2016年三个相似路径台风影响江西的暴雨落区差异成因

孙素琴 , 刘 春 , 刘文英

1.江西省气象台， 江西 南昌 330046 2.江西省农业气象中心， 江西 南昌 330096

0 引 言

台风暴雨预报常使用相似路径预报法，但相似路径台风的暴雨分布未必类似，比如2016年01号台风Nepartak、14号台风Meranti和17号台风Megi，三者路径相似，但造成江西的暴雨落区有很大差别。针对这三个台风的风雨影响已有不少研究。例如，赵震(2019)研究2016年台风Meranti的发展演变过程表明，台风在超强阶段有小而清晰的圆形台风眼，降水呈现非均匀、非对称结构，最强降水集中于台风中心附近。田亚杰等(2018)对台风Nepartak的数值试验结果表明，在其加强、靠近中国大陆的过程中，迫使副热带高压(简称副高，下同)北抬东撤，阻碍了沿副高边缘水汽输送至内陆，间接导致降水显著减少。台风Megi在江西引发持续性暴雨过程的原因也有研究，如张娟娟等(2021)研究表明，台风移动缓慢，影响时间长，登陆后水汽输送维持，为江西地区暴雨提供充足水汽和热量。相似路径台风研究也比较多，如梁红丽和程正泉(2017)和朱红芳等(2019)研究了两个相似路径台风影响内陆的降水差异，发现暴雨降水性质明显不同，分布差异主要是由于环境场气流作用不同。影响江西的台风研究较多(尹洁等,2007；陈云辉等,2014；郭达烽等,2014；万明等,2015)，但相似路径台风对江西影响研究较少。文中采用常规资料、台风路径资料、再分析资料等，以2016年三个移动路径相似但暴雨落区有较大差异的台风Nepartak、Meranti、Megi为研究对象，分析其暴雨落区差异形成的原因，以期为影响江西的台风暴雨预报提供参考。

1 资料与方法

文中所用资料包括：1) 台风信息资料为CMA最佳路径数据集，内容为6 h分辨率的位置和强度；2)观测资料为高空探测资料和分辨率为1°×1°的NECP FNL再分析资料；3)降水资料为全国3万个自动气象站逐小时降水资料和CMORPH降水产品融合逐时降水资料。所用分析方法包括天气学诊断和统计分析等。

2 台风特征分析

2016年共有26个热带气旋在西北太平洋生成。已有的研究表明，2016年台风登陆时强度偏强，并且多集中在秋季。其中，台风Meranti最大强度75 m/s，台风Nepartak强度峰值72 m/s。登陆时为强台风或超强台风等级的有台风Nepartak、Nida、Meranti和Megi，其中Nepartak、Meranti和Megi三个台风登陆地点为台湾、福建(图1)，其余登陆地点为广西、广东或海南。台风给我国带来了大范围的强降雨和狂风天气，破坏力极大，致灾严重(表1，高拴柱等,2018)。

表1 台风Nepartak(1601)、Meranti(1614)和Megi(1617)主要特征Table 1 Main features of typhoons Nepartak (1601), Meranti (1614) and Megi (1617)

图1 1601号台风Nepartak、1614号台风Meranti和1617号台风Megi路径对比(图中时间为世界时)Fig. 1 Comparative analysis of the track of typhoons “Nepartak”，“Meranti” and “Megi”(time in picture is UTC)

3 暴雨在江西落区、性质差异分析

3.1 暴雨落区和强度差异

由图2可见，台风影响江西期间的暴雨范围，Megi最大，Nepartak次之，而Meranti最小。

图2 台风影响江西期间的降水分布(a.Nepartak台风，2016年7月9日08:00—11日08:00； b.Meranti台风，2016年9月15日08:00—16日08:00； c.Megi台风，2016年9月28日08:00—30日08:00)Fig. 2 Distribution of cumulative rainfall in Jiangxi for the three typhoons (a.Typhoon Nepartak, from 08:00 BT on July 9 to 08:00 BT on July 11, 2016； b.Typhoon Meranti, from 08:00 BT on September 15 to 08:00 BT on September 16, 2016; c.Typhoon Megi, from 08:00BT on September 28 to 08:00 BT on September 30, 2016)

