1617号台风“鲇鱼”造成温州南部大暴雨成因分析

梁艳 刘峰 林群 宋珊珊 曹楚

(1.平阳县气象局,浙江 平阳 325400;2.温州市气象局,浙江 温州 325000)

0 引 言

台风是对我国沿海造成影响最大的灾害性天气系统之一,它带来的狂风、暴雨以及风暴潮等常造成受影响地区房屋倒损、滑坡、泥石流、城乡积涝,对人民群众生产生活以及经济社会的发展造成重大的危害。温州地处浙江东南沿海,每年夏秋季节受到台风的影响和威胁,2016年9月温州受17号台风“鲇鱼”影响,给温州特别是南部地区造成了严重影响,其虽在福建中部登陆并西进却造成局部超800 mm的特大暴雨。对于登陆型的台风暴雨,前人做了很多相关研究[1-4],影响台风暴雨强度不仅和台风本身的强度、范围以及结构等有关,还与下垫面地形[5]、水汽输送[6]、冷空气[7]等因素有关,陈久康[8]等研究发现中低纬环流系统相互作用对登陆台风暴雨的突然增幅也有重要作用。本文试通过采用美国国家环境预报中心NCEP的1°×1°客观再分析资料、Micaps资料、国家卫星中心的FY-2F卫星资料、多普勒雷达资料及浙江省中尺度站气象资料等对“鲇鱼”台风影响期间的环境场、水汽输送、地形影响等方面进行分析,总结在闽中登陆的台风引发温州南部特大暴雨的成因,为今后此类登陆型台风的雨量预报提供借鉴。

1 台风“鲇鱼”概况及大尺度环流特征

1.1 台风“鲇鱼”影响情况

台风“鲇鱼”于2016年9月23日08时在菲律宾以东的西北太平洋洋面上生成后沿西北路径移动,强度逐渐加强,并于28日4时40分前后在福建省泉州市惠安县沿海登陆(33 m/s、975 hPa),登陆后强度迅速减弱,当日23时在福建龙岩境内减弱为热带低压。受其影响,温州各地出现了暴雨到大暴雨,特别是南部文成、泰顺、苍南、平阳、瑞安等地出现了局部出现特大暴雨。据浙江省自动站降水资料统计,2016年9月27日08时至29日12时,全市面雨量240.1 mm(图1b)。单点累计雨量600 mm以上站点有19个,最大在文成周山乡813.7 mm。据统计,该台风为2014年至今在9月份登陆大陆并对温州有较严重影响台风中站点雨量极大值(文成周山乡802.7 mm)最大、小时雨强(1 h降水达109.7 mm)最强和经济损失最大(35.98亿)的台风。

1.2 大尺度环流背景

从“鲇鱼”台风影响期间不同时次500 hPa流场演变图(图1a)来看,9月26日西太平洋副热带高压(简称副高,下同)588线已深入我国大陆30°N以南地区,副高脊线呈东东北—西西南走向,并形成高压坝。台风受副高南侧的东南气流引导稳定向西北方向移动,副高中心最强达596。28日前后受北方高空槽影响,副高断裂成两环,其中东环高压脊线北抬到30°N以北,且西伸至110°E附近。台风西行为主,并于当天4:40前后在福建省泉州市惠安县沿海登陆。对应700 hPa和850 hPa环流特征(图略),其演变形势与高层相似,台风北侧的高压坝明显,热带地区为西南急流区,南海地区受夏季西南季风影响将水汽源源不断输送到台风“鲇鱼”环流内。大气上下层台风中心位置较一致,高空槽位置偏北,无冷空气影响。可见此次台风暴雨期间,副高发展旺盛,其南侧的东南气流为台风的引导气流,使其移动路径较稳定,水汽输送明显,强降水的发生主要为其本体系统造成。

图1 台风“鲇鱼”26—28日500 hPa形势场、台风位置(a,单位:dagpm)和温州市过程雨量(b,单位:mm)

