冷空气入侵台风“灿鸿”引发的东北暴雨分析
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  高原气象  2017, Vol. 36 Issue (5): 1257-1266  DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00082
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王承伟, 齐铎, 徐玥, 等. 2017. 冷空气入侵台风“灿鸿”引发的东北暴雨分析[J]. 高原气象, 36(5): 1257-1266. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00082
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Wang Chengwei, Qi Duo, Xu Yue, et al. 2017. Analysis of Rainstorm Induced by Interaction between Typhoon Chan-hom (2015) and Cold Air in Northeast China[J]. Plateau Meteorology, 36(5): 1257-1266. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00082.
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资助项目

科技部公益性行业(气象)科研专项(GYHY202006006)

作者简介

王承伟(1973-), 女, 黑龙江省尚志人, 高级工程师, 主要从事天气预报及相关研究, E-mail:byuan3123@sina.com

文章历史

收稿日期: 2016-05-19
定稿日期: 2016-09-12
冷空气入侵台风“灿鸿”引发的东北暴雨分析
王承伟1, 齐铎1, 徐玥1, 张礼宝1, 胡中明2, 周莹3, 王庆瑜3     
1. 黑龙江省气象台, 哈尔滨 150030;
2. 吉林省气象台, 长春 132013;
3. 黑龙江省气象服务中心, 哈尔滨 150030
摘要: 利用常规观测资料与NECP再分析资料,对2015年在朝鲜半岛登陆北上9号台风"灿鸿"导致东北东部出现较大范围的暴雨和大暴雨天气进行分析。结果表明,此次降水过程是由减弱变性的台风环流与中高纬度弱冷槽结合发展产生,冷空气从低层进入变性台风北部,在地面上表现为中高纬低压减弱合并到变性台风中,使台风登陆后强度减弱较慢,且北部有所加强,因此在其北部出现较大范围的暴雨、大暴雨;变性台风北侧的低层冷暖平流交汇,导致该区域出现低层辐合、高层辐散和较强的上升运动,是本次降水的动力因子;冷空气从低层进入台风环流,低层为冷平流,高层为暖平流,大气层结相对稳定,因此本次降水过程中对流较弱,以连续性降水为主;本次暴雨水汽来源分为两部分:台风本身携带的大量水汽和日本海的水汽输送,二者为本次暴雨提供充沛的水汽条件;另外,地形在动力作用和水汽输送过程中也起到了重要作用。
关键词: 台风环流    冷空气    暴雨    地形    
1 引言

冷空气入侵到台风或台风倒槽, 是登陆台风产生暴雨的一种重要形式, 这种不同纬度的系统相叠加, 将会使系统重新发展起来(陈联寿和丁一汇, 1979; 程正泉等, 2005)。台风环流在陆地上变性加强与冷空气入侵密切相关, 众多学者在这方面做了大量工作。江吉喜和项须康(1997)对“96·8”暴雨进行分析, 发现低层的弱冷空气与暴雨的形成关系密切。于玉斌和姚秀萍(2000)对1996年“海棠”台风暴雨过程进行分析后发现, 对流层低层中高纬度冷空气(高位涡)扩散南下至台风低压环流区是产生特大暴雨的主要原因。曹晓岗等(2014)对一次双台风影响过程中冷空气的作用进行分析, 发现北方南下的冷空气与台风环流相结合, 导致地面低层切变线长时间维持, 使降水量较大, 且降水维持时间较长。周玲丽等(2011)对台风“韦帕”的暴雨进行分析, 发现中纬度干冷空气入侵为对流发展提供动力条件和不稳定能量。孙建华等(2006)吴海英等(2014)对“9608”号台风与台风“海葵”(1211) 进行分析发现, 冷空气的入侵是导致对流发展加强产生暴雨的主要原因。赵宇等(2016)对台风“海鸥”与西风槽远距离相互作用产生山东暴雨过程的分析发现, 干冷空气强迫暖湿气流斜升使条件性对称不稳定发展是暴雨产生的重要原因。程正泉等(2014)对台风“浣熊”研究发现, 远离登陆点地区的降水比登陆点附近更强, 根本原因是由于冷空气入侵导致层结条件发生变化。一般, 进入台风的冷空气较强, 台风变性及产生天气也相对剧烈(钮学新等, 2010; 陆佳麟和郭品文, 2012)。然而李英等(2006)认为, 虽然较强的冷空气可能导致温带系统迅速发展, 但过强冷空气的作用仍需进一步讨论。

