两个相似路径台风深入内陆所致暴雨对比分析

任丽，唐熠，杨艳敏，赵玲

(黑龙江省气象台，哈尔滨 150030)

引言

台风暴雨是我国常见的灾害性天气之一，具有发生频次高、降水强度大、影响范围广等特点，常常伴有洪涝等次生灾害。台风在向北移动的过程中与中纬度冷槽引导南下的冷空气相遇会逐渐变性(李英等，2013；姚晨等，2019；任福民和杨慧；2019 任丽等，2019)，在有利条件下再次获得强烈发展(陈联寿等，1979，2001；程正泉等，2012)。台风向北移动过程中携带了大量的水汽，在气旋性切变的环境场中，台风还向环境场输送能量，并激发和增强中纬度气旋性环流系统的发展，触发严重的灾害性天气(雷小途和陈联寿，2001；陈宣淼等，2018)。李英等(2006)通过数值模拟试验指出，台风登陆后的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关，较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散，利于台风的变性加强。进入台风的冷空气越强，越有利于台风变性加强，对应的天气也更加剧烈(钮学新等，2010；陆佳麟和郭品文，2012)。梁军等(2015，2019)分别对多个给辽东半岛带来暴雨的台风过程进行了对比分析，指出台风北上进入西风槽区会发生变性，台风所处于的变性阶段不同，造成的降水有显著差异。

尽管每年均有北上台风给黑龙江省带来强降水天气，但多数台风北上到高纬度已经停止编号或变性为温带气旋(王成伟，2017；任丽，2018)。2000年以后台风登陆北上到黑龙江省依然编号的仅有两个：1215号超强台风“Bolaven(布拉万)”(任丽，2013；孙力，2015)和1913号超强台风“玲玲(Lingling)”。两个台风移至黑龙江省时均为热带风暴，且移动路径相似，最大日降水量均出现在哈尔滨市，“布拉万”带来150 mm的极端降水，“玲玲”带来103.5 mm降水。移经黑龙江省时“玲玲”强度大于“布拉万”，然而“布拉万”的风雨影响比“玲玲”强。为了探究两次过程中导致降水差异的原因，本文使用多种资料对这两次台风暴雨过程进行对比分析。

1 资料来源

本文所用资料包括：(1)中国气象局热带气旋年鉴1215号台风“布拉万”路径和强度资料，中央气象台台风网1913 号台风“布拉万”路径和强度资料；(2)东北地区地面区域气象站逐6 h降水量，哈尔滨站及省气象台站(同一经纬度，哈尔滨迁站造成的)逐小时降水量；(3) NCEP/NCAR 再分析资料(0.25°×0.25°)；(4) FY-2G气象卫星反演的黑体辐射亮温TBB(0.1°×0.1°)。

2 台风概况与雨情

1215 号台风“布拉万”和1913 号台风“玲玲”均是在朝鲜登陆后一路向北移动正面袭击黑龙江省，并带来暴雨大风天气的超强台风(图1)。“布拉万”生成于西北太平洋洋面上，向西北方向移动的过程中不断加强为超强台风，以强台风级别移入东海海面后逐渐减弱，在朝鲜登陆时为强热带风暴(近中心最大风速28 m·s-1)。“玲玲”在菲律宾以东洋面上生成，生成位置较“布拉万”更偏东，一路沿我国近海北上并不断加强为超强台风，以超强台风级别加速移入东海海面，移至黄海后强度逐渐减弱，移速不断增大。在朝鲜登陆时为台风(近中心最大风速38 m·s-1)。

两个台风移至黑龙江省均减弱为热带风暴(近中心最大风速20 m·s-1)，移经黑龙江省时“玲玲”强度大于“布拉万”，但“布拉万”的风雨影响比“玲玲”强。从台风移动路径上看(图1)，“布拉万”登陆点比“玲玲”更偏西，移经黑龙江省过程中，位置更偏西，所以暴雨区更偏西。“玲玲”移速更快，“布拉万”穿过黑龙江省用时12 h，而“玲玲”仅用8 h。由于“布拉万”移动慢，降水持续时间长，造成的降水范围和强度更大。

