韓芙蓉，鹿翔，馮曉鈺，吳天貽，黃嘉儀

(金華市氣象局，浙江 金華321000)

1 引 言

臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且與多緯度系統(tǒng)相互作用，一直以來都是我國致災(zāi)性最嚴(yán)重的天氣現(xiàn)象之一[1]。相比非登陸臺(tái)風(fēng)，登陸臺(tái)風(fēng)對(duì)人們的生產(chǎn)生活影響更大，臺(tái)風(fēng)暴雨和臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮等會(huì)帶來嚴(yán)重的城市內(nèi)澇，泥石流和山體滑坡等災(zāi)害，嚴(yán)重危害人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全[2-3]。浙江作為登陸臺(tái)風(fēng)的高影響地區(qū)[4]，近年來登陸臺(tái)風(fēng)造成的極端降水事件和暴雨災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)[5]，如臺(tái)風(fēng)“莫拉克”(0908)和臺(tái)風(fēng)“菲特”(1323)給浙江帶來了強(qiáng)暴雨及其衍生災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)損失慘重[6]。

國內(nèi)外學(xué)者們利用衛(wèi)星、雷達(dá)觀測(cè)和飛機(jī)探測(cè)手段[7-9]、集中外場(chǎng)試驗(yàn)[10]、高分辨率數(shù)值模擬[11-12]等多種方法研究過登陸臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)特征和臺(tái)風(fēng)暴雨的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，以上研究成果極大推動(dòng)了我國對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)特征和強(qiáng)度變化的認(rèn)識(shí)。但衛(wèi)星資料和雷達(dá)資料不能較全面反映臺(tái)風(fēng)三維結(jié)構(gòu)特征；飛機(jī)探測(cè)和集中外場(chǎng)試驗(yàn)所得的資料極為有限；高分辨率數(shù)值模擬研究對(duì)物理過程參數(shù)化選擇的依賴性高，這對(duì)了解登陸臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)變化有一定的局限性。目前登陸前后臺(tái)風(fēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究仍是臺(tái)風(fēng)研究領(lǐng)域的前沿問題，仍需要進(jìn)行積極的探索。因?yàn)榕_(tái)風(fēng)登陸前后受下墊面特征和高低空環(huán)境場(chǎng)的綜合影響，動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)變化機(jī)理復(fù)雜[13]，且臺(tái)風(fēng)動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)的變化將進(jìn)一步改變水汽輸送特征和局地降水云帶分布，是引起臺(tái)風(fēng)非對(duì)稱性降水的主要原因[14-20]。因此，很有必要及時(shí)總結(jié)和分析登陸前后臺(tái)風(fēng)的動(dòng)熱力結(jié)構(gòu)和水汽輸送的變化特征，以提高登陸臺(tái)風(fēng)暴雨的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，提升防臺(tái)減災(zāi)能力。

臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)是新中國成立以來登陸浙江的第三強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，致災(zāi)性強(qiáng)，波及面廣，給浙江大部分地區(qū)帶來了暴雨或大暴雨天氣，有些站點(diǎn)的過程總雨量破當(dāng)?shù)嘏_(tái)風(fēng)降水歷史紀(jì)錄。本文利用再分析資料和多種觀測(cè)資料對(duì)臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)進(jìn)行研究，著重分析登陸前后臺(tái)風(fēng)發(fā)展演變過程中動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)變化和水汽輸送特征，以及了解臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)登陸前后結(jié)構(gòu)變化對(duì)浙江極端降水強(qiáng)度和分布的影響，為我國沿海地區(qū)的防臺(tái)減災(zāi)工作提供參考依據(jù)。

2 資料和物理量計(jì)算

本文采用的資料主要包括NCEP FNL 1 °×1 °逐6小時(shí)全球再分析資料；中國自動(dòng)站觀測(cè)的實(shí)況降水結(jié)合CMORPH 衛(wèi)星反演的0.1 °×0.1 °逐時(shí)降水資料；中國氣象局臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)資料、FY-2F衛(wèi)星相當(dāng)黑體亮度溫度TBB資料和多普勒天氣雷達(dá)資料。

文中使用的主要物理診斷量的計(jì)算方法如下。

根據(jù)Helmholtz 定理，利用流函數(shù)ψ和速度勢(shì)χ將實(shí)際風(fēng)場(chǎng)分解為旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)Vψ和輻散風(fēng)場(chǎng)Vχ[21]：

以臺(tái)風(fēng)中心10 °×10 °區(qū)域內(nèi)的200 hPa 和850 hPa 等壓面上的平均水平風(fēng)矢量差大小作為環(huán)境水平風(fēng)垂直切變大小(VWS)[16]，uˉ200、vˉ200、uˉ850、vˉ850分別代表200 hPa和850 hPa網(wǎng)格點(diǎn)上的u、v分量：

非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量綜合考慮了動(dòng)力和熱力作用，由考慮了水汽凝結(jié)的非絕熱加熱作用的準(zhǔn)靜力、無粘性摩擦、? 平面的P坐標(biāo)系原始方程組推導(dǎo)得到[22]：