中国东北地区中北部局地暴雨多于区域性暴雨, 并且受台风影响产生暴雨的频次较少, 一般台风北上主要影响东北地区东南部, 很少影响到纬度较高的吉林、黑龙江两省(任丽等, 2013)。台风登陆后影响东北地区, 也经常与冷槽入侵到台风环流内部相联系。在过去20年里, 对东北地区北部影响最大的两个台风分别是1997年的Winnie和2012年的Bolaven。研究表明, 这两次暴雨也与西北侧的干冷空气入侵, 使台风变性加强有关, 变性期间产生的β中尺度对流云团是造成暴雨的直接影响系统。(李英等, 2006; 梁军等, 2014; 孙力等, 2015; 任丽等, 2013)。2015年7月, “1509”号台风“灿鸿”(Chan-hom)从朝鲜半岛北部二次登陆北上, 减弱的台风环流与北部冷空气相结合, 给吉林、黑龙江两省东部带来了罕见的区域性暴雨和大暴雨天气, 最大降雨量达122 mm。此次降水表现为连续性、均匀性和强对流特征不明显等特点。云系也以积层混合云为主, 几乎没有中尺度云团出现, 这与以往的TC变性期间产生的中尺度云团所造成的剧烈对流性暴雨有很大不同。因此, 本文利用多种观测资料及NECP 1°×1°每日4次的全球再分析资料对本次过程中动力和热力条件的演变特点进行分析, 尝试探索此次由台风变性引发稳定性暴雨出现的原因, 以期提高对此类天气的认识和预报能力。

2 过程概况 2.1 台风概述

2015年6月30日“灿鸿”台风在菲律宾以东洋面生成, 中心最大风力为18 m·s-1, 中心最低气压为995 hPa, 生成后沿着副热带高压(简称副高)南侧向西北方向移动并逐渐加强。7月10日接近闽浙沿海, 11日16:40(北京时, 下同)以强台风级别在浙江沿海首次登陆, 登陆时中心附近最大风力为45 m·s-1, 最低气压为955 hPa。随后重新入海, 沿着副高外围继续向偏北方向移动, 强度逐渐减弱。于12日夜间在朝鲜半岛(125.4°E, 38.2°N)再次登陆, 登陆时中心附近最大风力为20 m·s-1, 中心最低气压为990 hPa。登陆后强度继续减弱, 至13日05:00停止编号。

2.2 环流背景概述

前期中纬度以纬向环流为主, 贝加尔湖(下称贝湖)以东为弱冷槽, 东北地区为弱暖脊。7月11日20:00, 贝湖东部冷槽东移, 并略有加强, 700 hPa以下在黑龙江省中北部与俄罗斯交界处有低涡生成, 低涡后部有冷中心与之配合。到12日08:00, 冷涡进一步向高空发展, 同时低层冷中心与涡中心基本重合, 槽线位于黑龙江省中部。到20:00, 系统减弱东移, 850 hPa槽线位于黑龙江省东部, 槽后为弱冷空气。另外, 前期副高偏北, 588 dagpm等值线北界已进入黑龙江省, 有利于引导台风北上(金荣花等, 2006)。12日台风进入黄、渤海, 副高逐渐东移南退, 随后台风北上, 于夜间登陆, 并逐渐向东北方向移动。13日02:00以后台风变性, 与黑龙江东部冷槽合并成一个低涡, 低涡中心在吉林省东部, 低层冷中心与涡中心基本重合, 高层冷空气中心略落后于涡中心, 在低涡前部, 西南风明显加强, 在西南风北侧、东北北部偏东地区出现暴雨。白天, 低涡继续向北偏东方向移动, 强降水持续。20:00以后低涡移出我国, 东北地区处于低涡后部, 较大降水结束。

