1907号南海台风“韦帕”造成防城港大暴雨诊断分析

陈绍河，赵胜男，骆艺仁

(广西壮族自治区防城港市气象局，广西 防城港 538001)

0 引言

台风暴雨是影响我国沿海地区的主要灾害性天气之一，会造成洪涝爆发、农田受淹、耕地流失、城市内涝和路毁车阻等灾害，同时严重威胁着沿海地区海上航运、海洋工程。对台风暴雨的研究，近年来已取得很多的成果[1-7]。南海台风暴雨比西太平洋台风暴雨出现次数少、强度弱、范围小、持续时间短，但由于南海台风在南海生成发展快，路径复杂，突然登陆影响造成突发性暴雨机率较大，更易造成灾害。何小娟等[8]指出南海台风能否产生北部湾地区暴雨或大暴雨，关键在于台风的路径、强度、范围和移动速度；台风位置越偏北，强度愈强，范围越大，移动速度愈慢，进入北部湾地区内陆，对产生暴雨越有利；否则，不利于暴雨的产生。黄忠等[9]对快速西行进入南海台风的统计特征进行了研究。梁连松等[10]基于1808号路径西行登陆闽北型台风，设计了不同区段、不同移速下的敏感性实验，分析了台风在闽北海域西行段(121.9°～119.9°E)的移速调整对于鳌江站增水的作用。凌汉强等[11]通过研究两个相似南海台风的特征，发现西南季风适时爆发为位于较高纬度的热带扰动提供强大的潜热能，南海扰动得以迅猛发展,使扰动在短期内加强成台风的关键因子。孔宁谦等[12]认为，当直径较大，强度较强的热带气旋进入北部湾后，其强度往往容易突然减弱，而当强度较弱，直径较小的热带气旋进入北部湾后，在盆地效应和适宜天气系统配置下，气旋性环流加强，其强度会突然加强。李曾中等[13]研究了穿越雷州半岛进入北部湾台风强度变化指出，台风过半岛后强度平均下降24%。朱红芳等[14]数值试验表明，不同地形高度下台风路径及降水空间分布差异很大，地形对暴雨增幅有重要作用。赵宇等[15]指出，喇叭口地形加剧了气流的辐合及抬升作用，有利于降水增幅。谢洪等[16]研究指出，秦岭南坡地形抬升加快了气流上升的速度。总体来看，对南海台风暴雨研究较少，尤其是针对有特殊地形的北部湾地区台风暴雨研究个例就更少，因此，对南海台风暴雨进行深入研究很有必要。

1907号南海台风“韦帕”具有“路径复杂、移动缓慢、登陆次数多”的特 点，其降雨具有“强风雨持续时间长、范围集中，局地累计雨量大”的特点，给防城港带来较重的灾害。据统计，受“韦帕”形成的风雨天气影响，防城港受灾人口27 138人，转移1 105人，损坏房屋71间，农作物受灾116.4 hm2，总的直接经济损失约2 896万元。本文利用常规气象资料和1°×1°NCEP再分析资料，从大气环流形势、影响系统和具有代表性的物理量，结合卫星云图和雷达等特征，采用天气学诊断方法，分析其造成防城港大范围大暴雨的原因，为今后预报南海台风降水积累更多的经验，方便开展气象减灾防灾服务。

1 台风影响概况

1.1 台风“韦帕”路径情况

2019年第7号台风“韦帕”(热带风暴级)7月31日上午在南海北部海面生成，随后向西北方向移动。8月1日，“韦帕”先后登陆海南文昌和广东湛江，1日22时进入北部湾后沿广西海岸线西行，2日21时20分前后在防城港市沿海再次登陆，中心附近最大风力9级(23 m/s)，之后继续西行进入越南，3日14时减弱为热带低压，3日17时其中心位于越南河南省境内，3日23时中央气象台停止编号(图1a)。

