引言

1971—2011年辽东半岛全区性大暴雨多是由北上热带气旋与西风带冷空气相互作用变性所引发的(梁军等，2005)。北上变性台风由于冷空气的侵入有的能从中纬度斜压锋区中获取斜压能量变性加强，引发暴雨；有的逐渐填塞，降水不明显(李英等，2004；任丽等，2013; 曹晓岗等，2012)。但减弱的台风若能从另一个台风持续获得暖湿能量输送，则衰减速度缓慢，加之弱冷空气作用，同样能引发暴雨(钮学新等，2005；梁军等，2008；杨晓霞等，2008；杜惠良等，2011；周福等，2014)。如登陆北上减弱为热带低压的8108号与8107号台风及冷空气相互作用，导致辽东半岛地区特大暴雨天气，过程最大雨量644 mm，日最大雨量为576 mm(普兰店西韭)，小时最大雨量达116.5 mm，雨强之大为历史上罕见。9415号台风北上期间，与减弱为低压的9414号台风相互作用也引发了辽东半岛地区的大暴雨，台风所经地区和沿海伴有12级的强风。2012年北上双台风相互影响的现象频发，1210号台风达维和1215台风布拉万北上期间分别与1209号台风苏拉和1214号台风天秤相互作用，引发山东、华北和东北地区强降水(陈国民等，2013；赵晓琳，2012；周宁芳，2012)。冷空气通常触发北上台风中尺度对流云团的生成和发展，是这类台风暴雨的主要产生系统(朱佩君等，2002；李英等，2005；杨引明等，2011)。北上台风降水受副热带高压、西风带冷槽等多个系统影响，一直是预报业务中的难点，而多个台风相互作用更加大了其预报难度。

虽然北上热带气旋(TC)的分析和研究已取得一些有意义的成果(丁治英等，2001；陈联寿等，2004；程正泉等，2009)，但对北上的台风尤其是双台风影响辽东半岛的分析还不多。本文利用热带气旋年鉴、FY-2E卫星的TBB资料、大连地区逐时自动气象站降雨量资料、常规观测资料和NCEP全球再分析资料，对1210号台风达维(Damrey)北上期间与1209号台风苏拉(Saola)相互作用引发辽东半岛的强降水过程进行分析，以期对此类北上双台风影响的预报提供参考。

1 台风概况和特点

台风达维于2012年7月28日生成于西太平洋，在向西北偏西方向移动的过程中加强为台风。8月2日21时(北京时，下同)后在连云港东南部的响水县登陆(图 1a)，强度仍为台风(近中心最大风力35 m·s^-1)，登陆后近3 h强度减弱为强热带风暴，并继续向西北偏西方向移动，经江苏东北部进入山东，在山东北部逐渐转向偏北方向移动，移速变化不大(图 1b)，强度减弱为热带风暴。4日02时风暴中心在黄河入海口附近移出山东进入渤海，移速增大2倍，快速向东北方向移动，08时再次减弱为热带低压(图 1a)，在渤海北部逐渐消失。台风达维生命史为7 d，比一般台风多近2 d(邹树峰等，1997)。

受台风达维的影响，8月3—4日河北东部、辽宁和吉林普降暴雨，最大降水量出现在辽东半岛(图 1c)。半岛南部大连地区的126个自动气象监测站中，100个自动站达暴雨以上量级，73个自动站雨量超过100 mm，19个自动站雨量超过200 mm，最大雨量出现在大连东北部庄河市的天门山，为390 mm。台风影响期间雨大风小，湿台风特征明显。

