台风“温比亚”在河南的转向路径和暴雨特征分析

王 军， 吴 迪， 席 乐， 王超杰， 刘 磊

（1.许昌市气象局，河南许昌 461000； 2.河南省气象台，郑州 450003； 3.长葛市气象局，河南长葛 461500）

2018年1818号台风“温比亚”引发河南中东部大范围暴雨、大暴雨、部分地区特大暴雨，造成严重灾害，全省共有527.3 万人受灾，因灾死亡2 人，农作物受灾面积89.3×104hm2，造成直接经济损失14.6 亿元，农业直接经济损失13.4亿元［1］.“温比亚”在河南导致的降水强度和影响仅次于1975年8月的7503号台风莲娜（Nina）. 因此，开展对“温比亚”台风特大暴雨过程的研究显得特别重要.

台风深入内陆与中纬度不同天气尺度系统相互作用引发罕见暴雨等剧烈天气，往往造成巨大灾害和生命财产损失. 台风路径和暴雨预报目前仍然是台风天气预报中的难点问题. 对台风暴雨的研究发现，中纬度西风槽是影响登陆台风暴雨落区和强度最为重要的环境天气系统. 陈联寿等［2］研究指出，台风与西风槽相互作用，槽后冷空气入侵台风环流会使台风暖气层抬升而获得位能，而位能释放转化成台风低层动能有利于增加降水. 朱洪岩等［3］研究指出，中高纬西风槽是台风暴雨增幅的重要条件，槽的加强或减弱将导致降水的加强或减弱. 陈红专等［4］指出2013年“天兔”台风暴雨是台风低压倒槽与西风带天气系统相互作用的结果. 有些研究认为，适当冷空气侵入对台风暴雨有明显的增幅作用［5-7］，台风暴雨强降水落区位于高低空急流耦合上升区［8-10］. 这些研究揭示了台风暴雨发生发展的机理. 本文利用常规气象观测、卫星云图、中央气象台台风数据、河南省自动气象站监测和NCEP 1°×1°再分析等资料，结合“温比亚”在河南的转向路径，对此次台风暴雨特征进行了诊断分析，研究其运行演变规律，有助于提高台风路径和暴雨预报预警技术能力，更好为防灾减灾提供参考依据.

1 “温比亚”台风概况及暴雨特征

“温比亚”于2018年8月15日08时（北京时，以下同）在日本冲绳西北海面生成，17日04时05分在上海浦东新区沿海登陆，登陆时为强热带风暴，中心最大风速25 m·s-1；18日03时减弱为热带风暴，从安徽进入河南东南部；18日14时在河南正阳县境内减弱为热带低压；19日20时移出河南进入山东境内，在河南境内运行约40 h. 该台风在河南的移动路径为抛物线型，经历了“西北行、停滞转向和东北行”3个阶段（图1（a））.根据资料统计，该台风17日20时—18日20时为西北行阶段，6 h中心位移从132 km降至30 km；18日20时—19日02时为停滞转向阶段，6 h中心位移仅有10 km；19日02时—20时为东北行阶段，6 h中心位移从44 km增加到153 km（图1（b））. 台风运行经历了西北行逐渐减速、停滞转向和东北行逐渐加速的过程. 强降水落区主要位于河南中东部. 代表站商丘降水量主要集中于台风西北行逐渐减速的过程中（图1（b））.

图1 台风“温比亚”路径、逐6 h台风地面中心位移与商丘降水量Fig.1 Path of Typhoon Rumbia，6 h typhoon ground center displacement and precipitation in Shangqiu

据统计，因台风影响，河南省3300 个雨量监测站中降水量在50 mm 以上的站点有1375 个，其中100～249.9 mm的站点606个，250 mm及以上站点152个，最大降水量位于柘城县远襄集553.1 mm，最大小时雨强出现在虞城县沙集112 mm·h-1. 根据逐6 h 暴雨站点统计，18 日02—20 时为全省降水最为集中的时间段（表1），特别是18日08—14时，降水最强，暴雨范围最大，全省暴雨站点359个，其中100 mm以上站点107个.

单位：个

表1 2018年8月18—19日逐6 h暴雨站点数及台风地面中心位移Tab.1 Number of rainstorm sites and typhoon ground center displacement by 6 h from 18 to 19 August 2018

按表1中逐6 h暴雨（含大暴雨、特大暴雨）站点数统计，西北行阶段的暴雨站点出现次数占此次台风3个阶段总次数的80.9%，停滞转向阶段占6.6%，东北行阶段占12.5%. 以商丘站为代表统计降水量，西北行阶段的降水量占过程降水量93.1%，停滞转向阶段占3.3%，东北行阶段占3.6%. 统计17日20时—18日20时、18日20时—19日02时、19日02—20时3个阶段河南降水实况，也说明大范围强降水主要集中于台风进入河南前期西北行阶段逐渐减速的过程中（图2（a））；东北行阶段的降水强度明显减弱，暴雨区缩小并移至豫北东部（图2（c））；停滞转向阶段降水强度最弱，只有零星的暴雨区（图2（b））.

