萬小雁 張靈杰 董大治 鄭峰

(1.蒼南縣氣象局,浙江 蒼南 325800;2.文成縣氣象局,浙江 文成 325300;3.溫州市氣象局,浙江 溫州 325027)

0 引 言

蒼南縣位于溫州東南沿海,臺(tái)風(fēng)暴雨、大風(fēng)、風(fēng)暴潮嚴(yán)重影響的地區(qū)之一。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),臺(tái)風(fēng)在廈門以北和溫州以南登陸,對蒼南影響嚴(yán)重[1]。蒼南縣擁有130多萬人口,地理氣候獨(dú)特,因此對影響蒼南的登陸臺(tái)風(fēng)過程進(jìn)行分析和積累經(jīng)驗(yàn)顯得尤為重要。一直以來,許多學(xué)者對登陸臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度、路徑變化等研究成果豐富[2-5]。對各類臺(tái)風(fēng)暴雨的成因及天氣學(xué)診斷也做了大量工作[6-9]。其中,董大治對嚴(yán)重影響蒼南的臺(tái)風(fēng)進(jìn)行防汛減災(zāi)及政策制定方面的研究,得出了有意義的結(jié)論[10-11]。

2016年第1號臺(tái)風(fēng)“尼伯特”(熱帶風(fēng)暴級)于7月3日8點(diǎn)在美國關(guān)島以南的西北太平洋洋面上生成,2016年也是1951年有氣象記錄以來第二晚生成臺(tái)風(fēng)的年份。5日02—20時(shí)強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng),超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度維持近57 h,8日5:50在臺(tái)灣臺(tái)東太麻里鄉(xiāng)沿海首次登陸,登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有16級(55 m/s),中心最低氣壓為920 hPa,于9日13:45在福建省泉州石獅市再次登陸,登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有10級(25 m/s),中心最低氣壓為990 hPa。10日凌晨3時(shí)在福建寧化縣境內(nèi)減弱為熱帶低壓。8日20時(shí)—10日8時(shí)蒼南縣平均面雨量59.6 mm,最大出現(xiàn)在橋墩水庫188.3 mm,風(fēng)力最大出現(xiàn)在望洲山23.6 m/s(9級)。此次預(yù)報(bào)預(yù)警結(jié)果表明,“尼伯特”臺(tái)風(fēng)對蒼南的風(fēng)雨影響預(yù)報(bào)服務(wù)較準(zhǔn)確,防御措施到位,全縣基本無災(zāi)情。

1 資料和方法

本文利用常規(guī)氣象資料和EC細(xì)網(wǎng)格0.125°×0.125°格點(diǎn)數(shù)據(jù),對1601號臺(tái)風(fēng)“尼伯特”影響蒼南的大暴雨過程進(jìn)行釋用及診斷分析,并檢驗(yàn)和評估細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)預(yù)報(bào)的效果,為提高基層臺(tái)站預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害性天氣積累經(jīng)驗(yàn),從而提高相關(guān)預(yù)報(bào)水平。

鑒于“尼伯特”登陸點(diǎn)在莆田—廈門之間,對蒼南的風(fēng)力影響小,本文主要針對臺(tái)風(fēng)大暴雨影響進(jìn)行討論。

2 預(yù)報(bào)分析場和實(shí)況形勢場對比分析

用EC細(xì)網(wǎng)格0.125°×0.125°格點(diǎn)數(shù)據(jù)對同一時(shí)次同一高度的實(shí)況和預(yù)報(bào)形勢進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)(采用8日20時(shí)500 hPa高度場和850 hPa風(fēng)場,圖略),6日20時(shí)、7日08時(shí)、7日20時(shí)、8日08時(shí)起報(bào)的8日20時(shí)預(yù)報(bào)場,500 hPa高度場均與實(shí)況場差異不大,850 hPa風(fēng)場在各時(shí)段起報(bào)的預(yù)報(bào)場偏東急流中偏北分量較實(shí)況來的大,從而造成8日20時(shí)—9日08時(shí)的累積降水量預(yù)報(bào)比實(shí)況小。EC細(xì)網(wǎng)格對9日08時(shí)的風(fēng)場預(yù)報(bào)接近實(shí)況流場,因此對9日08—20時(shí)的雨量預(yù)報(bào)與實(shí)況接近。從形勢場的預(yù)報(bào)可以看出,此次EC細(xì)網(wǎng)格就1601號臺(tái)風(fēng)“尼伯特”對蒼南的暴雨影響預(yù)報(bào)具有分析意義。

3 EC細(xì)網(wǎng)格模式雨量預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

圖1 EC細(xì)網(wǎng)格模式對橋墩水庫站6—9日08時(shí)和20時(shí)起報(bào)的未來各段12 h累積雨量圖(單位:mm)

