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  气象   2019, Vol. 45 Issue (10): 1402-1414.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2019.10.007

论文

引用本文 [复制中英文]

陈有利, 钱燕珍, 段晶晶, 等, 2019. 南海台风苗柏对一次梅雨暴雨加强影响的模拟试验[J]. 气象, 45(10): 1402-1414. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2019.10.007.
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CHEN Youli, QIAN Yanzhen, DUAN Jingjing, et al, 2019. Numerical Simulation of Typhoon Merbok Effect on Rainstorm During Meiyu Period[J]. Meteorological Monthly, 45(10): 1402-1414. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2019.10.007.
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资助项目

宁波市科技局项目(2014C50024和2015F1020)、浙江省预报员专项项目(2017YBY03)、宁波市气象局青年项目(NBQX2017002C)和宁波市自然科学基金项目(2018A610210)共同资助

第一作者

陈有利,从事天气预报及服务研究.Email:ccyll99@163.com

通信作者

钱燕珍,主要从事灾害性天气预报技术研究.Email:qian-y-z@163.com.

文章历史

2018年1月26日收稿
2019年5月10日收修定稿
南海台风苗柏对一次梅雨暴雨加强影响的模拟试验
陈有利 , 钱燕珍 , 段晶晶 , 徐迪峰 , 郭建民     
宁波市气象台,宁波 315012
摘要:利用云图资料、再分析资料和自动站加密资料对2017年6月13日前后浙江梅雨暴雨的成因进行分析,发现此次暴雨过程与低层偏东风和西南气流带来充沛的水汽和能量有很大关系,而1702号台风苗柏对西南气流的输送有重要作用。为了验证“苗柏”的作用,使用WRF模式对此次过程进行了模拟试验,并做了“苗柏”强度增强一倍、强度减弱一半、去掉“苗柏”的敏感性试验,结果表明:“苗柏”及其登陆减弱后的残留云系,有利于偏南风的维持和加强,使得冷暖空气在浙江汇合,南北风交汇处梯度增大,辐合加强。“苗柏”的存在增强了西南急流水汽输送,西南急流的左侧伴随有散度辐合中心,而在高空急流的右侧有散度的辐散,有利于垂直运动的发生,是强降水产生的主要原因。敏感性试验表明台风强度越强,西南暖湿气流输送越明显,辐合越强,越有利于垂直运动发展,对流发展更旺盛,降水也更强。
关键词台风苗柏    梅雨    暴雨    数值试验    
Numerical Simulation of Typhoon Merbok Effect on Rainstorm During Meiyu Period
CHEN Youli, QIAN Yanzhen, DUAN Jingjing, XU Difeng, GUO Jianmin    
Ningbo Meteorological Observatory, Ningbo 315012
Abstract: Based on the dense observation data, satellite images and reanalysis data, the reasons of Meiyu heavy rainfall in Zhejiang on 13 June 2017 are analyzed. The results show that low-level easterly and southwest winds could bring significant water vapor and energy, and Typhoon Merbok had an important role on the southwest air transport. The non-hydrostatic WRF V3.6.1 model was used to simulate heavy rainfall at high resolution with two nests. The sensitivity experiments show that Typhoon Merbok can enhanced south wind transport to Zhejiang, making the northeastern and southeastern flows meet in Zhejiang. The gradient of the north and south winds increased obviously, which made convergence streng-thened obviously. Meantime, "Merbok" enhanced the water vapor transport. A convergence in the left side of the mid-low-level southwest wind was accompanied by a divergence on the right side of the upper-level jet. This was conducive to the occurrence of vertical motion, promoting the increase of rainstorm. Sensitivity experiments show that the stronger the typhoon, the more water vapor transport in southwest flow, the stronger convergence, the more conducive to the development of vertical motion and convection, and the heavier the precipitation.
Key words: Typhoon Merbok    Meiyu    rainstorm    numerical experiment    
引言

