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辽宁西部地区受相似路径台风影响形成强降水的成因研究

2020-09-22 219 上传者：管理员

摘要：为辽西地区相似路径台风的预测预报及防灾减灾提供参考，以2018年1818号台风“温比亚”和2019年1909号台风“利奇马”为例，分析造成辽西地区强降水差异的成因。结果表明：“温比亚”东北上过程中，辽西地区受“温比亚”北上外围云系、西太平洋副热带高压及来自西北地区的西风带高空槽三带系统互相影响，副高相距较远，对“温比亚”失去了水汽供应，因此辽西地区仅下了小到中雨，局部大雨。“利奇马”东北上过程中，主要受西风带高空槽和台风倒槽的相继影响，降水时段长，累计雨量大；西风带高空槽与台风倒槽势力相当形成对峙，副高不断东退，对“利奇马”的水汽供应和引导气流都有所减弱；850hPa存在能量锋区，直接导致降水增强，因此辽西地区降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。

关键词：
台风
天气预报
强降水
相似路径
辽宁西部
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我国是受台风影响最严重的国家之一，平均每年约有7个台风，登陆地点主要集中在华南及华东南部沿海地区[1]。据辽宁省气象台统计，平均每1.4年就有1次北上台风直接影响辽宁。据葫芦岛市气象台统计，有气象记录以来，直接影响辽西葫芦岛的台风有7次。台风的影响不仅限于大风，更重要的是其所带来的强降水。在台风的研究和预报中，风雨强度的研究和预报虽已取得不少成果[2,3]，但相比台风路径预报，风雨预报仍然是台风预报的薄弱环节之一[4]。台风暴雨不仅发生在台风登陆前后，登陆后2～3d，条件有利时深入内陆的台风残余环流仍会产生暴雨或大暴雨，造成严重灾害[5,6]。一些特大暴雨主要在台风登陆后东移受阻，低压中心向西倒退的情况下发生，如1975年8月7503号台风在河南引发的特大暴雨[7],2011年8月1109号台风“梅花”在辽宁营口引发的特大暴雨[8]。但台风由于路径、强度、影响系统的差异，对同一地区陆地的影响千差万别。为辽西地区相似路径台风的预测预报及防灾减灾提供参考，以2018年1818号台风“温比亚”和2019年1909号台风“利奇马”为例，分析其造成辽西地区强降水差异的成因。

1、“温比亚”和“利奇马”台风概况

2018年8月15日早晨，1818号台风“温比亚”在冲绳以西的海面上生成，16日22时在浙江舟山登陆后一路向西行进，登陆时最强中心气压达985hPa，中心最大风力10级（25m/s),19日5时在河南驻马店改为东北上，20日早晨在山东东营入海并继续东北上，途经离辽西地区最近的大连南部海域时，最强中心气压达990hPa，中心最大风力8级（20m/s），于20日夜间在朝鲜登陆。此次过程辽西大部分地区降小雨，葫芦岛市区、绥中县、兴城市降中到大雨（图1），最大降水量48.2mm，出现在葫芦岛市绥中县万家镇。

图1台风“温比亚”（左）与“利奇马”（右）在辽宁西部地区的雨情分布

2019年8月4日下午，1909号台风“利奇马”在西北太平洋洋面生成，7日23时加强为超强台风，最强时中心气压达915hPa，中心最大风力超过17级（62m/s）。10日1:45前后以超强台风级别在浙江省温岭市城南镇登陆，10日20时减弱为热带风暴，中心最大风力9级（23m/s），之后长时间（60h）维持热带风暴级别。“利奇马”历经2次登陆和3次入海后，12日早晨至13日早晨在莱州湾迂回盘旋，中央气象台于13日14时对其停止编号。10日20时辽宁受台风外围云系影响开始出现降水，至15日20时结束，过程平均降水量126.5mm，辽西大部分地区达到大暴雨级别。此次过程具有持续时间长、累计雨量大、影响范围广等特点，但小时雨强不强，小时最大降水量为42.1mm。

