熱帶風(fēng)暴艾云尼持續(xù)性強(qiáng)降水成因分析*

楊舒楠 路屹雄 張芳華 陶亦為

1 國(guó)家氣象中心，北京 100081 2 國(guó)家氣候中心，北京 100081 3 中國(guó)氣象局-河海大學(xué)水文氣象研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100081

提 要： 以熱帶風(fēng)暴艾云尼(1804)為研究對(duì)象，利用常規(guī)、非常規(guī)觀測(cè)以及NCEP分析資料等探討了 “弱”臺(tái)風(fēng)的持續(xù)性強(qiáng)降水成因。大尺度環(huán)流背景導(dǎo)致“艾云尼”引導(dǎo)氣流很弱，臺(tái)風(fēng)移速緩慢，長(zhǎng)時(shí)間維持在我國(guó)近海。南海季風(fēng)爆發(fā)初期的異常強(qiáng)西南季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)馬力斯(1805)的偏東急流將水汽、動(dòng)量持續(xù)向臺(tái)風(fēng)環(huán)流輸送。凈水汽收支診斷顯示:臺(tái)風(fēng)影響前期，水汽主要來自南邊界；后期，東邊界水汽流入增加，維持了臺(tái)風(fēng)環(huán)流的持續(xù)性水汽輸入，造成廣東沿海水汽通量輻合及高濕、高能環(huán)境條件的持續(xù)。廣東沿海長(zhǎng)時(shí)間維持較強(qiáng)東南向岸風(fēng)，在海岸線及沿海地形作用下低層輻合持續(xù)，疊加高空輻散，為強(qiáng)降水的持續(xù)產(chǎn)生和中尺度對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)提供了有利動(dòng)力條件，對(duì)流層低層?xùn)|南風(fēng)風(fēng)速增強(qiáng)與降水量陡增吻合較好。臺(tái)風(fēng)中尺度對(duì)流系統(tǒng)活躍，伴隨5個(gè)階段的中尺度對(duì)流雨帶的發(fā)生、發(fā)展。沿海地區(qū)對(duì)流不斷新生、中尺度螺旋雨帶發(fā)展、臺(tái)風(fēng)本體降水和外圍中尺度對(duì)流雨帶的疊加以及兩條暖濕輸送帶中海上對(duì)流的移入等,共同造成廣東沿海中尺度對(duì)流系統(tǒng)的持續(xù)存在和持續(xù)性強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

引 言

中國(guó)東鄰西北太平洋，是世界上受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，平均每年約有7～8個(gè)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸。臺(tái)風(fēng)對(duì)中國(guó)最重要的影響是登陸臺(tái)風(fēng)引發(fā)的暴雨和洪澇災(zāi)害，我國(guó)歷史上幾大破紀(jì)錄的暴雨災(zāi)害均與臺(tái)風(fēng)有關(guān)(Chen et al,2010)。長(zhǎng)期以來臺(tái)風(fēng)暴雨研究都是臺(tái)風(fēng)研究的重要方面之一(謝惠敏等，2016；Wang et al,2017；許映龍等，2015)。但相比于路徑預(yù)報(bào)，臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)仍存在較多難點(diǎn)，是臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的薄弱環(huán)節(jié)之一(徐燚等，2019；鈕學(xué)新等，2005)。

臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度是影響臺(tái)風(fēng)降水強(qiáng)度的因素之一(鈕學(xué)新等，2010)，但影響臺(tái)風(fēng)降水的因素較多，其與雨量強(qiáng)度之間的關(guān)系較為復(fù)雜。受不同環(huán)流影響，有時(shí)很強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)登陸后減弱很快，風(fēng)雨影響并不大；而較弱的臺(tái)風(fēng)，在有利環(huán)境條件下也能持續(xù)不消，造成持續(xù)性強(qiáng)降水(羅玲等，2013；尹潔等，2008)。臺(tái)風(fēng)登陸后的暴雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間受諸多因素影響，源源不斷的水汽輸送、中低緯環(huán)流相互作用、中尺度系統(tǒng)影響及地形作用等均是造成臺(tái)風(fēng)登陸后維持不衰和暴雨持續(xù)的重要因素(陳聯(lián)壽和丁一匯，1979；楊舒楠等，2018；岳彩軍等，2019)。

