鐘立華，巢婧華，余曉建，龐綺汶，郭瑞玲

（佛山市南海區(qū)氣象局，廣東佛山 528200）

臺風(fēng)是一種災(zāi)害性天氣，能引起狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮等災(zāi)害，還極易誘發(fā)城市內(nèi)澇、山體滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全［1］。許多學(xué)者對臺風(fēng)進(jìn)行了研究，對臺風(fēng)登陸后帶來的強(qiáng)降雨尤為關(guān)注，從數(shù)值模式、物理量的數(shù)值模擬及系統(tǒng)配置等方面對強(qiáng)降雨落區(qū)及成因進(jìn)行了深入探討［2-3］，如孫建華等［4］對9406（Tim）臺風(fēng)登陸與西風(fēng)帶槽相互作用分析認(rèn)為高低空、中低緯系統(tǒng)的配置非常有利于降水，中低空的東南急流有著極其重要的作用，向北輸送了水汽、渦度、動能等；汪亞萍等［5］對2006“碧利斯”臺風(fēng)暴雨的診斷分析得出，水汽螺旋度、熱力螺旋度、散度垂直通量、熱力散度垂直通量等4個(gè)動力因子與降水強(qiáng)度對應(yīng)更好，對降水的指示意義也更好。本研究利用NCEP（1.0°×1.0°）6 h再分析資料、ECMWF的ERA5（0.25°×0.25°）3 h再分析資料、自動站資料等，對7月2日午后到7月3日早晨南海區(qū)強(qiáng)降雨的環(huán)境條件進(jìn)行分析，試圖找出該次臺風(fēng)強(qiáng)降雨的影響因子，為臺風(fēng)強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供參考。

1 臺風(fēng)概況及風(fēng)雨實(shí)況

2022年第3號臺風(fēng)“暹芭”是近20年來登陸廣東的最強(qiáng)南?！巴痢迸_風(fēng)，其于6月30日08：00（北京時(shí)，下同）在南海海面生成；7月2日08：00加強(qiáng)為臺風(fēng)，15：00以臺風(fēng)級（35 m／s，12級）在廣東電白沿海登陸，18：00減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，期間大致以西北行為主；3日轉(zhuǎn)偏北方向移動，17：00在廣西陽朔縣境內(nèi)減弱為熱帶低壓；4日08：00中央氣象臺對其停止編號。

受“暹芭”外圍螺旋雨帶影響，6月30日08：00至7月4日08：00南海區(qū)出現(xiàn)連續(xù)多日強(qiáng)降雨，并伴有8級陣風(fēng)和局地龍卷，具有“影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、累計(jì)雨量大、伴短時(shí)大風(fēng)”等特點(diǎn)。全區(qū)平均累積雨量246.4 mm（圖1a），56個(gè)自動站（占54.90%）錄得250～400 mm降雨，過程最大累計(jì)雨量為大瀝鎮(zhèn)328.7 mm。全區(qū)85個(gè)站點(diǎn)錄得6級以上陣風(fēng)，其中21個(gè)站點(diǎn)錄得8級大風(fēng)（圖1b），過程最大陣風(fēng)為九江鎮(zhèn)19.1 m／s（8級），6月30日16：47前后獅山鎮(zhèn)出現(xiàn)弱龍卷，7月2日17：30前后西樵鎮(zhèn)出現(xiàn)EF1級龍卷風(fēng)。

圖1 2022年6月30日08：00至7月4日08：00南海區(qū)累積降雨量實(shí)況（a）、風(fēng)力實(shí)況（b）和最大小時(shí)雨量隨時(shí)間變化（c）