2 天气尺度系统分析 2.1 环流背景分析

2日08时(图略)，副热带高压(以下简称副高)主体稳定在日本海附近，极地冷空气向南扩散至巴尔克什湖，我国东部上空为宽广的浅槽区，1210号台风“达维”位于副高西侧距离长江口近300 km的东北偏东的洋面上，1209号台风苏拉则位于“达维”西南偏南约990 km的台湾东部洋面上。“达维”和“苏拉”两个台风的移动路径并没有表现出明显的藤原效应，分别由基本气流引导向西北偏西和西北方向移动。2日20时到3日08时(图 2a)，1211号台风海葵(Haikui)在副高南侧菲律宾以东洋面生成并向西北偏西方向移动，副高持续向西北扩展，“达维”沿引导气流继续西北移(刘学刚等，2011)。3日20时(图 2b)，西风槽东移至华北中东部，与“达维”相距不足5个经度，引导气流由副高西南部的东南风转为副高西北侧和高空槽前的西南风，“达维”北上至黄河入海口附近转向东北移入渤海，此间对辽东半岛产生影响。

在对流层中高层，200 hPa西风槽前存在一支高空急流(HLJ)。台风达维西北移动与中纬度高空槽靠近，但与HLJ急流轴仍有一定距离，位于其东北方向槽前。台风登陆(2日21时)后至再次入海(4日02时)前，台风中心200 hPa附近的辐散中心值由8.0×10^-5 s^-1降至一半以下(图略)，高层辐散抽吸作用减弱，台风强度逐渐减弱。

但在对流层低层850 hPa上，“达维”与日本海附近的副高及台风苏拉之间所形成的东南风低空急流，将我国东部洋面水汽向北输送(图 3)。这一水汽通道向北到达辽东半岛，并形成水汽辐合。强降水期间，中心值超过15 g·s^-1·hPa^-1·cm^-1的水汽通量带和低于-28 g·s^-1·hPa^-1·cm^-2的辐合中心(图 3虚线)维持在半岛地区近24 h，为辽东半岛强降水提供了水汽和能量补充。

而2日20时至4日08时，“达维”与“苏拉”南北两个台风环流连通，这对形成水汽输送通道、在辽东半岛地区产生水汽辐合、导致强降水有积极作用。

2.2 物理量诊断分析 2.2.1 动力条件

低层辐合、高层辐散的动力结构有利于北上台风强度的维持，是台风暴雨形成和加强的重要条件。3日08时(图 4a)，“达维” 20×10^-5s^-1的正涡度区由600 hPa向上伸展至500 hPa，辐合层也由900 hPa以下伸展至650 hPa，上升运动区由不连续形成整层的垂直上升，且向上伸展至400 hPa附近，上升运动区北部大连地区(图 4b中横线区域)750 hPa以下的垂直闭合环流系统也伸展至500 hPa以上，辽东半岛南部的降水明显增强，3日02—08时最大降水量为90~100 mm。3日14时，台风中心对应的高层辐散由2.0×10^-5 s^-1增至8.0×10^-5 s^-1以上，700 hPa以下的正涡度中心和负散度中心重合(图 4c)，上升运动整层抬升至150 hPa(图 4d)，虽然台风中心海平面气压6 h升高了5 hPa，但中低空的气旋性环流仍维持。辽东半岛南部地区(图 4d中横线区域)的上升运动明显加强，整层抬升至400 hPa，中层的垂直闭合环流系统维持，3日08—14时最大降水量近200 mm。此间，虽然“达维”的正涡度中心由24×10^-5 s^-1降至16×10^-5 s^-1，辐合中心随高度转向东北方向倾斜(图 4c)，但此时“苏拉”中心(距达维南部约10个纬度)高层辐散由6.0×10^-5 s^-1增至8.0×10^-5 s^-1以上，同时，其北侧与“达维”南部低层的辐合区连通，这使“达维”南部的上升运动明显加强，3日20时，正涡度中心由16×10^-5 s^-1升至20×10^-5 s^-1。在“达维”中心北侧850 hPa以下的低层约1个纬度(山东西北部黄河入海口地区)和5个纬度(辽东半岛西北部地区)有两个垂直闭合环流系统。辽东半岛西北部继续出现暴雨(基准站最大降水量超过120 mm)。4日02时(图略)，“达维”的高空辐散迅速减弱，20×10^-5s^-1的正涡度中心高度由600 hPa降至850 hPa以下，台风中心北侧已为下沉气流，辽东半岛的强降水逐渐停止。

