乐清水库台风暴雨和西风系统暴雨的对比分析

冷空气影响台风暴雨的中尺度分析及数值模拟

姚晨;娄珊珊;叶金印

【摘 要】利用常规探测资料、NCEP/NCAR 1°×1°6 h间隔的FNL再分析资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°6 h间隔资料、多普勒雷达和中尺度地面自动站资料,对2014年\"麦德姆\"台风暴雨对流系统的天气背景、触发机制以及生消演变过程进行分析,并用中尺度数值模式WRF进行侵入冷空气强度的数值敏感性试验.研究结果表明:(1)强降水发生在\"麦德姆\"北上变性的过程中,冷空气的侵入使得台风热力结构改变,台风外围的大气斜压性增强,层结更不稳定,有利于中尺度对流系统发生发展.(2)对流系统的触发首先是由边界层内冷空气侵入造成的,冷空气与暖空气的对峙使得江淮东部辐合加强、降水回波稳定少动.(3)数值敏感性试验结果表明,冷空气侵入使台风外围层结更加不稳定,有利于产生深厚的垂直运动,使中尺度对流系统的生命史长、强度强.若入侵冷空气过弱,对流系统中的垂直运动弱,对流强度弱;若入侵冷空气过强,虽然对流系统中能发展出强的垂直运动,但垂直运动维持的时间短,中尺度对流系统的生命史短,不利于产生持续性强降水.

【期刊名称】《暴雨灾害》

【年(卷),期】2019(038)003

【总页数】8页(P204-211)

