂直环流的维持。5日00:00 [图6(c)], 受高空冷涡影响, “暹芭”西侧开始有冷空气入侵, 在113°E附近500 hPa高度以下形成显著的下沉气流, “暹芭”中心涡度开始降低, 但是高层的出流条件依旧很好, 这与200 hPa高空西风急流有关。6日00:00 [图6(d)], 西侧有来自内陆干冷空气的侵入, 为降水云下沉空气中水凝物的蒸发冷却提供了条件, 在“暹芭”残涡西侧近地面形成一个显著的冷池(Eastin et al, 2012Meng and Wang, 2016), 低空急流汇入的暖湿空气不断沿着冷池爬升, 并在700 hPa高度处形成显著的锋面逆温, 此时“暹芭”残涡已经变性为温带气旋, 由于冷暖空气交汇形成大量凝结潜热释放, 这也使得涡度在垂直方向上剧烈增长。通过计算“暹芭”中心范围的动能发现(图7), 其总动能从3日12:00至4日00:00开始下降, 但是从5日00:00开始动能出现增长, 至6日00:00动能增长了近1倍, 这是由于“暹芭”变性为温带气旋以后斜压能量显著增长。
图6 2022年7月3 -6日过台风中心的涡度(阴影, 单位: ×10-5 s-1)、 假相当位温(等值线, 单位: K)和风场(u和-10·ω制成, 矢量, 单位: m·s-1)纬向剖面

Fig.6 Vorticity (the shaded, unit: ×10-5 s-1), pseudo-equivalent potential temperature (contour, unit: K), and wind fields (zonal wind u and vertical velocity -10ω, vector, unit: m·s-1) across typhoon center from 3 to 6 July 2022

图7 台风中心4°×4°正方形区域垂直积分总水平动能时序图

Fig.7 Temporal evolution of vertically integrated horizontal kinetic energy of the 4°×4° square area of typhoon center

5 双低空急流

边界层低空急流出现在1 km以下的边界层内, 主要分布在沿海或者山脉附近(Du et al, 2014)。当低空急流和边界层低空急流共同存在并且影响对流天气时为双低空急流。“暹芭”残涡在陆地上的长时间维持的一个重要原因是与低空急流保持联结, 通过前面的分析发现垂直方向的水汽输送通量在950 hPa达到最大, 并且从5日开始“暹芭”残涡东边界的水汽输送占比显著增大, 这与边界层东风急流的形成和发展关系密切。5日00:00 [图8(a)], 在江苏东部沿海有边界层低空急流发展并逐渐向安徽和河南延伸, 边界层低空急流的入口区位于海上低空急流的出口区左侧, 这种配置有利于边界层低空急流的发展(Du et al, 2020), “暹芭”残涡周围在950 hPa也形成了明显的水汽辐合。5日06:00 [图8(b)], 位于“暹芭”残涡北侧的边界层东风急流显著发展, 形成一支由海上西南风逐渐转为东南风和偏东风的边界层急流风速带, 在“暹芭”残涡北侧造成更强的水汽辐合, 同时低空急流产生的垂直切变为暴雨提供能量源。5日12:00 [图8(c)], 低空急流也开始发展并与边界层低空急流形成明显的垂直切变, 有利于触发对流使降水增加, “暹芭”残涡北侧有显著的水汽辐合, 双低空急流的存在提供了降水持续发生的水汽条件。5日18:00 [图8(d)], 由于冷空气的入侵导致“暹芭”残涡变性加强, 其增强的环流与低空急流和边界层低空急流形成显著的汇合, 并在山东西南部、 河南东部和安徽北部带来水汽辐合的剧烈增幅, 这刚好也是强降水出现的落区。
图8 2022年7月5日950 hPa水汽通量散度(阴影, 单位: ×10-8 g·hPa-1·cm-2·s-1)、 风场(绿色矢量, 单位: m·s-1, 风速≥ 8 m·s-1)和850 hPa风场(黑色矢量, 单位: m·s-1, 风速≥ 8 m·s-1

