臺風“三巴”（2316）特大暴雨成因及預報偏差分析

張容菁，韋 榮，李秀昌，黃小燕，林確略*

（1.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000；2.廣西壯族自治區氣象科學研究所，南寧 530022）

臺風暴雨是多尺度天氣系統相互作用的產物，臺風路徑、強度及結構受環境流場影響較大，暴雨落區預報十分復雜［1］。臺風暴雨的強度與落區，除了受大尺度、中尺度天氣系統的影響外，還與臺風自身結構、不穩定能量、地形等因素有關［2-5］。由于環流背景的季節性變化，秋季臺風往往具有強度更強，移動路徑更偏南的特點［6］，其移動路徑、強度變化和帶來的風雨影響一直是業務預報中的重點與難點。學者們通過研究秋季臺風暴雨個例發現，偏南氣流和東南氣流的輻合及低空急流的存在是觸發和維持大暴雨的有利條件［7］，臺風倒槽區域、減弱的臺風中心附近不穩定的大氣層結是出現特大暴雨的主要原因［8］，而中緯度南下的弱冷空氣往往對秋季臺風的降雨有明顯增幅作用［9-13］。

廣西常位于秋臺風的前進方向上，受秋臺風的影響易出現極端暴雨天氣［14］，進而引發的暴雨洪澇災害嚴重威脅人民的生命財產安全。目前鮮少有對從北部灣北上引發廣西大范圍極端暴雨的秋季臺風的研究，業務人員對此類臺風暴雨的極端性預報能力較為薄弱，有必要對該類過程進行分析總結，以提高預報準確率。本文利用常規氣象觀測資料、ERA5再分析資料、衛星、雙偏振雷達觀測資料和數值模式預報產品，運用天氣學診斷分析方法，對2316 號秋季臺風“三巴”造成廣西特大暴雨的成因及預報偏差進行分析，加深對此類臺風暴雨的認識，為今后相似臺風暴雨預報提供參考。

1 資料與方法

本文采用的資料包括自動站氣象觀測資料、ERA5 再分析資料（0.25°×0.25°）、FY-4A 衛星資料、玉林雙偏振雷達觀測資料和數值模式降水預報產品。主要運用天氣學診斷分析方法，針對動力、熱力、水汽條件等方面對2316 號秋季臺風“三巴”造成廣西特大暴雨的成因及預報偏差進行分析。

2 結果與分析

2.1 臺風路徑及風雨實況

2023 年第16 號臺風“三巴”（Sanba）于2023 年10 月18 日14 時在南海中西部海面生成，向北偏西方向移動，于19 日09 時前后以熱帶風暴級在海南省東方市第一次登陸。登陸后繼續北行進入北部灣海面，強度緩慢加強并于20 日00 時在廣西潿洲島東北方向的北部灣北部海面加強為強熱帶風暴級（25 m·s-1，10 級）。隨后強度逐漸減弱，20 日07 時折向偏南方向移動，于09:45 前后在廣東湛江市遂溪縣沿海再次登陸，之后向偏南方向移動并再次進入北部灣海面。19:40 前后以熱帶低壓在海南臨高縣第三次登陸，23:00 時中央氣象臺對其停止編號。

受“三巴”影響，廣西出現極端強降水和大風天氣。主要強降雨時段為10 月19 日08 時至20 日08時，暴雨落區主要位于臺風移動路徑北側，包括廣西南部和沿海地區。此次過程廣西全區有640 個氣象站累積雨量≥50 mm，452 個氣象站累積雨量≥100 mm，103 個氣象站累積雨量≥250 mm。過程廣西最大24 h 降雨量出現在北海市銀海僑港亞平氣象站780.3 mm，突破廣西24 h 降雨量歷史極值；廣西東南部的玉林市最大24 h 降雨量出現在博白縣東平鎮達522.1 mm，突破博白縣24 h 降雨量歷史極值，最大小時雨量出現在玉林市博白縣文地鎮姜充氣象站107.8 mm（19 日22—23 時）?！叭汀痹斐蓮V西14個氣象站出現10 級以上大風?？傮w而言，臺風“三巴”對廣西造成的影響以降雨為主，大風次之。本次過程具有降雨時間長、小時雨強較大、累積雨量大、極端性極強的特點。