水汽是登陸臺(tái)風(fēng)陸上維持的一個(gè)重要條件,也是臺(tái)風(fēng)暴雨增幅的主要原因之一(Li and Chen,2007)。與臺(tái)風(fēng)環(huán)流相關(guān)聯(lián)的水汽場(chǎng)特征差異將造成完全迥異的降水強(qiáng)度及分布特征。對(duì)于登陸我國(guó)的臺(tái)風(fēng)，南海西南季風(fēng)是重要的水汽輸送通道(陳超等，2015)，其對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)陸上強(qiáng)度的維持有重要影響(李英等，2005)，從而決定臺(tái)風(fēng)暴雨的空間、時(shí)間分布及降水強(qiáng)度(盧山等，2008；朱紅芳等，2019)。葉成志和李昀英(2011)對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴碧利斯(0604)的研究指出，“碧利斯”登陸后低壓環(huán)流的長(zhǎng)時(shí)間維持及其與南海季風(fēng)的相互作用,是造成湖南東南部罕見致洪暴雨的重要成因。

臺(tái)風(fēng)中經(jīng)常出現(xiàn)的局地性強(qiáng)烈天氣往往由中小尺度對(duì)流系統(tǒng)所引起(陳聯(lián)壽和丁一匯，1979)，螺旋雨帶則是這些中尺度對(duì)流系統(tǒng)的主要源地之一(程正泉等，2005)。中尺度雨帶是臺(tái)風(fēng)降水的最主要特征之一，是臺(tái)風(fēng)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的重要體現(xiàn)，同時(shí)又與臺(tái)風(fēng)暴雨災(zāi)害緊密關(guān)聯(lián)(閆非等，2012；王勇等，2010；朱佩君等，2005)。臺(tái)風(fēng)中的中尺度雨帶結(jié)構(gòu)特征變化對(duì)于臺(tái)風(fēng)降水有直接關(guān)系(周海光，2010；王勇和丁治英，2008)，中尺度對(duì)流系統(tǒng)中的物理量特征分布可以較好地示蹤臺(tái)風(fēng)暴雨的落區(qū)和強(qiáng)度演變(王勇等，2010)。

2018年第4號(hào)臺(tái)風(fēng)艾云尼影響我國(guó)期間強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴或熱帶低壓，強(qiáng)度相對(duì)較弱。但其登陸前后，在華南及江南部分地區(qū)，尤其是廣東沿海，造成了罕見的連續(xù)性暴雨，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5 d以上，部分站點(diǎn)累積雨量突破歷史極值，給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)生活和財(cái)產(chǎn)安全造成很大影響。本文將針對(duì)此次“弱”臺(tái)風(fēng)的持續(xù)性強(qiáng)降水成因進(jìn)行探討，從而為此類臺(tái)風(fēng)暴雨的預(yù)報(bào)及防災(zāi)減災(zāi)工作提供一定參考依據(jù)。

1 資料與方法

本文選用常規(guī)地面觀測(cè)，1 h降水量(包括國(guó)家站和自動(dòng)站)、中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)路徑資料、衛(wèi)星云圖以及雷達(dá)資料等，對(duì)“艾云尼”的降水實(shí)況、中尺度對(duì)流系統(tǒng)特征等進(jìn)行分析。選用NCEP的6 h間隔，1°×1°分辨率的全球分析資料(FNL)等，對(duì)環(huán)流形勢(shì)、動(dòng)熱力條件等進(jìn)行診斷分析。

為分析環(huán)流形勢(shì)的異常特征，利用NCEP-NCAR 1988—2017年(共計(jì)30年)的2.5°×2.5°再分析資料對(duì)環(huán)流場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化異常(SD)進(jìn)行計(jì)算(楊舒楠和端義宏，2020)。

SD=(F-M)/σ

式中：F為某一氣象場(chǎng)或物理量的值；M為該變量30年的氣候平均，為去除小波動(dòng)對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響，在計(jì)算氣候平均時(shí)，對(duì)每一天的變量都進(jìn)行了21 d的滑動(dòng)平均(前后各10 d)；σ為變量場(chǎng)氣候標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)化異常表征變量場(chǎng)偏離氣候態(tài)的程度，一般情況下，|SD|≥3σ表示存在較明顯異常。

