陳敏艷，劉愛鳴，陳秋萍

(福建省氣象臺(tái)，福建 福州 350001)

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2014年2號(hào)熱帶低壓導(dǎo)致福建閩西北災(zāi)害成因分析*

陳敏艷，劉愛鳴，陳秋萍

(福建省氣象臺(tái)，福建 福州 350001)

摘要:2014年8月19日，南海熱帶低壓在福建漳浦沿海登陸后北上，造成福建閩西北大暴雨并引發(fā)洪澇地質(zhì)災(zāi)害，受災(zāi)人口近10萬人，因滑坡死亡4人，直接經(jīng)濟(jì)損失2.5億元。各種數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)這場暴雨強(qiáng)度和落區(qū)的預(yù)報(bào)都有較大誤差。利用自動(dòng)站加密觀測(cè)資料、雷達(dá)產(chǎn)品、常規(guī)天氣圖對(duì)這場大暴雨過程進(jìn)行分析，結(jié)果表明，南海熱帶低壓登陸北上后與冷空氣共同作用造成了此次大暴雨。大暴雨是在高空槽東移、中低層切變、鋒面南壓和南海熱帶低壓北上天氣背景下產(chǎn)生。熱帶低壓登陸福建后靠近冷空氣帶來的濕斜壓鋒區(qū)、中低層切變附近的正渦度區(qū)和高空槽前西南急流軸之右側(cè)的高空輻散區(qū)，強(qiáng)度得到維持。熱帶低壓北上為暴雨區(qū)上空輸送了大量高能高濕的水汽，并與南下冷空氣相互作用，不穩(wěn)定條件和上升運(yùn)動(dòng)明顯加劇，觸發(fā)了對(duì)流的發(fā)展。南海熱帶低壓云團(tuán)與西風(fēng)槽前對(duì)流云團(tuán)在閩西北上空合并，對(duì)流云團(tuán)獲得進(jìn)一步發(fā)展。大暴雨落區(qū)與濕斜壓鋒區(qū)、對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)、高低層正負(fù)濕位渦疊加區(qū)和垂直上升區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞:熱帶低壓；冷空氣；大暴雨；災(zāi)害；濕斜壓鋒區(qū)； 對(duì)流不穩(wěn)定；福建閩西北

熱帶低壓(以下簡稱TD)是生成于熱帶洋面上熱帶氣旋的一種, 其地面最大中心風(fēng)速在10.8～17.1 m/s之間，風(fēng)場呈明顯的氣旋式，伴有深厚的對(duì)流或螺旋云帶。TD在我國東部和南部沿海地區(qū)時(shí)有發(fā)生，是造成我國東部和南部沿海地區(qū)夏季暴雨和洪澇災(zāi)害的主要天氣系統(tǒng)之一，但次數(shù)不多, 登陸并和冷空氣相互作用帶來暴雨的更少。由于登陸TD極少出現(xiàn), 所以對(duì)它的研究很少。TD的強(qiáng)度不如臺(tái)風(fēng)，其路徑、暴雨強(qiáng)度和落區(qū)的預(yù)報(bào)難度較大，在防御上也常沒有引起足夠的重視。劉漢華等[1]分析了浙江北部一次熱帶低壓引發(fā)的大暴雨過程；趙付竹等[2]分析了南海一次熱帶低壓外圍偏東氣流引發(fā)的異常強(qiáng)降水過程，結(jié)果均表明：偏東風(fēng)急流起到重要作用，為暴雨產(chǎn)生提供了水汽、能量和動(dòng)力條件。許多學(xué)者研究了上?！?185”熱帶低壓特大暴雨[3-4]，表明局地生成的MCC 直接導(dǎo)致了這次暴雨過程，其形成發(fā)展與低壓內(nèi)部特有的動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。還有一些文章分析了臺(tái)風(fēng)減弱的熱帶低壓產(chǎn)生的強(qiáng)降水帶來泥石流、山體滑坡等次生災(zāi)害的原因[5-6]。上述的分析都沒有涉及到熱帶低壓和冷空氣共同作用導(dǎo)致暴雨強(qiáng)度和落區(qū)異常。

