第 5 期张恒德等 :0604 号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析 43 犓犲狔犠狅狉犱狊 :tropicaldepression heavyrainfal high numericalforecastproduct subtropical 引言的强降水过程进行综合分析, 以便进一步加

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1 第 33 卷, 第 5 期 2007 年 5 月气象 METEOROLOGICAL MONTHLY Vol.33 No.5 May, 号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析张恒德孔期 ( 中国气象局国家气象中心, 北京 ) 提要 : 基于 0604 号强热带风暴碧利斯异常强降水对我国造成的巨大影响, 使用地面加密观测资料卫星云图资料 NCEP/NCAR 再分析资料及中尺度模式输出的产品, 对此次强热带风暴登陆减弱后缓慢移动且长时间维持而引发的湖南广东等地强降水过程进行了诊断分析结果表明 : 受西太平洋副热带高压北方大陆高压青藏高原东部高压及低纬赤道高压的包围, 低压移动缓慢, 而西南季风气流及副高西南侧的东南气流源源不断地输送水汽到低压环流中, 有利于其强度经久不衰, 低压持续存在对中尺度数值预报产品和物理量场的分析发现, 水汽供应充沛, 低层气流辐合性较强, 垂直对流旺盛, 是这次强降水发生的有利条件关键词 : 热带低压强降水数值预报产品副热带高压 DiagnosticAnalysisofSevereTropicalStorm BilisHeavyRainEvent ZhangHengde KongQi (NationalMeteorologicalCenter,Beijing100081) 犃犫狊狋狉犪犮狋 :Duetotheenormousdisasteroftheheavyrainfalin Hunanand Guangdong,etc., causedbytheseverelandingtropicalstormbilis,theprocessisinvestigatedbasedonthedenseob servationaldata,thesatelitedata,ncep/ncarre analysisdataandproductsofmm5.theresults showthatthetropicaldepressionmovedtardilyowningtothesuroundingofthewestpacificsubtropi calhigh,northmainlandhigh,tibetanhighandlowlatitudeshigh.thesoutheaststreamfromthe southwestpartofthesubtropicalhighandthesouthwestmonsoonstreamtransportedthevaportothe depressioncontinuously,which waspropitioustothemaintenanceofitsintensity.itisfoundthat plenteousvapor,intenseverticalconvectionandstrongconvergenceofthelowlevelstreamhaveadvan tagefortheheavyrainfalbyanalyzingmm5numericalforecastproductsandphysicalfactorfield. 基金项目 : 国家自然科学基金委重点基金 ( ); 中国气象局气候变化专项 (CCSF ) 共同资助收稿日期 :2007 年 1 月 23 日 ; 修定稿日期 :2007 年 3 月 22 日

