0 引言
热带气旋（Tropical Cyclone，TC）是造成特大暴雨的主要灾害性天气系统之一（Villarini et al.，2014；Ayat et al.，2022）。河南省多次特大暴雨事件均与TC活动密切相关（王新敏等，2002）。例如，台风1312号“潭美”（郑世林等，2020）、1818号“温比亚”（王红燕等，2020；王军等，2021）均在登陆阶段引发强降水，而“21·7”郑州特大暴雨则属于TC远距离降水事件（苏爱芳等，2021；靳冰凌等，2022；苏爱芳等，2022；汪小康等，2022），发生于台风“烟花”仍位于海面上的阶段。此类暴雨常造成严重的洪涝灾害和经济损失，“75·8”驻马店特大暴雨和“21·7”郑州特大暴雨更伴随重大人员伤亡。由于远距离暴雨往往发生在距TC中心较远的区域，业务预报中易被忽视，导致预报偏差，因此TC是否引发内陆远距离暴雨成为预报关注的重点。研究表明，河南省是我国TC远距离暴雨的高发区之一（丛春华等，2012）。目前，针对TC远距离暴雨的系统性研究主要集中在宁夏（闫军等，2020）、陕西（侯建忠等，2006）、山东（杨晓霞等，2008）等地。侯建忠等（2006）根据TC与暴雨区的相对位置，将TC远距离暴雨分为近距离型与远距离型，并总结了其发生前12 h的环流特征；杨晓霞等（2008）建立了山东省TC远距离暴雨的气候概念模型，指出TC与目标区之间能否建立温湿输送通道是关键；闫军等（2020）总结出两类影响宁夏的TC远距离暴雨预报模型，并发现存在明显的TC东侧至目标区的水汽输送通道；丁治英等（2014）则从环流形势、水汽条件等方面将TC远距离暴雨归纳为5种类型，并通过敏感性试验验证了TC外围环流对水汽输送的关键作用。其余研究多为典型个例或对比分析（李明等，2011；杨德南等，2019；彭力等，2022；苏洋等，2023；张树民等，2024）。河南省的相关研究同样以个例为主，早期王新敏等（2002）研究发现，影响河南区域性强降水的TC多自闽浙一带登陆，并在登陆后1~3 d造成暴雨；近年来研究则揭示了远距离TC对河南特大暴雨的水汽输送作用，如台风“烟花”和“查帕卡”均与河南建立了水汽通道（王军等，2022）。此外，TC常与中低纬度系统（如西风槽、华北冷涡、弱冷空气、高低空急流、副热带高压等）相互作用，从而触发河南区域性强降水（范学峰等，2007；李改琴等，2007；葛战旗，2017；司福意等，2021；王瑞祥，2021；孙其明等，2023），但整体仍缺乏系统研究。由于远距离暴雨具有明显的地域差异性，既有模型难以直接应用于河南省，迫切需要开展本地化的特征归纳与预报模型构建。
1 资料与方法
所用资料包括2001—2023年国家气象中心提供的常规高空与地面气象观测资料、中国气象局（China Meteorological Administration，CMA）的最佳热带气旋路径数据集以及美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Centers for Atmospheric Reasearch，NCEP/NCAR）水平分辨率为1°×1°，垂直方向41层的FNL多要素逐日再分析资料（时间间隔6 h）。水汽来源追踪采用拉格朗日混合单粒子轨道模型（Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model，HYSPLIT），该模型通过拉格朗日单粒子运动模型反演气流扩散过程（王明星等，2000；戚佳明，2014）。选取10°N—50°N、90°E—140°E作为研究区。
参考陈联寿（2007）与丁治英等（2014）对TC远距离暴雨的定义，结合驻马店地域特点，对驻马店市区域性TC远距离暴雨的选取标准如下：（1）暴雨区位于TC环流范围之外，雷达回波上两者间具有明显界限；（2）700 hPa或850 hPa存在从TC指向研究区的明确水汽通道[850 hPa以下水汽通量≥5 g·（s·hPa·cm）-1]；（3）沿水汽通道至少存在一个中纬度天气系统与TC相互作用；（4）研究区内（共10个国家站）至少有3个不同县（区）测站24 h降水量≥50 mm（20：00至次日20：00）。当某一暴雨事件满足上述全部条件时，以暴雨发生当日命名个例（如“20100718”表示降水时段为2010年7月17日20：00—18日20：00，北京时，下同）。为简化表述，文中对TC强度分级采用以下缩写：热带低压（Tropical Depression，TD）、热带风暴（Tropical Storm，TS）、强热带风暴（Severe Tropical Storm，STS），台风（Typhoon，TY）、强台风（Strong Typhoon，STY）和超强台风（Super Typhoon，Super TY）。
2 远距离暴雨及TC统计特征
