引言

由台风产生的直接和间接暴雨一直是气象学者研究的重点。台风暴雨强度并不与台风强度有简单关系，而与水汽输送、台风变性、弱冷空气的侵入等密切相关^[1]。李英^[2]等研究了高空槽对9711号台风变性加强的影响，认为台风变性过程中及变性后雨量有明显增加。朱洪岩^[3]等对中低纬度系统及其暴雨特征进行了模拟研究认为，当东南沿海登陆的台风与中纬度西风槽同位相叠加时，远离台风的中纬度槽前降水将明显增强。文献[4]认为，台风降雨量与云中可降水量有密切关系。陈联寿^[1]指出：远距离台风暴雨与台风右侧东南气流向中纬度槽输送水汽有关，也可能与台风作为大气中的一个扰动源向前方传播有关。文献[5—7]对台风远距离暴雨的形成机制、中尺度特征进行了分析。山东地处中纬度，台风与中纬度系统的相互作用是产生大暴雨的主要影响形势，以前，山东对台风的研究，多集中在直接的风雨影响^[8]，认为台风暴雨与500hPa正涡度区较为一致，台风与副高之间的东南低空急流输送对降雨起重要作用。

近年来，发生多次台风在我国东南沿海活动而使山东省降雨明显增幅的个例，而这类天气，由于台风远在数千里之外，在实际业务中难以判断与西风带降水是否有必然物理联系，往往忽视对台风的分析而是仅考虑西风带系统影响，雨量容易报小了。如2008年7月17—20日，受850hPa低涡和地面气旋影响，山东省出现当年最强降水过程，全省平均雨量达73.3mm(图 1)，鲁中和半岛两地区北部普降大暴雨，除鲁西北和鲁南两地区部分县市和半岛南部以外，其他县市普降暴雨。招远过程降水量最大，为249.3mm。对流层低层低涡与地面气旋是山东省区域性暴雨的主要影响系统，2008年山东省出现多次气旋过程，雨量都明显小于本次。本次过程发生于0807号台风海鸥在福建登陆北上期间，台风的水汽输送与强降水密切相关。分析本次强降水过程中台风的作用，增强远距离台风对降水增幅的认识。

1 环流形势及西风带影响系统

7月中旬，我国中纬度地区为纬向环流，500hPa多西风槽活动，西风槽携带西路冷空气自新疆东移多次影响山东省，副热带高压脊线北抬到30°N以北。其间，伴随着西风带槽脊的活动，副高或与西风带高压脊叠加西进增强或受西风槽影响减弱东退。本次过程发生在副高西伸增强，其边缘西南气流到达山东的过程中。16日08时，588线远在130°E以东的西北太平洋上，18日08时(图 2a)，588线西伸到长江口附近；此时位于副高东南侧的0807号台风海鸥刚离开台湾桃园进入台湾海峡，并继续向西北方向移动；500hPa图上，高空槽携带西路冷空气14日起从新疆启动，18日08时到达河套东部，山东省处于槽前和副高边缘西南气流控制之下，700hPa系统比500hPa偏前，槽线先期到达鲁西地区，在高空槽前正涡度平流的作用下，低层减压出现低涡(图 2b)，低涡前部伴随东南风急流。

2 大暴雨过程形成机制分析 2.1 高空正涡度平流

影响系统在垂直方向上始终后倾，使得低层系统处于高空槽前正涡度平流影响之下，得以发展和持续。17日08时500hPa高空槽位于河套时，槽前正涡度平流进入鲁西，20日20时高空槽位于120°E，将要移出山东半岛，槽前正涡度平流离开山东，山东省降水基本结束，历时80多个小时。其间，正涡度平流中心从鲁西移至半岛，17日20时，500hPa高空槽到达山西，山东全部为正涡度平流控制(图 3a)，7×10^-9s^-2的中心位于鲁西，18日08时，500hPa高空槽在原地加强，正涡度平流中心仍位于鲁西，17日20时至18日08时，鲁西出现区域性暴雨，位于鲁西南的曹县最大为115.1mm。19日08时，500hPa正涡度平流中心移至青岛，18日20时至19日20时，山东半岛普降大到暴雨，北部为大暴雨。

2.2 西风带辐合区与台风远距离风向风速辐合区合并

在17日20时500hPa正涡度平流中心附近(图 3a)，18日08时，850hPa鲁西出现低涡，低涡中心与辐合中心一致，辐合中心达-12×10^-5s^-1(图 3b), 此时台风位于台湾海峡，台风右侧有一支东南风急流，其北侧东南急流前方的江浙一带风速较小，由于风速及风向辐合，为大于-10×10^-5s^-1的辐合区，850hPa低涡辐合区与台风北侧的东南风辐合区合并，山东中南部为大于-10×10^-5s^-1的辐合区。18日上午，在台风远距离产生的辐合区上，鲁东南云系增强并出现强回波，临沂普降大雨或暴雨，18日05—08时，3小时最大雨量出现在临沂市区烈士陵园, 累积降水为46.6mm。

