1104号热带风暴“海马”引发漳州暴雨的成因分析(修改)
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1104号热带风暴“海马”引发漳州暴雨的成因分析

杨德南 1 何秀恋2

(1福建省漳州市气象局,漳州 363000;2福建省诏安县气象局,诏安 363500 )

摘 要:台风暴雨是闽南地区主要灾害性天气之一,常给当地造成严重的经济损失和人员伤亡。本文针对1104号热带风暴“海马”给漳州带来暴雨的特点和成因,通过物理量诊断,结合区域自动站资料、形势场、卫星云图、雷达资料进行综合分析,分析结果表明:6月22日漳州市出现暴雨,局部大暴雨天气主要是受风暴南风气流影响,强降水地区具有明显的水汽条件、动力条件和热力条件。 关键词:热带风暴 暴雨 物理量诊断

1 引 言

台风引发的强降水往往是台风灾害的主要组成部分。台风是最强的暴雨系统,每年因台风引发的暴雨洪涝灾害造成的损失数以亿计[1]。针对台风暴雨的研究由来已久,并把台风暴雨分为台风环流本身的暴雨和台风远距离暴雨[2]。1104号强热带风暴“海马”于6月21日02时在南海北部海面上生成,生成后向西偏南方向缓慢移动,24小时后转向西北方向移动,23日10时10分在广东省阳西至电白之间沿海登陆,登陆时近中心最大风力8级(风速20米/秒)(图1)。受“海马”外围云团北抬影响,6月22日漳州市西南部4个县出现暴雨,局部出现大暴雨天气,漳州市有30个自动站日雨量达到50毫米以上,最大日雨量为诏安汾水关106.4毫米(图2)。本文通过物理量诊断,结合区域自动站资料、形势场、卫星云图、雷达资料进行综合分析,进一步认识强降水的物理特征,从而提高对暴雨天气过程的认识水平。

2 降水概况

图3为风暴倒槽影响前后全市常规站最大逐时降水量时间序列图,由图可见,21日08时~21日20时,全市无明显降水, 最大逐时降水量的平均值为2.4毫米;21日21时~22日20时,全市降水明显,雨强加大,常规站1小时最大降雨量30.7毫米,最大逐时降水量的平均值为11.2毫米;22日20时~23日08时,全市降水明显减弱;显然,此次风暴倒槽引发的强降水生命期很短,暴雨只维持一天。

图1 热带风暴“海马”移动路径图 图2 6月22日漳州市雨量分布图 基金项目:福建省气象局基层科技专项项目(2008j06:诏安县中型水库库区降水条件分析和预报的推广应用)资助 作者简介 杨德南,男,1971年生,福建漳州,研究生,高级工程师,从事天气预报研究工作。

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图3 漳州市常规站最大逐时降雨量

3 “海马”给漳州市南部地区带来暴雨成因分析

3.1流型配置与暴雨分析

图4给出了2011年6月21日08时至2011年06月22日20时流型配置及2011年06月22日暴雨落区。21日08时风暴中心位于(116.7°E,19.7°N),850hPa 倒槽沿风暴中心向东北方向延伸至台湾海峡, 我市处倒槽西侧偏东气流控制下, 副高较弱,500hPa586线在漳州诏安一带,此形势维持到21日20时, 期间我市无明显降水(图4a) ;21日20时风暴中心西移北抬至(115.5°E,19.1°N),风暴倒槽西移转竖至我市与广东交界处, 我市转倒槽东侧东南气流控制, 偏南气流加强,在我市南部沿海有明显风速辐合(图4b) ,副高减弱,500hPa586线在福建省中部一带;22日08时风暴中心西移至(114.3°E,19.8°N),风暴倒槽西移至广东中部, 此时我市上空受东南气流控制,且风速辐合明显(图4c) ,副高续继减弱,500hPa586线退至台湾省上空;22日20时风暴中心西移至(112.7°E,20.6°N),风暴倒槽西移至广东西部远离我市(图4d), 副高较弱,500hPa586线维持台湾省上空。21日21时~22日20时,受倒槽东侧偏南气流影响,漳州南部4个县(市) 出现暴雨,局部大暴雨。可见,这次台风倒槽影响下的强降水主要是受倒槽偏南气流影响,且有较明显风速辐合的条件下发生,随着风暴倒槽西移逐渐远离, 降水明显减弱。

