2026, Vol. 52 
2. 南京市高淳区气象局, 南京 211300
2. Nanjing Gaochun Meteorological Station of Jiangsu Province, Nanjing 211300
江苏位于我国东部沿海地区，是遭受台风灾害较多的省份之一，其中以台风暴雨的影响最为严重。台风暴雨具有复杂多变的特性，常诱发洪涝、滑坡和泥石流等次生灾害，是台风灾害的主要表现形式之一，影响范围广、损失巨大(潘佳文等，2018；朱红芳等，2019；胡艳等，2023)。
近年来，运用多种探测资料及高分辨率数值模式对登陆台风的降水落区和强度的精细化研究，仍然是台风研究中的重点和难点(陈联寿等，2017；王新敏和栗晗，2020；Huang et al，2022；Xu et al，2022；饶晨泓等，2022；王俊等，2023)。由台风引起的强降水，主要可以分为台风自身环流内暴雨及台风外围暴雨两类。台风自身环流内的暴雨与台风强度及结构关系密切(Meng and Wang, 2016a；梁军等，2024)，通常台风强度越强，产生的降水也越强(郑艳等，2014；谢惠敏等，2016)。无冷空气影响时，暴雨落区主要位于台风眼壁附近、东侧切变线附近或南风急流之中；有冷空气影响时，暴雨落区常位于倒槽附近，冷空气与已减弱的台风残留低涡相互作用所引发的强降水，有时甚至远超强台风直接登陆时所造成的降水(杜惠良等，2011；周福等，2014；陈宏等，2021；郑秀丽等，2025)。台风外围暴雨，通常受到周围环流的影响，特别是西风带系统，会加强台风北侧倒槽的辐合强度，形成强不稳定层结，从而导致暴雨落区向北扩展(吴海英等，2014；陈涛等，2021；张雪蓉等，2022；刘希等，2023)。在台风影响过程中，持续稳定的水汽输送(李英等，2005；程正泉等，2009；林小红等，2023)、中尺度系统的发展(朱洪岩等，2000；Meng and Wang, 2016b；王科等，2021)、高低空急流的耦合(张端禹等，2024)、对流层高层冷涡的增强(蔡芗宁等，2022)等均有利于台风降水的增幅。
由于影响登陆台风路径、强度和强降水落区的因素较多且复杂，台风移动过程中的异常路径、强度突变、台风暴雨的增幅及风雨分布等的预报仍然是较大的难题。因此，针对进入江苏地区引发强降水过程的热带气旋，在有冷空气影响和无冷空气影响的两类天气背景下，对比分析热带气旋本体降水落区、强度及强降水成因的异同，以期为今后进入江苏地区的台风本体强降水预报提供更多思路。
1 数据与方法 1.1 资料本文所用资料包括：(1)中国气象局热带气旋最佳路径数据集，包括逐6 h的经纬度、强度、中心最低气压以及近中心最大风速等信息，选取1960—2021年经过江苏地区的44个热带气旋(包括热带低压)样本作为研究对象；(2)环流形势及物理量分析选用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA5再分析资料，时间分辨率为1 h，空间分辨率为0.25°；(3)美国气候预测中心(CPC)提供的CMORPH降水资料，时间分辨率为30 min，空间分辨率为8 km。
文中所用时间均为世界时。
1.2 个例选取与方法1960—2021年，经过江苏地区的44个热带气旋在江苏共造成25次大范围暴雨过程(全省有相邻10个站或以上出现暴雨)、10次区域性暴雨过程(全省有相邻5个站或以上出现暴雨)以及9次局地性暴雨过程，均为热带气旋自身环流造成的降水。热带气旋自身环流产生的降水分为有冷空气影响和无冷空气影响两类。当热带气旋经过江苏地区时，若河套地区存在西风槽引导冷空气向南渗透[冷气团中心假相当位温(θse)一般小于330 K]，侵入热带气旋外围环流，此为有冷空气影响的背景；若西风槽及其后部冷平流的影响区域距离热带气旋较远，则为无冷空气影响的背景。
统计结果表明，经过江苏地区的44个热带气旋中，有冷空气影响背景下的过程共20次，造成大范围暴雨、区域性暴雨和局地性暴雨过程的概率分别为70.0%、25.0%和5.0%；1次过程最多出现3个暴雨日，出现2个以上暴雨日的概率达到80.0%；最大日降水量75.1~334.7 mm，超过100 mm的概率达到80.0%；过程最大累计降水量75.1~471.6 mm，超过200 mm的概率为45.0%。无冷空气影响背景下的过程共24次，造成大范围暴雨、区域性暴雨和局地性暴雨过程的概率分别为45.8%、20.8%和33.3%；1次过程最多出现5个暴雨日，出现2个以上暴雨日的概率为50.0%；最大日降水量52.7~507.1 mm，超过100 mm的概率为58.3%；过程最大累计降水量52.7~599.1 mm，超过200 mm的概率为29.2%。
