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摘要:第33卷第3期2009年5月V01.33No.3May2009大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences周玲丽,翟国庆,王东法
第33卷第3期2009年5月V01.33No.3May2009大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences周玲丽,翟国庆,王东法,等.2009.0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析口].大气科学,33(3):489—500.ZhouLingll。ZhaiGuoqing。WangDon#a,etaL2009.NumericalsimulationandanalysisoftyphoonHaitang(0505)heavyrainfallEJ3.ChineseJournalofAt-mosphericSciences(inChinese),33(3):489—500.0505号“海棠"台风暴雨数值模拟试验和分析周玲丽1翟国庆1王东法2谷风鸣3何斌41浙江大学地球科学系,杭州3100272浙江省气象台,杭州3100173浙江温州市气象局,温州3250274浙江嘉兴市气象局,嘉兴314001摘要利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果,并结合NCEP再分析资料、地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风“海棠”造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现,这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水,主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的,降水伴随着辐合带发展;边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因;台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移,这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升,起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用,提供了暴雨的增幅与维持,而气流的汇合主要发生在边界层内,这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用,为暴雨的增幅做出了重要贡献,但是,对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言,地形的作用较小,仅可阻挡降水向西延伸。关键词台风暴雨数值模拟WRF模式中尺度辐合带地形文章编号1006—9895(2009)03—0489—12中图分类号P444文献标识码ANumericalSimulationandAnalysisofTyphoonHaitang(0505)HeavyRainfallZHOULinglil,ZHAIGuoqin91,WANGDongfa2,GUFengmin93,andHEBin41Departmento/EarthScience,ZheiiangUniversity,Hangzhou31002727_AejiangProvinceMeteorologicalBureau,Hangzhou3100023WenzhouMeteorologicalBureau,Wenzhou3250274JiaxingMeteorologicalBureau,Jiouing314001AbstractSuccessfulnumericalsimulationoutputfromWRFV2.2combinedwithNCEPreanalysisdata.observedprecipitationdatafromautomaticstationsandDopplerradarreflectivityareusedtoanalyzetheheavyrainfallcausedbytyphoonHaitanginZhejiangandFujianprovinces.Theresultsshowthattheheavyrainfallisfromthespiralcloudsbandclosetothenorthofthetyphooncenter,andcauseddirectlybythestrongmesoscaleconvergencebeltintheboundarylayer.Therainbeltdevelopsandmovesnorthwardcorrespondingtotheconvergencebelt.Threety-收稿日期2007—11—07,2008—02—29收修定稿资助项目浙江省重大科技攻关专项和社会发展重点项目2006C13025,浙江省气象科技开放项目KF006007,国家自然科学基金资助项目40805018作者简介周玲丽,女,1982年出生,博士研究生,主要研究方向为数值模拟研究。