1.3 卫星云图分析

降水与云的发生发展密切相关,云顶亮温是气象卫星红外探测通道获取的云顶及无云或少云区地球表面的向外辐射,是生成红外云图和各种不同增强显示云图最原始的定量资料,以相当于黑体温度(Black-Body Temperature,缩写为TBB)表示,TBB资料因其时空分辨率较高,可用来反映强天气系统的发生、发展和消亡。在少云区或无云区,一般TBB>273 K;在有云区,一般TBB≤273 K,且TBB越低,对应云顶越高,对流越旺盛,降水潜势也越大[9]。利用FY-2F卫星相当黑体亮温TBB资料,结合中尺度加密自动站资料,具体分析“鲇鱼”台风影响期间云系演变特征。27日22时温州南部出现TBB低值区发展降水区雨强增强,28日03时(图2a)开始TBB出现220 K的低值区,且东部海上有大片低值区域移向温州南部沿海,实况上南部各县陆续出现小时雨强≥30 mm的站点。到08时前后低值区一直维持在中南部地区降水也主要位于南部的文成、泰顺、苍南、平阳一带,8—14时强降水主要位于120.5°E以西地区,这和TBB低值区位置也基本一致。TBB海上低值区15时再次发展并移至平阳文成交界,其后16时(图略)平阳中西部、文成东部小时雨强3个站达100 mm以上,50 mm以上站点23个,相较于14时6站和15时3站明显增多。

图2b给出了位于暴雨中心的文成周山乡站(27.7°N,120.2°E)9月28日08—20时逐时TBB与其后1 h累积雨量演变,可以看到TBB达230 K左右,该站出现了小时雨量10 mm以上降水,15时和16时TBB均较低为210 K和214 K,对应的小时雨量108.5 mm、70.8 mm,降水效率大,17时TBB增大至232 K,对应降水效率有所下降,20时TBB增大至257 K,降水明显减弱,后一小时雨量仅0.8 mm。上述分析表明,TBB低值区与强降水区相对应,TBB值反映小时雨强的大小有约一小时的提前量,TBB值对降水强度也有一定的指示意义,即TBB低于230 K预示将有明显降水出现,210 K左右出现大暴雨概率较大。另外,结合15—17时卫星云图资料,发现此次强降水过程存在MCS。15时起温州中南部地区逐渐出现小于241 K云顶亮温中心,16时该区域逐渐发展成为长轴约2个纬距,短轴约1.5个纬距的β中尺度MCS(马禹等将云顶亮温小于等于241 K的短轴长度在1.5～3个纬距的对流系统定义为MβCS[10]),系统旺盛时出现-213 K的上冲云顶,实况上强降水发生在云顶亮温梯度较大区域,即文成、瑞安和平阳交界一带。

图2 9月28日03时相当黑体亮温(a,单位:K)和周山乡站9月28日08—20时逐时TBB与其后1 h累积雨量演变图(b)

3 强降水成因分析

3.1 水汽条件分析

分析28日02时850 hPa水汽通量(图3a),浙江东南部沿海地区的强降水的水汽主要来源于南海的西南季风输送,越过20°N后逐渐转为东南急流,形成明显的水汽通道。同时,输送来的水汽在浙江南部地区上空辐合,形成强水汽通量辐合中心,其值小于等于-5。29日02时受西风槽东移影响,副高588线已断裂,台风南侧水汽输送带减弱,但台风东侧偏南气流与副高西侧东南气流的汇合,为台风登陆后的暴雨提供水汽条件。

图3 850 hPa水汽通量(a,28日02时,箭矢,g·cm-1·s-1·hPa-1;b,29日02时)、水汽通量散度分布

图3c为通过周山乡站强降雨中心水汽通量散度逐6 h剖面时序图,可以看出,27日08时至29日08时,900 hPa以下均被水汽辐合区控制。其中18时开始,强降雨中心水汽通量辐合持续增强,扩展到850 hPa附近,28日00时后,水汽通量辐合增强迅速,08时左右达到峰值,为-30,浙江东南沿海地区开始出现大面积强降雨就出现在水汽通量辐合峰值附近。结合水汽通量场(图3d)发现鲇鱼台风引发的暴雨期间,水汽通量大于30的大值区从27日12时至28日06时持续18 h,期间中心最大为45,强度强持续时间长,与水汽通量辐合配合较好。可见,强的水汽通量辐合和充足的水汽输送是这次强降水形成和维持的必要条件。