图1 台风Bolaven和Lingling逐6 h路径(a),Bolaven路径和2012年8月28日14∶00—29日20∶00(北京时,下同)降水分布(b,单位:mm),Lingling路径和2019年9月7日14∶00—8日20∶00降水分布(c,单位:mm)Fig.1 (a)The track of typhoon Bolaven and Lingling at 6 hours interval,distribution of rainfall(unit:mm)and TC tracks for(b)Bolaven from 14∶00 BT 28 to 20∶00 BT 29 August 2012 and(c)Lingling from 14∶00 BT 7 to 20∶00 BT 8 September 2019.

受“布拉万”北上影响，2012 年8 月28 日14∶00—29日20∶00东北地区中东部普降暴雨，中部为大暴雨带。黑龙江省降水中心位于哈尔滨市，29 日降水量150 mm，为1961 年以来的最大单日降水。哈尔滨站逐时降水量(图2a)显示，降水持续时间长(17 h)，分布较为均匀，最大雨强为26.9 mm·h-1(29日05∶00)。哈尔滨站离台风中心较近，在台风移近的过程中气压大幅下降，从00∶00 的999 hPa 持续下降到08∶00 的988 hPa，8 h变压达-11 hPa。风力较大，平均风力为5级，最大阵风达7级。

受“玲玲”北上影响，2019 年9 月7 日14∶00—8 日20∶00 东北中东部偏北地区普降暴雨，个别站点大暴雨。哈尔滨市省气象台站逐时降水量(图2b)显示，降水持续时间短(12 h)，分布不均匀，呈单峰值分布，最大雨强30.5 mm·h-1(8 日01∶00)，累积降水量103.5 mm。此站离台风中心较近，在台风移近的过程中气压大幅下降，从7 日17∶00 的988 hPa 持续下降到8 日03∶00的975 hPa，10 h变压达-13 hPa。风力不大，平均风力为3～4级，最大阵风达6级。

图2 2012年8月29日00∶00—16∶00(a)和2019年9月7日17∶00—8日09∶00(b)哈尔滨站逐时降水量(单位∶mm)、气压(单位:hPa)和风速(单位:m·s-1)演变Fig.2 The observed hourly precipitation(unit:mm),air pressure(unit:hPa)and wind speed(unit:m·s-1)at the station in Harbin(a)from 00∶00 to 16∶00 BT 29 August 2012,and(b)from17∶00 BT 7 to 09∶00 BT 8 September tember 2019.

尽管台风“玲玲”登陆及移经黑龙江省时强度更大，但由于其移速更快，相应的降水持续时间较短，造成的降水范围更小，对流降水局地性更强。

3 大尺度环流背景场

两个台风移入东北地区后，200 hPa上均有高空西南风急流，并于强降水开始移至高空急流入口区右侧，此处有利于上升运动发展和对流加强。只是“玲玲”高空急流宽度和强度大于“布拉万”；高空强辐散区与台风中心的相对位置不同，即高空强辐散区位于“玲玲”中心附近，而位于“布拉万”中心西北侧(图3a、d)。

500 hPa上，副热带高压(以下简称副高)位置均是异常偏北，588 dagpm线北界超过40°N，与高纬度暖高压脊同位相叠加，形成高压坝，副高西侧偏南气流引导台风北上。台风携带暖湿空气北上，在温度场上表现为暖脊。2012年8月29日02∶00(图3b)靠近黑龙江省的外兴安岭地区有短波槽活动，槽后西北气流携带冷空气南下靠近“布拉万”，使其逐渐变性。2019 年9月7日20∶00(图3e)贝加尔湖附近为稳定少动的冷涡，冷中心-28 ℃，其东南侧的锋区位于蒙古国东侧，与北上的“玲玲”相距较远，仅有弱冷空气扩散南下，“玲玲”北上过程中变性慢、移动快，移经黑龙江省时维持热带风暴级别。