暴雨是我国常见的灾害性天气,梅雨锋和台风是两个常带来暴雨的天气系统。6—7月的梅雨天气过程经常造成我国长江中下游出现强降水过程,关于梅雨暴雨预报之前已有许多的研究工作,它通常是在有利的环流形势下,不同尺度天气系统共同相互作用所形成的(陶诗言,1980陶诗言等,2008)。西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是梅雨得以在江淮流域维持的决定性因素之一,副高的强度与位置变化对梅雨暴雨的影响已有较多论述(杨义文,2002冷春香和陈菊英,2003毕宝贵等,2004王丽娟等,2010)。许多学者(王建捷和李泽椿,2002杨帅等,2006刘梦娟等,2017)对高低空急流与中尺度涡旋活动对梅雨暴雨的作用进行了探讨。赵娴婷等(2011)研究指出,低空急流的阶段性增强及高低空急流轴的移动与大暴雨密切相关,高低空急流的耦合是暴雨发生维持的重要机制(徐景芳和吕君宁,1991谢齐强,1993许新田等,2006谢义明等,2008; 杨帅等,2006杨舒楠等,2019)。同时南下的干冷空气有利于梅雨锋的形成和维持,可激发低层对流不稳定增加(王丽娟等,2010陆琛莉等,2018)。张瑞萍等(2014)分析2011年梅雨暴雨主要影响系统,得到了梅雨锋面系统、急流及其引发的高低空次级环流和干冷空气的侵入对暴雨的影响机制。以上研究关注了梅雨暴雨的尺度特征,冷空气和急流等影响,以及极涡、副高、西南涡等其他系统的作用。

台风对梅雨的影响,过去的研究一般认为在梅雨期盛期,南海台风的活动会导致梅雨带减弱(任金声,1993)。陈联寿和丁一汇(1979)分析认为台风对西南季风向江淮梅雨锋水汽输送有切断作用,在梅雨活跃期,中国近海包括西北太平洋和南海很少有台风活动。Kang et al(1992)分析指出95%左右的南海台风对梅雨有显著影响,其中约86%的台风会导致梅雨减弱中断甚至结束。在这些统计分析的基础上,近年来一些学者利用数值模式对梅雨暴雨展开了一系列的研究。如赵娴婷等(2011)曾明剑等(2016)利用WRF(Weather Research Forecast)中尺度模式对梅雨锋暴雨中小尺度系统的结构特征进行了模拟和分析。郭蕊等(2013)通过升降地形的敏感性试验,详细分析了地形对梅雨锋暴雨的影响。陈淑琴等(2014)用WRF模式做数值模拟显示:中低层两个台风的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升运动,加强了梅雨降水。这些工作虽然涉及了台风个例及其与梅雨作用的数值模拟,但并没有针对台风对梅雨降水的影响展开敏感性试验,而且台风怎样影响梅雨暴雨,台风强度对梅雨带位置和强度有何影响等研究,这些问题都不是很清楚。

分析2017年6月13—14日浙江入梅以来的首次暴雨,与通常梅雨暴雨有所不同的是:此次过程中南海有1702号台风苗柏的活动。利用美国国家环境预报中心(NCEP)提供的GFS再分析格点资料做诊断分析,该资料时间间隔6 h(世界时00,06,12,18时),水平分辨率为0.5°×0.5°、垂直方向31层,并结合WRF模式3.6.1版本,展开针对“苗柏”作用的一系列数值试验,以期对“苗柏”对梅雨暴雨的作用机理有所了解,对今后类似过程的预报有所帮助。

1 过程简介和暴雨成因分析 1.1 过程概况

2017年6月9日浙江入梅,11—13日连续有强降雨过程,特别是13日出现了大范围暴雨,局部大暴雨天气(图 5),13日08时至14日08时,强雨带主要出现在浙江东北部地区及沿海,有61个站降水量超过100 mm,848个站超过50 mm,单站最大降水量出现在嵊州石璜镇堰底村(159 mm)。11日之前各预报中心的数值模式基本都没有报出13日的这次暴雨过程。

图 5 2017年6月13日08时到14日08时实况(a)、控制试验(b)、“苗柏”增强一倍试验(c)、“苗柏”减弱一半试验(d)和去掉“苗柏”试验(e)的24 h累积降水量(阴影, 单位: mm) Fig. 5 The observed (a) and simulated accumulated rainfall (shaded area, unit: mm) in the CTL (b), I×2 (c), I×0.5 (d), and no Merbok (e) experiments from 08:00 BT 13 to 08:00 BT 14 June 2017
1.2 形势分析