2.3 700hPa上升运动与高层辐散

对流层上层辐散、低层辐合是强降水产生的重要条件。根据以往的总结研究，山东出现强降水的200hPa形势经常是：大于30m·s^-1的高空急流轴从内蒙古或河套伸向我国东北地区，急流核一般位于东北三省境内。18日08时200hPa急流轴(图 3d)从甘肃经河套伸向东北地区，位于吉林境内的急流核风速为48m·s^-1。在急流核右后方的山东为10×10^-5s^-1的辐散区，辐散中心青岛为26×10^-5s^-1。文献[9]指出, 对流层中层的上升运动与暴雨区关系密切。对比同时次700hPa上升速度和云图(图 3c)，可发现200hPa 20×10^-5s^-1的辐散区与700hPa大于-10×10^-3hPa·s^-1的上升运动区及TBB低亮温区十分一致。18日08时，除鲁西和半岛东北部外，大部地区为较强上升运动区，TBB在232~250K之间，这正是18日白天的大到暴雨区。

2.4 水汽通量散度及比湿

从18日08时850hPa风场及水汽通量散度分布(图 4a)可见，在台风东南急流的前方，江苏出现水汽通量辐合中心，与西风带低涡形成的水汽通量辐合区合并，对比18日08时(图略)和20时850hPa比湿(图 4b)，发现山东省半岛由08时的9g·kg^-1增大到20时的11g·kg^-1，水汽通量辐合先于比湿增大。全省在10g·kg^-1以上，大于山东省区域性暴雨的阈值。有两个大于12g·kg^-1的高湿舌分别从鲁西南和黄海中部向北延伸，显然，黄海中部伸向山东半岛的高湿舌与台风右侧偏南气流的水汽输送有关。19日08时半岛比湿增大到14g·kg^-1，大于14g·kg^-1比湿区与台风外围偏南气流一致，925hPa比湿增大到17g·kg^-1，此时台风刚进入浙江，台风水汽远距离输送到了山东。

3 大气探测资料分析 3.1 大气温湿及稳定度参数

分析18日08时济南T-lnp图，整层比湿线与饱和比湿线接近(图略)，相对湿度较大；表 1是暴雨过程中山东3个探空站的温湿及稳定度参数，沙氏指数SI大部分时段大于0，大气对流基本稳定；18日08时，济南出现暴雨时，K指数仅为24、25℃，18日20时，随着台风水汽向北输送，青岛、成山头温度露点差减小，导致19日08时K指数明显增大，同时整层比湿积分(IQ)也分别由18日08时4656.5和4740.2增大到20时5711.3和5577.5，18日20时至19日08时半岛地区出现暴雨或大暴雨，最大的安丘达169.2mm。本次过程整层比湿积分较大，青岛、成山头都在4600以上，济南也在3600以上。可见，过程发生于层结基本稳定但水汽含量充足的环境中。

3.2 雷电及雷达资料分析

本次过程雷电强度比预计偏弱，17—18日，共发生闪电19637次，主要位于江苏北部、安徽北部和山东南部，以负闪为主，正闪仅占总次数的1.71%，平均闪电强度为13.31kA。而出现区域性暴雨的鲁中和半岛等地几乎没有闻雷。有研究表明^[10]，对流不稳定参数K、SI与雷电密切相关，K＞35、SI＜-3是致灾性雷电的阈值。由表 1可见，SI指数较大，不利对流发生，青岛19日两个时次、成山头18—20日4个时次K＞35，但CAPE值较小，在多个时次为零，抑制了对流发展。降水过程中，云顶高度基本在10km以下。雷达资料显示本次降水过程为大范围的混合性降水回波，主要回波强度在30dBz以上，局部达50dBz，济南雷达的组合反射率产品显示17日16时到18日04时济南上空强回波持续时间达10个小时以上，垂直液态水含量VIL最大时达到20~25kg·m^-2；VIL＞10kg·m^-2是山东出现较大雨强的阈值，18日06—10时，台风水汽输送到达鲁东南，临沂出现VIL大于10kg·m^-2的强回波带，局部达60kg·m^-2，该大值区向东北方向移动，09时从日照入海，这个时段临沂、日照普降大雨或暴雨。20日02—08时，有多个45~49dBz中尺度强回波区自南向北经过招远，VIL为10~15kg·m^-2，局部达20~25kg·m^-2，招远20日02—08时累计降水为93.8mm。计算了多个时次的大气可降水量(图略), 18—20日, 鲁西地区由50mm逐渐下降到40mm左右, 而半岛和鲁东南地区始终维持在50~65mm之间，大气可降水量持续达到暴雨量级正是台风水汽输送的结果。本次强降水过程是由于水汽充沛，垂直液态水含量高和可降水量大，且持续时间较长造成的。