Fig.8 Water vapor flux divergence (the shaded, unit: ×10-8 g·hPa-1cm-2·s-1), winds fields (green vector, unit: m·s-1, wind speed ≥ 8 m·s-1) at 950 hPa and winds fields (black vector, unit: m·s-1, wind speed ≥ 8 m·s-1) at 850 hPa on 5 July 2022

6 不稳定度

大气静力稳定度指数KI的高值区反映出控制该区域的气团暖湿且不稳定, 有利于该区域产生较强降水, Tian et al(2015)统计表明, 75%的短时强降水发生在KI指数大于36 ℃的环境中。3 -4日(图略), “暹芭”与低空急流紧密相连, 我国华中、 华南和西南地区KI指数大于38 ℃, 部分区域超过40 ℃, 这为暴雨的发生提供了能量条件。同时, “暹芭”影响区域的大气可降水量(PWAT)最大达到70 mm, Tian et al(2015)研究指出, 当大气可降水量超过64 mm时发生短时强降水的概率超过99%。5日00:00 [图9(a)], “暹芭”北移至湖北境内, 在低空急流的共同作用下, 我国江南、 华南和西南地区大气KI指数均大于38 ℃, 大气可降水量最大达到70 mm, 这导致暴雨持续发生并且雨带北抬。5日06:00 [图9(b)], “暹芭”残涡北侧的偏东风急流显著加强, KI指数最大超过40 ℃, 安徽、 江苏、 浙江境内KI指数达到42 ℃, 说明大气不稳定度显著加强, 这可能与“暹芭”相连的边界层东风急流的建立相关, 低空急流输送水汽并且由风切变造成低层大气不稳定度增加, PWAT在其北侧达到70 mm, 这都有利于强降水的发生。5日12:00 [图9(c)], “暹芭”影响区域KI指数超过38 ℃, 大气处于很不稳定的状态, 同时PWAT最大达到75 mm, Tian et al(2015)统计结果表明短时强降雨发生时大于70 mm的PWAT是很少见的, 这也说明本次过程中整层水汽含量极端的高, 这是“暹芭”残涡维持和暴雨发生的前提条件。5日18:00 [图 9(d)], 孟加拉湾季风形成的低空急流持续不断地向我国华东、 华中和华南地区输送, 西南暖湿气流经过的区域KI指数均大于38 ℃, “暹芭”影响区域KI大于38 ℃的范围已经开始减小, 但是大气可降水量超过50 mm, 最大可达75 mm, 这为暴雨的发生提供了良好的水汽和能量条件。6日00:00 [图9(e)], “暹芭”移入山东, 此时PWAT最大为70 mm, KI大于38 ℃的区域开始减小, 水汽和能量条件开始转差。6日12:00 [图9(f)], “暹芭”移入渤海, PWAT大于70 mm和KI大于38 ℃的区域显著减小, 这导致6日降水强度减弱。由此可见5日, 随着“暹芭”残涡的北上, 边界层东风急流的建立, 为强降水的发生提供了更为有利的水汽和能量条件, 这也是5日降水显著增加的重要原因。
图9 2022年7月5 -6日KI指数(阴影, 单位: ℃)、 大气可降水量(绿色等值线, 单位: mm)、 850 hPa风场(矢量, 单位: m·s-1

Fig.9 Distribution of KI (the shaded, unit: ℃), PWAT (green contour, unit: mm) and winds on 850 hPa (vector, unit: m·s-1) on 5 to 6 July 2022