500 hPa形势分析(图 1),中高纬大陆地区主要受西风槽东移影响,海上则受副高控制,副高588线脊线在20°N,西伸至115°E。这是一次梅汛期的暴雨,但其天气形势并非典型的梅雨形势,期间在南海上还有一个台风活动。在西风槽前和副高西北侧之间,台风将水汽不断地输送到长江中下游地区。700 hPa上,东北气流和西南气流在浙江省附近辐合,是形成暴雨的一个重要因素。

图 1 2017年6月12日08时(a)、13日08时(b)和14日08时(c)700 hPa风场(单位: m·s500 h高度场(等值线,单位:gpm)和TBB(阴影,单位: ℃)-1)、 Fig. 1 The GFS reanalysis data circulation fields at (a) 08:00 BT 12, (b) 08:00 BT 13, and (c) 08:00 BT 14 June 2017 (shaded area: TBB, unit: ℃; contours: geopotential height at 500 hPa, unit: gpm; arrows: wind field at 700 hPa, unit: m·s-1)

由相当黑体温度(black body temperature,TBB)分析可见(图 1),30°N附近的梅雨带总体比较稳定,呈东西向,有几百千米的宽度,亮温最低在-50℃以下,特别到13日08时,亮温达到了-60℃,说明对流发展得比较深厚。另外,在南海有热带气旋云团活动,即1702号台风苗柏,“苗柏”于6月11日14时生成,强度最强时海平面中心最低气压是984 hPa,近中心最大风速为25 m·s-1,属强热带风暴级。生成后一路向北,12日夜里在广东深圳登陆,强度减弱,转向东北,13日10时后在江西南部停止编报,其残留云系一直维持到14日。

由形势分析可以得到梅雨带处在西风带系统和副高交汇的地方,是冷空气和暖湿气流交汇造成的。“苗柏”及其减弱后的残留云系是否影响了梅雨带的位置和强度,以下将通过数值模拟来做进一步的分析。

1.3 物理量诊断

低空急流在暴雨过程中起着能量和水汽输送的作用(张瑞萍等,2014丛春华等,2011)。苏继峰等(2010)通过诊断分析和水汽后向轨迹模拟,发现孟加拉湾和南海充足的水汽来源是梅雨暴雨产生的前提条件。为了了解此次梅雨暴雨过程的水汽和能量情况,诊断了1000~700 hPa水汽通量散度和850 hPa的θse。如图 2a2b所示,12日08时强水汽辐合在浙江东北部的杭州湾及南岸地区,中心值在-50×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1以下。13日,在梅雨带的位置水汽通量散度有所减弱,为-30×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1左右,最强水汽辐合在广东和福建一带沿海。广东和福建一带主要是“苗柏”的本体降水,“苗柏”东侧低层西南气流强盛,将水汽源源不断输送至浙江地区,且在浙江区域有风速辐合,并且北侧是偏东气流,有风向辐合,浙江水汽辐合一直比较强,低层的强水汽辐合是降水产生的重要原因。

图 2 2017年6月12日08时(a, c)、13日08时(b, d)1000~700 hPa水汽通量散度(阴影,单位: 10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1)和850 hPa风场及大风区(a, b, 等值线≥8 m·s-1)及850 hPa假相当位温(c, d, 单位: K) Fig. 2 Vapor flux divergence at 1000-700 hPa (shaded area, unit: 10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1) and wind field at 850 hPa (a, b; contour: wind speed>8 m·s-1) and pseudo equivalent potential temperature at 850 hPa (c, d; unit: K) at (a, c) 08:00 BT 12 and (b, d) 08:00 BT 13 June 2017

850 hPa的θse水平分布分析(图 2c2d),30°N以南是一个高值区,在30°N附近及以北地区有东西走向的锋区,主雨带处在能量锋区的南侧。能量的主要来源是南面,由于南面和海上不断有能量向浙江输送,使得高能舌在暴雨过程中维持。浙江境内340 K以上的θse值一直维持,表明这一阶段有能量积聚。13日以后,随着北侧冷空气的不断南移,且不断加强,一方面促使低层暖湿空气向上抬升,另一方面使低层大气由对流不稳定变为稳定,导致垂直涡度增长,触发中小尺度对流系统,增强上升运动,并出现强降雨。14日08时之后,冷空气主体南下,能量锋区东移南压,浙江上空能量锋区遭到破坏,降水减弱。

