2018, Vol. 37 
2. 浙江省气象科学研究所, 杭州 310008;
3. 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室, 北京 100081;
4. 浙江省温州市气象局, 温州 325027
2. Zhejiang Institute of Meteorological Sciences, Hangzhou 310008;
3. State Key Laboratory of Severe Weather, Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081;
4. Wenzhou Meteorological Bureau, Wenzhou 325027
台风是自然界中最强烈的造雨系统，我国几次破历史记录的特大暴雨都是由台风造成的[1]。台风强降水能够引发城市内涝、山洪、泥石流和山体滑坡等，对人民群众的生命财产安全造成极大威胁，给国家的经济建设带来严重影响，因此，人们对于台风暴雨的关注一直以来有增无减。由于登陆热带气旋降水增幅的突发性和高强度，往往造成预报失败，酿成巨灾，灾情之严重甚至远在登陆台风灾害之上，例如台风Nina (7503号)引发的河南“75.8”特大暴雨[1-2]。董美莹等[3]指出，热带气旋暴雨增幅的出现主要是因为有持续水汽输送和强盛上升运动的结果。任何其它环流、系统或因子如西风槽、冷空气、急流、环境垂直风切变等作用如果能导致这两个基本条件的发生，就能导致热带气旋强降水的出现。Yu等[4]研究表明双台风背景下东台风“丹娜丝”对西台风“菲特”登陆减弱东部沿海地区暴雨增幅有重要作用。不同个例研究表明不仅仅是内陆地区的地形会引起台风暴雨增幅[5-6]，沿海地区迎风坡地形对台风降水也有显著的增强作用[7-8]。丁治英等[9]采用间隔3 h的数值模拟计算结果，研究8407号台风有效位能和冷空气活动与台风暴雨增幅的相关关系，发现冷空气活动可造成斜压位能和凝结潜热的释放, 在有利的辐合、辐散场下上升运动加强，发生暴雨增幅。党人庆等[10]的研究表明，台风暴雨增幅发生前12 h，其东侧地面常出现中尺度的辐合区或中小尺度气旋性涡旋和水汽通量辐合区，暴雨区就位于它们的重叠位置或相邻处。戴竹君等[11]采用WRF中尺度数值模式、NCEP再分析资料和地面加密观测资料对0604号台风“Bilis”(碧利斯)进行诊断分析和数值模拟，结果表明“: Bilis”对于闽北浙南的暴雨增幅和700 hPa以下的中低层从南海到东海的低纬水汽输送通道有关。吴兴国[12]将1960—1991年两广登陆的台风暴雨增幅现象分为单一台风环流型和台风与冷空气共同作用型，通过两个天气型分类分析，发现在暴雨增幅的落区分布上有较明显的差异，这种差异对两广登陆的台风暴雨增幅落区诊断预报有实用意义。唐章敏等[13]通过对华东北部地区北上台风暴雨10次增幅类、7次非增幅类过程的对比研究分析，找出两类暴雨的特点和差异，对暴雨前期条件进行物理诊断，结合流场特征、卫星云图，得出台风暴雨增幅落区分布及发生条件的概念模式。
由于台风发生暴雨增幅的物理机制较复杂，分析表明，对一个较大范围的地区来说，一次台风暴雨过程中降水量最大的地区不一定属于台风暴雨增幅最大的区域。目前，对于是否发生台风暴雨增幅的判断条件有多种不同的理解:第一种方法是根据台风暴雨过程中雨强随时间的变化，当发生暴雨强度明显增强时认定为暴雨增幅，如丁治英等[9]、党人庆等[10]、戴竹君等[11]、蔡义勇等[14]和余贞寿等[15]；第二种采用台风过程雨量和日降雨量确定, 如吴兴国[12]采取日降雨量大于等于250 mm两站以上，或一站日降雨量大于等于250 mm、另一个站过程总雨量大于等于500 mm作为台风暴雨增幅个例；第三种方法是随台风路径移动的前后段过程总雨量分布或雨区内极大雨强差异，如后段比前段大即被作为台风暴雨增幅个例，如唐章敏等[13]、Dong等[15]。受不同类型的台风路径影响时，由于形势场和物理量场及地理环境因素的不同，各地台风暴雨雨量的时空分布有很大的差异。根据上述方法判别不能客观地反映当地台风暴雨是否发生增幅，因此，有必要对区域性暴雨增幅发生的判别条件进一步研究。
本文拟以影响浙江省次数最多的浙江台州市椒江区到福建省福清市之间登陆的台风(称为浙南闽北登陆台风)为研究对象，先按台风登陆后的路径分为西行类和北上类分别统计其降水情况，设计出区域性暴雨增辐发生的识别条件，在此基础上探讨该两类路径的台风发生区域性暴雨增幅型和非增幅型的形势场及物理量场特征差异，为台风暴雨增幅的落区预报诊断提供参考。
