台风“温比亚”引发山东极端暴雨的锋生机制分析
Analysis on the frontogenesis mechanism of an extreme rainstorm in Shandong Province caused by Typhoon “Rumbia”
通讯作者: 丛春华(1975—),女,正高级工程师,主要从事天气预报研究。E-mail:632900631@qq.com。
责任编辑: 王涓力;校对:黄小燕
收稿日期: 2023-06-28 修回日期: 2023-10-15
基金资助: |
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Received: 2023-06-28 Revised: 2023-10-15
作者简介 About authors
高晓梅(1974—),女,正高级工程师,主要从事灾害性天气预报研究。E-mail:wfmeizi@126.com。
台风“温比亚”是山东致灾最严重的热带气旋,引发了山东罕见的洪涝灾害。本文利用常规气象观测、美国国家环境预报中心再分析资料及自动气象站降雨量观测资料,对2018年8月17—20日由台风“温比亚”引发山东极端暴雨的锋生机制进行分析。结果表明,台风“温比亚”影响山东的降水分为台风外围云系降水、中低纬系统相互作用降水和台风倒槽降水3个阶段。此次台风大暴雨的锋生区主要在低层,锋生区位置与冷空气位置密切相关,强降水落区与锋生区位置较为吻合,锋生强度大值中心与大暴雨中心对应较好,锋生强度对未来6 h降雨有指示意义;假相当位温(θse)等值线密集带南侧的辐合流场是促进锋生的关键,此次暴雨过程伸长变形锋生区与散度辐合中心、θse大值中心及总锋生区位置分布较为一致,伸长变形项、切变变形项和散度项都对总锋生有正贡献;此次台风暴雨由锋生动力作用产生,锋生次级环流上升支最强区域正对应暴雨最强区域。在强水汽输送、辐合作用和对流不稳定强的条件下,台风倒槽辐合与强锋生次级环流共同作用产生强上升运动,且动力抬升作用迅速增强,导致水汽强烈辐合并向高层输送,形成山东特大暴雨;暴雨区位于700 hPa正螺旋度中心及其右侧位置,正螺旋度迅速增强时段与强降水时段相对应,正螺旋度大值中心下移到900 hPa附近可预示台风强降水减弱。
关键词:
Typhoon “Rumbia” was the most disastrous tropical cyclone, triggering rare floods in Shandong. Based on the conventional meteorological observation data, the reanalysis data from the National Centers for Environmental Prediction, and the precipitation data from automatic weather stations, the frontogenesis mechanism of an extreme rainstorm in Shandong Province caused by Typhoon“Rumbia” from 17 to 20 August 2018 was studied in this paper. The results indicate that the precipitation affected by Typhoon “Rumbia”can be divided into three stages: the precipitation of the typhoon outer cloud system, the precipitation of the interaction of the middle and low latitude weather systems and the precipitation triggered by the typhoon trough. The frontogenesis area of the typhoon rainstorm is mainly in the lower level, and the location of the frontogenesis area is closely related to the location of the cold air. The locations of the heavy precipitation are consistent with the frontogenesis area. The large-value center of frontogenesis intensity corresponds well to the center of the heavy rainstorm, and the intensity of frontogenesis can well indicate the rainfall in the next 6 hours. Favorable convergence flow field on the south side of the dense area of pseudo-equivalent potential temperature (θse) lines was the key to cause frontogenesis. The location of the elongation deformation frontogenesis is consistent with the convergence center of the divergence, the large value center of θse and the total frontogenesis area in this rainstorm process is consistent. The elongation deformation term, shear deformation term and divergence term all contribute positively to the total frontogenesis. The typhoon rainstorm is caused by frontogenerative dynamics, and the area with the strongest ascending motion of the frontal secondary circulation corresponds to the area of the strongest rainstorm. Under the conditions of strong water vapor transport, convergence and strong convective instability, the convergence of typhoon trough and strong frontogenic secondary circulation together produce strong upward movement, and the dynamic uplift effect is rapidly enhanced, resulting in strong convergence of water vapor and transport to the upper level and causing extremely heavy rain in Shandong Province. The rainstorm area is located at the 700 hPa positive helicity center and its right side, and the period of rapid enhancement of positive helicity corresponds to the period of heavy precipitation, and the maximum value center of positive helicity moves down to the vicinity of 900 hPa, which indicates the weakening of typhoon heavy precipitation.
