台风“安比” 造成日照地区大暴雨的成因分析

陆桂荣，崔广暑，于怀征，程 月，陈小苏，王安凌

(日照市气象局，日照 276826)

0 引言

中国是世界上受台风影响非常严重的国家之一，平均每年约有7.2个台风对中国造成明显的灾害[1]。由于台风的影响广泛，预报难度大，造成的灾害严重，众多气象学者对台风进行了大量的研究[2-6]。研究表明，台风的结构、强度、路径以及地形对降水的影响较大。阎琦[7]等对两次致灾台风的动力机制进行了研究，研究表明副热带高压稳定、冷空气入侵造成的对称不稳定对登陆台风降水量有重要影响。李英[8]等指出1970—2001年登陆中国的台风向北移动可越过50°N 地区，山东省是受台风影响的省份之一，约有2.1%的热带气旋北上登陆山东地区。曹钢锋[9]等指出登陆类台风，特别是登陆北上类，在山东及华北区域造成特大暴雨的可能性最大。覃昌柳[10]等对台风的水汽和螺旋度进行了分析，指出螺旋度与强降雨区有一定的对应关系，西南急流和副高南侧偏东气流对台风的水汽输送作用相同。丛春华[11]等对影响山东的远距离热带气旋暴雨进行了研究，指出台风本身就是一个“热机”，其携带的大量扰动能量和暖湿空气在向极运动的过程中改变了周围大气的层结状态，对周围的大气进行增温增湿，当与北方冷空气交汇后可产生较强降水。高留喜[12]等对台风“麦莎”进行了分析，副高变化是“麦莎”台风登陆后出现复杂蛇形路径的重要原因。日照地处鲁东南沿海，每年至少有1～2个台风影响日照或近海海域[13]。从华东沿海登陆北上的台风因登陆地点、强度、移动路径和水汽输送等不同，对日照的影响程度也不同。

2018年10号台风“安比”从上海登陆后继续西行北上，从江苏进入山东后给日照地区带来区域性大暴雨，降水持续时间长达33 h，大暴雨覆盖面积创气象新纪录。此次台风导致日照各区县不同程度受灾，共造成直接经济损失1.17亿元。文章利用常规观测资料、区域加密自动气象站资料及NCEP 1°×1°再分析资料，对“安比”造成日照大暴雨成因进行分析，为北上类台风造成日照大暴雨天气的预报预警提供参考依据[14-18]。

1 台风“安比”概况和对日照天气的影响

2018年10号台风“安比” 于7月18日20：00(北京时间)在西北太平洋洋面上生成(热带风暴级)，20日08：00加强为强热带风暴强度，向西北方向移动。从台风“安比”路径图(图1a)可以看出，21日早晨进入东海东南部，22日12：30前后在上海市崇明岛沿海登陆。登陆后继续向西北方向移动，强度逐渐减弱，22日17：00在江苏东南部减弱为热带风暴，23日12：00从江苏北部进入山东的临沭县，继续向西北方向移动，经过沂南县、沂源县、章丘区、济阳区和商河县后，于24日04：00经乐陵进入河北，07：00向东北方向移动，途经天津、辽宁，24日夜间减弱变为温带气旋，并于25日02：00停止编号。台风“安比” 登陆后强度迅速减弱，但从2018-07-23T08：00进入江苏后，途经山东并于24日08：00到达河北省期间，中心最低气压一直维持在990 hPa。

7月22日21：00—24日06：00，日照出现强降水，全市过程平均降水量133.1 mm，最大降水量出现在东北部的杨家峪站，为232.5 mm。强降水区主要出现在台风“安比”移动方向的右侧，而左侧降水区域较小且雨量不大，呈现明显的不对称分布。日照开始出现降水时，处于台风“安比”移动路径的正前方，在台风“安比”中心的北侧 (图1b)，当降水逐渐增强时，日照处于台风“安比”移动路径的右前方，在降水最强时段，23日08：00—14：00的6 h≥50 mm的强降水区出现在台风“安比”移动方向的右侧，日照距台风“安比”直线距离最近(图1c)，当台风“安比”北上远离时，≥50 mm的强降水区位于鲁中东部，日照转入中心的第四象限，在台风“安比”移动方向的后方，降水逐渐减弱并趋于结束(图1d)。