1.2 降雨实况

受台风“韦帕”环流影响，8月2日08时—4日08时，防城港64个自动气象站中过程降雨量超过250 mm有29个站，100～250 mm有30个站，最大降雨出现在防城江山白龙气象观测站为383.5 mm(图1a)，近海海域出现了阵风10～11级的大风(最大为钓鱼台岛31.9 m/s)。

7月31日20时—8月1日20时，受“韦帕”外围偏北气流影响，防城港大部地区只出现中雨，局部大雨天气。随着“韦帕”沿广西海岸线西移逐渐靠近防城港，从2日下午开始，防城港自东向西逐渐出现暴雨到大暴雨，小时雨强高达73.4 mm出现在东兴市交平交东村8月2日21时(图1b)；2日20时—3日20时，受 “韦帕”环流影响，防城港市大部地区仍出现大暴雨；4日随着在“韦帕”西移减弱，强降雨落区也西移，主要在防城港西部出现暴雨，08时后降雨趋于减弱结束。受台风“韦帕”影响，中央气象台到地方气象台预报2—3日防城港市沿海地区有大暴雨，局部特大暴雨，结果与预报基本相符。但是，此次过程强降雨出现时间来得较慢，在台风中心快靠近防城港时强降雨才开始，强降雨持续时间长；前期强降雨主要出现在台风中心附近西北侧，后期则出现在台风东北侧，与大部分台风不一样，值得进一步总结分析。

图1 1907号台风“韦帕”移动路径图及2019年8月2日08时— 4日08时降雨实况分布图(a)(单位：mm，□：防城港区域)和2019年8月2日09时— 3日08时“韦帕”影响期间防城港市气象站逐小时最大雨强(b)(单位：mm/h)Fig.1 The moving path of "WIPHA" typhoon with rainfall distribution from 08∶00 on August 02,2019 to 08∶00 on August 04,2019(a)(unit:mm,□:Fangchenggang region)and maximum hourly rainfall intensity of meteorological stations in Fangchenggang from 09∶00 on August 02,2019 to 08∶00 on August 03,2019(b)(unit:mm/h)

2 “韦帕”造成大暴雨诊断分析

2.1 “韦帕”引导气流弱，中心登陆防城港市

台风降水落区与台风移动路径有着密切的关系，而“韦帕”的移动路径受副高影响较大。1日20时前(图2a)，副高强盛呈方头状分布，脊线位于27～30°N，“韦帕”在副高南侧东南气流引导下稳定向西北方向移动，1日18时在湛江登陆；2日08—20时(图2b)副高迅速东退，脊线位于33°N附近，西脊点在119°E附近，对“韦帕”引导气流弱，而河套以东有高空槽发展东移，两者作用使得“韦帕”向偏西方向沿着广西海岸线移动，2日21时20分在防城港市沿海再次登陆；3日08—20时(图2c)，河套地区高空槽继续东移发展加强，副高继续东退到东海上，槽后偏北气流使得“韦帕”转向西南方向移动。

图2 2019年8月1日20时(a)、2日20时(b)和3日08时(c)500 hPa高度场和风场(□：防城港区域)Fig.2 Height and wind fields on 500 hPa at 20∶00(a)on 01 August,20∶00 (b)on 02 August and 08∶00(c)on 03 August ,2019.(□:Fangchenggang region)

经验表明，影响防城港的台风路径分为两种：一个是湛江以西，从湛江以西登陆进入广西对防城港影响较重；一个是湛江以东，这种路径对防城港影响相对较弱。可以看到，“韦帕”是从湛江以西登陆然后进入北部湾海域，之后引导气流弱，沿着广西海岸线移动，其中心2日21时左右登陆防城港中部沿海，显然会给防城港带来强降雨。

2.2 “韦帕”移动速度缓慢、强度减弱慢

台风降水强弱还与台风移动速度有关。台风移动速度快慢直接影响降雨时间，从而影响降雨强度。一般来说，台风移动路径在15～20 km/h。“韦帕”8月1日22时前后从广东湛江草潭镇进入北部湾海域后移动速度减弱到8～12 km/h，直到8月2日21时登陆防城港后才以13～15 km/h速度向西南方向移动，“韦帕”在北部湾海域移动比一般台风慢了将近一半左右。据统计，由于“韦帕”移动缓慢，从8月1日22时进入北部湾海域到8月2日23时移出广西防城港，其中心在北部湾广西近海及陆地停留长达25 h。此外，“韦帕”从登陆海南文昌到登陆广西防城港期间，一直维持热带风暴级别，强度基本上没有减弱。