2.3 地面气压场及降水实况

7月12日白天, 在110°E130°E间有两个低值系统:北部在黑龙江省东北部与俄罗斯交界处有弱低压, 在低压南部出现了 < 10 mm·(6h)-1的阵雨, 傍晚前后低压减弱, 降水结束; 南部则是北上的台风“灿鸿”, 12日白天台风倒槽为朝鲜半岛及东北地区南部带来降水, 其中东北地区的降雨强度 < 7 mm·h-1。夜间台风在朝鲜半岛登陆。13日02:00后黑龙江省东北部的低压并入到台风倒槽中, 此时登陆台风的环流中心仍位于朝鲜半岛北部。05:00以后, 已减弱为温带气旋的变性台风继续向北偏东方向移动, 中心强度仍维持在990 hPa左右, 在中心以北的吉林、黑龙江两省交界处东部有明显的负变压(>2 hPa·(3h)-1), 这一区域降雨明显增大(>40 mm·(6h)-1), 开始出现暴雨。13日白天低压强度基本维持, 同时继续缓慢向北偏东方向移动, 暴雨区位于低压倒槽附近的东南风一侧, 黑龙江省东部及相邻的俄罗斯境内均有暴雨出现, 其中黑龙江省的饶河, 14:0020:00 6 h降水量达60 mm。20:00以后低压继续向东北方向移动, 对我国东北地区的影响逐渐结束。

从降水特征来看, 虽然本次过程累积降水量较大, 但雨强较小, 最大雨强只有27 mm·h-1, 过程中小时降水量基本维持在15 mm以内(图 1)。与台风Winnie和Bolaven相同, 在冷空气进入时, 降水有明显增加。但与这两个过程中狂风骤雨的强对流天气不同(李英等, 2006; 任丽等, 2013), 由于冷空气从低层进入, 且冷空气层较薄, 因此“灿鸿”台风环流给东北地区带来的降水表现为连续性、均匀性, 无明显的短时强降水(>30 mm·h-1)和大风(>6级), 即本次降水强对流特征并不明显。

图 1 2015年7月12日23:00至14日08:00小时最大雨强分布 Figure 1 The distribution of hourly precipitation intensity from 23:00 on 12 to 08:00 on 14 July 2015
3 冷空气活动

冷空气入侵是导致登陆台风变性加强的重要因素, 探究冷空气与台风间的相互作用, 是揭示此次暴雨成因的关键。

从温度平流的经向-高度剖面(图 2)可以看出, 台风登陆前后(图略), 台风北部倒槽附近从低层到高层均为较强的暖平流(>10×10-5 K·s-1), 其中高层暖平流已伸展到东北地区北部。受12日白天东移低涡后部的冷空气影响, 东北地区中北部低层为冷平流, 台风北部倒槽附近的暖平流区与较强降水相对应, 此时降水以台风环流降水为主。13日02:00(图 2c), 850 hPa上台风环流中心开始为弱冷平流所控制, 台风逐渐变性; 变性台风环流倒槽附近暖平流维持且略有加强(>15×10-5 K·s-1), 这可能与该处降水导致的凝结潜热释放有关; 在变性台风环流北侧, 黑龙江省有低槽存在, 槽后的冷空气向偏南方向移动, 随台风环流北侧的偏北风卷入台风西北侧, 使西北侧冷平流得以维持, 强度保持在-10×10-5 K·s-1以下; 倒槽附近暖平流与台风西北侧的冷平流在吉林、黑龙江省东部相遇, 在地面上则表现为台风倒槽与黑龙江省东部的低压合并, 低压倒槽附近的降水增强。08:00以后(图 2d), 环流后部及南部完全由冷平流控制, 冷平流影响范围逐渐扩大, 西侧冷平流强度有所加强, 在一定程度上使变性后的低压强度得以维持, 移速减缓; 同时位于环流东部的暖平流继续北上, 冷暖平流交汇区逐渐北抬至黑龙江省中东部, 强降水落区也随之移动。从降水量来看, 暴雨始终出现在850 hPa冷暖平流的交汇区, 并随着交汇区的移动而向东北移动。