2014年8月19日10時(shí)，TD在福建漳浦沿海登陸北上，閩西北多地出現(xiàn)夏季罕見的大暴雨，2個(gè)縣市日降水量刷新本站同期歷史紀(jì)錄，造成閩西北地區(qū)嚴(yán)重的洪澇、地質(zhì)災(zāi)害。初步分析這場大暴雨過程與TD和冷空氣的共同作用有密切的關(guān)系。各家數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)這場強(qiáng)降水的強(qiáng)度和落區(qū)預(yù)報(bào)都有較大誤差，比如天氣預(yù)報(bào)員喜歡參考的歐洲中心(EC)的降水預(yù)報(bào)模式(包括EC的集合平均、概率匹配)， 18 日20 時(shí)的起報(bào)場對(duì)這一時(shí)段(即8月19 日08時(shí)—20 日08 時(shí))的降水只報(bào)到了暴雨，特別是把暴雨落區(qū)報(bào)在TD路徑右側(cè)的閩東北，預(yù)報(bào)與實(shí)況偏差很大，這給我們的預(yù)報(bào)和決策服務(wù)增加了難度。登陸閩南沿海的熱帶低壓與冷空氣共同作用造成閩西北洪澇地質(zhì)災(zāi)害，這次暴雨過程的預(yù)報(bào)屬于業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中的疑難暴雨范疇，熱帶氣旋(TC)與中緯度環(huán)流的相互作用產(chǎn)生的暴雨的成因復(fù)雜，預(yù)報(bào)難度大，需要進(jìn)行深入的分析研究。本文利用多種觀測(cè)資料，采用天氣動(dòng)力學(xué)分析方法對(duì)南海熱帶低壓登陸后與冷空氣相互作用導(dǎo)致的暴雨異常分布進(jìn)行分析，以期進(jìn)一步揭示出這類熱帶低壓暴雨異常分布的成因。

12014年2號(hào)熱帶低壓基本概況

1.1熱帶低壓路徑和強(qiáng)度概況

2014年8月18日20時(shí)，當(dāng)年的第2個(gè)熱帶低壓在南海東部海面上生成(以下簡稱2號(hào)TD)，生成后向偏北方向移動(dòng)，19日10時(shí)在福建漳埔沿海登陸,登陸時(shí)中心氣壓1 004 hPa，風(fēng)速15 m/s。登陸后先是向北偏西方向移動(dòng)，19日17時(shí)進(jìn)入福建三明市，爾后沿著東北西南走向的戴云山脈-鷲峰山脈向東北方向前行， 19日20時(shí)進(jìn)入福建南平市，中心氣壓仍維持在1 004 hPa，風(fēng)速13 m/s，經(jīng)南平、寧德，20日05時(shí)進(jìn)入浙江省(圖1)。該低壓維持時(shí)間長，登陸福建北上過程中強(qiáng)度沒有明顯減弱，19日福建沿海平均風(fēng)力7～8級(jí)，陣風(fēng)9級(jí)(24.7 m/s)；20日14時(shí)到達(dá)長江口時(shí)仍有完整的低壓環(huán)流, 中心氣壓1 004 hPa，風(fēng)速13 m/s，陣風(fēng)達(dá)20 m/s。

圖1　2014年8月19日08時(shí)-20日08時(shí)降水和熱帶低壓路徑(上)及順昌良種場逐時(shí)雨量(下)