850 hPa上，两个台风的东侧和北侧均有偏南和偏东低空急流将黄海和日本海上的水汽向东北地区输送，分别在台风北侧倒槽及其中心辐合抬升形成暴雨。2012 年8 月29 日02∶00 (图3c)俄罗斯远东地区60°N附近为低涡，涡底部冷槽引导冷空气南下在黑龙江省西北部形成锋区。大兴安岭地区到内蒙古东部为温度槽，南下的冷空气逐渐靠近台风环流，发生相互作用，有利于暴雨的维持、加强和台风变性。2019年9月7日20∶00(图3f)贝加尔湖附近的冷涡与台风之间为暖温度脊，阻隔了北方冷空气与“玲玲”外围云系的联系，台风变性慢。“布拉万”低层辐合和高层辐散中心，及强降水区均位于台风中心北侧，而“玲玲”低层辐合和高层辐散中心，及强降水区均位于台风中心附近。

图3 2012年8月29日02∶00(a,b,c)和2019年9月7日20∶00(b,e,f)200 hPa(a,d)、500 hPa(b,e)、850 hPa(c,f)位势高度场(实线,单位:dagpm)、温度场(红色虚线,单位:℃)、水平风场(风向杆,单位:m·s-1)和散度场(阴影,单位:10-5 s-1)(蓝色圆点表示台风中心位置,下同)Fig.3 Geopotential height field(solid line,unit:dagpm),temperature field(red dashed line,unit:℃),wind vector(wind-directing posts,unit:m·s-1)and divergence(shaow,unit:10-5 s-1)at(a,d)200 hPa,(b,e)500 hPa,(c,f)850 hPa at(a,b,c)02∶00 BT29 August 2012 and(b,e,f)20∶00 BT 7 September 2019(The blue dot indicates the center position of the typhoon,same hereafter).

4 热力动力结构及不稳定特征对比

两个台风在北上至中高纬度地区后，与西风带冷槽(涡)发生相互作用逐渐变性，下面分析两个台风的变性过程和低层锋生的差异，以及对降水的影响。

分析“布拉万”影响期间相当位温(θe)和风场分布可知，2012 年8 月28 日20∶00 (图4a)，台风即将登陆时，台风中心与352 K暖中心重合，暖中心与北侧南下冷空气之间的等θe线逐渐密集，在台风西北侧形成锋区，有较强的锋生作用，台风开始变性。29 日02∶00(图4b)，暖气团随台风北上，强度减小到344 K，随着冷槽南下的冷空气加强，且与台风距离更近，台风中心西北侧等θe线更加密集，锋生作用更强。此处为暖气团推动冷气团北移，暖空气沿锋面爬升，表现为暖锋特征。冷空气逆时针卷入台风西南部，推动暖空气移动，表现为冷锋特征。吉林和黑龙江省南部受暖锋锋生作用出现强降水。29 日08∶00(图4c)，暖中心强度减小到340 K，与台风中心逐渐分离，台风西侧和北侧锋区维持，锋生作用减小。哈尔滨持续受暖锋影响，29日03∶00—08∶00连续6 h小时雨强大于10 mm·h-1，最大26.9 mm(29日05∶00)。

图4 2012年8月28日20∶00(a,d)、29日02∶00(b,e)、08∶00(c,f)850 hPa相当位温(实线,单位:K)、锋生函数(阴影,单位:K·h-1·(100 km)-1)、水平风场(箭矢,单位:m·s-1)(a,b,c)以及沿台风Bolaven中心的垂直速度(阴影,单位:Pa·s-1)、相当位温(实线,单位:K)、比湿(红色虚线,单位:g·kg-1)和v-ω(ω放大100倍)的垂直剖面(d,e,f)Fig.4 The(a,b,c)850 hPa equivalent potential temperature(solid line,unit:K),frontogenesis function(shadow,unit:K·h-1·(100 km-1))and wind(arrows,unit:m·s-1),(d,e,f)the vertical cross section of vertical velocit(shadow,unit:Pa·s-1),equivalent potential temperature(solid line,unit:K),specific humidity(red dotted line,unit:g·kg-1)and v-w(is amplified by 100 times)along the center of typhoon Bolaven at(a,d)20∶00 BT 28,(b,e)02∶00 BT 29,and(c,f)08∶00 BT 29 August 2012.

