張娟娟，劉 波，張 瑛

1. 江西省氣候中心，江西 南昌 3300962. 江西省氣象臺(tái)，江西 南昌 330096

0 引 言

登陸以后的臺(tái)風(fēng)會(huì)因摩擦耗損而趨于衰亡，但有的登陸臺(tái)風(fēng)衰減后的剩余低壓在一定條件下會(huì)再度加強(qiáng)，造成比登陸時(shí)更為嚴(yán)重的災(zāi)害。熱帶氣旋登陸后引發(fā)的暴雨是我國(guó)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一(陳聯(lián)壽和丁一匯，1979)。王瑾等(2007)對(duì)臺(tái)風(fēng)“麥莎”登陸后暴雨落區(qū)分布進(jìn)行診斷分析，探討臺(tái)風(fēng)云系的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)雨區(qū)非對(duì)稱(chēng)分布的形成原因。程正泉等(2005)研究表明，臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)在其前進(jìn)方向右側(cè)的暴雨范圍及強(qiáng)度往往大于左側(cè)。若臺(tái)風(fēng)登陸后能長(zhǎng)時(shí)間與低空急流保持聯(lián)結(jié)，則對(duì)臺(tái)風(fēng)殘渦維持和持續(xù)性強(qiáng)降水形成有利(李英等，2004；程正泉等，2009；郭達(dá)烽等，2013)。孫興池等(2009)對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨個(gè)例分析表明，低空急流攜帶的暖濕平流導(dǎo)致低層增暖增濕而使得不穩(wěn)定層結(jié)維持。也有研究指出當(dāng)冷空氣入侵臺(tái)風(fēng)西側(cè)使其獲得斜壓能量，有利于臺(tái)風(fēng)低壓維持和降水增幅(許愛(ài)華等，2006；劉維鑫等，2016)。由此可見(jiàn)，登陸臺(tái)風(fēng)暴雨的形成不僅涉及臺(tái)風(fēng)路徑、強(qiáng)度、移速、本體結(jié)構(gòu)，還與環(huán)境場(chǎng)條件、地形等諸多因素密不可分。因此,在日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中如何準(zhǔn)確預(yù)報(bào)深入內(nèi)陸臺(tái)風(fēng)的暴雨，仍然是需要解決的技術(shù)難點(diǎn)。

2016年深入內(nèi)陸進(jìn)入江西的第17號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”，其中心在江西境內(nèi)僅維持5 h，卻給江西多個(gè)地區(qū)帶來(lái)大暴雨，個(gè)別區(qū)域特大暴雨，3 h雨量接近100 mm，最大24 h雨量超過(guò)300 mm，災(zāi)害造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。文中，利用常規(guī)地面觀測(cè)資料、衛(wèi)星和雷達(dá)資料以及NCEP再分析資料，對(duì)臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”在江西引發(fā)的持續(xù)性暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析，力圖揭示此次臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的成因和機(jī)理，以期為登陸臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

1 臺(tái)風(fēng)概況和風(fēng)雨影響

2016年第17號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”于9月23日08時(shí)(北京時(shí)，下同)在西北太平洋上生成，26日08時(shí)其中心位于距離臺(tái)灣臺(tái)東市東偏南方向680 km海域，中心附近最大風(fēng)力有14級(jí)(42 m/s，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí))。27日14時(shí)在臺(tái)灣花蓮縣沿海登陸，28日04時(shí)40分前后在福建惠安縣沿海再次登陸，中心附近最大風(fēng)力12級(jí)(33 m/s，臺(tái)風(fēng)級(jí))。28日夜間在福建龍巖境內(nèi)減弱為熱帶低壓，29日02時(shí)前后進(jìn)入江西境內(nèi)，其風(fēng)力進(jìn)一步減弱，已很難確定環(huán)流中心，中央氣象臺(tái)于08時(shí)停止對(duì)其編號(hào)。