可见，台风苏拉的存在有利于台风达维强度的维持及其雨带中MCS的生成、发展加强，有利于辽东半岛强降水的长久维持。

2.2.2 热力条件

3日02时(图略)，“苏拉”和“达维”之间为水汽大值区，“苏拉”中心附近850 hPa以下的低层∂θ_e/∂p＞0，为明显的对流不稳定区，“达维”的则不明显。3日08时(图 5a)，“达维”南侧的水汽大值区维持，北侧大连地区(图 5a中横线区域)由于上升运动的加强，出现了一个比湿高值区，950 hPa以下高温高湿区内为明显的对流不稳定区，“达维”东北部低层的冷空气已逆时针卷入台风西侧，台风东部的对流单体由山东半岛北上靠近辽东半岛南部地区时，对流单体合并，云体的面积和强度迅速增大，2 h后发展为MCC，受其影响大连北部地区3日08—10时小时降水量多在20~40 mm。随着“达维”的北移，台风东侧的暖空气与自东北向西南方向低层楔入的冷空气相互作用，不稳定区由边界层伸展至700 hPa(图 5b中横线区域)，渤海至辽东半岛地区上空的能量锋区加强。同时，由于西进的副高温度和湿度相对于“苏拉”偏冷偏干，“苏拉”东北部(距“达维”中心南侧4个纬度)对流不稳定区由900 hPa以下抬升至850 hPa以上，“达维”的水汽输送加强，“达维”东部对流单体由于其西侧冷空气的侵入和“苏拉”暖湿能量的输送，北上期间云体发展加强形成MCC，而1211号台风海葵的生成和西行，促使副高稳定西进，MCC维持在渤海，受其影响山东西北部地区3日14—20时出现大暴雨。3日20时至4日08时前(图略)，“苏拉”减弱为热带低压后停编，“达维”南侧的水汽抬升和对流运动减弱，“达维”中心已为稳定层结，北侧的对流不稳定区移至辽宁北部和吉林南部地区，强水汽辐合区在华北东部和辽东半岛西北部，强降水的分布与水汽辐合区一致。4日08时(图略)，“达维”南部的水汽输送带断裂，其强度减弱为热带低压后停编，台风北侧的对流不稳定区降至边界层以下，降水强度明显减弱。

物理量的分析可以看出，“达维”中低层正涡度中心和负散度中心的耦合使强辐合维持，形成深厚的湿层和中低层的对流不稳定，有利于强降水的形成。“苏拉”的水汽输送带与“达维”长时间相连，有利于“达维”强度的维持，“达维”的水汽输送及低层冷空气的逆时针侵入，加强了辽东半岛地区水汽抬升和对流不稳定的发展，诱发辽东半岛强降水的形成和维持。

3 中尺度分析

暴雨是一种中尺度现象，它的形成与中尺度对流系统的发展加强密切相关。因此，在研究暴雨过程时，不仅要分析其形成的环境场，更要关注强降水期间的中尺度对流系统。此次强降水期间，降水云团的水平范围最大约为300 km，生命史不足6 h，属于中尺度云团。