根據(jù)臺(tái)風(fēng)登陸前72 h內(nèi)的EC細(xì)網(wǎng)格08時(shí)、20時(shí)起報(bào)的產(chǎn)品,預(yù)報(bào)時(shí)效為12、24、48、72 h,對橋墩水庫站(120.3°E,27.47°N)進(jìn)行插值,插值方法為:求距離站點(diǎn)最近的格點(diǎn),以最近距離格點(diǎn)的預(yù)報(bào)值作為該站點(diǎn)的預(yù)報(bào)值。

對比各家數(shù)值模式對降水預(yù)報(bào)的情況,EC細(xì)網(wǎng)格模式對于蒼南地區(qū)強(qiáng)降水落區(qū)、量級和起止時(shí)間較其他模式準(zhǔn)確率高,不同起報(bào)時(shí)次的預(yù)報(bào)結(jié)果變化小。從7月6日20時(shí)、7日08時(shí)、7日20時(shí)、8日08時(shí)4個(gè)起報(bào)時(shí)次,對7日08—20時(shí)、7日20時(shí)—8日08時(shí)、8日08—20時(shí)、8日20時(shí)—9日08時(shí)、9日08—20時(shí)、9日20時(shí)—10日08時(shí)的12 h累積降水量對比檢驗(yàn)(見圖1)發(fā)現(xiàn),EC細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)蒼南地區(qū)的降水提前48 h預(yù)報(bào)效果較好,并隨著預(yù)報(bào)初始場的調(diào)整,對強(qiáng)降水時(shí)段的預(yù)報(bào)結(jié)果調(diào)整不大,更能突出EC細(xì)網(wǎng)格模式降水預(yù)報(bào)的穩(wěn)定性。對比實(shí)況來看,各起報(bào)時(shí)次對9日08時(shí)—9日20時(shí)12 h累積降水在預(yù)報(bào)量級上一直比較穩(wěn)定,表現(xiàn)最好的是0620和0720起報(bào)的,與實(shí)況吻合度高,其他時(shí)次起報(bào)的都較這兩次偏少。

從蒼南全縣的雨量分布預(yù)報(bào)來看(見圖6),EC細(xì)網(wǎng)格模式各起報(bào)時(shí)次對臺(tái)風(fēng)影響階段的累積預(yù)報(bào)量級均能反應(yīng)出來,6日20時(shí)起報(bào)的最大值位于蒼南西北部127.2 mm,較實(shí)況出現(xiàn)的最大值188.3 mm量級一樣,均為大暴雨,數(shù)值偏小,實(shí)況出現(xiàn)在暴雨以下的東部地區(qū),預(yù)報(bào)值又比實(shí)況大,從這方面能看出此次過程有大暴雨點(diǎn)出現(xiàn)。7日08時(shí)起報(bào)的雨量在量級分布上,極大值較實(shí)況小,其他值與實(shí)況接近,從這個(gè)時(shí)次的預(yù)報(bào)可以看出,全縣均會(huì)出現(xiàn)暴雨過程,總體數(shù)值接近50 mm。7日20時(shí)起報(bào)的雨量情況與6日20時(shí)起報(bào)的情況接近,而8日08時(shí)起報(bào)的雨量又與7日08時(shí)起報(bào)的雨量情況接近,表明各時(shí)段的08時(shí)起報(bào)場能預(yù)報(bào)出過程的極大雨量值,20時(shí)的起報(bào)場能反映除極大值外的各區(qū)域分布情況,從而說明EC細(xì)網(wǎng)格模式在此次臺(tái)風(fēng)暴雨對縣級臺(tái)站的預(yù)報(bào)較成果,分析意義較大。

4 物理量診斷

臺(tái)風(fēng)影響地區(qū)常出現(xiàn)暴雨[12],臺(tái)風(fēng)暴雨主要有3種類型:臺(tái)風(fēng)環(huán)流本身所造成的暴雨,臺(tái)風(fēng)本體的降水效率高;臺(tái)風(fēng)與其他系統(tǒng)共同作用形成的暴雨;受地形影響形成的暴雨。李傳祥等對在廈門—莆田之間登陸的歷史臺(tái)風(fēng)進(jìn)行研究得出[13],廈門至莆田登陸臺(tái)風(fēng)對溫州全市來講雨量的影響較小,如果有冷空氣的配置,對溫州雨量的影響較大,但未對基層臺(tái)站,尤其是溫州南部的影響進(jìn)行深入探討。1601號臺(tái)風(fēng)“尼伯特”給溫州造成的降水影響表現(xiàn)為南北差異大,臺(tái)風(fēng)影響期間,蒼南全縣過程面雨量達(dá)暴雨量級,西北部地區(qū)多站累積雨量達(dá)大暴雨量級,以下用EC細(xì)網(wǎng)格08、20時(shí)分析場對蒼南暴雨大暴雨形成的各物理量配置進(jìn)行分析。