过台风中心做相当位温、垂直速度和垂直流场的垂直剖面，发现28日20∶00(图4d)，台风登陆前，台风中心为暖心结构，湿层深厚，与两侧冷气团间有锋区存在。从高层向下伸展到700 hPa的暖舌达356 K，与北侧冷气团之间形成高空锋区。暖湿空气在北侧锋区上有强烈抬升，对流旺盛，为强降水区。台风南侧锋区低层的上升运动受高空下沉运动抑制，表现为结构松散的云系。29日02∶00(图4e)，台风移入内陆，其中心暖气团强度减小到352 K，有冷空气从西北侧低层侵入。台风北侧冷气团加强到312 K，促使高空锋区加强，并向低层发展。锋区上上升运动增强，并扩展到整个对流层，最大上升速度出现在700 hPa，达-2.8 Pa·s-1。台风北侧锋区加强，最强达到13 K·(100 km)-1，锋生作用促使对流持续发展，强降水区移入黑龙江省。29日08∶00(图4f)，台风中心暖气团强度继续减弱，大气稳定度减小。高纬冷空气加强到304 K，北侧锋区增强更加向北倾斜并靠近台风中心，强上升运动区移至44°N，伴有深厚的湿层，对流活跃造成强降水。之后随着台风的继续北上，低层比湿逐渐减小，强降水的范围和强度也减小。

2019年9月7日20∶00(图5a)，中俄交界附近有等θe线异常密集的冷锋锋区，锋区北侧冷空气小于304 K，与台风相距10个纬距以上。扩散南下的冷空气(332 K)靠近台风外围，与台风暖气团之间的等θe线逐渐密集形成锋区，台风中心北侧锋区上有弱锋生作用。9月8日02∶00—08∶00(图5b、c)，台风快速北上至黑龙江省，与冷锋锋区间距减小，扩散南下的冷空气强度增大到324 K，持续锋生作用使台风北侧锋区加强，最强达到10 K·(100 km)-1，具有暖锋特征。台风西南侧锋区具有冷锋特征。暖锋锋区上对流活跃，与强降水区相对应。垂直剖面图上，9月7日20∶00(图5d)，台风中心为暖心结构，暖舌从对流层高层向下伸展至700 hPa，700 hPa以下为对流不稳定。台风中心附近有强上升运动区，最大上升速度出现在600 hPa，达-2.8 Pa·s-1。台风“玲玲”中心湿层更加深厚，且低层具有更大的比湿，此处对流旺盛。8日02∶00(图5e)，台风中心及其南侧中高层出现了下沉气流，抑制对流发展，云系结构开始变得松散。台风中心北侧形成高空锋区，锋区上对应强上升运动，与深厚的湿区配合，产生强降水。8日08∶00(图5f)，台风中心及南侧转为下沉运动，云系消散。北侧高空锋区加强，并向低层发展，强降水区仅出现在北侧。在台风北上过程中，台风中心始终有暖舌从高层向下伸展，且低层没有冷空气侵入。

图5 同图4，但为2019年9月7日20∶00(a,d)、8日02∶00(b,e)、08∶00(c,f)台风LinglingFig.5 Same as Fig.4,but for typhoon Lingling at(a,d)20∶00 BT 7,(b,e)02∶00 BT 8,and(c,f)08∶00 BT 8 September 2019.

