2018, Vol. 37
2. 济南市章丘区气象局, 山东 济南 250200;
3. 呼伦贝尔市气象局, 内蒙古 呼伦贝尔 021008
台风暴雨是中国东部沿海地区夏季重要灾害性天气现象, 它不仅带来大量的降水导致洪涝, 同时也会带来各类次生灾害, 一直是气象领域研究中的热点问题。目前, 我国学者对台风暖心结构和台风路径突变等机理进行研究(王尚宏等, 2018; 毕鑫鑫等, 2018; 黎惠金等, 2016; 郑峰等, 2016), 同时也对台风进行数值模拟及实验(储海等, 2017; 田亚杰等, 2018; 钟波等, 2018), 结果表明, 登陆阶段台风暖心有着明显的非对称性, 向陆地侧的暖心面积更大(王尚宏等, 2018); 形成于低层系统的气流对台风突然转向有着密切的联系, 并在转向后逐渐向中高层发展增强(毕鑫鑫等, 2018); 高位涡的输送是台风强度增强的重要因素之一, 高层位涡下传区也影响着台风的位置和移向(黎惠金等, 2016); 卫星资料梯度信息同化方法能明显改善台风路径的模拟等成果(储海等, 2017)。另外在台风引发暴雨的天气气候背景、影响因子、结构特征、能量收支等方面取得了较好的研究成果(程正泉等, 2014; 梁军等, 2014; 王勇等, 2012)。中纬度环流对台风的影响十分显著, 中纬度环流携带的弱冷空气使台风发展, 强冷空气使台风减弱, 冷空气的活动可造成斜压位能和凝结潜热的释放, 在有利的辐合、辐散场下使上升运动加强, 降水加大(赵宇等, 2016; 王承伟等, 2017)。对用天气雷达三维风场反演等技术研究表明, 台风外围强风核结构可能是雷达带状回波发展的主要原因(罗昌荣等, 2012)。
山东半岛是我国台风暴雨高发区之一, 每年7—9月是山东半岛受台风侵扰的多发时段。影响山东台风暴雨过程的大气环流特征、天气形势、影响因子呈多样性和复杂性, 暴雨的落区不确定性与多种复杂因素有关, 研究台风暴雨的形成机制对台风暴雨预报具有重要科学价值和现实意义。由于北上至黄海北部的台风个数相对较少, 且多变性减弱, 针对这类的台风研究不多(梁军, 2017)。赵宇等(2008)对由台风低压倒槽引发的山东暴雨过程进行研究指出, 强降水是在台风倒槽顶部强风中心与弱风中心之间的强辐合作用下触发。侯淑梅等(2018)对山东省初秋一次大范围强对流过程落区和抬升触发机制进行分析。
但截止到目前为止, 有关台风影响下的山东暴雨形成机理及不同台风路径影响下的山东暴雨落区异同相关研究还比较薄弱。本文利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星云图资料、山东省123个国家气象站资料和雷达产品, 对2015年7月12日, 台风“灿鸿”给山东半岛东部海岸线带来的暴雨天气过程进行分析, 同时, 探讨不同台风影响下的山东暴雨落区成因异同, 以期为山东半岛预报台风暴雨和气象防灾减灾作出贡献。
2 资料选取分析资料采用NCEP全球模式分析资料, 中国国家卫星中心提供的FY-2E逐时云顶亮温资料、烟台市多普勒天气雷达资料和山东省123个国家气象站经过数据质量控制后的日降水量和逐时降水量资料。文中涉及的地图是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1555的中国地图制作和基于山东省标准地图服务网站下载的审图号为鲁SG(2017)100的标准地图制作, 底图无修改。
依据中国气象局办公室关于印发《短时临近天气业务规定》(中国气象局, 2017), 短时强降水(简称强降水)指1 h降水量大于等于20 mm的降水。
3 台风“灿鸿”移动路径和降水实况 3.1 台风移动路径2015年6月30日, 1509号热带风暴“灿鸿”在西北太平洋洋面上生成并向偏西方向移动。在经过了一次强度加强(155.6°E、11.3°N)后, 7月4日, “灿鸿”在148.5°E、11.8°N附近转向西北方向移动, 7日02:00(北京时, 下同)在138.5°E、17.9°N附近加强为台风, 9日14:00在128.6°E、23.3°N附近加强为强台风, 23:00在127.2°E、24.7°N附近加强为超强台风, 中心附近风力最高达到58 m·s-1, 中心气压为925 hPa。