E-mail:zhoulingli一1231@sohu.com万 方数据大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences33卷V01.33phooncurrentsfromdifferentdirectionsconvergeandascendneartheboundaryofZhejiangandFujianprovinces,transportingmoistureandenergyforthestrengtheningandmaintenanceofheavyrainfall.Theconfluenceofthesecurrentsmainlyhappensintheboundarylayer,whichisthereasonwhythemesoscaleconvergencebeltiscon/inedintheboundarylayer.ThecomplicatedmesoscaleorographyinZh@angandFujianprovincesplaysanimportantroleinthestorm.Thethreedifferentcurrentsliftupwardalongthemountainsrangingfromnorthtosouthandtrig—gerprecipitation,whichcontributestotheheavyrainfallHowever,theterrainplaysnoeffectonthemesoscalecon—vergencebeltbutpreventstheprecipitationfromemendingwestward.Keywordsnumericalsimulationoftyphoonheavyrainfall,WRFmodel,mesoscaleconvergencebelt,orography暴雨,而东南沿海则发生特大暴雨。有75个气象站超过200mm,其中19个超过400mm,最大降水出现在乐清砩头(水文站)和苍南县昌蝉(气象站),分别达到了736mm。全省31个县(市)、762.4万人受灾,40多万人被洪水围困,直接经济损失72.2亿元(薛根元等,2005)。关于这次台风过程已有不少研究,朱健等(2007)利用MM5模式模拟了“海棠”台风登陆过程,初步分析了其中的中尺度结构演变特征;靖春悦等(2007)从位涡方面分析了“海棠”在河南的暴雨机制;沈晓玲(2007)则通过分析湿位涡及其各分量的变化,揭示了强降水中心与MPVI密集区的对应关系。然而,对这次台风过程在浙闽地区产生的特大暴雨机理的研究分析仍不够深入。本文采用美国新一代中尺度数值模式WRFv2.2对“海棠”台风进行模拟,在较好模拟的情况下,利用模式输出的高时空分辨率结果对“海棠”台风在浙闽地区产生的强暴雨进行研究,分析影响暴雨产生的主要中尺度系统,揭示暴雨的成因和机理。2“海棠"台风概况和环流背景图la显示了当“海棠”台风登陆台湾前的高空500hPa形势场,从图中可见,该时刻我国北部主要呈现两槽一脊形势,在123。E副高的两侧有两个比较深厚的低槽稳定维持在巴尔喀什湖以北和鄂霍次克海附近地区,其中副高西侧的西风槽从高纬60。N一直向南伸至30。N附近。而在我国东南沿海和台湾海峡一带则为台风控制范围,台风倒槽从台湾向北延伸至浙江北部地区。在台风以北和东侧为强大的副热带高压,副高中心位于辽宁附近,范围伸向长江下游,构成一条高压坝。南北槽东西脊这样的天气系统配置为台风暴雨的发生提供了有力的环境场。图1b为同一时刻的卫星云图,图中可辨1引言台风是热带海洋上强烈的气旋系统,可造成最严重的自然灾害,其累计损失也是不可估量的。我国是一个多台风的国家,每年夏季都会遭受台风暴雨的侵袭。因此,台风暴雨长期以来一直都是人们关注的焦点,许多气象学者为此进行了大量的研究(陈联寿等,2001;李江南等,2003,2004;程正泉等,2005)。陈联寿等(1979)对台风特大暴雨的成因进行了系统的概述,提出中尺度系统是特大暴雨必备的条件。而几乎所有的台风暴雨都与地形有着密切的联系。段丽等(2005)在后来的研究中进一步发现,山脉阻挡产生的中尺度对流小涡系统(MCS)是造成台风特大暴雨的直接原因,特大暴雨就出现在MCS所在地区。