受臺(tái)風(fēng)影響，從9月28日開(kāi)始江西大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨，局部大暴雨，個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)特大暴雨。暴雨范圍廣是此次天氣過(guò)程特點(diǎn)之一。此次降水天氣過(guò)程還可分為兩個(gè)階段：第一階段臺(tái)風(fēng)本體降水(圖略)，28日08時(shí)—29日08時(shí)暴雨區(qū)主要位于江西省南部和中南部；第二階段臺(tái)風(fēng)與冷空氣相結(jié)合降水，29日08時(shí)—30日08時(shí)暴雨區(qū)位于江西省西北部。此次臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程共導(dǎo)致江西省71個(gè)縣(市、區(qū))的822個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)大暴雨，103個(gè)縣(市、區(qū))的3 202個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)暴雨，其中宜黃縣和廬山市為整個(gè)暴雨過(guò)程的最大中心。過(guò)程雨量居前三位的分別是宜黃縣楊坊村223.5 mm、中堡村173.3 mm和廬山市小天茶池173.3 mm。楊坊村強(qiáng)降雨主要集中在28日至29日凌晨，此后降水明顯減弱。小天茶池強(qiáng)降雨分為兩個(gè)階段，第一階段28日晚上至29日凌晨，第二階段29日白天至夜間。兩站的小時(shí)雨強(qiáng)均不強(qiáng)，除小天茶池有2個(gè)時(shí)次的雨強(qiáng)超過(guò)20 mm/h以外，其他時(shí)次雨強(qiáng)均在20 mm/h以下，但是兩站雨強(qiáng)超過(guò)10 mm/h的時(shí)長(zhǎng)則分別達(dá)9 h和14 h，可見(jiàn)強(qiáng)降雨持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。受臺(tái)風(fēng)暴雨影響，江西省撫州市臨川區(qū)、宜黃縣以及南昌市新建區(qū)不同程度受災(zāi)，特別是農(nóng)業(yè)受到重創(chuàng)而損失嚴(yán)重。

受冷空氣和臺(tái)風(fēng)共同影響，此次暴雨過(guò)程還伴有大風(fēng)，8—9級(jí)大風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣，時(shí)間為28日08時(shí)—29日20時(shí)，超過(guò)36 h(鄱陽(yáng)湖地區(qū))；29日08時(shí)廬山最大風(fēng)速達(dá)到25 m/s，星子28日20時(shí)最大風(fēng)速達(dá)到24 m/s。從江西省南部到北部平原河谷地區(qū)均出現(xiàn)大風(fēng)，但主要集中在贛江沿岸和鄱陽(yáng)湖周邊地區(qū)。另外，此次過(guò)程還伴有明顯降溫，江西省大部分地區(qū)29日最低溫度比28日下降了7—9 ℃，其中彭澤下降了14 ℃。

2 環(huán)流形勢(shì)與云系特征

分析28日08時(shí)(圖1a)至29日08時(shí)(圖1b)500 hPa高度層環(huán)流形勢(shì)發(fā)現(xiàn)，歐亞中高緯地區(qū)一直維持緯向環(huán)流，中西伯利亞地區(qū)至我國(guó)新疆北部有高原槽東移發(fā)展。低緯地區(qū)副熱帶高壓穩(wěn)定維持在海上，其脊線(xiàn)位于30°—33°N。我國(guó)四川、貴州等地為大陸高壓控制。臺(tái)風(fēng)處于大陸副熱帶高壓和西太平洋副熱帶高壓之間的鞍型場(chǎng)中，并沿西太平洋副熱帶高壓西南側(cè)的東南氣流逐漸往西北方向移動(dòng)，其天氣系統(tǒng)配置整體穩(wěn)定。因受地面冷空氣阻擋，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)緩慢，移速為15—25 km/h。29日08時(shí)新疆北部高原槽東移，20時(shí)移至陜西、河南、湖北地區(qū)，同時(shí)“鲇魚(yú)”減弱后的臺(tái)風(fēng)低壓繼續(xù)西行，其強(qiáng)度明顯減弱，兩者在江西省西部相互結(jié)合作用。