2 第 5 期张恒德等 :0604 号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析 43 犓犲狔犠狅狉犱狊 :tropicaldepression heavyrainfal high numericalforecastproduct subtropical 引言的强降水过程进行综合分析, 以便进一步加强对此类台风暴雨的认识和预报多年来, 登陆台风及热带风暴带来的暴雨受到广泛关注大量的研究表明, 台风暴 [1 2] [3 4] 雨与中小尺度系统中纬度系统高低 [5 6] [7] [8] 空急流地形及下垫面等均有紧密联系在台风强降水中心区, 低空有非常清楚的中尺度气旋性涡旋, 高空有明显反气旋性 [2] 涡旋或辐散线西风槽低空急流及副热带高压之间的良好配置和相互作用可使台风降水明显加大, 环境大气动能和位能的输入 [9] 是台风暖性低压长期维持的重要原因统计发现, 台风暴雨发生时,200hPa 高空一般为西南急流, 暴雨区位于高空急流的右后方 ; 暴雨出现增幅时, 高空急流有增强转竖趋 [6] 势地形阻挡及喇叭口地形辐合效应对台 [7] 风暴雨的增幅有显著作用 ; 而当登陆后的台风环流停滞在一个大的水面或饱和湿土上, 则能维持较长时间, 台风暴雨也会加 [8] 强近年来, 针对台风暴雨的物理量诊断 [9 11] 方面我国学者也积累了大量成果另外, 我国在台风暴雨的数值模拟方面还取得 [3,12 13] 了长足进步以上研究多数针对台风暴雨个例的某方面, 主要集中在台风登陆不久及中心较强阶段而在实际业务中, 对台风登陆减弱成低压之后几天的降水量的预报不是非常精确, 有待于进一步加强 2006 年, 登陆台风多, 由此产生的暴雨灾情较重, 为此本文使用地面加密观测资料卫星云图 NCEP 再分析资料及中尺度模式 (MM5) 输出的产品, 对 2006 年 7 月日强热带风暴碧利斯在我国福建再次登陆减弱后缓慢移动长时间维持引起的福建浙江江西湖南广东广西等省 ( 区 ) 造成 1 碧利斯 " 概况及雨情分析 2006 年 7 月 9 日,0604 号热带风暴碧利斯 (BILIS) 在菲律宾以东洋面上生成 ( 图略 ),11 日下午加强为强热带风暴, 于 13 日 23 时在台湾省宜兰登陆, 而后穿过台湾北部后进入台湾海峡, 于 14 日中午 12 时 50 分在福建省霞浦县北壁镇沿海再次登陆, 登陆时中心附近的最大风力为 11 级 (30m s -1 ) 登陆后以 10~15km h -1 的速度继续向西北偏西方向移动,15 日下午在江西西南部减弱为热带低气压并缓慢地向西偏南方向移动, 经过湖南广西和云南,18 日晚上在云南东部减弱消失碧利斯 " 登陆后, 受西太平洋副热带高压 ( 以下简称副高 ) 北方大陆高压及低纬赤道高压环流包围, 促使该低气压环流经久不消, 共历时 5 天碧利斯 " 登陆后与西南季风相互作用形成长时间强降水, 其深入内陆降雨强度之大, 持续时间之长, 影响范围之广, 极为少见在碧利斯 " 减弱后的低压与强劲的西南暖湿气流共同作用下, 该低气压途经的福建浙江江西湖南广东和广西 6 省区普遍出现大暴雨或特大暴雨如图 1a 所示, 降水主要出现在 2006 年 7 月 14 日 08 时至 18 日 08 时, 最大强降水集中于 15 日 08 时至 16 日 08 时 ( 图略 ), 其中福建长太湖南永兴广东博罗广西平乐浙江永嘉江西龙南等站的 4 天总降水量分别达 mm, 前 4 站 24 小时最大降水出现在 15 日 08 时至 16 日 08 时, 依次为 mm( 图 1b) 受此强

3 4 气象第 33 卷降水影响, 上述 6 省 ( 区 ), 相继发生严重洪涝山洪等灾害万人不同程度受灾, 因灾死亡 612 人, 失踪 208 人, 直接经济损失 266 亿元人民币因此, 本文将重点讨论热带风暴减弱后的低压长期维持的原因, 分析此次强降水的形成条件并进行一些物理量的诊断由于强降水主要发生在北京时间 14 日夜间至 16 日白天, 为此以下将主要分析 14 日 08 时至 16 日 20 时物理量特征采用双向嵌套, 使用的实时观测资料为探空报地面报等, 时间积分步长为 180s, 每 3 小时输出一次结果最强降水主要集中在 15 日 08 时至 16 日 08 时比较模式输出的降水预报场和实况场 ( 图 2), 可以发现模式结果与实况比较接近, 雨带形式大体一致, 基本上模拟出了暴雨区, 广东和福建的暴雨中心预报效果较好, 因此可以选取模式输出的部分物理量对此次强降水过程进行诊断但模式输出结果在湖南南部的暴雨区则出现了一定程度的漏报现象, 这可能与模式中参数化过程仍有不足分辨率设计等因素有关, 这有待于今后的进一步改进图年 7 月 14 日 08 时至 18 日 08 时降水总量分布 (a, 单位 :mm) 及永兴龙南等 6 站 24 小时降水量变化 (b) 2 资料和数值模拟文中采用的资料有全国两千多个加密站实况观测资料 NCEP/NCAR1 1 再分析格点资料卫星云图资料, 以及中尺度模式 MM5( 以下简称模式 ) 输出的每 3 小时一次的预报产品本模式选取非静力平衡作为动力框架, 垂直方向 23 层, 采用三层嵌套网格, 其水平分辨率分别为 54km 18km 6km, 内部两层图年 15 日 08 时至 16 日 08 时实况 (a) 和 24 小时预报 (b) 降水量场 ( 单位 :mm) 3 低压长时间维持原因分析强热带风暴碧利斯 " 于 14 日中午在福建省霞浦县北壁镇沿海再次登陆, 之后, 从