可见，由于“韦帕”移动速度较慢，强度减弱慢，吸收水汽充沛，能量充足，降雨持续时间长，因此给防城港沿海地区带来的明显降水。

2.3 “韦帕”对流云系长时间滞留防城港上空

从云图可以看到，“韦帕”1日18时登陆湛江后(图3a)，由于受到地形摩擦作用影响，云系分散，结构不密实；1日22时进入北部湾海域后，没有了地形摩擦，同时孟加拉湾到中南半岛西南季风云系活跃，西南季风云系不断被卷入台风中心南侧，使得“韦帕”南侧云系先加强，结构趋于密实；2日06—12时，“韦帕”静止不动，不断卷入云系加强壮大，结构非常密实形成一个整体；2日14时“韦帕”逐渐北抬的同时，北侧云系也发展起来，螺旋结构也逐渐清晰，2日16时—3日08时(图3b)，“韦帕”移动缓慢，台风云系一直覆盖整个防城港上空，此时防城港出现大范围大暴雨；3日08时—4日08时，季风云系不断输送水汽和能量，随着“韦帕”往西南掉落，其东北象限不断有云系覆盖防城港上空，此时强降雨带也逐渐往西移。

图3 2019年8月1日19时(a)、2日22时(b)和3日07时(c)“韦帕”红外卫星云图(□：防城港区域)Fig.3 The infrared satellite images of "WIPHA" typhoon at 19∶00(a)on August 1,22 ∶00(b)on August 2 and 07∶00(c)on August 3,2019.(□:Fangchenggang region)

分析表明，8月2—4日季风云系活跃，防城港上空一直有对流云系，从而引发防城港出现大暴雨。

2.4 对流性降水，台风降水效率高

第1个阶段的降水，主要是台风中心附近西北侧强回波造成的降水。从防城港雷达组合反射率CR可以看到，“韦帕”进入北部湾之前，防城港市大部地区仅为层状云结构降水；2日00—13时“韦帕”进入北部湾海面之后，随着“韦帕”稳定少动积累能量，台风降水回波螺旋结构逐渐明显，强回波主要集中在台风中心西北侧，由层状云降水转为混合型降水回波，台风中心西北侧附近一直有一条强回波带；2日14—23时(图4a)，随着“韦帕”先略北抬后沿着广西海岸线移动，逐渐靠近防城港，台风中心西北侧强回波带范围扩大成片状，降水性质由混合型降水回波转成对流性降水回波，反射率因子最强达到了55～60 dBz，而且强回波移动缓慢，强回波不断在台风中心西北侧生消，自东向西影响防城港市近海地区，导致防城港沿海地区出现大暴雨，东兴市交平交东村和东兴镇8月2日21时、23时分别出现小时雨强高达73.4 mm、58.2 mm的强降水，降水效率非常高。

图4 2019年8月2日20时48分(a)、3日01时28分(b)和3日22时50分(c)防城港雷达组合反射率CR(单位：dBz)Fig.4 The combined reflectivity CR of Fangchenggang rada at 20∶48(a)on August 2,01∶28(b)on August 3 and 22∶50(c)on August 3,2019.(unit:dBz)

第2个阶段的降水，主要是台风螺旋结构外侧云系产生的降水。3日00时—4日08时(图4c)，可以看到由于地面摩擦作用，台风中心附近的回波减弱为30～35 dBz的层状云降水，但“韦帕”后部东南气流非常强，在防城港十万大山地形影响下，台风中心后部东北象限的降水回波却加强为对流性降水回波，反射率因子最强达到了45～50 dBz，并呈线状分布，不断从北部湾海面向防城港移动，形成列车效应，使强降水回波不断经过防城港大部地区，导致大暴雨再次发生。防城港气象观测站资料显示，防城区滩营平旺村和上思凤凰山8月3日02时(图4b)出现小时雨强高达50.2 mm和51.4 mm，降水效率非常高。