随着数值预报模式的不断发展,人们开始利用模式对台风进行数值模拟研究,并且开始不断尝试模拟方案参数化及变分同化的试验,为深入研究台风和提高预报效果提供了重要参考和宝贵经验(谭锐志等,1994;朱洪岩等,2000;李英等,2005;闫敬华等,2005;张林等,2006)。2005年7月12日08时(北京时,下同),0505号台风“海棠”在关岛东北洋面上生成并向偏西移动,强度逐渐加强为强热带风暴,最终发展为台风。7月18日14:50“海棠”在台湾省宜兰市登陆。19日17:10在福建省连江登陆,以后继续向西北偏西移动,经过福建中北部,于20日15时进入江西。21日20时减弱为热带低气压进入湖南,但其影响远未结束,对华北地区的影响一直持续到24日前后。台风“海棠”范围大,强度强,路径复杂,影响我国时风力强且持续时间长,降雨强度大,使浙闽地区遭受重大灾害。浙江南部沿海地区10级以上大风持续近40小时;浙江东部地区出现暴雨和大万 方数据3期No.3周玲丽等:0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析a1.NumericalSimulationandAnalysisofTyphoonHaitang(0505)HeavyRainfallZHOULingliet491图12005年7月18日08时(a)500hPa位势高度场和(b)FY2C红外卫星云图Hg.1(a)Geopotentialheight(gpm)at500hPaand(b)FY2Cinfraredsatellitecloudimageat0800LST18Jul2005柏船弘¨弛如勰拍M毖加掩M哨哨哨哨哨咐哨图2海平面气压场(单位:hPa):(a)18日20时的实况场;(b)积分第12小时的模拟场Hg.2Sealevelpressure(hPa):(a)Observedat2000LST18Jul2005;(b)simulatedatthe12thintegralhour别台风眼的位置和台风螺旋云带,其外围环流已影响到浙闽沿海。受台风影响,台湾地区持续强降水和大风,福建、浙江南部地区降水也普遍加大,浙江中南部沿海海面、台湾海峡和台湾沿海地区维持12级以上大风。3资料及模拟方案本文研究使用美国新一代中尺度模式WRFv2.2对发生在浙江南部的暴雨过程进行数值模拟。背景场资料采用分辨率为1。×1。的GFS资料,初始时刻为2005年7月18日08时,积分48小时。模拟采用双重嵌套方案,第一重网格距为30km,第二重网格距为10km。模式中主要采用Kessler微物理方案,Kain-Fritsch积云参数化方案和Monin-Obukhov近地面层选项等物理参数。4模拟结果验证4.1海平面气压图2给出的是实况和模拟海平面气压场。从图2a的实况海平面气压场可见,台风低压中心在海平面上位于台湾海峡约(24.5。N,120.10E)处,根据中国气象局发布的台风路径报文,该时刻台风中心气压已达到960hPa,整个低压系统影响了我国东南部沿海地区。台风东北侧为一副热带高压带。对比模拟积分12小时的细网格海平面气压场(图2b),台风中心位置与实况接近,模拟的近中心等压线也已达到了980hPa,对比实况近中心等压线来看,也较为接近。万 方数据大气科学JournalofAtmosphericSciences33卷V01.33492Chinese图324小时累积降水量(单位:mm):(a)2005年7月18日20时~19日20时实况;(b)积分第12~36小时的模拟Fig.324一houraccumulatedprecipitation(胁):(a)Observedfrom2000LST18Julto2000I.ST19Jul2005;(b)simulatedforintegralhours12—364.2降水量的比较30km,原闽北的雨团有了强烈的发展,暴雨中心图3a为实况18日20时至19日20时的24小也北移到达浙江境内并且有大幅增强,达到了约时累积降水量,也是整个暴雨过程中降水比较集中250inn2,影响范围也扩大到了整个浙南地区(图的一个阶段。该时段降水除海上无实况资料外,主4c)。对比模拟雨量可以发现,积分24小时后,浙要发生在浙江东南沿海的台州和温州地区以及福建闽交界区的强暴雨雨团较为明显地被模拟出,雨量北部部分地区,整个雨区沿海岸线呈东北一西南走中心比实况偏高,但主要暴雨区位置与实况基本吻向,最大降水中心集中在苍南和福鼎附近,24小时合(图4b);积分30小时的模拟降水位置基本可降水高达400mm,大暴雨范围约有100km2左右;行,除北部雨团处出现零星的小雨外,南部的强雨在该中心北侧还有一个中心在300mm以上的雨带还是基本模拟出来了,中心雨量与实况也比较接团,与南面的强中心连成一条南北向的强暴雨带,近,暴雨中心位置与实况也大体相符(图4d)。其他地区的降水则稳定在100~200nllTl左右。利通过对海平面形势场、长短时雨量的对比分用细网格模拟的雨量(图3b)较好地再现了实况降析,发现模拟的台风暴雨过程的雨带分布还是比较水的分布,基本模拟出了位于浙南闽北的最大降水符合实况的。