高留喜，劉暢，叢春華，楊曉霞

(山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031)

引言

中國(guó)是受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，臺(tái)風(fēng)每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失逾千億元，人員傷亡數(shù)千人[1-2]。山東位于華東沿海，直接影響山東的臺(tái)風(fēng)年平均1～2個(gè)，數(shù)目雖然不多，但常與中緯度系統(tǒng)相互作用，帶來(lái)較強(qiáng)的降水。臺(tái)風(fēng)暴雨是山東省汛期主要災(zāi)害性天氣之一，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失在各種自然災(zāi)害中排在第2位[3]，因此受到各級(jí)政府和科學(xué)家的高度關(guān)注。近些年對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的研究較為廣泛[4-9]，涉及引發(fā)臺(tái)風(fēng)暴雨的氣候背景及多尺度動(dòng)力、熱力機(jī)制分析，地形、冷空氣對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨增幅作用，臺(tái)風(fēng)海洋相互作用和數(shù)值模擬研究，對(duì)臺(tái)風(fēng)的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深刻。隨著探測(cè)手段和數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)水平取得明顯進(jìn)展[10]，24 h臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差小于70 km，但臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)誤差呈現(xiàn)逐年波動(dòng)狀態(tài)，預(yù)報(bào)水平?jīng)]有明顯改善[11]。臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)有較大不確定性，是很復(fù)雜的問(wèn)題[12]，實(shí)際業(yè)務(wù)工作中相似預(yù)報(bào)法往往是臺(tái)風(fēng)暴雨預(yù)報(bào)的最常用方法之一[13]。由于地形下墊面及多尺度系統(tǒng)相互作用等復(fù)雜性，臺(tái)風(fēng)明顯的個(gè)體差異，登陸臺(tái)風(fēng)經(jīng)常發(fā)生異常變化，相關(guān)物理機(jī)制仍不十分清楚[14]。 WMO指出登陸臺(tái)風(fēng)降水預(yù)報(bào)是臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)面臨的三大挑戰(zhàn)之一[15]，登陸臺(tái)風(fēng)的降水預(yù)報(bào)(落區(qū)和雨量)至今仍是業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)[16-17]。路徑相似的臺(tái)風(fēng)，降水并不相似的情況時(shí)有發(fā)生[18-21]，并往往造成預(yù)報(bào)失誤。因此，非常有必要對(duì)相似路徑的臺(tái)風(fēng)暴雨成因進(jìn)行對(duì)比分析和探討。

“桃芝”(0108)和“利奇馬”(1909)兩個(gè)路徑相似的臺(tái)風(fēng)給山東帶來(lái)嚴(yán)重災(zāi)害，降水存在顯著差異，值得進(jìn)行分析研究。本文利用常規(guī)氣象資料、自動(dòng)氣象站資料、氣象衛(wèi)星資料和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心 NCEP 1°×1°的客觀分析資料對(duì)這兩個(gè)路徑相似的北上臺(tái)風(fēng)進(jìn)行對(duì)比分析，探討大暴雨落區(qū)差異的可能成因，以期為防臺(tái)減災(zāi)提供參考。

1 臺(tái)風(fēng)概況

1.1 臺(tái)風(fēng)路徑

2001年7月25日14:00，“桃芝”在菲律賓以東洋面(13.6°N，133.4°E)生成，向西北方向移動(dòng)，7月28日02:00加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，最強(qiáng)時(shí)風(fēng)力為13級(jí)(風(fēng)速40 m·s-1)。30日00:10在臺(tái)灣東部花蓮縣登陸，橫穿臺(tái)灣島，風(fēng)力減弱。31日01:45以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)別(風(fēng)力11級(jí))在福建省連江縣登陸，登陸后迅速減弱北上。31日上午減弱為熱帶低壓(風(fēng)力7級(jí)，風(fēng)速15 m·s-1)，由江蘇省燕尾港南部進(jìn)入黃海繼續(xù)北上，8月1日21:00在青島附近登陸，然后快速穿越山東半島于2日00:00進(jìn)入渤海(圖1)。

