北上台风引发锦州连续性暴雨的成因分析

徐玉秀 蒋姗姗 张 璇 周福然 曲梓祎 姜 文

（1.锦州市气象局，辽宁 锦州 121000；2.通辽市气象局，内蒙古 通辽 028000；3.辽宁省气象台，辽宁 沈阳 110000）

0 引言

台风和暴雨是我国沿海地区夏季主要的灾害性天气系统，台风灾害多是由大风、暴雨和风暴潮等引起的，会对人民的生命财产造成严重威胁［1］。台风北上与冷空气相互作用，通常会产生大范围暴雨天气。狄利华等［2］研究表明冷空气入侵台风环流，触发不稳定能量释放，使位能转化为动能，对触发暴雨也有重要作用。蒋小平等［3］研究指出，环境流场输送暖湿气流为暴雨区补充不稳定能量和水汽，对暴雨的产生起到了十分重要的作用。虽然目前相关学者对台风暴雨的研究较为广泛，但由于台风暴雨的影响因子较多，成因复杂，影响东北地区的台风又相对较少，因此对台风的路径、强度及冷空气作用下台风倒槽的斜压发展及降水落区和强度的预报一直以来都是天气预报工作中的难点，需通过总结分析东北地区台风暴雨的成因，不断提高台风暴雨精细化预报能力。

1 降水实况特征

2019 年8 月10 日05 时至15 日08 时，锦州地区出现总降水量达暴雨到大暴雨，局部特大暴雨天气。此次降水过程的特点为：①持续时间长。受西风带冷空气和副热带高压影响，锦州地区自10日05时开始出现降水，11 日08 时开始，受台风“利奇马”外围云系等连续影响，降水截至15 日00 时结束，累计时长为115 h；②累计雨量大。锦州地区平均降水量为129 mm，全市109个气象观测站，全部出现降水，其中累计降水量最大为253.5 mm，出现在凌海市大业镇，累计降水量超过200 mm的有32个站，累计降水量在100～200 mm之间的有66个站，其他各站累计降水量在50～100 mm 之间（如图1 所示）。③风雨齐上阵。受台风影响，降水期间同时还出现了大风天气，锦州地区陆地出现东北风5～6 级，阵风7～8 级；渤海北部海域出现东北风6～7 级，阵风8～9 级。④致灾程度高。此次锦州地区暴雨评估为一级暴雨灾害，属最严重级别。

图1 锦州市8月10日00时至15日08时降雨量分布

2 环流形势演变分析

8 月10 日、12 日和13 日08 时500 hPa、850 hPa位势高度场和风场如图2所示。由图2可知，10日08时，500 hPa 高空图上副热带高压偏东，辽宁地区受副高外围影响，西风槽位于河套中东部，中低空相应存在切变线和西南急流，与200 hPa高空急流分散区相耦合，提供了充足的水汽输送和较好的辐合上升条件，锦州地区自南向北逐渐出现降水天气。11 日08 时南亚高压东退南落，台风由出流区进入入流区，辐散条件变差，副热带高压偏东引导气流较弱，西风槽东移南压，槽线位于内蒙古东部，热带风暴减弱北上，雨带螺旋移至大连地区，并入高空槽。12日08时，500 hPa 中纬度无明显西风槽槽前引导气流，10 号台风“罗莎”使副热带高压长时间稳定，西侧大陆高压强，东西两高对峙，前进方向周围都是比较明显的高压（鞍形场），形势稳定，北侧的内蒙古有东北-西南向阻塞高压，“利奇马”移速变慢，850 hPa台风暖湿切变北抬逐渐影响辽宁中西部地区，锦州处于切变的右前方，配合地面倒槽辐合，动力条件非常有利，850 hPa 上东南急流建立，顺着台风环流在辽宁中部上空明显辐合，带来源源不断的水汽输送，锦州地区出现较强降水。12 日20 时“利奇马”在山东半岛北部莱州湾西折回旋，强度进一步减弱。13 日08 时，台风倒槽与西风带高空槽结合，高空槽后的冷空气与台风携带的暖湿水汽相遇，冷暖空气势力相当，切变维持少动，锦州地区出现第三阶段降水。14日20时系统移至辽宁东部，锦州降水陆续结束。

