短论李彩玲-7.doc

Size: px

Start display at page:

Download "短论李彩玲-7.doc"

计子卢
7 years ago
Views:

1 第 6 卷第期热带气象学报 Vol.6, No. 010 年 04 月 JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY Apr., 010 文章编号 : (010) 台风风神暴雨落区的诊断分析 1, 李彩玲, 寿绍文 1, 陈艺芳 (1. 南京信息工程大学大气科学学院, 江苏南京 10044;. 佛山市气象局, 广东佛山 58000;3. 莆田市气象局, 福建莆田 ) 摘要 : 利用常规观测资料气象卫星资料和 NCEP 1 1 再分析资料, 对 0806 号台风风神登陆后的暴雨强度和落区进行诊断分析结果表明 : 台风暴雨主要发生在台风登陆后 48 h 内, 水汽通量散度垂直速度绝对涡度的空间分布与强降雨落区有很好的对应关系 ; 冷空气入侵低压环流西部触发不稳定能量释放, 对降水起到了增幅作用 ; 从湿焓及湿焓平流场上可以提前 1 h 做出能量累积和未来强降水落区的预报, 高湿焓区是不稳定能量聚集区, 而台风压能风对湿焓的平流较为准确地反应了 4 h 后的强降水落区关键词 : 天气学 ; 台风暴雨 ; 落区 ; 湿焓 ; 湿焓平流 ; 诊断分析中图分类号 :P444 文献标识码 :A Doi: /j.issn , 3 1 引言台风灾害的主要部分往往是台风引发的暴雨造成的, 台风暴雨会造成洪涝爆发农田受淹城市内涝山体滑坡和路毁车阻等灾害在过去十几年中, 在远距离台风暴雨螺旋雨带的形成理论暴雨分布暴雨的突然增幅等方面都取得了新的进展 [1] 近年来许多专家从多个方面对台风暴雨的强度和落区进行详细的分析, 并指出台风暴雨的强度和落区与台风结构台风路径水汽输送地形等密切相关 [-5] 对于台风暴雨的非对称分 [6] 布, 陶祖钰等分析了 916 号台风登陆后的不对称结构及其与暴雨之间的内在联系, 发现台风暴雨和台风流场 [7] 热力场的不对称结构有关 ; 王谨等研究了 0509 号台风麦莎暴雨落区非对称分布, 得出 FY-C( 红外 - 通道 ) 辐射亮温 (TBB) 场能够清晰地揭示台风暴雨落区的分布及造成这种非对称分布的云系结构特征, 并指出台风中心附近的垂直速度场涡度场假相当位温等能很好地解释台风云系的非对称分布显然, 这些研究对提高台风暴雨的形成机理的认识和提高台风暴雨的预报准确率起到了积极的推动作用压能场最早在 1960 年代由叶笃正李麦村提出的, 年代压能场多用于暴雨分析 [8-9], 但用湿焓场和压能场结合对台风暴雨的研究相 [10] 对较少, 陈瑞闪等指出压能场和湿焓场对台风暴雨的预报有很好的指示意义受 0806 号台风风神减弱后的低压环流和冷空气共同影响,008 年 6 月 4 8 日, 广东省大范围出现暴雨到大暴雨降水, 过程最大雨量出现在新丰站, 达 mm, 强降雨主要集中在 5 日 08 时 7 日 08 时由于强降雨的影响, 广东省多个城市出现严重内涝, 造成 14 人死亡,9 人失踪本文利用风云 C 卫星资料和 NCEP 1 1 再分析资料以及常规观测资料等, 详细分析风神台风暴雨发生前后的物理量场以及压能场湿焓场等演变与降雨的空间分布的关系, 试图找出引发台风后部暴雨的原因, 以及用湿焓平流诊断台风暴雨落区, 为今后此类预报提供一些有益的参考依据台风概况和降水特征 008 年 6 月 19 日 08 时,0806 号热带风暴风神生成,0 日 08 时加强为台风,3 日 11 时减弱为强热带风暴, 期间一直以西北移为主, 于 6 月 5 日 05 时 30 分在深圳市葵涌镇登陆, 登陆时减弱为热带风暴,5 日时热带风暴中心先后经过深圳东莞惠州广州等地,5 日 0 时在惠州龙门减弱为热带低压,6 日 5 时中央气象台停止发布风神的位置风神登陆时虽然只是热带风暴强度, 从登陆到减弱为热带低压维持不到 1 h, 但由于其后部云系发展旺盛,5 日热带风暴登陆后南部云系北抬, 冷空气从台风低压环流西北侧侵入台风环流中, 激发强降雨云团沿着热带低压路径西侧收稿日期 : ; 修订日期 : 基金项目 : 佛山市科技发展专项资金资助项目 ( ) 资助通讯作者 : 李彩玲, 广东省佛山市人, 助理工程师, 学士, 主要从事天气预报的研究 E-mil:cherry111@163.com