11日16:40以强台风的强度登陆浙江, 下午穿过舟山群岛东部后折向北偏东方向移动, 造成浙江宁波、绍兴、舟山等地出现暴雨和14级以上的大风天气。12日08:00“灿鸿”位于距离山东半岛南部450 km的洋面上, 山东半岛东南侧海岸线开始受其外部云系影响, 风力加大、降水逐渐增强。12日14:00, “灿鸿”移动至山东半岛东南260 km洋面上[图 1(a)], 强度减弱为强热带风暴, 此时海岸线降水区降水强度达到最强, 风速达到7~8级。12日20:00“灿鸿”移动至山东半岛东部200 km洋面上, 强度继续减弱为热带风暴级, 海岸线地区的降水逐渐减弱。12日23:00“灿鸿”在朝鲜登陆, 并逐渐填塞。
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图 1 2015年7月11日20:00至12日20:00山东24 h降水量(彩色区, 单位: mm)和台风路径(a)以及大暴雨站点逐时降水量(b) Fig. 1 The 24 hours precipitation (color area, unit: mm) in Shandong and track of typhoon (a), hourly precipitation (b) from 20:00 on 11 to 20:00 on 12 July 2015 |
受台风“灿鸿”外围云系和中高纬度系统的共同影响, 2015年7月11日20:00至12日20:00, 造成山东41个国家站出现0.1 mm以上降水, 其中小雨26个站, 中雨8个站, 大雨2个站, 大暴雨5个站。暴雨集中出现在山东半岛东部海岸线附近[图 1(a)], 分别为石岛(213.5mm)、成山头(204.8mm)、荣成(201.3mm)、威海(149.3mm)和文登(140.1mm)。大雨台站2个, 分别为乳山(45.9mm)和寿光(29.8mm), 其他远离东部海岸线的台站多以中雨和小雨为主。
从这5个暴雨台站的逐小时降水量日变化可见[图 1(b)], 强降水时段集中出现在7月12日05:00—19:00, 最强小时雨强出现在07:00石岛, 1 h降雨量为34.8 mm·h-1, 午后强降水雨强虽然有所减弱, 但小时雨强大于20 mm的站点强降水持续时间较长, 明显强于上午, 如荣成在13:00和14:00小时雨强均为22.4 mm·h-1, 石岛在11:00和12:00小时雨强均为21.4 mm·h-1。此次台风共造成山东荣成市、临港区的大疃、上庄、下庄、草庙子等11个乡镇街道受灾, 大量海水养殖品被海浪卷走, 大片农作物倒伏, 216间房屋受损, 直接经济损失1 037万元。
4 中高纬环流与台风环流相互作用造成山东东部海岸暴雨的台风“灿鸿”并未在山东登陆, 能够带来如此大量级的降水过程与中高纬度系统的配合密不可分。冷空气的入侵是导致登陆台风加强的重要原因之一, 王承伟等(2017)通过对“灿鸿”引发的东北暴雨分析发现, 强降水落区始终随着850 hPa的冷暖平流交汇区移动。2015年7月7日, 来自阿尔泰山北部分裂并向东移动的一个冷性低压在贝加尔湖附近减弱为西风槽(图略), 7月11日08:00西风槽到达东北-华北地区[图 2(a)], 同时, 可以看到, 西风槽后部在蒙古国到内蒙古境内850~500 hPa变温明显, 垂直温度递减率大, 存在ΔT850-500=-32 ℃的大值区, 到山东半岛垂直温度递减率值开始递增, 中心值达到-10 ℃, 存在明显垂直温度递减率梯度区, 如唐山乐亭站850, 700和500 hPa温度, 在9日20:00、10日08:00和11日20:00分别下降1.5, 0.7和1.6 ℃, 说明西风槽后冷空气较强。此时西太平洋副热带高压(下称副高)位于“灿鸿”东侧, 呈南北向, 有助于引导“灿鸿”北上影响山东, 值得关注的是, 此时有另一台风“浪卡”位于东南面的西太平洋上, 与“灿鸿”形成了双台风, 它们互为牵制。随着“灿鸿”东移北上, 以及“浪卡”西进北抬, 副高逐渐东退。7月11日20:00位于槽后的唐山乐亭站850, 700和500 hPa的温度露点差分别为7, 28和42 ℃, 而山东荣成站为0, 1和2 ℃(图略), 说明西风槽后的西北气流较为干燥, 有干舌侵入, 山东半岛空气湿度大, 已达到饱和。12日20:00随着台风的迅速北上[图 2(b)], 西风槽东移且向北收缩, 台风并入西风槽内, 低槽呈南北向且发展较深。海平面气压场也可以看出, 山东东部、蒙古国分别有两个低压中心, 青海和我国东北地区有一个高压中心, 山东半岛正处于鞍形气压场中部。与已有研究结论“台风暴雨的中心常出现在鞍形场的中心附近”相一致(杨金锡等, 1986; 蒋尚城等, 1988)。综合上述, 西风槽后的干冷空气与台风西侧暖湿气流在山东半岛交汇, 地面“鞍型场”有诱发冷锋形成, 即中高纬环流与双台风环流的相互作用为此次山东东部海岸暴雨的发生发展提供了有利的天气尺度环流背景条件。