【关键词】\"麦德姆\"台风;暴雨;中尺度对流系统;冷空气;数值敏感性试验

【作 者】姚晨;娄珊珊;叶金印

【作者单位】安徽省气象台,合肥230031;安徽省气象台,合肥230031;安徽省气象台,合肥230031 【正文语种】中 文

【中图分类】P458.1+21.1

引 言

台风往往会造成区域性暴雨洪涝，并可能诱发山体滑坡、泥石流等地质灾害，给人民生命财产带来巨大损失(梁必骐等,1995)。台风暴雨过程的分析和预报一直是天气预报业务关注的重点(许映龙等,2010;任丽等,2019)，台风登陆后与中纬度天气系统相互作用的机制复杂，登陆台风暴雨过程预报也是天气预报业务的难点(雷小途和陈联寿,2001)。早在20世纪50年代，国外的学者就对台风与中尺度系统相互作用机理进行了研究，如Knox(1955)、Sekioka(1956)提出了登陆台风和锋面相遇时，能产生新的温带气旋的观点；Schumache等(2011)、Wang和Fudeyasu(2009)认为台风的水汽输送与中纬度低槽有利的动力和热力条件相结合，容易在台风外围产生暴雨。国内学者对于内陆台风暴雨也进行了大量研究，认为冷空气的侵入能够诱发中小尺度天气系统的发展。陈联寿和丁一汇(1979)指出，当台风遇到冷空气时，热力结构变为不对称，斜压性增强，台风外围锋区加强；刘会荣和李崇银(2010)认为，冷空气能使暴雨区上空的垂直运动更旺盛；何立富等(2009)研究指出，冷空气容易触发边界层能量锋区附近的中尺度对流系统；汤鹏宇等(2015)认为，冷空气使得暴雨区上空的大气不稳定度和气旋性涡度增强，有利于中尺度系统发展。观测事实也表明，弱冷空气的侵入能使得台风内部的中小尺度对流系统发展旺盛，进而产生极端降水天气(曹晓岗等,2014;吴志彦等,2016;陈鹏等,2017)。模拟试验表明，只有适当强度的冷空气才会使得台风降水发展增强，过强或过弱的冷空气均不利于台风暴雨的出现(姚增权等，1985；韩瑛和伍荣生，2008；陆佳麟和郭品文，2012)。姚增权等(1985)进行了冷空气影响时台风的流体动力学模拟实验，以某一点地面降温幅度定义冷空气强度，降温1.4℃以下为弱冷空气，降温在2～3.5℃为中等强度冷空气，而降温大于4.2℃为强冷空气，实验结果表明只有在弱冷空气影响时台风才会有所发展，太强的冷空气会使台风迅速消亡，这项研究为冷空气的敏感性试验提供了一种定量化参考方案。韩瑛和伍荣生(2008)对0428号台风“南玛都”北边界温度依次降低2℃、4℃、6℃、8℃进行数值敏感性试验，指出冷暖空气侵入最主要改变的是热带气旋外围流场，冷空气侵入后热带气旋外围温度梯度增长，加剧了动力和热力不稳定。陆佳麟和郭品文(2012)采用对关键区整层大气降低(升高)5℃增强(减弱)入侵冷空气强度的试验方案，利用WRF中尺度模式对0716号台风“罗莎”的变性过程进行数值敏感性试验，结果表明太强或太弱的冷空气均不利于台风的变性加强。钮学新等(2005)采用气候统计分析与数值模拟相结合的方法，研究了冷空气对于热带气旋外围降水的作用，认为适量冷空气侵入台风倒槽和外围会使得冷空气影响附近地区降水量明显增加，是造成台风外围及倒槽降水大幅度增加的重要机制。关于弱冷空气在登陆台风暴雨过程中的作用，以往的研究或采用天气学方法进行分析，或采用数值模拟方法进行研究，研究成果丰富了人们对于台风暴雨过程的认识，对台风暴雨预报亦具有指导意义，但对于冷空气如何触发台风外围中尺度对流系统以及维持其生命史仍值得进一步研究。安徽历史上很多极端暴雨事件均是弱冷空气和台风共同作用产生的(姚晨等，2010)。2014年第10号台风“麦德姆”引发的安徽强降水过程降水时段集中、对流性强且雨强大，共造成60.6万人受灾，直接经济损失2.2亿元，灾情十分严重。已有研究(郭达烽等，2014)表明，“麦德姆”登陆后迅速减弱呈空心结构，降水主要出现在台风的东北象限和冷空气结合的部位。然而，冷空气入侵后，“麦德姆”中尺度对流系统触发机制、热力结构演变过程、不同强度冷空气对台风降水过程影响的研究并未深入开展。研究这些问题将有助于理解冷空气和台风相互作用的机制，有助于揭示冷空气在触发对流、维持对流生命史等方面的作用，本文采用多种资料对2014年“麦德姆”台风暴雨对流系统的天气背景、触发机制以及生消演变过程进行分析，并用中尺度数值模式WRF进行侵入冷空气强度的数值敏感性试验，以期为该类台风暴雨预报提供更多的参考依据。

2021年11月Nov.2021第41卷第11期Vol.41,No.11热带农业科学CHINESEJOURNALOFTROPICALAGRICULTURE

浙江省气象与水文站点降水观测资料对比分析

魏爽1)杨明1)吴书成1)王丽吉1)鲁奕岑1)田玺泽2)滕舟1)(1浙江省气象信息网络中心浙江杭州310051;2浙江省水文管理中心浙江杭州310009)

摘要利用浙江省2020年1－12月气象和水文站降水资料，选取23对距离50m内的邻近站，对比评估2种观测系统在不同降水量级、逐月变化等方面的相关性和差异性。结果表明：（1）水文与气象观测降水呈高度相关，水文年降水比气象平均偏少47.0mm，总体较气象偏小2.7%；（2）夏季降水差异最大，8月是一年中绝对误差、相对误差较大的月份；（3）两套系统在不同降水量级相关性显著，相对误差在2.27%～3.87%，均低于国内中尺度自动气象站日降雨量平均测量误差，小时降水量在0.1～0.5mm时，由于仪器观测精度不同，导致差异明显；（4）0.5mm以上的气象、水文降水资料高度一致，开展数据的共享融合有利于优化气象与水文部门间的站网布局，可为防汛抗旱、流域精细调度和气象服务提供更精细、更全面的基础数据支撑。关键词降水；气象；水文；相关性中图分类号P413.2文献标识码ADOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2021.11.016