1.2熱帶低壓暴雨和災(zāi)害概況

由福建雷達(dá)組合反射率因子拼圖可見(圖2)，19日08：37時(shí)(圖2 a)2號(hào)TD渦旋云系在閩東南沿海，伴有螺旋對(duì)流云，緩慢向北移動(dòng)；閩西北為槽前的對(duì)流云帶，向東偏南方向移動(dòng)，10-14時(shí)(圖2b、c)兩者均有所發(fā)展并逐漸靠近，15時(shí)(圖2d)二者在福建省中部合并，強(qiáng)度明顯加強(qiáng)并向北緩慢移動(dòng)。受其影響，閩中至閩北普遍出現(xiàn)暴雨，部分地區(qū)達(dá)大暴雨，以順昌良種場312.7 mm/24h為最大。強(qiáng)降水主要集中在17時(shí)至22時(shí)，中北部地區(qū)一些縣市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)持續(xù)3～4 h降水，每小時(shí)雨量都在30 mm以上，暴雨中心順昌良種場19日20時(shí)-21時(shí)1 h雨量達(dá)到115.5mm，18時(shí)-21時(shí)3 h雨量達(dá)到226.1 mm(圖1)。永安(134.7 mm)、沙縣(111.4 mm)日降水量均刷新本站8月歷史紀(jì)錄，其中永安為本站歷史第三大值。由于短時(shí)雨強(qiáng)大，持續(xù)時(shí)間長，造成閩西北嚴(yán)重的洪澇、地質(zhì)災(zāi)害，多地河水暴漲、山體滑坡，316國道和鷹廈鐵路因山洪地質(zhì)災(zāi)害中斷通行，受災(zāi)人口近10萬人，緊急轉(zhuǎn)移安置人口7 000多人，南平延順高速峽陽鎮(zhèn)安科村大源隧道口山體滑坡致4名工人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失2.5億元。

圖2　2014年8月19日08-17時(shí)福建雷達(dá)組合反射率因子拼圖

22014年2號(hào)熱帶低壓至災(zāi)成因分析

分析8月19日08時(shí)高空、地面天氣形勢(shì)可見，500 hPa中高緯地區(qū)為兩槽一脊，青藏高原到貝加爾湖地區(qū)為脊，兩側(cè)為槽。東槽位于亞洲東岸，槽底南伸至30°N，并與南支槽疊加；副熱帶高壓成塊狀，中心位于日本南部，588線西伸進(jìn)入南海。與500 hPa同期旬平均高度場比較，西風(fēng)槽明顯偏南偏強(qiáng)，副熱帶高壓偏強(qiáng)但脊線偏南，造成影響福建的冷空氣較同期偏強(qiáng)；而02號(hào)TD正處在日本南部塊狀副高西側(cè)，受偏南氣流引導(dǎo)向偏北方向移動(dòng)并很快越過副高脊線轉(zhuǎn)向北偏東方向移動(dòng)，冷暖空氣在福建交匯。850 hPa切變線呈東北-西南向從廣西伸向江西東北部；925 hPa切變線呈東-西向從廣西伸向福建南部；700 hPa、850 hPa、925 hPa高空?qǐng)D上，廈門站上空吹東南風(fēng)，汕頭站上空吹偏北風(fēng)，表明02號(hào)TD位于閩粵交界處沿海；地面圖上，冷鋒到達(dá)武夷山脈(圖3 a)。隨后，在高空偏北氣流作用下，850 hPa切變和地面鋒面東段南壓，同時(shí)，02號(hào)TD北上，南北兩個(gè)系統(tǒng)逐漸靠近。19日20時(shí)，850 hPa切變和TD已在福建北部重疊，148 dgpm的低壓環(huán)流中心在邵武站東南部，切變線穿過低壓中心，福建境內(nèi)高度普遍下降2 dgpm，切變南側(cè)西南氣流明顯加強(qiáng)，12～14 m/s的急流從廣東南部伸到福建沿海，暴雨區(qū)上空產(chǎn)生強(qiáng)的風(fēng)向和風(fēng)速的氣旋性輻合；850 hPa切變和TD中心還與925 hPa切變和TD中心重疊，有利于形成深厚的上升運(yùn)動(dòng)(圖3b)。中低層南北不同天氣系統(tǒng)的靠近使低層輻合和抬升作用加強(qiáng)；南北氣流的交匯使不穩(wěn)定能量加大，從而促進(jìn)了對(duì)流發(fā)展和降水加強(qiáng)。同時(shí)，由圖3可見，暴雨期間，500 hPa低槽和200 hPa急流軸少動(dòng)，福建始終處在500 hPa高空槽前、 200 hPa高空急流入口區(qū)的右側(cè)并有分流，高空有強(qiáng)輻散。暴雨和大暴雨分布在850 hPa切變的南側(cè)、850 hPa西南急流和TD路徑的左側(cè)；大暴雨分布在TD與冷鋒交匯的區(qū)域；最強(qiáng)降水出現(xiàn)在冷鋒與TD交匯時(shí)。本次盛夏罕見的由非臺(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)降水過程是在冷空氣南下和南海TD北上的天氣背景下產(chǎn)生，不同天氣系統(tǒng)的相互作用及有利的空間配置是暴雨天氣維持和加強(qiáng)重要原因。