圖1 2016年9月28日08時(shí)(a)和29日08時(shí)(b)500 hPa層位勢(shì)高度場(chǎng)(單位:dagpm)Fig. 1 500-hPa geopotential height fields (unit:dagpm) at (a) 08:00 BT on 28th September, 2016 and (b) 08:00 BT on 29th September, 2016

28日凌晨臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)本體環(huán)流完整(圖略)，中低層輻合深厚，最高到達(dá)500 hPa層，這有利于上升運(yùn)動(dòng)的建立和維持。臺(tái)風(fēng)中心附近的密閉云區(qū)仍然發(fā)展旺盛，受偏東氣流引導(dǎo)，云區(qū)內(nèi)不斷有中尺度對(duì)流云團(tuán)分裂并經(jīng)過(guò)江西省中南部，造成大范圍暴雨；同時(shí)臺(tái)風(fēng)北側(cè)倒槽一直延伸至長(zhǎng)江中下游地區(qū)，江西省北部處于倒槽的輻合動(dòng)力抬升區(qū)，倒槽后部有東北向、偏東向、東南向三支氣流交匯于江西省北部，三支氣流的大風(fēng)速核均超過(guò)20 m/s。三支強(qiáng)氣流的交匯，一方面增強(qiáng)低層動(dòng)力抬升強(qiáng)度，另一方面使得水汽往暴雨區(qū)上空源源不斷輸送，有利于臺(tái)風(fēng)暴雨的增強(qiáng)。29日850 hPa層以上的低壓倒槽向西北方向移動(dòng)，臺(tái)風(fēng)本體環(huán)流減弱，倒槽內(nèi)東北向和東南向兩支氣流的強(qiáng)度明顯減弱，其中后者風(fēng)速為12 m/s。可見(jiàn)相較于28日，29日更有利的條件是500 hPa層低槽東移與臺(tái)風(fēng)環(huán)流在江西省西北部相結(jié)合。28—29日副熱帶西風(fēng)急流穩(wěn)定位于35°—40°N，江西地區(qū)上空處于副熱帶西風(fēng)急流入口區(qū)的右側(cè)。高空輻散的抽吸作用有利于維持深厚持久的上升運(yùn)動(dòng)，也有利于低層氣壓進(jìn)一步降低，維持臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，從而形成持久性降水。

在第一次登陸后，臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”原來(lái)的完整對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)逐漸遭到破壞，但是，由于臺(tái)風(fēng)東南側(cè)和東側(cè)的急流仍與暖濕洋面連接，因此低空急流仍可繼續(xù)向臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步輸送暖濕空氣，這有利于臺(tái)風(fēng)東南側(cè)、東側(cè)和東北側(cè)云團(tuán)的發(fā)展(圖2a)。由于臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步向內(nèi)陸西北方向移動(dòng)，臺(tái)風(fēng)的對(duì)流云系逐漸往北推移，在此過(guò)程中其結(jié)構(gòu)更加松散(圖2b、c)，但臺(tái)風(fēng)中心附近的福建、江西交界處仍有強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，云團(tuán)逐漸西北行影響江西省東南部地區(qū)，其TBB中心值小于-60 ℃。上游福建地區(qū)仍有中尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，在未來(lái)時(shí)間內(nèi)也會(huì)影響江西省東南部，形成持續(xù)性降水。分析還發(fā)現(xiàn)，除了在臺(tái)風(fēng)本體內(nèi)有對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，在臺(tái)風(fēng)北側(cè)的東北向、偏東向、東南向三支急流交匯區(qū)也有一條明顯的密閉云團(tuán)發(fā)展，28日其TBB中心值小于-50 ℃。29日臺(tái)風(fēng)環(huán)流進(jìn)一步北移減弱，其北側(cè)的環(huán)流也北抬西行(圖2d)，其中的主要對(duì)流云團(tuán)發(fā)展也進(jìn)一步減弱，結(jié)構(gòu)更為松散，對(duì)流云團(tuán)主要影響江西省西北部，其TBB值小于-30 ℃。