4 第 5 期张恒德等 :0604 号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析 hPa 高度场 ( 图 3a) 可以看出, 副高非常强盛, 位置也偏北偏西, 在强风暴东北方甚至出现了 592dgpm 闭合线, 此外在强风暴的北方及西北方 584dgpm 线所围面积也很广阔, 如此强的高压在很大程度上抑制了风暴的北上, 而南边低纬度地区由于赤道高压环流的存在又使得强风暴短时间内很难南下衰弱消失这就造成了风暴低压一边受副高的引导向西北方向移动, 但同时又由于北部高压的存在而难以移动, 这种情况下, 低压就只能长期维持, 移动缓慢随着碧利斯从福建霞浦继续向西北偏西方向移动, 这种环流形势长时间维持, 并且北方高压不断加强,15 热带低气压并缓慢地向西南方向移动上述情况从图 4 所示的 588dgpm 线位置变化也有明显反映从 14 日 08 时之后副高不断西伸, 在低压北方的 33~37 N 附近副高西段呈带状分布, 此带状部分于 15 日 20 时从副高中断裂, 形成大陆高压, 该高压在 15 日 20 时至 17 日 20 时持续存在, 且不断加强另外, 从 850hPa 风场和水汽场分布 ( 图 3) 并结合卫星云图 ( 图略 ) 可以清楚地看出, 西南季风气流及副高西南侧的东南气流相互配合, 源源不断地将来自海洋上的水汽输送到低压环流中, 进行水汽补充, 有利于低气压强度经久不衰, 使其减弱缓慢, 从而在江西湖南广东等地持续存在日 14 时 ( 图 3b) 以后, 副高脊点西伸至 100 E 以西, 同时, 热带风暴在江西西南部也减弱为图年 7 月 14 日 08 时至 17 日 20 时 500hPaNCEP 资料 588dgpm 线动态 4 数值预报产品及物理量场诊断强降水成因 4 1 水汽条件分析图年 7 月 14 日 14 时 (a) 和 15 日 14 时 (b) 850hPa 水平流场 ( 矢线 ) 相对湿度 ( 阴影区表示相对湿度 85%) 和 500hPa 高度场 ( 实线, 单位 dgpm) 两图均为 NCEP 再分析场参照文献 [14] 中的定义方法, 本文中提及的 500hPa 与 850hPa 水汽通量相对散度 ( 犇 ) 是指 : 对流层中层 500hPa 的水汽通量散度犇 500 与低层 850hPa 的水汽通量散度犇 850 之差, 即 : 犇 = 犇 500- 犇 850 充足的水汽是暴雨形成的必要条件从 14 日 08 时至 16 日 08 时的 850hPa 风场和相对湿度场可知, 强热带风暴登陆后, 在低层辐合气流的作用下, 水汽源源不断地输送到暴雨区 ( 如图 3b 所示 ), 在 15 日 08 时至 16 日 08 时, 暴雨区低层相对湿度均在 85% 以上, 绝大多数区域甚至达到了 95%, 水汽非