(注：圖3a中的數(shù)字為19日08時(shí)-20日08時(shí)24 h累計(jì)雨量，藍(lán)色字為暴雨，紫色字為大暴雨)圖3　2014年8月19日08時(shí)、20時(shí)500 hPa高度場和高低空系統(tǒng)配置

3熱帶低壓登陸后長時(shí)間維持原因分析

這次降雨過程強(qiáng)度強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間長，與02號(hào)TD登陸福建后移速緩慢，強(qiáng)度沒有減弱，在福建境內(nèi)停留時(shí)間長有密切關(guān)系，所以有必要分析TD強(qiáng)度長時(shí)間維持的原因。

3.1大尺度環(huán)境場提供了低層輻合和高層輻散

19日08時(shí)，1402號(hào)TD移到漳州沿海南端時(shí)，地面和925 hPa上，低壓中心位于從廣西伸向福建南部的東西向輻合線東側(cè)較強(qiáng)氣旋性輻合區(qū)中并與其西側(cè)寬廣的輻合區(qū)相連接，有利于低壓的氣旋式旋轉(zhuǎn)和氣流輻合上升。200 hPa，福建處在槽前高空急流入口區(qū)右側(cè)和南亞高壓脊線東南側(cè)分流造成的高空輻散區(qū)。大尺度環(huán)境場所提供的低層輻合和高層輻散，非常有利于TD長時(shí)間維持(圖3 a)。

3.2冷空氣作用

1402號(hào)TD在福建登陸北上期間,正逢北方有弱冷空氣南下, 8月19日08時(shí), 850 hPa切變線位于廣西-江西東北部，江西、福建北部中低層24 h降溫1～3 ℃。由850 hPa渦度場可見(圖4a、圖4b)，19日08時(shí)江南南部到華南有2個(gè)正渦度帶，1個(gè)位于廣西-江西，中心達(dá)6×10-5s-1，對(duì)應(yīng)的是850 hPa低渦切變；1個(gè)位于福建南部沿海，中心達(dá)5×10-5s-1，對(duì)應(yīng)的是TD(圖4a)。隨著切變南壓和低壓北上，TD對(duì)應(yīng)的正渦度區(qū)和切變東段對(duì)應(yīng)的正渦度區(qū)合并， 19日20時(shí)，TD中心位于福建三明境內(nèi)，對(duì)應(yīng)的正渦度中心達(dá)9×10-5s-1(圖4b)，強(qiáng)度明顯加強(qiáng)。進(jìn)一步分析垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)，由經(jīng)TD中心的渦度徑向垂直剖面圖(圖4c、圖4d)可見，19日08時(shí)，與TD和低空切變相對(duì)應(yīng)，300 hPa以下南北各有一個(gè)正渦度區(qū)(圖4c)，300 hPa以上，26°N以北是大面積的負(fù)渦度區(qū)域，是由高空急流軸之右側(cè)風(fēng)場的反氣旋水平切變?cè)斐伞?9日20時(shí)，北面的正渦度區(qū)并入TD正渦度區(qū)后，300 hPa以下各層面低壓中心上空的正渦度區(qū)域和值都明顯加大近一倍，同時(shí)低壓北上移到了高空槽前西南急流東南方的負(fù)渦度區(qū)下方(圖4d)，抽吸作用使垂直上升速度明顯加強(qiáng)。由垂直速度剖面圖可見，19日08時(shí)，南北各有一個(gè)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，南面低壓中心上空的上升運(yùn)動(dòng)中心最大值位于700～500 hPa之間，中心值為5×10-1Pa/s；北面切變線上空的上升運(yùn)動(dòng)中心最大值位于500 hPa附近，中心值為4.5×10-1Pa/s(圖4e)。19日20時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)中心最大值提高到500～400 hPa之間，中心值為16×10-1Pa/s，加大3倍之多(圖4f)。

