台风“灿鸿”的路径和降水特征诊断分析

2017-01-16江丽俐钱卓蕾张建海

浙江气象 2016年4期

关键词：四明山散度负值

江丽俐钱卓蕾张建海

(绍兴市气象台，浙江绍兴 312000)

台风“灿鸿”的路径和降水特征诊断分析

江丽俐钱卓蕾张建海

(绍兴市气象台，浙江绍兴 312000)

利用实测资料和客观分析资料，综合分析环流背景、下垫面、水汽输送等对 “灿鸿”路径和强降水分布影响。研究表明，位于东部沿海的高压脊东移并入使得副高加强北进，以及“灿鸿”与“莲花”之间弱的双台风互旋作用，导致“灿鸿”路径偏东。围绕台风中心的输送带将充沛水汽源源不断输送至浙东沿海上空，低层暖湿气流使得大气趋于对流不稳定，不稳定能量释放激发的上升运动，与四明山区迎风坡强迫抬升叠加作用，形成了位于四明山区的暴雨中心。整个台风影响期间浙江东部沿海大气比较稳定，暴雨主要是由大气的斜压作用引起的。台风登陆前东西侧螺旋云带逐渐趋于对称，但其与南侧季风云团的联系基本被切断，使得浙江没有出现大范围的暴雨区。

“灿鸿” ；路径；降水

0 引言

台风暴雨长期以来是人们关注的焦点。陈联寿等[1]、李英等[2]、曾静[3]从能量转换、水汽输送、中纬度斜压锋区和环境风场的变化等方面研究了登陆后热带气旋的维持机制。陈德花、刘峰等[4-5]还将湿位涡应用到 0604号强热带风暴“碧利斯”和0908号台风“莫拉克”的研究中，分析了其湿位涡中尺度时空分布特征, 探讨了湿位涡发展、减弱与暴雨增幅、减弱的相关性。黄亿等[6]利用中尺度模式WRF对 0515号台风“卡努”台风模拟所输出的高分辫率资料,借助等熵位涡及湿位涡的方法进行诊断分析,揭示台风暴雨过程中的中尺度系统演变特征以及探讨台风暴雨发展与维持的机制。许爱华[7]分析了环流背景、冷空气活动和下垫面对0414号台风“云娜”台风登陆后的路径和降水变化的影响。张建海[8]从台风的强度、移速、结构、环境场、地形等多个方面对0505号台风“海棠”和 0509号台风“麦莎”两次台风暴雨过程进行比较分析。虽然通过这些研究对台风暴雨的发生发展有了更为清楚认识，但对台风暴雨的预报、尤其是台风登陆区暴雨强度及分布的预报仍很困难，至今仍有许多问题有待深入研究。

1 “灿鸿”概况和风雨影响

“灿鸿”(1509)于2015年6月30日20时在西北太平洋生成，7月3日02时加强为台风，随后强度出现减弱， 7日02时再度加强为台风，9日14时加强为强台风，9日23时加强为超强台风，11日16时在舟山市普陀区朱家尖镇登陆，登陆时强度为强台风。“灿鸿”活动期间，西北太平洋还同时存在“莲花”(1510)和“浪卡”(1511)两个台风。3台风共存不仅使三者之间产生相互影响，还与副热带高压及西风带天气系统产生复杂影响，使得“灿鸿”路径复杂多变(图1a)。

“灿鸿”成为1949年以来7月份登陆浙江省最强台风，给浙江带来强降水，特别是东部地区暴雨强度强，累计雨量大。降雨主要集中在10 日08 时至12日08 时，舟山、宁波中南部和台州的东北部地区过程累计雨量超过200 mm，暴雨中心位于四明山区，最大为余姚大岚镇丁家畈531 mm、余姚四明山镇棠溪528 mm(图1b)。

“灿鸿”超强台风强度维持时间长达35 h，加上登陆时为强台风强度，造成浙江省中北部沿海持续出现12～14级局部15～16级大风,内陆大部地区、江湖水面及杭州湾等持续出现7～10级大风，最长达24 h之久。实测最大瞬时风速出现在定海区克冲岗53 m/s(16级)。

图1 (a)台风“灿鸿”路径图；(b)10 日08 时至12日08 时累计雨量分布图(单位：mm)