Keywords:
本文引用格式
高晓梅, 丛春华, 李峰, 王世杰, 侯启, 封雅琼.
GAO Xiaomei, CONG Chunhua, LI Feng, WANG Shijie, HOU Qi, FENG Yaqiong.
0 引言
登陆北上台风变性加强过程中,中低层锋生强度以及锋上垂直运动与凝结潜热作用有密切关系(李英等,2008)。锋生产生的次级环流能促进锋生加强,是台风强降水形成的动力机制之一(Klein et al.,2002;高晓梅等,2023a;王媛和郑丽娜,2023)。齐道日娜等(2023)对河南“21·7”极端暴雨过程分析发现锋生作用主要发生在对流层低层,水平散度项和水平变形项起主导作用;梁军等(2017)对台风“麦德姆”影响辽东半岛和山东半岛的降水进行诊断分析表明,强降水均发生在台风低压环流的锋生过程中,但山东半岛的降水明显多于辽东半岛,这与锋生强度密切相关;韩桂荣等(2005)研究表明锋生函数中变形项对台风温带变性有重要作用,而锋生结果加强了风场的非地转性并强迫出锋面垂直次级环流,引起台风暴雨的增幅。由此可见,定量理解和分析台风暴雨的锋生机制特征,有利于进一步提高对台风暴雨的预报能力。
2018年8月17—20日,受第18号台风“温比亚”影响,山东出现大范围强降水过程,此次降雨持续时间长、强度大、影响范围广,是一次历史极端降水事件。据山东应急管理部门统计,此次台风过程造成全省525.9万人受灾,直接经济损失约222亿元人民币。其中潍坊市灾情最重,潍坊寿光出现严重的洪涝灾害,全市156.9万人受灾,直接经济损失约177.5亿元人民币。因台风“温比亚”影响期间全国多地出现强降水,很多气象工作者对“温比亚”台风暴雨的雨滴谱、螺旋雨带、暴雨分布等特征进行了详细分析(高拴柱,2020;梁军等,2020;王俊等,2022;高晓梅等,2023b),但未对锋生机制在“温比亚”台风暴雨中的作用进行研究。本文利用常规观测资料、美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料及自动气象站雨量资料,对台风“温比亚”引起山东历史极端特大暴雨的锋生机制进行研究,以期能对山东的台风强降水预报预警及防灾减灾有所裨益。
1 资料和方法
采用天气学诊断分析方法,利用山东省自动气象站降水量数据、MICAPS格式观测数据分析台风暴雨概况和大尺度环流背景;利用NCEP再分析资料(分辨率为1°×1°)诊断台风暴雨发生的锋生机制。资料时间段为2018年8月17—20日,文中时间均为北京时。
其中伸长变形
2 降水实况与环流形势
受台风“温比亚”影响,8月17日17:00—20日14:00山东省平均降水量为135.5 mm,突破了自1951年有气象观测记录以来的降水量极值,其中鲁西南、鲁中和鲁西北东部的部分地区平均降水量在200.0 mm以上,鲁中部分地区降水量为150.0~200.0 mm(图1)。全省9个国家气象站的日降水量、12个站连续3 d的累积降水量都突破了本站历史极值。
图1
图1
2018年8月17日17:00—20日14:00山东累计降水量分布(单位:mm)
Fig.1
Distribution of cumulative precipitation from 17:00 on 17 to 14:00 on 20 August 2018 in Shandong Province (Unit: mm)