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图 2 2015年7月11日08:00(a)和12日20:00(b) 500 hPa高度场(实线, 单位: dagpm)以及ΔT850-500(虚线, 单位: ℃)分布 Fig. 2 The geopotential height (solid lines, unit: dagpm) and the ΔT850-500 (dotted lines, unit: ℃) of 500 hPa at 08:00 on 11 (a) and 20:00 on 12 (b) July 2015 |
2015年7月12日08:00[图 3(a)], 围绕“灿鸿”外围, 高于50 g·cm-1·s-1·hPa-1水汽通量沿台风东侧由台湾半岛附近的西太平洋洋面向朝鲜半岛以南洋面输送, 在台风北侧偏东气流引导下, 水汽通量在山东半岛以东洋面转向偏西方向输送, 且在渤海靠近山东半岛东侧形成水汽通量散度的负值中心, 中心强度为-120×10-7g·cm-2·s-1·hPa-1, 说明水汽在山东半岛东侧强烈辐合; 12日14:00[图 3(b)]台风东侧水汽通量值明显增大, 台风中心位置较稳定, “浪卡”与“灿鸿”之间水汽通道打开, 山东半岛东侧水汽通量转为东南向, 中心强度为-120×10-7 g·cm-2·s-1·hPa-1水汽通量散度的负值中心略有南压。“灿鸿”东侧的偏南气流携带了大量的来自西太平洋洋面的水汽, 后期台风“浪卡”加大水汽输送, 在黄海海面形成强水汽辐合, 为山东半岛东部海岸暴雨的发生提供了充沛的水汽来源。黄永玉(2006)分析0418号台风“艾力”的水汽通量、水汽通量散度分布发现, 850 hPa台风中心附近的水汽通量均大于40 g·cm-1·s-1·hPa-1, 水汽通量辐合最大中心为-60×10-7g·cm-2·s-1·hPa-1, 而台风“灿鸿”远远大于这个值。
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图 3 2015年7月12日08:00 (a, c), 14:00 (b, d) 850 hPa水汽通量(矢量, 单位: g·cm-1·s-1·hPa-1)、水汽通量散度(彩色区, 单位: ×10-7g·cm-2·s-1·hPa-1)(a, b), 比湿(等值线, 单位: g·kg-1)、大气可降水量(彩色区, 单位: mm)(c, d)分布 Fig. 3 The distribution of 850 hPa water vapor flux (vector, unit: g·cm-1·s-1·hPa-1), water vapor flux divergence (color area, unit: ×10-7g·cm-2·s-1·hPa-1) (a, b), the specific humidity (contour, unit: g·kg-1) and precipitable water (color area, unit: mm)(c, d) at 08:00 on 12 (a, c), at 14:00 on 12 (b, d) July 2015 |