為研究臺(tái)風(fēng)暖濕氣流來源及空氣塊物理屬性，選用HYSPLIT跡線模式(Stein et al, 2015；Rolph，2017)對(duì)空氣質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行軌跡分析。該模式由美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局空氣資源實(shí)驗(yàn)室和澳大利亞墨爾本氣象研究中心聯(lián)合開發(fā)，用于計(jì)算空氣質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡。本文選用0.5°×0.5°的NCEP全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)(GDAS)分析數(shù)據(jù)計(jì)算質(zhì)點(diǎn)后向運(yùn)動(dòng)軌跡，以探尋臺(tái)風(fēng)環(huán)流中暖濕氣流的源地及移動(dòng)路徑。

2 臺(tái)風(fēng)暴雨過程簡(jiǎn)介

“艾云尼”生成于南海中部洋面，隨后向偏北方向緩慢移動(dòng)(圖1a)，6月6日早晨至夜間在海南東北部和雷州半島海岸線附近回旋打轉(zhuǎn)，隨后向東北方向移動(dòng)，6—7日先后在廣東徐聞、海南海口和廣東陽(yáng)江三次登陸?！鞍颇帷币扑偌s為10 km·h-1，遠(yuǎn)小于臺(tái)風(fēng)平均移速(20 km·h-1)，具有移速緩慢、路徑復(fù)雜和多次登陸等特點(diǎn)。

受其影響，6月5日08時(shí)至10日08時(shí)，海南島、廣東、湘贛南部、浙江西部等地出現(xiàn)大范圍暴雨、大暴雨(圖1a)，其中，廣東沿海、海南島北部出現(xiàn)特大暴雨，局地過程累計(jì)降水量超400 mm(圖1b)，最大達(dá)835 mm?！鞍颇帷苯邓掷m(xù)時(shí)間長(zhǎng)，尤其廣東沿海降水持續(xù)達(dá)5 d。以廣東海豐為例(位置見圖1a)，其≥10 mm·h-1(20 mm·h-1)的小時(shí)雨強(qiáng)持續(xù)了28 h(12 h)，其中有3 h的小時(shí)雨強(qiáng)超50 mm·h-1。臺(tái)風(fēng)外圍螺旋雨帶發(fā)展強(qiáng)盛，對(duì)流單體降水效率較高，最大小時(shí)雨量達(dá)124 mm(圖略)。受“長(zhǎng)時(shí)間”和“高效率”降水影響，廣東沿海多站點(diǎn)降水量突破歷史極值。

“艾云尼”強(qiáng)度相對(duì)較弱(熱帶風(fēng)暴或熱帶低壓)，最大風(fēng)速僅8級(jí)左右。但卻給廣東沿海帶來了持續(xù)性強(qiáng)降水。本文針對(duì)此次弱臺(tái)風(fēng)影響下的持續(xù)性強(qiáng)降水成因進(jìn)行探討，以總結(jié)此類臺(tái)風(fēng)暴雨的環(huán)流特征及動(dòng)、熱力條件特點(diǎn)，拓展臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)思路。

3 臺(tái)風(fēng)緩慢移動(dòng)

“艾云尼”影響過程中，臺(tái)風(fēng)移速緩慢，臺(tái)風(fēng)環(huán)流在近海長(zhǎng)期維持，是造成臺(tái)風(fēng)持續(xù)性強(qiáng)降水的重要環(huán)流背景條件。

臺(tái)風(fēng)移動(dòng)既受內(nèi)部因子作用，又受環(huán)境條件影響(朱乾根等，2007)。其中臺(tái)風(fēng)內(nèi)力與臺(tái)風(fēng)環(huán)流大小和強(qiáng)度有關(guān)，“艾云尼”環(huán)流范圍較小(最大風(fēng)速半徑和7級(jí)風(fēng)圈分別約為80和100 km)，強(qiáng)度較弱，因此內(nèi)力非常小。當(dāng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度較弱，內(nèi)力較小時(shí)，臺(tái)風(fēng)一般沿大型環(huán)境流場(chǎng)的引導(dǎo)氣流移動(dòng)(朱乾根等，2007；畢鑫鑫等，2018；Wu and Wang,2000)。為詳細(xì)分析引導(dǎo)氣流對(duì)“艾云尼”移動(dòng)的影響，本文參照Wu et al(2011)的定義，選用臺(tái)風(fēng)中心440 km半徑(四個(gè)緯距)范圍，850～300 hPa的質(zhì)量權(quán)重整層平均風(fēng)場(chǎng)定義為臺(tái)風(fēng)的深層引導(dǎo)氣流。