由此可知，经过江苏地区的热带气旋有45.5%的概率与冷空气相遇，且冷空气对热带气旋自身环流的降水存在较明显的增幅作用。但在冷空气影响下，热带气旋移速相对较快(平均移速9.0 m·s-1)，在江苏地区的停留时间较短(平均停留时间7.7 h)；无冷空气影响下，暴雨的强度及范围主要取决于热带气旋的强度，由于经过江苏地区的热带气旋强度普遍以热带风暴或热带低压为主，故其造成的大范围及区域性暴雨过程略少，但因热带气旋移速缓慢(平均移速6.3 m·s-1)，常稳定少动(平均停留时间12.2 h)，导致暴雨过程持续时间及累计降水量会出现极端情况。
针对进入江苏地区引发强降水过程的热带气旋，分别选取有冷空气影响和无冷空气影响天气背景下的两组热带气旋个例(各4个)进行研究(表 1)，选取的个例均在江苏地区造成持续性暴雨过程(持续日数≥2 d的大范围或区域性暴雨过程)，热带气旋经过江苏地区时均以热带风暴强度为主，有冷空气影响的热带气旋相较于无冷空气影响的移动速度略快，停留时间略短。
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表 1 有、无冷空气影响的两组热带气旋经过江苏地区时的平均移动速度、移动距离、强度及停留时间和降水特征 Table 1 Average speed, distance, intensity, residence time and rainfall characteristic of tropical cyclones with and without the influence of cold air passing through Jiangsu Province |
本文主要考虑经过江苏地区的热带气旋在江苏造成最强降水的时段。所选样本中，在冷空气影响的背景下(图 1)，热带气旋进入江苏后，以东北移向为主，移速较快，路径稳定，最终由江苏东部入海后继续向东北方向移动；对热带气旋降水产生明显影响的冷空气集中在中层，一般受西风槽引导，由河套附近经华北地区扩散南下至热带气旋西北侧，或自河套地区先南下至华中地区后，再向东渗透进热带气旋西侧或西北侧；强降水区多呈东北—西南向，位于热带气旋中心环流的北至东北侧、移动路径的左侧，即冷空气一侧。无冷空气影响的背景下(图 2)，热带气旋进入江苏后，移动方向不定，或是继续西行，或是转向东北，路径复杂，移速较慢；强降水区以东南—西北向为主，多位于热带气旋中心环流的东侧、移动路径的右侧，即暖湿急流一侧。
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图 1 冷空气影响下热带气旋移动路径(黑色点线)及其移经江苏期间的24 h累计降水量(填色和等值线，单位：mm)分布和500 hPa高空槽演变 注：红色箭头指示降水累计时段；槽线：蓝色表示开始时刻，棕色表示结束时刻，下同。 Fig. 1 Tracks (black dot line) of tropical cyclones passing through Jiangsu Province with cold air influence and corresponding 24 h accumulated precipitation (colored and contour, unit: mm) distribution and evolution of 500 hPa troughs |
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图 2 无冷空气影响下热带气旋移动路径(黑色点线)及其移经江苏期间的24 h累计降水量(填色和等值线，单位：mm)分布 Fig. 2 Tracks (black dot line) of tropical cyclones passing through Jiangsu Province without cold air influence and corresponding 24 h accumulated precipitation (colored and contour, unit: mm) distribution |
采用动态合成分析方法(Gray，1979；李英等，2004)，对有冷空气影响和无冷空气影响情况下的热带气旋个例分别进行气象要素的合成分析及物理量诊断，合成时次分别选取热带气旋登陆时刻及江苏地区降水集中时刻。
2 热带气旋进入江苏地区引发强降水过程的原因 2.1 环流背景从动态合成的500 hPa位势高度场及温度平流场(图 3)可见，在冷空气影响的背景下，热带气旋登陆时刻(图 3a)，其西北侧有西风槽携带冷空气东移，距离热带气旋中心5~10个经、纬距；副热带高压(以下简称副高)呈经向分布，位置偏东，其北侧高压脊西伸至热带气旋北侧，热带气旋沿副高西南侧移动，两者之间急流发展，有利于水汽输送通道的维持。在江苏地区降水集中阶段(图 3b)，副高向东收缩，热带气旋逐渐并入西风带环流，西风槽继续东移南下，槽后冷平流明显加强，并沿西北风场侵入热带气旋外围环流，有利于气旋北侧辐合抬升的加强及层结不稳定发展。