5 46 气象第 33 卷常充足, 这在暴雨区 500hPa 与 850hPa 水汽通量相对散度上也有显著体现由图 5 所示的水汽通量相对散度 ( 犇 ) 分布可知,15 日 08 时, 广东福建江西湖南东南部和广西东部均呈现正值,0.6 个单位所围的大值区域与暴雨区范围基本重合, 特别是其中的数值在 0.8 个单位之上的两个正值中心, 图 1b 所示的 6 个站点均在其内此外, 由 15 日 08 时 850hPa 水汽通量散度场 ( 图略 ) 可知, 暴雨区上空水汽通量散度均在 -8 个单位以下, 因此水汽通量相对散度的这种分布特征表明 : 该暴雨区有很强的水汽堆积, 而由于在对流层低层的水汽辐合远远大于在中层的辐合, 因而在低层水汽的累积量要比高层更大, 有利于水汽上升凝结, 进而促进降水, 另外, 低层水汽大量辐合上升, 加之西南季风气流及副高西南侧的东南气流的作用, 使周围的水汽不断地流向暴雨区, 形成正反馈, 进一步加强低层水汽辐合冷下暖湿的结构极利于造成大气层结不稳定由图 6a 可知,2006 年 7 月 14 日 08 时至 16 日 08 时, 暴雨区上空从低层 950hPa 至中层 500hPa,θ 犲随高度的增加而递减, 特别是低层 700hPa 以下等 θ 犲线分布密集,θ 犲的垂直梯度很大, 最低值出现在 15 日 00 时至 16 日 08 时的 550~650hPa 范围内这说明暴雨区上空中低层大气在这期间内始终保持着强烈的不稳定性, 大气层结的不稳定能量得到很大聚集此外, 暴雨中心垂直速度的垂直剖面 ( 图略 ) 分布反映出,14 日 20 时至 16 日 08 时左右, 暴雨中心上空从对流层中层至高层, 始终保持着较强的上升运动, 上升速度大值出现在 15 日 08 时至 16 日 08 时的 500hPa 到 300hPa 之间这样长时间持续的上升运动促进大量湿空气辐合抬升, 凝结释放潜热, 有利于强降水产生由 15 日图模式输出 2006 年 7 月 15 日 08 时 500hPa 与 850hPa 水汽通量相对散度分析场 ( 单位 :10-7 g s -1 cm -2 hpa -1 ) 动力不稳定条件分析暴雨的形成除了需有充足的水汽之外, 还必须有一定的不稳定能量和强烈的上升运动暴雨发生期间, 雨带区域上空低层盛行西南风, 而高层则一直为西北风, 这样上干图 6 模拟的长太站上空 2006 年 7 月 14 日 08 时 ~16 日 08 时 θ 犲时间高度剖面演变 (a, 单位 :K)24 小时预报的 15 日 08 时沿 E 垂直速度纬度高度剖面图 (b, 单位 :10-2 m s -1 )

6 ０６０４号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析第５期张恒德等４７０８时湖南永兴站所在经度的纬向垂直剖图略负值区已完全盘踞了暴雨区上空范面图６ｂ进一步发现１１３１２Ｅ线上２４围较大中心最大绝对值为５１０５ｓ１１５２９Ｎ之间从低层到高层垂直速度均为正上升速度大值出现在２４２５Ｎ上空的６００ｈＰａ日１４时图７ｂ负值区范围虽略有缩小但与２００ｈＰａ之间甚至达０５ｍｓ上升运绝对值达到１２０１０５ｓ１低层流场辐合动强烈为低层不稳定能量的释放提供了强性进一步增强这之后至１６日０２时之间大的动力机制永兴站周围的湿空气上升最该负值区依然保持着较强的辐合性仅位置明显因而永兴及资兴一带出现了强降水略向西北方向移动１６日０２时之后负值区逐渐移出暴雨区上空此时暴雨区总降水量１４３散度和涡度分析８５０ｈＰａ层面的散度场上１４日０８时图仍与暴雨区基本一致且强度增强中心最大也明显减小散度的这种变化与降水随时间的变化步调相当一致说明低层流场的辐合７ａ我国华南地区沿海一带即暴雨区的东南部为负值区此时强热带风暴中心尚在海上对此次强降水的发生有较大贡献随着强热带风暴的登陆及移动该散度负值暴登陆前江南部分地区华南大部及近海上涡度场上１４日０８时图８ａ强热带风区也不断地移向西北方向至１５日０８时图８２００６年７月１４日０８时模式输出图７２００６年７月１４日０８时模式输出８５０ｈＰａ散度分析场ａ和１５日１４时８５０ｈＰａ散度６小时预报场ｂ单位１０５ｓ１８５０ｈＰａ涡度分析场ａ及１５日１４时８５０ｈＰａ涡度６小时预报场ｂ单位１０５ｓ１