3 图4 850hPa风场和500hPa 高度场时间序列图及暴暴雨落区

(a) 21日08时 (b) 21日20时(c) 22日08时 (d) 22日20时

3.2 水汽条件

充沛的水汽是产生暴雨的基本条件。暴雨发生时,不但需要当地有较多的水汽,而且还要有源源不断的水汽输送并在暴雨区辐合。

3.2.1 水汽通量分析

对850hPa 水汽通量进行分析,21日08时水汽通量大值区在台湾南部海域,我市南部地区在10~15 g/(cm2﹒s) 之间(图5a) ;21日20时水汽通量北抬西移,我市南部地区值在20~25 g/(cm2

﹒s) 之间(图5b) ;22日08时水汽通量大值区向广东中部沿海靠近,我市在30~35 g/(cm2﹒s) 之间(图5c) ;22日20时水汽通量大值区在广东西部地区,我市在30~35 g/(cm2﹒s) 之间(图5d) 。可见,随着风暴中心向西北方向移动,逐渐靠近广东中西部沿海,水汽通量大值区跟着北抬西移,我市水汽通量逐渐增大。

图5 2011年6月21-22日850hPa 水汽通量随时间的变化

(a) 21日08时 (b) 21日20时(c) 22日08时 (d) 22日20时

3.2.2水汽通量散度培面分析

根据水汽通量的数值和方向,我们只能了解暴雨过程的水汽来源,以及水汽与天气系统的关系,

但是无法分析暴雨的落区和暴雨的级别。[3]这些方面需要通过分析大气的水汽能量散度来得知。

[4]对水汽通量散度剖面进行分析,21日08时漳州上空850 hPa到地面水汽通量散度为正值区,辐散值随高度的递减而增大,近地面最大辐散值为8.4 *10-8g/(cm2﹒hPa ﹒s) (图6a) ;21日20时850 hPa 到地面水汽通量散度为负值区,辐合值随高度的递减而增大,近地面最大辐散值为-27.8 *10-8g/(cm

2﹒hPa ﹒s) (图6b) ;22日08时850 hPa 到地面水汽通量散度为负值区,辐合值随高度的递减而增大,近地面最大辐散值为-48.2 *10-8g/(cm2﹒hPa ﹒s) (图6c) ;22日20

时零值线向地面收缩,到地面水

4 汽通量散度仍为负值区,近地面最大辐散值为-20.2 *10-8g/(cm2﹒hPa ﹒s) (图6d) 。可见,21日白天漳州上空低层水汽通量散度为辐散,此时漳州市21日白天降水较弱,21日20时至22日20时漳州上空低层水汽通量为辐合,而且强度逐渐加强,22日漳州市西南部四个县出现暴雨天气。

图6 水汽通量散度剖面随时间的变化

(a) 21日08时 (b) 21日20时(c) 22日08时 (d) 22日20时

3.3动力条件

3.3.1 散度场分析

对850hPa 散度场进行分析可知,21日14时,漳州市南部地区上空为负值区, 散度值界于-5×10-6秒-1~-10×10-6秒-1之间, 低值中心在漳州南部沿海一带(图7a) ,22日08时,漳州市南部地区上空为负值区, 散度值界于0~-10×10-6秒-1之间, 低值中心在漳州南部诏安、云霄县一带(图7b) 。对500hPa 散度场进行分析可知, 21日14时,我市南部地区上空为正值区, 散度值界于0×10-6秒-1~10×10-6秒-1,大值中心在广东东部沿海一带,中心值为大于10×10-6秒-1 (图8a) ,22日08时,漳州市南部地区上空为正值区, 散度值界于0×10-6秒-1~5×10-6秒-1,大值中心在广东东部,中心值大于10×10-6秒-1(图8b) 。由此可见,21日14时、22日08时漳州南部地区低层辐合,高层辐散,有较强上升运动;低层辐合,高层辐散在强降水前12小时内有明显表现。

图7 850hPa散度随时间的变化 (a) 21日14时 (b) 22日08时

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图8 500hPa散度随时间的变化 (a) 21日14时 (b) 22日08时