图2 8月10日08时、12日08时、13日08时500 hPa、850 hPa位势高度场和风场

3 暴雨成因分析

3.1 暴雨的水汽条件诊断

充分的水汽是产生暴雨的必要条件之一。从此次强降水第一阶段来看，850 hPa 西南气流逐渐加强，将渤海的水汽输送到锦州地区，分析850 hPa 水汽通量散度场可以发现，强降水落区基本与水汽通量散度大值区相吻合。10 日08 时锦州地区处于水汽通量散度较强负值区内，表明此时水汽在锦州地区有强辐合，锦州处于强降水阶段。10 日20 时，水汽通量散度负值区移出锦州，降水减弱。11日08时开始受减弱台风“利奇马”影响，锦州地区进入第二阶段降水，水汽通道集中在台风“利奇马”的东北侧，副热带高压西侧。12日08时，随着台风“罗莎”西移，其外围输送的水汽带与“利奇马”水汽通道打通，黄渤海水汽通道建立，两个台风为辽宁地区输送丰富的水源（如图3 所示），此时锦州地区处于水汽辐合区，低层水汽通量达18～20 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽通量散度达-30 g·cm-2·hPa-1·s-1，850 hPa 比湿达14 g/kg，达到了区域性暴雨阈值。12日20时，云带减弱移除，降水趋于结束，锦州地区又一次进入降水间歇期。13 日08 时，西风槽后部冷空气南下，与台风输送的暖湿空气结合，锦州地区进入第三阶段降水，降水期间水汽通量及水汽通量散度明显增强，锦州地区降水加强。13日20时，随着“利奇马”进一步减弱，水汽通量散度负值区逐渐移出锦州地区，锦州降水基本趋于结束。

图3 8月12日08时850 hPa水汽通量和水汽通量散度

3.2 动力条件分析

一次暴雨的发生发展，较强的上升运动是必不可少的。锦州站时间垂直剖面如图4 所示。由图4可知，10日06时锦州为水汽高值中心，达到20 g/kg，良好的水汽条件一直持续到11 日06 时，锦州上空维持较高的水汽水平，因此，只要抬升触发系统存在，即使系统不明显，也会导致锦州地区产生明显的降水过程。11 日08 时后，水汽条件减弱，低层动力条件仍一般，11 日白天锦州地区降水强度减弱。12 日锦州上空气团的垂直运动速度存在增强的趋势，但低层仍维持弱辐散，锦州地区出现一定程度的降水，但降水强度较10 日较小。然而12 日傍晚，低层水汽条件存在增强趋势，18 时出现水汽的高值中心，比湿值达到15 g/kg，同时大气低层对应一定的上升运动，低层有辐合，12 日傍晚到13日降水强度逐渐增强，13 日夜间至14 日凌晨，水汽、垂直条件逐渐减弱，上升运动速度减弱，对应锦州地区降水强度逐渐减弱直至停止。

图4 锦州站时间垂直剖面

3.3 冷空气的影响

冷空气侵入台风外围，使得中小尺度对流系统发展旺盛，可以大幅度增加台风外围及倒槽的降水，产生强降水天气［4-5］，由环流形势可知，10 日08 时，受西风带冷空气与副热带高压西侧的暖湿气流共同影响，锦州地区出现强降水天气。13日08时，500 hPa中纬度西风带系统较弱，850 hPa上台风主体与暖中心分离，逐渐有弱冷空气从底层卷入使台风“利奇马”斜压发展，冷空气侵入台风内部，使其结构破坏，导致利奇马减弱北上，进而回旋消亡，冷暖空气对峙造成辽宁中西部辐合加强、切变维持少动，延长了降水时间，形成了长时效稳定性降水。

4 结论

①受西风带冷空气、副热带高压以及减弱台风“利奇马”外围云系等连续影响，锦州地区此次暴雨过程持续时间长、累计雨量大、风力较强、致灾程度高，总降水量达暴雨到大暴雨量级，局部特大暴雨。

②高层辐散、低层辐合的高低空配置有利于垂直上升运动发展，产生强降水。副热带高压偏东，引导气流较弱，西侧大陆高压强，东西两高对峙，移速较慢，“罗莎”外围输送的水汽带与“利奇马”水汽通道打通，黄渤海水汽通道建立，两个台风为辽宁地区输送源源不断的水汽和能量补充，为此次暴雨持续时间长、累计雨量大提供有利条件。

③冷空气从底层卷入使台风“利奇马”结构破坏，减弱填塞，斜压发展，冷空气虽然缩短了台风生命史，却是造成本次暴雨“长时效”特点的关键。