圖2 2016年9月28日08時(shí)(a)、13時(shí)(b)、20時(shí)(c)、29日01時(shí)(d)TBB分布(單位：℃)Fig. 2 Distributions of TBB (unit:℃) at 08:00 BT (a), 13:00 BT (b) and 20:00 BT (c) on 28th September, 2016 and 01:00 BT on 29th (d) September, 2016

3 水汽分布及演變特征

分析850 hPa層水汽通量(圖3)和水汽通量散度(圖略)發(fā)現(xiàn)，雖然臺(tái)風(fēng)已經(jīng)登陸，但是水汽輸送通道仍然維持。臺(tái)風(fēng)東側(cè)有水汽通量中心，水汽通道從水汽通量中心一直往南延伸至洋面上，形成一條水汽輸送帶。低層850 hPa自東海至暴雨區(qū)的水汽通量中心達(dá)64×10-5g/(cm·hPa·s)。在水汽通量中心左側(cè)存在水汽通量散度中心，其值達(dá)-18×10-7g/(cm2·hPa·s)。暴雨區(qū)附近有較強(qiáng)的水汽輸送和輻合，為強(qiáng)降水提供了充足的水汽。850 hPa層上有一支由偏南風(fēng)和偏東風(fēng)匯合而成的低空急流，其中心風(fēng)速大于20 m/s，急流將海上的水汽和熱量源源不斷輸送至臺(tái)風(fēng)暴雨區(qū)。

圖3 2016年9月28日08時(shí)(a)和20時(shí)(b)850 hPa層水汽通量分布(單位:g/(cm·hPa·s))Fig. 3 Vapor flux distributions (unit:g/(cm·hPa·s)) of 850 hPa layer at 08:00 BT (a) and 20:00 BT (b) on 28th September, 2016

分析寧都和廬山兩個(gè)暴雨中心的水汽通量散度時(shí)間-高度剖面(4a、b)可知，水汽輻合主要發(fā)生在600 hPa層以下的中低層。在暴雨發(fā)生前6 h，暴雨區(qū)上空已逐漸有水汽輻合區(qū)形成。寧都站從28日開(kāi)始低層一直存在水汽通量輻合，至28日夜間水汽輻合逐漸增強(qiáng)，對(duì)應(yīng)28日寧都站出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水。29日凌晨，水汽通量散度大值區(qū)逐漸向上伸展至600 hPa層附近，在低層形成深厚的水汽輻合區(qū)。29日白天850 hPa層以下均為強(qiáng)的水汽輻合區(qū)，其中心強(qiáng)度達(dá)-12×10-7g/(cm2·hPa·s)。廬山站降水分為兩個(gè)階段，一是27日臺(tái)風(fēng)倒槽附近的降水，低層有水汽輻合中心，持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)；二是從28日夜間開(kāi)始臺(tái)風(fēng)環(huán)流與冷空氣相結(jié)合形成的強(qiáng)降水，700 hPa層以下為持續(xù)的強(qiáng)水汽輻合區(qū)，其中心強(qiáng)度達(dá)-6×10-7g/(cm2·hPa·s)，對(duì)應(yīng)29日廬山站出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)降水。

圖4 寧都(a)、廬山(b)水汽通量散度的時(shí)間-高度剖面(單位:g/(cm2·hPa·s))Fig. 4 Time-height profiles of water vapor flux divergence (unit:g/(cm2·hPa·s)) at Ningdu (a) and Lushan (b)