計(jì)算的臺(tái)風(fēng)引導(dǎo)氣流與臺(tái)風(fēng)的實(shí)際移動(dòng)速度非常接近(圖2)，表明臺(tái)風(fēng)的緩慢移動(dòng)與特殊的大尺度環(huán)流造成的弱引導(dǎo)氣流有密切關(guān)系?！鞍颇帷庇绊懳覈?guó)期間，青藏高原上空的大陸高壓較氣候態(tài)明顯偏強(qiáng)，而位于菲律賓以北洋面上的副熱帶高壓也較氣候態(tài)略偏強(qiáng)(圖略)，臺(tái)風(fēng)位于副熱帶高壓和大陸高壓之間的過渡帶，環(huán)境流場(chǎng)等高線較稀疏，氣壓梯度力較小(圖3a)，導(dǎo)致引導(dǎo)氣流較弱(圖2)。且隨著副熱帶高壓東退，6日02時(shí)之后臺(tái)風(fēng)環(huán)流處于鞍型場(chǎng)中(圖3a)，進(jìn)一步使得引導(dǎo)氣流大小出現(xiàn)陡降(圖2)。這種鞍型場(chǎng)的大尺度環(huán)流特征一直從6日02時(shí)持續(xù)到7日08時(shí)，這一時(shí)段整層平均引導(dǎo)氣流僅為2～3 m·s-1。此外，從引導(dǎo)氣流的方向看，在這一階段中，大尺度環(huán)境流場(chǎng)的引導(dǎo)氣流方向存在較大變化，呈現(xiàn)出逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此在此種弱的大尺度環(huán)境引導(dǎo)氣流下，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)緩慢，并發(fā)生打轉(zhuǎn)。

圖1 2018年臺(tái)風(fēng)艾云尼降水觀測(cè)實(shí)況(a)6月5日08時(shí)至10日08時(shí)過程累計(jì)降水量(填色，綠色圓點(diǎn)為臺(tái)風(fēng)路徑,方框?yàn)閳D11珠江三角洲降水計(jì)算范圍)，(b)過程累計(jì)降水量≥400 mm站點(diǎn)分布(紅點(diǎn)，包含國(guó)家站和自動(dòng)站)及廣東地形(陰影)

圖2 2018年6月5—8日臺(tái)風(fēng)艾云尼引導(dǎo)氣流大小(黑線)和方向(箭頭)，以及臺(tái)風(fēng)移動(dòng)速度(灰線)

4 持續(xù)的水汽輸送過程

活躍的季風(fēng)及持續(xù)的水汽輸入會(huì)引起臺(tái)風(fēng)環(huán)流的長(zhǎng)時(shí)間維持，并導(dǎo)致持續(xù)性暴雨(王黎娟等，2011；Gao et al,2009)?！鞍颇帷庇绊懫陂g處于南海季風(fēng)爆發(fā)初期，南海夏季風(fēng)緯向風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)達(dá)7.5 m·s-1，較氣候平均值(2.4 m·s-1)顯著偏高。5°～15°N的西風(fēng)帶上，低層緯向風(fēng)較強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)化距平達(dá)2σ～4σ(圖3b，圖4)。此外，“艾云尼”影響后期，與臺(tái)風(fēng)馬力斯(1805)的偏東氣流打通，導(dǎo)致-3σ～-2σ的東風(fēng)異常(圖4)。上述兩支明顯強(qiáng)于氣候態(tài)的氣流將能量和水汽源源不斷向臺(tái)風(fēng)輸送。臺(tái)風(fēng)環(huán)流(南北方向12個(gè)緯度、東西方向13個(gè)經(jīng)度)水汽收支計(jì)算顯示(圖5)，南海西南季風(fēng)是臺(tái)風(fēng)降水的重要水汽通道，受其影響，臺(tái)風(fēng)南邊界一直存在較強(qiáng)的水汽凈流入，尤其800 hPa以下。雖然南邊界對(duì)流層中層的水汽輸送在7日08時(shí)后有所減小，但東邊界水汽通道的打通迅速?gòu)浹a(bǔ)了南邊界的水汽，使得臺(tái)風(fēng)環(huán)流的總水汽流入得以長(zhǎng)時(shí)間維持。