2015年7月11日20:00[图 3(c)]至12日20:00[图 3(d)]比湿和大气可降水量也可以看出, “灿鸿”中心比湿在14 g·kg-1以上, 大气可降水量值也高达90 mm, 山东半岛海岸线附近水汽充足, 850 hPa比湿持续维持在14 g·kg-1以上, 大气可降水量在80 mm以上。13日08:00随着降水减弱停止, 850 hPa的比湿才降至10 g·kg-1左右, 大气可降水量也下降至45 mm(图略)。与0509号台风“麦莎”影响下的浙江省特大暴雨过程(刘汉华, 2006)相比, “灿鸿”影响下的暴雨落区比湿与“麦莎”影响下的特大暴雨落区比湿(大于15 g·kg-1)相近, 但大气可降水量远高于“麦莎”大气可降水量(在65 mm以上)。因此, 台风“灿鸿”带来的比湿与大气可降水量高值区也是导致山东暴雨发生的重要因素。
5.2 热力条件由2015年7月12日02:00(图略)和08:00[图 4(a)]850 hPa假相当位温场(θse)可知, 由于“灿鸿”在北上过程中, 北侧的偏东气流将来自洋面的暖湿空气向北输送, 在“灿鸿”中心的θse大值区北侧有一暖湿舌伸向朝鲜半岛和吉林省, 在辽东半岛有θse < 330 K的相对干冷区, 山东半岛位于暖湿舌中部偏西的梯度大值区附近, 其θse>348 K, 为台风所带来的暖湿气团与中高纬度系统所带来的干冷气团的过渡区, 即锋区所在, 对山东半岛海岸线附近产生暴雨非常有利。期间山东半岛海岸线东部的K指数始终大于32 ℃, 大气层结始终处于强不稳定中, 具有强对流天气的条件。
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图 4 2015年7月12日08:00 850 hPa假相当位温θse(蓝色等值线, 单位: K)、K指数(黄色等值线, 单位: ℃)(a)及沿122°E、37°N假相当位温θse(等值线, 单位: K)、风场(风羽, 单位: m·s-1)时间-高度剖面(b) Fig. 4 The quasi-equivalent potential temperature (blue contour, unit: K) and K (yellow contour, unit: ℃) at 850 hPa (a) at 08:00 on 12 July 2015, time-height cross-section of the quasi-equivalent potential temperature (contour, unit: K) and wind (barb, unit: m·s-1) along 122°E, 37°N (b) |
另外, 沿122°E、37°N做时间-高度剖面图[图 4(b)]发现, 石岛站在11日08:00—23:00, 近地面到700 hPa假相当位温随高度减小, 700 hPa以上随高度增大, 说明暴雨发生前700 hPa到近地面层存在不稳定层结, 到12日08:00-14:00, 假相当位温密集区(锋区)已抵达山东半岛东部, 配合风场可以看到, 在11日08:00至12日08:00, 在700 hPa到近地面层, 风向由偏东风逐渐转为东北风, 风速从2 m·s-1加大到16 m·s-1, 而且700 hPa高度到对流层中高层又转为偏南风, 说明在锋区抵达前, 700 hPa高度以上受低槽前部和台风共同影响, 偏南气流强盛, 有利于不稳定能量和水汽向山东半岛输送, 低层偏东气流转为东北气流进一步说明冷空气从低层锲入, 与高层暖湿气流交汇, 为暴雨发生创造了有利的环境条件。12日14:00—20:00, 近地面到400 hPa附近, 风向由东北风转为偏北风, 强降水结束。
5.3 高低空急流耦合作用在以往众多观测与研究中发现(丛春华等, 2011), 高、低空急流与暴雨关系密切, 我国暴雨通常产生在高空急流的右后方、低空急流的左前方。丛春华等(2011)通过对9406号台风引发的北方暴雨的诊断分析发现, 高空急流入口区的垂直环流对台风远距离暴雨至关重要。此次台风暴雨过程最明显的特征是在强降水发生时存在明显的高低空急流“耦合”机制。具体来看, 12日08:00 200 hPa存在2支副热带高空急流[图 5(a)], 一支自贝加尔湖伸向内蒙古中部地区, 另外一支位于副高北侧, 副高北侧的高空急流入口区右侧位于山东半岛上空, 而且在高空急流入口区右侧配合辐散值达到8×10-5 s-1的强辐散中心。同时, 850 hPa台风东侧存在一支由西太平洋伸向山东半岛东侧的偏南风≥12 m·s-1的强风速带[图 5(c)], 形成偏南低空急流, 其出口区左侧也恰好位于山东半岛东侧, 辐散中心值达到-8×10-5 s-1。可见, 副高北侧高空急流入口区右侧强辐散区与低空急流出口区左侧强辐合区基本相叠置, 形成明显的高低空急流“耦合”机制。另外, 值得关注的是, 此次高低空急流“耦合”机制不但维持到12日14:00[图 5(b), (d)], 而且850 hPa散度中心值加强到-10×10-5 s-1, 这是造成午后石岛、荣成、成山头小时雨强增强的主要原因。