4 臺(tái)風(fēng)降水多尺度特征

4.1 第一階段臺(tái)風(fēng)本體降水

4.1.1 臺(tái)風(fēng)本體影響

分析臺(tái)風(fēng)低壓維持期間28日14時(shí)渦度和垂直速度沿116°E的垂直剖面(圖5a)發(fā)現(xiàn)，28°N以南均為大范圍的正渦度區(qū)，渦度零線(xiàn)達(dá)150 hPa層，其中心值為24×10-6s-1。由此可知，28日臺(tái)風(fēng)登陸以后，即使其強(qiáng)度減弱、環(huán)流逐漸被破壞，但中心附近仍維持上下層一致的垂直正渦度柱結(jié)構(gòu)，臺(tái)風(fēng)低壓仍然是大范圍的深厚系統(tǒng)，有強(qiáng)盛的旋轉(zhuǎn)和垂直上升運(yùn)動(dòng)。分析各時(shí)次中低層渦度場(chǎng)(圖略)發(fā)現(xiàn)，正渦度區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)低壓中心以及臺(tái)風(fēng)北側(cè)風(fēng)向輻合帶，同時(shí)覆蓋浙江、福建、廣東東部、江西東南部等地區(qū)。28日江西省東南部上空的正渦度區(qū)與暴雨區(qū)分布較為一致。隨著臺(tái)風(fēng)低壓的減弱，暴雨區(qū)上空正渦度中心的強(qiáng)度逐漸減弱。分析寧都單點(diǎn)垂直速度隨時(shí)間的分布(圖5b)發(fā)現(xiàn)，在江西強(qiáng)降水區(qū)上空27°N附近，從28日下午開(kāi)始整層的持續(xù)而強(qiáng)有力的上升運(yùn)動(dòng)一直存在，其最大高度達(dá)200 hPa層。其中最強(qiáng)上升時(shí)段為28日夜間至29日上午，上升運(yùn)動(dòng)中心位于850 hPa層附近，對(duì)應(yīng)于江西省東南部的強(qiáng)降水中心。

圖5 2016年9月28日14時(shí)渦度(等值線(xiàn)，單位：10-6 s-1)、垂直速度(陰影，單位Pa/s)沿116°E垂直剖面(a)和寧都單點(diǎn)10倍垂直速度的時(shí)間-高度剖面(b)Fig. 5 Vorticity (contour; unit:10-6 s-1) and vertical velocity (shadow; unit:Pa/s) along 116°E vertical section at 14:00 BT 28th September, 2016 (a), time-height section of 10 times vertical velocity at Ningdu (b)

4.1.2 對(duì)流層低層偏東氣流作用

分析地面形勢(shì)場(chǎng)(圖略)發(fā)現(xiàn)，27日高壓中心位于內(nèi)蒙古，其強(qiáng)度為1 032.5 hPa，位于高壓底部的偏東氣流的風(fēng)速為10 m/s左右。28日高壓中心逐漸東移南壓，強(qiáng)度為1 025 hPa，高壓底部的偏東氣流逐漸加強(qiáng)。隨著高壓中心繼續(xù)東移南壓，高壓中心與臺(tái)風(fēng)低壓之間的氣壓梯度進(jìn)一步增大，臺(tái)風(fēng)底部的偏東氣流也隨之再度加強(qiáng)，風(fēng)速達(dá)到28 m/s。分析850 hPa層流場(chǎng)和散度場(chǎng)(圖略)發(fā)現(xiàn)，28日臺(tái)風(fēng)北側(cè)和東側(cè)各存在一支中心風(fēng)速大于20 m/s的東北氣流和偏東氣流，這兩支氣流呈氣旋式旋轉(zhuǎn)并且逐漸匯合，在30°N附近形成氣流強(qiáng)輻合帶；在氣流交匯區(qū)附近為強(qiáng)的散度輻合中心。同時(shí)臺(tái)風(fēng)高層存在明顯的偏東氣流與偏南氣流的風(fēng)向、風(fēng)速輻散區(qū)，正好對(duì)應(yīng)于低層臺(tái)風(fēng)中心偏北側(cè)的輻合帶，形成“高層輻散、低層輻合”的垂直耦合，有利于氣流垂直運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，為暴雨天氣提供了動(dòng)力條件。同時(shí)，在此垂直耦合區(qū)域云圖上存在東北—西南向發(fā)展的螺旋云帶(圖略)。