台风“温比亚”登陆后向西北偏西方向移动,8月17日20:00[图2(a)],台风移至安徽境内,此时副热带高压(简称“副高”)位于山东东部沿海至日本海之间,呈块状分布且稳定少动,西风槽在贝加尔湖附近发展加深并向偏东方向移动;低空风场显示东南急流逐渐建立,多站东南风速达20 m·s-1以上;200 hPa高空急流区位置偏北,此时未建立明显的高低空耦合,强降水区位于台风中心的右前侧急流轴附近。18日20:00[图2(b)],“温比亚”减弱为热带低压,在西南风引导下向东北方向移动,到达河南中部;台风东侧的东南暖湿气流与槽后冷空气逐渐交汇,此时高空急流区明显加强且南压,急流轴位于吉林、辽宁一带,高低空急流建立明显耦合机制,降水加强,引起18日夜间鲁南的菏泽、济宁出现6 h雨量超过100.0 mm的强降水。19日08:00[图2(c)],台风向东北方向移动中受副高阻挡移动缓慢,逐渐与西风槽结合,槽后干冷空气侵入台风倒槽内暖湿气流中,此时高空出流依然维持,台风东侧的东南急流持续加强,致使19日白天山东出现大范围降水,其中鲁中和鲁西北东部相继出现6 h雨量超过100.0 mm的强降水,落区位于台风倒槽顶部附近。19日20:00[图2(d)],西风槽东移,台风北上,中低纬系统进一步结合,低空急流位置东移,高空出流继续增强,200 hPa急流中心最强风速达54 m·s-1,造成高低空急流耦合进一步增强,致使19日夜间山东潍坊、东营等地出现强降水,潍坊昌邑龙池镇的全省最大小时雨强就出现在此时段。20日05:00,台风变性为温带气旋并逐渐移出山东(图略),山东降水随之减弱直至结束。
图2
图2
2018年8月17日20:00(a)、18日20:00(b)、19日08:00(c)及20:00(d)环流形势场
(蓝色实线为500 hPa高度场,单位:dagpm;红色虚线为500 hPa温度场,单位:℃; 风矢为850 hPa风场,单位:m·s-1;暗红实线为槽线;实心红箭头为低空急流;空心红箭头为高空出流;绿色填色区风速≥30 m·s-1)
Fig.2
Circulation situation at 20:00 on 17 (a), 20:00 on 18 (b), 08:00 (c) and 20:00 (d) on 19, August 2018
(The blue solid lines indicate 500 hPa potential height, Unit: dagpm; the red dashed lines indicate 500 hPa temperature field, Unit: ℃; the wind vectors indicate 850 hPa wind field, Unit: m·s-1; the dark red solid lines indicate trough lines; the solid red arrows indicate low-level jet; the hollow red arrows indicate high-level outflow; the green shaded areas indicate wind speed more than or equal to 30 m·s-1)
3 锋生机制
3.1 不稳定条件
此次台风大暴雨落区范围为116.0°E—119.5°E、35.0°N—38.5°N,8月17日20:00—18日23:00山东西北方向750~300 hPa高度为θse低值区,山东半岛附近700 hPa高度为θse>352 K的高温、高湿区(图略),表明北方干冷空气位置偏西偏北,此阶段主要为台风倒槽降水。19日08:00,θse大值区北移至鲁西北和鲁中西部,山东700 hPa存在“Ω”形状的高能舌[图3(a)],中心值为346 K,其西侧已有干冷空气进入鲁西,东侧主要为台风外围高温高湿的东南暖湿气流,两支气流逐渐交汇,触发该区域内冷暖空气相互作用释放斜压能,致使19日白天鲁西和鲁中西部出现大暴雨。20:00[图3(b)],台风倒槽北抬,西北侧干冷空气随之北移,“Ω”形状高能舌北移且范围扩大,山东大部都处在高能舌范围内,θse等值线更加密集且强度加强,中心(350 K)位于鲁中,山东均处在台风倒槽外围偏南暖湿气流中。20日02:00[图3(c)、(d)],随着槽后干冷空气南下侵入至低层台风外围暖湿气流处,等θse线愈加陡立密集近乎垂直,两侧的假相当位温在鲁西北东部和鲁中东部附近存在较强梯度,形成一条近乎南北向延伸的θse能量锋区,锋区东南侧有台风东侧的东南急流持续输送暖湿空气至该区域,西北侧有干冷空气不断南侵,加剧能量锋区的强度,对流不稳定持续增强,冷暖空气在该区域交汇触发强对流,导致19日夜间特大暴雨的产生。20日08:00(图略)随着干冷空气持续侵入,台风减弱变性为温带气旋,山东降水随之逐渐结束。