虽然模拟的雨量比实况偏大,但通过中心,对降水位置模拟基本可行,但降水量的模拟多次不同初始场的模拟试验发现,雨量偏大的现象则偏大,造成浙西南地区出现了一些虚假的降水,普遍存在。因此这可能是由于模式本身或资料等方而台州北部地区则未能模拟出降水,整个模拟雨带面的因素造成的,目前还有待进一步的探讨研究。比实况略偏南。但是,模式还是模拟出了关键雨带总体来说,本次台风暴雨过程的模拟效果较为理和强暴雨区。想,可作为深入分析和研究“海棠”台风中尺度暴为了深入了解暴雨发生的过程并进一步验证模雨的依据。式对中尺度暴雨的模拟效果,图4给出了其中强度5台风螺旋云带的中尺度特征和暴雨最强的6小时降水的实况和模拟结果进行对比分析。实况19日08时主要有两个降水区,一个位于成因分析临海附近为大于501Tin2的雨团,另一个位于福建5.1流场特征北部及延伸至浙江南部温州地区的降水中心(图暴雨的发生发展过程必须满足水汽、热量和动4a);19日14时,暴雨雨团均向北移动了20~力等条件,因此低层的强气流结构是重要的原因之万 方数据3期No.3周玲丽等:0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析NumericalSimulationandAnalysisofTyphoonHaitang(0505)HeavyRainfallZHOULinglietaL493图46小时累积降水量(单位:ram):2005年7月19日(a)02~08时和(c)08~14时实况}积分(b)第18~24小时和(d)第24~30小时的模拟Fig.4(a,c)Observedand(b,d)simulated6-houraccumulatedprecipitation(ram):(a)0200—0800LSTand(c)0800—1400LST19Jul2005;(b)integralhours18—24and(d)integralhours24—30一。为了分析台风环流中强气流的作用,我们分析了对流层不同高度的流场变化。如图5a所示,在对流层低层d一0.933(近似900hPa)高度上,台风中心北侧和东侧各有一个中心风速大于45m/s的东风急流和南风急流,这两支急流呈气旋式旋转过程中逐渐汇合,在27。N附近形成气流强辐合带;同时,大风速区还对应着水汽通量高值区(图5a阴影),说明东风急流和南风急流是水汽的主要输送通道,为暴雨区提供源源不断的水汽条件。在对流层高层200hPa(图5b),台风高层气流呈逆时针向外流出,从而使外围环流与台风中心附近的内层逆环流之间形成一个辐散区,其台风中心的偏东北一侧正好对应于低层台风中心的偏北方辐合带上空,形成这一地区高层辐散、低层辐合的垂直耦合,有利于这一地区气流的垂直运动的加强,为暴雨提供了动力条件。5.2低层中尺度辐合与暴雨研究表明,台风中尺度强对流系统往往是造成台风特大暴雨的主要因素(Chen,1995;Cheneta1.,1995;Mengeta1.,1996)。Cheneta1.(2004)万 方数据大气科学JournalofAtmosphericSciences33卷V01.33494Chinese还指出,当台风趋近陆地时,因地形影响在台风前部低空辐合加强,在台风登陆后受山脉影响经常会在台风右前方出现强烈天气。周海光(2008)在分析多普勒雷达资料时,发现碧利斯台风引发的特大暴是由B中尺度辐合线引发的,辐合线对与水汽输送以及暴雨的形成、触发、维持具有重要作用,其变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。为了解这次台风中尺度系统与暴雨之间的关系,本文利用数值模拟输出的高分辨率结果,对暴雨发生最强烈的几个时次进行分析。为了较逼真地反映中尺度模拟结果,尤其是海上实况的对比,本文采用低仰角(o.5。)的PPI反射率资料。考虑到图6中模拟流场、中尺度辐合带及实况降水的尺度,为了能更清晰地反映出雷达回波和中尺度辐合带及雨带的对应关系,故只截取雷达图中与模拟图相当位置的部分进行对比。19日06时,台风接近福建沿海,台风中心东部低层偏南气流与外围的偏东气流在闽北地区沿海(26.7。N)附近形成气流的汇合,由此形成一条延绵几百公里的东西向辐合带(图6a中阴影带),在辐合带上排列呈多个强辐合中心,强度达到一15×10_5s叫以上,这就是MCS云团。这条辐合带是台风低层环流在作逆时针旋转时,由于台风近中心环流与外侧环流之间形成了气流运动速度和方向上的差异而造成的。这种过程有可能是台风螺旋云带之间在运动上产生的物理原因。如图5a中所示,在台风东至东北侧是以偏南气流为主,它代表了台风内螺旋云带的特征;在台风的北侧是以偏东气流为主,它代表了更大范围的环流场,其螺旋云带如图1b中显示的云带呈近东西向排列的特征。即台风近中心的云带与外侧云带之间的排列并非同心圆,这就是造成云带之间有汇合的因素。我们称图6a中两条辐合带中南侧辐合带为南支辐合带,是由偏南气流和偏东气流造成的。