2、强降雨成因分析

2.1环流背景

2018年8月19日8时，欧亚大陆中高纬多冷涡系统，新疆北部有一高空脊，东西伯利亚经贝湖东部到新疆东北部有一横槽，辽宁位于横槽前部偏西气流控制。西太平洋副热带高压形成一个闭合中心，西侧脊线位于黄海上空。19日20时（图2a）横槽转竖过程中出现断裂，断裂后的高空槽一支转为竖槽位于河北、河南、安徽一带，影响辽宁地区，一支位于贝湖东部和南部，源源不断为河北、河南的竖槽补充冷空气。副高稳定少动，对高空槽的继续东移构成阻塞作用。黄渤海上空建立了东南急流，为辽西地区输送水汽。20日8时（图2b），河北、河南一带的高空槽移经辽西地区，携带的冷空气与“温比亚”在此结合，副高东退至日本，西脊点位于韩国南部，与“温比亚”相距较远，约9个经距，副高对“温比亚”的水汽供应和引导气流都较弱。东南急流不断加强，辽西上空水汽充沛。20日20时高空槽移至辽宁东部，辽西地区降水结束。

2019年8月10日20时（图2c），欧亚大陆中高纬度呈两槽一脊的环流形势，西西伯利亚到新疆北部有一低槽，内蒙古东北部至河套地区有一纵深的高空槽，贝加尔湖到内蒙古中部有一弱脊，辽宁处于槽前西南暖湿气流控制。西太平洋副热带高压位于30°～40°N，副高西脊点伸至朝鲜半岛127°E处，9号台风“利奇马”位于江苏南部与浙江北部，10号台风“罗莎”位于其东南部2100km的太平洋洋面上。随台风北上，内蒙古东北部的高空槽小幅北抬，11日中午辽西地区受台风远距离倒槽顶部影响，降水逐渐加强。12日早晨（图2d），内蒙古至河套地区的西风带高空槽东移至东北地区东部，与贝湖东部的弱脊相互配合。西风带高空槽与台风倒槽势力相当形成对峙，之间锋区维持，对台风北上构成了强烈的阻塞作用，同时使副高不断东退。由于副高与“利奇马”相距较远，约11个经距，且中间形成了密集的流场，因此副高对“利奇马”的水汽供应和引导气流都有所减弱。两者共同作用，使得“利奇马”再入莱州湾后一直在莱州湾迂回盘旋。辽西地区受台风倒槽影响长达24h，迎来主降水时段。13日早晨，台风倒槽与高空槽结合，东侧阻塞高压形势稳定，冷空气与台风残涡携带的暖湿水汽势力相当，台风倒槽在辽河流域发展并维持。辽西地区位于台风倒槽后部，迎来第二轮小高峰降水。

图22018年8月19日20时（a）、20日8时（b）与2019年8月10日20时（c）、12日8时（d)500hPa高度场叠加850hPa风场

从850hPa风场看，“温比亚”过程中，19日20时辽宁位于气旋顶部，来自黄海的水汽开始向辽西地区输送；20日8时“温比亚”入海，辽西位于“温比亚”西北象限，来自渤海、黄海的东南暖湿空气与冷空气在葫芦岛沿海地区及渤海上空汇合，强降水在此阶段开始。“利奇马”过程中，10日8时开始，台风北侧外围风圈便形成了强劲的东南风急流，将黄海海面上的水汽源源不断向辽宁地区输送；东南急流不断加强，12日早晨东南急流最大风速达24m/s，台风倒槽在渤海上空形成水汽辐合，辽西沿海地区位于倒槽顶部冷暖空气交汇处。朝阳地区不在水汽辐合区，这也是辽西沿海地区降水大于内陆朝阳地区的主要原因。

2.2能量场

从850hPa假相当位温（θse）上看，2018年19日20时河北位于高能舌上，葫芦岛θse在336K左右（图3a);20日8时高能舌东移，葫芦岛位于高能舌顶，南部绥中县的θse最大值，为344K（图3b），这也是绥中为全市降雨量最大地区的原因。葫芦岛一直没有能量锋区经过，所以“温比亚”对流性降水不强。