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图 3 (a，b)有, (c，d)无冷空气影响下合成的500 hPa温度平流(填色)、风场(箭矢)和位势高度(等值线，单位：dagpm) (a, c)热带气旋登陆时刻，(b, d)江苏地区降水集中阶段 注：中心点表示热带气旋中心，经(纬)距正值表示东(北)，负值表示西(南)，下同。 Fig. 3 Composite charts of 500 hPa temperature advection (colored), wind field (vector) and geopotential height (contour, unit: dagpm) at the moments of (a, c) land fall and (b, d) concentrated rainfall in Jiangsu Province for the tropical cyclones (a, b) with and (c, d) without the influence of cold air |
无冷空气影响下，热带气旋登陆时刻(图 3c)，中心位于热带气旋东北侧的副高呈西北—东南向，其反气旋环流向西伸展，控制热带气旋北侧5~10个纬距的范围。西风带低槽偏西、偏北，距离热带气旋较远，且高压坝阻挡不利于其南下对热带气旋产生影响，热带气旋所处环境场的冷暖平流不明显。在江苏地区降水集中阶段(图 3d)，西风槽偏北东移，副高减弱东退南落，与热带气旋之间距离增大，气压梯度减小，引导气流减弱，易导致热带气旋出现停滞。热带气旋东至东北侧的暖式切变线附近，由于凝结潜热释放而存在明显增暖，并形成强暖平流，有利于上升运动的发展及低空急流的维持。
动态合成的200 hPa位势高度场、风场及散度场(图 4)显示，在冷空气影响背景下，热带气旋登陆时刻(图 4a)，南亚高压带断裂，中心位于热带气旋东部；西风带长波槽发展东移，槽前副热带西风急流强盛，中心风速超过40 m·s-1，位于热带气旋中心北侧10~20个纬距，在热带气旋东北侧形成较强的高空辐散。随着热带气旋逐渐北移，在江苏地区降水集中阶段(图 4b)，南亚高压再度增强合并，呈纬向带状分布于热带气旋南侧；长波槽加深，向东南方向移动，槽前副热带西风急流增强，中心风速超过45 m·s-1，急流区南界距离热带气旋中心仅5~10个纬距；高空急流入口区右侧的强辐散区与南亚高压北侧的辐散区叠加，有利于热带气旋西北侧至东北侧上升运动的发展及降水的增强。
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图 4 (a，b)有, (c，d)无冷空气影响下合成的200 hPa散度(填色)、风场(箭矢和红色等值线，单位：m·s-1)及位势高度(黑色等值线，单位：dagpm)(a, c)热带气旋登陆时刻，(b, d)江苏地区降水集中阶段 Fig. 4 Composite charts of 200 hPa divergence (colored), wind field (vector and red contour, unit: m·s-1) and geopotential height (black contour, unit: dagpm) at the moments of (a, c) land fall and (b, d) concentrated rainfall in Jiangsu Province for the tropical cyclones (a, b) with and (c, d) without the influence of cold air |
在无冷空气影响背景下，热带气旋登陆时刻(图 4c)，南亚高压范围广、呈纬向分布，热带气旋几乎在其中心控制之下；西风带以纬向环流为主，副热带西风急流偏弱，中心风速在30~35 m·s-1，距离台风中心10~15个纬距；环境场并未给热带气旋提供有利的辐散条件，热带气旋中心附近的高空辐散主要由其自身上升运动产生。在江苏地区降水集中阶段(图 4d)，南亚高压强度维持，热带气旋仍在南亚高压的反气旋环流控制中，但由环流中心移至西北侧；西风带仍以纬向环流为主，西风急流风速减弱至30 m·s-1左右；南亚高压反气旋环流为热带气旋提供了一条向北的流出通道，有利于其西北侧至东北侧的高空辐散及上升运动的发展及降水的增强。