图2 台风“温比亚”引发河南降水实况Fig.2 The accumulated precipitation caused by Typhoon Rumbia in Henan

2 环流背景与台风路径

2018年8月17日08时50°E～150°E范围欧亚大陆中高纬度500 hPa为三槽二脊形势，亚马尔半岛、贝加尔湖和日本北海道附近各有一低涡中心，三槽之间夹二脊，其中贝加尔湖附近的低涡中心深厚. 38°N 附近，青藏高原至朝鲜半岛为一带状副热带高压. 台风在上海登陆后，位于带状副热带高压南侧偏东气流中，向西北方向移动. 500 hPa 贝加尔湖低槽东移，使副热带高压在河套一带断裂，17 日20 时形成高原东部和朝鲜西南部两个副热带高压（图略）. 18日08时200 hPa（图3（a）），30°N附近西部高原和东部沿海各有一个高压中心，我国北部40°N～50°N存在非纬向高空急流，低槽与急流相交. 18日20时，高空急流显著增强并南扩（图3（b）），低槽断裂，非纬向高空急流向平直西风急流演变.

台风移动路径与暴雨强弱及落区相关. 西风槽、高低空急流、副热带高压是影响台风路径的重要天气系统，台风外围反气旋和高空辐散风场与台风路径密切相关［11-14］. 该台风进入河南之后，贝加尔湖低槽缓慢东移，500 hPa 槽底伸展到40°N 以南，槽后有冷空气南下；200 hPa 槽底位置在35°N附近（图3（a）），与同时次的台风中心所在纬度接近，这种形势有利于台风西北行减速停滞并转向. 18 日08—20 时，200 hPa 位于我国东北的高空急流显著增强，锡林浩特、通辽、哈尔滨一带风速≥30 m·s-1的急流轴增强并向南扩展到张家口、北京、大连一带（图3（b）），张家口风速由28 m·s-1增加到40 m·s-1. 高空急流中心与低槽重合或相交，急流轴右侧槽前具有强烈的偏差风辐散［15］. 非纬向高空急流形成的辐散可使台风倒槽型暴雨增幅［16］.18日08时，非纬向高空急流右后方35×10-5s-1的散度中心位于河南固始县附近，接近台风中心，有利于台风环流中生成强烈的上升运动使暴雨增幅. 在高空急流增强并向平直西风急流转变和低槽东移的情况下，18日20时，散度中心北移至河南台前县与山东东平县交界处，中心增强至39×10-5s-1，而台风地面中心仍然在河南汝南县境内停滞. 高层辐散中心对台风涡旋移动具有“引导”作用［17］. 18日20时，台风环流风场东高西低非对称结构在300～400 hPa层次显现，300 hPa阜阳西南风12 m·s-1，南阳东北风仅有4 m·s-1，预示台风高层转向. 台风地面中心19日02时移动方向转为北方，19日05时转为北北东. 18日夜间，200 hPa位于上海、杭州一带的反气旋环流加强并向西南方向伸展，其西侧从贵州、重庆、湖北到河南南部的西南气流风速增强到18 m·s-1，台风中心西南方安康、南阳等地环境风场由东南风转为西南风；500 hPa朝鲜西南部副热带高压增强并向我国东南沿海伸展，使台风东侧风速增大，19日08时徐州偏南风速达22 m·s-1，远大于台风西侧郑州东北风速8 m·s-1，台风东西两侧风速差进一步增大，台风低压中心加速东北移. 台风在停滞和转向后降水减弱，使河南的重大台风汛情趋于缓解.

图3 8月18日08时和20时200 hPa高度场与风场Fig.3 200 hPa height field and wind field at 8 o’clock and 20 o’clock on August 18 th

图4 8月18日08时和20时200 hPa散度场与风场Fig.4 200 hPa distribution of divergence and wind field at 8 o’clock and 20 o’clock on August 18 th

3 降水变化成因分析

3.1 水汽条件

“温比亚”台风暴雨落区主要位于台风低压中心东北部中低层东南风与东北风形成的强辐合区内，具有倒槽暴雨的特征. 根据850 hPa 风场与水汽通量场分析，台风环流水汽通量具有非对称分布特征. 18 日02—20时，水汽通量大值区集中于台风低压中心的北部，此阶段也是主要的强降水阶段. 台风进入河南前期，18日02时，河南东部与安徽交界处的水汽通量中心值达36 g·cm-1·hPa-1·s-1以上（图5（a））. 18时20时台风低压进入停滞阶段，水汽通量大值降至30 g·cm-1·hPa-1·s-1附近，大值区面积缩小，降水趋弱. 19日02时台风转向，水汽通量降至24 g·cm-1·hPa-1·s-1以下，水汽通量大值区移至台风低压中心东北部（图5（b）），显示出台风系统东北移的趋势. 分析850 hPa水汽通量散度场发现，强降水发生前及强降水发生主要时段，水汽通量散度负值区呈东北-西南向带状位于台风移动方向的前部（图5（a）），说明有大量水汽向河南中东部积聚.19日02时，水汽通量大值中心和水汽通量散度负值中心均移至台风东北方，与台风转向后的移动方向一致（图5（b））. 水汽通量大值中心、水汽通量散度负值中心移向对判断台风移动方向具有指示意义.