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图 5 2015年7月12日08:00和14:00 200 hPa(上)、850 hPa(下)风场(风羽, 单位: m·s-1)、散度场(彩色区, 单位: ×10-5 s-1)分布 Fig. 5 Thedistribution of wind field (barb, unit: m·s-1) and the divergence field (color area, unit: ×10-5 s-1) at 200 hPa (up), 850 hPa (down) at 08:00 and 14:00 on 12 July 2015 |
通过对沿123°E 850 hPa的风速和水汽通量散度的时间剖面分析发现[图 6(a)], 850 hPa低空急流存在明显的风速脉动, 12日08:00出现一个低值中心, 之后逐渐增大, 在14:00达到最大值, 风速20 m·s-1, 此时水汽通量散度辐合中心与风速大值中心基本吻合, 中心值达到-160×10-7g·cm-2·s-1·hPa-1, 而这与强降水时段保持一致(成山头和荣成站14:00的降雨量分别为24.7和22.4 mm), 这说明低空急流具有脉动特征, 有利于激发对流产生强降水, 这是午后石岛和荣成强降水持续时间较长的重要因素。
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图 6 2015年7月11—12日沿123°E 850 hPa风速(等值线, 单位: m·s-1)、水汽通量散度(彩色区, 单位: ×10-7 g·cm-2·s-1·hPa-1)时间剖面图(a), 沿123°E、38°N垂直速度(红色等值线, 单位: ×10-1 hPa·s-1)、散度(蓝色等值线, 单位: ×10-5s-1)及水汽通量散度(彩色区, 单位: ×10-7 g·cm-2·s-1·hPa-1)时间-高度剖面以及成山头站逐时降水量(灰色柱状, 单位: mm)(b) Fig. 6 The wind speed (contour, unit: m·s-1), water vapor flux divergence (color area, unit: ×10-7 g·cm-2·s-1·hPa-1) along 123°E at 850 hPa (a), time||height cross-section of the vertical velocity (red contour, unit: ×10-1 hPa·s-1), divergence (blue contour, unit: ×10-5 s-1) and water vapor flux divergence(color area, unit: ×10-7 g·cm-2·s-1·hPa-1) along 123°E, 38°N, and Chengshantou station hourly precipitation (gray column, unit: mm) (b) from 11 to 12 July 2015 |
沿123°E、38°N做时间-高度剖面图[图 6(b)], 可以看出高空急流入口区右侧的辐散区中心值达到9×10-5 s-1, 与800~400 hPa垂直速度达到-5×10-1 hPa·s-1低值中心重叠, 说明高空的抽吸作用加强了低层的辐合抬升。高低空急流耦合产生的上升运动叠加到底层水汽通量散度的辅合区(中心值达到-160×10-7 g·cm-2·s-1·hPa-1), 有利于水汽的辐合抬升, 为暴雨的发生提供了动力抬升机制。