莆田市气象局, 福建莆田 351100) 摘要 : 利用常规观测资料气象卫星资料和 NCEP 1 1 再分析资料, 对 0806 号台风风神登陆后的暴雨强度和落区进行诊断分析结果表明 : 台风暴雨主要发生在台风登陆后 48 h 内, 水汽通量散度垂直速

2 期李彩玲等 : 台风风神暴雨落区的诊断分析 51 强烈发展, 从而触发了 5 6 日广东省大范围的强降水从卫星云图看, 台风登陆前强度减弱, 没有眼和密闭云区, 螺旋云带呈现明显的非对称性, 北面云系很弱, 西南部和南部云系强 ; 登陆后南部云系略有松散, 但其西北部不断有中尺度云团生成发展 6 月 4 日, 台风靠近珠江口东侧海面上, 台风前部降雨不大,5 日 06 时起台风螺旋雨带开始影响深圳珠海中山等地, 图 1 中 5 日 08 时 6 日 08 时, 广东省有 16 个观测站录得 R 4 h>100 mm,r 4 h>00 mm 的降水中心在东莞广州佛山一带, 强降雨中心沿台风路径西侧分布, 呈现明显的非对称性 6 日强降雨中心东北移 ( 图 1), 降雨强度略有减弱, 强降雨中心位于热带低压环流附近,R 4 h>100 mm 的有 4 个站,R 4 h>00 mm 的只出现在佛冈和新丰辐合区, 而粤东为水汽通量的辐散区 ;4 日 0 时, 珠江口以西的水汽通量辐合区北抬, 范围扩大, 珠三角地区的辐合中心值增大, 而粤东的辐散中心也增强 ;5 日凌晨台风登陆后, 台风南部的西南气流北抬, 为广东输送充足的水汽,5 日 08 时 ( 图 c) 水汽辐合辐散中心继续加强, 粤东的辐散中心值达 g/(m P s), 不利于水汽的辐合上升 ;5 日 0 时 ( 图 d) 水汽通量辐合中心北抬到清远北部和韶关一带, 湖南南部也出现一辐合中心, 两个中心连通在一起, 从珠江口 - 清远 - 韶关出现一强的水汽辐合带可见强的水汽辐合区与未来 4 小时强降水区相对应, 而且强降水落区的趋向和水汽辐合走向一致 c 图 1 台风风神移动路径和 5 日 08 时 6 日 08 时雨量 () 及 6 日 08 时 7 日 08 时雨量 () 单位 :mm 3 台风暴雨的诊断分析 3.1 水汽条件分析观察图中低层 850 hp 水汽通量散度和风矢量的分布和演变发现,4 日 08 和 0 时 ( 图 ), 台风中心仍在海上, 台风环流东北部的东南暖湿气流强盛, 是水汽输送的主要来源,4 日 08 时珠江口以西为水汽通量

R 4 h>100 mm,r 4 h>00 mm 的降水中心在东莞广州佛山一带, 强降雨中心沿台风路径西侧分布, 呈现明显的非对称性 6 日强降雨中心东北移 ( 图 1), 降雨强度略有减弱, 强降雨中心位于热带低压环流附近,R 4 h>100 mm 的有 4 个