2.2 臺風特大暴雨成因分析

2.2.1 環流背景

10 月南亞高壓減弱南移至南海上空，其脊線位于20°N 附近，臺風“三巴”進入北部灣期間，廣西上空200 hPa 為反氣旋環流控制，高層輻散抽吸作用對大范圍上升運動的發展有促進作用。19 日08 時500 hPa 高緯地區呈兩槽一脊型，中西伯利亞地區受脊前偏北氣流控制；中緯度地區四川-重慶有短波槽快速東移，引導冷空氣南下；低緯地區西太平洋副熱帶高壓呈東-西帶狀分布，控制28°N 以南大部地區，滇黔桂交界處有短波東移，引導臺風向北偏東方向移動。華南低層為相當位溫大值區，其中廣西大部850hPa 相當位溫達到337 K 以上，桂東南至沿海地區甚至相當位溫達到344 K 以上，相當位溫大值中心位于臺風本體和臺風北側倒槽影響區域，隨著臺風繼續北上，沿海低層相當位溫進一步增加，于19日20 時達到350 K 以上，低層具備高溫高濕的不穩定條件。臺風“三巴”位于副熱帶高壓控制區，其東側洋面上存在閉合高壓中心，中心強度達592 dagpm。受海上高壓西側偏南引導氣流和短波槽前西南引導氣流影響，臺風持續向北偏東方向移動，臺風倒槽長時間維持在廣西上空，桂東南和沿海地區受到倒槽影響，洋面上的水汽在此強烈輻合抬升，水平散度沿22°N 垂直剖面圖顯示（圖1a、1b），19 日08 時沿海地區中低層為負散度區，300 hPa 轉為正散度區控制，低層輻合高層輻散為暴雨的發生提供良好的動力條件，對應中層有上升運動速度大值區，19 日20時，沿海地區中低層負散度區范圍明顯加大，且延伸高度更高，沿海地區中層上升運動速度明顯加大。

圖1 19 日08 時（a）、19 日20 時（b）垂直速度（等值線，單位：m·s-1）和水平散度（陰影，單位：10-5 s-1）沿22°N 的垂直剖面圖；19 日08 時（c）、19 日20 時（d）相當位溫（等值線，單位：K）和比濕（陰影，單位：g·kg-1）沿22°N 的垂直剖面圖

19 日08 時，臺風“三巴”環流中心位于北部灣海面，850 hPa 西南季風不活躍，臺風南側對流云系發展不旺盛，但臺風東側和東北側有東南急流為臺風輸送暖濕平流，使其強度緩慢增強。研究表明，臺風暴雨的發生需要不僅要有充足的水汽條件，持續不斷的水汽輸送條件尤為重要［8，15］。比濕剖面圖顯示（圖1c、圖1d），桂南地區邊界層比濕大于15 g·kg-1，925 hPa 至500 hPa 比濕均大于8 g·kg-1，大氣濕度條件良好。850 hPa 水汽通量場上，19 日08 時存在一個從南海指向桂東南地區的水汽通道，水汽通量大值區隨臺風東側的東南風急流不斷北上加強，于19 日夜間中心值達到35 g·cm-1·hPa-1·s-1。在東南風急流的作用下，源源不斷的水汽持續向廣西區域輸送，并在臺風倒槽的作用下使桂南地區出現一水汽通量散度大值區，最大水汽通量散度達到-9.5×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，水汽在此強烈輻合抬升，造成特大暴雨的發生。

2.2.2 冷空氣的影響

地面天氣圖顯示，19 日08 時冷空氣前沿到達貴州-湖南-江西中部一帶，此時“三巴”位于海南島西部北部灣海面上，廣西區域氣壓梯度較??；隨著冷空氣南壓，廣西區域氣壓梯度逐漸加大。19 日20 時海平面氣壓疊加3 h 變溫圖顯示，冷空氣主體已到達貴州、湖南和廣西交界一帶，但弱冷空氣的滲入導致處在臺風北部的廣西和廣東境內風場轉變為弱北風，且存在大范圍弱的3 h 負變溫。分析同時次北海探空圖發現，北海探空站在925～1 000 hPa 之間出現鋒面逆溫，證實了地面鋒面已到達北海；冷空氣的加入，使925 hPa（圖2）東南急流和偏東氣流在臺風東北側和北側強烈輻合（強輻合區的散度＜-25×10-5s-1），造成在冷墊之上的強輻合抬升運動，引發極端強降水。20 日05 時1 020 hPa 線南壓至桂北，此時臺風中心位于沿海，冷空氣主體從臺風北側逼近，阻擋“三巴”繼續北上并使其07 時轉向南移，隨后廣西地區雨勢明顯減弱。本次過程19 日晚上入侵的弱冷空氣，是造成“三巴”臺風暴雨增幅的關鍵因素，也是造成臺風轉向南移的主要原因，而冷空氣主體南下速度比預計偏慢，導致預報員低估臺風的影響時長，未能準確預報出本次臺風暴雨的極端性。