圖3 2018年6月6日20時(shí)(a)500 hPa，(b)850 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(藍(lán)色實(shí)線，單位：dagpm)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)向桿)及風(fēng)速(填色，≥8 m·s-1)(紫色方框代表廣東的西部和東部沿海區(qū)域)

在西南季風(fēng)環(huán)境和雙臺(tái)風(fēng)環(huán)流影響下，臺(tái)風(fēng)南側(cè)到東側(cè)存在一條明顯的水汽輸送帶。廣東西部沿海(21°～22.5°N、110°～114°E)和東部沿海(22°～23.5°N、113°～117°E)的平均水汽條件演變顯示(圖6)：強(qiáng)水汽輸送給廣東沿海800 hPa以下的整個(gè)對(duì)流層低層均帶來連續(xù)4～5 d的持續(xù)水汽通量輻合。水汽的不斷輸入造成該地區(qū)850 hPa比濕長(zhǎng)時(shí)間維持在14～15 g·kg-1(圖6)，大氣整層可降水量超70 mm，為強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供有利的水汽條件。

此外，受強(qiáng)水汽和能量輸入影響，臺(tái)風(fēng)的南側(cè)和東側(cè)具有高溫、高濕、高能環(huán)境條件。臺(tái)風(fēng)暖濕空氣質(zhì)點(diǎn)后向運(yùn)動(dòng)軌跡(圖7)顯示，高溫、高濕氣塊主要來自中國(guó)南海和菲律賓以東洋面，其在移動(dòng)過程中，溫度逐漸上升，相對(duì)濕度始終維持在70%～90%。暖濕氣塊的不斷匯入，導(dǎo)致高溫、高濕環(huán)境條件得以維持或增強(qiáng)，能量不斷聚集，廣東沿海的對(duì)流有效位能值始終維持在1 200～2 000 J·kg-1，假相當(dāng)位溫持續(xù)超過348～352 K(圖略)。

圖4 2018年6月7日08時(shí)850 hPa風(fēng)場(chǎng)及緯向風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)化異常(填色)(紅色和黑色點(diǎn)分別為“艾云尼”和“馬力斯”位置)

圖5 2018年6月5日08時(shí)至10日08時(shí)臺(tái)風(fēng)環(huán)流(a)南，(b)東邊界凈水汽收支

圖6 2018年6月5日08時(shí)至10日08時(shí)，廣東(a)西部沿海和(b)東部沿海的區(qū)域平均水汽通量(填色)、水汽通量輻合(紅色虛線，單位：10-9 g·cm-1·hPa-2·s-1)及比濕(等值線，單位：g·kg-1)的垂直時(shí)間剖面

5 下墊面導(dǎo)致的輻合抬升機(jī)制

從動(dòng)力條件看，受臺(tái)風(fēng)環(huán)流影響廣東沿海對(duì)流層低層長(zhǎng)期維持著一支與海岸線接近垂直的超過18 m·s-1的東南急流，該東南急流對(duì)強(qiáng)降水的產(chǎn)生十分重要?；ǘ颊撅L(fēng)廓線顯示(圖8a)，該站對(duì)流層中低層為東南或偏南風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，有利于上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展。6月8日13:30—15:40，花都1.2～3.5 km風(fēng)速顯著增強(qiáng)，最大風(fēng)速達(dá)22～25 m·s-1(藍(lán)色方框)；同時(shí)，邊界層大風(fēng)速區(qū)向近地面延伸，近地面風(fēng)速由10 m·s-1迅速增至12～16 m·s-1(黑色方框)?；ǘ嫉靥幧角埃吔鐚?xùn)|南風(fēng)風(fēng)速增大使地形抬升作用增強(qiáng)，因此14—15時(shí)降水出現(xiàn)陡增(圖8b)。15:40后，隨著東南風(fēng)風(fēng)速的減小，花都的降水量也迅速減弱，東南風(fēng)風(fēng)速演變與降水量變化之間具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