3.2 动力条件分析

为揭示台风“鲇鱼”的动力结构特征,计算了2016年9月26日20时—29日20时周山乡站(27.7°N,120.2°E)每隔6 h的散度和垂直速度(图4),对该站上空大气的辐合辐散进行诊断分析。27日08时开始,近地面大气辐合作用加强,中层700 hPa大气出现较强的辐散运动,由于台风距离较远,水汽输送有限,实况上该地未出现明显降水。27日20时—28日08时,底层大气辐合进一步加强,中心强度达到-12,高层200 hPa附近同时出现强的辐散中心。垂直速度场上28日02时开始大气上升运动迅速达到200 hPa附近,利于将低层水汽往高层输送,在一定程度上增强了雨强,结合实况看温州南部地区开始出现强降水。同样,28日14时附近大气上空上升运动明显,底层大气持续辐合运动,且高层200 hPa的辐散中心存在。这种强的低层辐合高层辐散结构,配合强上升运动区,使得低层暖湿空气以气旋式环流向暴雨中心辐合上升至高空后向周围辐散,有利于台风对流云的发展和暴雨的产生。

图4 周山乡上空大气散度场(单位:10-5 s-1)和垂直速度场(点划线,单位:Pa·s-1)时间剖面图

3.3 地形因素影响

根据前人研究[11],在台风降雨过程中,由于山地造成的降雨量与凝结率、山脉坡度和正交气流速度成正比。此次鲇鱼影响温州南部地区的特大暴雨过程中,地形起到了明显的增幅作用,主要有3个原因:1)温州三面环山,一面临海,境内地势从西南向东北呈梯形倾斜,有向东南开口的“簸箕”地形(图5a),此时若有东南气流、偏东风等,会产生地形辐合上升运动。2)温州南部沿岸地区由于地形原因,东南风基本与海岸线正交,且持续时间较长,有利于气流产生抬升。3)上述气流进入内陆后由于山脉阻挡和地形摩擦作用,风向转变,发展出一些中小尺度环流,辐合抬升进一步加强,从而促使雨量明显增大。9月28日受底层东南急流的不断输送,当天下午温州南部地区雨量较大,18—19时,温州西部山区的平阳、瑞安和文成交界一带上空出现气旋性风向辐合区(图5c),系统逐渐发展并演变成逆风区,反射率因子回波强度上升到50 dBz以上,且中气旋产品指示告警,表明该地区中小尺度系统活动明显。由于存在喇叭口地形,地形的收缩致使气流辐合加强,文成、瑞安和平阳交界一带发展生成小尺度低压系统(图5d),实况上18—19时大于30 mm/h的暴雨中心也主要处于喇叭口附近。由此可见,地形引起的中小尺度系统对此次降水有明显的增幅效应。

4 历史相似台风比较

对有气象观测记录以来福州到厦门沿海一带登陆的历史台风进行整理分类,登陆后西行路径的台风共10个,分别为5519、5810、6115、7122、7705、0519、0605、1312、1521、1617。除6115台风温州各县市仅出现小雨外,其他台风均有暴雨天气出现,其中1617“鲇鱼”台风影响最重。对比台风移动路径相似程度后,选取1521台风“杜鹃”与“鲇鱼”进行比较,简要分析闽中西进台风中判断可能发生强降水的台风特征。

图5 温州市地形图(a)、9月28日18—19时雨量分布(b)、18:51雷达径向速度图(c)和(d)18—19时地面自动站风场

图6 台风“杜鹃”和“鲇鱼”移动路径图

1)副高发展强盛。在二者生命史期间,副高脊线位于30°N以南地区,受高西北太平洋较高海温影响,台风北部形成稳定高压坝,海上副高中心强度都达到596 dagpm。受强大的高压引导台风稳定西北行。在经过台湾岛进入120°E后,台风南折至23.5°N附近又逐渐转为西北行靠近大陆,且移速减慢,在台湾海峡内外围风圈半径达到250～320 km,为局地持续性降水的形成创造了条件。登陆闽中时强度大,为台风级别。

