臺風“暹芭”引發南海區強降雨的環境條件分析

鐘立華，巢婧華，余曉建，龐綺汶，郭瑞玲

（佛山市南海區氣象局，廣東佛山 528200）

臺風是一種災害性天氣，能引起狂風、暴雨和風暴潮等災害，還極易誘發城市內澇、山體滑坡、泥石流等次生災害，威脅著人民的生命財產安全［1］。許多學者對臺風進行了研究，對臺風登陸后帶來的強降雨尤為關注，從數值模式、物理量的數值模擬及系統配置等方面對強降雨落區及成因進行了深入探討［2-3］，如孫建華等［4］對9406（Tim）臺風登陸與西風帶槽相互作用分析認為高低空、中低緯系統的配置非常有利于降水，中低空的東南急流有著極其重要的作用，向北輸送了水汽、渦度、動能等；汪亞萍等［5］對2006“碧利斯”臺風暴雨的診斷分析得出，水汽螺旋度、熱力螺旋度、散度垂直通量、熱力散度垂直通量等4個動力因子與降水強度對應更好，對降水的指示意義也更好。本研究利用NCEP（1.0°×1.0°）6 h再分析資料、ECMWF的ERA5（0.25°×0.25°）3 h再分析資料、自動站資料等，對7月2日午后到7月3日早晨南海區強降雨的環境條件進行分析，試圖找出該次臺風強降雨的影響因子，為臺風強降雨預報業務提供參考。

1 臺風概況及風雨實況

2022年第3號臺風“暹芭”是近20年來登陸廣東的最強南?！巴痢迸_風，其于6月30日08：00（北京時，下同）在南海海面生成；7月2日08：00加強為臺風，15：00以臺風級（35 m／s，12級）在廣東電白沿海登陸，18：00減弱為強熱帶風暴，期間大致以西北行為主；3日轉偏北方向移動，17：00在廣西陽朔縣境內減弱為熱帶低壓；4日08：00中央氣象臺對其停止編號。

受“暹芭”外圍螺旋雨帶影響，6月30日08：00至7月4日08：00南海區出現連續多日強降雨，并伴有8級陣風和局地龍卷，具有“影響范圍廣、持續時間長、累計雨量大、伴短時大風”等特點。全區平均累積雨量246.4 mm（圖1a），56個自動站（占54.90%）錄得250～400 mm降雨，過程最大累計雨量為大瀝鎮328.7 mm。全區85個站點錄得6級以上陣風，其中21個站點錄得8級大風（圖1b），過程最大陣風為九江鎮19.1 m／s（8級），6月30日16：47前后獅山鎮出現弱龍卷，7月2日17：30前后西樵鎮出現EF1級龍卷風。

圖1 2022年6月30日08：00至7月4日08：00南海區累積降雨量實況（a）、風力實況（b）和最大小時雨量隨時間變化（c）

南海區過程最強降雨時段集中在7月2日午后到7月3日早晨（圖1c）。2日隨著“暹芭”向廣東粵西沿?？拷?，受其外圍螺旋雨帶影響，南海區13：00到14：00雨勢開始加強，出現小到中雨；15：00登陸后到17：00雨勢明顯加強，出現大雨到暴雨，最大時雨量為43.8 mm；夜間大部分鎮街處于螺旋雨帶縫隙處，降雨暫歇。3日凌晨起受新生成的螺旋雨帶影響，形成列車效應，小時雨強強，累計雨量大，最大1 h滑動雨量達77 mm（06：25—07：25）。

2 強降雨環境條件

2.1 500 hPa環流形勢

臺風的移動與大尺度環流密切相關，副熱帶高壓（以下簡稱副高）和西風槽是影響臺風路徑的主要天氣系統［6］。從500 hPa形勢來看，7月1—2日中高緯為兩槽一脊形勢且緩慢東移，臺風“艾利”在副高環流內發展北抬，致使副高減弱東退，副高中心位于西北太平洋洋面上，脊線在35°N附近，呈西北到東南向，“暹芭”在副高邊緣西南到東南氣流引導下向西偏北方向移動，但其距離588 dagpm線較遠，同時副高邊緣引導氣流偏弱，使得“暹芭”移動緩慢（圖2）。