2 路径分析

2.1 500 hPa高度场

西北太平洋台风的移动路径是由副热带高压和西风系统配置和动态变化来共同决定的。首先来分析一下500hPa的环流。7月7—8日副高呈带状分布，其脊线稳定在31°N～32°N，中心位于日本海以东洋面上。“灿鸿”受到副高南侧稳定深厚的东偏南气流引导，向西偏北方向移动，移速较快(图2a)。中高纬地区90°E～110°E有一低槽，110°E～130°E东部沿海为高压脊控制，且由于不断有暖平流补充，强度不断加强。此时，中心位于台湾海峡的“莲花”距离“灿鸿”14个纬距，位于“灿鸿”以东的洋面上“浪卡”距离17个纬距，均不存在明显的互旋作用。同时，由于“莲花”强度减弱，副高有略往西伸的趋势。到了9日位于东部沿海的高压脊东移并入副高之中，使得副高加强北进，轴线转为西北—东南向，因此引导气流南风分量加大，使得“灿鸿”向西北方向移动(图2b)，与“莲花” 距离拉近为12个纬距。研究表明[9]双台风距离达到了12个纬距的临界距离，会绕两者之间连线的某点做逆时针旋转。互旋作用也使得“灿鸿”北上风量加大。同时由于“莲花”强度明显减弱，位于“灿鸿”西北部的地区被西伸的副高控制，使得“灿鸿”移动速度放缓。10日由于“灿鸿”势力较强，副高被其挤压，125°E以东轴线西北—东南向的特征更加明显，而125°E以东副高的脊西伸至大陆，轴线为西西北—东东南向。11日海上副高和大陆高压断裂，“灿鸿”从两高之间穿过，北上在舟山登陆，后受北边的西风槽前西南气流引导，向东北方向移去。

(a)7月8日20时；(b)7月9日20时图2 500 hPa位势高度场 (单位：dagpm)

2.2 200 hPa流场

一般来说，高层的辐散场也能对台风的移向有一定的引导作用。7月8日有一深槽从华北一直南伸至西南，槽前有高空急流，华南沿海位于槽前高空急流入口区右侧的辐散区，有利于台风西行(图3a)。日本海以南为一反气旋环流的中心，10日起深槽北缩，反气旋环流加强北进，轴线变成了南北向，中心向西南移动到了台湾以东的上空，并一直维持，从中心流出的气流为沿海提供了有利的辐散条件，引导台风偏北移动(图3b)。

(a)7月8日20时；(b)7月10日20时图3 200 hPa流场 (阴影为高空急流，全风速≥30 m/s)

3 强降水相关物理量诊断

3.1 水汽条件

从 850 hPa 水汽通量散度和流场分析表明，7月 9日20时“灿鸿”台风的风场结构和水汽输送呈现非对称结构，主要的水汽输送带是通过围绕台风中心第一和第四象限的西南风—东南风的一条急流带完成，水汽通量散度中心值为95 g/(s·hPa·cm2)，位于台风中心北北东的方位。“灿鸿”西侧外围环流与“莲花”的环流连成一片，使得“灿鸿”西侧的水汽输送大值带往西延伸浙闽沿海地区，这些地区出现阵雨，浙江其他地区降水不是很强。10日水汽通量散度大值带强度略减弱，中心值为80 g/(s·hPa·cm2)(图4a)。“灿鸿”西侧外围环流向“莲花”进行水汽输送带基本切断。随着台风的西北移逐渐靠近，浙江东南部沿海上空均为水汽通量散度负值区，此时沿海的降水强度逐渐加大。11日台风中心到达舟山群岛时，水汽通量散度大值带强度有所减弱，最大值为50 g/(s·hPa·cm2)，但水汽通量散度负值区分布形态也发生改变，在围绕台风中心的东北部和西北部均存在一个水汽通量散度负值中心，暴雨中

心位于西北部负值中心附近，大量的水汽在此处水平辐合，为强降水提供非常好的水汽条件(图4b)。

从暴雨中心逐6 h降水量和对应时次水汽通量散度的时间分布来看，强降水加强和减弱的趋势和持续时间与其上空850 hPa水汽通量散度有很好的对应关系(图4c)。

3.2 垂直运动和不稳定层结条件

假相当位温可以反映大气湿斜压能量的分布，可以用来研究台风的能量变化。根据11日08时通过台风低压中心的径向剖面(图4d)可以看到，此时暴雨区一部分出现在等值线的密集锋区之中，位于其东侧的另一部分暴雨区位于对流不稳定区，近地面到950 hPa上空，呈递减趋势，表明大气处于对流性不稳定，对流性不稳定能量的释放有利于暴雨的增幅。