圖1 臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑(紅線為“利奇馬”，紫線為“桃芝”)Fig.1 Track of typhoon (red solid line for Typhoon LEKIMA, purple solid line for Typhoon TORAJI)

2019年8月4日14:00，“利奇馬”在菲律賓以東洋面(17.4°N，131.0°E)生成，向西北方向移動(dòng)(與“桃芝”在西太平洋上的路徑幾乎平行)，8日02:00加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，最強(qiáng)時(shí)風(fēng)力為17級(jí)(風(fēng)速 62 m·s-1)，西北行過(guò)程中避開(kāi)臺(tái)灣島，10日01:45在浙江臺(tái)州以超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)(風(fēng)力16級(jí)，風(fēng)速 52 m·s-1)登陸，10日17:00到達(dá)浙江杭州附近，后轉(zhuǎn)向偏北移動(dòng)，由江蘇省灌云縣進(jìn)入黃海。11日20:50由青島黃島區(qū)進(jìn)入山東，強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴級(jí)(風(fēng)力9級(jí)，風(fēng)速23 m·s-1)，12日05:00從濰坊昌邑進(jìn)入萊州灣，12日白天到夜間在萊州灣徘徊(其間登陸山東東營(yíng)并重新入海)，13日08:00減弱為熱帶低壓(風(fēng)力7級(jí)，風(fēng)速16 m·s-1)，14時(shí)停止編號(hào)。

由圖1可以看出，“桃芝”和“利奇馬”登陸后，從杭州到萊州灣的移動(dòng)路徑十分接近，在陸地上的路徑相似。

1.2 臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程降水分布特征與地形影響

受“利奇馬”影響，2019年8月10日06:00—13日14:00，山東普遍出現(xiàn)暴雨、大暴雨天氣，魯中山區(qū)及其北側(cè)的濟(jì)南、淄博、濰坊、東營(yíng)和濱州地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨，全省平均降水量為160.1 mm，為有氣象記錄以來(lái)首位，21個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站日降水量突破歷史極值。大暴雨、特大暴雨區(qū)主要位于臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑的左側(cè)，最大降水(淄川西河梨峪口，降水量676.6 mm)產(chǎn)生在左側(cè)，有很強(qiáng)的非對(duì)稱性(圖2a)?！疤抑ァ北┯攴秶?、降水弱，2001年7月31日20:00—8月2日08:00，僅山東半島出現(xiàn)暴雨、大暴雨天氣，在臺(tái)風(fēng)路徑附近呈對(duì)稱分布，大暴雨及中心位于青島和日照沿海，最大降水(嶗山北九水，降水量387.0 mm)產(chǎn)生在臺(tái)風(fēng)路徑附近，東營(yíng)、淄博以西的廣大地區(qū)無(wú)明顯降水(圖2b)。LONFAT et al.[22]研究1998—2000年的260個(gè)熱帶氣旋發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)非對(duì)稱降水隨風(fēng)暴強(qiáng)度和地理位置有顯著變化，強(qiáng)度較弱的臺(tái)風(fēng)最大降水發(fā)生在左前象限，而強(qiáng)度強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)最大降水則出現(xiàn)在右前象限，且強(qiáng)度較弱的臺(tái)風(fēng)顯示出更大的非對(duì)稱性。有研究[23]認(rèn)為臺(tái)風(fēng)右前方向岸風(fēng)地形抬升比較顯著，最大雨量往往出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)右前象限或前半部?！袄骜R”“桃芝”降水分布特征和強(qiáng)度與熱帶氣旋位置存在顯著差異，與已有研究[22-23]明顯不同，中緯度臺(tái)風(fēng)暴雨更加復(fù)雜。

圖2 臺(tái)風(fēng)路徑(實(shí)線)和山東降水量(填色，單位：mm)分布(a.利奇馬，b.桃芝)及山東地形(c；填色為海拔高度，單位：m)Fig.2 Track of typhoon (solid line), distribution of precipitation (colored, units: mm) (a. LEKIMA, b. TORAJI), and topography of Shandong (c; colored for altitude, units: m)