為定量分析持續(xù)性強(qiáng)降水的動(dòng)力條件，圖9給出了廣東西部沿海和東部沿海的平均散度時(shí)間演變。對(duì)于廣東西部沿海，6月5日至7日夜間，800 hPa以下始終維持著非常強(qiáng)的輻合(圖9a)。7日20時(shí)，臺(tái)風(fēng)在陽(yáng)江登陸，西部沿海低層輻合迅速增強(qiáng)，且在垂直方向上延伸至700 hPa(圖9a)，暴雨的動(dòng)力條件增強(qiáng)顯著。廣東西部沿海，先后受臺(tái)風(fēng)外圍東南氣流向岸風(fēng)輻合及臺(tái)風(fēng)本體輻合影響，動(dòng)力條件持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

圖7 利用HYSPLIT跡線模式計(jì)算的臺(tái)風(fēng)艾云尼環(huán)流1.5 km高度(藍(lán)線)和5 km高度(紅線)空氣質(zhì)點(diǎn)后向傳播軌跡(上)及2018年6月6日08時(shí)至9日02時(shí)空氣質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)濕度(中)和溫度(下)演變(a)空氣質(zhì)點(diǎn)位置：23°N、115°E，23°N、116°E，24°N、116°E，(b)空氣質(zhì)點(diǎn)位置：25°N、116°E，26°N、116°E，27°N、114°E

圖8 廣東花都站2018年6月8日(a)12—16時(shí)雷達(dá)風(fēng)廓線風(fēng)羽圖(顏色為風(fēng)速大小)及(b)09—18時(shí)小時(shí)降水量演變(單位：mm)

圖9 2018年6月5日08時(shí)至10日08時(shí)廣東(a)西部沿海和(b)東部沿海的區(qū)域平均風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)、風(fēng)速(填色,≥8 m·s-1)和散度場(chǎng)(等值線，單位：10-6 s-1)的垂直時(shí)間剖面

對(duì)于廣東東部沿海，其始終處于臺(tái)風(fēng)環(huán)流右側(cè)，東南向岸風(fēng)在沿海地形作用下造成的強(qiáng)低層輻合維持時(shí)間更長(zhǎng)(圖9b)。6日20時(shí)之前，臺(tái)風(fēng)中心距離較遠(yuǎn)，東南風(fēng)較弱(6～8 m·s-1)。隨著臺(tái)風(fēng)的靠近，風(fēng)速逐漸增大至14～16 m·s-1，且大風(fēng)速區(qū)的垂直延展范圍不斷擴(kuò)大。在持續(xù)東南向岸風(fēng)及沿海海岸線和地形的作用下，廣東東部沿海的低層輻合維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5 d，為強(qiáng)降水提供了持續(xù)的動(dòng)力條件。

6 持續(xù)的中尺度對(duì)流過程

受高濕、高能環(huán)境條件影響，加上東南向岸風(fēng)輻合及海岸線和地形的動(dòng)力觸發(fā)，廣東沿海中尺度對(duì)流系統(tǒng)十分活躍，伴隨持續(xù)的中尺度對(duì)流的發(fā)生、發(fā)展(圖10)。就珠江三角洲(圖1a綠色方框，以下簡(jiǎn)稱珠三角)而言，受5個(gè)階段的中尺度對(duì)流雨帶發(fā)展、演變的影響，其區(qū)域站點(diǎn)平均小時(shí)雨強(qiáng)呈現(xiàn)出明顯的波動(dòng)演變特征，并具有5個(gè)降水量峰值(圖11)。下面將重點(diǎn)針對(duì)這5個(gè)階段的中尺度對(duì)流過程演變進(jìn)行討論。

第一階段(6月5日10—17時(shí))：臺(tái)風(fēng)中心位于海南島東南方向距廣東沿海約400 km處，此時(shí)外圍環(huán)流已在廣東西部沿海引起一條沿海岸線的強(qiáng)對(duì)流帶(圖略)，最大回波強(qiáng)度為55～60 dBz。但該對(duì)流的強(qiáng)回波范圍較小，影響較局地，小時(shí)雨強(qiáng)較弱(圖11)，且雨帶迅速西北抬，影響時(shí)間短。