周围等(2018)利用位势散度研究大气位势(对流)稳定度发展的变化, 位势散度能综合表征降水区上空水平辐合辐散、 风垂直切变、 大气斜压性以及大气位势稳定度变化等特征, 并且能很好地应用于强对流系统和暴雨中尺度系统(黄昕等, 2021)。从过强降水区[图2(b)中黑色实线]位势散度的剖面图来看, 5日12:00 [图10(a)], 位势散度在垂直方向上呈正负相间分布, 但是大部分为正值区, 说明随着降水的发生和潜热能量的释放, 部分大气层结趋于稳定, 但是大部分区域的大气层结依旧处于不稳定度状态, 在适当的触发条件下就会发生对流释放不稳定能量, 促进强降水的发生。通过对垂直切变项[图10(c)]和散度项[图10(e)]的计算发现, 垂直切变项对位势散度的贡献更大, 说明由水平风垂直切变和大气的斜压性造成的层结不稳定度大于散度的作用, 这一方面是由于“暹芭”残涡不断北上接近副热带高空西风急流增大了垂直风切变, 另一方面是由于高空冷涡携带的冷空气开始侵入“暹芭”残涡使其斜压性增大。5日18:00[图10(b)], 强降水区的位势散度在垂直方向上呈现更加显著的正负相间分布[图10(b)], 说明大气层结稳定度的变化更加剧烈, 这也意味着降水的进一步增加。散度项低层的贡献明显增大[图10(f)], 尤其是在“暹芭”残涡东侧850 hPa以下层结, 这主要是由于低层东风急流在夜间增强使得层结不稳定度增大。
图10 2022年7月5日过34°N位势散度(a, b)、 垂直切变项(c, d)和散度项(e, f)(阴影, 单位: ×10-9 K·s-1·Pa-1)的纬向剖面

黑色方框为研究区域

Fig.10 Vertical cross sections along 34°N of potential divergence (a, b), vertical wind shear term (c, d) and divergence term (e, f) (the shaded, unit: ×10-9 K·s-1·Pa-1) on 5 July 2022.Black box is study area

7 结论

利用FNL再分析资料对台风“暹芭”残涡在陆地上长时间维持并引发大范围降水的成因进行了初步研究, 得到以下几点结论:
(1) 孟加拉湾季风形成的低空急流为“暹芭”残涡提供了持续的水汽输送通道, 这是“暹芭”残涡环流维持的重要水汽和能量来源。5日以后, 随着“暹芭”残涡东侧台风“艾利”转向东北方向登陆日本以后, 西太平洋副热带高压开始西移, 并通过边界层东风急流向“暹芭”残涡提供水汽输送通道, 这是“暹芭”环流得以维持的第二个水汽来源。
(2) 5日, 双低空急流的耦合形成的垂直风切变和水汽辐合为暴雨的发生和维持提供了良好的动力条件。
(3) 从5日开始, 冷空气逐渐入侵“暹芭”残涡, 这为降水云下沉空气中水凝物的蒸发冷却提供了条件, 在“暹芭”残涡西侧近地面形成一个显著的冷池, 并使其逐渐变性为温带气旋, 斜压动能发生显著增长。
(4) 利用位势散度诊断发现, 5日, 由于“暹芭”残涡不断北上接近副热带高空西风急流增大了垂直风切变, 高空冷涡携带的冷空气开始侵入“暹芭”残涡使其斜压性增大, 边界层东风急流使得850 hPa以下层结不稳定度显著增大, 这为暴雨的发生和维持提供了不稳定能量条件。
台风登陆以后往往强度减弱的比较快, 而且由于台风减弱以后中心比较难确定, 所以预报员会在台风减弱为低压以后很快停止编号, 所以这也使得台风减弱为低压以后的影响容易被忽视, 这也是今后的预报服务工作中需要更加关注的一个问题。“暹芭”残涡在陆地上长时间维持具有一定的特殊性, 本文只是基于环境场进行了初步的分析, 后期还需要结合高分辨率的中尺度数值模式对“暹芭”进行模拟, 由此更加细致地认识特殊环境场对登陆台风结构以及降水的影响。