“韦帕”影响过程期间，防城港降水分为两个阶段，但都以对流性降水为主，而且强降水回波不断从北部湾海面向防城港移动，形成列车效应使强降水回波不断经过防城港大部地区，导致暴雨持续发生。

3 “韦帕”物理量场分析

3.1 水汽通量散度和垂直速度

分析925 hPa水汽通量散度和850 hPa垂直速度(如图5)，2日14—20时925 hPa水汽辐合中心在桂西南地区，强度达到了-80×10-6g·s-1·hPa-1·cm-1，位于台风中心附近西北侧，同时850 hPa垂直上升运动中心达到-20×10-3hPa·s-1，同样位于台风中心附近西北侧，防城港天气雷达和气象观测站资料显示，这一阶段强降雨就出现在台风中心附近西北侧。3日02时—4日02时925 hPa水汽辐合中心仍在桂西南地区，也就是防城港所在区域，强度达到-60～-80×10-6g·s-1·hPa-1·cm-1，位于台风中心东北侧，850 hPa垂直上升运动中心达到-20×10-3hPa·s-1，位于台风中心附近西侧，但防城港上空垂直上升运动强度一直在-5×10-3hPa·s-1以上，也有利于台风中心东北侧出现对流云系，使防城港强降雨持续。

图5 2019年8月2日14时(a)、2日20时(b)和3日14时(c)925 hPa水汽通量散度(阴影，单位：10-6 g·s-1·hPa-1·cm-1)和风场(单位：m/s)、850 hPa垂直速度(等值线，单位:10-3hPa·s-1)(□：防城港区域)Fig.5 Water vapor flux divergence(shadow,unit:10-6 g·s-1·hPa-1·cm-1)with wind field (unit:m/s)on 925 hPa,vertical velocity(contour,unit:10-3hPa·s-1)on 850 hPa at 14∶00(a)on August 2,20∶00(b)on August 2 and 14∶00(c)on August 3,2019.(□:Fangchenggang region)

可以看到，8月2日防城港位于“韦帕”中心西北侧，期间925 hPa水汽辐合和850 hPa垂直上升运动中心均在台风中心西北侧，而8月3—4日防城港仍位于“韦帕”中心东北侧，925 hPa水汽辐合中心也在台风中心东北侧，尽管防城港上空不在850 hPa垂直上升运动中心，但上升运动强度一直在-5×10-3hPa·s-1以上，有利于水汽集结抬升形成持续性的强降水。

3.2 湿位涡MPV

与干空气的动力特征类似，MPV>0，大气为湿对称稳定，MPV<0，大气是湿对称不稳定，MPV的单位为PVU(1 PVU=10-6km2·s-1·kg-1)。MPV1为MPV的垂直分量，表示与静力稳定度有关的湿正压项，当大气对流不稳定时，MPV1<0，若大气对流稳定时，则MPV1>0。MPV2为MPV的水平分量，表示包含了湿斜压性和风速垂直切变贡献的湿斜压项[17]。

对850 hPa等压面的湿位涡进行诊断分析，8月2日08时(图6a)广西沿海地区为MPV1正值区，中心值0.4 PVU以上，表明此时广西沿海地区大气对流稳定；2日08—20时，随着“韦帕”沿着广西海岸线逐渐西移，广西沿海地区转为MPV1负值区，强度在-0.2～0.4 PVU，表明广西沿海地区由对流稳定转为对流不稳定；3日02时(图6b)，北部湾海面到广西沿海地区有一大片MPV1负值区，其中心区位于北部湾海面到防城港中部地区，中心值达到-0.6 PVU以上，表明防城港地区低层大气处于明显的对流不稳定层结状态,此时防城区滩营平旺村和上思凤凰山小时雨强高达50.2 mm和51.4 mm；3日08时(图6c)，北部湾海面到广西沿海地区MPV1负值区范围有所减小，但MPV1负值中心区仍位于防城港地区，而且中心值达到-0.7 PVU以上，强度加强，表明防城港地区大气对流不稳定度也在加大。防城港市自动气象站观测资料显示，2日20时—3日20时，防城港大部地区出现大暴雨，最大出现在防城滩营达到了226 mm。

