46 热带气象学报 30 卷 水汽, 则很快衰亡 [10] [11] 林爱兰等针对强 弱西南季风进行对比试验, 指出西南季风通过加强环境场的水汽输送, 使 0214 号热带气旋的移动路径 热力和动力结构都发生改变 越赤道气流作为南 北半球间输送物质和能量的通道, 它的加强主要表现在低纬水汽和不稳定能

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1 第 30 卷第 1 期热带气象学报 Vol.30, No 年 02 月 JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY Feb., 2014 戴竹君, 王黎娟, 管兆勇, 等. 登陆热带风暴 Bilis 维持和暴雨增幅与低纬水汽输送的关系及其数值试验 [J]. 热带气象学报, 2014, 30(2): : (2014) Bilis 1, 戴竹君 2, 王黎娟 1, 管兆勇庞玥 1, 何洁琳 3, 黄小梅 1 1, (1. 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心 / 气象灾害省部共建教育部重点实验室, 江苏南京 ; 2. 南京市气象局, 江苏南京 ;3. 广西壮族自治区气候中心, 广西南宁 ) 采用 WRF 中尺度数值模式 NCEP/NCAR 再分析资料 地面加密观测资料和 JMA 最佳路径数据集对 0604 号强热带风暴 Bilis 的水汽输送特征进行诊断分析与数值模拟 结果表明, Bilis 登陆后, 一直与低纬水汽通道相联结, 索马里和 80~100 E 越赤道气流异常活跃, 将大量水汽输送到 Bilis 环流中, 有利于其在陆上长久维持并引发沿途暴雨增幅 对 Bilis 的维持过程进行数值模拟和水汽敏感性试验结果显示, 低纬水汽输送的减弱不利于登陆热带风暴 Bilis 的维持和暴雨增幅, 索马里和 80~100 E 越赤道气流的持续水汽补充有助于 Bilis 环流在陆上长久维持, 减少外界水汽尤其是索马里越赤道气流的水汽输送后,TC 暴雨强度和范围衰减十分剧烈 来自低纬水汽输送减弱不利于热带风暴中的强对流活动, 不利于 Bilis 获得能量长久维持, 雨量也随之相应减少 : 热带风暴 Bilis ; 水汽输送 ; 数值试验 ; 暴雨增幅 :P4235 :A Doi /j.issn 引言 根据 Charney 提出的第二类条件不稳定理论 [1],TC 发展的一种重要机制是通过边界层的辐合和水汽的向上输送使得扰动增幅 : 水汽凝结释放潜热, 使高空增暖 低层气压下降, 地面辐合随之增强, 有助于 TC 的维持和增强,TC 增强亦促进水汽输送, 如此循环 因此, 强水汽输送是登陆热带气旋 (TC) 在陆上长久维持及引发沿途暴雨增幅的一个重要原因 [2-4] TC 暴雨维持的必要条件是 : 水汽的明显辐合, 即有源源不断的水汽供应 没有充足的水汽输送和水汽供应就不可能有台风的生成和维持, 大范围的水汽输送和集中 [5] 也是台风暴雨形成的重要条件 陈联寿等发现登陆我国 TC 的水汽主要来源于印度洋或孟加拉湾的赤道气团 南海和西北太平洋的热带海洋性气团, 即主要有三条水汽通道 孟加拉湾 南海和西太平洋 低纬水汽输送对 TC 降水和强度维持有明显影响 持续的低纬水汽输送有利于 TC 暖心维持和环流中的强对流活动, 增加降水量 [6-7] [8] 丛春华等指出, 偏南低空急流通过向 TC 暴雨区输送能量和水汽, 使暖湿空气在暴雨区辐合并累积, 低层增温增湿, 进而引起大气层结不 [9] 稳定 