图3
图3
2018年8月19日08:00(a)、20:00(b)700 hPa假相当位温(单位:K)和风场(单位:m·s-1),20日02:00假相当位温与风场沿118°E的纬度-高度剖面(c)和沿36.5°N的经度-高度剖面(d)
(蓝色实线为假相当位温,箭矢为全风速矢量)
Fig.3
The 700 hPa pseudo-equivalent potential temperature (Unit: K) and wind field (Unit: m·s-1) at 08:00 (a), 20:00 (b) on 19, and the latitude-height profile along 118°E (c) and the longitude-height profile along 36.5°N (d) of pseudo-equivalent potential temperature and wind field at 02:00 on 20, August 2018
(The blue solid line is for pseudo-equivalent potential temperature, arrow vector is for full wind speed vector)
3.2 锋生函数
台风“温比亚”北上进入中纬度时变性为温带气旋,下面对锋生在此次台风暴雨中的作用进行研究。17—18日白天山东大部锋生较弱(图略),18日20:00冷空气侵入到鲁西,700 hPa鲁西南θse等值线密集带上出现锋生[图4(a)],中心位于鲁西南和河南交界处,最大锋生强度约6×10-9 K·m-1·s-1,说明中高纬度的西风带冷空气侵入台风倒槽内,对应鲁西南和鲁中南部出现强降水;19日白天冷空气东移,14:00台风倒槽向北移动与逐渐加深南压的西风槽结合[图4(b)],加强了锋生,锋生最大强度中心在θse等值线密集带上的鲁中西部和鲁西北东部之间,对应东营广饶、淄博临淄、潍坊青州19日14:00—20:00分别出现6 h雨量为218.0、150.0、144.0 mm的强降雨。19日20:00[图4(c)],随着台风倒槽北抬,θse等值线密集带随之北移,锋生强度中心北移到东营与渤海之间,东营、潍坊、淄博正处在θse大值中心区,该区域锋生强度加强,最大值约12×10-9 K·m-1·s-1,此阶段正对应鲁中及鲁西北东部的强降水,其中潍坊龙池镇19日23:00—24:00出现全省最大小时雨强为121.4 mm的短时强降水。20日02:00台风倒槽北移[图4(d)],山东大部处在弱锋生区(锋生强度小于4×10-9 K·m-1·s-1)内,山东降水开始减弱。
图4
图4
2018年8月18日20:00(a)、19日14:00(b)及20:00(c)、20日02:00(d)700 hPa假相当位温(单位:K)与锋生函数(单位:10-9 K·m-1·s-1),19日20:00(e)和20日02:00(f)假相当位温与锋生函数沿118°E的纬度-高度剖面
(蓝色虚线为假相当位温,红色实线为锋生函数)
Fig.4