3 5 热带气象学报 6 卷 d 图 850 hp 水汽通量散度和风矢量图单位 :10-5 g/(m P s). 4 日 08 时 ;. 4 日 0 时 ; c. 5 日 08 时 ; d. 5 日 0 时 3. 垂直速度绝对涡度的空间变化 850 hp 垂直速度和涡度的空间分布与强降水的落区变化有很好的对应关系 ( 图 3) 5 日早晨随着热带风暴在深圳登陆, 垂直速度负值中心和绝对涡度正值中心北抬,5 日 08 时 ( 图 3) 珠三角和粤西为垂直速度负值区, 而粤北和粤东为正值区,5 日 0 时 ( 图 3) 垂直速度负中心 hp/s 北抬至 4 N,113~114 E 区域,6 日 0 时垂直速度负值中心和涡度正值中心在韶关境内重合 ( 图略 ), 中心强度达到最大值, 以后两个中心继续东北移, 但中心强度明显减弱,6 日 0 时移出广东, 到达湖南南部为了进一步分析 5 日台风暴雨落区的非对称分布, 对 4 日 0 时和 5 日 08 时垂直速度和绝对涡度分别沿热带风暴中心的纬度作垂直剖面图 ( 图 4) 分析发现, 垂直速度和绝对涡度在热带风暴中心东西两侧有明显的非对称分布 4 日 0 时 ( 图 4) 风暴中心所在经度西侧为垂直速度负值中心, 相反在东侧却是垂直速度正值中心, 正负速度对位于 650 hp 高度处, 可见热带风暴西侧中低层是强烈的上升运动区涡度正值中心位于热带风暴中心上空 800 hp 高度处, 中心值达 s -1 以上 5 日 08 时 ( 图 4) 垂直速度和绝对涡度的垂直分布仍然维持这一特点, 在热带风暴西侧是强烈的辐合上升区域, 且辐合层深厚 3.3 冷空气的入侵作用 6 月 1 日, 华南受副热带高压控制, 从地面温度场看, 日 14 时 T 35 的高温区在粤西北,3 日广东省高温范围扩大, 覆盖珠三角和粤西一带, 此时北方冷空气前锋已经越过长江流域 ( 图 5),4 日 08 时地面冷空气前锋到达南岭北侧, 同时副热带高压减弱东退, 但在粤西仍有一高温区, 可见台风登陆前, 珠江三角洲以及粤西一带高温高湿, 积聚了大量的能量 5 日白天, 冷空气自北向南影响广东省, 分析 5 日 08 时 850 hp 温度平流和风场综合图 ( 图 5), 广东省的温度平流冷中心在英德附近, 达 /s, 此时低压中心的北侧和西北侧吹东北风, 低压中心的南侧为暖湿的西南风, 冷空气从低压环流西北侧侵入, 进入到台风低压环流的西部和西北部, 在这种形势下,0 线附近是温度梯度最大的地方, 也就是冷暖空气交汇的地方, 台风低压中心出现西侧冷东侧暖的半冷半暖结构 [10], 台风就可能得到另一种能量水平力管场斜压位能如果不稳定性足够, 即可使水平力管场斜压位能释放, 使降雨增大同时, 从卫星云图动画上看 ( 图略 ), 冷锋云系 5 日 08 时已东移南压至湖南江苏浙江一带,5 日白天逐渐和风神外围云系衔接起来, 触发台风低压西侧和西北侧不断有云系生成发展, 使该区域出现长时间的强降雨图 3 5 日 850 hp 的垂直速度和绝对涡度分布. 08 时 ;. 0 时等值线为垂直速度, 单位 : 10-3 hp/s; 阴影为绝对涡度, 单位 : 10-5 s -1 以上分析表明台风登陆后由于其后部西南气流强盛,4 日夜间起珠江三角洲以及粤北为水汽通量辐合中心区, 而粤东是水汽通量辐散区, 同时热带风暴中心西

直速度负值区, 而粤北和粤东为正值区,5 日 0 时 ( 图 3) 垂直速度负中心 -7 10-3 hp/s 北抬至 4 N,113~114 E 区域,6 日 0 时垂直速度负值中心和涡度正值中心在韶关境内重合 ( 图略 ), 中心强度达到最大值, 以后两个中心继续东北