台风Nepartak影响江西期间，强降水主要出现在2016年7月9—10日江西中南部，位于台风前侧螺旋雨带中，最大累计雨量为205 mm，出现在赣州市赣县区沙地镇攸镇村和吉安市万安县武术大岭。其间以短时对流性强降水为主，江西省29个县(市、区)83个站点出现1 h降水量30 mm以上的短时强降雨，最大为进贤县三里镇63 mm；33个县(市、区)206个站点出现6 h降水量50 mm以上的短时强降雨，以赣州市赣县区沙地镇攸镇村150 mm为最大。

台风Meranti影响江西时间为2016年9月15日。暴雨主要出现在江西东北部，位于台风螺旋雨带中。其间累计降水量，以上饶市信州区三清宫的201 mm为最大，上饶市信州区缆车站159 mm次之。以稳定性降水为主，仅有2站出现1 h降水量30 mm以上的短时强降水，24 h累积量最大的三清宫其1 h降水量均在20 mm以下，但由于持续时间长，1 h降水量为10—20 mm的持续时间长达9 h左右，故导致其累计雨量大。

台风Megi影响江西时间为2016年9月28—29日。江西大部分地区出现强降水，共分为两个时段，分别是28日的江西中南部暴雨和29日的江西西北部暴雨。其间累计雨量以九江庐山市小天池330 mm为最大，九江武宁县扬州乡霞庄村293mm次之。降水强度介于台风Nepartak和Meranti之间，以稳定性降水为主，小天池站除了出现2次1 h降水量超过20 mm外，其他时间均小于20 mm。但由于影响时间较长，江西地区553个站点出现6 h降水量50 mm以上短时强降水。

3.2 江西暴雨性质对比

三个台风影响期间降水强度为什么不同？分析发现，三者影响江西期间能量条件CAPE分布存在差异(图略)。其中，Nepartak台风暴雨发生前的7月8日14时，不稳定能量在台风西侧明显积累，大部分地区CAPE值达2 400 J/kg，局部地区超过3 000 J/kg。9日20时赣州站大气层结仍处于不稳定状态，CAPE值为1 753 J/kg，CIN值为31 J/kg。夜间台风中心移入，暴雨增强使CAPE明显释放，其值降为300 J/kg以下。而台风Meranti和Megi影响江西期间大气层结均为稳定状态。其中，Meranti影响期间，暴雨发生前的9月15日08时，距离江西东北部较近的南昌站，CAPE值为0 J/kg，CIN值为401 J/kg；Megi影响期间，9月28日08时赣州站和29日08时南昌站CAPE值均为0 J/kg。

结合江西实况降水强度分析，台风Nepartak影响江西期间降水以中尺度对流性降水为主，具有不稳定特征；而台风Meranti和Megi影响江西期间以持续的天气尺度稳定性降水为主，持续稳定且具有一定强度的天气尺度降水导致降水累计量较大。

4 环流形势差异分析

4.1 登陆前后环流形势对比

三个台风登陆前后中高层环流形势有相似点：1) 200 hPa高度层上台风环流均处于南亚高压东侧，高层辐散条件好；2) 500 hPa高度层上中高纬地区均为“两槽一脊”形势，副高均为带状结构，台风环流处于其南侧的偏东气流中，台风登陆后副高均断裂为东西两段(图3)；3) 台风登陆后三者的暖心结构均很快消失。