第二階段(6日00—22時(shí))：在持續(xù)向岸風(fēng)影響下，對(duì)流明顯加強(qiáng)(圖10a～10c)。6日10時(shí)，廣東沿海對(duì)流由三部分組成(圖10a)：雷州半島附近的弱臺(tái)風(fēng)本體對(duì)流；珠三角附近由東南向岸風(fēng)引起的強(qiáng)回波(55～60 dBz，影響時(shí)間較長(zhǎng)、范圍較廣)；以及汕頭到揭陽(yáng)附近快速移動(dòng)的強(qiáng)回波(僅在6日08—10時(shí)對(duì)局地造成了強(qiáng)降水)。中尺度對(duì)流系統(tǒng)產(chǎn)生后，一方面隨大尺度流場(chǎng)向東北方向平移，另一方面珠三角不斷有新對(duì)流產(chǎn)生。新對(duì)流的觸發(fā)疊加上游對(duì)流的移入，導(dǎo)致廣東沿海對(duì)流的長(zhǎng)時(shí)間維持(圖10a～10c)。

圖10 2018年6月6日(a)10時(shí)、(b)12時(shí)、(c)14時(shí)，7日(d)03時(shí)、(e)05時(shí)、(f)07時(shí)，8日(g)04時(shí)、(h)06時(shí)和(i)08時(shí)華南沿海地區(qū)雷達(dá)拼圖

圖11 2018年6月5—9日珠三角地區(qū)17個(gè)國(guó)家站平均小時(shí)降水量和最大小時(shí)降水量演變

第三階段(7日00—22時(shí))：隨著臺(tái)風(fēng)向廣東沿?？拷捌珫|風(fēng)水汽通道的建立，廣東沿海風(fēng)速、水汽和能量均迅速增加，中尺度對(duì)流的組織化特征明顯增強(qiáng)，出現(xiàn)多條較細(xì)的東南—西北向強(qiáng)回波帶(圖10d～10f)，珠三角最大小時(shí)降水量達(dá)38.1 mm。此時(shí)，對(duì)流系統(tǒng)產(chǎn)生后，逐漸發(fā)展形成多條中尺度螺旋雨帶(圖10d～10f)。中尺度螺旋雨帶的發(fā)展使對(duì)流產(chǎn)生后不會(huì)被迅速平移出高濕、高能區(qū)，加上臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)緩慢，對(duì)流得以長(zhǎng)時(shí)間維持，降水強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間均明顯提高。

第四階段(8日00—20時(shí))：臺(tái)風(fēng)第三次登陸，將大量水汽和能量攜帶至廣東沿海，降水迅速增強(qiáng)，珠三角平均和最大小時(shí)降水量分別達(dá)18.8和84.7 mm(圖11)，為最強(qiáng)降水時(shí)段。對(duì)流發(fā)展旺盛、組織化程度進(jìn)一步增強(qiáng)，中尺度螺旋雨帶特征更明顯，雨帶強(qiáng)度、空間尺度及維持時(shí)間均顯著提高(圖10g～10i)。雷達(dá)回波表現(xiàn)為兩條寬廣的中尺度螺旋雨帶，分別對(duì)應(yīng)西南季風(fēng)和東南風(fēng)(由偏東氣流近海轉(zhuǎn)向形成)兩條暖濕輸送帶。對(duì)流在海上產(chǎn)生后，沿兩支入流發(fā)展，在沿海地區(qū)的有利環(huán)境條件下增強(qiáng)，從而引起長(zhǎng)達(dá)20 h的強(qiáng)降水。此外，冷空氣入侵使湘贛南部及廣東地區(qū)的不穩(wěn)定條件增強(qiáng)，850與500 hPa溫差達(dá)28～32℃，進(jìn)一步導(dǎo)致降水增幅。

第五階段(8日20時(shí)至9日06時(shí))：受冷空氣和地面摩擦影響，臺(tái)風(fēng)環(huán)流逐漸被破壞，降水顯著減弱，但臺(tái)風(fēng)南側(cè)的西南暖濕氣流中仍有中尺度對(duì)流系統(tǒng)被觸發(fā)，但隨著環(huán)境條件的轉(zhuǎn)差，對(duì)流持續(xù)時(shí)間較短，且影響范圍較小，雖然單站小時(shí)雨強(qiáng)仍很強(qiáng)，但強(qiáng)降水非常局地(圖11)。