3.3.2 垂直速度剖面分析

通过对21日14时和22日08时垂直速度剖面的分析可见,暴雨区附近存在强烈的大气上升运动区,最大垂直上升速度位于漳州诏安县的上空,21日14时最大值大于-0.6×10-3百帕∕秒, 最大上升运动中心位于700~800hPa 之间, 上升运动最高点到400hPa(图9a) ;22日08时最大垂直上升速度仍然维持在漳州诏安县的上空, 最大值大于-1.5×10-3百帕∕秒, 最大上升运动中心位于800~850hPa 之间, 上升运动厚度加大,上升运动高度达到200hPa(图9b) 。而在广东东部(诏安西南侧)存在明显的大气下沉区,且上升运动速度明显大于西南边的下沉速度。根据田生春等研究表明,这种不对称结构有利于水滴的快速增长,是强暴雨产生的一种机制。[5]从上述分析中可见暴雨中心与垂直上升运动速度最大值成正比,位置也相符,垂直上升运动有12小时的提前量。

图9 400hPa 垂直速度剖面随时间的变化 (a) 21日14时 (b) 22日08时

3.4能量条件分析

对流有效位能(Cape )是一个能定量地反映大气环境中是否能发生深厚对流的热力变量,其水平特征与天气系统密切相关。Cape 的数值越大,发生强对流的可能性越大。图10为对流有效位能随时间的变化。21日08时,Cape 值达到最大值,漳州南部地区介于1600~2000 J/kg之间;21日20时,漳州南部地区Cape 值介于900~1200 J/kg;22日08时,漳州南部地区Cape 值介于400~600 J/kg。可见,Cape 值达到最大值时,正是暴雨发展最旺盛的时期,随着降水的加大,Cape 值逐渐释放,Cape 值逐渐减少。

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图10 对流有效位能随时间的变化

(a) 21日08时 (b) 21日20时 (c) 22日20时

4 雷达资料分析

应用新一代多普勒雷达进行短时强降雨监测和预报是目前一项最为重要的天气预报技术,在短 时、临近天气预报中发挥主要作用,这里对R(基本反射率) 、ET (回波顶高度)和VIL (垂直累积液态水含量)雷达回波特征进行分析,为台风暴雨预报服务提供有利依据。

22日3时32分,在漳州诏安、云霄上空基本反射率最大值为69dBz(图11a), 回波顶高度最大值为16.7公里(图11b), 垂直累积液态水含量最大值为21kg/m2

(图11c) ,此时,漳州南部地区降水逐渐增强,每小时最大降水量为38.6毫米。可见,对雷达产品R 、ET 和VIL 跟踪监测可以很好地预报台风暴雨的落区和强度。

图11 2011年6月22日3时32分基本反射率(a)、回波顶高度(b)、垂直液态水含量(b) 5、卫星云图分析

TBB 是云顶黑体辐射温度,能够反应云团降水强弱的重要的云团特征量之一。22日00时, “海马”中心位置在广东省阳江市东南方约460公里的海面上,此时热带风暴强云系主要分布在漳州市南部海面(图11a) ,此时诏安县上空TBB 值为-10℃, 随着台风向西北方向移动,22日3时30分,强降水云团已经北抬至漳州市南部地区上空(图11b) ,TBB 最小值为-50℃,此时漳州南部降水较为强烈。可见,根据风暴云系的移动方向和TBB 的强度可以为台风暴雨的预报提供依据。

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图11 红外云图 22日00时(a)、22日3时30分 (b)

5小结

综上所述:

⑴台风倒槽影响下的强降水主要是受倒槽偏南气流影响,且有较明显风速辐合条件。

⑵热带风暴“海马”外围云团北抬是导致漳州南部地区暴雨的主要原因。

⑶暴雨发生时,不但要有源源不断的水汽输送,而且在暴雨区有明显的水汽辐合。

⑷低层辐合,高层辐散以及强的上升运动,为暴雨提供强大的动力条件,而且在强降水前12小时内有明显表现。

⑸暴雨落区与垂直上升速度最大值位置基本相符,且垂直上升速度有12小时的提前量。

⑹卫星云图、雷达产品和自动站探测资料的应用为这次特大暴雨预报和服务提供有利依据。 参考文献

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[3]张立多,陈德花,吴陈锋,等. 一次低压环流引发暴雨过程的平均特征[J].气象研究与应用.2007, 增刊2 (28):116

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[4]梁 丰,陶诗言,张小玲. 华北地区一次黄河气旋发生发展时所引起的暴雨诊断分析。应用气象学报,2006,17(3):257-265

[5]陈忠明,闵文彬,高文良. 一次持续性暴雨过程的平均特征. 应用气象学报,200617(3):273-279.