李英等揭示了登陆后的 TC 若与一支低空急流水汽通道连结, 则 TC 可长久维持, 反之则迅速消亡 台风若脱离水汽辐合带, 不再获得 : ; : 国家重点基础研究发展计划 (2009CB421505); 江苏省自然科学基金项目 (BK ); 江苏省 青蓝工程 ; 江苏省 333 工程 ; 江苏省高校优势学科建设工程资助项目 (PAPD) 共同资助 管兆勇, 男, 江苏省人, 教授, 博士, 主要从事气候动力学研究 guanzy@nuist.edu.com

2 46 热带气象学报 30 卷 水汽, 则很快衰亡 [10] [11] 林爱兰等针对强 弱西南季风进行对比试验, 指出西南季风通过加强环境场的水汽输送, 使 0214 号热带气旋的移动路径 热力和动力结构都发生改变 越赤道气流作为南 北半球间输送物质和能量的通道, 它的加强主要表现在低纬水汽和不稳定能量输送的增强 [12] 上 肖文俊提出南半球越赤道气流经转向后形成的西南风或偏南气流与台风生成关系密切 在环境场有利的条件下, 水汽输送和越赤道气流的流量指数对 TC 发生有重要贡献 [13] 越赤道气流的强弱变化影响着汇入 TC 的水汽强弱, 这对台风环流的维持和暴雨增幅十分重要 但这些研究对于越赤道气流水汽输送强弱变化与 TC 维持和暴雨分布的关系方面却涉及较少 [14] 0604 号热带风暴 Bilis 在深入内陆过程中长久维持并引发沿途大暴雨, 一个重要原因是越赤道气流加强, 季风涌随之爆发, 西南季风强盛, 携带充沛水汽和不稳定能量进入 Bilis 环流 [10] 本文利用 NCEP 再分析资料, 结合中尺度数值模式 WRF3.2.1 对 Bilis 登陆 维持过程的水汽场进行诊断分析和数值模拟, 并设计一组水汽敏感性试验, 探讨 80~100 E 越赤道气流 40~60 E 索马里越赤道气流的水汽输送对 Bilis 在陆上维持及暴雨增幅的影响 这将有助于研究在低纬水汽输送强盛情况下的 TC 环流维持和 TC 暴雨分布特征, 为今后做好此类中小尺度天气系统的预报提供更多着眼点和思路 2 资料和方法 本文采用美国国家环境预测中心 (NCEP) 和国家大气研究中心 (NCAR)2006 年 7 月 9 20 日每日 4 次 1 1 FNL(Final) 全球再分析资料 ECMWF 每日 4 次 的全球格点再分析资料 全国地面加密自动站每日 4 次的观测资料来诊断低纬水汽输送与登陆热带气旋 Bilis 耦合的暴雨增幅特征 TC 资料采用日本气象厅 (Japan Meteorological Agency, 简称 JMA) 时间间隔为 6 h 的热带气旋最佳路径数据集资料 使用 NCEP 和 NCAR 等联合开发的中尺度模式 WRF(V3.2.1) 模 拟 Bilis 登陆 维持及减弱为热带气压的过程, 关注低纬水汽尤其是越赤道气流水汽输送对 Bilis 维持和暴雨增幅过程的影响 3 Bilis 过程特征 3.1 Bilis Bilis 于 2006 年 7 月 9 日生成在菲律宾以东洋面,13 日 23 时 ( 北京时, 下同 ) 在台湾宜兰登陆,14 日 12 时 50 分在闽北再次登陆, 登陆时中心最大风力达 11 级, 登陆后 Bilis 西北偏西行,14 日下午减弱为热带风暴,15 日下午在赣西南减弱为热带低压,18 日晚在滇东减弱消失 Bilis 在陆上持续 5 d 之久, 受其影响, 浙南 闽东 闽南 湘南 赣南 粤北和粤东等地出现大暴雨和特大暴雨 由于登陆后越赤道气流强盛, 且 Bilis 与一条西南风低空急流带长时间相接, 不断获得海上湿空气中的水汽, 