The 700 hPa pseudo-equivalent potential temperature (Unit: K) and frontogenesis function (Unit: 10-9 K·m-1·s-1) at 20:00 on 18 (a), 14:00 (b) and 20:00 (c) on 19 and 02:00 on 20 (d), the latitude-height profile of pseudo-equivalent potential temperature and frontogenesis function along 118°E at 20:00 on 19 (e) and 02:00 on 20 (f), August 2018
(The blue dotted line is for pseudo-equivalent potential temperature, the red solid line is for frontogenesis function)
18日20:00锋生区出现在700 hPa以下(图略),锋生最强中心在900 hPa附近;19日白天锋生区北移,14:00锋生区位于θse等值线密集带内(图略);19日20:00[图4(e)],锋生区从低层升至450 hPa附近,强度加强,最大强度中心达16×10-9 K·m-1·s-1,台风暴雨区700 hPa以下为对流不稳定区,台风外围东南侧暖湿空气与北侧干冷空气在暴雨区形成的等θse线密集区更加陡立,且随高度近乎垂直向上凸起,说明对流层低层对流稳定度变得很小,其减小引起气旋性涡度增长,配合锋生带上的强上升气流,致使位于等θse线陡峭密集区内的潍坊、淄博、东营等地产生大暴雨;20日02:00[图4(f)],随着台风倒槽北移,暴雨区北侧和等θse线密集带南侧形成一条明显的强锋生带,但山东大部都处在弱锋生区或锋消区内,降水随之减弱。
3.3 变形场和散度场在锋生中的作用
比较台风暴雨发生时700 hPa伸长变形锋生、切变变形锋生与总锋生发现,伸长变形锋生与总锋生分布较为一致,其绝对值大值区与总锋生大值区几乎重叠。18日20:00,700 hPa对应鲁西南和鲁中南部的总锋生区[图4(a)]上中心为-4×10-5 s-1的辐合区域[图5(a)],与其相对应的伸长变形锋生区呈东北-西南向分布,与总锋生走向和位置基本一致,在等θse线密集带南侧的大值中心对应8×10-5 s-1的伸长变形锋生中心,对应鲁南出现暴雨。19日14:00,伸长变形锋生区北移到鲁中和鲁西北东部[图5(b)],辐合区范围扩大,强辐合中心位于鲁中和鲁西北东部,对应19日白天鲁中、鲁西北东部出现强降水。19日20:00,伸长变形锋生在等θse线密集带南侧大值中心上有10×10-5 s-1的中心[图5(c)],与总锋生区位置[图4(c)]也相对应。20日02:00,伸长变形锋生大值区北移到东营与渤海之间[图5(d)],最大值约为14×10-5 s-1,此阶段正对应鲁中东部及鲁西北东部的大暴雨。切变变形锋生在锋生初期较弱[图5(a)、(b)],鲁西南和鲁中南部维持最大值为4×10-5 s-1的切变变形锋生区。随着锋生加强,19日20:00,切变变形锋生在鲁中有8×10-5 s-1的中心[图5(c)],与总锋生区、伸长变形锋生区位置比较接近。20日02:00,切变变形锋生大值区北移到鲁中和鲁西北东部[图5(d)],最大值约为12×10-5 s-1,此阶段正对应鲁中东部及鲁西北东部的大暴雨。另外,分析此次强降水发生时暴雨区上空θse分布和风场配置[图3(a)]发现,等θse线密集带的南侧,正处在西南风和偏东风的交汇处,即在锋区南侧,西南气流和偏东气流形成的辐合区提供了有利的辐合流场,这是促进锋生的关键,这一特征是此次散度项为总锋生正贡献的原因。综上,此次台风暴雨过程伸长变形锋生区与散度辐合中心、θse大值中心及总锋生区的位置分布较为一致,伸长变形项、切变变形项和散度项都对总锋生有正贡献。
图5
图5