由物理量诊断可见,梅雨带所在地的高水汽辐合、高能量和西南气流的输送有很大关系,而西南暖湿气流的输送与台风苗柏有何关系,将通过下面的数值试验来进行研究。

2 控制试验

从形势分析和物理量诊断可见,西南气流在梅雨暴雨过程中起了重要作用,为了分析西南气流的输送与1702号台风苗柏的相关性,从而分析“苗柏”对梅雨暴雨的作用,对此次过程进行了数值模拟。

2.1 模式与资料应用

所用模式为WRF3.6.1高级研究版,模式初始化选用GFS的水平分辨率为0.5°×0.5°、6 h间隔的格点资料,侧边界采用GFS的水平分辨率为1°×1°的预报场格点数据,模拟时长48 h。本文中试验采用两层双向嵌套设置,最外层网格水平分辨率为15 km,格点数为246×232,内层网格的水平分辨率为5 km,格点数为190×181。模式的垂直层次为35层,模式顶气压为50 hPa。模式采用三维同化变分方案,同化浙江省雷达、中尺度自动站、常规地面和探空资料、华东区域GPS水汽等观测资料,采用的参数化方案如表 1,模拟区域如图 3

表 1 模式设计 Table 1 The model configuration

图 3 模式模拟区域及台风苗柏路径 Fig. 3 Simulation domain and the real track of Typhoon Merbok

控制试验(CTL):用WRF3.6.1模式对1702号台风苗柏登陆减弱过程中,长江中下游梅雨带变化情况进行模拟和分析,台风苗柏用中央气象台每日4个时次(02、08、14、20时,北京时)业务定强定位。起始时间是2017年6月12日08时,共积分48 h。

2.2 控制试验结果分析

图 4a给出了观测与模拟的“苗柏”路径,模拟与观测的台风路径和中心位置比较一致,在13日20时以后,路径稍有偏差。模拟与观测的“苗柏”中心气压变化见图 4b。可见,模拟与观测的台风中心气压变化趋势比较一致,模式较好地再现了“苗柏”在登陆前的加强过程,以及登陆之后的衰减过程。模拟的台风比实况略偏弱,其原因可能与模式本身存在的一些不足有关,有待进一步深入探讨。

图 4 台风苗柏实况和模拟(a)路径(时间隔6 h),(b)台风中心海平面气压 Fig. 4 Real and simulated (a) tracks of Typhoon Merbok with dots indicating the 6 h center positions, (b) sea level pressure of Typhoon Merbok

比较雨量的模拟情况。图 5a5b是2017年6月13日08时到14日08时的雨量实况和控制试验模拟结果。由图可见,控制试验较好地完成了雨带形状和位置的模拟,几乎全省有降雨,东部雨量大,强雨带在29°~30°N,且均在117.9°E以东,基本一致,形状主要呈带状,东面粗、西面细。只是在强度上控制试验有明显增强,最大值从实况的小范围110~130 mm、个别130~150 mm,增强到了模拟的130~150 mm、小范围的150~170 mm以上。在浙江玉环附近较小区域实况有一个弱的雨量中心,在控制试验中这个雨量中心也有明显增大增强。但总的来说控制试验还是较好地模拟了雨情。

图 6是NCEP/NCAR的再分析资料和数值试验模拟的2017年6月13日梅雨暴雨前后的700 hPa风场、湿度场和500 hPa高度场,由图 6a6c可见,数值试验在初始时刻12日08时,高低空形势与再分析资料分析的形势一致。24 h后的6月13日08时(图 6b6d),500 hPa高度场还是基本一致,只是副高模拟结果略强一些,588线到了陆地上,分析区域内出现了小范围的593环流。700 hPa湿度场基本一致,在梅雨带的位置有东西向的带状高湿区(相对湿度在70%以上,最大值均在90%以上),位置和强度都相似,控制试验相对湿度90%以上的高湿区宽度略窄一点;在1702号台风苗柏登陆后减弱地广东深圳附近,相对湿度90%以上的高湿区范围小一点,但强度和位置也和实况相似。风场基本一致,梅雨带北侧是弱的偏东气流,再往北有偏北气流,南面是强劲的西南气流,都比较接近。以上分析可见,控制试验基本模拟出了实况的形势。