图 2 2015年7月13日02:00 125°E (a)和130°E (b)温度平流(阴影, 单位: 10-5 K·s-1)、ΔT12h(等值线, 单位: ℃)经向-高度剖面(a, b); 02:00 (c)和08:00 (d) 850 hPa风场(箭矢线, 单位: m·s-1)、温度平流(阴影, 单位: 10-5 K·s-1)、海平面气压场(等值线, 单位: hPa)分布(c, d) 矩形框代表 12日20:00至13日08:00 12 h累积雨量超过50 mm的范围 Figure 2 The meridional-vertical section of thermal advection (the shaded, unit: 10-5 K·s-1) and temperature variation by 12 hours (contoured, unit: ℃) in 125°E (a) and 130°E (b) at 02:00, the distribution of 850 hPa horizontal wind (vectors, unit: m·s-1), thermal advection (the shaded, unit: 10-5 K·s-1) and sea level pressure (contoured, unit: hPa) at 02:00 (c) and 08:00 (d) on 13 July 2015 rectangular represents the area of precipitation more than 50 mm within 12 hours

为进一步了解冷空气在垂直方向上的活动, 选择冷平流开始影响台风环流中心的时间(02:00), 作沿台风环流中心(125.4°E、38.2°N)、强降水中心(130.28°E、42.9°N)的温度平流经向-高度剖面图(图 2ab)发现, 13日02:00冷空气主体在40°N以北, 台风环流中心附近冷平流较弱, 而在强降水中心及以北有相对较强的冷平流和较大的ΔT12h, 其中最强冷平流出现在大降水区近地面层(900 hPa附近, < -12×10-5 K·s-1)。由图 4还可以看出, 13日02:00冷空气是由低层进入到环流中心, 浅薄冷空气将暖空气直接抬离地面。与以往冷空气由高层进入台风环流, 导致斜压位能增加, 并随着暖空气上升, 冷空气下沉, 斜压位能强烈释放带来的强对流性暴雨过程发生变化(程正泉等, 2014)。因此认为, 本过程以连续性降水为主的原因可能与冷空气由低层持续侵入有关。