2018年8月18日20:00(a)、19日14:00(b)及20:00(c)、20日02:00(d)700 hPa切变变形锋生(蓝色虚线,单位:10-5s-1)、伸长变形锋生(红色实线,单位:10-5s-1)与散度(填色为散度小于-1×10-5s-1的区域,单位:10-5s-1)叠加
Fig.5
Superposition of 700 hPa shear deformation frontogenesis (blue dotted lines, Unit: 10-5s-1), elongation deformation frontogenesis (red solid lines, Unit: 10-5s-1) and divergence (the color shaded for divergence less than -1×10-5s-1, Unit: 10-5s-1) at 20:00 on 18 (a), 14:00 (b) and 20:00 (c) on 19, 02:00 on 20 (d), August 2018
3.4 Q矢量散度引起的锋生次级环流
利用垂直流场可以看出台风环流中锋面次级环流的存在。山东暴雨区上空Q矢量散度为明显的辐合区[图6(a)、(b)],辐合中心最大绝对值达5×10-15 hPa-1·s-3,与之对应台风暴雨区上空锋区具有明显的垂直上升运动,中心速度最大绝对值达35 m·s-1。经向流场显示锋西侧具有随高度向西倾斜的上升气流[图6(c)],至300 hPa高度附近上升气流在锋后(锋西侧)转为下沉,下沉气流至低层随西北或偏西气流回到锋区附近,形成台风锋面次级环流圈;同时,锋南侧有随高度向北倾斜的上升气流[图6(d)],升至500 hPa高度然后在锋北侧转为弱下沉气流至低层随偏北或东北气流回到锋区附近,形成锋面次级环流圈。对比图6(c)和图6(d)发现,西侧锋上辐合上升运动达到的高度要比南侧锋高,辐合上升气流更强,这主要因为南侧锋只有一支东南气流影响,且其锋前主要为高空槽后偏北风形成的冷平流下沉运动区(钮学新等,2005),而西侧锋为台风倒槽东侧的东南气流和槽前西南气流共同影响,两支气流沿西侧锋强烈抬升了锋前的上升气流导致上升高度更高。分析纬向流场发现,锋西侧和锋东侧分别都有锋面次级环流圈[图6(e)],同时南侧锋也有锋面次级环流圈[图6(f)]。对比西侧锋和南侧锋发现,南侧锋垂直运动更强,这是因为西侧锋在卷入台风倒槽环流过程中必然对其东侧的暖湿气团进行强迫抬升,加强了南侧锋上垂直环流的上升支。
图6
图6
2018年8月19日20:00(a)和20日02:00(b)Q矢量散度(单位:10-15 hPa-1·s-3),19日20:00垂直速度(等值线,单位:10-3 hPa·s-1)和经向风垂直流场(箭矢,单位:m·s-1)沿36.5°N的经度-高度剖面(c)和沿118°E的纬度-高度剖面(d)与垂直速度(等值线,单位:10-3 hPa·s-1)和纬向风垂直流场(箭矢,单位:m·s-1)沿36.5°N的经度-高度剖面(e)和沿118°E的纬度-高度剖面(f)
Fig.6
The
4 螺旋度
z-螺旋度代表大气在垂直空间上的旋转上升和运动特征,它既考虑大气旋转和扭曲的特性(伍荣生,1990),又考虑了水平和垂直方向的输送作用(卢小丹等,2017;李慧芹等,2018;陈永仁,2024)。8月17—18日鲁西上空为弱正螺旋度区(中心值4×10-7 hPa·s-2)覆盖(图略);19日08:00[图7(a)],700 hPa正螺旋度区强度突然增大,鲁西为小于15×10-7 hPa·s-2的正螺旋度区覆盖,大值中心(6×10-7 hPa·s-2)在500 hPa高度[图7(c)],且正螺旋度区自底层一直伸展到350 hPa,强的旋转上升气流为鲁西强降水提供强大的动力条件,对应鲁西出现强降雨,其中聊城在19日08:00—14:00出现6 h雨量超过100.0 mm的强降雨;19日14:00(图略)正螺旋度区东移,20:00移至鲁中及鲁西北一带[图7(b)],正螺旋度区范围增大、强度增强,最大值达18×10-7 