1 资料与方法 1.1 资料来源本文采用的台风路径资料来自中国气象局上海台风所整编的CMA热带气旋最佳路径数据集。降水资料来自浙江省气象档案馆整编的浙江省内地面气象观测站建站以来的逐日降水资料和逐小时降水资料。天气形势场分析采用美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)发布的水平分辨率为2.5 °×2.5 °的一日4次(00, 06, 12, 18 h)的再分析数据集，资料时间长度为1950年1月1日—2015年12月31日，通过提取各个台风个例登陆前12 h、登陆时、登陆后12 h的位势高度、风场、温度、湿度等物理量来计算分析700 hPa高度场、温度场、风场、相对湿度场、1 000 hPa假相当位温θse及θse平流、925 hPa水汽通量和散度、850 hPa流场、850 hPa和500 hPa涡度、200 hPa散度。
1.2 台风区域性暴雨增幅的判断方法 1.2.1 台风路径分类根据1950—2015年台风年鉴资料统计, 在浙南闽北登陆的台风，登陆时中心最大风力10级以下很少发生台风暴雨增幅，所以，本文仅统计登陆时中心最大风力10级以上的热带气旋，共有36例。登陆后路径为西行的定义为西行类，有18例，登陆后路径为北上的定义为北上类，有18例。图 1给出1950—2015年浙南闽北登陆西行和北上两类台风路径，从图 1可见，西行类18个台风主要集中在闽北登陆，浙南登陆的仅有3例，而北上类18个台风在浙南登陆个数与闽北登陆个数一样多，均为9个，登陆点相对均匀分布于浙江台州市椒江区到福建省福清市之间；登陆时中心最大风力10级以上的热带气旋中，在闽北登陆的台风62.5%西行，浙南登陆台风75%北上。
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图 1 1950—2015年浙南闽北登陆西行（绿色）、北上（红色）类台风路径 Fig. 1 The westward (green color line) and northward (red color line) tracks of typhoons after landing in Northern Fujian and Southern Zhejiang during 1950-2015. |
对浙南闽北登陆的西行类和北上类台风，分别统计浙江省各地受这两类路径影响时的台风暴雨最大降水量平均值，将平均值作为各地是否发生台风暴雨增幅的判别参照值，再按一定的条件来判别台风暴雨增幅。具体方法如下:
(1) 图 2给出浙江省67个地面气象观测站分布，从图中可见，浙江省有11个地级市，各地市所辖国家地面气象观测站数分别为:杭州7个、湖州4个、嘉兴6个、绍兴5个、金华7个、衢州5个、舟山4个、宁波7个、台州7个、温州8个、丽水7个。本文取台风进入浙江业务规定的24 h警戒区(图 1中黄色粗实线包围区域)到登陆后进入粤、赣、皖、苏、沪减弱为低压(或在闽、浙境内消亡)或者重新入海移出24 h警戒区为一个台风影响过程。从每一类台风路径影响下浙江省11个地市所辖的各个国家地面气象观测站雨量记录，统计出每一次台风影响各地市最大过程雨量Rg和最大24 h雨量R24，即从地市辖区内所有测站挑选出台风过程雨量最大值和24 h雨量最大值分别作为该地市台风最大过程雨量Rg和最大24 h雨量R24。
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图 2 浙江省67个国家地面气象观测站分布图 Fig. 2 Spatial distribution of 67 surface meteorological observation stations in Zhejiang province. |
(2) 统计各地市受上述各类台风路径影响时, 西行和北上类型各18个台风最大过程雨量Rg的平均值Rgm和24 h最大雨量R24的平均值R24m，分别作为各地该类台风路径暴雨增幅阀值的参照值。
(3) 以舟山为例说明Rg、R24、Rgm、R24m，舟山辖区内有4个气象站嵊泗、舟山、岱山、普陀，对于本文选取的36个浙南闽北登陆的台风个例中的每个台风都能统计得到舟山辖区内有4个站的过程降水量和24 h最大雨量，接着从4个站中挑选出其中的最大值分别作为该台风影响下舟山的Rg和R24，这样就可以得到西行和北上类各有18个舟山的Rg和R24，最后对两类各18个舟山的Rg和R24求平均得到两类路径下舟山的Rgm和R24m。
图 3为不同类型路径台风影响下浙江省11个地级市平均最大过程雨量平均值Rgm和24 h最大雨量平均值R24m，从图中可以看到:(1)西行类和北上类路径台风影响下浙江各地区的Rgm和R24m值均有较大的差异，宁波、台州、温州等浙江沿海地区的Rgm和R24m值明显大于其它地区，丽水由于靠近台风登陆点，其Rgm和R24m值也比较大；(2)同一类路径中不同地区的Rgm差异和R24m差异之间具有显著的相关，也就是某地区Rgm越大R24m也越大；(3)除了浙南地区外，其它地区的Rgm和R24m值是北上类明显大于西行类，无论西行类，还是北上类台风，浙南都是台风中心环流的直接影响覆盖区，对浙南影响均很大，但两者间差异小，其它地区当台风登陆后北上时才直接受到台风中心环流的影响，因此，对其它地区来说，北上类比西行类的Rgm和R24m值都更大；(4)温州北上类Rgm大于西行类，但北上类R24m小于西行类，丽水北上类Rgm和R24m均小于西行类。