4.2 第二階段冷空氣與臺(tái)風(fēng)形成穩(wěn)定降水

何立富等(2006)研究指出，中緯度地區(qū)冷空氣從850 hPa層以下低層不斷侵入臺(tái)風(fēng)低壓的北部，增強(qiáng)了其北側(cè)的東北氣流，與來(lái)自東部海面的東風(fēng)氣流在臺(tái)風(fēng)低壓北部形成匯合，造成大暴雨。另外李英等(2004)研究表明，臺(tái)風(fēng)北側(cè)、西側(cè)的冷空氣與低壓環(huán)流結(jié)合有斜壓鋒生作用，有利于強(qiáng)降水維持或發(fā)展。

4.2.1 冷空氣作用

此次異常大暴雨過(guò)程同樣與低層冷空氣有關(guān)，雖然高空槽冷空氣主體位置偏北，但從溫度平流沿115°E的垂直剖面(圖6a)來(lái)看，從28日早晨開(kāi)始，中低層700 hPa以下一直到邊界層1 000 hPa都有冷平流逐漸南下至長(zhǎng)江流域，冷平流輸送最強(qiáng)在900 hPa層附近，在30°—32°N附近形成冷堆，冷平流中心強(qiáng)度達(dá)-26 K/s。至29日上午(圖6b)，25°—30°N地區(qū)中低層以下700—1 000 hPa層暖平流輸送同樣明顯，而最強(qiáng)暖平流出現(xiàn)在850 hPa層，其中心強(qiáng)度達(dá)28 K/s。冷、暖平流交匯在30°N附近，從28日凌晨至29日下午(圖略)形成長(zhǎng)達(dá)36h的對(duì)峙，冷空氣侵入暖濕氣流底部，形成冷墊，使得臺(tái)風(fēng)低壓的暖濕氣流在冷空氣之上滑行，兩者相互作用，增強(qiáng)了大氣的斜壓性和低層輻合動(dòng)力抬升作用。

圖6 2016年9月28日08時(shí)(a)、29日08時(shí)(b)溫度平流(單位:K/s)沿115°E的垂直剖面Fig. 6 Temperature advections (unit:K/s) along 115°E vertical section at 08:00 BT on 28th September, 2016 (a) and 29th September, 2016 (b), respectively

同時(shí)，分析28日925 hPa層流場(chǎng)(圖略)發(fā)現(xiàn)，華北低槽引導(dǎo)冷空氣從低層南壓至長(zhǎng)江中下游一帶。南壓的冷高壓與臺(tái)風(fēng)低壓之間的氣壓梯度明顯增大，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)北側(cè)的偏東氣流明顯加強(qiáng)，形成了風(fēng)速為20 m/s左右的東北向急流。這支急流與臺(tái)風(fēng)低壓東部的東南氣流和偏東氣流在暴雨區(qū)附近上空交匯，一方面使得臺(tái)風(fēng)北部的動(dòng)力輻合和上升運(yùn)動(dòng)得以加強(qiáng)和維持，另一方面將東部洋面上的水汽持續(xù)不斷地輸送至暴雨區(qū)上空，形成臺(tái)風(fēng)北側(cè)暴雨區(qū)的水汽輸通道，兩方面的作用使得江西省北部地區(qū)暴雨顯著加強(qiáng)。

4.2.2 冷空氣、熱帶低壓相互作用的鋒生過(guò)程

第4.2.1節(jié)分析表明，此次異常大暴雨過(guò)程與低層冷空氣有關(guān)，冷空氣侵入暖濕氣流底部而形成冷墊，使得臺(tái)風(fēng)低壓中的暖濕氣流在冷空氣上抬升輻合。

分析28日白天低層850 hPa層的θse水平分布(圖7)發(fā)現(xiàn)，08時(shí)鋒面位于32°N以北地區(qū)，從廣東至福建上空存在一個(gè)南北向分布的θse高值區(qū)，不穩(wěn)定能量被源源不斷從海上輸送到大陸，使得高能舌在28日暴雨過(guò)程期間持續(xù)存在，暴雨區(qū)位于高能舌的頂端。江淮流域以北為θse低值區(qū)，28日夜間隨著冷空氣的不斷南移。冷空氣從湖北、湖南沿中路南下形成θse低值區(qū)，尤其在湖北、湖南、江西三省交界處形成θse低值中心，其強(qiáng)度為330 K。隨著冷空氣鋒區(qū)南壓，在臺(tái)風(fēng)西側(cè)的江西省上空θse明顯增強(qiáng)且梯度增大，尤其是江西省西北部冷暖空氣交匯區(qū)鋒生作用明顯，鋒生加強(qiáng)觸發(fā)降水的再度加強(qiáng)發(fā)展，對(duì)應(yīng)29日廬山出現(xiàn)強(qiáng)降水。