综上可知，黑龙江省两次台风暴雨过程均与中尺度锋生有关。较强冷空气从台风“布拉万”西北侧中高层下沉，并从低层侵入台风中心，台风北侧锋区随高度向北倾斜，强烈锋生，锋区与深厚的上升运动区相对应，形成中尺度对流区，降水强度大。“布拉万”北上过程中有较强冷空气的侵入，变性快，移动缓慢(移速40～45 km·h-1)(表1)，导致强降水持续时间长，累积降水量大。台风“玲玲”北上到相同纬度时具有更深厚的湿层和低层更大的比湿，与西北侧冷涡相距太远，仅有扩散南下的弱冷空气侵入台风环流，使“玲玲”北上过程中变性慢，移动快(移速60～65 km·h-1)。“玲玲”台风中心北侧仅有较弱的锋生作用，锋区强度和上升运动强度不及“布拉万”，导致降水强度和范围均较小，加之锋区上中尺度对流区随台风移动快，降水持续时间短，累积降水量不大。

表1 两个相似路径台风的结构性质异同Table 1 The similarities and differences in structure and nature of two typhoons with similar paths.

有降水发生的湿过程，若不考虑非绝热加热和摩擦效应，湿位涡守恒(Hoskins，1974)，湿位涡MPV 由正压项MPV1和斜压项MPV2两项组成，表达式为

式(1)中，ξp为垂直涡度，f为地转参数，θe为相当位温。“布拉万”北上的过程中(图6a—c)，台风中心以对流中性为主，南北两侧冷气团内中低层对流不稳定逐渐减弱。台风中心北侧锋区对流稳定，中低层稳定度逐渐减小；南侧中高层有逆时针卷入的冷空气，导致中层出现对流不稳定。700 hPa 锋面上存在MPV＜0的区域，大气表现为湿对称不稳定，降水容易获得增幅(张雅斌等，2018)。对比发现湿对称不稳定是由湿斜压性引起的，而中层的湿斜压性与垂直风切变增强有关，降水凝结潜热释放也可以促使湿斜压性增强。暴雨主要发生在台风中心北侧低层对流不稳定、中层湿对称不稳定的区域内。

图6 2012年8月28日20∶00(a)、29日02∶00(b)和08∶00(c)沿台风Bolaven以及2019年9月7日20∶00(d)、8日02∶00(e)和08∶00(f)沿台风Lingling中心湿位涡MPV(阴影,仅给出负值,单位:10-6 m2·K·s-1·kg-1)和>(等值线,单位:K·hPa-1)的垂直剖面Fig.6 Vertical cross-section of MPV(shadow with only negative values plotted,unit:10-6 m2·K·s-1·kg-1)and(contour,unit:K·hPa-1)along the center of typhoon Bolaven and Lingling at(a)20∶00 BT 28,(b)02∶00 BT 29,and(c)08∶00 BT 29 August 2012,and at(d)20∶00 BT 7,(e)02:00 BT 8,and(f)08∶00 BT 8 September 2019.

“玲玲”北上到较高纬度(黑龙江省南部)，台风中心低层850 hPa以下为显著的对流不稳定(图6d、e)，中高层多呈现对流中性。台风中心及北侧锋区上，700 hPa存在，且MPV＜0 的区域，即大气湿对称不稳定。暴雨主要出现在台风中心附近，低层强对流不稳定导致降水分布更加不均匀。“玲玲”继续向北移动(图6f)，台风中心及北部锋区转为对流稳定，仅在锋区上中层存在湿对称不稳定。

可见，两个台风北上过程中，台风中心趋于对流中性，北侧锋区低层对流不稳定，中层湿对称不稳定。暴雨区低层对流不稳定、中层湿对称不稳定(表1)，有利于强降水的维持和发展。“玲玲”北上过程其中心低层维持强对流不稳定，强降水时空分布更加不均匀。

5 卫星云图特征

两个台风移入东北地区后，台风云系呈现不对称特征(图7)：台风中心南侧云带逐渐减弱甚至消散，北侧则有大范围云顶亮温小于-32 ℃的螺旋云带，对流活跃。但两个台风螺旋云带内对流分布及发展特征不尽相同。