2.1 TC远距离暴雨时空分布特征
按同一区域内至少3站日降水量≥50 mm为标准，驻马店2001—2023年共发生区域性暴雨64次，年均约3次。其中24次暴雨过程存在TC的参与或影响（若同一TC造成多次区域性暴雨，则按多次计），占全部暴雨次数的38％；进一步统计显示，上述24次暴雨过程中有21次符合TC远距离暴雨标准，占全部暴雨过程的33％，表明TC远距离暴雨在驻马店暴雨类型中占有重要比重。
从空间分布（图1）来看，驻马店TC远距离暴雨日数呈块状分布，东北多、其余地区少，新蔡总日数最少，为3~4 d，其余县区TC远距离暴雨总日数均在6 d以上，东北部可达9~11 d；从TC远距离暴雨日数占区域性暴雨总日数的比重来看，东北偏多、西北及东南部偏少，泌阳县占比达30%，表明TC远距离暴雨在该县发生的概率较大，驻马店西部与东北部更易受远距离TC影响。
图1
图1
2001—2023年驻马店TC远距离暴雨日数（a，单位：d）及其在区域性暴雨总日数中的占比（b，单位：%）的空间分布
Fig.1
Spatial distribution of days of TRP affecting Zhumadian (a, Unit: d) and its percentage in the total number of regional rainstorm days (b, Unit: %) from 2001 to 2023
图2
图2
2001—2023年6—9月驻马店区域性暴雨日数及TC远距离暴雨日数逐旬分布
Fig.2
Ten-day distribution of regional rainstorm days and TRP days in Zhumadian from June to September during 2001-2023
2.2 TC强度与路径特征
TC的强度和路径演变对远距离暴雨的发生具有重要影响（张雅斌等，2014）。对驻马店市21次TC远距离暴雨过程的TC中心位置进行统计[（图3（a）]可见，其分布较为分散（TC中心位置以暴雨发生当天研究区内降水站点开始出现降水的时刻为基准）。其中，海南岛及其邻近海域为明显的TC集中区，其余TC中心多分布在台湾岛以东18°N—25°N、125°E—135°E范围内。统计21次远距离暴雨过程对应的TC路径[图3（b），图中仅显示后文合成分析所用个例]可见，共有16个TC发源于菲律宾以东洋面，其中12个以西北方向进入我国沿海并进一步北上或深入内陆，4个TC则西行进入南海；另有5个TC发源于南海，路径多以西北行为主。
图3
图3
2001—2023年驻马店TC远距离暴雨期间TC中心的位置分布（a）及两类TC路径汇总（b）
（圆点表示TC中心位置，红色矩形方框为研究区）
Fig.3
Location distribution of tropical cyclone centers in case of TRPs in Zhumadian (a) and summary of tropical cyclone paths (b) from 2001 to 2023
(The dots indicate TC center location, the red rectangular box indicates study area)
图4
图4
引发远距离暴雨的TC最强强度（a）和产生远距离暴雨时刻的TC强度（b）
Fig.4
The distribution of TC strongest intensity (a) and intensity at the time of TRP (b)
3 远距离暴雨合成分析
综合TC分布与路径特征，影响驻马店市远距离暴雨的TC主要位于南海及西太平洋洋面。根据暴雨发生时TC中心的主要分布区域，可将其分为两类（表1）：Ⅰ类TC中心主要分布在台湾岛附近，典型个例包括20010724、20070714、20120820、20120826、20160926、20210720和20210822；Ⅱ类TC中心主要位于海南岛附近，典型个例包括20060704、20100718、20130624、20130801、20150624和20170715。个例分析表明，两类TC远距离暴雨在环流背景和水汽输送特征上存在明显差异。因此，有必要分别建立两类远距离暴雨的预报思路，以深化对TC远距离暴雨发生机制的认识并为业务预报提供参考。
表1 Ⅰ类和Ⅱ类典型TC个例信息
Tab.1
| 国内TC编号 | 中文名称 | 最强时刻 强度 | 暴雨发生时 强度 | 暴雨发生时气旋 中心位置 | 暴雨日 | 暴雨站 点数 | 最大日 降水量/mm | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I类 | 107 | 玉兔 | TY | STS | 19.9°N，121.2°E | 2001-07-24 | 3 | 174.0 |