图1 台风“安比”路径图(a)2018-07-23；(b)02：00—08：00；(c)08：00—14：00；(d)14：00—20：00(逐6 h降水量，螺旋符号为热带气旋位置)

2 环流形势分析

2.1 500 hPa环流形势

因台风和副热带高压均为深厚系统，文章对高空系统的分析仅围绕500 hPa的形势展开，图2为2018-07-23T08：00和20：00的500 hPa环流形势。从图2a可以看出，23日08：00，径向度较大的西风槽位于贝加尔湖南侧—内蒙古西部—甘肃西部—宁夏—四川一带，台风“安比”中心位于江苏北部，与西风大高压脊相叠加的副热带高压呈块状分布，形成东西向高压坝，脊线位于40°N附近。588线的南界在20°N附近，北界在44°N，在40°N附近其西脊点位于116°E。台风“安比”在北上过程中，受高压坝的阻挡，在副高外围东南气流的引导下，一直向西北方向移动，日照的强降水出现在台风“安比”移动路径的右前方。从图2b看出，23日20：00，随着西风槽东移，副热带高压略有减弱。此时，台风“安比”中心已经北移到鲁中地区，日照位于台风“安比”中心的东南部，降水减弱。受高压坝的阻挡和副热带高压东南急流的共同作用，“安比”保持20 km/h左右速度向北移动，且强度长时间维持不变。

图2 2018-07-230T8：00—20：00的500 hPa环流形势(单位：dagpm)

2.2 地面形势和近地面风场

图3为2018-7-23T08：00地面形势和09：00近地面风场。从图3a可以看出，2018-07-23T08：00，台风倒槽向北伸展到山东北部，台风东北侧东南气流不断地把海上暖湿空气向日照输送，东南气流较为强盛，最大风速达16 m/s，日照处于台风倒槽东北部，在东南风和东北风的辐合区，为暴雨的发生提供了动力条件和水汽输送。图3b为区域自动气象站加密资料，从图中可以看出，在日照的东北部即暴雨中心附近存在明显的东南风与偏东风的风向辐合，该辐合线23日09：00—13：00一直维持，且移动缓慢，14：00以后日照地区全部转为东南风，暴雨中心附近在风速的辐合大值区，为大暴雨天气的产生提供了有利的动力条件。

图3 地面形势和近地面风场(a)2018-07-23T8:00地面形势(单位：hPa)；(b)2018-7-23T9:00近地面风场(单位：m/s)(阴影区为风场≥12 m/s，黑色圆点为台风位置)

3 温湿条件分析

3.1 水汽条件

充沛的水汽供应，尤其是低层的水汽供应是强降水产生的必要条件，水汽通量是表示水汽输送程度的物理量，而水汽通量散度则为水汽聚集程度的物理量。23日08：00以后从黄海中部到山东半岛东南气流的水汽输送不断加强，暴雨中心的水汽通量、水汽辐合分别主要集中在500 hPa 以下的对流层中低层、850 hPa以下的低层，而850 hPa以上高度以水汽辐散为主；23日14：00水汽输送最为强盛，水汽通量的大值中心出现在850～925 hPa，中心值达420 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽辐合的大值中心出现在925～1000 hPa，最强辐合中心集中在950 hPa近地层，水汽通量散度值为-160 g·cm-2·hPa-1·s-1。这说明850 hPa以下低层是水汽主要辐合区，850 hPa以上高度尽管水汽输送仍较强，但水汽辐合已明显减弱。从比湿场沿暴雨中心(杨家峪站)的纬向垂直剖面图可见(图4)，暴雨区(119°E)上空整层比湿较大，尤其是低层水汽更为充沛，23日08：00，850 hPa、925 hPa、1000 hPa的比湿依次为15 g/kg，17 g/kg，19 g/kg，到23日14：00，比湿依次增大为16 g/kg、18 g/kg、20 g/kg。强的水汽辐合、低层大的比湿为本次大暴雨提供了充沛的水汽条件。