由圖2c看出，山東半島有丘陵和復(fù)雜的海岸地形，魯中有高大的山地，魯東南也有很多丘陵山地。陳聯(lián)壽和丁一匯[24]指出，在臺(tái)風(fēng)登陸前后，與海岸相交氣流受海岸地形作用產(chǎn)生輻合及風(fēng)速輻合將加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中心東側(cè)降雨。由于海岸地形摩擦輻合作用，在半島沿海處出現(xiàn)強(qiáng)烈輻合，上升速度急劇增加，降水效率更高，從而引發(fā)臺(tái)風(fēng)“桃芝”影響期間100 mm以上的大暴雨、特大暴雨在半島南部沿海發(fā)生。臺(tái)風(fēng)繼續(xù)向前移動(dòng)且深入半島內(nèi)陸后，不再有這樣的變化機(jī)制存在，系統(tǒng)能量逐步消耗，降水效率相對(duì)變低。由于存在丘陵地形的抬升作用，半島北部降水雖比南部沿海少，但還是出現(xiàn)暴雨天氣?！袄骜R”降水分布與山東地形比較一致，最大降水位于魯中山地，半島南部沿岸降水比半島北部大。臺(tái)風(fēng)降水與地形有很大關(guān)系，地形增幅作用明顯。但兩個(gè)路徑相似臺(tái)風(fēng)在山東降水分布呈現(xiàn)明顯地理差異和強(qiáng)度差異，說(shuō)明有比地形更重要的影響因素。

1.3 降水特點(diǎn)與持續(xù)時(shí)間對(duì)比分析

2019年“利奇馬”影響山東期間，梨峪口降水持續(xù)時(shí)間大于70 h(圖3a)，呈現(xiàn)多峰型分布，小時(shí)降水量超過(guò)20 mm的持續(xù)時(shí)間不少于8 h，最大小時(shí)降水量小于30 mm，累計(jì)降水量為676.6 mm，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累計(jì)降水量大。2001年“桃芝”影響山東期間，青島降水持續(xù)時(shí)間小于20 h(圖3b)，持續(xù)時(shí)間短，呈現(xiàn)單峰型分布，最大小時(shí)降水量為64.6 mm，超過(guò)20 mm的強(qiáng)降水僅維持3 h(3 h降水占比達(dá)70%)，強(qiáng)降水時(shí)間短，集中程度高，累計(jì)降水量為219.4 mm，低于“利奇馬”?！袄骜R”強(qiáng)度比“桃芝”強(qiáng)，梨峪口最大小時(shí)雨量遠(yuǎn)低于“桃芝”暴雨時(shí)的青島雨強(qiáng)，“利奇馬”過(guò)程最大雨強(qiáng)(67.6 mm·h-1)遠(yuǎn)比“桃芝”(嶗山北九水超過(guò)100 mm·h-1)小，小時(shí)最大雨量與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)弱沒(méi)有必然聯(lián)系。累計(jì)降水量由降水強(qiáng)度和降水時(shí)間共同決定，分析看出強(qiáng)降水維持時(shí)間長(zhǎng)短是“利奇馬”與“桃芝”累計(jì)降水有較大差別的重要因素。

圖3 逐小時(shí)降水量(a.梨峪口，2019年8月10日06時(shí)—13日14時(shí)，b.青島，2001年7月31日20時(shí)—8月1日20時(shí)；單位：mm)Fig.3 Hourly precipitation (units: mm) at Liyukou from 06:00 BST 10 to 14:00 BST 13 August 2019 (a) and Qingdao from 20:00 BST 31 July to 20:00 BST 1 August 2001 (b)