圖2 19 日22 時流場、散度場（陰影和黑色等值線，單位：10-5s-1，顯示≤0s-1）和風速大?。ㄋ{色等值線，顯示≥12m·s-1），＋為此后最大小時雨量（博白縣文地107.8mm）出現的位置

2.2.3 云圖演變

衛星云圖的演變能較好地體現臺風的發展情況、強度變化特征以及水汽輸送情況［16-17］。紅外云圖顯示，臺風“三巴”倒槽特大暴雨的對流特征明顯，其影響區域雨強大且降水持續時間長。19 日08 時臺風“三巴”環流云系結構主要分為兩個部分（圖3a），對流云團主要分布在臺風主體北側和東側的東南氣流中，此時沿海地區已受臺風北側螺旋云帶和東側對流云團影響而產生降水，因西南季風強度較弱，臺風西側南側水汽輸送較弱，導致云系較少。19 日14時（圖3b），隨著東南急流的北上加強，臺風主體北側和東側的對流云團趨于合并加強，并持續影響沿海和桂東南地區；19 日20 時，隨著臺風強度逐漸北上增強為強熱帶風暴，臺風主體云系結構更為清晰完整，云頂亮溫進一步降低至210 K 以下，云系發展達到最旺盛階段（圖3c），最強對流團分布在臺風北側倒槽區域，特別是倒槽東側的偏南風急流區域，對流云團長時間停留在沿海和桂東南上空，是造成特大暴雨的主要原因。20 日08 時（圖3d），受冷空氣主體影響臺風強度有所減弱，云團逐漸變得松散且對流云團逐漸東移，對廣西影響減弱。

圖3 “三巴”FY-4A 衛星云圖演變特征（單位：K）

2.2.4 臺風降水雷達回波特征

臺風過程強降雨落區通常位于臺風云墻回波和螺旋云帶影響區域［18］，通過分析華南雷達回波組合反射率發現，本次過程降水回波范圍廣、強度較強、持續時間長，大部回波強度在30 dBZ 以上，最強回波達到50 dBZ 以上，云墻密蔽云區鑲嵌有對流單體，回波頂高大多在6～9 km，少數能達到15 km。18日20 時至19 日08 時，“三巴” 臺風眼區不清晰，回波主要位于臺風中心北側倒槽區域，其東側受東南急流影響形成回波強度大于50 dBZ 的螺旋雨帶，臺風南側回波則很弱。19 日20 時回波范圍明顯擴大并逐漸向西北移動，臺風中心東側形成兩條螺旋雨帶，玉林雷達強降雨報警產品提示桂東南地區將有1h 55 mm 的強降雨天氣發生，能較好地指示降雨的增強。廣東廉江市、湛江市等地一直源源不斷有回波生成發展，并向西北方向移動，形成明顯的“列車效應”，長時間影響桂東南和沿海一帶，造成極端暴雨的發生。

玉林雷達反射率因子剖面圖顯示（圖4a），強降水回波質心在5 km 以下，呈現出明顯的暖云降水特征。玉林雷達雙偏振參量顯示，19 日18 時開始桂東南地區上空大部地區ZDR值從0～0.5 dB 逐漸增大到為0.8～1.5 dB，其中博白、浦北地區出現了大于3 dB的高值區，說明雨滴尺寸有明顯增大。差分反射率因子ZDR剖面圖顯示（圖4b），在博白附近有一強度為2.5 dB 的ZDR柱高度達到5 km 附近，象征著有較強的上升氣流存在，此時臺風“三巴”東側的東南氣流往桂東南地區源源不斷地輸送水汽，為雨強的增大和持續時間提供有利的條件。KDP主要由液態降水粒子貢獻，因此能較好地體現降水的強度信息［19］，分析同時刻的比微差相移KDP回波發現，19 日18 時開始有KDP高值區從雷州半島旋轉北上，移向桂東南和桂南沿海地區，在0.5°仰角，KDP值達到7°·km-1，在2.4°仰角其值達到3.1°·km-1，可見低仰角看到的高值區更為明顯，且雨滴粒子的密度大且多，粒子的液態含水量非常大。剖面圖（圖4c）也較好地體現該時刻廉江市附近存在KDP柱，其高度達到了7 km附近。