??Q 與ω之間的關(guān)系為：??Q ∝ω，即當(dāng)??Q<0 時(shí)，ω<0，對(duì)應(yīng)著上升運(yùn)動(dòng)；當(dāng)??Q>0 時(shí)，ω>0，對(duì)應(yīng)著下沉運(yùn)動(dòng)，可用非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量散度來診斷垂直運(yùn)動(dòng)。

3 過程概況

3.1 個(gè)例介紹

臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)是2019 年登陸我國的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，風(fēng)雨綜合強(qiáng)度指數(shù)為1961 年以來最大。臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)于西北太平洋洋面生成之后，經(jīng)歷了快速增強(qiáng)階段，7 日15 時(shí)(世界時(shí)，下同)已加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，最強(qiáng)盛時(shí)臺(tái)風(fēng)近中心最大風(fēng)速達(dá)62 m/s，臺(tái)風(fēng)中心最低海平面氣壓為915 hPa。9日18 時(shí)前后在浙江省溫嶺市城南鎮(zhèn)登陸，登陸時(shí)臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)速達(dá)52 m/s，為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別(圖1)。臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)登陸后一路北上影響了浙江、福建、江蘇、上海、安徽、山東等多個(gè)省(市)(圖1)，既包括江浙滬東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集的地區(qū)，又包括防臺(tái)能力薄弱的北方沿海地區(qū)，在其強(qiáng)風(fēng)雨作用下我國受災(zāi)極其嚴(yán)重。

3.2 浙江降水概況

臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)在不斷移近浙江并登陸北上的過程中，給浙江帶來了嚴(yán)重的臺(tái)風(fēng)暴雨災(zāi)害。從9 日00 時(shí)—10 日18 時(shí)的臺(tái)風(fēng)累積降水分布可看出，浙江的臺(tái)風(fēng)暴雨呈現(xiàn)出顯著的非均勻性，整體上由東向西遞減，強(qiáng)降水落區(qū)主要位于浙江東部沿海，局部累積降水量在450 mm 以上(圖2a)。從區(qū)域平均降水量的演變看，全省的平均雨量總體上呈單峰型分布，雨量較大的時(shí)段為9 日19—21 時(shí)，即登陸后的1—3 小時(shí)之間。登陸后3 小時(shí)內(nèi)累積降水量較大區(qū)（A 區(qū)和B 區(qū)）的逐時(shí)區(qū)域平均降水量均在25 mm以上(圖2b)。

圖1 臺(tái)風(fēng)Lekima路徑圖(a)、8月4日06時(shí)—13日00時(shí)臺(tái)風(fēng)近中心最大風(fēng)速(空心圈，單位：m/s)和臺(tái)風(fēng)中心海平面最低氣壓(實(shí)心圈，單位：hPa)的時(shí)間演變特征(b) 不同顏色的線對(duì)應(yīng)臺(tái)風(fēng)不同的強(qiáng)度，藍(lán)色、紫色、黃色、橘色、洋紅和紅色分別代表熱帶低壓(TD)、熱帶風(fēng)暴(TS)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)、臺(tái)風(fēng)(TY)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(SuperTY)。

圖2 9日00時(shí)—10日18時(shí)浙江省累積降水量分布(a，陰影，單位：mm)和浙江省(黑色實(shí)線)、A區(qū)(黃色實(shí)線)、B區(qū)(藍(lán)色實(shí)線)的區(qū)域平均降水量逐時(shí)演變特征(b，單位：mm)

浙江先后經(jīng)歷了臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流強(qiáng)降水和臺(tái)風(fēng)本體強(qiáng)降水兩個(gè)階段。其中9 日00—12 時(shí)登陸前主要受臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流影響，此階段中在螺旋云帶影響下降水強(qiáng)度也達(dá)到了短時(shí)暴雨級(jí)別。9 日13時(shí)—10 日18 時(shí)受臺(tái)風(fēng)本體和螺旋云帶共同作用，東部沿海局部地區(qū)1小時(shí)降水量在40 mm以上(圖略)。此外，臺(tái)風(fēng)影響期間，在山地迎風(fēng)坡的強(qiáng)迫抬升作用下浙江個(gè)別高山站出現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)暴雨增幅現(xiàn)象。

4 天氣形勢(shì)場(chǎng)和水汽分布特征

圖3 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(實(shí)線，單位：位勢(shì)什米)和925 hPa水汽通量(陰影，單位：g/(cm·hPa·s))分布

從500 hPa 環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)（圖3）可看出，臺(tái)風(fēng)登陸前后我國中緯度地區(qū)有西風(fēng)槽穩(wěn)定維持。在臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)向浙閩沿海移動(dòng)的過程中，臺(tái)風(fēng)Krosa(2019)生成并逐漸西移。雙臺(tái)風(fēng)組合成的低值系統(tǒng)的擠壓影響下，副熱帶高壓形狀狹長(zhǎng)且位置偏東偏北，因此在副高南部東南氣流的引導(dǎo)下，臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)的移動(dòng)路徑較偏北，移向大陸時(shí)未受到臺(tái)灣島地形的阻擋，這也是登陸前其高強(qiáng)度維持的重要原因之一。臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)穿越浙江北上的過程中移速較慢，以15 km/h左右的速度向偏北方向移動(dòng)。到達(dá)山東半島附近時(shí)，在西風(fēng)槽東移和臺(tái)風(fēng)Krosa(2019)以及穩(wěn)定維持的副高的共同影響下，臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)在山東半島附近打轉(zhuǎn)停滯。西風(fēng)槽后冷空氣和臺(tái)風(fēng)吸附的充沛的暖濕空氣在山東半島交匯，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，也給山東半島等地帶來了臺(tái)風(fēng)暴雨天氣。

臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)影響浙江期間主要有兩支水汽通道，分別是來自南海的西南水汽通道和副高南側(cè)的偏東水汽通道。由于臺(tái)風(fēng)生成于南海夏季風(fēng)爆發(fā)期間，作為具有強(qiáng)大吸力的“9”字型水汽泵，臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)南部存在一支強(qiáng)盛的西南季風(fēng)氣流，水汽輸送帶較寬且水汽通量強(qiáng)度偏強(qiáng)。季風(fēng)氣流對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)的水汽輸送強(qiáng)弱具有直接影響，而后進(jìn)一步間接影響臺(tái)風(fēng)暖濕心結(jié)構(gòu)和臺(tái)風(fēng)環(huán)流中的中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展，是使登陸臺(tái)風(fēng)長(zhǎng)久維持充足水汽的重要因素。此外，由于副高偏北偏強(qiáng)呈帶狀分布，臺(tái)風(fēng)北側(cè)有一支偏東水汽通道，輸送來自西太平洋上的水汽。登陸前后臺(tái)風(fēng)環(huán)流低層水汽分布的非對(duì)稱性顯著，東側(cè)水汽通量明顯強(qiáng)于西側(cè)。臺(tái)風(fēng)Krosa(2019)的存在也加劇了水汽分布的非對(duì)稱性，臺(tái)風(fēng)Krosa(2019)分流了臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)南部的部分水汽，又通過北部的偏東水汽通道加強(qiáng)對(duì)臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)的水汽輸送，減弱或加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)水汽通量的程度取決于雙臺(tái)風(fēng)之間的距離。

5 動(dòng)熱力結(jié)構(gòu)變化

5.1 環(huán)境場(chǎng)動(dòng)力條件

中尺度對(duì)流系統(tǒng)對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的強(qiáng)迫起主要作用，極利于觸發(fā)形成臺(tái)風(fēng)暴雨[20]。從對(duì)流發(fā)展情況看（圖4），登陸前后臺(tái)風(fēng)渦旋中心和螺旋云帶中對(duì)流云團(tuán)的合并加強(qiáng)和發(fā)展維持是短時(shí)強(qiáng)降水在浙江維持的重要原因。登陸前臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)外圍有三條對(duì)流發(fā)展旺盛的螺旋云帶，其中靠近臺(tái)風(fēng)中心的螺旋云帶中的對(duì)流發(fā)展最強(qiáng)盛，這與水汽分布的非對(duì)稱性有關(guān)。臺(tái)風(fēng)眼區(qū)的對(duì)流發(fā)展也強(qiáng)盛，TBB 低于-60 ℃。登陸時(shí)臺(tái)前兩條螺旋云帶旋轉(zhuǎn)匯合成了一條螺旋云帶。此時(shí)臺(tái)風(fēng)眼區(qū)存在雙眼壁填塞合并，因而臺(tái)風(fēng)環(huán)流渦旋中心TBB 低于-55 ℃的區(qū)域范圍有所擴(kuò)大。登陸后臺(tái)前螺旋云帶中的中尺度對(duì)流系統(tǒng)有所加強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)渦旋中心的對(duì)流強(qiáng)度維持。

圖4 FY-2F衛(wèi)星TBB(陰影，單位：℃)分布圖

從大尺度環(huán)境場(chǎng)上看，登陸前浙江上空低層處于強(qiáng)盛且范圍較廣的輻合氣流中，輻合中心強(qiáng)度大于20×10-5s-1。在浙江200 hPa 高空存在著大片強(qiáng)輻散區(qū)，最強(qiáng)輻散中心位于浙江中東部(圖略)。從浙江東部沿海區(qū)域平均散度場(chǎng)的演變看，9 日06 時(shí)—10 日00 時(shí)高層輻散作用較顯著，9 日12 時(shí)—10 日00 時(shí)低層輻合作用較強(qiáng)。而臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)浙江東部沿海低層的輻合作用最強(qiáng)，低空輻合和高空輻散場(chǎng)的配置最顯著(圖5a)?？梢姷顷懬昂笳憬峡站S持著強(qiáng)盛的低層輻合和高層輻散場(chǎng)，是登陸前后臺(tái)風(fēng)內(nèi)次級(jí)環(huán)流加強(qiáng)和維持的有利環(huán)境條件。