圖2 2022年7月2日20：00 500 hPa位勢高度場（等值線，單位：dagpm）和風場（風向桿，單位：m／s）

3日中高緯西風槽東移北收，臺風“艾利”在副高環流內繼續西北行，阻擋著588 dagpm線西伸，西北行過程中副高出現斷裂狀態，脊線南落到30°N附近，“暹芭”受副高邊緣較弱的西南到偏南氣流引導下移動路徑出現轉折，轉向偏北行，此期間“暹芭”與寬廣的季風槽相連，不斷卷入季風帶來的暖濕氣流，登陸后在下墊面的作用下，移速緩慢，停留時間較長，為南海區強降水提供了有利的環流背景。4—5日“暹芭”殘余環流北上，并入高空槽，在槽前西南氣流引導下向東北方向移動，對南海區影響減弱。

2.2 低空急流

低空急流是臺風獲得水汽和能量的重要通道，程正泉等［7］研究表明，造成大范圍強降水的臺風往往登陸后與持續時間長且深厚的西南急流相連。從925 hPa風場可知，7月2日“暹芭”登陸后其東南側與西南到東南急流帶相連，向珠三角和粵西一帶不斷輸送水汽和能量，南海區處于東南急流帶上，水汽和能量輸送條件十分有利（圖3a）。7月3日“暹芭”環流雖有所減弱，但其東南側仍與西南急流帶相連，持續提供源源不斷的水汽和能量，南海區3日凌晨到早上處于偏南急流帶上，水汽供應順暢且充足，容易觸發強對流天氣，此時段南海區出現了暴雨到大暴雨。從風場隨時間的垂直剖面（圖3b）可知，7月2—3日南海區上空低空急流強勁且維持時間長，風速為14～26 m／s，其中2日維持深厚的強東南氣流，3日凌晨轉為強偏南氣流，2日午后到3日凌晨900～700 hPa低空急流最強，風速維持在24 m／s以上，2日20：00 850 hPa高度附近出現急流中心，風速為26 m／s左右。強降雨出現的時間與急流大值區出現的時間對應，說明強勁的低空急流有利于將水汽輸送至暴雨區，為強降雨提供有利的環流背景。

圖3 2022年7月2日20：00 925 hPa風場（填色，風速≥12 m／s）（a）和7月1—5日風場沿113°E，23°N剖面（單位：m／s）（b）

2.3 水汽條件

暴雨的生成離不開充足的水汽供應和水汽輻合，水汽通量能夠反映水汽輸送強度［8］，水汽通量散度能夠反映水汽的集中程度［9］。從925 hPa水汽通量和水汽通量散度可知，臺風“暹芭”登陸前，水汽通量大值區分布在臺風東南側急流中心附近，中心強度超過55 g·cm-1·hPa-1·s-1，覆蓋范圍廣，大量水汽向珠江三角洲到粵西沿海一帶輸送。2日14：00南海區水汽通量增強至30～45 g·cm-1·hPa-1·s-1之間（圖4a），水汽通量散度則在（-10～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之間；15：00—17：00“暹芭”登陸后，水汽通量大值區位于臺風本體附近，南海區處于水汽通量大值中心外圍和水汽輻合區內，降水對應增強；夜間水汽通量大值區范圍收縮，中心強度逐漸減弱，南海區西部鎮街轉為水汽輻散區，降水暫歇。3日凌晨起水汽輻合再次增強，02：00南海區水汽通量散度在（-15～-20）×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1之間，05：00起南海區出現強降雨，水汽通量強度、水汽輻合強度與強降雨強度關系密切。

圖4 2022年7月2日14：00 925 hPa水汽通量（單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和7月1—5日水汽通量散度沿113°E，23°N剖面（單位：g·cm-2·hPa-1·s-1）（b）

從水汽通量和水汽通量散度隨時間的垂直剖面（圖4b）也可以看到，7月2—3日水汽通量明顯增強增厚，25 g·cm-1·hPa-1·s-1以上水汽通量厚度延伸到700 hPa附近，其中2日午后到3日早晨900 hPa附近出現水汽通量核，強度增強到40 g·cm-1·hPa-1·s-1以上。