圖4　2014年8月19日08時(shí)和20時(shí)850 hPa渦度、經(jīng)TD中心的渦度和垂直速度(ω)徑向垂直剖面圖(渦度單位：10-5s-1，ω單位：10-1 Pa/s)

圖5　2014年8月19日925 hPa θse(黑色等值線，單位：K；綠線，暴雨區(qū))

綜上分析表明，TD登陸后與冷空氣相互作用使中心渦旋強(qiáng)度和上升運(yùn)動(dòng)都明顯加強(qiáng)，并導(dǎo)致大暴雨發(fā)生。 冷空氣對(duì)TD的加強(qiáng)作用可概括為：TD靠近斜壓不穩(wěn)定區(qū)，中低層高空具有正渦度區(qū)，利于對(duì)流發(fā)展和氣旋性環(huán)流加強(qiáng)，使其強(qiáng)度加強(qiáng)；冷空氣活動(dòng)中常伴有高空低槽和槽前西南急流發(fā)展，TD移到高空槽前西南急流東南方時(shí)，急流軸之右側(cè)風(fēng)場的反氣旋水平切變使TD高空的輻散場加強(qiáng)，抽吸作用加強(qiáng)，使TD強(qiáng)度加強(qiáng)。

4TD 與冷空氣相互作用的物理場特征和暴雨落區(qū)關(guān)系

從以上分析看出，1402號(hào)熱帶低壓北上與北方南下弱冷空氣的相互作用是此次罕見強(qiáng)降水過程的主要原因。為了進(jìn)一步研究冷空氣與TD 相互作用在物理量場上的特征及與暴雨落區(qū)的關(guān)系，下面從假相當(dāng)位溫、濕位渦和垂直環(huán)流等方面作詳細(xì)分析。

4.1濕斜壓鋒區(qū)和大暴雨落區(qū)的關(guān)系

分析925 hPaθse場可見(圖5)，19日08時(shí)，350°K的θse高能軸從南海北部穿過TD中心，經(jīng)福建沿海到浙江南部沿海，與冷空氣相對(duì)應(yīng)的等θse密集帶位于江西、福建西北部到浙江中南部(圖5a)。隨著冷空氣南下和TD北上，南面的高能量在TD北側(cè)東南氣流作用下向西北擴(kuò)展，而北面的θse密集帶逐漸南壓，19日20時(shí)，高能軸穿過TD中心，經(jīng)福建中部和江西中部，θse密集帶位于福建中北部到浙江南部(圖5b)。大暴雨位于θse密集帶南側(cè)和高能舌北部之間，θse>340°K的區(qū)域(季風(fēng)氣團(tuán))。 高能舌為暴雨的發(fā)生提供了能量，西北的干冷空氣與東南的暖濕氣流在暴雨區(qū)交匯，此

處既有鋒區(qū)動(dòng)力抬升作用，又有濕斜壓不穩(wěn)定能量，有利于上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展和對(duì)流不穩(wěn)定能量釋放，促使對(duì)流發(fā)展。冷空氣的作用，使TD大暴雨不是位于TD右側(cè)的高能區(qū)和氣旋性輻合處，而是位于TD和鋒區(qū)之間的對(duì)流層低層冷空氣前部濕斜壓性最強(qiáng)的區(qū)域。濕斜壓性在這次大暴雨中起到了重要作用。

4.2對(duì)流不穩(wěn)定和大暴雨落區(qū)的關(guān)系

TD在福建登陸十幾個(gè)小時(shí), 長途跋涉進(jìn)入福建內(nèi)陸過程中的摩擦消耗, 本應(yīng)使降水減小，但到了19日夜，福建省中北降水不但沒有減弱, 反而加強(qiáng), 形成大暴雨。這是由來自南海的TD攜帶者大量水汽和能量在特定條件下受到冷空氣觸發(fā)作用形成的。北方南下的冷空氣位于TD輸送的低層暖濕氣流之上, 造成上下層不同的平流，使近地層的位勢(shì)不穩(wěn)定增強(qiáng)。由θse垂值緯向剖面圖可見(圖6a)，在500～700 hPa層附近有明顯的低能區(qū)(中心為330°K)從北方向南伸，低緯地區(qū)有一中心354°K的高能區(qū)向北伸展，暴雨區(qū)上空，500～700 hPa的南下干冷空氣疊加在850 hPa層以下的高能區(qū)上，有利對(duì)流不穩(wěn)定能量的積聚，當(dāng)與低層切變線和TD環(huán)流結(jié)合時(shí)，便能產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，造成強(qiáng)的暴雨。19日08時(shí)暴雨區(qū)700 hPa 與850 hPa 的θse之差達(dá)12～14°K, 具有強(qiáng)的不穩(wěn)定能量。由θse垂直緯向剖面圖可見(圖6b)，最強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)位于117°～118°E，這就解釋了為什么大暴雨是落在內(nèi)陸地區(qū)而不是沿海地區(qū)。