此外,在该辐合带北侧、位于浙江南部及浙闽交界地区还有一条呈东北西南走向的辐合带(我们称之为北支辐合带)。为了比较中尺度模拟结果,选取离实况暴雨区(图6中红色等值线)最近的浙江温州多普勒雷达资料。对比同时刻的雷达回波图(图6b)可见,与气流汇合带对应的、位于温州以南100km处,有一条十分清晰的呈细窄带状东西走向的雷达强回波结构,回波强度在40dBZ以上;同时,模拟的浙闽交界处的北支辐合带在雷达回波上也有明显反映,即在南支回波带的西北侧也有若干强回波块组成的短回波带呈东北一西南向排列。可见,模拟的低层流场和中尺度辐合带与实况雷达强回波很相似,包括其地理位置、水平尺度,形状和范围均十分逼真。受强对流系统影响,强辐合带(南支辐合带)以北的福建省太姥万 方数据3期No.3周玲丽等:0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析a1.NumericalSimulationandAnalysisofTyphoonHaitang(0505)HeavyRainfallZHOULingliet495图62005年7月19目o=0.966高度上的模拟细网格流场、散度场(阴影)和实况后l小时雨量(红色等值线)(a、C、e、g)及同时刻的温州多普勒雷达PPl回波(b、d、f、h):(a、b)06时;(c、d)07时;(e、f)08时;(g、h)09时Fig.6(a,e,e,g)Simulatedstreamlineanddivergence(shadows)fieldsata=O.966withobservedprecipitation(mm)inthenext1hour(redisolines),and(b,d,f,h)observedradarPPIreflectivityatelevation0,5。fromWenzhouDopplerradarOil19Jul2005:(a,b)0600LST;(c,d)0700LST;(e,f)0800ISr;(g,h)0900LST万 方数据大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences33卷V01.33496山附近,实况后1小时出现约40mm以上的强暴雨(图6a中红线)。l小时后(07时),随着台风进一步西进(图6c),台风中心东部低层的偏南风急流中心增强并向北延伸,汇合线以北的偏东急流位置也向北抬,两者交汇所产生的南支强辐合带也北移至27。N,向北推进了约30km,而北支辐合带减弱到图6c中给定的分辨率以下未能直接显示在图中;此时的后1小时实况降水区与辐合带对应很好,基本位于辐合最强处。在雷达回波图上(图6d),清晰可见一条平直的南支强回波带和北支回波带依然存在并逐渐靠近,其中北支回波带呈逆时针旋转成近东西向。08时(图6e),辐合带进一步北移到27.3。N(浙江苍南附近),由于汇合气流的其中一支是由原来的偏南风转成东南气流,此时的辐合带呈“眉状”的特征,周围的辐合中心都合并到其中,使得该辐合带进一步发展强大。最大降水中心也随之向北移动并发展增强到了60ITlm以上,降水区逐渐沿辐合带发展,形成了明显的东西向带状雨带。从雷达回波图(图6f)上看,南支回波带向北推进并与北支短回波带结合成一体。更有意思的是,回波带在沿海地区也明显有一个弧状的回波波动特征(图6f中箭头所指位置),可见本次模拟的中尺度重要特征与雷达所观测到的重要特征十分相似。到了19日09时(图69,AB、CD线为垂直剖面位置),辐合带继续发展增强并北抬到27.6。N,进入温州以南的瑞安市附近,后1小时实况降水区与辐合带一致并随之相应北移,强雨量中心与辐合中心对应并增强到50mm以上。此时的强雷达同波带发展到50dBZ以上(图6h),位置向北移动了几十公里,和辐合带的变化基本一致。从以上模拟的分析场可以看出,模拟流场上的中尺度辐合带与实况雷达图上强回波带基本吻合,且两者的变化保持同步,这也进一步验证这次中尺度模拟基本表述了实况的一些重要特征与信息。这次主暴雨区主要是台风中心偏北附近的螺旋云带降水,降水的发展和辐合带之问存在着明显的对应关系,随着辐合带的移动和增强,降水分布和雨量中心也随之出现相应的变化。5.3中尺度辐合和低层急流的垂直结构为了进一步了解中尺度辐合线的成因、垂直结构及其对暴雨的作用,图7给出了积分第25小时,即19日09时的垂直于辐合线和沿辐合线的剖面,剖线的具体位置见图6g。图7a为切过暴雨区的南北向垂直剖面(图6g中CD线),从图中平行于剖面的风分量等值线可看到(即u风量),暴雨区(图图72005年7月19日09时风场和散度的垂直剖面:(a)沿图69的CD线;(b)沿图69的AB线。