2.2 水汽条件充沛的水汽是造成台风强降水的重要条件之一，而低空急流作为水汽输送的重要通道，其与台风相伴随的时间越长、强度越强，引发的降水强度也更加显著(吴天贻等，2021；马梁臣等，2023)。从动态合成的850 hPa水汽通量及水汽通量散度场(图 5)可以看出，两种背景下，热带气旋登陆时均存在两支充沛的水汽输送带，分别来自于西南季风及副高外围的偏东至东南气流。
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图 5 (a, b)有, (c, d)无冷空气影响下合成的850 hPa水汽通量(填色及箭矢，单位：10-3 g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(等值线，单位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)(a, c)热带气旋登陆时刻，(b, d)江苏地区降水集中阶段 Fig. 5 Composite charts of 850 hPa vapor flux (colored and vector, unit: 10-3 g·cm-1·hPa-1·s-1) and vapor flux divergence (contour, unit: 10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1) at the moments of (a, c) land fall and (b, d) concentrated rainfall in Jiangsu Province for the tropical cyclones (a, b) with and (c, d) without the influence of cold air |
在冷空气影响背景下，热带气旋登陆时刻(图 5a)，其中心附近的水汽通量呈现由东北向西南递减的分布，但水汽辐合区则围绕气旋中心基本呈对称分布。在江苏地区降水集中阶段(图 5b)，两支水汽输送带维持，热带气旋东北象限的水汽输送稳定，但西北至东南象限的水汽输送明显减弱，使得热带气旋非对称结构加剧。强水汽辐合区主要位于热带气旋东北侧南风急流的顶端及北侧倒槽附近，有利于热带气旋北侧，特别是东北侧降水的发展，但强水汽辐合区与强水汽输送区并不重叠，以致强降水难以长时间维持。由于水汽大幅输送至热带气旋北侧，且在北侧产生强辐合，使得南侧的水汽通量及辐合均明显减弱，东南侧甚至出现弱的水汽辐散，不利于南侧降水的发展。
无冷空气影响背景下，热带气旋登陆时刻(图 5c)，水汽通量场及水汽辐合区基本呈对称分布，但水汽输送中心仍然偏向于热带气旋东北侧，水汽辐合强度明显小于有冷空气的情况，热带气旋西北侧存在弱水汽辐散。在江苏地区降水集中阶段(图 5d)，两支水汽输送带均明显减弱，特别是副高外围东南气流水汽输送带几乎断裂。随着热带气旋的北移，其北侧偏东气流与副高南侧的偏东气流汇合加强，致使水汽通量逐渐集中于热带气旋东北及西北象限。强水汽辐合区主要位于热带气旋东至东北侧、西南风与东南风形成的切变线附近，与强水汽输送区重叠，易导致降水增幅及持续。
两种天气背景下，热带气旋自登陆至进入江苏地区，均逐渐呈现较明显的非对称结构。有冷空气影响时，水汽辐合区由热带气旋中心区域向北侧集中；无冷空气影响时，水汽输送及水汽辐合向热带气旋东侧集中。
2.3 动力条件热带气旋中心附近散度与垂直速度的分布通常决定了降水的强度及落区。在冷空气影响背景下，热带气旋登陆时刻(图 6a，6e)，散度和垂直速度呈现非对称分布，850 hPa至近地面层热带气旋中心环流附近的辐合中心位于其东北象限，强度超过12×10-5 s-1，与之对应的强上升运动区由近地面向上垂直扩展至300 hPa附近，中心位于850~700 hPa，强度达到1.2~1.6 Pa·s-1。在江苏地区降水集中阶段(图 6b，6f)，冷空气由西北侧自高层向低层侵入热带气旋，致使低层辐合区及上升运动区均由中心向西北象限倾斜，虽然热带气旋强度已由登陆时的台风或强热带风暴减弱至热带风暴或热带低压，但上升运动的减弱却并不明显，强度仍可达1.2 Pa·s-1。可见，热带气旋在冷空气影响下垂直上升运动逐渐演变成倾斜上升运动，斜压性增强，有利于其北侧附近降水的增强。