5.4 地形特征郑庆林等(1996)利用具有三层水平结构的台风模式模拟了9216号台风登陆过程中由于海陆地形引起的雨量变化研究显示, 当海岸线扩展后, 降水将提前出现在“虚假”的陆地上, 说明海岸线对台风暴雨影响明显。此次强降水主要出现在山东半岛的海岸线上, 海陆差异所造成的摩擦辐合与此次台风暴雨的形成有着密切关系。除此之外山东半岛海岸线附近多丘陵地带, 台风前部的偏东气流在陡峭的地形的作用下强制抬升, 更有利于台风暴雨的增强。海岸线的丘陵地区对台风前部的偏东急流有阻碍作用, 当台风云系越过海岸线后在丘陵地区, 沿背风坡下沉, 风速减小, 地势也逐渐平坦, 抑制了降水的产生, 使得远离东部海岸线的各台站仅出现少量级降水。陈联寿等(1979, 2004)指出潮湿气流向岸形成地形辐合, 会导致台风暴雨增长和雨区影响范围扩大, 可见地形对台风暴雨也有显著作用, 这种作用还将导致在华东登陆的台风其中心北侧雨量增强, 造成台风中心南北两侧雨区和雨量分布不对称。
6 卫星云图及雷达回波特征 6.1 卫星云图“灿鸿”在穿过舟山半岛转向东北方向移动后, 其西北方向逐渐有冷空气侵入, 台风的对称结构逐渐遭到破坏。从云顶亮温TBB和700 hPa高度场和风场叠加可以看出, 2015年7月11日20:00 “灿鸿”已移至山东半岛东南侧[图 7(a)], 山东半岛西侧700 hPa转为偏北风, “灿鸿”的西南侧已经开始有冷空气入侵, 北部靠近冷空气一侧的云系发展旺盛, 逐渐具有螺旋状锋面气旋的结构, 山东半岛海岸线正处于北部旺盛云系内, 在暴雨落区上空云顶亮温TBB值较低, 达到-50 ℃; 12日02:00—14:00[图 7(b)~(d)]演变可见, 台风“灿鸿”中心向偏北方向移动, 北部不断有小的对流云团发展加强并向偏西方向旋转, 值得关注的是, 在该时间段内, 台风“灿鸿”北侧TBB低于-40 ℃冷云区在山东半岛东侧维持, 且始终与700 hPa偏北风挈带的冷空气相对峙, 这是造成山东半岛东侧发生暴雨的主要原因。进一步说明中高纬度系统与“灿鸿”的相互作用以及冷暖空气的相互作用。
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图 7 2015年7月11日20:00 (a)、12日02:00(b)、08:00 (c)、14:00 (d) 700 hPa高度场(等值线, 单位: dagpm)、风场(风羽, 单位: m·s-1)和TBB(彩色区, 单位: ℃)分布 Fig. 7 The distribution of 700 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), wind field (barb, unit: m·s-1) and black body temperature (color area, unit: ℃) at 20:00 (a) on 11, at 02:00 (b), 08:00 (c) and 14:00 (d) on 12 July 2015 |
利用烟台雷达产品对此次台风外围形成的暴雨进行分析。雷达回波特征是回波稳定, 组合反射率因子维持少变。由2015年7月12日08:01烟台雷达站的组合反射率因子[图 8(a)]可见, 在烟台东北侧存在絮状密实回波, 石岛上空强回波中心高达45 dBz, 配合基本径向速度可知, 在对流层低层存在明显的东北低空急流, 最大风速达到27 m·s-1[图 8(c)]。高于45 dBz回波维持少动, 截止到13:00高于45 dBz强回波仍然维持[图 8(b)], 值得关注的是, 在烟台雷达站监测到的27 m·s-1大风速区中, 出现速度模糊, 风速增大到30 m·s-1, 这与前文提到的850 hPa风速脉动时间基本吻合。可见, 高于45 dBz强回波反映出来的低空急流的存在及维持对暴雨有着重要作用。
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图 8 2015年7月12日08:01 (a、c), 13:00 (b、d)烟台雷达站的组合反射率因子(a, b, 探测距离460 km, 单位: dBz), 3°仰角基本径向速度(c, d, 探测距离230 km, 单位: m·s-1)分布 Fig. 8 The distribution of composite reflectivity (a, b, detection range is 460 km, unit: dBz), base velocity at 3° (c, d, detection range is 230 km, unit: m·s-1) from the Doppler radar Yantai station at 08:01 (a, c) and 13:00 (b, d) on 12 July 2015 |