4.1 低空急流建立和維持

從暴雨發(fā)生的風(fēng)場背景來看,蒼南地區(qū)8日20時(shí)(圖2a)850 hPa仍為偏東氣流,流場速度<12 m/s,到9日08時(shí)(圖2b),研究區(qū)域上空已轉(zhuǎn)為東南氣流,風(fēng)速>12 m/s,低空急流軸壓至,說明東南風(fēng)急流在8日20后開始逐漸建立,蒼南位于低空急流出口區(qū)的右側(cè),十分有利于上升運(yùn)動(dòng)。到9日20時(shí)(圖2c)雖風(fēng)速所有減弱,但仍維持東南氣流,與實(shí)況中降水仍持續(xù)相符合。到10日08時(shí)(圖2d),急流形勢維持但對應(yīng)的風(fēng)向已轉(zhuǎn)為偏南風(fēng),說明水汽輸送渠道變?nèi)?對應(yīng)的降水實(shí)況為間歇性小的陣性降水。

(a:8日20時(shí);b:9日08時(shí);c:9日20時(shí);d:10日08時(shí),▲標(biāo)志為研究區(qū)域)圖2 850 hPa流場和急流圖

4.2 暴雨區(qū)的水汽輸送

水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件,水汽通量是表征水汽輸送的重要物理量,它表示單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一單位面積的水汽含量,代表水汽水平輸送的強(qiáng)度,物理意義為每秒鐘對于垂直于風(fēng)向、一厘米寬、一百帕高的截面所流過的水汽克數(shù)[14]。水汽通量通常用來判斷水汽來源、水汽的輸送方向和強(qiáng)度以及與環(huán)境的關(guān)系。從850 hPa水汽通量和風(fēng)場圖(圖3)可見,“尼伯特”臺(tái)風(fēng)在蒼南地區(qū)引發(fā)的暴雨過程水汽由強(qiáng)東南風(fēng)急流輸送,來自東海的水汽通量最高達(dá)20 g/(s·hPa·cm),蒼南又在臺(tái)風(fēng)倒槽曲率最大處附近,可引起大量水汽在該地輻合。

對比“尼伯特”不同時(shí)刻水汽輸送變化看,隨著臺(tái)風(fēng)的移近,水汽通量大值區(qū)逐漸向蒼南地區(qū)靠近,8日20時(shí)(圖3a)“尼伯特”北側(cè)環(huán)流開始明顯,9日08時(shí)(圖3b)水汽通量大值區(qū)已經(jīng)覆蓋蒼南,由于蒼南離臺(tái)風(fēng)中心距離較遠(yuǎn),臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流形成的東南風(fēng)急流方向一致,因而能形成強(qiáng)的水汽輸送帶,為降水提供了源源不斷的水汽。

(a:8日20時(shí),b:9日08時(shí))圖3 850 hPa水汽通量和風(fēng)矢量

4.3 輻散特征

高層輻散低層輻合配置有利于暴雨的發(fā)生和維持。利用EC細(xì)網(wǎng)格分析資料對“尼伯特”移動(dòng)過程中的4個(gè)時(shí)次散度緯向垂直剖面進(jìn)行分析(圖4)。8日20時(shí)(圖4a),120°～121°E范圍內(nèi),為低層弱輻合和高層弱輻散結(jié)構(gòu),強(qiáng)度為-4×10-5s-1,輻合高度達(dá)850 hPa,實(shí)況是蒼南開始出現(xiàn)陣性降水。到9日08時(shí)(圖4b),120°E附近輻合高度上升到700 hPa,兩側(cè)有明顯的對稱性正散度分布,中低層兩側(cè)輻散區(qū)和低層輻合中心促進(jìn)了上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,對應(yīng)的高層有16×10-5s-1的強(qiáng)輻散,說明8日20時(shí)至9日08時(shí)高空輻散強(qiáng)度明顯加大,低層輻合上升增強(qiáng),實(shí)況中短時(shí)強(qiáng)降水階段發(fā)生在該時(shí)間段內(nèi)。9日20時(shí)(圖4c)低層輻合中心值達(dá)-8×10-5s-1,高空為4×10-5s-1,蒼南出現(xiàn)連續(xù)性的較強(qiáng)降水過程。隨著“尼伯特”移近,高層輻散和低層輻合配置逐漸西移,從10日08時(shí)(圖4d)看出,高空已轉(zhuǎn)變?yōu)檩椇闲蝿?降水減弱。