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图 3 不同类型路径台风影响下浙江省11个地级市最大过程雨量平均值Rgm和24 h最大雨量平均值R24m (单位:mm) Fig. 3 Average maximum process rainfall and average maximum 24 h rainfall in 11 cities in Zhejiang province under the westward and northward type tracks (unit:mm). |
因此，同一地区受不同类型的台风路径影响时是否发生台风暴雨增幅和受某种类型台风路径影响时各地是否发生台风暴雨增幅都应有不同的判别指标，而不能是给定单一阈值。本文在综合分析36个台风历史个例情况之后，给出以下判别条件:
若台风引发某地区降水满足以下任一条件，即定义该地区发生台风暴雨增幅:(1)Rg-Rgm≥50 mm且R24-R24m≥0.2 × R24m；(2)Rg≥200 mm且R24≥R24m；(3) R24 -R24m≥0.6×R24m或R24≥170 mm。
1.2.3 登陆台风区域性暴雨增幅判别下面采用上述给出的台风暴雨增幅判别指标分别统计各类台风路径、各地市的每一个台风过程的暴雨增幅, 再按全省、浙东南、浙西北分别统计暴雨增幅的落区，具体说明如下:
1) 按图 3给出的Rgm和R24m作为判别参照，根据上述给出的条件，来判断某地市是否增幅；对于西行类台风，温州市增幅标准为Rg≥285 mm(比Rgm≥50 mm)且R24≥205 mm(比R24m大20%以上)；而杭州增幅标准为Rg≥120 mm且R24≥60 mm。对于北上类的台风, 杭州增幅标准为Rg≥165 mm且R24≥110 mm。
2) 以杭州、嘉兴、湖州、绍兴、金华、衢州六地代表浙西北区域(其中杭州、嘉兴、湖州、绍兴四地称浙北地区)，以宁波、舟山、台州、温州、丽水五地代表浙东南区域(其中温州、丽水三地称为浙南地区)；本文将浙江区域暴雨增幅落区分为浙西北、浙北、浙东南、浙南四类分区，规定某分区内至少有2个地市以上发生增幅，才能确认为区域性增幅，浙东南区域和浙西北区域都发生增幅的称为全省性增幅。
2 西行类的暴雨增幅环境特征分析根据上述台风暴雨增幅判别方法及各种判别指标，统计得到18例浙南闽北登陆西行类暴雨增幅个例统计表(表 1)，从表 1中可以看到:在浙东南(或浙南)发生增幅的有4例，在浙北发生增幅的有1例，全省发生增幅的有5例；全省都没有发生增幅的8例。
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表 1 18例浙南闽北登陆西行类暴雨增幅个例统计表 Table 1 Statistics of 18 westward typhoons which were resulted in rainstorm reinforcement occurred in Northern Fujian and Southern Zhejiang. |
董美莹等[3]在阐述登陆热带气旋暴雨突然增幅进展时指出，台风暴雨的增幅可能由台风本身较强的环流(台风云团和螺旋云带的结构、台风环流中的中小尺度强对流系统等)引发，也可以由台风系统和周围其他天气系统的相互作用引发。吴兴国[12]和朱岩洪等[17]研究指出，台风登陆前后，弱冷空气侵入台风环流是发生暴雨增幅的主要因素。因此，本文根据台风环流本身的强弱以及有无冷空气入侵，可将西行类台风增幅细分为三种类型:①强环流增幅型(5例)，②冷空气入侵增幅型(5例)，③无增幅型(8例)。通过分析比较这三种类型发生台风暴雨增幅环境场的特征，进一步了解浙南闽北登陆西行类台风暴雨增幅的规律。
采用NCEP再分析资料对每一类台风路径所有的暴雨增幅型和非增幅型环境场个例的形势场和多种物理量场进行相关分析，筛选出相关的环境场因子；在此基础上，计算各型台风环境场相关因子的平均场，以平均场反映台风暴雨增幅的特征。平均场的计算方法是:对某一台风类型，计算这类台风样本个例的某要素的每一个格点的平均值，给出该要素相应的平均分布图。图 4为西行类强环流增幅型、冷空气入侵增幅型、无增幅型台风登陆时的700 hPa形势场和相对湿度平均图。