環(huán)境水平風(fēng)垂直切變是臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)和臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度維持的重要條件，也是影響臺(tái)風(fēng)大風(fēng)及臺(tái)風(fēng)降水分布的重要因子[23]。其中沈陽等[24]對(duì)臺(tái)風(fēng)“波尼”的個(gè)例研究更是表明了風(fēng)的垂直切變主導(dǎo)了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的變化。圖5b給出了臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)發(fā)展演變過程中的環(huán)境水平風(fēng)垂直切變大小時(shí)序變 化，登 陸前 后(9 月12 時(shí)—10 日00 時(shí))臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)四周的環(huán)境風(fēng)垂直切變維持在3 m/s以下，登陸時(shí)環(huán)境風(fēng)垂直切變最小，僅在1 m/s 左右，符合并遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前人研究中得到的臺(tái)風(fēng)在快速增強(qiáng)階段環(huán)境風(fēng)垂直切變的閾值(VWS＜10 m/s)[25]?？梢姷顷懬昂笈_(tái)風(fēng)四周的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)非常有利于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的維持。

5.2 臺(tái)風(fēng)中心動(dòng)熱力結(jié)構(gòu)

臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)登陸前已經(jīng)發(fā)展成為了具有雙眼壁結(jié)構(gòu)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，而登陸前后臺(tái)風(fēng)眼經(jīng)歷了發(fā)展、填塞到消亡的過程。圖6給出臺(tái)州多普勒天氣雷達(dá)0.5 °仰角的基本反射率分布，可見9日12 時(shí)登陸前6 小時(shí)臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)的雙眼壁結(jié)構(gòu)清晰，內(nèi)外眼壁呈閉合環(huán)狀，最大回波強(qiáng)度在45 dBZ 以上(圖6a)，但此時(shí)雙眼墻結(jié)構(gòu)不規(guī)則，東南側(cè)較西北側(cè)清晰。螺旋狀回波帶結(jié)構(gòu)密實(shí)，并匯集在眼壁上。登陸前2—3小時(shí)臺(tái)風(fēng)內(nèi)眼壁與外眼壁趨于匯合，原來的雙眼壁逐漸填塞，匯合后的眼墻的強(qiáng)度增強(qiáng)、范圍增寬。登陸后1小時(shí)內(nèi)臺(tái)風(fēng)眼結(jié)構(gòu)消失，螺旋云帶間的間隔縮小，臺(tái)風(fēng)環(huán)流東側(cè)螺旋云帶強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)于西側(cè)的螺旋云帶(圖6c)。

圖5 9日00時(shí)—10日18時(shí)東部沿海地區(qū)(120～122 °E，28～30 °N)平均散度(等值線，單位：10-5s-1)時(shí)間-高度剖面圖(a)、4日06時(shí)—13日00時(shí)環(huán)境水平風(fēng)垂直切變大小時(shí)序圖(b，實(shí)線，單位：m/s)

圖6 9日12:02:53(a)、16:03:23(b)、18:44:45(c)和10日00:01:27(d)臺(tái)州多普勒天氣雷達(dá)0.5 °仰角基本反射率(陰影，單位：dBZ)

進(jìn)一步分析過臺(tái)風(fēng)中心的風(fēng)場(chǎng)和溫濕場(chǎng)的垂直分布，可見登陸前臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)中心區(qū)域的濕層發(fā)展深厚，高能量區(qū)從低層800 hPa一直延伸至150 hPa，臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)中心強(qiáng)度為7 ℃。登陸前低層臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心上升速度為3 Pa/s，距臺(tái)風(fēng)中心約300 km 的125 °E 附近對(duì)應(yīng)著東側(cè)外圍螺旋云帶中的強(qiáng)烈垂直上升運(yùn)動(dòng)，垂直上升速度達(dá)7 Pa/s，表明該螺旋云帶中的對(duì)流發(fā)展極為旺盛，對(duì)應(yīng)區(qū)域的TBB＜-60 ℃。臺(tái)風(fēng)眼區(qū)為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，120 °E 和123 °E 對(duì)應(yīng)眼壁外的下沉運(yùn)動(dòng)，此類上升下沉氣流相交替的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)眼、臺(tái)風(fēng)眼壁和臺(tái)風(fēng)螺旋云帶結(jié)構(gòu)的完整，是臺(tái)風(fēng)發(fā)展強(qiáng)盛的表現(xiàn)（圖7）。