圖7 2016年9月28日08時(shí)(a)、29日02時(shí)(b)850 hPa層θse分布(單位：℃)Fig. 7 The θse distributions of 850 hPa layer at 08:00 BT on 28th September, 2016 (a) and 02:00 BT (b) on 29th September, 2016 (units:℃), respectively

分析θse沿115°E的垂直剖面(圖略)發(fā)現(xiàn)，28日08時(shí)鋒面位于32°N以北，江西上空基本為暖濕空氣控制，26°—28°N區(qū)域上空600 hPa層有大于344 K的高值區(qū)，同時(shí)在400—500 hPa層內(nèi)有干冷空氣向南擴(kuò)展，并且逐漸向低層擴(kuò)散，此時(shí)暴雨出現(xiàn)在弱的對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)。29日凌晨，在邊界層內(nèi)冷空氣南下，主體鋒區(qū)位于30°—32°N，而在鋒區(qū)南側(cè)28°—30°N之間區(qū)域θse梯度增大。能量鋒區(qū)的加強(qiáng)，一方面使得臺(tái)風(fēng)低壓的不穩(wěn)定能量得到進(jìn)一步釋放，另一方面也使得低層的動(dòng)力抬升作用增強(qiáng)。

4.3 高低空急流的相互作用

強(qiáng)降水期間，隨著高空槽東移，江西地區(qū)上空一直處于副熱帶西風(fēng)急流入口區(qū)的右側(cè)，反映在云圖上呈反氣旋彎曲的急流邊界十分清晰，表明高空急流增強(qiáng)，入口區(qū)的輻散也增強(qiáng)。江西省北部還存在明顯的偏東氣流與偏南氣流的風(fēng)向輻散(圖略)，高空輻散的抽吸作用有利于維持深厚持久的上升運(yùn)動(dòng)，并且也有利于低層減壓，維持臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，從而造成持久降水。同時(shí)從850 hPa層風(fēng)速大于12 m/s的偏東風(fēng)急流區(qū)演變來(lái)看，隨著臺(tái)風(fēng)逐漸向西北方向行進(jìn)，偏東氣流的12 m/s以上大風(fēng)速區(qū)也逐漸西傳。江西省中北部處于高空急流右側(cè)的輻散區(qū)，低空急流核西傳，江西省中北部處于低空急流的頂端，“低層輻合、高空輻散”的上下層配置激發(fā)了對(duì)流天氣的發(fā)展。同時(shí)低空急流的西傳，使得洋面上的暖濕空氣輸送增強(qiáng)，進(jìn)而低層的位勢(shì)不穩(wěn)定能量增加。強(qiáng)降水出現(xiàn)在高空急流核右后方強(qiáng)輻散區(qū)和低空急流核前側(cè)強(qiáng)輻合區(qū)。