使 Bilis 的强度衰减缓慢, 气旋性环流长久保持完整 [15] 热带气旋登陆后, 一般易在中心附近或北侧及东北侧倒槽中产生暴雨 [16], 而 Bilis 登陆后暴雨中心主要位于其南侧 Bilis 登陆台湾直至登陆福建时, 浙南和闽东南沿海地区出现明显降水, 浙闽交界处出现暴雨, 此时主要是 Bilis 云系降水, 暴雨落区主要出现在其中心北侧 ; 当 15 日 02 时季风涌爆发后, 暴雨落区主要位于粤湘 赣粤交界和粤东, 降水强度明显增强, 降水中心由风暴中心北侧移到风暴中心的南侧 3.2 由 850 hpa 水汽通量分布可见, Bilis 登陆前,14 日 14 时 ( 图 1a) 水汽主要来自南海地区, 西南水汽输送带在中南半岛相对较弱 15 日 02 时 ( 图 1b), 从阿拉伯海 孟加拉湾 中南半岛 南海到我国华南地区形成一条宽广的水汽通量输送大值带 对比 14 日 14 时 15 日 02 时的 850 hpa 风场 ( 图略 ) 发现,15 日 02 时索马里急流和 80~ 100 E 越赤道气流都有明显增强, 从阿拉伯海至 [17] 我国华南为宽广的西南风, 此时季风涌爆发 可见阿拉伯海 孟加拉湾到华南地区的这条宽广的水汽输送带与越赤道气流和季风涌相配合 越

3 1 期戴竹君等 : 登陆热带风暴 Bilis 维持和暴雨增幅与低纬水汽输送的关系及其数值试验 47 赤道气流增强, 季风涌爆发, 索马里和 80~100 E 的越赤道气流的水汽输送均有所增强, 输送强盛的水汽到华南沿海地区, Bilis 中心东南侧的水汽通量高值中心达到 50 g/(cm hpa s) 以上, 与这一时段 Bilis 南侧出现的暴雨增幅相对应 18 日 08 时 ( 图略 ), 这条水汽带虽有所减弱但依然维持, 不断有水汽汇入华南地区, 广西地区出现 25 g/(cm hpa s) 的水汽通量中心 18 日 20 时 ( 图略 ), 该条水汽带才基本消失, 同时 Bilis 即将消亡 这说明强劲的印度洋和孟加拉湾西南季风及越赤道气流, 把大量的水汽汇入风暴环流中是 Bilis 登陆后长久维持的重要原因 考察 Bilis 登陆后周围 (110~130 E,16~37 N) 区域的四条侧边界上的水汽输送情况 ( 图 1b 内方框 ), 以水汽输入为正, 则西 东 南 北侧边界上的水汽通量计算公式分别为 :qu/g -qu/g qv/g 和 -qv/g 图 2 为季风涌爆发时四条侧边界上水汽通量的垂直分布 可见水汽输送主要集中在 700 hpa 以下, 西边界 ( 图 2a) 南侧的水汽流入量最大, 输入输出的极大值均出现在 850 hpa 附近, 南侧输入明显强于北侧输出 ; 东边界 ( 图 2b) 的水汽于南部低层进入风暴, 于北部中低层流出 ; 南边界 ( 图 2c) 全部为输入, 大值中心约位于 hpa 高度, 水汽通量极大值达 35 g/(cm hpa s), 仅次于西边界的极大值 42 g/(cm hpa s); 北边界 ( 图 2d) 基本只有水汽流出, 极大值 -30 g/(cm hpa s) 位于 900 hpa 总体看来, 水汽经风暴侧边界的流入显著大于流出 a b 图 1 7 月 14 日 14 时 (a) 15 日 02 时 (b) 的 850 hpa 水汽通量分布单位 :g/(cm hpa s) 阴影区为水汽通量 15 g/(cm hpa s) 区域 ;b 中实 虚线箭头分别表示索马里和 80~100 E 越赤道气流水汽输送的增强 a b c d 图 2 7 月 15 日 02 时区域 (110~130 E,16~37 N) 的西 (a) 东 (b) 南 (c) 北 (d) 边界上水汽通量的垂直分布 单位 :g/(cm hpa s) 圆点表示 Bilis 中心的经度, 下同 正 : 流入, 负 : 流出