台风“灿鸿”与山东省台风暴雨个例对比可知, 影响山东省的台风暴雨个例暴雨落区多位于台风移动方向的右前方(周雪松等, 2017; 陆桂荣, 2014), 而此次暴雨落区位于台风移动方向的左前方, 这是预报中值得关注的问题。本文选取2011年09号台风“梅花”[图 9(a), (c)]和2014年10号台风“麦德姆”[图 9(b), (d)]与台风“灿鸿”进行对比分析, 3例台风暴雨个例共同特征是暴雨落区均位于山东省东部海岸, 不同特征是台风“梅花”暴雨落区同台风“灿鸿”暴雨落区一致, 都是位于台风移动方向的左前方, 而台风“麦德姆”暴雨落区位于台风移动方向的右前方。这3例台风暴雨个例暴雨落区虽然位于台风移动方向的不同位置, 但有一个相似点是, 3例台风均表现为向北移动逐渐汇入高空槽, 由高空槽携带的冷空气侵入台风, 触发暴雨天气的发生。更值得关注是, 台风“梅花”和“麦德姆”与台风“灿鸿”一样, 都存在高低空急流“耦合”(图略), 而且高低空急流“耦合”的区域都位于山东半岛东东岸, 并存在TBB低于-30 ℃冷云区, 与暴雨落区完全吻合, 这可能是台风暴雨落区有时位于台风移动方向左前方, 而有时位于右前方的主要原因, 也是山东省台风暴雨过程预报暴雨落区的主要指标。
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图 9 2011年8月8日20:00 (a)、2014年7月25日20:00 (b)山东24 h降雨量(彩色区, 单位: mm)和台风路径, 2011 8月8日14:00(c)、2014年7月25日08:00(d)500 hPa高度场(等值线, 单位: dagpm)、700 hPa风场(风羽, 单位: m·s-1)和TBB(彩色区, 单位: ℃)分布 Fig. 9 The 24 hours precipitation (color area, unit: mm) in Shandong and track of typhoon at 20:00 on 8 August 2011 (a) and at 20:00 on 25 July 2014 (b), the geopotential height (contour, unit: dagpm) at 500 hPa, wind field (barb, unit: m·s-1) at 700 hPa and black body temperature (color area, unit: ℃) at 14:00 on 8 August 2011 (c) and at 08:00 on 25 July 2014 (d) |
(1) 这次山东海岸线的台风暴雨是中高纬度环流与台风环流相互作用的结果, 高空槽后干冷的西北气流与台风前部暖湿的偏东气流在山东半岛交汇, 地面“鞍型场”诱发的冷锋入侵, 为山东东部海岸暴雨的发生提供了有利的环流背景条件。
(2) 降水初期, 水汽源地充沛, 但水汽输送条件尚差, 随着台风环流的作用, 水汽输送条件转好, 使得降水区强降水持续维持; 在“灿鸿”北上过程中高能舌伸向北方, 与北方干冷空气相互作用产生较大的θse梯度, 山东半岛海岸线东侧恰好处在梯度大值区附近, 这有利于强降水的产生; 高低空急流的耦合, 为暴雨发生提供了动力抬升机制。
(3) 台风“灿鸿”北侧TBB低于-40°冷云区在山东半岛东侧维持, 且始终与700 hPa偏北风挈带的冷空气相对峙, 这是造成山东半岛东侧发生暴雨的重要原因。
(4) 高于45 dBz强回波反映出来的低空急流的存在及维持对暴雨有着重要作用, 低空急流脉动特征是午后石岛和荣成强降水持续时间较长的重要因素。
(5) 个例对比研究表明, 高低空急流“耦合”的区域是预报台风暴雨落区位于台风移动方向左前方或右前方的主要着眼点。
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