登陸時(shí)表征暖心結(jié)構(gòu)的溫度正距平較登陸前增大，眼壁附近的能量鋒區(qū)強(qiáng)度維持(圖8a、8b)，這是由于此時(shí)VWS 最小，臺(tái)風(fēng)內(nèi)部通風(fēng)作用達(dá)到最小的結(jié)果。臺(tái)風(fēng)溫濕心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱變化與VWS大小變化的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其它學(xué)者的統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果一致[26]。此外，次級(jí)環(huán)流非對(duì)稱是熱帶氣旋原有對(duì)稱次級(jí)環(huán)流和風(fēng)垂直切變引起的非對(duì)稱次級(jí)環(huán)流疊加的結(jié)果[27]，登陸前6小時(shí)內(nèi)環(huán)境風(fēng)垂直切變大小由3 m/s 逐漸減小為1 m/s，相應(yīng)地登陸時(shí)臺(tái)風(fēng)中的次級(jí)環(huán)流較之前對(duì)稱。隨著臺(tái)風(fēng)中心對(duì)流的加強(qiáng)，原來清晰的臺(tái)風(fēng)眼逐漸減弱填塞，取而代之的是一支強(qiáng)盛的垂直上升氣流，強(qiáng)垂直中心上升速度達(dá)到8 Pa/s，兩側(cè)分別對(duì)應(yīng)著下沉運(yùn)動(dòng)。但臺(tái)風(fēng)中心西側(cè)的下沉運(yùn)動(dòng)明顯強(qiáng)于東側(cè)，是因?yàn)樵陉懙厣系匦巫钃踝饔孟?，臺(tái)風(fēng)環(huán)流西側(cè)的西北氣流被強(qiáng)迫抬升，與之對(duì)應(yīng)的次級(jí)環(huán)流明顯增強(qiáng)。同樣臺(tái)風(fēng)中心西側(cè)的溫度梯度明顯較東側(cè)密集。此外，臺(tái)風(fēng)中心低層存在強(qiáng)水汽輻合，強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)配合強(qiáng)水汽輻合，給登陸地帶來臺(tái)風(fēng)暴雨，短時(shí)強(qiáng)降水釋放的大量潛熱供應(yīng)將進(jìn)一步利于臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)和臺(tái)風(fēng)高強(qiáng)度維持，登陸前后垂直方向上的渦度隨高度分布特征變化不大也在一定程度上證實(shí)了此點(diǎn)。

從登陸前、登陸時(shí)和登陸后臺(tái)風(fēng)中心附近(以臺(tái)風(fēng)中心為中心20 km×20 km 的范圍)區(qū)域平均的θse垂直分布可見，登陸前和登陸后6 小時(shí)對(duì)流性不穩(wěn)定(?θse/?z<0)主要分布在低層900 hPa 以下和600～500 hPa 之間，而登陸過程中溫濕廓線變化明顯區(qū)別于其它兩個(gè)階段，對(duì)應(yīng)著登陸過程中臺(tái)風(fēng)低層輻合風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)配合充足的水汽使得眼區(qū)的對(duì)流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)眼結(jié)構(gòu)等逐步填塞，臺(tái)風(fēng)本體中高溫高濕空氣正逐漸釋放能量，溫濕結(jié)構(gòu)劇烈變化。

5.3 旋轉(zhuǎn)風(fēng)和輻散風(fēng)

臺(tái)風(fēng)作為強(qiáng)渦旋結(jié)構(gòu)的天氣系統(tǒng)，一般情況下旋轉(zhuǎn)風(fēng)比輻散風(fēng)明顯，但輻散風(fēng)分量的變化對(duì)臺(tái)風(fēng)急劇增強(qiáng)和急劇減弱有一定的指示作用[28]，對(duì)暴雨強(qiáng)度變化也具有更好的指示意義[29]。登陸臺(tái)風(fēng)在下墊面溫濕條件和地表拖曳系數(shù)改變的情況下，臺(tái)風(fēng)渦旋結(jié)構(gòu)和風(fēng)場(chǎng)將產(chǎn)生相應(yīng)變化，現(xiàn)進(jìn)一步分析登陸前后旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)和輻散風(fēng)場(chǎng)變化對(duì)臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)渦旋結(jié)構(gòu)和降水分布變化的影響。

臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)作為典型的發(fā)展深厚的西太平洋臺(tái)風(fēng)，內(nèi)部對(duì)流旺盛。850 hPa 以下為較大的低層流入層，有強(qiáng)輻散風(fēng)輻合中心；較大流出層在200～150 hPa，存在明顯的輻散風(fēng)流出線。低層流入層和高層流出層上的輻散風(fēng)大小維持在10 m/s 上下，而800～300 hPa 具有準(zhǔn)渦旋運(yùn)動(dòng)特征，輻散風(fēng)維持在3 m/s 左右(圖9)。登陸前后臺(tái)風(fēng)環(huán)流東北側(cè)穩(wěn)定存在著偏東急流和東南急流，925 hPa 上急流強(qiáng)度達(dá)到30～40 m/s，強(qiáng)盛的急流將水汽和動(dòng)量源源不斷地輸送到浙江上空。低層輻合風(fēng)場(chǎng)進(jìn)一步促使水汽輻合，使得浙江上空存在較大范圍的水汽通量輻合區(qū)，水汽通量輻合維持在-4×10-7g/(cm2·hPa·s)以上(圖10)。臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)東北側(cè)急流和強(qiáng)水汽通量輻合的長(zhǎng)久維持，說明登陸前后浙江上空有持續(xù)且充足的水汽供應(yīng)，眼墻區(qū)強(qiáng)勁的上升運(yùn)動(dòng)利于將低層輻合的水汽向中上層輸送(圖7)，大量的凝結(jié)潛熱釋放增暖氣柱和增加位能的同時(shí)，也有利于增加和補(bǔ)償摩擦耗散的動(dòng)能[30]，因而登陸前后臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)內(nèi)的CISK正反饋機(jī)制能較長(zhǎng)時(shí)間維持，從而造成持續(xù)性的強(qiáng)降水。