2 環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析

“桃芝”影響期間，副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱“副高”)和大陸高壓發(fā)展強(qiáng)盛。2001年7月31日08時(shí)，500 hPa上空河套地區(qū)高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展，與鄂霍次克海高壓合并形成阻塞高壓，副高逐漸加強(qiáng)西伸。8月1日14時(shí)，副高中心在日本上空，中心值達(dá)592 dagpm，呈方頭塊狀，大陸高壓中心值超過(guò)588 dagpm，呈現(xiàn)兩高對(duì)峙形勢(shì)(圖4a)?！疤抑ァ蔽挥趦筛咧g，已越過(guò)副高脊線，離副高比較近(臺(tái)風(fēng)中心距外圍588 dagpm線約4經(jīng)度)。中國(guó)東北到華北地區(qū)有明顯的西風(fēng)槽，內(nèi)蒙古東部直至華南地區(qū)維持南北向較深的低槽，“桃芝”處于副高邊緣和明顯的西風(fēng)槽前的偏南引導(dǎo)氣流里北上，快速移過(guò)山東(僅用3 h)，導(dǎo)致山東降水持續(xù)時(shí)間短。

與 “桃芝”相比，“利奇馬”影響山東時(shí)也有大陸高壓和海上副高的對(duì)峙，形狀相似，高壓中心位置基本一樣， 500 hPa環(huán)流形勢(shì)上有相似之處，但也存在很多不同。不同之處，“利奇馬”影響時(shí)兩高壓強(qiáng)度明顯偏弱，2019年8月11日20時(shí)副高中心值為588 dagpm，大陸高壓中心值為584 dagpm，離副高距離遠(yuǎn)(超過(guò)10經(jīng)度)，副高西側(cè)偏南引導(dǎo)氣流弱(圖4b)。副熱帶高壓南側(cè)有臺(tái)風(fēng)“羅莎”(1910)存在，兩者距離超過(guò)20經(jīng)度，不考慮雙臺(tái)風(fēng)效應(yīng)，但“羅莎”阻擋了副高南落，使兩高對(duì)峙形勢(shì)更加穩(wěn)定，間接對(duì)“利奇馬”移動(dòng)產(chǎn)生重大影響。中緯度華北地區(qū)無(wú)明顯西風(fēng)槽，淺槽減弱移過(guò)，華北地區(qū)變成弱的反氣旋環(huán)流，阻擋臺(tái)風(fēng)北上。“利奇馬”引導(dǎo)氣流弱，移動(dòng)慢，前進(jìn)方向出現(xiàn)高壓阻擋，出現(xiàn)打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，影響山東時(shí)間長(zhǎng)。

圖4 500 hPa高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)和風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢，單位：m·s-1)(a. 2001年8月1日14時(shí)，b. 2019年8月11日20時(shí))Fig.4 Geopotential height (isoline, units: dagpm) and wind (wind barb, units: m·s-1) at 500 hPa (a. 14:00 BST 1 August 2001, b. 20:00 BST 11 August 2019)

環(huán)流形勢(shì)的顯著差異是導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)影響山東時(shí)間、降水明顯不同的一個(gè)重要原因。

3 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)

2001年7月31日夜間魯東南開(kāi)始出現(xiàn)降水時(shí)，“桃芝”中心最大風(fēng)力只有7級(jí)。8月1日上午由江蘇入海后，在海上再次加強(qiáng)，由于“桃芝”本身強(qiáng)度弱，衰減的臺(tái)風(fēng)云系在海上僅發(fā)展成空間分布近乎圓形的雷暴云團(tuán)(圖略)，范圍較小，直徑僅100～200 km，造成山東半島出現(xiàn)暴雨，大降水區(qū)與雷暴云團(tuán)吻合較好。