4 48 热带气象学报 30 卷 3.3 无辐散水汽流函数, 即无辐散水汽通量, 反映的是水汽通量沿等压线输送的部分, 是全球水汽输送的主要分量 辐散水汽通量反映的是水汽通量穿过等压线输送的部分, 在全球水汽输送过程中是一个小量, 但它对水汽的源和汇具有重要作用 [18] 因此流函数表征了水汽输送, 势函数则可解释水汽含量维持的原因 [19] 通过分析 Bilis 形成 发展 移动及消亡期间的大尺度水汽输送和水汽持续性辐合辐散, 可了解水汽在 TC 移动和生消中的变化和作用 由于分析的是全球大尺度水汽环流特征, 采用 ECMWF 的格点再分析资料, 一日 4 次 ( 和 18 时 ), 垂 直 1 000~100 hpa 分为 11 层 图 3a 是 TC 生成直至衰亡期间水汽输送的流函数及无辐散分量的平均分布, 在北半球水汽通量流函数有 3 个大值中心, 分别位于印度季风区 太平洋和大西洋 在太平洋区域的赤道东风带的水汽由东向西输送, 流至西北太平洋中心南端后, 一部分水汽受向北流动到达南海再向北输送流入华南沿海地区 ; 另一部分继续向西输送并在索马里附近转向, 越过赤道流向孟加拉湾, 其中部分水汽继续向东北方向输送进入我国华南地区 可见, 在 Bilis 活动期间, 来自索马里 80~100 E 越赤道气流的水汽输送明显 a b 图 3 7 月 9 18 日平均整层 (1 000~300 hpa) 水汽通量流函数 ( 等值线, 单位 :10 6 kg/s) 及非辐散分量 ( 矢量, 单位 :kg/(m s))(a) 和水汽通量势函数 ( 等值线, 单位 :10 6 kg/s) 及辐散分量 ( 矢量, 单位 :kg/(m s))(b) 的分布 图 3b 是同时期水汽通量的势函数及辐散分量的平均分布 亚欧大陆东部至太平洋中部一带是全球最大的势函数负值中心, 即在 Bilis 活动期间, 中国东部至西太平洋海域是水汽输送最明显的汇区, 有来自西南 东南和西北方向的水汽辐合 而在势函数负值中心内部, 我国华南流域上空的水汽主要来自印度洋, 途径孟加拉湾 南海到达我国南部, 且主要是经向辐合 4 数值试验设计及结果分析 4.1 由以上诊断分析可以看出, 在 Bilis 登陆后长久维持过程中, 越赤道气流异常强盛, 把来自热带的大量水汽 热量注入到 TC 环流中, 低纬 水汽尤其是越赤道气流水汽输送非常明显 Bilis 登陆后的降水量比登陆前明显增多, 与一般的 TC 暴雨不同的是 : 最强暴雨中心不是出现在风暴中心附近, 而是出现在风暴中心南侧 [20] 那么这种暴雨分布特征以及 TC 登陆后的长久维持是否与低纬强的水汽输送有关呢? 若越赤道气流的水汽输送减弱, 对 Bilis 的维持和暴雨分布特征有怎样的影响? 下面用数值模式做进一步的模拟和分析 本研究采用非静力中尺度数值模式 WRF 版本对 Bilis (0604) 登陆过程进行数值模拟 模式的初始场采用 NCEP/NCAR 1 1 的再分析资料, 用双重嵌套网格, 模式采用 Mercator 投影, 区域中心位于 91 E,15 N( 图 4), 粗网格 (Mesh1) 格距为 :45 km, 格点数为 251