7 48 气象第 33 卷空 850hPa 上呈现正涡度区分布, 其中大值区主要位于海上, 随着强热带风暴的登陆, 正涡度区也不断向内陆扩展 15 日 02 时, 我国长江以南的大部分区域均为正涡度区, 其中江西东部和福建西部为正涡度的大值区所在, 中心值达到 s -1 随后该区域范围不断扩大, 但中心值略有减小, 于 15 日 14 时 ( 图 8b) 形成了一条覆盖三省的东北 - 西南走向的大值带 ", 龙南站正在值为 s -1 的正涡度中心内, 不稳定能量得到释放, 产生大暴雨此外, 结合上述分析可知, 暴雨区上空对流层低层既是正涡度的大值区域, 也是负散度的大值所在, 表明该地区大气低层有很强的辐合上升运动, 这是产生强降水的原因之一 5 结论 0604 号强热带风暴碧利斯在我国福建再次登陆减弱后缓慢移动且长时间维持而引发的福建江西湖南广东广西等省 ( 区 ) 异常强降水, 造成了巨大的人员伤亡和财产损失, 为此, 利用地面加密观测资料卫星云图资料 NCEP 再分析资料及中尺度模式 MM5 输出的产品, 对此次强热带风暴登陆后减弱的低压长期维持及其引起的强降水过程进行了综合分析并得到了以下结果 : (1) 受西太平洋副热带高压北方大陆高压青藏高原东部高压及低纬度赤道高压的包围, 强热带风暴移动缓慢, 而西南季风气流及副高西南侧的东南气流源源不断地将水汽输送到低压环流中, 有利于低压强度经久不衰, 持续存在 (2) 对物理量场的诊断表明, 水汽供应充沛, 低层气流辐合性较强, 垂直对流旺盛, 是这次强降水发生的有利条件参考文献 [1] ChenLianshou,LuoZhexian.Interractionoftyphoon andmesoscalevortex[j].advancesinatmosphericsci ences,2004,21(4): [2] 江敦春, 党人庆, 陈联寿. 卫星资料在台风暴雨数值模拟中的应用 [J]. 热带气象学报,1994,10(4): [3] 朱洪岩, 陈联寿, 徐祥德. 中低纬环流系统的相互作用及其暴雨特征的研究 [J]. 大气科学,2000,24(5): [4] 何立富, 梁生俊, 毛卫星, 等.0513 号台风泰利异常强暴雨过程的综合分析 [J]. 气象,2006,32(4): [5] 陈久康, 丁治英. 高低空急流与台风环流耦合下的中尺度暴雨系统 [J]. 应用气象学报,2000,11(3): [6] 丁治英, 张兴强, 何金海, 等. 非纬向高空急流与远距离台风中尺度暴雨的研究 [J]. 热带气象学报,2001,17 (2): [7] 郑庆林, 吴军. 地形对 9216 号台风暴雨增幅影响的数值研究 [J]. 南京气象学院学报,1996,19(1):8 17. [8] ChenLianshou.Decayafterlandfal[C].WMO/TD, 1998,875: [9] 励申申, 寿绍文. 登陆台风维持和暴雨增幅实力的能量学分析 [J]. 南京气象学院学报,1995,18(3): [10] 黄克慧. 台风云娜后部强降水分析 [J]. 气象,2006,32 (2) [11] 杨宇红, 沈新勇, 林两位, 等.0418 号台风艾莉暴雨成因分析 [J]. 气象,2006,32(7): [12] 黄永玉, 沈桐立, 沈新勇, 等.0418 号艾利台风暴雨过程的数值模拟 [J]. 台湾海峡,2006,25(1): [13] 张守峰, 王诗文. 利用卫星云导风资料的台风路径数值预报试验 [J]. 热带气象学报,1999,15(4): [14] 赵凯, 孙燕, 王山旗.0515 号登陆台风卡努引发江苏暴雨过程的动力学诊断分析 [J]. 台湾海峡,2006,25 (3):

气象第卷第期对流不稳定度

气象第卷第期对流不稳定度张芳华张涛周庆亮杨克明国家气象中心北京中国气象科学研究院灾害天气重点实验室利用上海自动观测站资料的逐小时分析资料水汽云图和多普勒雷达探测等资料对年月日上海飑线天气过程进行天气动力学诊断分析结果表明上海处在上干冷下暖湿的不稳定大气层结中对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制飑线以断续线型与后续线型相结合的型式形成在对流单体的右侧不断新生单体

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第 5 期张恒德等 :0604 号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析 43 犓犲狔犠狅狉犱狊 :tropicaldepression heavyrainfal high numericalforecastproduct subtropical 引言的强降水过程进行综合分析, 以便进一步加