臺(tái)風(fēng)“煙花”對(duì)山東的影響和多模式檢驗(yàn)

張秀娟

摘要 本文利用自動(dòng)站加密資料、micaps數(shù)據(jù)、雷達(dá)資料，診斷和分析臺(tái)風(fēng)“煙花”造成山東暴雨的成因，并檢驗(yàn)多個(gè)模式的預(yù)報(bào)效果。結(jié)果表明：EC預(yù)報(bào)較為穩(wěn)定、準(zhǔn)確，短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果好。

關(guān)鍵詞 臺(tái)風(fēng)“煙花”;暴雨;成因;分析;檢驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：P444 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）08–0070–03

Influence of Typhoon "fireworks" on Shandong and its Multi-mode Test

ZHANG Xiu-juan （Jinan Weather Mod-ification Center， Jinan， Shandong 250102）

Abstract Using the encrypted data of automatic station， MICAPS data and radar data， the causes of Rainstorm in Shandong caused by Typhoon "fireworks" are diagnosed and analyzed， and the prediction effects of several models are tested. The results show that EC prediction is more stable and accurate， and the short-term heavy precipitation prediction effect is good.

Key words Typhoon "fireworks"; Rain-storm; Cause analysis; Pattern checking

臺(tái)風(fēng)形成的暴雨和大風(fēng)會(huì)對(duì)城市、農(nóng)村都產(chǎn)生較大影響，如洪澇、滑坡等都會(huì)造成嚴(yán)重的危害。臺(tái)風(fēng)也引起了眾多學(xué)者的關(guān)注和研究。不同的大氣環(huán)境場(chǎng)會(huì)形成不同的移動(dòng)路徑、下墊面及高層冷空影響，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種結(jié)構(gòu)變化會(huì)對(duì)暴雨落區(qū)產(chǎn)生影響，路徑與結(jié)構(gòu)的不確定性增加了臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的難度[1]。臺(tái)風(fēng)暴雨主要分為3種類(lèi)型：臺(tái)風(fēng)環(huán)流本身造成的暴雨、臺(tái)風(fēng)與中緯度系統(tǒng)相互作用造成的暴雨、地形影響形成的暴雨[2]。臺(tái)風(fēng)登陸后，上游地區(qū)的冷空氣會(huì)侵入內(nèi)部，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)變性[3-4]。陳聯(lián)壽等[5] 認(rèn)為臺(tái)風(fēng)變性的主要能源是斜壓能量。臺(tái)風(fēng)與其他天氣系統(tǒng)相互作用而獲得不穩(wěn)定能量，導(dǎo)致變性臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生暴雨[6-8]。

2021年，第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”于7月18日02：00在西太平洋生成，30日17：00停止編號(hào)，歷時(shí)183 h。臺(tái)風(fēng)“煙花”生命長(zhǎng)、強(qiáng)度大，直徑達(dá)1 500 km，影響范圍大，移動(dòng)速度慢，在我國(guó)陸上滯留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)95 h，為1949年以來(lái)在陸地滯留時(shí)間最長(zhǎng)的臺(tái)風(fēng)。

1 實(shí)況

受臺(tái)風(fēng)“煙花”影響，山東出現(xiàn)暴雨和大風(fēng)天氣。此次臺(tái)風(fēng)過(guò)程在山東產(chǎn)生的暴雨有以下特點(diǎn)：

（1）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)?！盁熁ā蓖鈬葡底?月27日18：00開(kāi)始影響山東南部并產(chǎn)生降雨，至30日05：00降雨結(jié)束，持續(xù)時(shí)間59 h。

（2）降雨量大。山東省平均降水量93.2 mm，單站最大降水量達(dá)305.8 mm（臨沂蒙陰雨王廟）。臺(tái)兒莊（182.7 mm）、薛城（154.1 mm）2個(gè)站點(diǎn)達(dá)到極端降水事件標(biāo)準(zhǔn)。

（3）小時(shí)雨強(qiáng)較大。最大小時(shí)雨強(qiáng)50.9 mm（聊城東昌府鳳凰）。

（4）影響范圍廣。降水量50 mm以上有1 350個(gè)站點(diǎn)，且超過(guò)250 mm的站點(diǎn)有13個(gè)。此次降水過(guò)程正值汛期，長(zhǎng)時(shí)間的降水、短時(shí)強(qiáng)降水與大風(fēng)造成部分地市玉米倒伏，房屋倒塌和滑坡。