5 1 期戴竹君等 : 登陆热带风暴 Bilis 维持和暴雨增幅与低纬水汽输送的关系及其数值试验 ; 细网格 (Mesh2) 格距为 15 km, 格点数为 , 粗 细网格分别使用 10 min 和 5 min 地形数据, 垂直方向为不等距的 38 层, 积分步长为 90 s 模拟时间从登陆台湾前的 13 日 20 时开始到 16 日 02 时, 积分 54 h, 包含了 Bilis 登陆 维持 减弱为热带气压的过程 WRF 模式的行星边界层 云辐射 微物理过程和积云参数化都提供了很多方案, 不同物理方案的选择对模拟都很关键 [19-23] 通过对不同参数化方案模拟结果对比分析, 本文模拟采用表 1 的物理过程参数设计, 并将此作为控制试验 渐减小的趋势 在 14 日 20 时以后, 控制试验的气压值及其变化趋势与观测吻合 总体来看, 模式对 Bilis 路径和强度变化的模拟效果较好 图 5 13 日 20 时 16 日 08 时 Bilis 的实况与模拟路径对比实线为 JMA 路径, 虚线为模拟路径 图 4 两重模式网格区域范围 表 1 模拟试验的物理过程参数 物理过程参数化方案粗网格 (Mesh1) 细网格 (Mesh2) 微物理过程方案 Kessler Wsm5 积云参数化过程 Betts-Miller-Janjic Grell-3D Unified Noah Unified Noah 陆面过程方案 land-surface land-surface 边界层过程 YSU scheme YSU scheme LW:RRTM LW:RRTM 辐射过程 SW:Dudhia SW:Dudhia 4.2 图 5 是 Bilis 的 JMA 定位路径与模拟路径 第一时刻 13 日 20 时, 时间间隔 6 h, 模拟 TC 中心与 JMA 定位中心的平均距离相差 71 km 模拟台风路径初期比观测偏北不超过 1 个纬距, 随着模拟时间的增加, 与实况路径越来越接近, 尤其在 15 日 02 时季风涌爆发之后, 模拟路径与实况基本吻合 WRF 模式对于热带风暴 Bilis 路径的模拟效果较好 由图 6 可见, Bilis 强度的大小和趋势均与实况接近, 仅在初始时刻的中心海平面气压比实况弱 6 hpa, 可能由于客观分析场对风暴强度的描述偏弱所造成, 之后成功模拟出热带气旋强度逐 图 6 Bilis 模拟海平面气压场强度 ( 虚线 ) 与实况 ( 实线 ) 横坐标是北京时, 纵坐标是气压值, 单位 :hpa 在 Bilis 登陆台湾岛后至登陆福建前夕, 模式很好模拟出了浙闽沿海交界处即台湾岛南侧的暴雨 ( 图 7a), 只是模拟的降水强度稍弱 ( 图 7b) 图 7c 7d 是 Bilis 登陆福建后季风涌爆发时段 15 日 02 时 16 日 02 时的降水分布, 数值模式较好地模拟出 Bilis 在湘粤交界处和粤东的两个高值区 ( 图 7c 7d 中虚线方框所示 ), 湘赣交界处的高值中心模拟范围比实况略大, 模拟暴雨中心强度达到 220 mm, 比实况 240 mm 稍弱 ; 而粤南的降水高值中心模拟位置比实况偏东一些, 强度也比实况弱些 总体看来, 模式基本模拟出了 Bilis 登陆前后降水由风暴中心及北部向风暴南侧的转变, 降水分布非对称性明显 从 14 日 06 时 15 日 18 时每 6 h 的模拟降水量和实况降水对比 ( 图略 ) 可以看到, 数值模式较好模拟出了伴随季风涌爆发时段的降水增幅过程 根据图 5~7 可知,WRF 模式对于 Bilis 路径 强度和降水的模拟基本是成功的, 尤其是对 15 日 02 时季风涌爆发后的暴雨增幅有较好的刻