References

null
Chen X C Zhang F Q Zhao K, et al, 2017.Influence of monsoonal wind speed and moisture content on intensity and diurnal variations of the Mei‐Yu season coastal rainfall over south China[J].Journal of the Atmospheric Sciences74(9), 2835-2856.DOI: 10.1175/JAS-D-17-0081.1
null
Chen Y L Chen X A Zhang Y X, et al, 1994.A diagnostic study of the low‐level jet during TAMEX IOP 5[J].Monthly Weather Review122(10): 2257-2284.DOI: 10.1175/1520-0493(1994)122<2257: ADSOTL>2.0.CO; 2 .
null
Du Y Chen G X Han B, et al, 2020.Convection initiation and growth at the coast of South China.Part I: effect of the marine boundary‐layer jet[J].Monthly Weather Review148(9): 3847-3869.DOI: 10.1175/MWR-D-20-0089.1 .
null
Du Y Chen G X2019.Heavy rainfall associated with double low‐level jets over southern China.Part II: convection initiation[J].Monthly Weather Review147(2), 543-565.DOI: 10.1175/MWR-D-18-0102.1 .
null
Du Y Zhang Q H Chen Y L, et al, 2014.Numerical simulations of spatial distributions and diurnal variations of low‐level jets in China during early summer[J].Journal of Climate27(15): 5747-5767.DOI: 10.1175/JCLI-D-13-00571.1 .
null
Eastin M D Gardner T L Link M C, et al, 2012.Surface cold pools in the outer rainbands of tropical storm Hanna (2008) near landfall[J].Monthly Weather Review140(2): 471-491.DOI: 10. 1175/MWR-D-11-00099.1 .
null
Meng W G Wang Y Q2016.A diagnostic study on heavy rainfall induced by landfalling Typhoon Utor (2013) in South China: 2.Post landfall rainfall[J].Journal of Geophysical Research: Atmospheres121(21): 12781-12802.DOI: 10.1002/2015JD024647 .
null
Nie Y B Sun J Q2022.Moisture sources and transport for extreme precipitation over Henan in July 2021[J].Geophysical Research Letters, 49: e2021GL097446.DOI: 10.1029/2021GL097446 .
null
Thorncroft C D Jones S C2000.The extratropical transitions of Hurricane Felix and Iris[J].Monthly Weather Review, 128: 947-972.DOI: 10.1175/1520-0493(2000)128<0947: TETOHF>2.0.CO; 2 .
null
Tian F Y Zheng Y G Zhang T, et al, 2015.Statistical characteristics of environmental parameters for warm season short-duration heavy rainfall over central and eastern China[J].Journal of Meteorological Research29(3): 370-384.DOI: 10.1007/s13351-014-4119-y .
null
Wei N Li Y2013.A modeling study of land surface process impacts on inland behavior of Typhoon Rananim (2004) [J].Advances in Atmospheric Sciences30(2): 367-381.DOI: 10. 1007/s00376-012-1242-5 .
null
迟静, 周玉淑, 冉令坤, 等, 2021.吉林一次极端降水发生发展动热力过程的数值模拟分析[J].大气科学45(6): 1400-1414.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20183.Chi J
null
Zhou Y S Ran L K, et al, 2021.Numerical simulation analysis on the generation and evolution of the dynamic and thermodynamic processes of an extreme rainfall in Jilin Province[J].Chinese Journal of Atmospheric Sciences45(6): 1400-1414.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20183 .
null
端义宏, 2015.登陆台风精细结构的观测、预报与影响评估[J].地球科学进展30(8): 847-854.DOI: 10.11867/j.issn. 10018166.2015.08.0847.Duan Y H , 2015.Monitoring and forecasting of finescale structure and impact assessment of landfalling typhoons[J].Advances in Earth Science, 30(8): 847-854.DOI: 10.11867/j.issn.10018166.2015.08.0847 .
null
黄昕, 周玉淑, 冉令坤, 等, 2021.一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析[J].大气科学45(1): 148-164.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19219.Huang X