图 6 2017年6月12日08时(a,c)和13日08时(b,d)再分析(a,b)和控制试验(c,d)500 hPa高度场(等值线,单位:gpm)和700 hPa风场(单位: m·s-1)及相对湿度(阴影, 单位: %) Fig. 6 The observed (a, b) and simulated (c, d) geopotential height at 500 hPa (contour, unit: gpm) and wind fields at 700 hPa (unit: m·s-1) and relative humidity (shaded area, unit: %) at (a, c) 08:00 BT 12 and (b, d) 08:00 BT 13 June 2017
3 敏感性试验

在控制试验基本模拟了实况之后,又进行了“苗柏”强度增强一倍、“苗柏”强度减弱一半和去掉“苗柏”的敏感性试验,以下通过诊断控制试验和敏感性试验的物理量,来探究“苗柏”及其残留云系在梅雨暴雨过程中所起的作用。

3.1 敏感性试验方案设计

无“苗柏”试验:运用模式自带的TC bogus工具将“苗柏”滤除(简称:no Merbok),以期得到“苗柏”对13日前后梅雨强降雨的作用机理(徐洪雄等,2014张端禹等,2010)。剔除台风具体过程为:WRF中的bogus方案根据热带气旋的基本信息包括热带气旋中心位置、最大风速半径、最大风速和切向风廓线形态因子(确定切向风速在台风径向上的变化形式),在近地面气压场中以400 km为半径查找台风最大相对涡度;并剔除初猜场中最大涡度处300 km范围内的涡度、散度;重新估计涡度、散度,根据计算所得的辐散风场去掉第一猜测场的UV风场;再去掉第一猜测场的位势高度异常值及地转风Vg、温度、地面和海平面气压的异常值。至此即得到去掉台风信息的环境背景场。

“苗柏”增强一倍和减弱一半试验:为了更准确地分析“苗柏”对梅雨强降雨的作用,还设计了“苗柏”强度增强一倍(简称:I×2)和减弱一半(I×0.5)的试验。同样利用TC bogus工具将台风强度增强和减弱一半。

3.2 敏感性试验结果分析

比较雨量的模拟情况,图 5c5d5e是2017年6月13日08时到14日08时“苗柏”增强一倍试验、“苗柏”减弱一半试验和去掉“苗柏”后的雨量情况。通过对比分析敏感性试验和控制试验及实况的雨量,表明敏感性试验中“苗柏”增强一倍使得雨区范围扩大,强度增强,浙江北部雨带位置略有北抬,强降雨区130 mm以上的范围明显扩大。位于浙江南部的强降雨区强度增强更加明显,最大值达到了250 mm以上。而“苗柏”强度减弱一半和去掉“苗柏”的试验比较相似,首先是整个雨区明显偏弱,特别是浙江东北部的这个强雨带,强度在70 mm以下,比实况和控制试验都偏小很多。其次大陆上的强降雨区范围缩小,浙江东北部的强雨区比实况雨区和控制试验雨区都要小很多,另外雨带也明显南落。

从雨强及雨带分布可以看出,台风苗柏的强度大小及存在与否,对浙江梅雨暴雨的强度和落区有明显的影响。

图 7是控制试验和敏感性试验在700 hPa上沿119°~122°E平均径向风时间剖面,由图可见,在控制试验中,12日14—20时700 hPa在31°N冷槽较为明显,有冷空气南下到30°N以南,之后偏南风强劲,北风南端到了30°N以北,在这个纬度维持了比较久的时间,14日02时北风再次回到了30°N以南。敏感性试验南风的强度和位置都改变。在“苗柏”强度增强一倍的试验中,南风强劲,北风位置偏北,大多在31°N以北,14日02时起才南下到30°N附近。在“苗柏”减弱一半和去掉“苗柏”的试验中,南风明显减弱,13—14日基本都维持在29°N以南,并没有像在控制试验和“苗柏”强度增强一倍试验中那样一直伸展到了30°N以北。可见“苗柏”对切变位置有明显作用。

图 7 2017年6月12日08时至14日08时控制试验(a)、“苗柏”增强一倍试验(b)、“苗柏”减弱一半试验(c)和去掉“苗柏”试验(d)700 hPa沿119°~122°E平均的经向风时间剖面(单位: m·s-1) Fig. 7 Temporal cross-sections of the 700 hPa mean meridional wind (unit: m·s-1) along 119°-122°E for the CTL (a), I×2 (b), I×0.5 (c) and no Merbok (d) experiments from 08:00 BT 12 to 08:00 BT 14 June 2017