南海區(qū)過程最強(qiáng)降雨時(shí)段集中在7月2日午后到7月3日早晨（圖1c）。2日隨著“暹芭”向廣東粵西沿海靠近，受其外圍螺旋雨帶影響，南海區(qū)13：00到14：00雨勢開始加強(qiáng)，出現(xiàn)小到中雨；15：00登陸后到17：00雨勢明顯加強(qiáng)，出現(xiàn)大雨到暴雨，最大時(shí)雨量為43.8 mm；夜間大部分鎮(zhèn)街處于螺旋雨帶縫隙處，降雨暫歇。3日凌晨起受新生成的螺旋雨帶影響，形成列車效應(yīng)，小時(shí)雨強(qiáng)強(qiáng)，累計(jì)雨量大，最大1 h滑動雨量達(dá)77 mm（06：25—07：25）。

2 強(qiáng)降雨環(huán)境條件

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

臺風(fēng)的移動與大尺度環(huán)流密切相關(guān)，副熱帶高壓（以下簡稱副高）和西風(fēng)槽是影響臺風(fēng)路徑的主要天氣系統(tǒng)［6］。從500 hPa形勢來看，7月1—2日中高緯為兩槽一脊形勢且緩慢東移，臺風(fēng)“艾利”在副高環(huán)流內(nèi)發(fā)展北抬，致使副高減弱東退，副高中心位于西北太平洋洋面上，脊線在35°N附近，呈西北到東南向，“暹芭”在副高邊緣西南到東南氣流引導(dǎo)下向西偏北方向移動，但其距離588 dagpm線較遠(yuǎn)，同時(shí)副高邊緣引導(dǎo)氣流偏弱，使得“暹芭”移動緩慢（圖2）。

圖2 2022年7月2日20：00 500 hPa位勢高度場（等值線，單位：dagpm）和風(fēng)場（風(fēng)向桿，單位：m／s）

3日中高緯西風(fēng)槽東移北收，臺風(fēng)“艾利”在副高環(huán)流內(nèi)繼續(xù)西北行，阻擋著588 dagpm線西伸，西北行過程中副高出現(xiàn)斷裂狀態(tài)，脊線南落到30°N附近，“暹芭”受副高邊緣較弱的西南到偏南氣流引導(dǎo)下移動路徑出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)向偏北行，此期間“暹芭”與寬廣的季風(fēng)槽相連，不斷卷入季風(fēng)帶來的暖濕氣流，登陸后在下墊面的作用下，移速緩慢，停留時(shí)間較長，為南海區(qū)強(qiáng)降水提供了有利的環(huán)流背景。4—5日“暹芭”殘余環(huán)流北上，并入高空槽，在槽前西南氣流引導(dǎo)下向東北方向移動，對南海區(qū)影響減弱。

2.2 低空急流

低空急流是臺風(fēng)獲得水汽和能量的重要通道，程正泉等［7］研究表明，造成大范圍強(qiáng)降水的臺風(fēng)往往登陸后與持續(xù)時(shí)間長且深厚的西南急流相連。從925 hPa風(fēng)場可知，7月2日“暹芭”登陸后其東南側(cè)與西南到東南急流帶相連，向珠三角和粵西一帶不斷輸送水汽和能量，南海區(qū)處于東南急流帶上，水汽和能量輸送條件十分有利（圖3a）。7月3日“暹芭”環(huán)流雖有所減弱，但其東南側(cè)仍與西南急流帶相連，持續(xù)提供源源不斷的水汽和能量，南海區(qū)3日凌晨到早上處于偏南急流帶上，水汽供應(yīng)順暢且充足，容易觸發(fā)強(qiáng)對流天氣，此時(shí)段南海區(qū)出現(xiàn)了暴雨到大暴雨。從風(fēng)場隨時(shí)間的垂直剖面（圖3b）可知，7月2—3日南海區(qū)上空低空急流強(qiáng)勁且維持時(shí)間長，風(fēng)速為14～26 m／s，其中2日維持深厚的強(qiáng)東南氣流，3日凌晨轉(zhuǎn)為強(qiáng)偏南氣流，2日午后到3日凌晨900～700 hPa低空急流最強(qiáng)，風(fēng)速維持在24 m／s以上，2日20：00 850 hPa高度附近出現(xiàn)急流中心，風(fēng)速為26 m／s左右。強(qiáng)降雨出現(xiàn)的時(shí)間與急流大值區(qū)出現(xiàn)的時(shí)間對應(yīng)，說明強(qiáng)勁的低空急流有利于將水汽輸送至暴雨區(qū)，為強(qiáng)降雨提供有利的環(huán)流背景。