圖4 19 日20 時玉林雷達0.5°仰角回波剖面

3 預報偏差分析

3.1 臺風路徑及強度預報偏差

18 日20 時起報的歐洲中期天氣預報中心（EC）細網格預報產品顯示，冷空氣主體將于20 日02 時左右開始影響臺風環流，且中央氣象臺19 日08 時的臺風路徑預報顯示，臺風“三巴”將于20 日08 時達到最北（20.8°N），隨后轉向西南方向移動。但在海上高壓西側的偏南風和高空短波槽的引導作用下，預報路徑與實況出現較明顯偏差，實際上臺風“三巴”于20 日07 時到達路徑最北點（21.4°N，109.7°E），該位置比預報的位置偏北偏東。19 日白天到20 日凌晨臺風中心持續向北偏東方向移動，使臺風外圍環流整體北移，沿海和桂東南地區提前受到臺風環流影響而產生強降雨。加上實況冷空氣主體南下的速度較預報偏慢，“三巴”主體長時間在海上，摩擦作用較小移速較快（23～25 m·s-1），且易得到比較有利的能量補充，預報員對臺風倒槽影響廣西的持續時間有所低估，導致了對本次過程累積雨量的預報偏小。

3.2 臺風降雨預報偏差

分析各家數值預報18 日20 時起報的19 日08時至20 日08 時廣西累積降雨量分布發現，本次臺風過程大尺度模式均報出了沿海到桂東南的暴雨落區，但對降雨的極端性把握不足，均漏報了特大暴雨落區；其中，中國氣象局全球天氣模式（GFS）表現更好，歐洲中期天氣預報中心高時空分辨率氣象數值預報模式（EC＿HR）預報的桂中到桂東北地區的暴雨帶空報。本次臺風特大暴雨過程中尺度模式——中國氣象局上海數值預報模式（CMA-SH9）表現最好，不僅能準確預報出沿海到桂東南的暴雨落區，還能準確把握降雨量級，但對桂中到桂東北的暴雨量級預報偏大。通過總結歷史個例發現，CMA-SH9 對于暴雨過程的量級把握較好，但對于暴雨落區的預報能力還有待加強。臺風模式表現欠佳，對暴雨落區的預報偏西，且未能準確把握降雨量級，對桂東南地區的降雨量級預報明顯偏低。19 日08 時上級臺站指導預報能較好地預報暴雨落區，但對暴雨量級把握偏小，本級預報員對臺風路徑轉折的判斷時間有誤，對倒槽特大暴雨的對流特征、強度和持續時間認識不夠，導致對本次臺風暴雨的極端性預估不足?？梢?，臺風過程降雨預報不能過度依賴臺風模式產品，大尺度模式對暴雨落區位置也有一定的指示意義，但對降雨量級預報偏低，需結合中尺度模式對降雨量級進行訂正。

4 結論

基于多源氣象數據資料，對2316 號秋季臺風“三巴”造成廣西特大暴雨的成因及預報偏差進行分析，得到以下結論:

（1）高空輻散場和低空東南急流的卷入使臺風“三巴”進入北部灣后強度增強，廣西大部處于相當位溫大值區，其中沿海到桂東南地區相當位溫隨著臺風北上而逐漸增加。冷空氣的加入，使925 hPa 東南急流和偏東氣流在臺風東北側和北側強烈輻合，造成了在冷墊之上的強輻合抬升運動，引發極端強降水。

（2）對流云團主要分布在臺風主體北側和東側的東南氣流中，桂東南到沿海上游地區不斷有回波生成發展，形成明顯的“列車效應”，造成極端暴雨的產生，雷達雙偏振參量顯示桂東南地區存在明顯的ZDR和KDP高值區，低仰角看到的高值區更為明顯，暖云降水特征明顯。

（3）本次臺風特大暴雨過程中尺度模式（CMASH9）表現最好，但預報員較多取信EC 細網格的形勢預報，因此對冷空氣主體南下速度的預報偏快，從而誤判臺風的移動路徑，對臺風倒槽影響廣西的持續時間和北側的輻合強度有所低估，并且對臺風北側降水的對流特征、強度和持續時間認識不足，導致本次過程累積雨量的低估。