李傳祥等[13]研究中指出,700 hPa的垂直速度與雨量影響量級有較好的對應(yīng)關(guān)系。尼伯特登陸類型也屬這個(gè)范圍,考慮到蒼南地區(qū)輻合場高度僅伸展到700 hPa,700 hPa的垂直速度場在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)過程在對蒼南的表現(xiàn)較弱(圖略),故采用850 hPa的垂直速度場進(jìn)行分析。從8日20時(shí)(圖5a)的垂直速度場看(臺(tái)風(fēng)登陸前24 h左右),蒼南地區(qū)垂直速度-0.2～-0.6 Pa/s,9日08時(shí)(圖5b)的垂直速度場看(臺(tái)風(fēng)登陸前10 h左右),垂直速度達(dá)到-0.6 Pa/s,9日20時(shí)(圖5c)(臺(tái)風(fēng)登陸后4 h左右)的垂直速度降至-0.2 Pa/s。研究區(qū)域中低層垂直速度場在臺(tái)風(fēng)登陸前24 h出現(xiàn)小的負(fù)值中心,然后逐漸變大,為短時(shí)強(qiáng)降水提供了動(dòng)力條件,登陸后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)減弱快,但上升氣流仍維持,這與降水強(qiáng)弱變化和降水維持情況相吻合。

(a:8日20時(shí),b:9日08時(shí),c:9日20時(shí),d:10日08時(shí))圖4 沿27.3°N的散度緯向垂直剖面圖(單位:10-5 s-1)

(a:8日20時(shí),b:9日08時(shí),c:9日20時(shí))圖5 850 hPa垂直速度場

通過以上幾個(gè)物理量分析和與實(shí)況的對比結(jié)果來看,EC細(xì)網(wǎng)格模式能較好地反映此次臺(tái)風(fēng)引發(fā)的蒼南暴雨大暴雨過程情況,說明EC細(xì)網(wǎng)格資料在基層臺(tái)站中分析該類天氣有一定的能力。

5 地形影響

陶詩言先生等對于地形在暴雨發(fā)生中的作用做過總結(jié)[12],其中總結(jié)到地形對降水有增幅作用。利用EC細(xì)網(wǎng)格各預(yù)報(bào)時(shí)次對“尼伯特”的雨量格點(diǎn)產(chǎn)品對地形的增雨能力預(yù)報(bào)進(jìn)行評估(圖略),0620起報(bào)的0820—1008累積雨量預(yù)報(bào)最大值為127.2 mm,與實(shí)況最大值188.3 mm屬同一量級(大暴雨),大暴雨量級和落區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確,說明該時(shí)次對地形的增雨作用預(yù)報(bào)能力已經(jīng)在細(xì)網(wǎng)格模式中有所體現(xiàn),而且表現(xiàn)優(yōu)秀。0708起報(bào)的0820—1008累積雨量預(yù)報(bào)雖然量級偏小,但是對西北山區(qū)的地形增雨表現(xiàn)良好。0720起報(bào)的效果跟0620起報(bào)的一致,但是0808和0820起報(bào)的效果與0708起報(bào)的效果一致。從實(shí)況圖看,大暴雨發(fā)生在蒼南縣的西北部山區(qū),沿海平原鄉(xiāng)鎮(zhèn)量級明顯較山區(qū)小,說明蒼南山地地形對臺(tái)風(fēng)降水增幅作用明顯,尤其在橋墩水庫站附近,雨量較其他地方大,可供水庫預(yù)排防汛決策做參考。

6 結(jié) 語

利用EC細(xì)網(wǎng)格模式對1601號“尼伯特”臺(tái)風(fēng)影響蒼南的暴雨大暴雨過程進(jìn)行診斷分析和預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn),得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)EC細(xì)網(wǎng)格模式對蒼南的降水預(yù)報(bào)提前48h能預(yù)報(bào)出來,且量級準(zhǔn)確;表現(xiàn)較差的是登陸臺(tái)灣島后的雨量預(yù)報(bào),原因可能是臺(tái)灣地形對臺(tái)風(fēng)外圍雨量的預(yù)報(bào)影響造成的。

2)EC細(xì)網(wǎng)格模式對莆田—廈門一帶登陸的“尼伯特”臺(tái)風(fēng)影響蒼南地區(qū)期間的風(fēng)場、低層輻合和高層輻散配置場、850 hPa垂直速度場演變與降水起始及強(qiáng)度實(shí)況吻合。

3)蒼南縣西北部山區(qū)地形對臺(tái)風(fēng)暴雨起到增雨作用,EC細(xì)網(wǎng)格在地形增雨方面和對大暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)都有較好的指示意義。