4 动力条件

本次降水过程中, 主要降水区总体表现为低层辐合、高层辐散, 且维持一定的上升运动等特点。分别对不同时次垂直速度、散度(图 3)沿着环流中心、6 h最大降水区作经向剖面。7月12日20:00台风登陆过程中受地形摩擦影响, 在台风环流中心(124.8°E、36.7°N)及其北部表现为明显的低层辐合、高层辐散, 辐合主要出现在850 hPa以下, 最大辐合中心在海平面附近, 达到6×10-5s-1左右; 在台风中心附近低层为弱的上升运动, 最大上升速度出现在台风倒槽附近与地面发生相互作用的对流层低层, 达-60×10-4 hPa·s-1(图 3a), 与6 h降水较强区域相对应, 此时辐合上升运动发生在暖区, 主要是由地形抬升和地面摩擦作用造成。随着台风登陆后继续北上, 受冷空气入侵影响逐渐变性。13日02:00(图 3b)最大上升速度( < -100×10-4 hPa·s-1)出现在40°N以北, 台风环流北部, 这与图 2c中冷暖空气交汇的位置几乎一致, 可能与冷空气在环流低层从西北侧侵入, 导致北部气旋环流加强, 引起低层辐合和上升运动有关; 另外上升运动区还与低层水汽大值区(q>14 g·kg-1)相配合, 在这一区域附近同时出现较大降水(>40 mm·(6h)-1)。在08:00强降水中心(131.2°E、44.38°N, 图 3c)附近, 由于冷空气影响范围扩大、影响高度升高, 暖空气被抬离地面, 气旋性环流得到加强, 辐合层明显加厚, 600 hPa以下均为辐合, 且高层辐散略有加强; 整层大气均为上升运动, 900 hPa和500 hPa附近有两个大于140×10-4 hPa·s-1的上升运动中心, 虽然比湿有所下降( < 12 g·kg-1), 但动力条件较前一时次略好, 较大降水能继续维持。到14:00, 由于整个低层都为冷空气所控制, 气旋在移动过程中强度逐渐减弱, 最大降水中心(134°E、46.8°N, 图 3d)的上升运动和散度场均有所减弱, 比湿略有升高(14 g·kg-1左右), 所以降水仍然可以持续。20:00以后, 随着系统东移, 动力条件逐渐减弱, 东北地区较大降水趋于结束。

图 3 2015年7月12日20:00至13日14:00散度(阴影, 单位: 10-5 s-1)与垂直速度(等值线, 单位: 10-4 hPa·s-1)经向-高度剖面 (a) 12日20:00沿124°E, (b) 13日02:00沿130°E, (c) 13日08:00沿131°E, (d) 13日14:00沿134°E Figure 3 The meridional-vertical section of divergence (the shaded, unit: 10-5s-1) and vertical velocity (contoured, unit: 10-4hPa·s-1) from 20:00 on 12 to 14:00 on 13 July 2015. (a) at 20:00 on 12 along 124°E, (b) at 02:00 on 13 along 130°E, (c) at 08:00 on 13 along 131°E, (d) at 14:00 on 13 along 134°E

从急流来看, 后期在黑龙江东北部高空风速加大, 出现了高空急流, 促进高层的辐散, 因此13日14:00以后在该地区仍有较大降水出现。

将本次降水的动力条件与台风“布拉万”对比发现, 辐合层较浅薄, 辐合、上升运动强度仅为台风布拉万的1/2左右, 因此本次降水的剧烈程度弱于“布拉万”。这种辐合层浅薄的特点与上一节中低层有浅薄冷空气入侵的特点基本一致。

5 大气层结状况

程正泉等(2014)在对台风“浣熊”的研究中发现, 远离登陆点地区的降水比登陆点附近更强, 根本原因是由于冷空气入侵导致层结条件出现变化。由降水实况可以看到(图 1), 本次过程降水强度相对较小, 基本以连续性降水为主, 强对流特征表现不明显, 这与整个降水区的大气层结状况有关。从热力对流条件来看(图 4a), 对东北地区中北部而言, 强对流发生时, 一般ΔT850-500>28 ℃, 但本次过程中降水区的垂直温差ΔT850-500几乎都在28 ℃以下; 从θse在垂直方向的分布来看, 降水区几乎均为$\frac{{\partial {\theta _{{\rm{se}}}}}}{{\partial p}} < 0$, 对强降水中心作经向-高度剖面(图 4b), 也可以明显看出θse随着高度的增加而增加的特点, 说明大气层结较稳定; 同时, 从降水过程中东北地区CAPE值的分布来看(图 4a), CAPE值均小于550 J·kg-1, 对流有效位能较小, 也不利于强对流的发展。另外, 对比图 2b, 浅薄冷平流出现在低层, 大的降水区在较强冷平流上有较强暖平流叠置, 这种垂直方向上的平流配置也会产生对流抑制。综上, 本次过程中大气层结相对稳定, 不利于强对流的发生发展。