“利奇馬”經(jīng)過(guò)臺(tái)灣島北部近海海域，沒(méi)有受到臺(tái)灣地形削弱，2019年8月10日01:45登陸浙江臺(tái)州時(shí)仍然是超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。云系龐大，長(zhǎng)軸近1 500 km，短軸近1 000 km，后緩慢西北行，受地形摩擦等因素作用，10日06:00在浙北減弱為臺(tái)風(fēng)級(jí)，魯東南地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)降水。之后向偏北移動(dòng)，強(qiáng)度繼續(xù)減弱，10日15:00臺(tái)風(fēng)云系覆蓋整個(gè)山東地區(qū)。臺(tái)風(fēng)外圍的螺旋雨帶主要在其移動(dòng)路徑的左前側(cè)(圖5)，強(qiáng)降水落區(qū)與其外圍的螺旋云帶密切相關(guān)。臺(tái)風(fēng)在緩慢北移過(guò)程中北側(cè)的螺旋云帶不斷有中尺度對(duì)流云團(tuán)新生，給山東帶來(lái)明顯降水。11日20:50以熱帶風(fēng)暴級(jí)(風(fēng)力9級(jí))登陸青島黃島區(qū)，12日05:00進(jìn)入萊州灣，12—13日在萊州灣打轉(zhuǎn)，13日07:00前維持熱帶風(fēng)暴級(jí)別。“利奇馬”強(qiáng)度強(qiáng)、影響時(shí)間長(zhǎng)，螺旋雨帶主要在其移動(dòng)路徑的左前側(cè)，導(dǎo)致降水主要在其移動(dòng)路徑左側(cè)。

圖5 2019年8月10日20時(shí)衛(wèi)星云圖(填色)及過(guò)去6 h降水(藍(lán)色數(shù)字，單位：mm)Fig.5 Satellite cloud imagery (colored) at 20:00 BST 10 August 2019 and precipitation of the past 6 h (blue number, units: mm)

初步分析表明，二者結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度的差異可能是導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水落區(qū)差異的主要原因。

4 水汽、熱力與動(dòng)力條件分析

4.1 水汽輸送及低空急流

臺(tái)風(fēng)北上造成的強(qiáng)降雨與水汽條件、氣旋性環(huán)流維持時(shí)間及強(qiáng)度關(guān)系密切。李英等[25]通過(guò)數(shù)值研究揭示強(qiáng)的水汽輸送對(duì)暖心的發(fā)展與維持有促進(jìn)作用，加強(qiáng)熱帶氣旋雨帶中的對(duì)流活動(dòng)，從而使暴雨得以加強(qiáng)。

兩臺(tái)風(fēng)影響時(shí)，都有低空和超低空急流向山東暴雨區(qū)輸送水汽，“利奇馬”影響期間低空急流(v≥34 m·s-1)、超低空急流(v≥24 m·s-1)比“桃芝”強(qiáng)，水汽輸送條件有顯著差異。

圖6 水汽通量(紅線，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(填色區(qū)，單位：10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1)及風(fēng)場(chǎng)(綠色風(fēng)矢，單位：m·s-1)(a. 2001年8月1日14時(shí)1 000 hPa，b. 2001年8月2日02時(shí)1 000 hPa，c. 2019年8月10日08時(shí)850 hPa，d. 2019年8月11日08時(shí)850 hPa)Fig.6 Water vapor flux (red line, units: g·cm-1·hPa-1·s-1) , water vapor flux divergence (colored area, units: 10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1), and wind (green wind barb, units: m·s-1)at 1 000 hPa at 14:00 BST 1 August 2001 (a), 1 000 hPa at 02:00 BST 2 August 2001 (b), 850 hPa at 08:00 BST 10 August 2019 (c), and 850 hPa at 08:00 BST 11 August 2019 (d)

4.2 熱力條件

對(duì)流有效位能(convective available potential energy，CAPE)是一種與大氣中對(duì)流現(xiàn)象密切關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，是強(qiáng)對(duì)流天氣分析預(yù)報(bào)的重要參數(shù)，已在天氣預(yù)報(bào)和模式產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。NCEP資料產(chǎn)品提供兩種不同類型的CAPE數(shù)據(jù)，第一種為CAPEsfc，第二種為CAPE180_0mb。有研究[27]指出：將CAPE180_0mb應(yīng)用于強(qiáng)降水預(yù)報(bào)，其指示效果比CAPEsfc更好，對(duì)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的改善有一定的幫助。下面所用資料是CAPE180_0mb(簡(jiǎn)稱CAPE)。