2 暴雨成因分析

2.1 環(huán)流背景

在7月26—29日臺(tái)風(fēng)登陸影響期間，500 hPa大陸高壓位于青藏高原，8號(hào)臺(tái)風(fēng)“尼伯特”在日本東南洋上，副熱帶高壓位置異常，偏北偏東，貝加爾湖以北阻塞高壓穩(wěn)定少動(dòng)，貝加爾湖以南受到穩(wěn)定的西風(fēng)槽控制，在高層形成東西高、南北低的“鞍型場(chǎng)”形勢(shì)。前期，臺(tái)風(fēng)“煙花”與周?chē)鞖庀到y(tǒng)相距甚遠(yuǎn)，在副高外圍弱的東南氣流引導(dǎo)下緩慢向西北移動(dòng)。28日20：00，“煙花”在兩高之間緩慢移動(dòng)，在安徽境內(nèi)回旋，隨著第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“尼伯特”北上，副熱帶高壓東退，中緯度西風(fēng)槽緩慢東移并逐漸加深，“煙花”并入西風(fēng)槽，受槽前引導(dǎo)氣流影響，“煙花”轉(zhuǎn)向東北行。29日，“煙花”在塊狀副熱帶高壓的西側(cè)，環(huán)流引導(dǎo)氣流加大，北移速度加快。在這種環(huán)流背景下，“煙花”從26日08：00開(kāi)始影響山東，到 30日08：00基本結(jié)束，造成山東長(zhǎng)達(dá)4 d的降水。

通過(guò)200 hPa和低層925 hPa的天氣圖可以分析得出，高層200 hPa有明顯的高空急流，低層925 hPa有偏東急流，臺(tái)風(fēng)“煙花”處于高空急流入口區(qū)右側(cè)，低層氣流的前方，高層的抽吸作用有利于“煙花”長(zhǎng)時(shí)間維持降水。

2.2 水汽條件

受逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)“煙花”環(huán)流的東南側(cè)與副熱帶高壓西側(cè)的東南急流控制，在山東上空有明顯的水汽輻合，且東南氣流帶來(lái)水汽，形成負(fù)的水汽通量散度，在臺(tái)風(fēng)中心的北側(cè)有強(qiáng)的水汽輻合中心，強(qiáng)度約-2×10-3 kg/（m2·s），在近地層比濕為14～18 g/kg，水汽輸送與輻合增加了大氣的可降水量，為降水的形成提供了充足的水汽。

2.3 動(dòng)力條件

從7月28日20：00和29日08：00的850 hPa垂直速度場(chǎng)（圖1）可以看出，受到“煙花”外圍氣流的影響，上升氣流大值區(qū)的中心（最大值約1.3 Pa/s）從山東省東南部逐漸向北移動(dòng)，29日08：00上升氣流大值區(qū)到達(dá)魯中以北，上升大值區(qū)有豐富水汽（相對(duì)濕度≥90%）。在垂直上升速度極值區(qū)形成明顯的弧狀，且主要位于“煙花”的前部（偏北偏東位置）。低層明顯的東南急流為山東上空提供了非常強(qiáng)的水汽輸送，風(fēng)的輻合導(dǎo)致在倒槽頂部有水汽通量輻合，配合強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，山東局地出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。

2.4 冷空氣作用

28日夜間，西風(fēng)槽東移南伸，“煙花”北上進(jìn)入西風(fēng)槽內(nèi)，槽后冷空氣入侵，在魯西北有明顯的高能舌區(qū)，低層偏南氣流輸送暖濕氣流，高層冷空氣的加入導(dǎo)致層結(jié)不穩(wěn)定，對(duì)臺(tái)風(fēng)的降水有增幅作用（圖2）。

3 雷達(dá)圖

從雷達(dá)組合反射率可以看出，7月28日，山東收到“煙花”的外圍云系的影響，出現(xiàn)螺旋雨帶，降水分布松散，臺(tái)風(fēng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)北上，在臺(tái)風(fēng)倒槽前端出現(xiàn)大片區(qū)域的積狀云降水，回波結(jié)構(gòu)密實(shí)，大部分回波強(qiáng)度超過(guò)35 dBz，部分超過(guò)50 dBz，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。在臺(tái)風(fēng)北移的過(guò)程中，降水回波不斷生成，類(lèi)似于列車(chē)效應(yīng)，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間降水，整個(gè)過(guò)程的降水量累加出現(xiàn)大值區(qū)（圖3）。

