1804号台风“艾云尼”引发的广州两段强降水分析

周芯玉，胡东明，梁巧倩，肖婷，谌志刚

（1.广州市气象台，广东广州 510080；2.广东省气象台，广东广州 510080；3.广州市气象局，广东广州 510080）

台风是最具破坏力的气象灾害之一，其带来的大风、暴雨以及风暴潮等灾害往往会对生命财产安全造成严重的威胁。在台风路径和强度预报准确的前提下，降水预报是业务中的重点［1］。研究表明，台风本身强度［2-3］、环境场［4-5］、地形［6-7］等都可以造成降水的差异。一般来说，台风最大过程降水与台风强度有较好的对应关系，强度越强则降水越大［8］。但二者并不是简单的线性关系，强的台风也可能产生弱的降水，例如9615号台风“莎莉”，登陆时强度很强，但引起的降水却不大。而在某些情况下台风强度不强，却会造成极强的降水，如0604号台风“碧丽斯”登陆后很快减弱为热带低压，却引起了连续的大范围强降水。研究表明，外部能量的输入［9-10］、残涡的维持［11-12］、与其他天气系统的相互作用［13-14］都可能使弱台风引起超过强台风的（特）大暴雨。在实际预报业务中，预报员往往更加关注强度较强的台风可能带来的风雨影响，而对弱台风造成的极强降水往往会预报偏弱。

受1804号台风“艾云尼”影响，2018年6月6—9日广州先后出现了两段强度明显不同的强降水天气。虽然“艾云尼”强度较弱，中心附近最大风力只有8级，但却是近10年来给广州带来最强降水的台风。本研究利用热带气旋观测资料、广州市全市自动站每5 min的降水资料、NCEP 1°×1°再分析资料（时间分辨率为6 h）对台风“艾云尼”影响期间广州两段强降水的成因进行了对比分析，旨在为今后弱台风连续强降水过程预报提供参考。

1 台风概况和降水特征

2018年6月2日14：00（北京时，下同），1804号台风“艾云尼”在南海南部海面形成，5日08：00加强为热带风暴，6日06：25在湛江徐闻新寮镇沿海地区登陆，期间一直以偏北行为主。随后在琼州海峡附近回旋，6日14：50在海南海口市沿海再次登陆，然后转向东北偏北方向移动。7日20：30在阳江海陵岛第3次登陆，先后移经云浮、肇庆、清远、广州，8日17：00在肇庆广宁县减弱为热带低压，9日08：00在广州北部一带进一步减弱消失（图1a）。

虽然“艾云尼”最大风力只有8级，但却带来了广州历史上影响范围最广的一次特大暴雨降水过程，单日特大暴雨和大暴雨站数均创广州有记录以来的历史新高，造成了严重的城市内涝和山体滑坡等地质灾害。该次过程全市平均累计雨量315.8 mm，花都炭步镇录得最大累计雨量512.5 mm和最大日雨量388.9 mm。“艾云尼”给广州带来的强降水主要出现在两个时段：一个为7日凌晨到中午，台风距离广州380～300 km，受其外围环流影响，全市普降暴雨到大暴雨，平均降雨量75.4 mm，最大累计雨量199.9 mm；另外一个为8日凌晨到9日凌晨，“艾云尼”距离广州150 km以内，受其本体降水影响累计雨量及小时雨强较之前都明显增大，全市平均降雨量193.9 mm，最大累计降雨量397.8 mm（图1b-c）。

图1 1804号台风“艾云尼”路径图（a）；6月7日02：00—8日02：00（b）和8日04：00—9日04：00（c）广州累计雨量（单位：mm）

2 暴雨成因分析

2.1 大尺度环流

从中层来看，6日夜间至7日随着“艾云尼”北侧500 hPa高空槽东移南压，受槽前和副高西侧共同偏南气流引导，以偏北行为主。7日14：00后，副热带高压逐渐减弱东退，“艾云尼”所受的偏南引导气流减弱，而西风槽前西南气流维持，逐渐转为东北向移动（图2）。