分析臺(tái)風(fēng)中心東南西北四個(gè)方位各層旋轉(zhuǎn)風(fēng)和輻散風(fēng)的風(fēng)速變化，可見臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)旋轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速大小呈現(xiàn)出隨高度先增大后減小的趨勢(shì)，較大的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量出現(xiàn)在低層800 hPa附近。正是因?yàn)榕_(tái)風(fēng)東北側(cè)急流的存在，臺(tái)風(fēng)北側(cè)的偏東旋轉(zhuǎn)風(fēng)大于南側(cè)偏西旋轉(zhuǎn)風(fēng)；東側(cè)的偏南旋轉(zhuǎn)風(fēng)大于西側(cè)的偏北旋轉(zhuǎn)風(fēng)。此外，登陸前后臺(tái)風(fēng)環(huán)流低層流入層和高層流出層上的旋轉(zhuǎn)風(fēng)是輻散風(fēng)的2～3 倍，而中間層上的旋轉(zhuǎn)風(fēng)近乎是輻散風(fēng)的近10 倍，側(cè)面反映出臺(tái)風(fēng)登陸前后高低層輻散風(fēng)的高強(qiáng)度維持，有利于臺(tái)風(fēng)內(nèi)次級(jí)環(huán)流的強(qiáng)盛發(fā)展，進(jìn)而影響臺(tái)風(fēng)降水的維持時(shí)間（圖10、圖11）。

圖7 9日12時(shí)(a～b)、9日18時(shí)(c～d)、10日00時(shí)(e～f)過臺(tái)風(fēng)中心的垂直速度(上升：點(diǎn)虛線，下沉：實(shí)線，單位：Pa/s)疊加水汽通量輻合(灰色虛線，單位：10-7 g/(cm2·hPa·s))(左)和渦度(黑色虛線，單位：10-6 s-1)疊加風(fēng)場(chǎng)(矢量，w擴(kuò)大10倍)(右)的緯向垂直剖面圖(△對(duì)應(yīng)臺(tái)風(fēng)中心，黑色區(qū)域?yàn)榈匦?

圖8 登陸前后過臺(tái)風(fēng)中心的假相當(dāng)位溫(實(shí)線，單位：K)和溫度距平(灰色虛線，單位：℃)的緯向垂直剖面圖(a：9日12時(shí)，b：9日18時(shí)，c：10日00時(shí))和臺(tái)風(fēng)中心附近區(qū)域平均的假相當(dāng)位溫垂直分布圖(d，十字線：9日12時(shí)，空心圓圈：9日18時(shí)，空心方形：10日00時(shí)，單位：K)

圖9 臺(tái)風(fēng)四個(gè)方位旋轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速(a～c，單位：m/s)和輻散風(fēng)風(fēng)速(d～f，單位：m/s)隨高度演變特征

圖11 500 hPa旋轉(zhuǎn)風(fēng)(流場(chǎng))疊加500 hPa實(shí)際風(fēng)風(fēng)速(黃色實(shí)線，單位：m/s)(a、c、e)和500 hPa輻散風(fēng)(流場(chǎng))(b、d、f)

登陸前6 小時(shí)和登陸后6 小時(shí)臺(tái)風(fēng)分別處于高強(qiáng)度維持階段和急劇減弱階段，分析兩個(gè)階段低層旋轉(zhuǎn)風(fēng)和輻散風(fēng)變化引起的低層輻合結(jié)構(gòu)改變對(duì)浙江降水分布和強(qiáng)度的影響。登陸前6 小時(shí)的降水變化增加區(qū)分別對(duì)應(yīng)于臺(tái)風(fēng)中心旺盛對(duì)流降水和臺(tái)前螺旋云帶降水。與登陸前6小時(shí)相比，登陸時(shí)臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心低層925 hPa 有較大范圍的輻散風(fēng)增大過程(圖12b)，代表低層水汽的聚集程度進(jìn)一步增強(qiáng)，因而臺(tái)風(fēng)中心強(qiáng)降水與登陸時(shí)低層輻散風(fēng)風(fēng)速增強(qiáng)有一定關(guān)系。而螺旋云帶中的中尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展旺盛，螺旋云帶降水區(qū)與中層500 hPa輻散風(fēng)偏差場(chǎng)中風(fēng)向輻合對(duì)應(yīng)。登陸6小時(shí)后，低層?xùn)|北側(cè)的旋轉(zhuǎn)風(fēng)明顯減小，南側(cè)的輻散風(fēng)較登陸時(shí)略有增大(圖9e、9f)，水汽輸送強(qiáng)度維持?？梢娦D(zhuǎn)風(fēng)是水汽和動(dòng)量、熱量的輸送動(dòng)力，輻散風(fēng)是水汽輻合和動(dòng)量、熱量的聚集動(dòng)力，在大尺度環(huán)境場(chǎng)極有利于臺(tái)風(fēng)發(fā)生、發(fā)展和維持的情況下，旋轉(zhuǎn)風(fēng)和輻散風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的改變對(duì)水汽、能量和熱量的輸送和分布起到再分配作用。

