引言

我国东南沿海地区每年都要受到台风和热带气旋 (以下统称为台风) 的影响, 造成洪涝和风暴灾害。在台风的研究和预报中, 风雨强度的研究和预报虽有不少成果^[1~6], 但仍是最薄弱的环节之一。本文用1949~2000年的资料 (其中天气图资料时段为1956~2000年), 对影响华东地区的台风降水及影响降水的因素进行分析研究, 得到一些有意义的结果。

1 华东台风降水的分类气候概况 1.1 华东登陆西行类

台风登陆闽中到浙南后西行, 1949~2000年的52年间共有36例, 一般除山东、皖北、苏北外, 华东大部分地区有中等以上降水, 暴雨区主要集中在闽中北、浙中南地区, 过程雨量可达100~200 mm, 雨量中心可达300~400 mm或以上 (8510号台风是一典型例子)。若有冷空气侵入台风倒槽或外围则雨量更大, 而且华东北部也会有大到暴雨, 甚至大暴雨。

登陆浙中北到长江口附近后西行, 52年间共有8例, 浙江、上海、江苏、安徽、赣北、鲁南的部分地区有暴雨和大暴雨, 局部有特大暴雨 (8807号台风是一例子)。而福建、赣南一般无大到暴雨, 甚至无雨。

1.2 华东登陆北上转向类

登陆福建中部到浙江南部后在115°~120°E间北上 (图1之1) , 最后在江苏沿海入海或进入华北, 或在皖、鲁消亡, 52年间共有27例。华东大部分地区过程降水在50~100mm, 台风经过的附近地区局部可达100~300 mm, 甚至更大 (9417号和0010号台风分别是雨量偏多和偏少的例子)。登陆福建连江后北上的6007号台风给江苏潮桥 (水文站) 带来945 mm的过程雨量创下了华东台风过程雨量的记录。若台风经过30°N附近时路径偏西 (靠近115°E), 则长江三角洲大部分地区降雨量在50 mm以下。若台风在120°E以东沿海北上、转向, 则暴雨主要集中在沿海地区, 52年间共有14例 (9219号台风是一例子)。

台风在浙中到长江口登陆后转向北上 (图1之2) , 52年间共有12例。若台风在120°E附近或以东北上转向, 然后在苏北入海, 则暴雨主要集中在117°E以东台风经过的附近地区, 雨量的强度与范围都比上段中所述的要小。若台风登陆后向北到西北方向移动 (例如7805号台风), 雨量集中在登陆附近地区及华东西北部, 而其他沿海地区雨量较少。

1.3 华南登陆类

台风在24°N以南到珠江口附近登陆后北上转向并在长江口以南入海 (图2之1) , 52年间共有13例。台风路径附近及其北部过程雨量一般在50 mm左右或以下, 局部100~200 mm。一般情况下山东、皖北、苏北等地无大雨或无雨。

台风登陆24°N以南到珠江口附近后转向北上, 或在长江口以北入海 (图2之2、3) , 52年间共有6例。暴雨在台风路径附近和以北地区, 闽南、江西、安徽、江苏、山东等部分地区过程雨量一般在50 mm左右或以下, 局部可达100 mm左右或以上。若登陆后北上而不转向, 而且路径在118°E左右或以西, 则华东东部地区基本无大雨或无雨, 华东地区西部局部有大雨或暴雨。

台风登陆24°N以南到珠江口附近后西行或消亡, 52年间共有61例。江西和福建南部过程雨量一般50~100 mm, 局部100~200 mm, 其他地区一般无大的降水或无雨。但也有少数此类台风倒槽给华东南部沿海地区带来暴雨和大暴雨、甚至特大暴雨。

统计了1949~2000年中登陆厦门到珠江口附近 (113°E) 的87个台风, 共有39个 (占总数的44.8%) 引起浙江有50 mm以上的过程雨量, 其中50~100 mm降水的有15次, 100~200 mm的有13次, 200 mm以上的有11次。这些台风中只有约1/4其残余低压登陆后转向北上, 然后经闽北、浙江附近再次入海。这一结果对华南台风影响浙江小的传统观念提出了不同的看法。

1.4 近海北上转向类

经过台湾及附近海域, 在125°E以西、30°N以南北上转向的台风, 52年间共有33例。浙江、福建、上海有50 mm左右或以下的过程雨量, 局部100 mm以上, 在江苏和江西的局部地区也可能有50 mm以下的雨量, 其他地区无明显降水。