图 4 2015年7月13日08:00 850 hPa ΔT850-500(等值线, 单位: ℃)、CAPE(阴影, 单位: J·kg-1)分布(a)和假相当位温(阴影, 单位: ℃)与湿位涡(等值线, 单位: 10-6 K·m2·(s·Kg)-1)沿131°E的经向-高度剖面(b) Figure 4 The distribution of ΔT850-500 (contoured, unit: ℃) and CAPE (the shaded, unit: J·kg-1) (a), and the meridional-vertical section of pseudo-potential equivalent temperature (the shaded, unit: ℃) and MPV (contoured, unit: 10-6 K·m2·(s·kg)-1) on 850 hPa along 131°E (b) at 08:00 on 13 July 2015

在有降水的湿过程中, 若不考虑摩擦和非绝热加热, 湿位涡(MPV)守恒, 如果对流层结稳定, 且MPV < 0, 则大气条件对称不稳定(CSI)(陆汉城和杨国祥, 2004)。对比此次过程, 在对流层低层, 与冷暖平流交汇相对应的区域MPV < 0, 但是层次较浅薄。垂直方向上(图 4b), 暴雨区附近(降水中心44.38°N、131°E)在850 hPa以下MPV < 0、$\frac{{\partial {\theta _{{\rm{se}}}}}}{{\partial p}} < 0$, 说明对流层低层大气存在CSI, 这与前面第三节中冷平流对暖空气有弱抬升是一致的。但在850 hPa以上MPV>0、$\frac{{\partial {\theta _{{\rm{se}}}}}}{{\partial p}} < 0$, 说明在对流层中高层非常稳定, 不利于对流向较高层次发展。

因此, 本次降水过程中大气层结相对稳定, 仅在对流层低层有较弱的CSI, 这与降水过程总体以稳定性为主, 仅个别时段、个别区域出现短时较强降水(>20 mm·h-1)的特点基本一致。

6 水汽条件

从水汽条件来看, 本次降水的水汽来源主要有两个:一方面台风自身携带的水汽; 另一方面, 随着台风北上, 副高主体南退, 从副高外围至黑龙江省附近的高空槽槽线间宽广的西南风与变性台风前部的偏南风相叠加, 使东北地区东部南风明显加强, 将日本海的水汽输送到暴雨区。从过程中水汽通量与水汽通量散度的变化来看, 7月12日20:00(图 5a)水汽的辐合区主要在台风环流中心以北; 从水汽通量来看, 水汽来源也主要是来自于台风环流本身。13日02:00(图 5b)随着环流北上, 日本海附近西南风的水汽输送占主导地位, 环流中心附近的水汽辐合有所减弱, 吉林与黑龙江省东部交界处在最大辐合中心( < -70×10-7kg·m-1·s-1)附近, 与冷空气进入环流的位置重合。08:00以后(图 5c), 随着台风环流的北移, 后期主要以日本海的水汽输送为主, 水汽辐合区向北偏东方向移动。至14:00(图 5d), 西南风和偏南风将日本海的水汽输送到黑龙江省东北部(饶河附近), 但水汽通量散度已基本在-50×10-7 kg·m-1·s-1以下。20:00以后(图略), 水汽通量与辐合均有所减弱。将整个过程的水汽输送、水汽辐合与6 h较大降水相对比, 可以看到二者有非常好的对应关系。在整个过程中, 湿度较高的层次主要在700 hPa以下(图略)。从垂直方向上看, 13日08:00前, 主要的水汽辐合层在地面到800 hPa之间, 14:00以后, 水汽辐合层略有抬升, 但总体来说, 集中在对流层低层。这种湿度条件及水汽辐合出现的层次与2008年“凤凰”台风(刘汉华等, 2010)类似, 但强度稍弱, 所以降水也较凤凰稍弱。从整层大气可降水量来看(图略), 可降水量大值区逐渐向北偏东方向移动, 且逐渐降低, 但出现暴雨和大暴雨的区域基本都大于50 kg·m-2