圖3 2022年7月2日20：00 925 hPa風(fēng)場（填色，風(fēng)速≥12 m／s）（a）和7月1—5日風(fēng)場沿113°E，23°N剖面（單位：m／s）（b）

2.3 水汽條件

暴雨的生成離不開充足的水汽供應(yīng)和水汽輻合，水汽通量能夠反映水汽輸送強(qiáng)度［8］，水汽通量散度能夠反映水汽的集中程度［9］。從925 hPa水汽通量和水汽通量散度可知，臺風(fēng)“暹芭”登陸前，水汽通量大值區(qū)分布在臺風(fēng)東南側(cè)急流中心附近，中心強(qiáng)度超過55 g·cm-1·hPa-1·s-1，覆蓋范圍廣，大量水汽向珠江三角洲到粵西沿海一帶輸送。2日14：00南海區(qū)水汽通量增強(qiáng)至30～45 g·cm-1·hPa-1·s-1之間（圖4a），水汽通量散度則在（-10～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之間；15：00—17：00“暹芭”登陸后，水汽通量大值區(qū)位于臺風(fēng)本體附近，南海區(qū)處于水汽通量大值中心外圍和水汽輻合區(qū)內(nèi)，降水對應(yīng)增強(qiáng)；夜間水汽通量大值區(qū)范圍收縮，中心強(qiáng)度逐漸減弱，南海區(qū)西部鎮(zhèn)街轉(zhuǎn)為水汽輻散區(qū)，降水暫歇。3日凌晨起水汽輻合再次增強(qiáng)，02：00南海區(qū)水汽通量散度在（-15～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之間，05：00起南海區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨，水汽通量強(qiáng)度、水汽輻合強(qiáng)度與強(qiáng)降雨強(qiáng)度關(guān)系密切。

圖4 2022年7月2日14：00 925 hPa水汽通量（單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和7月1—5日水汽通量散度沿113°E，23°N剖面（單位：g·cm-2·hPa-1·s-1）（b）

從水汽通量和水汽通量散度隨時(shí)間的垂直剖面（圖4b）也可以看到，7月2—3日水汽通量明顯增強(qiáng)增厚，25 g·cm-1·hPa-1·s-1以上水汽通量厚度延伸到700 hPa附近，其中2日午后到3日早晨900 hPa附近出現(xiàn)水汽通量核，強(qiáng)度增強(qiáng)到40 g·cm-1·hPa-1·s-1以上。

另外，此時(shí)段對應(yīng)的水汽輻合區(qū)同樣增強(qiáng)增厚；850 hPa以下水汽通量散度維持-14×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1以上，表明此時(shí)段南海區(qū)上空低層水汽含量充沛，水汽通量強(qiáng)度強(qiáng)、厚度厚及水汽輻合增強(qiáng)與2日午后到3日早晨強(qiáng)降雨的發(fā)生有著密切聯(lián)系。