4.3濕位渦和大暴雨落區(qū)的關(guān)系

根據(jù)Hoskins 位渦理論[7]，可以認(rèn)為負(fù)的濕位渦代表不穩(wěn)定的暖濕氣流，正的濕位渦表示冷空氣活動(dòng)。分析2014年8月19日08時(shí)暴雨開始前的濕位渦垂直剖面圖(圖7a)可看出，低層22°N和27°N附近分別有1個(gè)-3PVU的濕位渦負(fù)值中心，暖濕空氣從低緯向北輸送，對(duì)流活動(dòng)層達(dá)到700 hPa高度。南面的負(fù)值中心與熱帶低壓相對(duì)應(yīng)，負(fù)值范圍大，700 hPa以下均為負(fù)值，為深厚的暖濕氣流；北面的負(fù)值中心與切變南側(cè)的西南氣流相對(duì)應(yīng)，負(fù)值范圍小，925 hPa及以下為正，以上為負(fù)，表明925 hPa及以下已受冷空氣影響，西南暖濕氣流在冷墊上爬升。在32°N以北，300 hPa 以上有一濕位渦大值區(qū)，大值中心位于38°N、118°E， 150 hPa 附近，中心值達(dá)119.1PVU，這一高值區(qū)與對(duì)流層高層或平流層冷空氣活動(dòng)有關(guān)。它向下向南伸展，+2PVU線到達(dá)27°N，500 hPa高度，疊加在-3PVU的濕位渦負(fù)值中心之上，南北2個(gè)系統(tǒng)MPV的垂直分布結(jié)構(gòu)是不一樣的。20 時(shí)，低層北上TD和南壓的切變已經(jīng)合并，濕位渦負(fù)值中心也并為一個(gè)，中心加強(qiáng)為-4PVU，位于26°N，其上500～300 hPa疊加著2PVU的濕位渦正值中心(圖7b)。說明對(duì)流層高層、對(duì)流層頂以及平流層的大值位渦擾動(dòng)下傳，即高M(jìn)PV值的干冷空氣(即低相對(duì)濕度和高位渦表征的干燥下沉氣流) 疊加在低層暖濕氣流所對(duì)應(yīng)的負(fù)濕位渦區(qū)上。根據(jù)位渦守恒原理，來自高層穩(wěn)定環(huán)境的高位渦氣流在對(duì)流層高層高空急流的輸送下向下移動(dòng)到達(dá)低層不穩(wěn)定環(huán)境后其絕對(duì)渦度增大，有利于低層氣旋的生成或發(fā)展，也可以說干冷氣塊在向氣旋中心上空下沉的過程中，其所攜帶的不斷升高的絕對(duì)渦度使氣旋中心上空正渦度平流加強(qiáng)，從而上層輻散場隨之加強(qiáng)，根據(jù)達(dá)因質(zhì)量補(bǔ)償原理，低層輻合也隨之增長，從而導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，對(duì)位勢(shì)不穩(wěn)定能量的釋放十分有利，從而造成氣旋發(fā)展和暴雨加強(qiáng)。

圖6　2014年8月19日08時(shí)θse垂值剖面圖(等值線單位：K) 暴雨區(qū)

圖7　2014年8月19日08時(shí)和20時(shí)MPV 沿118°E徑向剖面(單位:PVU)

圖8　2014年8月19日20時(shí)沿118°E的垂直環(huán)流(由經(jīng)向速度(單位：m/s)和垂直速度(Pa/s)×10合成)的經(jīng)向剖面圖(a)和垂直速度緯向剖面圖(b)黑色實(shí)心圓為大暴雨區(qū)