2019年10日20时葫芦岛θse在340K左右（图3c),11日8时增大到342K，雨势也开始增强，之后葫芦岛地区θse大多维持在340～344K，雨强也在增大后维持较平稳的态势。12日8时，在葫芦岛、锦州一带形成1个锋区，呈东北西南向分布，表明这一区域存在对流不稳定。12日20时θse继续增大，12日白天也是此次过程中降水量最大的时段。13日8时θse开始减小（图3d），雨势逐渐减弱。850hPaθse的增大和减小，与雨势的增大和减小几乎同步，在θse变化不大时，锋区的建立会直接导致降水增强。在辽西4个市中，朝阳市的θse一直小于葫芦岛和锦州，且没有明显的锋区经过，故朝阳市的降水量最小。

图32018年8月19日20时（a）、20日8时（b）与2019年8月12日8时（c）、13日8时（d)850hPaθse

2.3水汽条件

从整层水汽含量看，“温比亚”影响辽西时，大值区围绕着台风，辽西地区最大值在55mm（图4a）。“利奇马”影响辽西时，大值区围绕在台风及台风北部，伴随台风北上（图4c）。2019年10日20时开始，辽西地区整层水汽含量长久维持在50mm以上，并不断增大；12日8时达到最大，大值区位于山东北部到辽宁中部一带，整层水汽含量最大值为75mm，位于葫芦岛市绥中县南部、渤海中部海域。

从水汽通量场看，“温比亚”影响辽西时，辽西地区水汽通量长久维持在6～9g/（cm·hPa·s）（图4b）。“利奇马”影响辽西时，辽西地区于2019年12日8时进入倒槽顶部强的水汽辐合区，水汽通量最大值达27g/（cm·hPa·s）（图4d),12日白天是此次过程最强降水时段。

3、卫星云图

“温比亚”影响辽西时，持续受“温比亚”北上外围云系影响，云系随“温比亚”东北上而逐渐影响辽西地区，直到2018年20日17时前后彻底移出辽西各市。

“利奇马”影响辽西时，2019年10日8时，辽宁西部地区开始受高空槽云系影响，随着台风北上，10日20时高空槽云系逐渐与台风外围云系打通，但辽西地区依然以高空槽云系影响为主。11日6时，随着台风北上，辽西地区逐渐转为台风外围云系影响。12日4时，冷暖空气在辽西地区交汇，辽西上空生成对流云团，随着台风云系逐渐向西北方向旋转，相继影响辽宁西部地区，强降水时段逐渐拉开帷幕。

图42018年8月19日20时、2019年8月12日8时整层水汽含量（a、c）与水汽通量（b、d)

4、结论

1）两次降水都不是受台风本体影响，“温比亚”过程中，辽西地区受“温比亚”北上外围云系、西太平洋副热带高压及来自西北地区的西风带高空槽三带系统影响；而“利奇马”过程，辽西地区主要受西风带高空槽和台风倒槽的相继影响。

2）两次过程，副高均不断东退，对台风的水汽供应和引导气流都较弱。由于“温比亚”影响辽西时本身已经减弱，中心最大风速20m/s，最低气压990hPa,7级风圈半径最大180km，影响时间短，仅为13h左右。“利奇马”影响辽西时，强度要强于“温比亚”，中心最大风速23m/s，最低气压980hPa,7级风圈半径最大300km，降水时段长达96h。故“利奇马”的累计雨量大于“温比亚”。

3）“利奇马”过程，台风倒槽携带大量水汽到辽西，水汽通量最大值27g/（cm·hPa·s），于12日早晨在渤海上空形成水汽辐合，辽西沿海地区位于倒槽顶部冷暖空气交汇处。“温比亚”过程，辽西地区水汽通量长久维持在6～9g/（cm·hPa·s），故“温比亚”仅下了小雨。

4)850hPaθse的增大和减小，与雨势的增大和减小几乎同步，在θse变化不大时，锋区的建立会直接导致降水的增强。在“温比亚”过程中，辽西地区没有建立起能量锋区。

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