ComparativeAnalysisofPrecipitationDataatMeteorologicalandHydrological

StationsinZhejiangProvince

WEIShuang1)YANGMing1)WUShucheng1)WANGLiji1)LUYicen1)TIANXize2)TENGZhou1)(1ZhejiangMeteorologicalInformationInternetCenter,Hangzhou,Zhejiang310051,China;2ZhejiangManagementCenterofHydrology,Hangzhou,Zhejiang310009,China)

气象

概况 2011年，乐清市气温略偏低，年较差23.9℃；降水日明显偏少，全年降水强度分布很不均匀；日照较常年略偏多。全年主要灾害有低温冻害、干旱、暴雨等，气候属较好年景。

主要气象要素评述 气温：年平均气温17.8℃，比常年17.9℃偏低0.1℃（1971-2000），年较差（23.9℃）。月平均气温比常年同期偏高的有6、7、8、9、10、11月，其中偏高1.0℃以上的月份只有11月，平均气温较常年同期偏高2.6℃。2月份平均气温与常年同期持平，但月极端最高气温25.4℃，打破乐清市历史同期最高纪录。月平均气温比常年同期偏低有1、3、4、5、12月，其中1月份平均气温偏低3.2℃，为1971年以来最低的一年。年最高气温36.4℃，出现在8月7日（乐清站历史记录36.9℃，出现在2010年8月3日）；年最低气温-2.2℃，出现在1月16日。日最高气温≥35.0℃有2天，日最低气温≤5.0℃有56天。全年无霜期322天。稳定通过10.0℃（3天滑动平均）的初日出现在3月25日，稳定通过22.0℃的终日出现在11月6日。 图1:2011年乐清月平均气温与常年月平均气温比较051015202530123456789101112月份气温（℃）2011年常年 - 1 - 降水：年降水量1121.9mm，比常年（1579.0 mm）偏少457.1mm，降水日数140天，比常年（175.4天）偏少35.4天。降水偏多的月份有7、11、12月，偏少的月份有1、2、3、4、5、6、8、9、10月。全年降水强度分布很不均匀，1、3、4、5、6、8、10月份的月降水量严重偏少，上半年的降水持续偏少，造成乐清市较为严重的干旱。 7月上旬在白石街道的作业点进行了乐清市首次人工增雨作业，取得较好效益。年暴雨日数5天（R≥50.0mm），比常年偏多0.6天。

图2:2011年乐清市月降水量与常年月降水量比较0500123456789101112月份降水量(mm)2011年常年日照：全年日照时数1741.2小时，比常年1713.9小时（1971-2000）偏多27.3小时。偏多的月份有2、3、4、5、8、9月，其中3月偏多50小时以上；偏少的月份有1、6、7、10、11、12月。

山东一次远距离台风暴雨分析

赵钢,杨瑞峰,张艳,徐学义,袁超 (山东省泰安市气象局,山东泰安271000)摘要 利用北京大学物理学院大气科学系研发的客观分析诊断图形系统,基于实际高空探测和地面观测实况,针对2003年8月25～27日发生在山东境内的台风远距离暴雨过程进行了研究分析。结果表明,台风东侧的偏南低空急流在暴雨过程中起着重要的作用,它一方面将低层暖湿空气向暴雨区输送和辐合,为大暴雨的产生提供了充沛的水汽输送和层结不稳定条件,导致偏南气流前端具有明显的暖锋锋生现象;另一方面,急流左前方的气旋性切变使得暴雨区的气旋性涡度加强,最终导致暴雨区的辐合上升运动加强,中低纬系统相互作用的特征明显。该远距离台风暴雨具有以下重要特征:暴雨是台风与西北涡及其东侧暖式切变线相互作用的产物;在这次暴雨过程中,西北涡及其暖切变线为暴雨的发生发展提供了最原始的动力场,即气旋性涡度场,而台风东侧低空西南急流的北涌进一步加强了原始涡度场和辐合区,加强上升运动。关键词 台风;暴雨;水汽通量;涡度;假相当位温中图分类号 S166 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)17-08057-03