另外，此時段對應的水汽輻合區同樣增強增厚；850 hPa以下水汽通量散度維持-14×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1以上，表明此時段南海區上空低層水汽含量充沛，水汽通量強度強、厚度厚及水汽輻合增強與2日午后到3日早晨強降雨的發生有著密切聯系。

2.4 動力條件

在可持續供應水汽的條件下，配合較強的上升運動，容易出現強降水［8］。從散度隨時間的垂直剖面（圖5a）可知，1日夜間起低層1 000～850 hPa輻合逐漸增強，2日白天到3日早晨低層維持明顯的輻合中心，輻合中心位于925 hPa附近，強度達到-8×10-5s-1，2日午后到3日早晨500～300 hPa均為輻散，散度值在（2～4）×10-5s-1之間，此時段高空輻散、低空輻合的配置有利于上升運動維持［10］，產生對流性降水。從垂直速度隨時間的剖面（圖5b）可以看出，7月2到4日中低層多為上升運動，2日白天上升運動顯著增強，850～400 hPa均為強上升區，中午到下午達最強，最強中心位于700～400 hPa高度，中心強度為-8 Pa／s，最強上升區出現時間與強降雨時段對應。3日中低層基本為上升運動，強度有所減弱，在-2～-4 Pa／s之間，南海區位于氣流上升區，動力條件仍較好，3日凌晨到早上在偏南氣流的控制下，南海區水汽供應充足且處于水汽輻合區，在動力作用抬升下觸發了強對流天氣［11］，雨帶伴有列車效應，導致累積雨量大，05：00—08：00，36個站點錄得50～100 mm降雨，8個站點錄得100 mm以上降雨，最大累計雨量為大瀝鎮118.6 mm。

圖5 2022年7月1—5日散度（單位：s-1）（a）和垂直速度（單位：Pa／s）（b）沿113°E，23°N剖面

2.5 不穩定能量

θse（假相當位溫）是反映大氣溫濕條件和能量的物理量［12］，低層處于高溫高濕狀態時更易出現強降水［13］。從θse隨時間的垂直剖面（圖6）可知，臺風登陸后低層900 hPa以下，θse維持在355 K以上，為高能區；900～500 hPa之間θse均大于347 K，由此可見，南海區上空低層能量充足，為降水儲蓄了比較好的熱力條件。θse隨高度的變化可以反映大氣層結的穩定度，其中θse隨高度減小時表明大氣層結不穩定［14］，2日午后到3日早晨南海區上空500 hPa以下的中低層θse隨高度減小，即?θse／?p＞0，大氣存在對流不穩定，有利于對流的發展，南海區此時段內出現的強降雨正是在這種對流性不穩定條件下發生。一般而言，持續性的降雨會造成能量的損耗［15］，然而臺風登陸后低層900 hPa以下始終處于暖濕不穩定區，能量維持在355 K以上，中低層大氣對流不穩定狀態始終維持，這可能是因為隨著臺風的北上，臺風西南到東南側急流不斷把海上的水汽和不穩定能量輸送上岸，致使南海區增溫增濕，從而彌補了持續性降雨對能量的損耗。

圖6 2022年7月1—5日θse沿113°E，23°N剖面（單位：K）

3 結論

1）7月2到3日南海區上空低層水汽含量充沛，水汽通量核與水汽輻合中心對應，水汽通量強度強、厚度厚及水汽輻合增強與2日午后到3日早晨強降雨的發生有著密切聯系。

2）7月2日午后到3日早晨南海區處于氣流上升區，垂直上升運動強，高空輻散、低空輻合配置較好，大尺度抽吸作用有利于上升運動維持，為強降雨發生提供有利的動力條件。

3）低層不穩定能量充足，中低層存在對流不穩定，7月2日午后到3日早晨南海區強降雨正是在這種對流性不穩定條件下發生；低空急流不斷輸送水汽和不穩定能量，提供有利的暖濕條件，有利于南海區強降雨的維持。