2012年8月28日20∶00(图7a)“布拉万”移至黄海北部，北侧的螺旋云带开始影响黑龙江省。台风西侧云带向南向台风中心呈气旋式弯曲；东南侧与沿副高外围的暖湿输送带相连。冷空气逆时针卷入台风南部，出现下沉气流，表现为晴空区，晴空区北侧对流旺盛。台风继续北上，中心北侧的螺旋云带沿纬向逐渐被拉长；其西侧与冷空气相遇后对流发展旺盛，更加向南气旋式弯曲，在台风中心南侧出现对流活动(图4f)；其东南侧与副热带暖湿输送带逐渐断开，没有暖湿空气的持续输送，台风云系逐渐减弱。台风云系表现为“9”字型，呈现出锋面气旋逗点云系特征(图7b)。台风西侧和西北侧为对流活跃区。台风继续向北移动(图7c)，其东侧的云带逐渐断裂、消散，仅在西侧和北侧维持亮温小于-32 ℃的螺旋云带。云顶亮温小于-52 ℃的中尺度对流云团在黑龙江省活动时间持续近12 h，给当地带来持续性强降水。

“玲玲”云系演变与“布拉万”有较大差异，2019年9月7日14∶00(图7d)，“玲玲”刚在朝鲜半岛登陆，其外围的螺旋云带更宽广，集中在中心北侧。受高空偏西风急流影响，北侧螺旋云带向东伸展超过20个经距。水汽主要来自日本海，源源不断的水汽输送使台风北侧维持宽广的螺旋云带，台风中心附近对流活跃。蒙古国东侧有冷涡云系活动，扩散南下的冷空气卷入台风北侧，使台风北侧对流旺盛(图7e)。台风向北移动快速穿过黑龙江省，8日08∶00(图7f)，其北侧螺旋云带移出，强降水结束。台风对流云带影响黑龙江省时间短，导致强降水持续时间短，累积降水量不及“布拉万”。

图7 2012年8月28日20∶00(a),29日08∶00(b),14∶00(c)以及2019年9月7日14∶00(d),23∶00(e),8日08∶00(f)FY-2F红外云图TBB分布(单位:℃)Fig.7 FY-2E infrared brightness temperature at(a)20∶00 BT 28,(b)08∶00 BT 29,and(c)14∶00 BT 29 August 2012,and at(d)14∶00 BT 7,(e)23∶00 BT 7,and(f)08∶00 BT 8 September 2019(unit:℃).

可见，两个台风进入东北地区后均发生了变性，云系呈现非对称结构。由于冷空气侵入方式和路径不同，及水汽输送的差异，导致两者对流结构和降水强度有较大差异。“布拉万”北上的过程中云系东侧减弱消散，西侧和北侧与冷空气相互作用，触发对流；而“玲玲”北上过程中云系结构基本维持不变，中尺度对流云团出现在台风中心及北部。

6 环境垂直风切变

“布拉万”和“玲玲”移入东北地区后，台风外围螺旋云带及强降水分布均呈现非对称特征，除了与高纬度冷空气活动有关，还与环境垂直风切变有关。Chen等(2006)研究表明，北半球台风的环境风垂直切变大于7.5 m·s-1时，强降水区和中尺度对流云团主要出现在顺切变方向及其左侧。

图8 是台风中心向四周10 个经纬度范围内垂直风切变及平均风速和风矢量(850—200 hPa)随时间演变图。可见，台风“布拉万”和“玲玲”在北上到较高纬度后环境风垂直切变的量值均大于10 m·s-1，且越向北移切变值越大(图8a、b)。垂直切变的方向“布拉万”为西南偏南，而“玲玲”为西南，两个台风的对流云团均出现在顺切变方向及其左侧，即台风北侧。不同之处在于“布拉万”的环境风垂直切变值更大，在强降水结束时达到最大，而“玲玲”的环境风垂直切变值相对较小，但一直随时间增加。黑龙江省出现强降水时台风区域平均环境风垂直切变的量值大于等于20 m·s-1。