另外分析南北风的强度和交汇处的变化梯度,控制试验南风最强时达20 m·s-1,出现在13日14—20时前后,13日08时至14日02时南北风带交汇处变化梯度大。在“苗柏”强度增强一倍的试验中,南风最强时超过了30 m·s-1,出现在13日08时和14日02时前后,从13日02时至14日08时南北风带交汇处变化梯度更大。在“苗柏”减弱一半和去掉“苗柏”的试验中,南风最强在12 m·s-1,且最大值出现在13日02时前后,南北风交汇处梯度小,且持续时间短。可见,“苗柏”的存在,有利于偏南风的维持和加强,使得南北风交汇处梯度增大,辐合加强,利于强降水的发生。

图 8是控制试验和敏感性试验的整层水汽辐合情况和850 hPa风场情况,起始的6月12日08时,控制试验“苗柏”所在的南海位置有偏南大风区(最大值在18 m·s-1以上),其他的情况和“苗柏”减弱一半、去掉“苗柏”的试验都比较一致。“苗柏”增强一倍的试验不仅在南海有42 m·s-1以上的偏南大风区,在31~35°N的东风气流也比其他试验明显加强,整层水汽辐合位置一致,强度略强于其他试验。至13日08时,控制试验在梅雨带附近有较强的水汽辐合,强度普遍在-30×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1以下,最小达-60×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1,“苗柏”增强一倍的试验强辐合区范围大,北侧相较控制试验偏北几十千米,向西扩展了100 km以上,南侧略偏南不多,强度偏强很多,低于-80×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1的范围较大。“苗柏”减弱一半和去掉“苗柏”的试验结果相似,梅雨带所在的位置水汽辐合比较弱,陆地辐合带附近普遍在-20×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1以下,最小达-50×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1,辐合带范围小,在靠近浙江沿海的东海有东西向的强辐合带。

图 8 2017年6月12日08时(a, c, e, g),13日08时(b, d, f, h)控制试验(a,b)、“苗柏”增强一倍试验(c,d)、“苗柏”减弱一半试验(e,f)和去掉“苗柏”试验(g,h)整层水汽辐合(阴影,单位: 10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1)和850 hPa风场及大风区(蓝色等值线≥12 m·s-1) Fig. 8 Wind field at 850 hPa (Blue contour indicates the wind field larger than 12 m·s-1) and vapor flux convergence (shaded area, unit: 10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1) for the CTL (a, b), I×2 (c, d), I×0.5 (e, f) and no Merbok (g, h) experiments at (a, c, e, g) 08:00 BT 12, and (b, d, f, h) 08:00 BT 13 June 2017

在“苗柏”登陆地广东深圳附近,控制试验有大风区(最大值在24 m·s-1以上),有强的西南气流向浙江梅雨带输送。在“苗柏”增强一倍的试验中,在福建的西南地区有闭合的低压环流,低压北侧风速大于42 m·s-1。在“苗柏”减弱一半和去掉“苗柏”的试验中,大风区位置都偏东南,强度有明显减弱,最大值均在18 m·s-1左右,急流的输送只到了浙江中部地区和海上,没有在浙江中北部地区形成明显的辐合。西南风的大风区在沿海,水汽输送和强辐合主要在海上。由此可见,“苗柏”的存在使得西南气流加强,产生了强西南急流输送水汽,水汽输送的位置也正好到了梅雨带附近,且该方向水汽输送量和“苗柏”的强弱成正相关,浙江梅雨暴雨有了西南急流输送水汽,大幅度增强了水汽辐合。以往的研究(雷小途和陈联寿,2001尹志聪等,2011)认为台风的存在会对梅雨降水不利,是因为台风会吸收从孟加拉湾输送来的水汽,截断季风对梅雨锋的水汽输送,但这次过程中台风使得南风加强或维持,有利于西南急流对水汽的输送。