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图 4 浙南闽北登陆西行类台风登陆时700 hPa天气形势平均图(a.强环流增幅型; b.冷空气入侵增幅型; c.无增幅型；红色等值线表示温度，单位:℃；蓝色等值线表示位势高度，单位:10 gpm；阴影表示相对湿度，单位:%) Fig. 4 Average 700 hPa synoptic situation of westward track category typhoons at landing time. 'a'is for strong circulation reinforcement type, 'b'is for cold air invasion reinforcement type, 'c'is for non-reinforcement type, the red contour indicates the temperature, unit:℃, the blue contour indicates the potential height, unit:10 gpm, and the shading represents greater than 80% relative humidity, unit:%. |
从图 4可见，西行类台风一般中低层的形势场特征是:E-W向的副热带高压脊线在35°—37°N，西脊点在120°E以西，台风在高压脊南侧的偏东气流引导下西行；西风槽槽底在45°N以北。比较分析700 hPa的形势场，三个类型台风的形势场差异的主要特征为:
(1) 强环流增幅型(图 4a)和冷空气入侵增幅型(图 4b)高度场和风场基本相似，副高西脊点较偏西(115°E以西)，且浙中北地区E-ESE气流较强(风速≥16 m·s-1)；无增幅型(图 4c)副高西脊点较偏东(120°E附近)，浙中北地区偏东气流较弱且为SE风, 浙中北地区风速小于16 m·s-1。
(2) 无增幅型华北到华东地区为大陆暖气团控制；冷空气入侵增幅型冷温槽槽底已经到达鄂、皖(1 000 hPa冷温槽槽底到达皖南赣北，图略)，而其他两型850—700 hPa冷温度槽都在35°N以北。
(3) 无增幅型浙江省及其沿海700 hPa湿层不明显(相对湿度≤85%)，相对湿度≥90%的湿层在850 hPa以下(图略)，而其他两型的湿层都伸展到700 hPa以上。
2.2 强环流增幅型环境场分析 2.2.1 强环流增幅型暴雨增幅的统计强环流增幅型指的是台风登陆时中心气压≤970 hPa、台风环流较强、较强正涡度伸展到500 hPa以上(涡度ξ≥8×10-5 s-1)、10级大风圈半径大于200 km的台风。西行类台风强环流增幅型共5个例:浙东南增幅2例(7209和0216)、浙南增幅2例(8510和9608)，全省增幅1例(0505)。强环流增幅型主要是由于台风环流及台风结构的某些特征导致的台风暴雨增幅；例如台风环流NE侧SE急流、台风中心较强的正涡度、较深厚的湿层伸展高度、台风中心的高层辐散、低层较强辐合的垂直结构等；但均没有发生冷空气入侵。
2.2.2 强环流增幅型物理量场特征(1) 低空急流和水汽通量。吴兴国[12]、唐章敏等[13]和卢卫星等[18]的研究表明，E-SE风急流不仅为暴雨的发生输送水汽和能量，也是波动动量输送及有利于急流下游发生超地转运动的重要因素，急流有利于促进位势不稳定、动力辐合上升运动。图 5为强环流增幅型5个台风登陆时和登陆后12 h的850 hPa流场和925 hPa水汽通量平均图；从图 5a可以看到，850 hPa从南海经台湾到浙江沿海伸入皖南、赣北的SE-E风急流，浙江沿海E-W向的急流轴在30°N附近，急流轴内最大风速大于等于22 m·s-1，台风登陆后12 h (图 5b) SE-E风急流维持，急流轴内最大风速大于等于18 m·s-1。台风登陆前后E-SE急流的长时间维持有利于中低层建立从南海、台湾东部到浙江沿海并伸入浙江内陆的水汽通道(图 5a、5b)，850 hPa浙江沿海E-W朝向的水汽通量中心轴在29°—30°N，水汽通量Fh≥25 g·cm-1· hPa-1·s-1的水汽通道从浙江沿海经浙中北西伸到皖、赣；闽中东部地区为Fh的低值中心区，浙东南地区处于水汽通道的SW侧Fh高低值中心间的E-W向等值线密集带。大暴雨往往发生在水汽通量高低中心间等值线的密集带附近[19]；强环流型台风的登陆时以及登陆后12 h从浙江沿海经浙中北维持E-W低空急流和与急流相伴随的高水汽通量分布有利于浙东南地区发生台风暴雨增幅(5例均在浙东南地区发生暴雨增幅)。