图2 6月7日20：00 500 hPa位势高度（等值线，单位：dagpm）和风场（风向杆，填色区风速≥14 m／s）

该次过程正处于西南夏季风爆发时间，从孟加拉湾来的强盛的西南气流与“艾云尼”始终相连。副热带高压与台风形成“东高西低”的形势，副高西侧的东南气流与西南季风气流辐合明显，在台风右侧的南海北部到广东一带形成了南到东南向的深厚急流。6日夜间起，随着台风逐渐向东北方向移动，与副高之间气压梯度不断增大，急流明显增强，且急流轴也逐渐东移。

从850 hPa可以看到，6日夜间到7日急流核位于珠江口西侧地区，强度加强到16 m／s左右，广州受台风外围环流影响，风速为12 m／s左右（图3a-b）。7日夜间起，急流明显加强并继续东移，广州转受台风本体环流影响，急流强度达到23 m／s以上，为第1阶段的2倍（图3c）。8日夜间，随着1805号台风“马力斯”的不断发展，西南季风向其中心输送增强，原来与“艾云尼”相连的西南气流明显减弱，“艾云尼”也逐渐减弱消失（图略）。

图3 6月6日20：00（a）、7日20：00（b）、8日08：00（c）850 hPa风场（风向杆，填色区风速≥8 m／s）

2.2 辐合辐散

200 hPa上，6—8日有明显的高空槽加深东移南压，槽前西南气流达到急流强度，广州始终位于槽前高空急流入口区右侧的辐散区，随着高空槽和高空急流增强，辐散场也逐渐增强，6日夜间到7日上午，高空辐散场维持在6×10-5s-1左右，8日凌晨增强到9×10-5s-1以上（图略），为7日上午段的1.5倍，8日午后随着高空槽的减弱东移而逐渐减弱。

低层辐合也表现为明显增强的特征。分析925 hPa风场和散度场（图略），可见7日凌晨到上午，广州受台风外围环流影响，辐合逐渐增强，达到3×10-5s-1左右，7日午后逐渐减弱。7日20：00“艾云尼”登陆后，其本体环流的低层辐合明显增强，广州逐渐转受其本体环流影响，8日凌晨起辐合场也逐渐增大到6×10-5s-1以上，为第1段降水过程的2倍。

分析广州地区（22.5°N—24.0°N，113.0°E—114.0°E）区域平均相对散度场随时间的变化特征（图略），发现强降水出现的时间与辐合辐散场的增强有较好的对应关系。高层辐散中心一直维持在200 hPa附近，6日夜间到7日上午明显增强，达到6×10-5s-1以上。7日下午出现间歇，8日凌晨再次加强超过9×10-5s-1。低层辐合中心主要位于925 hPa附近，7日凌晨到上午加强为3×10-5s-1左右，8日凌晨再次加强为6×10-5s-1以上，一直维持到9日凌晨。可见，高低空辐散辐合场的配合为强降水提供非常好的动力条件，辐合辐散场的显著增强也是造成第2段降水增强的重要原因。

2.3 水汽条件

从850 hPa水汽通量和水汽通量散度（图略）可以看到，7日凌晨到上午，大的水汽通量主要位于台风右侧急流中心附近，广州受台风外围环流影响，水汽通量强度为18 g·cm-1·hPa-1·s-1、水汽通量散度为-2×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1。7日午后到夜间，强的水汽通量主要位于台风本体附近，广州附近水汽通量有所减弱。随着“艾云尼”逐渐东移以及低空急流核的不断加强东移，8日08：00广州地区水汽通量增大到27 g·cm-1·hPa-1·s-1，为7日上午段的1.5倍。伴随着低层辐合的增强，水汽通量散度也增大到-4×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，为7日上午段的2倍。