图 5 2015年7月12日20:00至13日08:00 850 hPa水汽通量(矢量, 单位: 10-1kg·m-1·s-1)、水汽通量散度(阴影, 单位: 10-7kg·m-1·s-1)分布 (a) 12日20:00, (b) 13日02:00, (c) 13日08:00, (d) 13日14:00 Figure 5 The distribution of 850 hPa water-vapor flux (vectors, unit: 10-1kg·m-1·s-1) and water-vapor flux divergence (shaded, unit: 10-7kg·m-1·s-1) from 08:00 on 13 to 20:00 on 12 July 2015. (a) at 20:00 on 12, (b) at 02:00 on 13, (c) at 08:00 on 13, (d) at 14:00 on 13
7 卫星云图

从云图上看(图 6), 7月12日白天在黑龙江省北部有与低涡配合的云系, 而南部台风云系呈明显不对称, 台风西北侧外围云系从渤海湾向黑龙江省南部延伸, 并随着台风的减弱而逐渐减弱。12日20:00, 与台风倒槽对应的区域云顶亮温较高(几乎都大于-40 ℃), 对流较弱。13日02:00, 云系在长白山附近向北伸展时, 由于上升运动加强而有所发展, 在北移的过程中, 云系在靠近气旋中心偏西的冷空气一侧有所加强, 云顶亮温的低值中心小于-42 ℃, 此时降水强度也有所增强。13日白天, 云系呈西南东北向, 在黑龙江省东部有明显加强, 部分地区云顶亮温已小于-52 ℃, 说明云系在垂直方向上发展, 有对流出现, 与20 mm·(6h)-1的降水区相对应。同时, 云系向东北方向移动, 与云系整体走向一致, 导致这一区域降水时间较长。云系的发展与较长的降水时间造成上述地区较大的降水。20:00以后(图略), 主体云系移出黑龙江省。从云图来看, 本次降水以积层混合云为主, 有弱的对流, 但云顶亮温相对较高(Gilberto et al, 1998; 刘年庆等, 2013), 没有出现大范围的短时强降水。

图 6 2015年7月12日20:00至13日17:00 (a~h) FY-2E卫星红外亮温分布(单位: ℃, 时间间隔: 3 h) Figure 6 The FY-2E TBB distribution from 20:00 on 12 to 20:00 on 13 July 2015 (a~h).Unit: ℃, interval: 3 hours
8 地形影响

由于地表的摩擦作用, 台风登陆后, 降水强度也会随之减弱。但是, 地形的抬升作用在一定时间内也能够增加台风的降水(程正泉等, 2005)。本次降水过程中, 长白山迎风坡对降水的增幅作用较明显。从实况来看(图 7), 在“灿鸿”北上并登陆的过程中, 登陆点附近6 h降水量最大达39 mm, 且降水量向内陆迅速减小( < 10 mm), 但雨区继续向内陆伸展的过程中, 长白山迎风坡处降水明显增加(>20 mm), 说明地形对降水有明显的辅助增幅作用。这与台风“纳沙”(杨仁勇等, 2014)及台风Winnie(梁军等, 2014)引发暴雨过程的地形敏感性模拟试验中得到的结论基本一致, 可能也是由地形作用使低层扰动增强, 有利于中尺度对流涡旋的产生造成的。

图 7 2015年7月12日20:00至13日02:00 6 h累积降水量分布 数值代表站点降水分布(单位: mm), 阴影区代表海拔分布(单位: m) Figure 7 The accumulative precipitation from 20:00 on 12 to 02:00 on 13 July 2015. The numerical values represent precipitation (unit: mm), the shaded area represents altitude (unit: m)