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图 5 西行类强环流增幅型的850 hPa水汽通量和流场平均图(a.登陆时，b.登陆后12 h；箭头部分为风速大于等于12 m·s-1的大风区，等值线为风速大于等于14 m·s-1的大风区；阴影部分为水汽通量，单位为g·cm-1·hPa-1·s-1；台风符号表示台风中心平均位置) Fig. 5 Average 850 hPa water vapor flux and stream fields of strong circulation reinforcement type in westward track category typhoons (a) at landing time and (b) after landing 12 h. The arrow indicates the wind area with wind speed ≥12 m·s-1, the contour line is the wind area with wind speed ≥14 m·s-1, the shading is the water vapor flux, unit: g·cm-1·hPa-1·s-1, and the typhoon symbol indicates the average location of the typhoon center. |
(2) 低层形势场和θse、θse平流特征。刘爱鸣等[20]和陶祖玉等[21]分析指出:台风暴雨与台风流场和热力场的不对称结构有密切关系，特别是当温度场表现出显著的西冷东暖特征时，极大地加强了高层的热成风，增强了低层的辐合和上升运动，导致暴雨增幅。图 6为强环流型台风的登陆时和登陆后12 h的925 hPa形势场(图 6a、6b)和1 000 hPa上θse及θse平流平均图(图 6c、6d)，从图 6a可以看出，台风登陆后北侧华东北部到华北受副高脊控制，西脊点在35°—37°N、105°— 110°E附近，弱温度冷槽在115°E以西，浙江无冷空气影响；台风登陆后12 h，副高脊稳定维持，925 hPa华东到华南温度场和高度场少变(图 6b)；从图 6c可见，山东到皖赣为一个θse的低槽，浙江沿海东部有明显的θse暖平流，皖南赣北有θse冷平流，θse平流都呈东暖西冷的结构，但浙江到皖南无明显的θse锋区；台风登陆12 h后(图 6d)，θse低槽趋于减弱西退，东暖西冷结构的θse平流仍维持。
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图 6 西行类强环流增幅型925 hPa形势场平均图(a.登陆时，b.登陆后12 h，红色等值线表示温度，单位:℃；蓝色等值线表示位势高度，单位:10 gpm)和1 000 hPa θse与θse平流平均图(c.登陆时，d.登陆后12 h；黑色等值线表示θse，单位为K；阴影部分为θse平流，单位为10-4K·s-1) Fig. 6 Average 925 hPa synoptic situation and 1000 hPa pseudo equivalent potential temperature θse and θse advection of strong circulation reinforcement type in westward track category typhoons at (a, c) landing time and (b, d) after landing 12 h. The red contour indicates the temperature, unit: ℃, the blue contour indicates the potential height, unit: 10 gpm; the blue contour indicates the θse, unit: K, and the shading is the θse advection, unit: 10-4K·s-1. |
(3) 散度和涡度场。图 7为为强环流增幅型台风登陆时的散度场和涡度场垂直结构平均图，台风强环流增幅型登陆时台风中心呈高层辐散(200 hPa散度D≥0.5×10-4 s-1)、低层强辐合(925 hPa D≤-2×10-4 s-1)的结构，台风中心中低层500和850 hPa的正涡度较强(ξ≥8×10-5 s-1)，且在登陆后24 h内强度减弱较慢，有利于中小尺度的强对流系统发展和维持、发生台风暴雨增幅。登陆后12 h的散度场和涡度场垂直结构基本维持不变(图略)。
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图 7 西行类强环流增幅型登陆时散度平均图(a，阴影部分为200 hPa散度，等值线为925 hPa散度，单位:10-5s-1)和涡度平均图(b，阴影部分为500 hPa涡度，等值线为850 hPa涡度；单位:10-5s-1) Fig. 7 Average divergence (a, the shading is at 200 hPa, the black contour is at 925 hPa, unit: 10-5s-1) and vorticity (b, the shading is at 500 hPa, the black contour is at 850 hPa, unit: 10-5s-1) of strong circulation reinforcement type in westward track category typhoons at landing time. |