| 704 | 万宜 | Super TY | TY | 28.4°N，127.7°E | 2007-07-14 | 8 | 128.0 | |
| 1214 | 天秤 | STY | STY | 18.0°N，124.8°E | 2012-08-20 | 6 | 170.0 | |
| 1215 | 布拉万 | Super TY | STY | 25.2°N，129.6°E | 2012-08-26 | 4 | 188.0 | |
| 1617 | 鲇鱼 | Super TY | STY | 20.8°N，127.3°E | 2016-09-26 | 3 | 97.0 | |
| 2106 | 烟花 | Super TY | STY | 24.0°N，131.5°E | 2021-07-20 | 4 | 74.0 | |
| 2112 | 奥麦斯 | STS | TS | 22.7°N，127.1°E | 2021-08-22 | 4 | 69.6 | |
| II类 | 2006050 | nameless | TD | TD | 18.8°N，110.2°E | 2006-07-04 | 3 | 78.0 |
| 1003 | 灿都 | TY | TD | 15.1°N，117.1°E | 2010-07-18 | 3 | 59.0 | |
| 1305 | 贝碧嘉 | TS | TD | 21.2°N，105.9°E | 2013-06-24 | 3 | 68.0 | |
| 1309 | 飞燕 | STS | TS | 15.6°N，113.9°E | 2013-08-01 | 3 | 82.0 | |
| 1508 | 鲸鱼 | STS | TS | 20.4°N，107.1°E | 2015-06-24 | 5 | 90.0 | |
| 1704 | 塔拉斯 | STS | TS | 16.8°N，112.3°E | 2017-07-15 | 3 | 102.0 |
3.1 TC远距离暴雨环流背景演变特征
3.1.1 Ⅰ类TRP环流特征
为探讨TC与环流形势演变对驻马店TC远距离暴雨的影响，将暴雨发生时刻记为t0，发生前24 h记为t-24。合成分析（图5）表明，TRP发生前24 h环流形势已初步建立，河南上空出现辐散中心，但200 hPa高空急流经向性不明显，急流位置偏北且强度较弱。t0时刻，200 hPa中纬度地区存在一支显著西风急流，其中心风速超过36 m·s-1，急流轴呈西南、东北走向，河南位于急流入口区右后方的强辐散区控制下，高层辐散明显增强，有利于深厚对流云发展。500 hPa t-24时刻TC位置偏东，副热带高压脊线位于30°N附近，受TC“挤压”而产生形变，脊点西伸至江西，高压坝阻挡TC北侧暖湿气流输送；t0时刻，TC中心西移、副高东退，脊线北抬至32°N，TC与暴雨区之间的水汽通道被打通，同时东移的西风槽受副高阻挡而减速，平均西风槽线位于108°E，河南处于槽前西南气流控制区，上空正涡度平流加强，有利于高空辐散和垂直上升运动的进一步维持。对流层低层环流显示水汽输送路径明显，可辨别出TC北侧偏东气流在副高引导下输送入我国内陆，部分在河南东南部上空辐合；850 hPa急流具有类似特征。TRP发生前仅在850 hPa出现弱辐合，t0时刻辐合中心明显增强，并与中纬度系统（槽、涡、切变线）相互作用，表现出高低空急流耦合特征，有利于垂直上升运动的维持和发展。
图5
图5
Ⅰ类远距离暴雨t-24（a、c、e、g）与t0（b、d、f、h）时刻200 hPa急流（箭矢，单位：m·s-1）、散度（等值线，单位：10-6 s-1）及等风速填色（阴影，单位：m·s-1）（a、b）、500 hPa位势高度场（等值线，单位：dagpm）及涡度场（阴影，单位：10-5 s-1）（c、d）、700 hPa（e、f）及850 hPa（g、h）风场（箭矢，单位：m·s-1）、散度（等值线，单位：10-6 s-1）及等风速填色（阴影，单位：m·s-1）
（黑色圆点为暴雨区，下同）
Fig.5
The 200 hPa jet (arrow vectors, Unit: m·s-1), divergence (the isolines, Unit: 10-6 s-1), and isotachs (the grey shaded, Unit: m·s-1) (a, b), the 500 hPa geopotential height field (the contour lines, Unit: dagpm) and vorticity (the grey shaded, Unit: 10-5 s-1) (c, d), and the wind fields (arrow vectors, Unit: m·s-1), divergence (the isolines, Unit: 10-6 s-1), and isotachs (the grey shaded, Unit: m·s-1) at 700 hPa (e, f) and 850 hPa (g, h) at t-24 (a, c, e, g) and t0 (b, d, f, h) of the type Ⅰ TRP