图6 2019年8月2日08时(a)、8月3日02时(b)和08时(c)850 hPa MPV1(阴影)和MPV2(等值线)(单位：PVU，□：防城港区域)Fig.6 MPV1(shadow)and MPV2(contour)on 850 hPa at 08∶00(a)on 2 August,02∶00(b)on 3 August and 08∶00(c)on 3 August,2019.(unit:PVU,□:Fangchenggang region)

综合以上分析，“韦帕”影响期间防城港市大气对流非常不稳定，湿正压项(MPV1)分布对较强降水落区有指导意义，强降水主要出现在MPV1负值中心附近。

4 地形作用

防城港地势西北高东南低，西北部是十万大山山脉及其支脉，山脉呈东北—西南走向，山脊平均高度1 000 m左右，一般坡度35°～45°之间。8月3日08时—4日08时，“韦帕”环流后部在防城港上空形成一条偏东南风急流带(图7a),并成为暴雨区的主要水汽通道和能量通道。这条急流带在十万大山山脉前产生深厚的湿层、强水汽辐合和不稳定能量的积蓄(图7b),并导致不稳定性增强(图7c)和不稳定能量的释放，有利于暖湿空气在山前被迫抬升形成对流，对防城港出现大暴雨有明显增幅作用。同样在偏东南急流影响下，降雨实况(图7c)显示北海和钦州降雨量级要比防城港小1～2个量级，也侧面证明了地形增幅作用。

图7 地形高度和2019年8月4日02时925 hPa风场(a，单位：m/s)、925 hPa水汽通量散度(b,等值线，单位：10-6 g·s-1·hPa-1·cm-1)和CAPE(b,阴影，单位：J/kg)、2019年8月3日08时—8月4日08时降雨实况(c,阴影，单位：mm)和2019年8月4日02时925 hPa MPV1(c，单位：PVU)(□为防城港区域)Fig.7 Topographic height and wind field(a,unit:m/s)on 925 hPa at 02∶00 on 4 August 2019,water vapor flux divergence(b,contour,unit:10-6 g·s-1·hPa-1·cm-1)on 925 hPa with CAPE(b,shadow ,unit:J/kg)at 02∶00 on 4 August 2019,rainfall(c,shadow ,unit:mm)from 08∶00 on August 3 to 08∶00 on August 4,2019 and MPV1(c,unit:PVU)on 925 hPa at 02∶00 on 4 August 2019.(□:Fangchenggang region)

5 结论

①“韦帕”引导气流弱，移动速度缓慢、强度减弱慢、中心登陆防城港是造成防城港大暴雨的主要原因。

②“韦帕”长时间滞留防城港上空，降雨持续时间长，是造成防城港大暴雨的直接原因。

③“韦帕”影响过程期间，防城港大部地区降水分为2个阶段，但都为对流性降水为主，而且有强降水回波不断从北部湾海面向防城港移动，形成列车效应，使强降水回波不断经过防城港大部地区，导致暴雨持续发生。

④防城港上空一直位于925 hPa水汽辐合中心和850 hPa垂直上升运动中心或附近，有利于大量水汽集结抬升形成对流云系产生持续性强降水。

⑤“韦帕”影响期间防城港市大气对流非常不稳定，湿正压项(MPV1)分布对较强降水落区有指导意义，强降水主要出现在MPV1负值中心附近。

⑥“韦帕”环流后部在防城港上空有一条偏东南风急流带，这条急流带在十万大山山脉前产生深厚的湿层和强水汽辐合,并导致不稳定性增强和不稳定能量的积蓄和释放，有利于暖湿空气在山前被迫抬升形成对流，对防城港出现大暴雨有明显增幅作用。