4 期李彩玲等 : 台风风神暴雨落区的诊断分析 53 侧有强烈的上升运动,5 日白天冷空气从低压环流西北侧侵入, 进入低压环流西部和西北部, 冷暖空气交汇使上升运动继续加强, 触发了不稳定能量释放, 触使这里的云系强烈发展, 而低压环流东侧的上升运动明显偏弱, 因此 5 日午后珠三角降雨更为显著, 且强降雨中心沿台风路径西侧分布 ; 而 6 日低层垂直速度负中心和涡度正中心东北移, 相应 6 日白天雨区东北移至清远韶关附近图年 6 月 4 日地面冷锋动态 () 和 5 日 08 时 850 hp 温度平流和风场 () 单位 :10-5 /s 4 湿焓平流与强降水落区的分析图 4 4 日 0 时沿 1.1 N() 和 5 日 08 时沿.8 N() 的垂直速度和绝对涡度的剖面等值线为垂直速度, 单位 :10-3 hp/s; 阴影为绝对涡度, 单位 :10-5 s 湿焓场湿空气的焓简称湿焓, 是显热能和潜热能之和, 通常以 E 1 表示 [10] : E 1 = CT p + Lq 其中 C p L q T 分别为空气的定压比热水的凝结潜热比湿和气温分析中用 E 1/C p 代替, 单位为湿焓能很好地反映空气热能的累积状况, 高湿焓区往往对应高温高湿强的能量聚集区, 强降水往往发生在湿焓密集带附近以下主要分析台风暴雨发生前后低层 850 hp 湿焓场的变化情况,6 月 4 日 08 时广东湿焓值开始增大, 但无湿焓等值线密集带出现,4 日 0 时 ( 图 6) 湿焓中心值明显增大, 达 53,1 h 剧增 6, 在翁源 - 佛冈 - 肇庆一线出现湿焓密集带, 呈东北 - 西南走向, 此密集带以西是高湿焓区, 以东是湿焓低值区, 此密集带也是湿焓梯度的大值区 5 日 0 时 ( 图 6) 湿焓密集带仍在珠三角一带, 但高湿焓中心温度开始降低 6 日 0 时广东湿焓等值线明显变疏, 湿焓密集带消失对应分析 5 日 08 时 7 日 08 时逐天的 4 小时降雨发现, 高湿焓区对应未来 4 小时强降雨的分布, 湿焓中心值剧增预示强降雨来临, 湿焓中心值越大降雨越强, 湿焓中心值下降雨强减弱, 湿焓密集带消失强降雨结束, 这对 4 h 的短期预报具有良好的指示作用 4. 压能场压能 E p 是个动力学参数 : E 1 p = gz + V, 式中 g 为重力加速度, Z 为对平均高度的偏差 ( Z = Z Z ), Z 为等压面上某一平均高度值, 在 hp 的 Z 分别取 gpm; V = u + v 代表空气质量动能, 分析中压能用 E / C 代替, 单位为 [10] 由于压能考虑了部分加速度项, 在低纬地区和中小尺度暴雨系统中地转关系偏差较大, 而采用压能场近似比地转近似更接近于实际大气运动, 即压 p p

() 和 5 日 08 时 850 hp 温度平流和风场 () 单位 :10-5 /s 4 湿焓平流与强降水落区的分析图 4 4 日 0 时沿 1.1 N() 和 5 日 08 时沿.

5 54 热带气象学报 6 卷能风更近似于实际风当出现明显的压能偏差时就会产生强烈的辐合辐散和垂直运动, 从而利于暴雨的发生 [11] 徐大红通过推导压能风公式得出结论 : 正变压能中心压能风向外辐散, 负变压能中心向内辐合则当低层出现负变压能高层出现正变压能时便形成低层辐合高层辐散, 从而造成空气垂直上升运动, 这种上升运动是暴雨和强对流天气的重要触发因子对于风神台风暴雨过程而言, 取 850 hp 作为低层的代表层,300 hp 代表高层进行分析图 7 等值线所示,300 hp 层压能中心从 4 日 08 时 ( 图 7) 的 4.8 加强为 0 时 ( 图 7) 的 4.9,5 日 08 时压能中心加强为 5.1 ( 图略 ), 高层出现了正变压能, 而低层 850 hp 出现了负变压能图 6 4 日 0 时 () 和 5 日 0 时 () 的 850 hp 湿焓场单位 : c d 图 hp( 上 ) 和 850 hp( 下 )4 日 08 时 ( c) 和 0 时 ( d) 的压能场 ( 等值线, 单位 : ) 和散度场 ( 阴影, 单位 :10-5 s -1 )

作为低层的代表层,300 hp 代表高层进行分析图 7 等值线所示,300 hp 层压能中心从 4 日 08 时 ( 图 7) 的 4.8 加强为 0 时 ( 图 7) 的 4.9,5 日 08 时压能中心加强为 5.