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图 6 (a，b，e，f)有, (c，d，g，h)无冷空气影响下合成的散度(填色)和垂直速度(等值线，单位：10-1 Pa·s-1) 沿热带气旋中心的(a~d)经向剖面和(e~h)纬向剖面(a，c，e，g)热带气旋登陆时刻，(b，d，f，h)江苏降水集中阶段 Fig. 6 (a-d) Meridional and (e-h) zonal cross-sections of composite divergence (colored) and vertical velocity (contour, unit: 10-1 Pa·s-1) along the tropical cyclone centers at the moments of (a, c, e, g) landfall and (b, d, f, h) concentrated rainfall in Jiangsu Province for the tropical cyclones (a, b, e, f) with and (c, d, g, h) without the influence of cold air |
无冷空气影响背景下，热带气旋登陆时刻(图 6c，6g)，散度和垂直速度相对于其中心均呈现对称分布，且结构较为密实，上升运动区集中在距离气旋中心2个经、纬距范围内，伸展高度超过200 hPa，中心位于800~600 hPa，强度在1.2~1.6 Pa·s-1。江苏地区降水集中阶段(图 6d，6h)，散度仍然维持对称分布，但热带气旋南侧，特别是西南象限的上升运动明显减小，而东北象限的上升运动强度却稳定维持，不仅强度及伸展高度与登陆阶段相差无几，结构也依然保持近乎垂直的状态。可见，热带气旋登陆后，东北象限的凝结潜热释放使得该区域的垂直上升运动得以维持，有利于强降水的持续。
两种天气背景下，上升运动强度在登陆阶段相差不大。不同之处在于，有冷空气影响时，热带气旋中心附近非对称分布的垂直上升运动逐渐演变成向西北象限倾斜的上升运动；无冷空气影响时，热带气旋中心附近的上升运动仍保持垂直状态，但由对称分布逐渐演变成向东北象限集中的非对称分布。
2.4 大气稳定度不稳定的大气层结是引发深厚湿对流及强降水过程的重要热力条件。饱和假相当位温(θse*)是描述空气在饱和状态下潜在温度的热力学参数，其随高度的变化能够揭示大气层结的条件不稳定特征。相关研究(孙继松和陶祖钰，2012；王秀明等，2014；俞小鼎等，2020)指出，θse*随高度减小表明大气处于条件不稳定状态，有利于对流性降水的发展。从大气不稳定度(∂θse*/∂p)的垂直分布(图 7)可以看出，无论是否存在冷空气影响，热带气旋中心附近的中低层大气基本处于条件不稳定的状态，为对流性降水的发生发展提供了有利的热力条件。
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图 7 (a~c)有, (d~f)无冷空气影响下合成的江苏强降水开始时刻大气不稳定度(∂θ*se/∂p, 填色) 及其与12 h前的差值(等值线，单位：10-2 K·hPa-1)沿热带气旋(a，d)北侧10个纬距, (b，e)中心和(c，f)南侧10个纬距的纬向剖面 Fig. 7 Zonal cross-sections of composite atmospheric instabillity (∂θ*se/∂p, colored) at the start time of heavy rainfall in Jiangsu Province and the difference (contour, unit: 10-2 K·hPa-1) compared to that of 12 h before along (a, d) 10 latitudual intervals on the north side, (b, e) the center and (c, f) 10 latitudual intervals on the south side of the tropical cyclones (a-c) with and (d-f) without the influence of cold air |
有冷空气影响背景下，在江苏强降水开始时刻，热带气旋西北至东北侧、925~600 hPa的假相当位温(θse)较强降水开始前12 h减小5~9 K，热带气旋西侧同层的θse降幅为5~7 K(图 8)，表明冷空气(θse＜330 K)自西向东、自高层向低层侵入热带气旋外围环流，导致其北侧及西侧中低层θse的水平梯度显著增大，并向西倾斜，呈现出斜压性增强特征，进而推动中低层暖湿空气倾斜抬升，为不稳定能量的释放提供了有利条件。同时，热带气旋北侧至西北侧1000~600 hPa、东北侧925~800 hPa的∂θse*/∂p较强降水开始前12 h分别增长8×10-2 K·hPa-1和4×10-2 K·hPa-1，显示条件不稳定明显增强，但热带气旋东北侧近地面大气的∂θse*/∂p为负值(图 7a)，呈现条件稳定的状态，在一定程度上抑制了对流的发展。相比之下，热带气旋北至西北侧的对流有效位能(CAPE)的增幅(图 9a)也更为显著，达到100~400 J·kg-1，且对流抑制能量(CIN)较小，更易引起对流的发展。