臺(tái)風(fēng)高強(qiáng)度維持階段對(duì)應(yīng)著低層?xùn)|側(cè)、北側(cè)旋轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速增大；急劇減弱階段對(duì)應(yīng)著低層?xùn)|側(cè)、北側(cè)旋轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速減小。而中層具有明顯的中尺度輻合特征(圖11b、11d)，中層的輻散風(fēng)風(fēng)向和風(fēng)速變化對(duì)螺旋云帶中尺度對(duì)流性降水變化具有重要的指示意義。因此，此次浙江臺(tái)風(fēng)暴雨需密切關(guān)注登陸前后臺(tái)風(fēng)東北側(cè)的(超)低空急流和中層輻合線的影響區(qū)域及其變化。

圖12 925 hPa(a～b)、500 hPa(c～d)登陸前6小時(shí)旋轉(zhuǎn)風(fēng)偏差場(chǎng)(陰影和風(fēng)矢，單位：m/s)疊加降水變化(實(shí)線；單位：mm)和輻散風(fēng)偏差場(chǎng)(陰影和風(fēng)矢，單位：m/s)疊加降水變化(實(shí)線；單位：mm)

5.4 非地轉(zhuǎn)濕Q矢量散度

非地轉(zhuǎn)濕Q矢量綜合考慮了動(dòng)力和熱力作用，常用來研究臺(tái)風(fēng)暴雨。低層等壓面上的濕Q 矢量散度輻合區(qū)的演變可較好地指示臺(tái)風(fēng)降水強(qiáng)度及其落區(qū)變化[31]。分析A、B強(qiáng)降水落區(qū)700 hPa上的濕Q 矢量散度隨時(shí)間的演變(圖13)可見，短時(shí)暴雨維持時(shí)段內(nèi)濕Q 矢量散度處于較低值，其中9日18 時(shí)A 區(qū)和B 區(qū)的濕Q 矢量散度最小分別為-180×10-16hPa-1·s-3和-110×10-16hPa-1·s-3，與此對(duì)應(yīng)A 區(qū)和B 區(qū)未來3 小時(shí)內(nèi)的逐小時(shí)平均降水量維持在30 mm左右。10日00時(shí)A區(qū)平均濕Q矢量散度大于0，與此對(duì)應(yīng)的平均降水量減小至4 mm左右，此時(shí)B 區(qū)平均濕Q 矢量散度仍維持在-100×10-16hPa-1·s-3，未來1小時(shí)降水量達(dá)到25 mm。

圖13 登陸前后A區(qū)(短虛線)和B區(qū)(點(diǎn)線)區(qū)域平均非地轉(zhuǎn)濕Q矢量散度(黑色，單位：10-16 hPa-1·s-3))和降水(灰色，單位：mm)的時(shí)間演變圖

700 hPa 上非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量散度場(chǎng)能較好指示未來1小時(shí)內(nèi)的短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)和強(qiáng)度變化，臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)的短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)主要位于輻合值大于10×10-16hPa-1·s-3的區(qū)域內(nèi)(圖14，見下頁)，與以往的研究結(jié)果基本一致[32]，但因臺(tái)風(fēng)個(gè)例的差異使得輻合值的參考量有所不同。9 日12 時(shí)后1小時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水主要位于溫州北部、臺(tái)州東部和寧波南部，與浙江沿海低層濕Q 矢量輻合區(qū)對(duì)應(yīng)；登陸時(shí)浙江沿海的濕Q 矢量輻合范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，輻合中心值小于-150×10-16hPa-1·s-3，未來短時(shí)暴雨主要位于輻合區(qū)中心及其以北的地區(qū)。登陸后輻合中心值有所減弱，未來1小時(shí)的強(qiáng)降水落區(qū)位于濕Q矢量輻合區(qū)的東南部。

進(jìn)一步分析121 °E 強(qiáng)降水落區(qū)垂直方向上的非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量散度與垂直速度和水汽的分布關(guān)系，登陸前30 °N 以南存在廣闊的垂直上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度大值中心位于29 °N 上空700 hPa 左右，與濕Q 矢量輻合區(qū)重疊，未來短時(shí)暴雨落區(qū)位于強(qiáng)水汽通量輻合區(qū)，其上空對(duì)應(yīng)著偏南和偏北氣流輻合。登陸時(shí)低層28～29 °N 處于強(qiáng)盛且范圍較廣的垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)域，強(qiáng)降水主要位于較強(qiáng)的濕Q 矢量輻合與偏北斜升氣流的重疊區(qū)域，深厚的斜升氣流中的垂直速度維持在4 Pa/s。登陸后6小時(shí)臺(tái)風(fēng)作為強(qiáng)勁的“吸力泵”，強(qiáng)盛暖濕氣流源源不斷地吸入了陸地，垂直剖面上依舊有偏南和偏北氣流的輻合和較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，未來短時(shí)暴雨落區(qū)上空對(duì)應(yīng)于強(qiáng)水汽通量輻合，強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)和低層濕Q 矢量輻合區(qū)?？梢娕_(tái)風(fēng)登陸前后浙江沿海處于廣闊的垂直上升運(yùn)動(dòng)中，同時(shí)低層維持著較深厚的低層水汽輻合，利用低層非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量散度輻合區(qū)域的水平分布診斷臺(tái)風(fēng)降水時(shí)，需要結(jié)合垂直速度場(chǎng)和低層水汽輻合場(chǎng)綜合判斷臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)。