图4 比湿场沿暴雨中心(杨家峪站)的纬向垂直剖面图

3.2 温度平流

强降水与台风环流内冷暖平流活动密切相关，冷暖平流交汇处对强降水有较好的示踪作用[19]。图5为2018-07-23T8：00和14：00的850 hPa温度平流和风场分布图，从图5(a)看出，08：00，位于台风“安比”中心西北侧的鲁西南为冷平流，中心值为-30×10-5K·s-1，东北侧的青岛东部海面为暖平流，暖平流中心为10×10-5K·s-1。从图5(b)可以看出，14：00虽然鲁西南冷平流明显减弱，但是日照附近的温度平流梯度明显加大，日照附近的大气斜压性明显加大，斜压不稳定能量的释放为大暴雨的发生提供了能量条件。强降水发生时，日照始终处于冷暖平流的交汇处。

图5 2018-07-23T8:00—14:00的850 hPa温度平流和风场分布图(a)2018-07-23T8:00；(b)2018-07-23T14:00(温度平流单位：10-5k·s-1，风场单位：m/s)

4 动力条件

螺旋度是衡量风暴沿入流方向的涡度分量大小和入流强弱的参数，可以表征流体旋转与沿旋转方向运动特征[20]。台风是大气中一种具有较强螺旋性的热带天气系统，其发生发展本质上是一种螺旋性结构的建立与发展过程[21]。

在P坐标系中，垂直方向上的螺旋度可表示为：

(1)

式中，ζ为相对涡度的垂直分量；ω为P坐标中的垂直速度。

图6为暴雨中心(杨家峪)站的垂直螺旋度和垂直速度时间—高度剖面，从图6(a)可以看出，降水初期杨家峪站对流层低层和中上层螺旋度呈低层正中心、中上层负中心配置，呈“下正上负”的垂直结构，23日08：00垂直螺旋度分别为6×10-6hPa /s2和-6×10-6hPa/s2。垂直螺旋度正值中心从对流层低层向对流层中层向上延伸，强度增强，逐时降水量也逐渐增大。23日14：00对流层200 hPa以下垂直螺旋度转为一致的正值区，正中心位于850 hPa，达32×10-6hPa/s2。16：00以后垂直螺旋度正值逐渐降低，逐时降水量也逐渐减少。从图6(b)可以看出，降水初期500 hPa以上和850 hPa以下为上升运动，中间为下沉运动。23日08：00以后上升运动不断增强，23日14：00，整层都转为强上升运动，上升运动伸展到200 hPa以上，上升运动非常深厚，850 hPa附近为上升运动中心，最大上升速度达-19×10-3hPa·/s，此时段降水强度较大。可见，垂直螺旋度、垂直速度的变化与此次大暴雨的发生发展有良好的对应关系，强的旋转上升气流有利于降水强度增大。

图6 暴雨中心(杨家峪)站的垂直螺旋度和垂直速度时间-高度剖面(a)垂直螺旋度时间-高度剖面(单位：10-6 hPa/s2)；(b)垂直速度时间—高度剖面(单位：10-3 hPa/s-1)

5 结束语

1)台风“安比”生成后沿西北路径在上海登陆后强度迅速减弱，继续西行北上，造成日照地区区域性的大暴雨天气。强降水区出现在台风移动方向的右侧。

2)北侧高压坝的阻挡有利于台风“安比”移速保持，影响时间较长。

3)低层较强的水汽辐合和较大的比湿为本次大暴雨提供充沛的水汽条件。大暴雨发生时，日照始终处于冷暖平流的交汇处。

4)垂直螺旋度、垂直速度的变化与此次大暴雨的发生发展有良好的对应关系，强的旋转上升气流有利于降水强度增大。