圖7是2001年臺(tái)風(fēng)“桃芝”和2019年臺(tái)風(fēng)“利奇馬”影響期間部分山東CAPE值分布圖。由圖7看出，2001年7月31日20時(shí)半島南部沿海CAPE值為400 J·kg-1，之后不穩(wěn)定能量繼續(xù)增強(qiáng)，8月1日14時(shí)半島南部地區(qū)CAPE值≥400 J·kg-1，沿海中心值≥600 J·kg-1，隨后半島出現(xiàn)暴雨、大暴雨天氣，能量得到釋放，20時(shí)山東半島大部地區(qū)CAPE值≤100 J·kg-1，降水基本結(jié)束。CAPE對(duì)“桃芝”暴雨有很好的反應(yīng)。2019年8月10日08時(shí)，淄博、棗莊以東地區(qū)CAPE值≥400 J·kg-1，半島地區(qū)CAPE值≥700 J·kg-1，10日20時(shí)和11日08時(shí)CAPE減弱明顯，但半島地區(qū)相對(duì)其他地區(qū)CAPE值仍然比較明顯。10日白天魯東南、魯中地區(qū)出現(xiàn)暴雨、大暴雨，半島西部地區(qū)出現(xiàn)小雨，CAPE值最大的半島東部地區(qū)沒(méi)有降水。降水最強(qiáng)時(shí)段(11日)CAPE值比較小，且CAPE值最大的半島地區(qū)降水量最小，CAPE值較小的魯中、魯西北東部出現(xiàn)特大暴雨。CAPE對(duì)“利奇馬”暴雨反應(yīng)差。

圖7 2001年臺(tái)風(fēng)“桃芝”和2019年臺(tái)風(fēng)“利奇馬”影響期間山東部分地區(qū)CAPE值(填色，單位：J·kg-1 )分布(a. 2001年7月31日20時(shí)，b. 2001年8月1日14時(shí)，c. 2001年8月1日20時(shí)，d. 2019年8月10日08時(shí)，e. 2019年8月10日20時(shí)，f. 2019年8月11日08時(shí))Fig.7 Distribution of CAPE (colored area, units: J·kg-1) in partial areas of Shandong during Typhoon TORAJI (2001) and LEKIMA (2019) (a. 20:00 BST 31 July 2001, b. 14:00 BST 1 August 2001, c. 20:00 BST 1 August 2001, d. 08:00 BST 10 August 2019, e. 20:00 BST 10 August 2019, f. 08:00 BST 11 August 2019)

4.3 動(dòng)力條件

2001年8月1日中午，暴雨中心(青島)低層有明顯輻合，邊界層輻合，散度D≤-150×10-6s-1，高層有明顯的輻散，300 hPa散度D≥150×10-6s-1，抽吸作用強(qiáng)。300 hPa以下有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升出現(xiàn)在700～500 hPa，中心值w≤-120 Pa·s-1，動(dòng)力條件好(圖8a)。400 hPa以下是正渦度，低層渦度大，邊界層最大值ζ≥400×10-6s-1，且存在正渦度環(huán)流和低層輻合疊加，產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流利于局地渦度增長(zhǎng)和暴雨發(fā)生，隨后渦度明顯增長(zhǎng)，下午出現(xiàn)大暴雨天氣。8月1日17:00—20:00，正渦度達(dá)到最強(qiáng)，由于垂直上升運(yùn)動(dòng)和低層輻合迅速減弱，動(dòng)力條件變差，對(duì)應(yīng)的降水迅速減弱并逐漸停止。2019年8月11日02—14時(shí)，“利奇馬”暴雨中心(梨峪口)600 hPa以下有明顯的輻合，850～750 hPa輻合，散度D≤-250×10-6s-1，高層輻散，450～300 hPa散度D≥200×10-6s-1，比“桃芝”抽吸作用更強(qiáng)(圖8b)。上升運(yùn)動(dòng)位于300 hPa以下，中心在800～600 hPa，中心值w≤-600 Pa·s-1，遠(yuǎn)超“桃芝”暴雨時(shí)的-120 Pa·s-1。400 hPa以下有明顯正渦度，750～600 hPa渦度值ζ≥400×10-6s-1，中心值ζ≥500×10-6s-1，比“桃芝”的渦度大“。利奇馬”比“桃芝”動(dòng)力條件好，梨峪口強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。11日14:00—12日08:00上升運(yùn)動(dòng)主要在700 hPa以下，中心值w≤-100 Pa·s-1，垂直速度明顯減弱，輻合主要在900 hPa以下，輻合條件變差，400 hPa以下雖仍有很強(qiáng)正渦度，中心值ζ≥500×10-6s-1，但中心明顯降低至800 hPa以下，是降水減弱的信號(hào)，梨峪口降水強(qiáng)度明顯減弱。由于強(qiáng)的正渦度環(huán)流有利于更長(zhǎng)時(shí)間維持一個(gè)深厚的垂直結(jié)構(gòu)，梨峪口仍長(zhǎng)時(shí)間維持5～10 mm·h-1的降水。