从图4a-b可以看到，两段过程中水汽通量及水汽通量散度也有明显的差异分布。过程中水汽通量核主要位于850 hPa高度附近。6日之前，水汽通量维持在12 g·cm-1·hPa-1·s-1左右。6日夜间起受台风外围环流影响，水汽通量强度增强到21 g·cm-1·hPa-1·s-1，并且12 g·cm-1·hPa-1·s-1以上的强水汽通量区也逐渐伸展到700 hPa附近。此阶段水汽辐合也是逐渐增大的，925 hPa水汽通量散度逐渐增大到-6×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1以上。经过短暂间歇后，7日夜间起逐渐转受台风本体环流影响，水汽通量明显增强、增厚。8日08：00，850 hPa强中心超过27 g·cm-1·hPa-1·s-1，并且12 g·cm-1·hPa-1·s-1以上的水汽通量区也伸展到500 hPa高度。与此同时，925 hPa附近水汽通量散度超过-14×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，为第1段降水的2倍以上。水汽通量强度、水汽通量厚度以及水汽通量辐合强度的显著增强是造成第2段降水显著增强的重要原因之一。

图4 广州区域平均水汽通量时间-高度图（单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和平均水汽通量散度时间-高度图（单位：10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1）（b）

2.4 不稳定能量

一般来说，对于连续性强降水过程，降水发生前大气是不稳定的，降水开始后，受到雨滴蒸发、下垫面冷却等非绝热作用，边界层内气温下降，而由于水汽凝结潜热释放，中上层大气是有所增温的，从而导致大气趋于稳定。因此，需要某种机制可以使得大气的不稳定状态一直维持，从而使得强降水可以维持。假相当位温θse随高度的变化可以反映大气的对流性稳定程度。θse随高度减小为对流性不稳定条件，有利于强降水的发生。

从图5a中可以看出，第1段强降水出现期间低层大气维持不稳定状态，第2段强降水期间，θse较之前明显增大并随高度向上伸展，不稳定层增厚到600 hPa以上。由于持续性的降水必然造成能量的损耗，因此需要存在某种机制来维持广州地区不稳定能量的持续补充。6日白天到夜间从孟加拉湾来的西南气流、越赤道气流与“马力斯”外围的东南气流在南海北部汇合成急流，伴有极强的θse平流输送；到了7日夜间，原来流向广东地区的越赤道气流逐渐输送到“马力斯”中，但广东地区仍然有较明显的西南气流与东南气流的辐合，低空急流强度更强，结合θse的分布，此时仍有较强的θse平流向广州地区输送（图5b）。比较来看，整个过程中700 hPa及以上高度θse平流明显较低层小（图略），高低层θse平流的差异使得θse随高度一直是减弱的，从而维持大气的对流不稳定状态。

图5 广州区域平均θse时间-高度图（单位：K）（a）；8日02：00 925 hPa风场

为了进一步证明广州地区高低层θse平流的差异是广州上空大气层结不稳定维持的重要原因，对湿绝热过程对流不稳定性的局地变化方程进行了分析。

式（1）等式左边为对流不稳定性的局地变化；等式右边第一项为θse平流随高度的变化，当θse平流随高度减弱时，对流不稳定性增强，反之，对流不稳定性减弱；右边第2项为散度对对流不稳定性的影响，右边第3项为对流不稳定的垂直输送。计算了广州区域平均925 hPa上述方程的各项（图6），可以看到各项中，θse平流随高度的变化项贡献最大，且在整个降水过程中一直维持正值，散度对不稳定性的影响和对流不稳定的垂直输送要小得多。表明高低层θse平流的差异是造成广州地区对流不稳定能量维持的重要原因，从而弥补了强降水对能量的损耗。

图6 广州区域925 hPa平均对流不稳定方程的变化

3 结论

1）第1段强降水主要是受“艾云尼”外围环流影响，第2段转受其本体环流影响。深厚的低空急流为强降水的产生提供了较好的水汽条件和不稳定能量条件。

2）第2段降水过程高低空辐散辐合强度均增大到第1段降水过程的1.5倍以上，为第2段强降水的增强提供了更好的动力条件。

3）过程中水汽通量核维持在850 hPa高度左右，第2段降水过程水汽通量及辐合明显增强，为降水的增强提供了更好的水汽条件。

4）强的θse平流以及其随高度的减弱是不稳定能量维持的重要原因，有利于强降水的维持。