“布拉万”区域平均风速和风矢量垂直分布随时间变化图(图8c)上，最初台风区域低层平均风为偏南风，高层为西南风，高层风速大于低层。随着台风北上更加接近高空急流轴，高层平均风速不断加大。低层(925—700 hPa)风速变化不大，2012 年29 日08∶00以后风向逐渐顺转为偏西风，主要是台风中心西侧的西北风范围和速度不断增大引起的。2019 年9 月7日02∶00台风“玲玲”位于黄海南部，低层为偏南风，高层为西南风，平均风速均较小(图8d)。随着台风的北移，高层平均风速持续增加，风向不变，移入东北地区后低层风速略有增加，以偏南风和西南风为主，也可以说明此次台风过程中冷空气势力不及“布拉万”。

图8 台风Bolaven(a,c)和Lingling(b,d)平均风垂直切变的时间演变(a,b,单位:m·s-1;风矢为风向,横坐标上的粗实线为黑龙江省强降水时间)及区域平均风速(等值线)和风矢量(箭矢)的高度-时间剖面(c,d,单位:m·s-1)Fig.8 Temporal variation of vertical wind shear averaged over the areas of typhoon(a)Bolaven and(b)Lingling(unit:m·s-1,arrow is wind direction,and bold region on the abscissa is the time of heavy precipitation).Height-time cross sections of wind speed(contour)and wind vectors(arrows)averaged over the areas of typhoon(c)Bolaven and(d)Lingling(unit:m·s-1).

7 暴雨区降水条件对比

“布拉万”和“玲玲”均携带充沛的水汽北上，给黑龙江省带来的降水量不同，源于台风北上变性过程中降水区域内动力和热力结构的差异。

图9 为出现两次台风暴雨的黑龙江省中部地区(126.5°—130°E，45°—48°N)平均气象要素垂直分布随时间的演变。从相当位温和平均风场演变可见，2012年8月28日20∶00以前(暴雨前)，副高西侧的偏南暖湿气流(6～8 m·s-1)持续向北输送水汽和热量，暴雨区低层大气增温增湿，θe大于342 K，中层有冷空气活动，大气表现为强对流不稳定(图9a)。随着台风的移入，逐渐转为对流中性或对流稳定，29日02∶00，低层偏东风迅速增大，携带大量的水汽在台风倒槽处辐合，触发对流，形成强降水。台风中心移入，有暖舌从对流层高层向下伸展到850 hPa。14∶00 以后低层转为偏北风，强降水结束。“玲玲”影响时间为初秋，东北地区热力条件转差，加之前期低层仅有较小的偏南风(2～4 m·s-1)，向北的温湿平流较小。2019 年9 月7 日14∶00 至8 日02∶00(图9d)，仅在近地面有浅薄的暖湿层，低层表现为弱对流不稳定，低层偏东风增大，携带的水汽在台风倒槽处辐合，触发对流，形成强降水。8日02∶00台风移入，低层偏东风更大，有更强更狭窄的暖舌从对流层高层向下伸。8日08∶00以后低层转为较大的西北风，降水趋于结束。

涡度和散度演变上，发现台风移入暴雨区涡度迅速增大。2012年8月29日02∶00(图9b)，暴雨区中低层为辐合区，高层为辐散区；整层开始出现正涡柱结构，低层辐合高层辐散的动力结构产生上升运动，触发对流，加之对流不稳定能量的释放及正涡柱结构促使对流维持和加强。08∶00—14∶00正涡柱强度达到最大，但高层辐散减弱，低层辐合层变薄，相应的上升运动强度也减弱。水汽通量散度场上(图9c)，表现为强水汽辐合区由中层下降到低层，且越来越浅薄。29日02∶00—14∶00低层出现水汽辐合，与强上升运动配合的时段出现强降水。2019年9月8日02∶00—08∶00(图9e)，400 hPa以下大气出现正涡柱结构，强度不及“布拉万”。辐散场上仅在02∶00前后出现低层辐合高层辐散的动力结构，对应强上升运动，最大上升速度的强度与“布拉万”相同，但高度较低(600 hPa)，暴雨区内上升速度和水汽辐合区域集中，造成的暴雨范围较小(图9f)。