作者简介 赵钢(1959-),男,山东新泰人,工程师,从事人工影响天气方面的工作。收稿日期 2009-03-18 我国是登陆台风最多的国家,台风灾害严重[1]。登陆台风所带来的主要直接灾害有3种:风灾、雨灾和潮灾,其中又以雨灾最为普遍和严重,可诱发许多衍生灾害。早在20世纪50年代,仇永炎就注意到了台风与中纬度系统的相互作用,特别是对台风对北方盛夏特大暴雨的影响做出了一些研究[2]。近年有些气象学家也展开了对此类问题的研究[3-7]。台风暴雨是山东省夏季重要的灾害性天气之一。据统计[8-9],每年直接影响山东的台风并不多。杨晓霞等对山东远距离台风暴雨的研究结果表明,在华南沿海登陆的热带气旋可间接影响山东的暴雨分布和强度;热带气旋中心东部的偏南风急流从华南沿海到山东建立起水汽通道,在西风槽前产生辐合上升,造成暴雨[10]。并指出1971～2003年在山东造成远距离暴雨的热带气旋有108个,数目相当大,但以前对这方面的研究很少。陈联寿院士在第十四届台风会议上明确给出台风远距离暴雨的标准[11]:暴雨发生在台风环流之外;暴雨的发生发展与台风存在着物理上的联系。这就给出一个非常明确的台风远距离暴雨的判据,这是研究此类暴雨的基础和前提。2003年8月25～26日(下简称03暴雨),发生在山东省的大范围暴雨过程就与远距离的台风有着密切的关系。笔者对这次过程进行了研究分析,以求加深对此类暴雨的了解和认识。1 降水实况2003年12号台风“科罗旺”(Krovanh)于8月25日凌晨5:00在海南文昌和广东徐闻登陆。台风与副热带高压之间形成一支西南风急流从华南沿海深入内陆与西北涡相互作用,地面伴有黄淮气旋生成,造成山东南部、中部及半岛南部地区产生大范围暴雨天气过程,局部出现大暴雨。25日夜间至27日,山东省共有70个县(市、区)过程降水量超过50mm,其中有24个县超过100mm。全省平均降水量为65.4mm,巨野降水量最大,达244.0mm。这次暴雨的特点就是暴雨发生时华南有登陆台风活动,在华南地区有台风环流本身的暴雨区,山东暴雨区远离台风环流,但与台风有着物理上的联系。2 暴雨发生发展的环境条件分析2003年8月25日20:00,暴雨发生前,500hPa等压面上(图1)中纬度西风带环流较为平直,河套西部为一短波槽,26日8:00东移至河套中部;西太平洋副热带高压(以下简称副高)强盛、面积大,588线控制了长江中下游流域及华南的东部地区,主体位置偏北,与120°E相交的脊线位于28°N附近,588线西伸至108°E。0312号台风“科罗旺”西行至北部湾,其与副高之间有一支西南气流伸至华东北部。相应时次,700hPa等压面上,河套地区为一气旋性环流,26日8:00该气旋性环流发展成西北涡,涡东侧的暖式切变线伸至鲁南地区。在此切变线南侧,台风与副高之间的西南气流较强且随着时间有一个急剧加强北涌的过程。地面为一从华西地区伸向东北方向的准静止锋,并随着低空西南急流的北涌而北抬至鲁南,在准静止锋上有气旋波发生,形成黄淮气旋东移入海。高低空环流表现为典型的山东大暴雨的配置形式,台风减弱后的低压与西北涡相互作用,在700和850hPa切变线之间暖湿气流产生暴雨,呈纬向型分布。