綜上所述，高濕、高能環(huán)境條件下，沿海地區(qū)受不同階段的對(duì)流系統(tǒng)接連影響，對(duì)流被不斷激發(fā)、疊加。中尺度螺旋雨帶發(fā)展，臺(tái)風(fēng)本體和外圍云帶對(duì)流接力以及海上對(duì)流的移入等因素共同導(dǎo)致廣東沿海中尺度對(duì)流雨帶的長(zhǎng)時(shí)間維持，從而造成持續(xù)性強(qiáng)降水。尤其7—8日，中尺度螺旋雨帶特征明顯，螺旋雨帶形成后，對(duì)流沿臺(tái)風(fēng)切向向下游移動(dòng)，引起了強(qiáng)烈的對(duì)流性降水和明顯的“列車效應(yīng)”。

7 結(jié)論與討論

臺(tái)風(fēng)艾云尼強(qiáng)度較弱，但卻造成十分嚴(yán)重的暴雨災(zāi)害，廣東沿海強(qiáng)降水持續(xù)長(zhǎng)達(dá)5 d，多站降水量突破歷史極值。本文利用常規(guī)、非常規(guī)觀測(cè)及分析數(shù)據(jù)等對(duì)“弱”臺(tái)風(fēng)艾云尼的持續(xù)性強(qiáng)降水成因進(jìn)行探討，主要結(jié)論如下：

(1) “艾云尼”影響期間，臺(tái)風(fēng)處于兩高之間的過渡帶，大尺度環(huán)流背景受鞍型場(chǎng)控制，環(huán)境流場(chǎng)等高線稀疏，引導(dǎo)氣流非常弱(2～3 m·s-1)，且引導(dǎo)氣流的方向多變，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)移動(dòng)緩慢，并出現(xiàn)打轉(zhuǎn)。臺(tái)風(fēng)環(huán)流在近海的長(zhǎng)時(shí)間維持是持續(xù)強(qiáng)降水的重要環(huán)流背景條件。

(2)異常強(qiáng)西南季風(fēng)帶來的臺(tái)風(fēng)南邊界水汽輸送，以及雙臺(tái)風(fēng)背景下，臺(tái)風(fēng)馬力斯偏東急流提供的東邊界水汽補(bǔ)充，共同導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)環(huán)流水汽輸入的持續(xù)。受其影響，臺(tái)風(fēng)水汽條件十分充沛，高溫、高濕空氣不斷被卷入臺(tái)風(fēng)環(huán)流，造成廣東沿海連續(xù)出現(xiàn)4～5 d的強(qiáng)水汽通量輻合，同時(shí)沿海地區(qū)高濕、高能環(huán)境條件得以維持。

(3)臺(tái)風(fēng)外圍持續(xù)的東南向岸風(fēng)及海岸線和沿海地形作用下，廣東沿海長(zhǎng)時(shí)間維持著較強(qiáng)的低層風(fēng)場(chǎng)輻合，疊加高空輻散，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生及中尺度對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)。對(duì)流層低層?xùn)|南風(fēng)風(fēng)速的增大及大風(fēng)速區(qū)向近地面層的延伸與降水的增強(qiáng)吻合較好。

(4)中尺度對(duì)流系統(tǒng)活躍，存在5個(gè)階段的中尺度雨帶的發(fā)展、演變。中尺度雨帶中對(duì)流不斷新生，隨后沿切向發(fā)展，導(dǎo)致“列車效應(yīng)”的產(chǎn)生。臺(tái)風(fēng)本體降水和外圍對(duì)流雨帶的疊加、中尺度螺旋雨帶的發(fā)展以及兩條暖濕輸送帶中海上對(duì)流的移入等因素共同造成廣東沿海地區(qū)中尺度對(duì)流系統(tǒng)的持續(xù)。

(5)本文通過對(duì)艾云尼持續(xù)性強(qiáng)降水成因的綜合分析揭示了弱引導(dǎo)氣流造成臺(tái)風(fēng)緩慢移動(dòng)、西南季風(fēng)和雙臺(tái)風(fēng)影響下強(qiáng)水汽輸送的維持、向岸風(fēng)造成的沿海輻合抬升以及中尺度對(duì)流系統(tǒng)等對(duì)持續(xù)性強(qiáng)降水產(chǎn)生的作用，但對(duì)地形作用的定量性診斷、強(qiáng)降水的微物理特征、中尺度螺旋雨帶發(fā)展演變機(jī)制機(jī)理等的科學(xué)問題仍需要進(jìn)一步的研究和更深入的探討。