分析图3还发现背景环流形势的不同点：1) 登陆前副高形态相似，但登陆后副高强度不同，脊线、西脊点位置不同。台风Megi登陆后副高西脊点位置偏西，位于118°E附近；台风Meranti登陆后副高西脊点位于122°E附近；台风Nepartak登陆后副高西脊点位置偏东，位于124°E附近。这导致三个台风登陆后水汽输送通道存在差异，进而造成在江西暴雨落区的差异。台风Nepartak登陆后副高快速减弱东退，台风西北行后在江西境内衰减填塞。台风Megi登陆时副高西脊点位置偏西，台风移动路径与台风Nepartak相似；台风Meranti登陆时副高西脊点位置较台风Megi偏东，登陆后沿副高外围偏南引导气流北上。2) 台风环流与西风槽结合存在差异。台风Nepartak影响江西期间与西风槽无相互作用；台风Meranti和Megi登陆后均与西风槽结合，但位置有差异。台风Megi环流在湘赣交界与中纬度西风槽结合；台风Meranti环流移至江西东北部后与低槽结合。3) 东北冷涡均位于50°N以北，但相应的冷槽位置不同。台风Nepartak影响江西时冷槽位置偏东，槽底位于130°E以东、45°N以北；台风Meranti影响江西期间冷涡西部有一东西向的冷横槽，槽上有一低温中心位于(120°E,50°N)附近，并随着冷涡东移而逐渐南甩，不断引导冷空气南下。台风Megi影响江西期间冷槽的底部位于(115°E,40°N)附近。比较三个台风影响江西期间冷温槽位置，Megi影响时偏西，Nepartak影响时偏东，Meranti影响时位于两者之间。这些差异直接导致台风降水落区的差异。

图3 500 hPa位势高度场(等值线，单位：dagpm)和风场(风向杆)(a.Nepartak台风2016年7月7日08时， b.Nepartak台风2016年7月10日02时， c.Meranti台风2016年9月14日08时， d.Meranti台风2016年9月15日14时， e.Megi台风2016年9月27日20时， f.Megi台风2016年9月28日20时)Fig. 3 Geopotential height field (isoline; units:dagpm) and wind field at 500 hPa (wind pole)(for Typhoon Nepartak at 08:00 BT on July 7, 2016 (a) and at 02:00 BT on July 10, 2016 (b) ； for Typhoon Meranti at 08:00 BT on September 14, 2016 (c) and at 14:00 BT on September 15, 2016 (d); for Typhoon Megi at 20:00 BT on September 27, 2016 (e) and at 20:00 BT on September 28, 2016 (f))

图3 (续)Fig. 3 (Continuation)

4.2 天气尺度上升运动、水汽条件对比

由三个台风环流500 hPa高度层的上升运动可见(图略)，台风Nepartak登陆时，天气尺度的上升运动不强，江西中南部的大气垂直运动速度约为-0.08 Pa/s；台风Meranti登陆时强的上升中心位于华东沿海，而江西东北部暴雨区的上升运动速度约为-0.1 Pa/s；台风Megi登陆时，江西境内的上升运动速度较前两者明显偏强，9月28日江西中南部的上升运动速度约为-0.2 Pa/s，29日江西西北部仍维持在-0.2 Pa/s左右。对比发现，三个台风登陆后江西上空的上升运动，Megi最强，Meranti次之，而Nepartak最弱。故而台风Megi导致的江西境内降水虽为天气尺度稳定性降水，但持续偏强的天气尺度上升运动利于暴雨的发生，这可能是台风Megi导致江西降水累计量最大的原因之一。台风Nepartak导致的江西境内降水以中尺度对流性强降水为主，虽然天气尺度上升运动不强，但对流有效位能释放可以加剧和维持中尺度上升运动的发展，使得江西中南部产生大范围暴雨。台风Merant登陆后，江西区域的天气尺度上升运动较弱，同时无中尺度对流性条件，故在三者中暴雨范围最小。