6 期李彩玲等 : 台风风神暴雨落区的诊断分析 55 同时从散度场上看 ( 图 7 阴影区 ), 这种低层辐合高层辐散的高低空配置除了在压能中心附近出现外, 还向北延伸,4 日 08 时起, 广东省珠江口以西也是低层辐合高层辐散区域, 随着压能中心向北移, 且在低层负变压能和高层正变压能作用下,4 日 0 时 5 日 08 时广东省境内的这种低层辐合高层辐散形势继续加强可见压能场的这种分布特征正是与低层辐合高层辐散的抽吸机制对应, 这样的机制有利于上升运动的发展, 从而有利于 5 日白天台风暴雨的发生 4.3 湿焓平流湿焓 E 1 是个热力学参数, 而压能 E p 是动力学参数, [10] E 1 和 E p 之和通称为总能量陈瑞闪运用湿焓和压能对多个台风个例进行综合分析, 得出等湿焓线愈密集, 与等压能线的交角愈接近 90 的地方, 短期暴雨强度愈大, 且强湿焓平流一般由等湿焓线密集带与等压能线密集带成近似垂直相交而形成, 具有湿焓锋生过程和斜压不稳定能量从此次降水过程的压能场和湿焓场的相互配置来看, 低层湿焓平流大值区较好地反应了该区未来 4 h 的强降水, 图 8 是 700 hp 高度层的湿焓场压能场以及强降雨落区分布可见,4 日 700 hp 湿焓密集带呈东北 - 西南走向,08 时 ( 图 8) 位于珠江口河源市平远县一带,14 时 ( 图 8) 湿焓密集带西移,0 时 ( 图 8c) 移到肇庆 - 清远 - 翁源一线, 同时湿焓中心值逐渐加强, 由 3 上升到 34 ; 此时台风压能槽向北延伸, 与湿焓密集带相交, 随着压能槽西北移动靠近广东沿海,0 时压能线与湿焓密集带的交角近似呈 90, 且压能中心出现负变压能, 说明 4 日白天压能风对湿焓的平流逐渐增强实况是 5 日早晨珠三角雨势加大,5 日 08 时 6 日 08 时东莞广州佛山一带出现了特大暴雨,4 h 雨量超过了 00 mm 5 日凌晨, 随着台风在深圳登陆, 压能中心减弱, 出现正变压能,08 时 ( 图 8d) 压能中心北移进入广州, 湿焓密集带迅速疏散, 等值线维持东北 - 西南走向, 与压能线的交角越来越小, 到 0 时 ( 图 8f) 压能中心南侧的等值线与湿焓密集带几乎平行相应地, 6 日雨带北移值得注意的是 5 日 08 0 时湿焓中心和压能中心都逐渐向新丰区域移动,0 时在新丰区域两中心重合,6 日新丰出现了大暴雨天气 c d e f 图 8 4 日 ( 上 ) 和 5 日 ( 下 )08 时 ( d) 14 时 ( e) 0 时 (c f) 的 700 hp 湿焓场压能场以及强降雨落区粗实线为 E p / C p 线, 虚线为 E 1 / C p 线, 单位为上图阴影区为 5 日 08 时 6 日 08 时 R 4>100 mm 区域 ; 下图阴影区为 6 日 08 时 7 日 08 时 R 4>100 mm 区域