图9 黑龙江省中部地区(126.5°—130°E,45°—48°N)相当位温(等值线,单位:K)和风矢量(箭矢,单位:m·s-1)(a,d),涡度和散度(b,e,单位:10-5s-1,阴影为涡度,等值线为散度),水汽通量散度(阴影,单位:10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1)和垂直速度(等值线,单位:Pa·s-1)(c,f)的高度-时间剖面Fig.9 (a,d)Height-time cross sections of equivalent potential temperature(contour,unit:K)and wind(arrow,unit:m·s-1),(b,e)vorticity(shadow,unit:10-5 s-1)and divergence(contour,unit:10-5 s-1),(c,f)vapor flux divergence(shadow,unit:10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1)and vertical velocity(contour,unit:Pa·s-1)averaged over central Heilongjiang province(126.5°-130°N,45°-48°N)of typhoon(a,b,c)Bolaven and(d,e,f)Lingling.

综上可见，台风“布拉万”影响前，低层具有较厚的暖湿层，中层有冷空气活动，大气具有强对流不稳定性，台风倒槽触发对流，暴雨区域内对流活跃，强降水持续时间长。台风“玲玲”影响时已为初秋，热力条件转差，仅在低层有弱对流不稳定，对流较弱，强降水持续时间较短。

8 结论与讨论

本文对比分析了两个路径相似、北上深入内陆发生变性，直击黑龙江省的台风“布拉万”和“玲玲”的特征和降水差异，主要结论如下：

(1) 两个台风北上过程中大尺度环流背景相同。高层均有高空西南急流，两个台风均位于高空急流入口区右侧强辐散区；副高位置均是异常偏北，并与高纬度暖高压脊同位相叠加，形成高压坝，台风沿副高西侧偏南气流北上；均有偏南和偏东低空急流向东北地区输送水汽，在台风中心及北侧倒槽处辐合抬升形成暴雨。

(2)两个台风低层锋生强度及变性程度不同。两次暴雨过程均与中尺度锋生有关。较强冷空气从台风“布拉万”西北侧中高层下沉，台风北侧锋区随高度向北倾斜，强烈锋生，锋区与深厚的上升运动区相对应，形成中尺度对流区，降水强度大。“布拉万”变性快，移动慢，导致强降水持续时间长，降水累积量大。“玲玲”北上到相同纬度时具有更大的强度，更深厚的湿层和低层更大的比湿，但仅有扩散南下的弱冷空气侵入，使“玲玲”变性慢，移动快，降水持续时间短，降水累积量不大。台风中心北侧锋生作用较弱，锋区强度及上升运动较弱，导致降水强度和范围均较小。

(3)台风云系结构特征不同，两个台风云系呈现非对称结构。由于冷空气侵入方式和路径不同，及水汽输送的差异，导致两者对流结构和降水强度有较大差异。“布拉万”北上的过程中云系东侧减弱消散，西侧和北侧与冷空气相互作用，触发对流；而“玲玲”北上过程中云系结构基本维持不变，中尺度对流云团出现在台风中心及中心北部。

(4)暴雨区低层对流不稳定、中层湿对称不稳定。“玲玲”北上过程，其中心低层对流不稳定更强，强降水时空分布更加不均匀。

(5)暴雨区环境场动力热力结构不同造成降水的差异。“布拉万”降水时大气具有强对流不稳定性，台风倒槽触发对流，暴雨区域内对流活跃，强降水持续时间长。“玲玲”热力条件较差，仅在低层有弱对流不稳定，对流较弱，强降水持续时间较短。

本文研究发现台风北上到较高纬度与冷空气相互作用发生变性，冷空气的强度、路径及侵入台风环流的方式不同使台风变性程度不同，导致台风移动速度及对流分布的差异，最终造成降水强度和持续时间的不同。预报过程中除了关注台风强度及路径外，还需要注意分析高纬度冷空气活动对台风变性的影响。另外，环境风垂直切变会影响变性台风的对流分布，对强降水预报有指示意义。