当台风北侧存在西风槽并与台风环流相连接时，小股弱冷空气侵入台风环流，可触发中尺度扰动，导致不稳定能量释放，对大暴雨的产生起到关键作用[2, 20]。本文“冷空气入侵”是指925 hPa的θse冷温度槽在鲁南到赣中一线，槽底进入皖中南，浙西到赣北皖南为θse等值线密集区。冷空气入侵增幅型指的是，台风登陆后西风槽后冷空气和台风环流彼此靠近，导致台风暴雨增幅或台风本身发生变性而造成降水落区和强度的显著变化。西行类冷空气入侵增幅型共有5个例中仅有1例浙北增幅(1312)，其余4例均为全省增幅(6312、8921、0414和1323)，由此可见，冷空气入侵增幅型比强环流增幅型发生的暴雨增幅范围更大、强度更强，其中6312号台风在嘉兴发生浙北区域台风降水记录最大的暴雨增幅(Rg=432 mm、R24=218 mm)。
2.3.2 冷空气入侵增幅型物理量场特征(1) 低空急流和水汽通量。图 8为西行类冷空气入侵增幅型850 hPa急流和水汽通量平均分布图，由图可见，冷空气入侵增幅型850 hPa急流和水汽通量分布与和强环流增幅型(见图 5)基本相似，浙江沿海急流轴也在29°—30°N，但急流范围和强度均不如强环流增幅型，在台风东北到北侧浙江沿海的E-SE风急流轴最大风速偏弱4~6 m·s-1，850 hPa水汽通量最大值比强环流增幅型偏少5~10 g·cm-1·hPa-1·s-1；冷空气入侵增幅型的水汽通道从南海、台湾东部到浙江沿海伸入浙江西部到皖、赣内陆地区，浙江沿海的水汽通道中心轴在30°N附近，呈ESE-WNW走向，而闽中东部地区都有一个水汽通量Fh的低值中心区，高、低值中心区之间的Fh等值线密集区较强环流增幅型的偏北约1~1.5纬距，有利于浙中北部地区也发生暴雨增幅。
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图 8 同图 5，但为西行类冷空气入侵增幅型的结果 Fig. 8 The same as Fig. 5, but for cold air invasion reinforcement type in westward track category typhoons. |
(2) 低层形势场和θse、θse平流特征。图 9为冷空气入侵增幅型台风登陆时和登陆后12 h的925 hPa高度形势场及1 000 hPa高度θse、θse平流平均图。从图 9a和图 9b可以看出，台风登陆前后，台风北侧一直到华北的副高脊区稳定维持，副高西脊点在36°—38°N、105°—110°E附近。从图 9c和图 9d可以看出，山东到皖南、赣北的冷温度槽在台风登陆后东移南压，鲁、皖、赣一线为θse的低槽区，浙江西北部处于冷温度槽和θse低槽前的锋区处，有明显θse冷平流，θse冷平流达(-6~-10)×10-4 K·s-1；而浙江东部沿海有来自东海较强的θse暖平流，θse平流呈东暖西冷的结构。与强环流增幅型暴雨(图 6c、6d)相比不同的是:冷空气入侵增幅型θse冷平流区进入浙江西部、位置偏东，θse低槽也明显偏强、偏南、偏东(槽底在22°—25°N、113°— 116°E附近)，在台风登陆后12 h内θse低槽前的锋区继续维持，这说明冷空气前锋已经侵入浙江西北部，靠近台风环流西部的高能区，有利于中小尺度的系统发生发展。
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图 9 同图 6, 但为西行类冷空气入侵增幅型的结果 Fig. 9 The same as Fig. 6, but for cold air invasion reinforcement type in westward track category typhoons. |
(3) 散度和涡度。冷空气入侵增幅型和强环流增幅型的散度场及涡度场分布基本相似(图略)，呈高层弱辐散(D为0.5×10-4 s-1)低层较强辐合(D为-2×10-4 s-1)的结构，但中低层500和850 hPa的台风中心附近正涡度较强环流增幅型偏弱(ξ为(4~6)×10-5s-1)。据上述对比分析可知，冷空气入侵增幅型的低空急流、水汽输送条件及台风强度均比强环流增幅型稍偏弱，但暴雨增幅强度更强、范围更大，暴雨增幅落区明显向浙中北部地区伸展，说明弱冷空气侵入台风环流对暴雨的增幅起到关键作用。
2.4 无增幅型环境场特征 2.4.1 无增幅型个例统计西行类未发生区域性台风暴雨增幅的个例统计(表略)可知，8个例(5611、6306、6611、8407、0604、0608、1209、1307)仅3个例(0604、0608、1209)在浙江个别地区发生暴雨增幅，均未达到区域暴雨增幅标准，都属于无增幅个例。