圖8 “桃芝”和“利奇馬”影響時(shí)暴雨中心的渦度(黑色等值線，單位：10 -6 s-1)和散度(填色，單位：10-6 s-1)以及垂直速度(紅色等值線，單位： Pa·s-1)時(shí)間-高度剖面(a.桃芝，b.利奇馬)Fig.8 Time-height cross section of vorticity (black isoline, units: 10-6 s-1), divergence (colored area, units: 10-6 s-1), and vertical velocity (red isoline, units: Pa·s-1) of rainstorm center (a. TORAJI, b. LEKIMA)

5 結(jié)論

1)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)降水分布表現(xiàn)出顯著的地理差異和強(qiáng)度差異?！疤抑ァ庇绊憰r(shí)間短，強(qiáng)降水范圍小，雨強(qiáng)大，降雨集中，呈現(xiàn)單峰型分布，強(qiáng)降水均勻分布在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑兩側(cè)，具有明顯的對(duì)稱性分布；“利奇馬”影響時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)降水范圍大，呈現(xiàn)多峰型分布，強(qiáng)降水主要分布在移動(dòng)路徑左側(cè)，有很強(qiáng)的非對(duì)稱性。小時(shí)最大雨量與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)弱沒(méi)有必然聯(lián)系，強(qiáng)降水維持時(shí)間長(zhǎng)短是“利奇馬”與“桃芝”累計(jì)降水有較大差別的重要因素。

2)中緯度臺(tái)風(fēng)暴雨比較復(fù)雜，臺(tái)風(fēng)降水盡管與地形有很大關(guān)系，地形增幅作用明顯，但主要與臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度差異有關(guān)。

3)兩個(gè)臺(tái)風(fēng)在環(huán)流形勢(shì)上有相似之處，都存在兩高對(duì)峙，高壓形狀相似，位置基本一樣，但也存在很多不同。不同之處：“利奇馬”影響時(shí)兩高壓強(qiáng)度弱，中緯度華北地區(qū)無(wú)明顯西風(fēng)槽，副熱帶高壓南側(cè)有1910號(hào)臺(tái)風(fēng)存在，臺(tái)風(fēng)中心離副熱帶高壓距離遠(yuǎn)；“桃芝”影響時(shí)兩高壓強(qiáng)度強(qiáng)，中緯度華北地區(qū)有西風(fēng)槽存在，副熱帶高壓南側(cè)沒(méi)有臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)中心離副熱帶高壓距離近。環(huán)流形勢(shì)的顯著差異是導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)影響山東時(shí)間、降水明顯不同的一個(gè)重要原因。

4)“利奇馬”影響期間低空和超低空急流強(qiáng)于“桃芝”，有黃海和渤海的明顯水汽匯合，水汽輸送能力強(qiáng)于“桃芝”，低空急流作用明顯，“桃芝”超低空急流作用明顯，水汽輸送條件差異是兩臺(tái)風(fēng)降水分布明顯差異的重要因素?！袄骜R”比“桃芝”動(dòng)力條件好，強(qiáng)的正渦度環(huán)流有利于更長(zhǎng)時(shí)間維持一個(gè)深厚的垂直結(jié)構(gòu)，降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

5)CAPE對(duì)“利奇馬”暴雨指示意義較差，在“桃芝”暴雨中表現(xiàn)較好。