(The black dot represents the torrential rain area, the same as below)
3.1.2 Ⅱ类TRP环流特征
200 hPa[图6（a）、（b）]，II类TC远距离暴雨高空急流强度较Ⅰ类偏弱，但在t0时刻仍呈现明显的非纬向性特征。500 hPa t-24时刻[图6（c）]平均TC中心位于海南岛以西，环流强度较Ⅰ类弱，为闭合单圈结构，副高偏南，脊线位于28°N附近并西伸至115°E，控制华东部分地区。西风槽南部受副高阻挡，整体呈西南—东北走向，平均位置线位于105°E附近，河南省长时间处于槽前西南气流控制下，有利于暴雨的发生和维持；t0时刻[图6（d）]500 hPa环流未有明显变化，但TC受登陆影响强度减弱，西风槽东移并进一步加深。700 hPa[图6（e）、（f）]，平均TC中心位于海南岛附近，其东侧与副高之间形成一支西南急流，北上直达河南东南部，最远延伸至黄海海域。此类远距离暴雨的水汽主要来源于印度洋和南海，并在华南地区汇合后，经副高外围气流输送至华中和华南地区。850 hPa[图6（g）、（h）]急流与700 hPa类似，且强度更强。散度场分析表明，Ⅱ类暴雨高层存在两个辐散中心，河南位于其间，辐散强度较Ⅰ类偏弱，低层850 hPa辐合中心亦不明显，因此该类暴雨过程的强度通常弱于Ⅰ类。从时间演变来看，与Ⅰ类远距离暴雨相似，TRP发生前河南上空200 hPa已出现辐散，700 hPa和850 hPa均存在辐合中心，但整体强度均较t0时刻弱。
图6
图6
Ⅱ类远距离暴雨t-24（a、c、e、g）与t0（b、d、f、h）时刻200 hPa急流（箭矢，单位：m·s-1）、散度（等值线，单位：10-6 s-1）及等风速填色（阴影，单位：m·s-1）（a、b）、500 hPa位势高度场（等值线，单位：dagpm）及涡度场（阴影，单位：10-5 s-1）（c、d）、700 hPa（e、f）及850 hPa（g、h）风场（箭矢，单位：m·s-1）、散度（等值线，单位：10-6 s-1）及等风速填色（阴影，单位：m·s-1）
Fig.6
The 200 hPa jet (arrow vectors, Unit: m·s-1), divergence (the isolines, Unit: 10-6 s-1), and isotachs (the grey shaded, Unit: m·s-1) (a, b), the 500 hPa geopotential height field (the contour lines, Unit: dagpm) and vorticity (the grey shaded, Unit: 10-5 s-1) (c, d), and the wind fields (arrow vectors, Unit: m·s-1), divergence (the isolines, Unit: 10-6 s-1), and isotachs (the grey shaded, Unit: m·s-1) at 700 hPa (e, f) and 850 hPa (g, h) at t-24 (a, c, e, g) and t0 (b, d, f, h) of the type Ⅱ TRP
综上，t-24时刻200 hPa辐散中心和850 hPa辐合中心的出现，对未来24 h TRP的发生具有一定指示意义，而中低层水汽通道能否建立是TRP形成的关键。Ⅱ类远距离暴雨的水汽输送通道较Ⅰ类更为明显，急流强度更强，但暴雨强度却偏弱（表1），这表明远距离暴雨强度主要取决于高空辐散与低层辐合中心的强度，高低空急流耦合所激发的垂直上升运动是决定暴雨强度的关键因素。
3.1.3 Ⅰ类和Ⅱ类环流特征异同点
对比两类远距离暴雨的环流特征可见，TRP发生前24 h两类过程均表现出高层辐散、低层辐合的配置，但强度均较t0时刻弱，且Ⅰ类低层辐合主要集中在850 hPa。t0时刻，200 hPa高空急流在两类过程中均呈现明显的非纬向性；500 hPa则表现为TC、副高与西风槽的相互作用，共同构成河南夏季暴雨的典型大尺度环流形势，中低层均存在一支源自TC外围的水汽输送通道，大量水汽在副高外围气流引导下直达研究区，水汽通道的建立配合动力条件共同导致了暴雨的发生。