采用Shuman-Shapiro九点滤波算子(平滑系数取0.5)，对常规物理量场进行平滑，提取中尺度场，以此来研究暴雨过程的中尺度系统特征。

由云顶亮温的分布可以看出，3日02时开始(图略)，“达维”东北部一个中尺度对流云团经黄海北部海域西北移，04时发展最强，受其影响，大连东部长海地区小时降水量近40 mm。3日04时开始，低层逆时针卷入的冷空气激发台风北侧的中尺度对流云团快速加强，几十千米的对流单体合并为近300 km的MCC，MCC沿副高外围向偏北方向移动(图 6a~6c方框内)，3日07—10时大连北部地区出现短时暴雨。3日14时开始，“达维”眼区北侧在黄海入海口附近的对流云团与其南部“苏拉”北侧的螺旋雨带和副高外围的对流云带相连通，“达维”北侧MCC的云顶亮温由-50℃降至-60℃以下，云体面积增大，云团沿副高外围自黄河入海口附近沿渤海向东北偏北方向移动，强降水出现在台风东北部的环渤海地区(图 6d~6f方框内)。3日20时后，“达维”与“苏拉”的暖湿输送带断裂，副高的暖湿输送带仍与“达维”相连，MCC北上期间云体内-50℃以下的云顶亮温维持至4日02时。4日02时后，副高西进与江淮地区的大陆高压合并形成纬向高压带，切断了“达维”与副高的水汽输送带，“达维”东北象限的中尺度对流云团东北移动期间分裂，云体内的云顶亮温由-50℃以下升至-40℃，强降水分布在副高北部冷暖空气交界的华北东北部、辽宁中部地区，辽东半岛的强降水结束。

分析中尺度流场可以看出，3日02时(图略)，“达维”北部的华北中北部和辽东半岛地区已为反气旋式环流，表明低层冷空气已自台风东北部向西南偏西方向扩散。副高西北侧的黄海北部海域分别有两个气旋性涡旋生成。3日08时副高西进(图 7a中阴影为不低于588 dagpm的高度区)，副高西侧与“达维”东部的气旋性辐合加强，黄海北部的两个气旋式涡旋西北移的过程中与东北地区回流的弱冷空气相互作用，在辽东半岛的东北部和南部地区形成两个气旋性涡旋中心(图 7a中粗实线区域)，强降水出现在两个涡旋中心连线的南部地区。3日14时(图 7b)，副高继续西进，其西侧与“达维”东部和“苏拉”东北部的气旋性辐合加强，“达维”南部和“苏拉”北部的反气旋式环流消失，两个台风之间的气旋式辐合带打通(图 7b中粗实线区域)，“达维”西北象限仍有反气旋环流维持，“达维”的中尺度气旋性涡旋系统北上过程中发展加强，降水强度和强降水范围增加，强降水出现在“达维”东部和副高西侧的低空急流带上。4日02时(图略)，华北东北部仍有回流的弱冷空气补充，有利于“达维”中尺度气旋性涡旋系统的维持，强降水仍持续在低空急流前方急流达到极值的区域。3日20时至4日02时，“苏拉”已减弱为低压，两个台风之间的辐合带出现断裂，3日20时后的降水主要是弱冷空气、副高和“达维”相互作用的结果。4日02—08时(图略)，由于海葵的西北移，副高再次西进北抬，“达维”东部加强的暖湿空气与其西侧冷空气的相互作用促使“达维”中尺度气旋性涡旋系统长时间维持。4日08时后(图略)，“达维”减弱为低压，其降水强度和强降水范围明显减小，“达维”引发的强降水结束。

4 结论与讨论

北上双台风相互影响引发辽东半岛强降水过程的环流背景和中尺度特征分析表明，相对稳定的大气环流形势和弱冷空气的侵入有利于中小尺度系统的形成和发展，北部影响台风的持续性暴雨是其与南部另一台风、副高输送的暖湿能量及弱冷空气多系统、多尺度相互作用的结果。今后，在类似的北上双台风暴雨预报中，侧重点在于：

(1) 副高位置偏北且稳定少动，经向环流有利于台风的北抬。

(2) 双台风与副高之间所形成的东南风低空急流为辽东半岛强降水提供了水汽和能量。影响台风达维与另一台风苏拉的水汽输送带长时间相连，有利于其强度的维持和降水的持续发生。

(3)“达维”中低层正涡度中心和强辐合中心重合，形成深厚的湿层。低层冷空气的侵入加强了辽东半岛水汽的向上抬升和对流不稳定的发展，诱发辽东半岛强降水的形成和维持。

(4)“达维”东部和副高西侧的低空急流带上中尺度对流云团的发展是辽东半岛暴雨的直接影响系统。

预报中发现，此类台风影响的大尺度环境场借助于数值预报产品可以得到基本准确的预报，但暴雨强度预报偏弱。对中尺度对流系统生成、发展及其与环境的配置还需进一步探讨。