綜上所述，高層正的高值位渦的下傳有利于氣旋性渦度的發(fā)展，低層的負(fù)位渦區(qū)有利于對(duì)流的發(fā)展，兩者的結(jié)合有利于熱帶低壓和暴雨的維持和發(fā)展。大暴雨發(fā)生在濕位渦正負(fù)區(qū)疊加的區(qū)域。

4.4上升運(yùn)動(dòng)和大暴雨落區(qū)的關(guān)系

熱帶低壓與弱冷空氣相互作用，使上升運(yùn)動(dòng)明顯加劇，降水強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)。由19日20時(shí)沿118°E的垂直環(huán)流的經(jīng)向剖面圖(圖8a)可見，氣流在大暴雨區(qū)域(也是熱帶低壓中心附近)輻合上升，在高層主要向北出流，在30°～35°N下沉，并在對(duì)流層低層轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)向南回流，再在大暴雨區(qū)域附近與偏南風(fēng)輻合，形成明顯的經(jīng)圈環(huán)流。切變北側(cè)冷空氣下沉氣流加強(qiáng)了該經(jīng)圈環(huán)流，有利于高層輻散和低空輻合進(jìn)而使上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展并維持，上升運(yùn)動(dòng)在對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)發(fā)展并向上延伸到對(duì)流層頂，有利強(qiáng)降水發(fā)生。由垂直速度緯向剖面圖可見(圖8b)，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)位于118°～119°E冷暖空氣交匯處，這也解釋了為什么大暴雨是落在內(nèi)陸地區(qū)而不是沿海地區(qū)。

5預(yù)報(bào)誤差分析

本次過程，各家數(shù)值預(yù)報(bào)和主觀預(yù)報(bào)誤差都比較大，暴雨帶或是預(yù)報(bào)在江西-閩西北的切變附近；或是預(yù)報(bào)在沿?zé)釒У蛪郝窂綎|側(cè)的福建沿海地區(qū)。究其原因，熱帶低壓的路徑預(yù)報(bào)比實(shí)際偏東，對(duì)冷空氣的相互作用考慮不足，后者更為主要。在粵東閩南沿海登陸北上的熱帶氣旋，一般強(qiáng)降水落區(qū)發(fā)生在低壓環(huán)流右側(cè)，也就是福建的沿海，例如當(dāng)年6月登陸粵東的“海貝思”減弱后的低壓環(huán)流穿過我省，其路徑與本次過程及其相似，但導(dǎo)致的暴雨到大暴雨天氣就出現(xiàn)沿海地區(qū)。

雖然數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)TD路徑和暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)總會(huì)有偏差，但它包含了很多有用信息，比如對(duì)環(huán)流形勢(shì)的預(yù)報(bào)總體是可信的。實(shí)際業(yè)務(wù)中，對(duì)于具體的路徑預(yù)報(bào)可以根據(jù)預(yù)報(bào)誤差進(jìn)行適當(dāng)訂正，如這次過程，EC路徑預(yù)報(bào)比實(shí)況偏東，但日本和福建的中尺度模式的預(yù)報(bào)都比EC偏西，更接近實(shí)況路徑，若能及時(shí)訂正也許會(huì)改善預(yù)報(bào)效果。另一個(gè)關(guān)鍵因素則是冷空氣，冷空氣是形成中低緯度系統(tǒng)相互作用的重要成員，在數(shù)值預(yù)報(bào)的相關(guān)物理量場都有所表現(xiàn)，如能加強(qiáng)對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的物理量場分析，可對(duì)暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)作出較好訂正。

6小結(jié)

在這次暴雨過程中，TD與中緯度低槽切變系統(tǒng)的相互作用是導(dǎo)致暴雨強(qiáng)度和落區(qū)異常的主要原因。鑒于這次暴雨過程在業(yè)務(wù)上屬于預(yù)報(bào)偏差較大并給福建帶來較大災(zāi)害，為此作詳細(xì)的研究與分析，得到如下一些主要結(jié)論。