彩色阴影:散度场;等值线:平行于剖面的等风速线;矢量:环流;红色粗线:降雨区Fig.7Verticalcrosssectionsofwindcirculation(vectors),divergence(shadows)andwindcomponent(contours)inparallelwiththeCROSSsectionat0900LST19Jul2005:(a)CrosssectionalonglineCDinFig.69;(b)crosssectionalonglineABinFig.69.Theboldredlinesarethepositionofrainbelt万 方数据3期No.3周玲丽等:0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析a1.NumericalSimulationandAnalysisofTyphoonHaitang(0505)HeavyRainfallZHOULingliet497中红色粗线位置)南侧30km处有一支较强的偏南气流,中心(JL)位于边界层顶附近,强度达到了24m/s。对应台风环流可知,该偏南气流主要来自台风中心低层的偏东南急流;在暴雨区北侧近地面另有一支非常浅簿的偏东北气流(JJL),中心强度为13m/s,它是来自台风外围环流中的偏东气流。在接近大陆沿海时逐渐转成偏东北气流,这支浅薄的气流带来了弱冷湿空气,并嵌入到辐合线的底层,起到了增强和触发对流发生或增强的作用,并导致两支气流在暴雨区边界层汇合,由此在边界层内形成一28×10_4s-1的强辐合中心;在暴雨区北侧偏北气流的上方约750hPa高度处还有一支强偏南气流,中心风速达到34m/s,这就引起其后部的气流在中层出现辐散区,从而有利于边界层形成辐合、对流层中低层辐散的垂直有利环境,有利于造成强烈的上升运动。另一方面,在对流层低层出现的风向差这一风场垂直结构,构成垂直风不同风向切变,产生强烈的不稳定,也为暴雨区的发展提供了有利条件。由垂直于剖面风分量等值线可见(图略),对应图7a暴雨区南侧偏南气流的是一支30m/s的强偏东气流,而对应暴雨区北侧近地面偏北气流的是一支中心风速高达50m/s的偏东急流。对应台风环流可知,在暴雨区附近构成汇合的正是偏东南和偏东北两支气流。沿东西向AB线的垂直剖面(图7b)可见,这次台风倒槽以东的气流分布与图7a中所反映的情况基本一致,在整体东风气流下,出现多个边界层急流中心,在边界层内急流中心的前方出现辐合,其中多个暴雨区内(图中红色粗线)近地面对应多个强辐合中心,辐合主要发生在边界层内;而沿气流汇合线的暴雨区上空的对流层中低层出现强辐散。由图7b可以看出,台风北侧的螺旋云带中,边界层偏东气流在暴雨区上空上升,在对流层中低层辐散并向西北倾斜穿越剖面,形成倾斜的上升气流。5.4“海棠”台风中尺度暴雨天气过程的气流概念模型为了能进一步说明本次暴雨发生过程的气流结构,我们绘制了台风不同部位、不同高度的质点轨迹(图略),根据不同的轨迹路线,绘制了台风北侧中尺度暴雨的气流概念模型(图8)。本次暴雨过程中,造成暴雨的主要有三支交汇上升气流。一支为来自菲律宾东侧海面的台风外围偏东南气流A,该气流在台风东部时缓陧爬升,在到达浙闽交界沿海地区突然剧烈上升到250hPa高度左右,后又逆时针旋转上升到100hPa向西北方向流去;另一支偏北气流B来自台风西部环流(江西南部)的近地面,这支气流从低层就开始气旋性运动,到达台湾海峡开始向上爬升,并在浙江南部与上升中的气流A交汇,达到700hPa高度又与气流A分离作气旋性转动360。,最后流向东北方向;第三支为来自东海海面上的偏东气流C,该气流进入浙闽沿海时转为东北东气流,经过浙江、江西、福建,在南海海面上逆时针旋转360。后,上升再次到达浙江省南部地区,与气流A和气流B一起交汇上升到700hPa高度附近分流出来,再次旋转强烈上升到100hPa左右向西北分流而去。这三支气流对台风暴雨的发生起到了重要的作用。根据图5a中水汽通量高值区分布的情况可知,气流A具有丰富的水汽,为暴雨区提供源源不断的水汽,使得暴雨得以维持;气流A还是三支气流中上升运动最为剧烈的,它释放大量的能量使得暴雨产生并增幅。气流B对水汽的输送也具有一定的作用,当它运动到台湾海峡附近时,携带水汽爬升并与其他两支气流汇合,有利于辐合发展。气流C来自东北偏东方向,其冷湿的北风分量嵌入到气流A和气流B的下层,有利于触发系统发展和地面辐合的加强。随后,气流C又再次与气流A、B汇合上升,释放出能量,产生降水。5.5沿海中尺度地形对暴雨的作用从以上的分析中可以看出边界层中尺度汇合线在暴雨过程中所起到的重要作用,由于浙闽交界处位于南雁荡山脉,地形的作用是否更为重要?郑庆林等(1996a,1996b)对9216号台风的数值模拟结果表明,地形的抬升辐合在台风暴雨的增幅中起到很大的作用。为了研究这次过程中尺度地形和中尺度辐合线的共同影响,本文在原模拟试验的基础上分别将原地形高度削低至300m进行地形敏感性试验,以观察中尺度地形对暴雨的影响。图9为控制试验和地形敏感性试验模拟结果的对比。