6 50 热带气象学报 30 卷 画, 因此作为控制试验是合理的 a b c d 图 7 13 日 20 时 14 日 14 时 (a b) 和 15 日 02 时 16 日 02 时 (c d) 的实况 (a c) 和模拟 (b d) 的累计降水量单位 :mm 4.3 对水汽输送背景场的分析表明, 低纬水汽尤其是越赤道气流水汽输送在 Bilis 登陆后的长久维持和暴雨增幅过程中扮演了重要角色, 但究竟哪个来源的水汽输送起主要作用呢? 若不同来源的水汽输送减弱对 Bilis 的维持和暴雨增幅产生怎样的影响呢? 下面在上述控制试验基础上设计一组水汽敏感性试验, 进一步揭示引起 Bilis 长久维持和暴雨增幅的水汽来源 针对 80~100 E, 10 S~10 N 越赤道气流和 40~60 E,10 S~ 10 N 索马里急流的水汽输送通道进行调整, 由于细网格范围为 68~123 E,5 S~30 N, 未包含索马里急流区域, 故仅调整粗网格低层 (1 000 hpa~850 hpa) 的比湿 (QVAPOR, 单位 kg/kg), 其他设置与控制试验一致 (1) 试验 NEQU: 将粗网格上 80~100 E, 10 S~10 N 和 40~60 E,10 S~10 N 这两支越赤道气流通道低层的 QVAPOR 每隔 6 h 衰减 70% (2) 试验 NEQUd01: 将粗网格上 80~100 E, 10 S ~ 10 N 越赤道气流通道低层的 QVAPOR 每隔 6 h 衰减 70% (3) 试验 NSMJd01: 将粗网格上 40~60 E, 10 S~10 N 索马里越赤道气流通道低层的 QVAPOR 每隔 6 h 衰减 70% 水汽场的响应下面以敏感性试验比湿 (QVAPOR) 减去控制试验 QVAPOR 所得差值场表示水汽的衰减情况 差值场中比湿越小表明敏感性试验中水汽衰减越厉害 图 8 给出各敏感性试验与控制试验积分 42 h 后 850 hpa 比湿差场以及 15 日 02 时 16 日 02 时累计比湿差值场 由图 8a~8c 可知, 积分 42 h 后三组试验比湿均减少 ( 阴影 ), 但程度有所不同,NEQU NSMJd01 试验的水汽减少明显, 且主要集中在西侧, 而 NEQUd01 水汽减少相对微弱 从 15 日 02 时 16 日 02 时累计比湿差值场看 ( 图 8d~8f),NEQU NSMJd01 比湿衰减非常明显,QVAPOR 衰减集中在西侧,NEQUd01

7 1 期戴竹君等 : 登陆热带风暴 Bilis 维持和暴雨增幅与低纬水汽输送的关系及其数值试验 51 水汽虽有衰减, 但减少微弱, 分布零散, 说明减弱粗网格上的越赤道气流, 尤其是调整 40~60 E 索马里越赤道气流水汽输送对比湿的衰减明显, 可见, 索马里越赤道气流的水汽输送在此次过程中起重要作用 环流场的响应本文以敏感性试验 850 hpa 水平风分量 (u,v) 减去控制试验 (u,v) 所得环流差值场来考察气旋性环流的衰减情况 环流差值场中的反气旋环流越明显, 说明敏感性试验中气旋性环流衰减越显著 图 9 给出积分 42 h 后敏感性试验 NEQU NEQUd01 NSMJd01 与控制试验的环流差值场 三组试验在 Bilis 中心附近反气旋性环流都较显著, Bilis 气旋环流衰减明显, 说明减弱外界水汽输送使得 TC 气旋环流明显衰减, 登陆 TC 的维持对外界水汽输送比较敏感 对比发现, 图 9a 9c 中反气旋性环流很强盛, 而 NEQUd01( 图 9b) 环流差值场中的气旋性环流最弱, 弱的反气旋性环流出现在风暴中心西南侧, 但风场强度和密集度均较 NEQUd01 NSMJd01 弱很多, 说明 