2.4.2 无增幅型环境场特征(1) 低空急流和水汽通量。图 10为无增幅型850 hPa急流、水汽通量平均分布图，和图 5、图 8比较可见，无增幅型和强环流增幅型及冷空气入侵增幅型850 hPa急流、水汽通量均有不同的特征:南海到台湾没有明显的偏南风急流，浙江沿海的急流风速也明显偏弱，浙江沿海的SE风急流轴及水汽通道偏北偏东，朝向为SSE-NNW，台风登陆前Fh≥20 g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通道没有伸入浙江西北部内陆；登陆后12 h，浙江中南部沿海Fh相对低值中心区在闽西、赣东；Fh等值线密集区较弱。
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图 10 同图 5，但为西行类无增幅型 Fig. 10 The same as Fig. 5, but for non-reinforcement type in westward track category typhoons. |
(2) 低层形势场和θse、θse平流特征。图 11为无增幅型台风登陆时和登陆后12 h 925 hPa形势场及1 000 hPa θse、θse平流平均图。图 11与图 6、图 9比较可知，无增幅型和强环流增幅型、冷空气入侵增幅型的925 hPa形势场及θse、θse平流分布有明显的差异:台风北侧的副高脊线偏北偏东，西脊点在118°E附近，华北、华中到华东南部为大陆暖气团，浙江处于暖气团的SE侧；与温度场相对应，θse分布图上，浙闽处于高能区、无θse冷平流，θse低槽在30°N以北，浙江沿海θse暖平流较弱。
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图 11 同图 6，但为西行类无增幅型的结果 Fig. 11 The same as Fig. 6, but for non-reinforcement type in westward track category typhoons. |
(3) 散度和涡度。图 12为无增幅型台风的登陆时和登陆后12 h的200 hPa、925 hPa散度场平均图，由图 12a可见，登陆时无增幅型台风200 hPa高层为无辐散、925 hPa低层为弱辐合(散度D为(0~-2)×10-5 s-1)，和强环流增幅型及冷空气入侵型比较，低层的辐合区范围偏小、强度明显偏弱；由图 12b可见，登陆后12 h高低层仍维持低层弱辐合高层无辐散或弱辐散结构配置；登陆前后台风中心附近散度垂直结构从低层到高层略向西南方向倾斜，与强环流增幅型(图 7a)倾斜方向相反，且倾斜幅度大。涡度场的分布图(图略)显示台风中心500—850 hPa中低层的正涡度比强环流增幅型(图 7b)和冷空气增幅型偏弱(ξ为4×10-5 s-1)。
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图 12 同图 7，但为西行类无增幅型的结果 Fig. 12 The same as Fig. 7, but for non-reinforcement type in westward track category typhoons. |
据上述分析，无增幅型南海到台湾没有明显的偏南风急流，浙江沿海的急流风速也明显偏弱，中低层浙江沿海的SE风急流轴及水汽通道偏北偏东、朝向为SSE-NNW，没有伸入浙江内陆；浙江处于大陆暖气团的SE侧、θse高能区，θse低槽在30°N以北，浙江沿海无明显暖平流；水汽输送和热力条件都和强环流增幅型及冷空气入侵增幅型有明显的差异。另外，强环流增幅型中低层的涡度最强、冷空气入侵增幅型次之、无增幅型最弱，无增幅型高层无明显辐散、低层辐合偏弱，上升运动的动力条件也不利于台风暴雨增幅发生。
3 北上类暴雨增幅环境场特征分析 3.1 登陆北上类个例统计对北上类台风个例的初步分析可知，浙南闽北登陆的台风北上路径一般都是在冷空气南下使得副高脊东退的形势场下发生的，因此，北上类发生台风暴雨增幅时，低层的冷温度槽槽底已经到达皖南、赣北，符合冷空气入侵判别条件，因此，分析这类台风路径的暴雨增幅特征时仅分为增幅型和无增幅型进行讨论。表 2给出北上类18个个例暴雨增幅型情况，由表 2可见，18个个例中属于无增幅型8例，暴雨增幅型10例，其中发生全省增幅的8例，浙东南增幅的1例，浙南增幅的1例；由此可见，该类台风在浙西北区域发生暴雨增幅概率明显大于西行类，且暴雨增幅的范围和强度也明显大于西行类，例如6214、9015号台风在杭州、湖州、绍兴都发生R24≥200 mm的强降水过程。
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表 2 18例浙南闽北登陆北上类暴雨增幅个例统计表 Table 2 Statistics of 18 northward typhoons which were resulted in rainstorm reinforcement occurred in Northern Fujian and Southern Zhejiang. |