从图9a可以看出,降水主要有两部分组成,一是由海面上延伸到浙江东部沿海的西北一东南走向的雨带,6小时中心雨量为150ITllTl,主要落在浙闽东部交界万 方数据大气科学JournalofAtmosphericSciences33卷V01.33498Chinese50loo200藿300龟4005006008001000图8海棠台风暴雨气流的概念模型Fig.8ThecirculationconceptmodeloftheheavyrainfallduringtyphoonHaitang图92005年7月19日09时模拟过去6小时累积降水(粗等值线)、地形及o=O.966高度上的流场:(a)控制试验(阴影:高于600m的地形)I(b)地形敏感性试验(地形不高于300m)。虚线框:两个雨带的位置Fig.9Simulatedstreamlinefieldata=0.966andaccumulatedprecipitationinthepast6hours(boldisolines,units:mm)at0900LST19Jul2005:(a)Controlexperiment(shadows:theterrainheight≥600m);(b)terrainsensitivityexperimentwiththeterrainheightlowerthan300矾Thedashedrectanglesgivepositionsofrainbelt处;另外一个是沿地形分布呈南北走向的雨带,6小时中心雨量达到100rfttn,主要落在福建鹫峰山东麓。对比图9b,当地形高度削减至300m时,雨带略有西伸,雨带大致走向及雨量中心的位置和大小基本没有明显变化。但是,十分明显的是,位于福建鹫峰山区的雨带随地形高度降低而减弱消失,这从另一个侧面反映出WRF模式在地形参数反馈中有可能激发出过多的中尺度暴雨中心。根据前面的分析和试验结果可知,在边界层近东风气流作用下,雨带一是台风螺旋云带降水,是由上文提到的中尺度辐合带导致的,也是此次台风暴雨的主要降水,地形作用可阻挡降水向西延伸;雨带二则是浙闽地区地形作用产生的降水,是由台风偏东暖湿气流受地形抬升所导致的。当地形削减,气流没有受到抬升便无降水产生,同时台风北侧偏东气流不再受到山脉阻挡,与偏南气流的辐合带在西侧延伸,因此螺旋雨带也较控制试验更向西伸。由此可见,浙闽山地地形起伏增强了地面对大气的拖曳效应,万 方数据3期No.3周玲丽等:0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析a1.NumericalSimulationandAnalysisofTyphoonHaitang(0505)HeavyRainfallZHOULingliet499theWesternPacificTyphoon(inChinese)[M].Beijing:SciencePress。1—490.ChenLianshou.1995.AnoverviewontropicalcyclonesstructureWMOInter-andstructurechangeEc]//ProceedingoftheSecondnationalWorkshopWMO/TD,No.361,52—62.ChenLianshou,LuoZhexialL1995.Effectoftheinteractionofdif-ferent-scalethestructureandmotionoftyphoons口].vorticesonAdvancesinAtmosphericSciences,12(2):207—214.陈联寿,孟智勇.2001.我国热带气旋研究十年进展[J].大气科学,25(3):420—432.ChenLianshou,MengZhiyong.2001.AnoverviewontropicalcycloneresearchprogressinChinaduringthepasttenyears[J].ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),25(3):420—432.ChenLianshou,LuoZhexialL2004.Interactionoftyphoonandme-soscalevortex[J].AdvancesinAtmosphericSciences,21(4):515—528.程正泉,陈联寿,徐祥德,等.2005.近10年中国台风暴雨研究进展[J].气象,31(12):3—9.ChengZhengquan,ChenLiang—shou,XuXiangde,eta1.2005.Researchtyphoonprogresson使得垂直运动加强,并改善了积云对流和大尺度降水条件,增加了对流降水和大尺度降水,从而引起台风暴雨的增幅,6结论结合实况和模拟结果对此次暴雨进行分析,得到以下结论:(1)对于这次由于台风“海棠”影响发生在浙江和福建北部的强暴雨过程,利用WRF模式再现了中尺度暴雨位置,并且清晰地反映出了引起暴雨发生的边界层强中尺度辐合带系统。对于分析研究暴雨成因和机制具有重要的参考作用。