由上文分析可知,“苗柏”的存在,有利于偏南风的维持和加强,西南急流输送水汽增强,使得浙江省附近辐合加强,下面进一步分析垂直运动的发展。图 9是梅雨带附近1000~100 hPa散度、垂直速度、纬向大风的分布情况,控制试验和敏感性试验在29.5°N附近、接近1000 hPa的低层散度场都是辐合,控制试验和“苗柏”增强一倍的试验辐合相较其他两个试验强。控制试验中浙江梅雨带所在地附近,中低层600 hPa以下散度值最小时低于-9×10-5 s-1,表明有较强的辐合。“苗柏”增强一倍的试验在500 hPa以下有散度值小于-9×10-5 s-1的强辐合区,其他两个试验都没有。控制试验600 hPa及以上散度值为正,最大值(9×10-5 s-1)在500 hPa附近,表明有较强的辐散。“苗柏”增强一倍的试验在500 hPa以上散度为正,在400 hPa附近有12×10-5 s-1的强辐散区,其他两个试验没有。中低层的强辐合和高层的强辐散有利于上升运动,对流发展高度高。控制试验和“苗柏”增强一倍的试验在29.5°~30°N、500 hPa高度附近都有4 m·s-1的向上的垂直速度,其他两个试验中高层没有明显上升运动。

图 9 2017年6月13日20时沿119°~122°E平均的纬向风(阴影,单位: m·s-1)、散度 (蓝色等值线,单位: 10-5 s-1)和垂直速度(黑色等值线,单位: 10-1 m·s-1)随高度的剖面(a)控制试验,(b)“苗柏”增强一倍试验,(c)“苗柏”减弱一半试验,(d)去掉“苗柏”试验 Fig. 9 Latitudinal cross-section along 119°-122°E of averaged zonal wind speed (shaded area, unit: m·s-1), divergence (blue contour, unit: 10-5 s-1) and vertical velocity (black contour, unit: 10-1 m·s-1) for the CTL (a), I×2 (b), I×0.5 (c) and no Merbok (d) experiments at 20:00 BT 13 June 2017

同时从700 hPa的雷达回波(图 10)分析可以得到,控制试验和“苗柏”增强一倍的试验对流发展旺盛,回波超过30 dBz,最强的达到了近40 dBz,且范围比较大。“苗柏”增强一倍的试验相比控制试验对流范围更大,往北和往西都有明显扩展,强度也略增强。其他两个试验中,雷达回波位置偏南主要在海上和福建北部。由此可见,“苗柏”及其减弱后云系的存在对于对流的形成发展起了重要作用,“苗柏”的强度越强,对流发展越旺盛,且范围更大。

图 10 2017年6月13日20时700 hPa雷达反射率因子(单位:dBz)(a)控制试验,(b)“苗柏”增强一倍试验,(c)“苗柏”减弱一半试验,(d)去掉“苗柏”试验 Fig. 10 The CTL (a), I×2 (b), I×0.5 (c) and no Merbok (d) experiments for the 700 hPa radar reflectivity factor (unit: dBz) at 20:00 BT 13 June 2017
4 结论与讨论

利用TBB资料、再分析资料和自动站加密资料对2017年6月13日前后浙江梅雨暴雨的成因进行了诊断分析,用WRF3.6.1模式对此次过程进行了数值模拟,并做了1702号台风苗柏强度增强一倍、强度减弱一半和去掉“苗柏”的敏感性试验,分析了“苗柏”对梅雨暴雨的作用,得到以下主要结论。

(1) 6月13日浙江梅雨暴雨主要是高空偏北气流带来的冷空气和副高西侧的暖湿气流交汇形成的,低层西南气流不仅带来了充沛的水汽和能量,并且和东北风在浙江境内形成了强辐合,有利于暴雨的发生。

(2) 1702号台风苗柏及其登陆减弱后的残留云系,有利于偏南风的维持和加强,使得冷暖空气在浙江境内汇合,并使得南北风交汇处梯度增大,辐合加强。

(3) “苗柏”的存在增强了西南急流水汽输送,并在中低空西南气流的左侧伴随有散度辐合中心,而在高空急流的右侧有散度的辐散,有利于垂直运动的发生,是强降水产生的主要原因。敏感性试验表明台风强度越强,西南暖湿气流输送越明显,辐合越强,越有利于垂直运动发展,对流发展更旺盛,降水也更强。

以往的研究(雷小途和陈联寿,2001尹志聪等,2011)认为台风的存在会导致梅雨锋的减弱,中断或结束,认为台风会阻挡或减弱西南季风,从而截断季风对梅雨锋的水汽输送,但本文的研究中台风使得南风加强或维持,有利于西南急流对水汽的输送,这种情况下水汽更充沛,更有利于梅雨降水。我们将通过改变台风位置和尺度等更多的敏感性试验来进一步探讨台风对梅雨降水的影响。

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