NEQUd01 试验中 TC 气旋性环流衰减不如 NEQU NSMJd01 明显 在粗网格上衰减 80~100 E 越赤道气流的水汽对 Bilis 环流维持的影响较索马里气流弱 a b c d e f 图 8 各敏感性试验积分 42 h 后 850 hpa 上比湿的减少 (a~c) 和 15 日 02 时 16 日 02 时累计比湿的减少 (d~f) 圆点指示控制试验 TC 中心位置 ( 下同 ) a. d. NEQU;b. e. NEQUd01;c. f. NSMJd01 A A A 图 9 a b c NEQU(a) NEQUd01(b) NSMJd01(c) 敏感性试验积分 42 h 与控制试验的 850 hpa 环流差值场 单位 :m/s A 指示反气旋性环流位置 由此可知,TC 登陆后如能从外界环境中获得 水汽供应, 有利于其在陆上的气旋环流的继续维

8 52 热带气象学报 30 卷 持, 外界水汽输送尤其是索马里越赤道气流的水汽供应对 TC 气旋环流的维持有重要影响,80~ 100 E 越赤道气流水汽输送对 Bilis 气旋环流维持的影响比索马里水汽输送弱些 TC 降水的响应水汽输送是发生 TC 暴雨增幅的重要条件, 衰减外界水汽输送必然影响 TC 登陆后的降水 图 10 为敏感性试验 NEQU NEQUd01 NSMJd01 在季风涌爆发后 24 h 内 (15 日 02 时 16 日 02 时 ) 的降水场 分别讨论粗网格 ( 图 10a~10c) 细网格 ( 图 10d~10f) 输出的降水量是由于敏感性试验仅调整了粗网格上的水汽输送, 分析粗网格输出结果能更全面地了解 TC 降水对不同水汽输送的响应情况 对比图 10a~10c 发现,NEQU NSMJd01 试验 ( 图 10a 10c) 中, 降水锐减, 只在湘赣交界处出现少量降水, 说明 NEQU NSMJd01 试验中水汽输送的减弱将使得热带风暴登陆后的两个暴雨高值区降水量急剧减少 NEQUd01( 图 10b)80~100 E 越赤道气流输送 通道粗网格上水汽的减少也不利于湘赣交界处和粤南的暴雨增幅, 但这两个暴雨增幅区仍有一定范围降水存在, 其中湘赣粤交界处的 24 h 累计降水仅为 40 mm 以上, 另一暴雨高值区粤南地区为 30 mm 以上, 但强度较控制试验 ( 图 7d) 明显减弱 细网格输出的降水量 ( 图 10d~10f) 与控制试验 ( 图 7d) 相比, 三个敏感性试验的 TC 降水范围均显著收缩, 降水量明显减少, 这表明外界水汽输送的衰减直接影响 TC 登陆后的暴雨增幅的强度和范围 NEQUd01( 图 10e) 在湘赣粤交界处累计降水最大达 160 mm 以上, 较 NEQU 和 NSMJd01 的 100 mm( 图 10d 10f) 略强 对比图 10 可知, 不同来源的水汽输送都会使登陆 TC 降水强度和降水范围减弱,NSMJd01 试验 TC 降水范围和降水量都明显减少,NEQUd01 的降水减弱程度不如 NEQU NSMJd01 显著 说明索马里越赤道气流的水汽输送在此次 TC 登陆后引起的暴雨增幅过程中起重要作用, 而 80~ 100 E 越赤道气流水汽输送作用相对弱些 a b c d e f 图 10 粗网格 ( 上 ) 和细网格 ( 下 ) 模拟的各敏感性试验在 15 日 02 时 16 日 02 时的累计降水量分布单位 :mm 说明同图 8 根据不同试验的雷达回波强度分布可以了解不同来源水汽输送对 TC 环流中对流活动的影响 图 11 显示积分 42 h 后 850 hpa 高度上各敏感性试验的风场及各敏感性试验与控制试验雷达回 波强度的差值场 可以看出, 各试验在 Bilis 环流附近都出现了螺旋式的回波衰减, 可见水汽减少对 TC 环流中的对流活动有明显削弱 但回波衰减区分布不均匀,NEQU NSMJd01 试验 ( 图