7 56 热带气象学报 6 卷 5 小结 (1) 台风暴雨主要发生在台风登陆后 48 h 内, 水汽通量散度垂直速度绝对涡度的空间分布与强降雨落区有很好的对应关系 ; 冷空气入侵低压环流西部触发不稳定能量释放, 对降水起到了增幅作用 () 在风神台风暴雨过程中, 低层 850 hp 湿焓场能很好地反映空气热能的累积状况, 暴雨中心发生在湿焓密集带附近, 且低层湿焓中心值剧增, 预示强降雨来临, 湿焓中心值越大降雨越强, 湿焓中心值下降雨强减弱, 湿焓密集带消失强降雨结束 (3) 湿焓 E 1 是一个热力学参数, 而压能 E p 是一个动力学参数暴雨发生的动力学参数的作用很重要, 但是热力学参数也起重要作用在风神台风暴雨中, 用湿焓场和压能场结合分析发现,700 hp 强湿焓平流与此次强降雨落区有很好的对应关系, 而且有提前 1~4 小时的指示作用参考文献 : [1] 李江南, 主安宇, 杨兆礼, 等. 台风暴雨的研究进展 [J]. 热带气象学报, 003, 19( 增刊 ): [] 许爱华, 叶成志, 欧阳里程, 等. 云娜台风登陆后路径和降水的诊断分析 [J]. 热带气象学报, 006, (3): [3] 姚才号台风榴莲强度变化特征及暴雨成因的分析 [J]. 热带气象学报, 003, 19( 增刊 ): [4] 杨引明, 郑永光, 陶祖钰. 上海热带低压特大暴雨分析 [J]. 热带气象学报, 003, 19(4): [5] 张建海, 诸晓明, 王丽华. 台风 Hitng 和 Mts 引发浙江暴雨强度和分布的对比分析究 [J]. 热带气象学报, 007, 3(): [6] 陶祖钰, 田佰军, 黄伟. 916 号台风登陆后的不对称结构和暴雨 [J]. 热带气象学报, 1994, 10(1): [7] 王瑾, 柯宗建, 江吉喜. 麦莎台风暴雨落区非对称分布的诊断分析 [J]. 热带气象学报, 007, 3(6): [8] 朱乾坤, 包澄澜. 压能场用于暴雨分析 [J]. 气象科学, 1980(1-): [9] 陈忠明. 压能场在暴雨分析中的应用 [J]. 应用气象学报, 1993, 4(4): [10] 陈瑞闪. 台风 [M]. 福建 : 福建科学技术出版社,00: [11] 徐大红. 一次特大暴雨过程的压能场湿焓场分析 [J]. 贵州气象, 1996, 0(1): A DIAGNOSTIC ANALYSIS OF TYPHOON FENGSHEN RAINFALL AREA LI Ci-ling 1,, SHOU Sho-wen 1, CHEN Yi-fng 1, 3 (1. School of Atmospheric Sciences, NUIST, Nnjing 10044, Chin;. Foshn Meteorologicl Office, Foshn 58000, Chin; 3. Putin Meteorologicl Office, Putin , Chin) Astrct:By using the dt oserved y conventionl mens, meteorologicl stellites nd NCEP 1 1 renlysis, dignostic study ws crried out of the intensity nd flling re of Tropicl Cyclone Fengshen(0806) rinfll. Results re s follows. (1) Typhoon rinfll minly hppens in the 48 hours fter lndfll. The wter flux divergence, verticl velocity, nd sptil distriution of solute vorticity re well relted with the hevy rinfll re. () Cold ir intruding into the west prt of the typhoon trough results in the relese of unstle energy, which reinforces the precipittion. (3) In ccordnce to moist enthlpy nd its distriution, 1-h forecst is mde of the energy ccumultion nd strong rinfll res y mking use of the fct tht high moist enthlpy is n re where unstle energy ccumultes nd dvection of moist enthlpy y the storm s pressure energy wind reflects rther correctly the flling re of rinfll ppering 4 hours lter. Key words: synoptic meteorology; typhoon rinfll; rinfll re; moist enthlpy; pressure energy trough to moist enthlpy; dignostic nlysis

束 (3) 湿焓 E 1 是一个热力学参数, 而压能 E p 是一个动力学参数暴雨发生的动力学参数的作用很重要, 但是热力学参数也起重要作用在风神台风暴雨中, 用湿焓场和压能场结合分析发现,700 hp 强湿焓平流与此次强降雨落区有很好

km km mm km m /s hpa 500 hpa E N 41 N 37 N 121

km km mm km m /s hpa 500 hpa E N 41 N 37 N 121 32 2 2014 4 Journal of Arid Meteorology Vol. 32 No. 2 Apr 2014. 08. 03 J. 2014 32 2256-262 LU Guirong WANG Wen YU Huaizhenget al. The Influence of Damrey Typhoon on 08. 03 Rainstorm Process in Rizhao of