2.4 動力條件

在可持續(xù)供應(yīng)水汽的條件下，配合較強(qiáng)的上升運(yùn)動，容易出現(xiàn)強(qiáng)降水［8］。從散度隨時(shí)間的垂直剖面（圖5a）可知，1日夜間起低層1 000～850 hPa輻合逐漸增強(qiáng)，2日白天到3日早晨低層維持明顯的輻合中心，輻合中心位于925 hPa附近，強(qiáng)度達(dá)到-8×10-5s-1，2日午后到3日早晨500～300 hPa均為輻散，散度值在（2～4）×10-5s-1之間，此時(shí)段高空輻散、低空輻合的配置有利于上升運(yùn)動維持［10］，產(chǎn)生對流性降水。從垂直速度隨時(shí)間的剖面（圖5b）可以看出，7月2到4日中低層多為上升運(yùn)動，2日白天上升運(yùn)動顯著增強(qiáng)，850～400 hPa均為強(qiáng)上升區(qū)，中午到下午達(dá)最強(qiáng)，最強(qiáng)中心位于700～400 hPa高度，中心強(qiáng)度為-8 Pa／s，最強(qiáng)上升區(qū)出現(xiàn)時(shí)間與強(qiáng)降雨時(shí)段對應(yīng)。3日中低層基本為上升運(yùn)動，強(qiáng)度有所減弱，在-2～-4 Pa／s之間，南海區(qū)位于氣流上升區(qū)，動力條件仍較好，3日凌晨到早上在偏南氣流的控制下，南海區(qū)水汽供應(yīng)充足且處于水汽輻合區(qū)，在動力作用抬升下觸發(fā)了強(qiáng)對流天氣［11］，雨帶伴有列車效應(yīng)，導(dǎo)致累積雨量大，05：00—08：00，36個(gè)站點(diǎn)錄得50～100 mm降雨，8個(gè)站點(diǎn)錄得100 mm以上降雨，最大累計(jì)雨量為大瀝鎮(zhèn)118.6 mm。

圖5 2022年7月1—5日散度（單位：s-1）（a）和垂直速度（單位：Pa／s）（b）沿113°E，23°N剖面

2.5 不穩(wěn)定能量

θse（假相當(dāng)位溫）是反映大氣溫濕條件和能量的物理量［12］，低層處于高溫高濕狀態(tài)時(shí)更易出現(xiàn)強(qiáng)降水［13］。從θse隨時(shí)間的垂直剖面（圖6）可知，臺風(fēng)登陸后低層900 hPa以下，θse維持在355 K以上，為高能區(qū)；900～500 hPa之間θse均大于347 K，由此可見，南海區(qū)上空低層能量充足，為降水儲蓄了比較好的熱力條件。θse隨高度的變化可以反映大氣層結(jié)的穩(wěn)定度，其中θse隨高度減小時(shí)表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定［14］，2日午后到3日早晨南海區(qū)上空500 hPa以下的中低層θse隨高度減小，即?θse／?p＞0，大氣存在對流不穩(wěn)定，有利于對流的發(fā)展，南海區(qū)此時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的強(qiáng)降雨正是在這種對流性不穩(wěn)定條件下發(fā)生。一般而言，持續(xù)性的降雨會造成能量的損耗［15］，然而臺風(fēng)登陸后低層900 hPa以下始終處于暖濕不穩(wěn)定區(qū)，能量維持在355 K以上，中低層大氣對流不穩(wěn)定狀態(tài)始終維持，這可能是因?yàn)殡S著臺風(fēng)的北上，臺風(fēng)西南到東南側(cè)急流不斷把海上的水汽和不穩(wěn)定能量輸送上岸，致使南海區(qū)增溫增濕，從而彌補(bǔ)了持續(xù)性降雨對能量的損耗。

圖6 2022年7月1—5日θse沿113°E，23°N剖面（單位：K）

3 結(jié)論

1）7月2到3日南海區(qū)上空低層水汽含量充沛，水汽通量核與水汽輻合中心對應(yīng)，水汽通量強(qiáng)度強(qiáng)、厚度厚及水汽輻合增強(qiáng)與2日午后到3日早晨強(qiáng)降雨的發(fā)生有著密切聯(lián)系。

2）7月2日午后到3日早晨南海區(qū)處于氣流上升區(qū)，垂直上升運(yùn)動強(qiáng)，高空輻散、低空輻合配置較好，大尺度抽吸作用有利于上升運(yùn)動維持，為強(qiáng)降雨發(fā)生提供有利的動力條件。

3）低層不穩(wěn)定能量充足，中低層存在對流不穩(wěn)定，7月2日午后到3日早晨南海區(qū)強(qiáng)降雨正是在這種對流性不穩(wěn)定條件下發(fā)生；低空急流不斷輸送水汽和不穩(wěn)定能量，提供有利的暖濕條件，有利于南海區(qū)強(qiáng)降雨的維持。