两类远距离暴雨的主要差异表现：（1）Ⅰ类副热带高压脊线位于32°N附近，较Ⅱ类偏北3~5个纬距，脊点亦偏东；（2）Ⅰ类500 hPa环流经向性更强，平均西风槽位置较Ⅱ类偏东约2个经距，而Ⅱ类西风槽整体呈西南、东北走向；（3）Ⅰ类水汽主要来源于台湾岛以东洋面，700 hPa与850 hPa急流路径与强度接近；Ⅱ类水汽主要来源于印度洋和南海海域，850 hPa和700 hPa水汽输送路径一致，但850 hPa急流强度较700 hPa更强；（4）Ⅱ类水汽输送通道较Ⅰ类明显，急流强度也更强，但降水强度偏弱。这表明，TC远距离暴雨的强度主要取决于高空辐散与低层辐合中心的强度，高低空急流的耦合作用及其触发的垂直上升运动是决定降水强度的关键因素。
3.2 水汽输送特征
为进一步探究两类远距离暴雨的水汽来源及输送路径，采用HYSPLIT模型对驻马店（32.58°N，114.01°E）进行暴雨发生前96 h空气质点轨迹追踪。设置3 000、1 500、700 3个高度层，分别对应700、850和925 hPa，从I类和II类个例中挑选6个典型过程进行模拟。结果（图7）表明，Ⅰ类远距离暴雨过程的中低层水汽来源较为分散，700 hPa水汽主要来源于我国东海及西太平洋，850 hPa水汽主要来自台湾岛以东洋面，925 hPa水汽源于我国东部沿海地区，各层水汽输送路径差异较大，但整体均以偏东气流为主。Ⅱ类过程的中低层水汽则相对集中，主要来自海南岛附近海域，并以偏南气流输送为主。该结果与前文对不同高度层水汽通道的诊断分析基本一致。
图7
图7
Ⅰ类（a、b、c）和Ⅱ类（d、e、f）驻马店TC远距离暴雨水汽后向轨迹
Fig.7
The water vapor backward tracks of Zhumadian TRPs of the type I (a, b, c) and the type II (d, e, f)
4 远距离暴雨预报思路
通过对两类典型远距离暴雨个例的合成分析，总结得到两类远距离暴雨的预报思路（图8）。两类暴雨过程均受副热带高压、西风槽、TC以及高、低空急流的共同作用，但系统空间配置和水汽来源存在差异：Ⅰ类过程的副高脊线位置较Ⅱ类偏北、脊点偏东，平均西风槽偏东；Ⅱ类过程500 hPa环流经向度较弱，中低层存在一条由印度洋和南海输入的水汽通道，而Ⅰ类水汽主要来自台湾岛以东洋面。
图8
图8
Ⅰ类（a）、Ⅱ类（b）影响驻马店的TC远距离暴雨预报思路
Fig.8
Forecasting approaches of Zhumadian TRPs of the type I (a) and the type II (b)
5 结论与讨论
利用CMA最佳TC路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料，对2001—2023年驻马店TC远距离暴雨进行个例筛选、统计与合成分析，得到以下主要结论。
（1）远距离暴雨占驻马店总暴雨的33％，是该地区暴雨的重要类型，其主要发生在7月中下旬及8月。远距离暴雨日数在空间上表现为东北部多、其他地区少的块状分布。
（2）能够触发远距离暴雨的TC强度范围从TD到Super TY不等，大多数暴雨发生在TC强度增强或最强阶段，此时TC中心多位于海面，主要分布于台湾岛以东洋面及海南岛附近。
（3）根据TC中心位置分布特征，远距离暴雨可分为两类。合成分析表明，驻马店远距离暴雨的主要影响系统为TC、副热带高压、西风槽及高、低空急流，急流和西风槽的高低空配置为暴雨提供了低层辐合、高层强辐散的大尺度背景场。副高和TC外围偏东、偏南气流为水汽与能量输送提供有利条件。两类过程的主要差异在于TC、副高和西风槽的位置配置及水汽来源。
（4）TRP发生前24 h，两类过程均已出现高层辐散和低层辐合，但强度弱于发生时刻，其中Ⅰ类低层辐合主要集中在850 hPa。关键系统位置以及远距离TC是否能与研究区建立水汽输送通道，对暴雨能否发生具有决定性作用，而高低空急流耦合所触发的垂直运动是决定暴雨强度的关键因素。
综上，TC远距离暴雨是多系统相互作用的结果。本文试图从水汽特征与环流诊断角度研究其形成机理，但仍存在若干问题有待深入探讨，例如，台湾岛与海南岛附近同时存在双TC时，是否更易诱发远距离暴雨；在相似的环流配置下为何存在未发生暴雨的个例，是否与槽脊深浅及急流强度有关；此外，本文研究的TRP仅限于TC位于130°E以西、15°N以北时，而在此范围之外仍存在若干超远距离TRP，其水汽与环流特征是否与Ⅰ类、Ⅱ类具有共性或差异，均值得进一步系统研究。
参考文献
Intensification of subhourly heavy rainfall
[J].
Sensitivity of tropical cyclone rainfall to idealized global-scale forcings
[J].