图5 850 hPa水汽通量、水汽通量散度与风场Fig.5 Water vapor flux，water vapor flux divergence and wind field at 850 hPa

3.2 不稳定条件

由台风中心垂直涡度和θse纬向剖面图可知，台风停滞转向前中高层θse呈漏斗状结构，台风中心附近为θse高值区. 18日02时（图6（a）），台风中心正垂直涡度柱较强，伸展高度达300 hPa，但18×10-5s-1以上大值中心高度较低，位于850 hPa附近. 18日08时（图6（b）），台风中心垂直涡度值明显增强，18×10-5s-1以上大值区向上扩展至500 hPa附近，台风呈增强趋势；西部中低空弱冷空气侵入台风环流，850 hPa以下有冷舌楔入台风中心，暴雨区600 hPa以下∂θse/∂p ＞0，出现对流不稳定层结，东南暖湿气流在弱冷空气形成的冷垫上爬升，有利于低层辐合，增强对流不稳定性；台风东侧344 k线也向台风中心逼近，说明台风西侧不断有绕流弱冷空气从东南侧侵入台风环流，加强了暴雨区冷空气与暖湿空气的交汇，促进并维持中尺度对流系统的发展，增强了强回波带的“列车效应”. 19日02时（图6（c）），台风中心垂直涡度值下降，结构变形，θse值下降，台风强度减弱，但仍保持θse漏斗状结构，维持热带低压状态，直到移出河南.

3.3 动力条件

8 月17 日，200 hPa 黄河中下游以东和以北地区处于高空槽前的西南气流中. 17 日夜间，高空槽前的西南气流有所增强南移，原在江苏的正散度中心增强，中心值从17 日20 时的11×10-5s-1增加到18 日08 时的35×10-5s-1，并西移至河南东南部. 18 日02 时，河南中东部上空散度场上正下负的形势初步建立，但高度较低，上升运动较弱（图7（a））. 18 日08 时，河南位于二连浩特、通辽和长春一带西南急流的右后方，强辐散中心提升至400 hPa 以上；台风东南方的中低空东南风急流深厚，850 hPa 最大风速达24 m·s-1，河南中东部位于低空急流出口区左侧；高空急流右后侧强辐散区与低空急流出口区左侧强辐合区上下叠置，形成耦合机制（图7（b））；低层辐合、高层辐散的上升运动引发中尺度对流系统发展，产生强降水. 500 hPa垂直速度-3.0 hPa·s-1大值区位于河南中东部一带，与暴雨落区吻合. 台风停滞转向后，高空辐散中心东北移，台风辐合辐散柱状结构变形，400 hPa以上辐散中心和垂直速度场均向东北方向偏移，显示台风环流上部已向东北方向转向（图7（c）），上升速度值下降，河南境内降水减弱.

图6 假相当位温与垂直涡度纬向—高度剖面Fig.6 Latitude-height profile of pseudo-equivalent potential temperature and vertical vorticity

图7 散度与垂直速度经向—高度剖面Fig.7 Meridional-height profile of divergence and vertical velocity

4 结论和讨论

1）2018 年8 月的“温比亚”台风引发河南中东部大范围暴雨、大暴雨和部分地区特大暴雨，洪涝灾害严重. 其移动路径为抛物线型，在河南经历了西北行逐渐减速、停滞转向、东北行逐渐加速的过程. 大范围强降水主要集中于台风进入河南西北行逐渐减速的过程中. 停滞转向阶段降水明显减弱，东北行阶段暴雨区缩小并移至豫北东部，避免了河南中东部洪涝灾害的进一步加剧.

2）“温比亚”台风进入河南前期中低空东南急流强劲，水汽充沛，水汽通量分布具有显著的非对称特征.西风槽携带的冷空气在低空与台风环流充沛的暖湿气流作用，在非纬向高空急流形成的强辐散场与台风低空辐合场耦合的情况下，触发对流和暴雨增幅.

3）西风槽东移有利于台风西北行减速停滞并转向. 高空急流显著增强并向南扩展，非纬向高空急流向平直西风急流演变，急流轴右侧的强辐散中心东北移，从高层牵引台风转向，影响台风结构；台风东侧副高增强，高层反气旋环流加强并向西南伸展，台风环境风场转入增强的西南气流中是台风转向并加速东北移的重要动力因素.

4）台风停滞转向后，上部垂直涡度、散度、垂直速度场与下部偏移错位，强度减弱，水汽通量值下降，降水也随之减弱. 低空水汽通量大值中心、水汽通量散度负值中心和高空辐散中心位置对判断台风移动方向具有指示意义.

此次台风在河南境内运行时间长，强降水持续时间长，准确预报台风动态以及强降水的趋势和落区对防灾应急极为重要. 高空急流的显著增强对此次台风路径变化和降水强弱有重要影响，在关注西风槽、低空急流、副热带高压等天气系统的基础上，需要重视对高空急流的分析研判. 高空急流的增强因素有待进一步探讨.