4 云图分析

850hPa天气系统与降水关系密切，其风场结构常决定降水落区和强度。图 5为黑体亮温TBB与850hPa风场叠加。17日20时(图 5a)，山东省受切变线影响，云系主要在北部，鲁西地区为TBB低值区(250K)，17日下午到18日08时，鲁西、鲁中出现区域性暴雨；18日08时(图 5b)，台风右侧的南—东南气流到达苏北，形成大于-15×10^-8g·hPa^-1·cm^-2·s^-1水汽辐合中心(图 4a)，鲁东南云系发展，虽然西风带低涡中心在鲁西且伴急流，但鲁东南及鲁中东南部为232K的低亮温区，18日这一带雨量较大；18日20时，由于台风继续北上，东南急流到达山东半岛(图 5c)，急流北侧的山东半岛北部出现区域性的大暴雨。台风19日刚进入浙江南部时就开始转向东北，但在其继续北上的过程中，东南气流持续影响山东，20日半岛再次出现区域性暴雨，局部大暴雨。本次过程山东半岛连续3天出现暴雨、部分大暴雨，与台风水汽输送和西风带系统叠加有关，降雨时TBB在250K左右，且结构均匀，强降水是由水汽含量较高的中低云产生。

5 湿位涡及对称不稳定

为揭示暴雨产生时各物理量场的细致结构，采用MM5非静力模式的二层嵌套网格模拟结果进行分析，格距为18km，时间步长60min，积云参数化方案为Grell(1993)。

由表 1可知，本次过程发生于对流基本稳定的环境场中，而强降水的产生必然伴随较强的上升运动，分析对称不稳定及倾斜上升运动，能够揭示本次过程产生的机制。根据文献[11]湿位涡MPV=MPV1+MPV2，其中，MPV1取决于对流稳定度，当MPV1＜0时，对流不稳定，反之，对流稳定。MPV2与湿斜压性和垂直风切变有关，代表对称不稳定，如果MPV2＜0，为对称不稳定，反之，则对称稳定。一般来说，条件性对称不稳定往往与对流不稳定同时存在。

由于过程雨量呈东西向分布，我们对多个时次的暴雨点作纬向垂直剖面。图 6a、b和图 6c、d分别是18日08时济南和20日08时招远纬向垂直剖面，从18日08时济南纬向垂直剖面(图 6a)可见，暴雨区上空(117°E附近)700hPa以下为θ_e＜336K的均值区，$\frac{{\partial {\theta _e}}}{{\partial p}} \approx 0$，对应MPV1≈0，700hPa以上θ_e随高度增大，$\frac{{\partial {\theta _e}}}{{\partial p}} ＜ 0$，对流稳定，对应MPV1为正值且在600hPa达最大为0.6PVU；图 6b为相应的MPV2垂直分布，暴雨区上空(118°E附近)700hPa以下为MPV2负值区，位于800hPa的中心小于-1.2PVU，为强对称不稳定，由低层切变线辐合上升到此高度的大气加速上升，到400hPa垂直速度达最大为20cm·s^-1，鲁西、鲁中地区17日20时至18日14时出现暴雨区。

20日08时，成山头探空资料显示(表 1)，SI=-0.3、K=37，呈现弱不稳定，招远纬向(37.4°N)垂直剖面可见，在120°E以东、700hPa以下，由于东南气流输送高温高湿空气，出现θ_e＞345K的高能区，与120°E以西的低能空气之间形成θ_e较密集的能量锋区，暴雨区(120.4°E附近)位于能量锋区上，600hPa以下(图 6c)MPV1在0~-0.2PVU之间，呈现弱对流不稳定，600hPa以上MPV1＞0，对流稳定。图 6d表明，暴雨区上空边界层以上整层MPV2＜0，为对称不稳定，500hPa为-0.2PVU中心，可见暴雨区600hPa以下对流不稳定和对称不稳定并存，低层辐合产生垂直扰动时，上升运动加强。虽然600hPa以上对流稳定，但对称不稳定增大使得上升运动继续发展，在400hPa垂直速度达最大为15cm·s^-1，暴雨区整层为上升运动，19日20时至20日20时招远降雨量148.5mm。

6 小结

(1) 本次过程发生于副高西伸增强其边缘暖湿气流和西风带槽前西南气流共同影响下，西风槽在垂直方向后倾，850hPa低涡及切变线为直接影响系统，垂直方向对流基本稳定。

(2) 台风远距离水汽输送起重要作用，台风右侧的东南气流形成风向、风速辐合，和西风带低涡辐合区合并，并随着台风继续东移北上，持续影响山东半岛地区。

(3) 台风偏南气流所及区域比湿增大，雷达资料显示降水过程中多个时段强降水中心都有垂直液态水含量大于10kg·m^-2的强回波带影响，最大时达到60kg·m^-2，这正是台风右侧偏南气流远距离影响山东期间。

(4) 前期鲁西、鲁中暴雨主要受西风带对流稳定的环流形势影响，强降水由较强对称不稳定引起；后期由于台风东南气流输送高温、高湿空气，暴雨区低层出现能量锋区，对流和对称不稳定并存，导致强降水发生和持续。