hPa·s-2[图7(d)],此时该区域正处在中低纬系统相互结合阶段,再配合剧烈的旋转上升运动,触发大量不稳定能量释放,产生大暴雨天气,对应鲁中的淄博、济南、潍坊西部和鲁西北的东营等地出现强降水,且东营、淄博东北部、潍坊西部出现6 h雨量超过100.0 mm的强降水;20日02:00[图7(e)],正螺旋度区东移,强度减弱,大值中心移至700 hPa,其值为8×10-7 hPa·s-2,对应鲁西北和鲁中东部出现强降雨;20日08:00[图7(f)],正螺旋度区东移到山东半岛,大值中心低移到900 hPa,对应山东半岛降水强度减弱,山东降水趋于结束。综上,正螺旋度大值中心下移到900 hPa附近可预示台风强降水减弱,其对强降雨落区有6 h的提前量,且正螺旋度中心值越大,随后的6 h雨强越强。
图7
图7
2018年8月19日08:00(a)、20:00(b)700 hPa 螺旋度和19日08:00(c)、20:00(d)及20日02:00(e)、08:00(f)螺旋度沿36.5°N的经度-高度剖面(单位:10-7 hPa·s-2)
Fig.7
The 700 hPa helicity (Unit: 10-7 hPa·s-2) at 08:00 (a), 20:00 (b) on 19, the longitude-height profile of helicity along 36.5°N at 08:00 (c), 20:00(d) on 19 and 02:00 (e), 08:00 (f) on 20, August 2018(Unit: 10-7 hPa·s-2)
5 结论
本文利用常规气象观测、NCEP再分析资料及自动气象站降雨量观测资料,研究台风“温比亚”影响山东引起历史极端特大暴雨的锋生机制,得到以下主要结论。
1)台风“温比亚”影响下山东降水分为3个阶段:2018年8月17日傍晚至18日夜间主要为台风外围云系降水;19日白天主要受减弱后的台风低压环流影响,高空槽后冷空气与台风倒槽相互作用造成强降水;19日夜间主要为台风倒槽引起的强降水,降水落区主要集中在台风倒槽附近。另外副高稳定少动、低空急流提供的充足水汽也是造成山东强降水的原因。
2)此次台风大暴雨的锋生区主要在低层,冷空气位置偏北且侵入到低层。强降水落区与锋生区位置较吻合,且锋生区位置与冷空气位置密切相关。锋生强度中心与大暴雨中心有较好对应。等θse线密集带南侧,西南气流和偏东气流形成的辐合区提供了有利的辐合流场是促进锋生的关键,这一特征是散度项为总锋生正贡献的原因。此次暴雨过程伸长变形锋生区与散度辐合中心、θse大值中心及总锋生区位置分布较一致,伸长变形项、切变变形项和散度项对总锋生有正贡献。
3)此次台风大暴雨由锋生动力作用产生。锋生次级环流上升支最强区域对应大暴雨最强区域。在强水汽输送、辐合作用和强对流不稳定条件下,台风倒槽辐合与强锋生次级环流共同作用产生强上升运动,且动力抬升作用迅速增强,导致水汽强烈辐合并向高层输送,冷暖空气交汇促使对流不稳定能量大量释放形成山东特大暴雨。
4)700 hPa正螺旋度中心与暴雨落区有很好的对应,暴雨区位于正螺旋度中心及其右侧位置。正螺旋度迅速增强时段与大暴雨区强降水时段相对应,正螺旋度大值中心下移到900 hPa附近可预示台风强降水减弱。
本研究聚焦于锋生机制在台风“温比亚”引发山东极端暴雨中的重要作用,但作为山东致灾最严重的台风暴雨,除了文中所述,此外还与台风结构、下垫面、边界层输送、微物理过程及重力波等方面有关,针对上述问题,尚需进一步深入研究。
参考文献
有无台风影响下陕西西北涡暴雨特征对比分析