(1)本次大暴雨是在高空槽東移、中低層切變、鋒面南壓和02號(hào)熱帶低壓北上天氣背景下產(chǎn)生。熱帶低壓北上為暴雨區(qū)上空輸送了大量高能高濕的水汽；冷空氣南下增強(qiáng)了不穩(wěn)定條件并觸發(fā)了對(duì)流的發(fā)展。不同天氣系統(tǒng)的相互作用及有利的空間配置是暴雨天氣維持和加強(qiáng)重要原因。

(2)熱帶低壓登陸福建北上過程中靠近冷空氣帶來的斜壓不穩(wěn)定區(qū)、中低層正渦度區(qū)和高空槽前西南急流軸之右側(cè)的高空輻散區(qū)，利于對(duì)流發(fā)展、氣旋性環(huán)流加強(qiáng)和高空輻散場加強(qiáng)，使TD強(qiáng)度得以維持。

(3)熱帶低壓和冷空氣共同作用產(chǎn)生的大暴雨，其落區(qū)與濕斜壓鋒區(qū)、對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)、高低層正負(fù)濕位渦疊加區(qū)和垂直上升區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(4)數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)總會(huì)有偏差，但對(duì)環(huán)流形勢(shì)的預(yù)報(bào)總體是可信的。實(shí)際業(yè)務(wù)中，加強(qiáng)對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的物理量場分析，可對(duì)暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)作出較好訂正。

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*收稿日期：2016-01-11修回日期：2016-03-10

基金項(xiàng)目：福建省自然科學(xué)基金(2014J01148)

第一作者簡介：陳敏艷(1974-)，女，福建古田人，碩士，工程師，主要從事氣象管理、災(zāi)害防御與研究工作. E-mail:309701755@qq.com

中圖分類號(hào)：X43 ；P642；P462

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)03-0084-07

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.014

Analysis of the Causes of Geological Disaster in Northwestern Fujian Province Induced by No.2 Tropical Depression of 2014

CHEN Minyan, LIU Aiming and CHEN Qiuping

(FujianMeteorologicalObservatory,Fuzhou350001,China)

Abstract:In August, 2014, No.2 tropical depression (TD2) moves northward after landing in Xiapu County, Fujian Province. It results in an extremely heavy rainstorm in northwestern Fujian Province and the related flood and geological disasters. These disasters affect nearly 100,000 people with 4 people dead, and cause an economic loss of 250 million RMB. Great discrepancies in terms of the intensity and location of this rainstorm are found among different numerical prediction models (NWPs). To analyze this extremely heavy rainstorm process, various data including automatic meteorological station, radar products, and routine weather map are used. It is shown that this rainstorm is attributed to the interactions between northward-movement TD2 arising from the South China Sea and cold air from high latitudes. The rainstorm originates from this type of weather background: eastward migration of high-level trough, wind shear in middle-low levels, southward movements of cold front, and northward movements of TD2 in the South China Sea. After landing in Fujian, the maintenance of TD2 intensity is due to the incorporations of the moist baroclinic frontal zone related to the cold air, positive vorticity area near the wind shear in middle-low levels, and high divergence area before high-level trough and to the right of the southwesterly jet. Northward-movement TD2 provides a great amount of water vapor with high energy and high temperature. Through interacting with the cold air, unstable condition and ascending motion intensify, which further triggers the convection. Since the cloud clusters of the TD2 and the westerly trough merge in Northwestern Fujian Province, a more powerful cloud cluster is formed. The location of the extremely heavy rainstorm is in good accordance with the area of moist baroclinic front, convective unstable zone, overlapping area of positive moist potential vorticity in high level and negative moist potential vorticity in low level, and ascending motion zone.

Key words:tropical depression; cold air; extremely heavy rainstorm; disaster; moist baroclinic frontal zone; convective instability; northwestern Fujian Province

陳敏艷，劉愛鳴，陳秋萍. 2014年2號(hào)熱帶低壓導(dǎo)致福建閩西北災(zāi)害成因分析[J].災(zāi)害學(xué), 2016,31(3):84-90.[ CHEN Minyan, LIU Aiming and CHEN Qiuping.Analysis of the Causes of Geological Disaster in Northwestern Fujian Province Induced by NO.2 Tropical Depression of 2014[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(3)：84-90.]