图4d可以看到暴雨中心的东侧为维持了强且深厚的上升运动：中心强度为-3.5 Pa/ s，强上升运动区从900 hPa向上延伸至700 hPa。这里位于四明山的迎风坡，台风北部的东风气流被迫抬升，同时近地面到900 hPa处于对流性不稳定结构。

(a)10 日 20 时；(b)11日 20 时；(c)暴雨中心逐6 h降水量和对应时次水汽通量散度序列图; (d)根据11月08时通过暴雨中心的径向垂直运动(W)和假相当位温剖面分布图(三角形标出暴雨中心所在位置)图4 850 hPa 水汽通量散度和风场图(阴影为≥15 g/(s·hPa·cm2))

综合水汽通量、垂直运动和大气层结条件来看，在大气不稳定层结背景条件下，围绕台风中心的输送带将充沛的水汽源源不断输送至浙东沿海上空，低层的暖湿气流使得大气趋于对流不稳定，不稳定能量的释放产生中小尺度的上升运动，与四明山区迎风坡的强迫抬升相叠加，使得本来较强的上升运动更加强烈，有利于暴雨的增幅，使得暴雨中心不是位于东部沿海，而是位于四明山区。

3.3 湿位涡特征

考虑到水汽的影响层次一般在对流层中低层，因此分析850 hPa上湿位涡的分布特征。有利于揭示低层暖湿气流的活动特征。

根据湿位涡定义，湿位涡垂直分量(MPV1)代表着气团对流稳定, 负代表着气团对流不稳定。7月10日20时(图略)除了浙西山区为负值之外，浙江绝大部分地区MPV1均为正值，11日02时浙江全省均为正值，这说明大气维持对流稳定状态。此时强降水区主要分布在东南沿海地区，这是由台风本身环流带来的降水。此外还有暖湿气流在四明山和天目山的迎风坡被迫抬升引起的强降水。到了11日08时浙江省大范围正MPV1区覆盖，除了浙北的北部有弱的负值区。此时强降水除了东南沿海和四明山的迎风坡地区之外，天目山附近的强降水的强度加强，范围扩大，这可能与浙北地区的对流不稳定有一定联系。

湿位涡水平分量(MPV2)是大气斜压性对湿位涡的贡献，该项负值越大，表明大气斜压性越强。选取7月10日20时—12日08时的分析浙江省内MPV2的变化情况。可以看到暴雨区均位于MPV2零线附近的等值线密集带偏向负值区一侧。10日20时浙江中西部地区为大范围正值区，中心位于浙江东南方向海上的负值区向西延伸至浙江东南沿海(图5a)，斜压作用增大，其原因主要是由于台风的逐渐靠近，低空暖湿空气强劲输送，垂直风切变加大。台风在沿海附近形成的大范围暖中心区和大陆弱的冷场的存在，使得MPV2<0。随着台风继续西北行靠近，MPV2负值区也随之西进靠近浙江沿海(图5b)，强度维持。等到11日08时MPV2负值区已经北移至浙东沿海，强度明显减弱，依然位于正负值交界处的高梯度区的沿海暴雨区强度和范围也明显减弱。11日14时台风即将登陆时，MPV2负值区北进至浙江东北沿海，强度继续减弱(图5c)，对应的降水强度明显减弱(图5d)。

4 卫星云图分析

从可见光云图上看，在登陆前36 h“灿鸿”的结构紧实，有明显的台风眼结构，螺旋云带呈非对称特征，大部分的螺旋云带都位于台风第一和第四象限，西侧的螺旋云带很稀少，南侧有季风云团不断向其输送水汽(图6a)。到了登陆前24 h，“灿鸿”云系范围扩大，眼区结构趋于不明显，螺旋云带范围扩大，西侧的螺旋云带加强，但是整个台风云系结构趋于松散，其与南侧季风云团的联系也减弱了(图6b)。登陆前12 h，“灿鸿”云系减弱，螺旋云带主要分布在第一和第二象限，东西相对比较对称，其与南侧季风云团的联系基本被切断，来自南海的水汽供应减弱。因此浙江东部沿海的降水主要是靠台风密蔽云区和螺旋云带造成的(图6c)。