从北上类暴雨增幅型台风登陆时和登陆后12 h的中低层形势场、θse及θse平流、高低层散度和涡度场(图略)分析，可以发现北上类增幅型和西行类的冷空气入侵增幅型的分布特征基本相似，但从低空急流及水汽通量分布图(图 13a)可见，台风东侧的偏南风急流轴从台湾以东洋面向北伸向浙江沿海海面，在30.5— 32°n附近登陆向西伸入晥南、赣北，位置比西行类强环流型和冷空气入侵增幅型都偏北，强度和范围也明显偏小，水汽通量的大值中心从浙江沿海海面伸向杭州湾附近，浙江大部处于水汽通量fh等值线密集区内；登陆后12 h(图 13c)仍维持这样的低空急流及水汽通量分布，只是随台风北上略有北抬；这有利于发生全省性暴雨增幅。北上类无增幅型的中低层形势场、θse及θse平流、高低层散度、涡度场与和西行类无增幅型特征也基本相似，但由于北上类无增幅型的副高西脊点比西行类无增幅型的明显偏东，偏东风急流轴和水汽通道中心轴朝向均为sse-nnw，水汽输送带没有进入浙江内陆(图 13b)，且台风登陆后12 h两者都快速转为ssw-nne(图 13d)，使得北上类无增幅型的浙江全省台风过程降水量都比西行类无增幅型台风明显偏小，因此，水气输送条件不利可能是北上类无增幅型降水强度明显偏弱的的主要因素。
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图 13 北上类台风登陆时(a, b)和登陆后12 h (c, d)的850 hPa水汽通量和流场平均图(a、c为增幅型，b、d为无增幅型；箭头部分为风速大于等于12 m·s-1的大风区，等值线为风速大于等于14 m·s-1的大风区；阴影部分为水汽通量，单位为g·cm-1·hPa-1·s-1；台风符号表示台风中心平均位置) Fig. 13 Average 850 hPa water vapor flux and stream fields of (a, c) reinforcement type and (b, d) non-reinforcement type in northward track category typhoons at (a, b) landing time and (c, d) after landing 12 h. The arrow indicates the wind area with wind speed≥12 m·s-1, the contour line is the wind area with wind speed≥14 m·s-1, the shading is the water vapor flux, unit: g·cm-1·hPa-1·s-1, and the typhoon symbol indicates the average location of the typhoon center. |
(1) 台风暴雨增幅的发生及其落区主要和台风路径、台风登陆时和登陆后12 h的中低层形势场、低空急流、水汽输送通道、θse平流、高低层散度和涡度场等环境场有关；增幅型和无增幅型的环境场有明显差异。增幅型台风登陆前后中低层建立从南海、台湾东部到浙江沿海并伸入浙江内陆的E-SE风急流和水汽通道, 台风暴雨增幅发生地一般都处于偏东风急流轴和水汽通道中心轴的左前方；θse平流都呈东暖西冷的结构，浙江东部沿海有明显的θse暖平流，皖南赣北有θse冷平流；台风中心呈高层辐散、低层较强辐合的结构，台风中心附近中低层的正涡度较强。台风在浙南闽北登陆后，西行类的强台风暴雨增幅(无冷空气影响)一般仅发生在浙南地区，北上类的台风发生全省性的台风暴雨增幅概率高于西行类。
(2) 冷空气入侵增幅型暴雨增幅强度比西行类强环流增幅型的更强，范围也更大, 暴雨增幅落区明显向浙中北部地区伸展，说明弱冷空气侵入台风环流对暴雨的增幅起到关键作用。
(3) 无暴雨增幅型台风一般特征是:南海到台湾没有明显的偏南风急流，浙江沿海的急流风速也明显偏弱，中低层浙江沿海的SE风急流轴及水汽通道偏北偏东、朝向为SSE-NNW，没有伸入浙江内陆；浙江处于大陆暖气团的SE侧、θse高能区，θse低槽在30°N以北，浙江沿海无明显的θse暖平流；高层无辐散或弱辐散、低层弱辐合；中低层涡度偏弱；水汽输送条件、热力条件和动力条件都不利于发生强降水。
(4) 对浙南闽北登陆的两类台风路径的暴雨增幅型和非暴雨增幅型多个例平均环境场特征作对比分析表明，本文提出的台风区域性暴雨增幅的判断方法是比较客观合理的，对实时预报服务有一定的指导意义。但本研究未考虑全省中小尺度地形的增幅作用，特别是浙中南S-N向的括苍山-雁荡山系对浙南暴雨增幅的影响，对此，有待于采用密集的自动气象站资料及多个例的数值模拟进行更深入地研究。
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