[J].基于2010—2020年地面日降水量资料、高空观测资料以及ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,对影响陕西的西北涡暴雨天气过程进行统计,并对有无台风影响下西北涡暴雨天气特征进行对比分析。结果表明:陕西西北涡暴雨多发生在7—8月,陕北为暴雨多发区,西北涡暴雨夜雨特征明显;有台风影响时暴雨强度更强,落区比无台风影响时偏北2个纬度。造成陕西暴雨的西北涡位于西太平洋副热带高压脊线北侧7~8个纬度处,西北涡具有低层辐合、高层辐散的动力特征,地形强迫抬升加强了西北涡上升运动,低层水汽输送和水汽辐合为西北涡暴雨发生提供了有利条件。台风影响时,副热带高压偏西偏北,台风外围水汽、能量随着西南低空急流向西北涡输送,西北涡低层呈对流不稳定,高空槽前正涡度平流及高空急流右侧强辐散促使西北涡发展加强,低涡东侧和南侧强上升运动触发不稳定能量释放,在陕北形成强锋区,锋生进一步增强了低涡东侧与南侧垂直运动,造成该区域大暴雨;无台风影响时,副热带高压偏东偏南,西南风风速较小,水汽输送较弱,高原槽前西南风将孟加拉湾和南海水汽向陕西输送,西北涡低层大气层结稳定,低涡中心南部为强上升运动区,冷暖空气在陕西中南部交汇,产生分散的弱锋区,造成低涡中心南部暴雨天气。
贵州一次辐合线锋生极端暴雨过程的中尺度特征分析
[J].利用地面常规观测资料及加密自动站观测资料、FY-2G卫星云图、多普勒天气雷达产品和ERA5再分析资料,对2021年5月10日贵州东部和北部的一次辐合线锋生极端暴雨过程中尺度特征进行分析,初步探讨其形成机制。结果表明:此次极端暴雨过程发生在低涡切变背景下,低层强盛的南风为中尺度对流系统发生发展输送了充足的水汽和不稳定能量,地面辐合线及锋生提供了触发条件,暴雨区主要位于云团云顶亮温低值中心西侧或南侧梯度大值区,并沿地面辐合线呈东西向带状分布,最强降水发生在对流云团合并阶段。辐合线锋生作用在其西侧频繁触发对流单体,新生对流单体沿地面辐合线东移发展,持续影响贵州东部和北部地区。在降水最强的两个阶段,雷达回波呈现暖云和悬垂结构特征。地面辐合线及其锋生、上游降水带来的降温增压以及持续增强的南风有利于暴雨区水汽辐合增强,而垂直方向上纬向、经向中尺度次级环流上升支正好位于特大暴雨中心附近,有利于中尺度对流系统维持和增强。
登陆华东台风降水分布特征
[J].为研究华东地区台风降水、台风内核降水特征及大尺度环流对台风内核降水分布的影响,利用国家气象信息中心提供的逐日降水观测资料、NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)再分析资料,运用动态合成分析方法,对比分析台风登陆过程中台风内核降水分布不同的两类台风(L型、R型内核降水台风)大尺度环流特征。结果表明:(1)影响华东地区的台风主要在夏季登陆,台风登陆及带来极端降水的次数都具有“单峰型”的月际分布特征,降水分布从沿海向内陆、由南向北逐渐递减。(2)台风内核降水具有不对称性,强降水更易出现在高低空辐散辐合场相配合且上升运动维持较好的一侧。(3)L型内核降水台风主要受暖平流控制,环流西部存在多个冷平流中心,冷暖平流交汇增强了大气对流不稳定性,为降水提供了不稳定能量;R型内核降水台风登陆后主要受冷平流控制,环流东北部存在暖平流,冷暖平流相互作用使大气稳定度降低,有利于路径右侧降水发生。(4)L型内核降水台风在其环流西南部存在强水汽辐合,有利于路径左侧降水发生;R型内核降水台风在登陆期间,环流东北部水汽辐合中心维持时间长,有利于路径右侧降水系统的发生发展。高低空辐散辐合配置、冷暖平流以及水汽输送是影响台风内核降水分布的主要因子。
Extratropical transition of western north Pacific tropical cyclones: Midlatitude and tropical cyclone contributions to intensification
[J].
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