4.4 地形作用

陳瑞閃(2002)研究指出，地形引起降水增幅主要取決于兩個(gè)因素:一是低層風(fēng)速，風(fēng)速愈大地形對(duì)降水的增幅作用愈強(qiáng)；二是氣流的暖濕程度，氣流愈暖愈濕，地形對(duì)降水的增幅作用愈明顯。當(dāng)臺(tái)風(fēng)趨近陸地時(shí)，因地形影響臺(tái)風(fēng)前部的低空輻合加強(qiáng)。臺(tái)風(fēng)登陸后，受山脈影響經(jīng)常會(huì)在臺(tái)風(fēng)右前方出現(xiàn)強(qiáng)烈天氣。在“鲇魚(yú)”登陸進(jìn)入江西后的本體降水階段，28日08時(shí)沿暴雨中心25°N合成的緯向環(huán)流垂直剖面(圖8a)顯示，臺(tái)風(fēng)偏東氣流在山脈處被明顯抬升，在116°E附近邊界層至低層出現(xiàn)氣旋輻合中心，與之對(duì)應(yīng)的寧都出現(xiàn)強(qiáng)降水中心。29日02時(shí)臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步往西北方向移動(dòng)，結(jié)合廬山地形分析此時(shí)緯向環(huán)流垂直剖面(圖8b)發(fā)現(xiàn)，廬山西部為高山，東部為平原，強(qiáng)盛的東南暖濕氣流經(jīng)平原輸送至山區(qū)，受地形脅迫而抬升，因此處于山前迎風(fēng)坡的廬山產(chǎn)生此次暴雨過(guò)程中最強(qiáng)降水。再者，江西省北部的強(qiáng)偏東氣流和南部的強(qiáng)東南氣流與山脈走向存在較大的交角，這進(jìn)一步加劇水汽的地形輻合。由此可知，地形對(duì)此次臺(tái)風(fēng)暴雨增幅也有一定貢獻(xiàn)。

圖8 2016年9月28日08時(shí)(a)、29日02時(shí)(b)水平風(fēng)速和10倍垂直速度合成環(huán)流分別沿25°N和29°N的垂直剖面Fig. 8 Horizontal wind speed and 10 times vertical speed combined circulation along the vertical section of 25°N at 08:00 BT on 28th September, 2016 (a), and 29°N at 09:00 BT on 29th September, 2016 (b)

5 小 結(jié)

利用常規(guī)地面觀測(cè)、衛(wèi)星、雷達(dá)資料以及NCEP再分析資料，分析了臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”在江西引起的持續(xù)性暴雨天氣過(guò)程的成因和機(jī)理，發(fā)現(xiàn)：

1) 臺(tái)風(fēng)在西行過(guò)程中天氣系統(tǒng)穩(wěn)定維持，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)非常緩慢，持續(xù)的天氣尺度動(dòng)力抬升有利于一定雨強(qiáng)的穩(wěn)定性降水維持，這是在江西產(chǎn)生區(qū)域性暴雨、局部大暴雨天氣原因之一。另一方面則是由于臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)與冷空氣相互作用，延長(zhǎng)了強(qiáng)降水時(shí)間，也使得降水再度增強(qiáng)。

2) 臺(tái)風(fēng)登陸后水汽輸送通道仍然維持，主要存在于中低層的水汽輸送帶為強(qiáng)降水發(fā)生提供充足的水汽和熱力條件。水汽通量中心和水汽輻合區(qū)對(duì)強(qiáng)降水落區(qū)具有一定的指示意義。

3) 登陸以后臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，但仍維持大范圍的正渦度區(qū)，且主要位于臺(tái)風(fēng)低壓中心和臺(tái)風(fēng)北側(cè)風(fēng)向輻合帶。正渦度區(qū)中心附近中尺度對(duì)流云團(tuán)的生成發(fā)展，形成持續(xù)性強(qiáng)降水。臺(tái)風(fēng)北側(cè)的偏東氣流的氣旋式旋轉(zhuǎn)、匯合而形成的氣流強(qiáng)輻合帶，與臺(tái)風(fēng)高層氣流輻散區(qū)共同形成高低層的垂直耦合，增強(qiáng)了天氣系統(tǒng)的動(dòng)力抬升。

4) 低層冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)低壓北部，與臺(tái)風(fēng)暖濕氣流形成長(zhǎng)時(shí)間對(duì)峙。冷空氣與臺(tái)風(fēng)環(huán)流間的相互作用，增強(qiáng)大氣斜壓性和低層輻合動(dòng)力抬升作用，有利于強(qiáng)降水的維持和發(fā)展。

5) 臺(tái)風(fēng)影響期間，江西省北部風(fēng)向與山脈走向存在較大的交角，加劇了水汽的地形輻合，地形對(duì)降水的增幅作用明顯。