程正泉等(2009)研究发现，西南气流的水汽输送对台风降水至关重要，造成大范围强降水的台风环流往往与西南气流相连接并长时间持续较。三个台风影响江西期间，正值南海夏季风活跃期，越赤道气流活跃，从孟加拉湾到南海南部与台风外围环流相连接，形成的水汽输送带与副高东南侧水汽通道相结合，在维持台风强度的同时也导致强降水出现。此外，从登陆前到登陆后，三个台风携带的充沛水汽均位于台风中心东侧，副高至台风中心南侧南风分量均大于台风中心西侧的北风分量，说明副高边缘充沛的水汽条件对台风环流的发展有促进作用。

台风Nepartak登陆后，副高588 dagpm线迅速东退，西脊点位于130°E以东，副高外侧偏南引导气流将丰沛水汽引导到中国东部沿海。850 hPa高度层上偏东急流速度达20 m/s，加之降水对流性强，引发福建至江西南部的大范围暴雨天气。台风移至闽赣交界处后，无持续水汽输入，因此衰减较快，环流结构出现空心化，水汽通量中心值从7月9日20时52×10-5g/(cm·hPa·s)衰减至10日08时26×10-5g/(cm·hPa·s)，低层风场也迅速衰减，使得降水快速减弱(图4a)。

图4 850 hPa水汽通量场(等值线，单位:g/(cm·hPa·s))和风场(风向杆)(a.Nepartak台风2016年7月10日08时; b.Meranti台风2016年9月15日20时; c.Megi台风2016年9月28日14时)Fig. 4 Distribution of water vapor flux(isoline; units:g/(cm·hPa·s))and wind field (wind pole)at 850 hPa (a.Typhoon Nepartak, at 08:00 BT on July 10，2016; b.Typhoon Meranti, at 20:00 BT on September 15，2016; c.Typhoon Megi at 14:00 BT on September 28，2016)

台风Meranti登陆后，其中心东侧风场明显强于西侧，呈不对称性结构，东侧存在2条大风速轴线，强度为12—20 m/s。分析水汽通量场发现，9月15日08时台风中心附近达78×10-5g/(cm·hPa·s)，台风Meranti北上后受台风Malakas环流和西南季风对其不断补充水汽，因此位于台风中心东侧的水汽通量中心值仍维持在70×10-5g/(cm·hPa·s)(图4b)，导致福建大部地区出现暴雨天气。江西东北部与福建相邻，上空850 hPa高度层风速辐合达8—10 m/s，造成局部地区的暴雨天气。

相较于前两者，台风Megi表现出更强的水汽通量和风场条件。靠近东部沿海时其中心东北侧沿海地区的水汽通量中心值超过100×10-5g/(cm·hPa·s)，而进入内陆后，较强水汽输送衰减较慢，仍位于台风中心北侧，9月28日14时台风中心北侧的江西中南部水汽通量为86×10-5g/(cm·hPa·s)(图4c)。此外登陆后，台风东北侧气流携带东海以南大部分海域的水汽向台风中心输送，中心北侧偏东急流速度维持在20 m/s以上，这对台风强度维持和水汽输送起到关键作用。台风登陆后，江西中南部上空850 hPa高度层风速强辐合达8 m/s，导致此区域出现暴雨天气。随着台风的西进北上，水汽通量中心北抬，仍维持在(60—80)×10-5g/(cm·hPa·s)；台风残留环流与冷空气结合时，其中心北侧偏东急流速度仍大于12 m/s，最强达20 m/s，江西西北部上空850 hPa高度层的风速辐合达8 m/s，源源不断的水汽供给使得降水再度加强，江西西北部地区出现暴雨天气。

副高588 dagpm线位置是台风Nepartak与后两者水汽输送显著不同的原因之一。由台风Meranti和Megi的水汽通量演变可见，充沛的水汽是两者强度维持和深入内陆后引发暴雨的主要原因。

4.3 冷空气影响对比

杜惠良等(2011)研究发现，当减弱后的台风残余环流与冷空气相互作用时，台风低压将再次获得能量而引发暴雨。台风Nepartak影响江西期间，没有冷空气与之相互作用(图5a)。台风Meranti和Megi影响江西期间，冷空气从低层(750 hPa以下)入侵，对流层中层没有冷空气活动(图略)，对流层低层和近地面边界层的冷空气活动表现更明显。冷空气影响位置、走向，以及冷空气与暖湿急流结合的位置不同，造成Meranti和Megi台风强降水在江西落区的不同。