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图 8 (a~c)有, (d~f)无冷空气影响下合成的江苏强降水开始时刻θse(填色)及其与12 h前的差值(等值线，单位：K)沿热带气旋(a，d)北侧10个纬距, (b，e)中心和(c，f)南侧10个纬距的纬向剖面 Fig. 8 Zonal cross-sections of composite θse (colored) at the start time of heavy rainfall in Jiangsu Province and the difference (contour, unit: K) compared to that of 12 h before along (a, d) 10 latitudual intervals on the north side, (b, e) the center and (c, f) 10 latitudual intervals on the south side of the tropical cyclones (a-c) with and (d-f) without the influence of cold air |
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图 9 (a) 有, (b)无冷空气影响下合成的江苏强降水开始时刻与12 h前的CAPE差值(填色)及强降水开始时刻的CIN(等值线，单位：J·kg-1) Fig. 9 Composite CAPE difference (colored) between the start time of heavy rainfall and 12 h before, and CIN (contour, unit: J·kg-1) at the start time of heavy rainfall assocated with tropical cyclones in Jiangsu Province (a) with and (b) without the influence of cold air |
无冷空气影响下，江苏强降水开始时，热带气旋垂直气流的非对称分布导致西侧边界层大气具有较高的θse*，进而引起热带气旋西北侧、西侧及西南侧中低层大气的∂θse*/∂p明显大于东侧(图 7d~7f)，表现出较强的条件不稳定。然而，西至西北侧的中低层大气因下沉气流的影响难以达到饱和状态，导致CAPE增幅较小；西南侧大气受限于较大的CIN，均不利于对流性降水的持续发展。相比之下，热带气旋东侧低层大气在低空及超低空急流的持续暖湿输送下一直处于条件不稳定状态，尤其是东侧和东北侧∂θse*/∂p较强降水开始前12 h增长了2×10-2~4×10-2 K·hPa-1(图 7d，7e)，CAPE值增长了100~300 J·kg-1，且CIN较小(图 9b)，具备引发对流性降水的不稳定条件。
综上所述，两种天气背景下，热带气旋中心及周边区域上空均存在明显的条件不稳定层结，有利于对流性降水的发生发展。差异在于：有冷空气影响时，热带气旋北至西北侧中低层大气的条件不稳定会因冷空气的渗透而迅速发展；无冷空气影响时，热带气旋东至东北侧中低层大气的条件不稳定则主要通过低空及超低空急流的暖湿输送而明显增强。
3 江苏地区热带气旋本体强降水天气学概念模型综合以上分析，归纳出有冷空气影响和无冷空气影响背景下，江苏地区热带气旋本体强降水的天气学概念模型(图 10)。
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图 10 (a) 有，(b)无冷空气影响下江苏地区热带气旋本体强降水过程的环流形势示意图(a1，b1)200 hPa位势高度(黑色等值线，单位：dagpm)、散度(填色)和风速(红色等值线，单位：m·s-1)，(a2，b2)500 hPa位势高度(黑色等值线，单位：dagpm)、涡度(填色)和风速(红色等值线，单位：m·s-1)，(a3，b3)700 hPa、(a4，b4)850 hPa、(a5，b5)925 hPa位势高度(黑色等值线，单位：dagpm)、散度(填色)、风速(红色等值线，单位：m·s-1)和比湿(绿色等值线，单位：g·kg-1)，(a6，b6)海平面气压(单位：hPa) 注：棕色实线表示高空槽，棕色双线表示切变线，长箭头表示气流方向, 台风符号表示台风中心，G和D分别表示高、低压中心。 