2)水汽输送充足。台风“杜鹃”影响期间9月29日08时温州沿海东北转东南风,水汽输送条件转好,到30日02时沿海850 hPa以上各层已转为偏南风,低层925 hPa08时转南风,水汽供应减弱,东南风维持不足24 h。而台风“鲇鱼”影响期间9月28日08时各层转东南气流,29日08时仍维持东南气流,20时后700 hPa以下仍维持弱的东南气流,东南风维持近36 h。

3)生命维持较长。台风“杜鹃”登陆后维持1 h的台风和1 h的强热带风暴级别后便减弱为热带风暴级别,29日17时停止编号,陆上生命史9 h。台风“鲇鱼”登陆后维持2 h台风级别和5 h的强热带风暴级别,29日05时停止编号,陆上生命史24 h。分析各层大气可以发现台风“鲇鱼”低层辐合运动,200 hPa高层辐散运动维持时间长,与其生命史对应较好。

5 结 语

1)此次台风暴雨期间,副高发展旺盛,其南侧的东南气流为台风的引导气流,使其移动路径较稳定。TBB大小对降水强度有一定的指示意义,即TBB低于230 K预示将有明显降水出现,210 K左右出现大暴雨概率较大。TBB值反映小时雨强的大小有约1 h的提前量。

2)通过对水汽通量及其散度、垂直速度、大气散度场等物理量的诊断分析,认为东南气流为暴雨的产生提供了充足水汽,暴雨区上空低层辐合、高层辐散以及强上升运动为台风暴雨提供动力条件。

3)温州南部地区向东南开口的“簸箕”地形,引发的中小尺度环流,使得大气辐合抬升进一步加强。同时海上东南风基本与海岸线较长时间的正交影响,对此次强降水起到了明显的增幅作用。

4)闽中西进台风的强降水分析中,可结合一是海上副高位置在30°N以南,强度达到596 hPa以上,台风稳定西北行,进入台湾海峡南折至23.5°N附近,且风圈半径达到300 km左右;二是海上水汽输送带与海岸线相对交角,持续的东南风存在和近36 h的水汽输送时间可能预示会对浙南造成严重影响;三是低层辐合运动200 hPa高层辐散运动维持时间近24 h,台风结构稳定,生命史长。

参考文献：

[1] 陈联寿.热带气旋研究和业务预报技术的发展[J].应用气象学报,2006,17(6):672-681.

[2] 钮学新,杜惠良,滕代高,等.影响登陆台风降水量的主要因素分析[J].暴雨灾害,2010,29(1)76-80.

[3] 程正泉,陈联寿,徐祥德,等.近10年中国台风暴雨研究进展[J].气象,2005,31(12):3-9.

[4] 张建海,薛根元,诸晓明,等.台风Rananim登陆后引发强降水成因和暴雨分布的诊断分析[J].海洋学研究,2007,25(2):1-12.

[5] 周之栩,张喜亮,吴斌.830湖州西南山区大暴雨的地形影响特征[J].浙江气象,2014,35(4):40-43.

[6] 李英,陈联寿,徐祥德.水汽输送对登陆台风维持机制的数值试验[J].大气科学,2005,29(1):91-98.

[7] 周福,钱燕珍,朱宪春,等.“菲特”减弱时浙江大暴雨过程成因分析[J].气象,2014,40(8):930-939.

[8] 陈久康,丁治英,陶祖玉,等.中低纬度环流系统相互作用对登陆台风暴雨突然增幅的影响[M].北京:气象出版社,1996:52-54.

[9] 谷晓平,王长耀,王汶.GMS5红外卫星云图参数化及在降水预测中的应用[J].遥感学报,2005,9(4):459-467.

[10] 张雪晨,郑媛媛,姚晨,等.一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的分析[J].大气科学学报,2013,36(3):346-353.

[11] 叶复声.温州地形对台风降水的影响[J].浙江气象科技,1993,14(1):17-19.