图5 850 hPa温度场(等值线，单位：℃)、风场(风向杆)和冷空气入侵路径(红色箭头)(a.Nepartak台风2016年7月10日20时; b.Meranti台风2016年9月15日14时; c.Megi台风2016年9月29日14时)Fig. 5 Distribution of temperature(isoline; units:℃), wind field (wind pole), and the moving path of cold air (red arrow) at 850 hPa (a.Typhoon Nepartak, at 20:00 BT on July 10, 2016; b.Typhoon Meranti, at 14:00 BT on September 15, 2016; c.Typhoon Megi, at 14:00 BT on September 29, 2016)

台风Meranti影响江西期间，中高层东北冷涡南调，引导700 hPa高度层以下的冷气流在胶东半岛东侧纬向深入内陆，925 hPa高度层上冷空气经江淮和黄淮一线抵达江南中部地区，9月14—15日南昌站24 h降温达4 ℃(图5b)。低层冷舌呈现东北—西南向偏东路径入侵使得暖中心迅速消失，受其影响台风环流呈明显不对称结构，冷暖空气交汇的江浙一带降水增强，江西东北部位于强降水带的西段。

台风Megi影响江西后期，东路冷空气经黄海和东海北部影响黄淮、江淮和江南西部地区，9月27—28日南昌站24 h降温幅度达12 ℃。与此同时，中纬度短波槽引导冷空气从台风西侧(湘鄂和赣西)低层侵入台风倒槽，从而形成南北向分布的冷舌，使得台风低压外围残留螺旋云带的偏东暖湿气流在冷空气上面爬升，造成持续的稳定性降水(图5c)。

5 小 结

文中分析了2016年影响江西且路径相似台风Nepartak、Meranti、Megi的暴雨区分布特征，得到：

1) 台风Nepartak、Meranti、Megi三者登陆地点接近，移动路径相似，但在江西形成的暴雨落区差异较大。Megi导致江西的暴雨范围最广，Nepartak次之，Meranti最小。前两者主要影响江西的时间为 2 d，而Meranti仅 1 d。Nepartak影响江西期间以中尺度对流性降水为主，暴雨位于江西中南部；Meranti和Megi影响期间均为稳定性降水，前者暴雨位于江西东北部，后者两个阶段的暴雨分别位于江西的中南部和西北部。

2) 台风Nepartak影响江西期间，对流有效位能的加速释放使得江西中南部产生暴雨天气；台风Meranti影响期间，中尺度对流运动条件弱，垂直上升运动较弱，影响时间短，导致的江西暴雨范围较小；台风Megi影响期间，风场辐合上升条件和水汽通量条件明显强于前两者，形成的持续稳定的天气尺度降水，这是江西暴雨范围广、累计降水量大的原因之一。

3) 台风Nepartak影响江西期间，没有天气尺度冷空气与台风环流相互作用。台风Meranti和Megi影响江西期间，冷空气均从对流层低层和边界层以下入侵，均经过黄海以南洋面到达台风中心西侧螺旋雨带中，在低层以下形成冷垫。当台风残留云系螺旋北上时，暖湿气流沿着冷垫爬升，利于两者天气尺度稳定性降水维持。相较于台风Megi，台风Meranti影响期间冷空气强度偏弱、位置偏东，导致强降水落区主要位于浙闽地区。

文中主要从天气学角度初步讨论2016年三个路径相似台风强降水落区差异。影响台风降水的机制较复杂，与台风内部结构等因素有关，此外每个登陆台风其暴雨多呈现不对称分布，受不同物理因子影响，故暴雨落区也不尽相同。暴雨预报受多种因素影响，存在较大不确定性，今后还需通过大量个例分析诊断及高分辨率模式进行深入研究。