4 模式預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

4.1 路徑檢驗(yàn)

通過(guò)EC模式和GRAPES-MESO模式對(duì)比臺(tái)風(fēng)“煙花”的路徑預(yù)報(bào)與實(shí)況發(fā)現(xiàn)，EC模式從25日08：00開(kāi)始預(yù)報(bào)路徑基本穩(wěn)定，特別是25日08：00、27日20：00和28日20：00三個(gè)起報(bào)時(shí)次的路徑預(yù)報(bào)均與實(shí)況較為接近。GRAPES-MESO模式25日與26日起報(bào)的路徑與實(shí)際路徑走向相似，均為登陸后先西北再轉(zhuǎn)北，但27日08：00起報(bào)時(shí)次及之后的預(yù)報(bào)路徑與進(jìn)入山東后的實(shí)際路徑偏差較大（圖4）。針對(duì)臺(tái)風(fēng)“煙花”的路徑，EC模式預(yù)報(bào)穩(wěn)定且可信度高。

4.2 降水檢驗(yàn)

選取EC、GRAPES-MESO、NECP-GFS、GRAPES-GFS，檢驗(yàn)臺(tái)風(fēng)“煙花”過(guò)程大雨以上量級(jí)落區(qū)的36 h、48 h、60 h的預(yù)報(bào)，選取預(yù)報(bào)結(jié)果較好的前兩位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到結(jié)果（表1）。 EC預(yù)報(bào)結(jié)果最好的時(shí)間段有5次，次優(yōu)的有4次; GRAPES-MESO 預(yù)報(bào)結(jié)果最好的時(shí)間段有3次，次優(yōu)有2次; NECP-GFS 預(yù)報(bào)結(jié)果最好的有1次;整個(gè)過(guò)程，GRAPES-GFS 的預(yù)報(bào)效果較差，可信度最低。在36 h、48 h、60 h落區(qū)預(yù)報(bào)結(jié)果中，EC的落區(qū)預(yù)報(bào)在臺(tái)風(fēng)的北部和西部空?qǐng)?bào)較多，在其東側(cè)和東南側(cè)出現(xiàn)漏報(bào)的情況。EC模式預(yù)報(bào)較穩(wěn)定，臺(tái)風(fēng)外圍云系產(chǎn)生的強(qiáng)降水能在EC模式28日及之前起報(bào)的預(yù)報(bào)結(jié)果中反映出來(lái)， GRAPES-MESO 在28日之后起報(bào)的落區(qū)預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好，特別是36 h預(yù)報(bào)。

5 小結(jié)

臺(tái)風(fēng)“煙花”生命長(zhǎng)、強(qiáng)度大、范圍廣、移速慢、陸上滯留時(shí)間長(zhǎng)，造成山東降雨范圍廣、小時(shí)雨強(qiáng)大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、累積雨量大。通過(guò)分析臺(tái)風(fēng)“煙花”的環(huán)流背景和物理量場(chǎng)，并進(jìn)行模式對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

（1）副熱帶高壓和青藏高壓對(duì)峙，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)“煙花”西北行，并在安徽境內(nèi)回旋，8號(hào)臺(tái)風(fēng)“尼伯特”北上，副熱帶高壓東退，西風(fēng)槽東移南伸，“煙花”與西風(fēng)槽結(jié)合，向北偏東移動(dòng)。

（2）低層急流提供充足的水汽、向上的垂直運(yùn)動(dòng)以及水汽輻合，為降水的形成提供了必要的水汽和動(dòng)力條件。西風(fēng)槽的冷空氣入侵高中層，增加了不穩(wěn)定條件，利于產(chǎn)生強(qiáng)降水。強(qiáng)降水落區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)中心的北側(cè)和倒槽的頂部。

（3）模式預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑分歧較大，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)EC預(yù)報(bào)較為穩(wěn)定、準(zhǔn)確，短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果佳。

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責(zé)任編輯：黃艷飛