null
Zhou Y S Ran L K, et al, 2021.Analysis of the environmental field and unstable conditions on a rainstorm event in the Ili valley of Xinjiang[J].Chinese Journal of Atmospheric Sciences45(1): 148-164.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19219 .
null
冀春晓, 陈联寿, 赵放, 2007.登陆台风Matsa维持机理的数值研究[J].气象学报, (6): 888-895.DOI: 10.11676/qxxb2007.083.Ji C X
null
Chen L S Zhao F2007.A numierical study on sustaining of landfalling typhoon matsa[J].Acta Meteorologica Sinica, (6): 888-895.DOI: 10.11676/qxxb2007.083 .
null
李英, 陈联寿, 雷小途, 2006.高空槽对9711号台风变性加强影响的数值研究[J].气象学报, (5): 552-563.DOI: 10.11676/qxxb2006.054.Li Y
null
Chen L S Lei X T2006.Numerical study on impacts of upper-level westerly trough on the extratropical transition process of typhoon Winnie[J].Acta Meteorologica Sinica, (5): 552-563.DOI: 10.11676/qxxb2006.054 .
null
李英, 陈联寿, 徐祥德, 2005.水汽输送影响登陆热带气旋维持和降水的数值试验[J].大气科学29(1): 91-98.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.01.11.Li Y
null
Chen L S Xu X D2005.Numerical experiments of the impact of moisture transportation on sustaining of the landfalling tropical cyclone and precipitation[J].Chinese Journal of Atmospheric Sciences29(1): 91-98.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.01.11 .
null
冉令坤, 李舒文, 周玉淑, 等, 2021.2021年河南“7·20”极端暴雨动、热力和水汽特征观测分析[J].大气科学45(6): 1366-1383.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21160.Ran L K
null
Li S W Zhou Y S, et al, 2021. Observational analysis of the dynamic, thermal, and water vapor characteristics of the “7·20” extreme rainstorm event in Henan Province, 2021[J].Chinese Journal of Atmospheric Sciences45(6): 1366-1383.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21160 .
null
任丽, 赵玲, 马国忠, 等, 2018.台风残涡北上引发东北地区北部大暴雨的中尺度特征分析[J].高原气象37(6): 1671-1683.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00036.Ren L
null
Zhao L Ma G Z, et al, 2018.Analysis of mesoscale feature of a heavy rainstorm caused by typhoon residu al vortex in the northern part of Northeast China[J].Plateau Meteorology37(6): 1671-1683.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00036 .
null
孙莎莎, 陈博宇, 孙军, 等, 2023.台风摩羯(1814)引发山东持续性强降水的阶段性特征及其成因分析[J].高原气象42(4): 962-977.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00052.un S S
null
Chen B Y Sun J, et al, 2023.Periodic characteristics and cause analysis of continuous heavy rainfall induced by typhoon Yagi (1814) in Shandong[J].Plateau Meteorology42(4): 962-977.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00052 .
null
张雪蓉, 王丽芳, 王博妮, 等, 2021.干冷空气对江苏热带低压倒槽大暴雨影响的数值试验[J].气象47(7): 791-804.DOI: 10. 7519/j.issn.1000-0526.2021.07.003.Zhang X R
null
Wang L F Wang B N, et al, 2021.Numerical study on the effect of cold dry air on a rainstorm caused by tropical depression inverted trough in Jiangsu Province[J].Meteorological Monthly47(7): 791-804.DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2021.07.003 .
null
周围, 包云轩, 冉令坤, 等, 2018.一次飑线过程对流稳定度演变的诊断分析[J].大气科学42(2): 339-356.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1712.17126.Zhou W
null
Bao Y X Ran L K, et al, 2018.Diagnostic analysis of convective stability evolution during a squall line process[J].Chinese Journal of Atmospheric Sciences42(2): 339-356.DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895. 1712.17126 .
Outlines

/