另外, 从水汽输送来看, 南北向两座山脉(长白山脉、锡霍特山脉)之间的平原地带有利于水汽向北输送。由图 8可以看出, 在平原地带的入口处(131°E132°E), 低层水平风场基本与山脉走向一致, 低层水汽条件较好, 南风相对较大, 使水汽沿着平原地带向北输送。从实况来看, 超过100 mm降水的站点均位于平原偏北地区, 与水汽通道顺畅也有很大关系。

图 8 2015年7月13日台风登陆时比湿(阴影, 单位: g·kg-1)、水平风(矢量, 单位: m·s-1)、经向风分量(等值线, 单位: m·s-1)沿43.5°N的纬向-高度剖面 Figure 8 The zonal-vertical section of specific humidity (shaded, unit: g·kg-1), horizontal wind (vectors, unit: m·s-1) and meridional wind (contoured, unit: m·s-1) along 43.5°N on 13 July 2015
9 结论

“灿鸿”台风从朝鲜半岛登陆后北上变性, 给东北地区东部带来了较大范围的暴雨和大暴雨天气。本文就“灿鸿”减弱后与北部冷空气相互作用所致的强降雨天气过程进行分析, 结论如下:

(1) 本次降水分为两部分:前期为台风倒槽降水, 后期北部冷空气进入到台风环流内部, 使台风变性后强度仍继续维持, 且移动缓慢, 持续降水导致较大范围的暴雨、大暴雨天气出现。

(2) 变性台风环流低层的北部不断有来自中高纬的冷平流, 与来自环流东部的暖平流交汇, 在交汇处产生上升运动, 为环流北部降水再次发展提供了有利的动力条件。

(3) 从热力条件与CSI条件来看, 暴雨区大气层结相对稳定, 因此本次降水过程中对流较弱, 以连续性降水为主。

(4) 本次暴雨水汽来源分为两部分:台风本身携带的充沛水汽是前期降水的主要水汽来源, 后期西南和偏南气流在东北地区东部叠加, 使日本海水汽向北输送到暴雨区, 为暴雨的发生提供有利的水汽条件。

(5) 地形对本次暴雨过程有两方面作用:一方面长白山迎风坡的动力作用使得降雨强度有所增加, 另外狭长平原地带使得向北输送的水汽通道更为顺畅, 能够将大量水汽输送到较高纬度, 在黑龙江省东北部产生暴雨和大暴雨天气。

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Analysis of Rainstorm Induced by Interaction between Typhoon Chan-hom (2015) and Cold Air in Northeast China
WANG Chengwei1 , QI Duo1 , XU Yue1 , ZHANG Libao1 , HU Zhongming2 , ZHOU Ying3 , WANG Qingyu3     
1. Heilongjiang Meteorological Observatory, Harbin 150030, China;
2. Jilin Meteorological Observatory, Changchun 132013, China;
3. Heilongjiang Meteorological Service Centre, Harbin 150030, China
Abstract: Based on conventional observations and the NCEP reanalysis data, the heavy rainfall in eastern part of northeast China caused by typhoon Chan-hom (2015), which made landfall at Korean peninsula and moved northward and then encountered with cold air, was studied in the paper.The results suggested that the rainstorm occurred during the interaction with mid-latitude trough and the circulation of typhoon undergoing extratropical transition process as well as cold air.Meanwhile, the landfalling typhoon weakened slowly due to the merge with mid-latitude low on the surface.The cold air invaded low-level atmosphere in the north of the typhoon and enhanced low-level convergence and high-level divergence, which resulted in strong upward motion as an important heavy precipitation formation dynamical factor and so heavy rainfall therein.The evolution of precipitation indicated the event formed because of long time duration of moderate rainfall, which may related with low-level cold air intrusion, which only enhanced the lifting not the instability in the atmosphere.Water vapor provided for the rainstorm mainly came from the typhoon itself and those transfer from Japan Sea.In addition, the topography also played an important role on the vertical motion and water vapor transfer.
Key Words: Typhoon circulation    Cold air    Rainstorm    Terrain