(2)这次暴雨是台风螺旋云带暴雨,边界层强中尺度辐合带是直接导致暴雨发生的主要系统之一。该中尺度辐合带是由台风外围边界层顶处中心风速达到45m/s以上的强东风急流和台风中心东tenheavyrainfallinChinaforlastyears[J].MeteorologicalMonthly(inChinese),31(1Z):3—9.段丽,陈联寿.2005.热带风暴“菲特”(0114)特大暴雨的诊断研究[J].大气科学,29(3):343—353.DuanLi,ChenLianshou.2005.DiagnosticanalysisandnumericalstudyoftorrentialrainassociatedwiththetropicalstormFitow(0114)EJ].ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),29(3):343—353.靖春悦,寿绍文,贺哲,等.2007.台风海棠造成河南暴雨过程的位Shan-涡分析EJ].气象,33(4):58—64.JingChunyue,Shouwen,HeZhe,eta1.2007.AnalysisofpotentialvorticityfortherainstormprocessesinHenanProvincecausedbytyphoonHaitang[J].MeteorologicalMonthly(inChinese),33(4):58—64.李江南,王安宇,杨兆礼,等.2003.台风暴雨的研究进展[J].热带气象学报,19(增刊):152—159.LiJiangnan,WangAnyu,YangZhaoli,eta1.2003.Advancementinthestudyoftyphoonrainstorm[J].JournalofTropicalMeteorology(inChinese),19(SuppL):152—159.李江南,龚志鹏,王安宇,等.2004.近十年来台风暴雨研究的若干进展与讨论[J].热带地理,24(2):113—117.LiJiangnan,GongZhipeng,WangAnyu,eta1.2004.ProgressinthestudyoftyphoonrainstorminrecenttenyearsI-J].TropicalGeography(inChinese),24(2):113—117.李英,陈联寿,徐祥德.2005.水汽输送影响登陆热带气旋维持和降水的数值试验[J].大气科学,29(1):91—98.LiYing,ChenLianshou,XuXiangd己2005.Numericalexperimentsoftheimpactofmoisturetransportationonsustainingofthelandfallingtropicalcycloneandprecipitation[J].ChineseJournalofAtmos—phericSciences(inChinese),29(1):91—98.MengZhiyong。NagataMasashi,ChenLianshou.1996.Anumefi‘calstudyontheformationanddevelopmentofisland-inducedcy-cloneanditsimpactontyphoonstructurechangeandmotion[J].侧的强偏南气流在浙闽地区交汇形成的多个强辐合中心东西向排列所组成的。出现在对流层中层的强辐散中心与边界层辐合带上东西向排列的强辐合中心形成中低层垂直耦合,促使低层暖湿气流强烈地上升运动,产生强暴雨,因此暴雨区主要出现在辐合带所在位置。与耦合结构对应的强正涡度中心则有利于对流系统的发展,使暴雨过程得以持续增幅。当台风不断向西北推进,东风急流的位置相应北抬,并且偏南风急流中心也不断向北延伸,导致气流交汇处的北移,因此雨带伴随着强辐合带出现不断的北抬。(3)位于暴雨区上空中尺度辐合线,主要有三支来自不同方向的气流起到了水汽通道和能量输送的作用,保证了暴雨的增幅和维持;而气流的汇合主要发生在边界层内,在达到边界层顶后便各自分流而去,这也是中尺度辐合带高度局限于边界层的原因。(4)地形是这次暴雨发生的另一个重要原因。浙闽地区地形复杂,气流沿着南北向的山脉爬升触发降水,为暴雨的增幅做出了重要贡献。但是,对于边界层东风急流造成的中尺度辐合带,地形的作用较小,仅可阻挡降水向西延伸。参考文献(References)陈联寿,丁一汇.1979.西太平洋台风概论[M].北京:科学出版社,1—490.ChenLianshou,DingYihui.1979.Introductionof万 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方数据
文章来源:《人口与经济》 网址: http://www.rkyjj.cn/qikandaodu/2020/1229/791.html