6 結(jié)論和討論

本文利用NCEP FNL 再分析資料以及中國自動(dòng)站與CMORPH 降水產(chǎn)品融合的逐時(shí)降水資料、相當(dāng)黑體亮溫TBB 資料、多普勒天氣雷達(dá)資料等多種資料，分析了臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)發(fā)展演變過程中動(dòng)熱力結(jié)構(gòu)變化和水汽分布特征與浙江極端強(qiáng)降水之間的關(guān)系。

(1) 臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)近海急劇加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，是具有特殊的雙眼壁結(jié)構(gòu)的典型“9”字型臺(tái)風(fēng)。浙江上空環(huán)境場(chǎng)上維持著強(qiáng)盛的低空輻合和高空輻散場(chǎng)，低層輻合和高層輻散利于低層水汽、動(dòng)量和能量聚集和臺(tái)風(fēng)降水在浙江沿海的維持，是登陸前后浙江沿海產(chǎn)生短時(shí)暴雨的有利環(huán)境條件。

(2) 登陸前后臺(tái)風(fēng)四周的環(huán)境水平風(fēng)垂直切變維持在3 m/s以下，非常有利于臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)和次級(jí)環(huán)流的維持，登陸時(shí)環(huán)境風(fēng)垂直切變僅在1 m/s左右，臺(tái)風(fēng)內(nèi)部通風(fēng)作用小，暖心結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，次級(jí)環(huán)流結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱。環(huán)境水平風(fēng)垂直切變大小維持較小值是登陸前后主導(dǎo)臺(tái)風(fēng)高強(qiáng)度維持的重要因素。

圖14 700 hPa濕Q矢量散度(黑色虛線，單位：10-16 hPa-1·s-3)與未來1小時(shí)降水(等值線，單位：mm，陰影區(qū)代表≥16 mm)水平分布(a、c、e)和沿121 °E濕Q矢量散度(黑色虛線，單位：10-16 hPa-1·s-3)和垂直速度(實(shí)線；單位：Pa/s)緯向垂直剖面(b、d、f) a、b. 9日12時(shí)；c、d. 9日18時(shí)；e、f. 10日00時(shí)。

(3) 登陸前后臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)東北側(cè)(超)低空急流和中層的輻合線是浙江臺(tái)風(fēng)暴雨的關(guān)鍵點(diǎn)，業(yè)務(wù)中需密切關(guān)注登陸前后臺(tái)風(fēng)東北側(cè)的低空急流的影響區(qū)域及其變化，低層?xùn)|北側(cè)急流作為輸送南海和西太平洋水汽的通道，其穩(wěn)定存在使得浙江上空有持續(xù)且充足的水汽供應(yīng)，進(jìn)而使臺(tái)風(fēng)中的CISK 正反饋機(jī)制較長(zhǎng)時(shí)間存在，造成連續(xù)性的強(qiáng)降水。

(4) 臺(tái)風(fēng)環(huán)流低層流入層和高層流出層上的輻散風(fēng)較大間接反映出了高低層輻散風(fēng)的高強(qiáng)度維持，次級(jí)環(huán)流抽吸作用強(qiáng)。低層旋轉(zhuǎn)風(fēng)和輻散風(fēng)分別作為水汽和動(dòng)量、熱量的輸送動(dòng)力和聚集動(dòng)力，對(duì)水汽、能量和熱量的輸送和分布起到顯著的再分配作用。而中層上的散度風(fēng)風(fēng)向和風(fēng)速變化對(duì)螺旋云中尺度對(duì)流性降水變化具有重要的指示意義。

(5) 700 hPa 上非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量散度場(chǎng)能較好指示未來1小時(shí)內(nèi)的短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)和強(qiáng)度變化，臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)的短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)主要位于輻合值大于10×10-16hPa-1·s-3的區(qū)域內(nèi)，與以往學(xué)者的研究結(jié)果基本一致，但因臺(tái)風(fēng)個(gè)例的差異使得輻合值的參考量有所不同。利用低層非地轉(zhuǎn)濕Q矢量散度輻合區(qū)域的水平分布診斷臺(tái)風(fēng)降水時(shí)，結(jié)合垂直速度場(chǎng)和低層水汽輻合場(chǎng)綜合判斷臺(tái)風(fēng)降水落區(qū)的效果更佳。

本文從環(huán)流場(chǎng)、動(dòng)熱力場(chǎng)和水汽分布上探討了登陸前后臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)結(jié)構(gòu)的變化及其對(duì)浙江極端強(qiáng)降水的影響，但從高山站降水資料分析可看出，臺(tái)風(fēng)Lekima(2019)影響期間浙江地形的暴雨增幅作用同樣突出，本文并未討論山地強(qiáng)迫抬升作用與短時(shí)強(qiáng)降水的關(guān)系，今后將繼續(xù)開展浙江地形與臺(tái)風(fēng)降水的相關(guān)性研究。