9 1 期戴竹君等 : 登陆热带风暴 Bilis 维持和暴雨增幅与低纬水汽输送的关系及其数值试验 53 11a 11c) 主要出现在气旋性环流西南部, 这与湘赣粤的强降水位置对应 ;NEQUd01 试验 ( 图 11b) 回波衰减区比另外两试验范围缩小, 强度减弱 说明 NEQUd01 试验仍维持较强的对流云带, 水汽的减少对 TC 环流中的对流活动削弱作用不如 NEQU NSMJd01 明显 由图 11 可见,NEQU NEQUd01 NSMJd01 试验中 TC 环流附近的对流活动都有所减弱, 水汽的凝结潜热释放随之减弱, 不利于 TC 获得能量维持其暖心结构, 也不利于 TC 降水的维持, 这与 TC 风场的衰减 ( 图 10) TC 降水的剧烈减弱 ( 图 11) 相一致 a b c 图 11 积分 42 h 后 850 hpa 上各敏感性试验风场 ( 矢量箭头, 单位 :m/s) 及各敏感性试验与控制试验的雷达回波强度差值场 ( 阴影, 单位 :dbz) 说明同图 9 5 结论 (1) Bilis 登陆后恰逢低纬西南季风和越赤道气流活跃, 携带热带海洋的暖湿空气注入到减弱后的 Bilis 环流中, 为热带气旋登陆后的长时间维持和暴雨增幅提供充沛的水汽和热量 季风涌爆发前, 水汽主要来自于南海地区, 季风涌爆发后, 印度洋 孟加拉湾西南季风和越赤道气流为 TC 提供充足的水汽 (2) WRF 模式对 Bilis 的路径和强度有较好的模拟能力 索马里和 80~100 E 越赤道气流的持续水汽补充都有助于 Bilis 气旋环流在陆上的长久维持, 外界水汽供应尤其是索马里越赤道气流的水汽供应可减缓 TC 登陆后气旋环流的衰 减,80~100 E 越赤道气流水汽输送对 Bilis 气旋环流维持的影响较索马里气流稍弱 (3) 外界水汽供应的减弱将强烈影响 TC 降水强度和范围 80~100 E 和索马里越赤道气流的水汽输送有利于风暴内部的暴雨增幅, 且索马里越赤道气流水汽输送对暴雨增幅的影响比 80~100 E 越赤道气流稍强 (4) 持续的水汽输送对于 Bilis 内部的对流发展十分有利, 当外界水汽尤其是索马里越赤道气流水汽输送减弱时, 对流活动中的水汽凝结释放的潜热将受其影响, 也随之减弱, 不利于 Bilis 环流内的强对流活动 [1] CHARNEY J G, ELIASSEN A. On the growth of the hurricane depression[j]. J Atmos Sci,1964,21(1): [2] 陈联寿, 孟智勇. 我国热带气旋研究十年进展 [J]. 大气科学,2011,25(3): [3] 陈联寿, 罗哲贤, 李英. 登陆热带气旋研究的进展 [J]. 气象学报,2004,62(5): [4] LI Y, CHEN L S. Numerical study on impact of the boundary layer fluxes over wetland on sustention and rainfall of landfalling tropical cyclones[j]. Acta Meteor Sinica, 2007,21(1):

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