Fig. 10 Circulation schematic diagrams of heavy rainfall associated with tropical cyclones in Jiangsu Province (a) with and (b) without the influence of cold air (a1, b1) geopotential height (black contour, unit: dagpm), divergence (colored) and wind speed (red contour, unit: m·s-1) at 200 hPa, (a2, b2) geopotential height (black contour, unit: dagpm), vorticity (colored) and wind speed (red contour, unit: m·s-1) at 500 hPa, (a3-a5, b3-b5) geopotential height (black contour, unit: dagpm), divergence (colored), wind speed (red line, unit: m·s-1) and specific humidity (green contour, unit: g·kg-1) at (a3, b3) 700 hPa, (a4, b4) 850 hPa, and (a5, b5) 925 hPa, (a6, b6) sea level pressure (unit: hPa) |
在冷空气影响的背景下(图 10a)，200 hPa南亚高压呈纬向带状分布，位于热带气旋南侧；西风带长波槽加深东移，槽前副热带西风急流强烈发展。500 hPa副高呈经向分布，脊线位于30°N左右；西风槽东移南下，引导冷空气沿西北侧侵入热带气旋外围环流。700、850、925 hPa副高脊西伸至热带气旋北侧至东北侧，热带气旋东北侧的东南急流明显发展，水汽输送充沛。强降水区主要位于热带气旋北侧至东北侧、200 hPa高空西风急流入口区右侧、700 hPa东南低空急流左前方、850 hPa东南低空急流顶端、700 hPa和925 hPa切变线之间及比湿大值中心的边缘。
无冷空气影响的背景下(图 10b)，200 hPa南亚高压东部脊伸至长江中下游及其以南地区，西风带以纬向环流为主，副热带西风急流范围小、强度弱。500 hPa副高断裂成块状，强度弱，主体位置偏东，易导致热带气旋出现停滞；西风带低槽偏西、偏北，距离热带气旋较远。700、850、925 hPa副高沿热带气旋的东北侧向西伸展，形成明显的高压坝，热带气旋外围形成较强的低空急流，水汽得以自热带气旋东南侧输送至西北侧。强降水区主要位于热带气旋东侧至东北侧、700、850、925 hPa切变线附近及南侧、低空东南急流的顶端及比湿大值中心的边缘。
4 结论与讨论针对进入江苏地区引发强降水过程的热带气旋，采用动态合成分析方法，对比分析有冷空气影响和无冷空气影响的两类天气背景下，热带气旋本体强降水成因及落区的异同，得到以下结论：
(1) 1960—2021年，经过江苏地区的44个热带气旋有45.5%的概率与冷空气相遇，冷空气影响下大范围暴雨发生的概率显著高于无冷空气影响的情况。冷空气影响背景下，热带气旋虽然移速相对较快，停留时间较短，但大范围暴雨发生的概率显著高于无冷空气影响的背景。
(2) 无论是否存在冷空气的影响，进入江苏地区的热带气旋均会引发强降水过程，主要原因在于热带气旋的非对称结构演变、低空急流对水汽的持续输送以及热带气旋附近强上升运动的维持。两者的差异主要体现在动力抬升的维持机制以及大气不稳定的增长方式上。
(3) 冷空气影响背景下，冷平流自热带气旋西北侧侵入导致其外围环流的斜压性及条件不稳定迅速增强，斜压区的倾斜上升运动叠加高空急流的辐散抽吸作用，推动中低层暖湿空气持续抬升，有利于不稳定能量的释放及对流的发展；强降水区主要位于热带气旋北侧至东北侧。
(4) 无冷空气影响背景下，低空及超低空急流的持续暖湿输送致使热带气旋中心及周边区域的条件不稳定明显增强，暖区的辐合抬升作用配合潜热加热过程使得垂直上升运动的强度和结构得以维持，有利于对流性降水的形成；强降水区主要位于热带气旋东侧至东北侧。
本文采用动态合成分析方法，揭示了两类热带气旋强降水过程的共性特征，相较于单一过程的分析，该方法针对多个具有相似天气背景的热带气旋过程，通过保持热带气旋结构的相对完整及其与周边系统相对位置的稳定，更清晰地呈现了大尺度环流系统间的相互作用及热带气旋非对称结构的演变，有效减少了热带气旋强度、移速及路径的差异对分析结果的影响。但是，该方法难以反映样本中个例的诸多特性，因此后续还将把研究范围从江苏地区扩展至华东地区，筛选更多引发强降水过程的登陆热带气旋个例，并借助多源探测资料和敏感性试验进行深入分析，归纳总结影响热带气旋降水强度及落区的其他影响因子。
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