上述台风过30°N后继续在125°E以西近海北上 (52年间共有9例), 或台风在东海北部和长江口附近进入125°E以西近海北上 (52年间共有20例), 最西可能登陆山东半岛东部, 会使上海、浙江东部、江苏和山东有50 mm左右或以下的过程降水, 局部100 mm左右或以上。若登陆山东半岛, 则山东、苏北雨量更大, 皖北也可能有大雨 (50 mm以下)。

浙江是受近海转向北上台风影响严重的省份。统计了52年间在浙闽近海 (24°~31°N, 120°~126°E) 北上、转向或消亡的台风, 有56%的台风可引起浙江局部有50 mm以上的过程雨量, 有37%可引起局部超过100 mm的降水, 有14%雨量中心超过200 mm。特别是梅汛期结束后到10月15日以前, 在浙闽近海北上、转向或消亡的台风引起浙江有明显降水的概率更大些。在梅汛期或10月15日以后, 由于冷空气势力较强, 冷空气逼近台风易使台风减弱或转向, 引起浙江明显降水的概率小些, 降水强度一般也小些, 最大雨量均在200 mm以下。

2 影响台风降水的主要因素

台风降水强度及其分布除与台风本身的强度和结构有密切关系之外, 还有一些因素可严重影响台风降水的强度和分布。

(1) 适量冷空气侵入台风倒槽和外围, 可以加剧动力和热力不稳定, 使冷空气影响到的附近地区降水量明显增加。例如9907号台风残余低压与弱冷空气结合造成山东大范围暴雨到大暴雨, 山东诸城雨量达714.9 mm ^[4];0014号台风在浙江中北部沿海慢行后转向东北, 冷空气侵入其外围, 造成浙北东部地区有暴雨到大暴雨, 余姚市夏家岭 (水文站) 降雨742 mm, 创1949年后浙江近海北上转向台风造成降水之最大记录。这两个台风若无冷空气作用, 引起上述地区的降水一般不会超过200 mm。但是24 h降温大于5 ℃的较强冷空气入侵台风中心附近将破坏台风的结构, 造成台风强度减弱, 因此不能起到增强台风中心附近降水的作用, 而对台风倒槽降水仍可以起到很大的增幅作用^[5]。

冷空气侵入到华南登陆的台风倒槽也会引起华东部分地区有暴雨到大暴雨。例如1956~2000年登陆华南的台风引起浙江50 mm以上降水的33例中, 有10例是冷空气侵入台风倒槽或减弱后的低压引起的, 其中8例为100 mm以上降水, 4例降水中心超过200 mm (见表1)。

(2) 迎风地形的强迫抬升和强迫辐合可使台风降水明显增加, 而背风地形一般比沿海平原地区明显少。统计比较分析了1956~1980年间闽中到浙南登陆的51个台风过程雨量 (1980年后缺少水文站雨量资料), 地处山区的最大过程雨量中心值 (水文站记录) 是浙江东南沿海受台风影响的气象站过程雨量平均值的1.5~2.5倍。例如, 0216号台风降水中心雨量413 mm, 位于迎风坡谷口, 是其东侧沿海平原地区4气象站雨量平均值196.5 mm的2.1倍。江西东部等背风地区的气象站雨量与东部沿海平原地区的气象站雨量比较, 背风地区气象站雨量一般不到东部沿海地区气象站雨量的1/2。这除了台风登陆后强度减弱外, 背风地形的作用是主要因素。但是也有个别例外, 例如, 8012台风登陆后在闽浙西部和江西东部停滞、折向北移, 使江西雨量和闽北、浙南沿海地区的过程雨量大致相等。

(3) 华南登陆或近海北上台风的倒槽辐合线影响华东地区, 会造成华东部分地区较大降水。若辐合线东侧东南风强劲, 甚至诱生中尺度云团西行影响华东南部沿海, 可能引起暴雨或大暴雨、甚至特大暴雨。例如, 9909号台风9月4日04 :00(北京时, 下同) 登陆广东惠来前后, 700 hPa和850 hPa等压面上其倒槽辐合线影响浙闽地区, 浙闽沿海、台北及琉球各岛屿为东南到南风, 长江口附近为东到东南风, 风速都为12~20 m/s, 这样产生较强的气旋性辐合; 9月3日有一云团在台湾以东海面上生成, 并在向西北方向移动中发展, 4日02 :00登陆浙江中南部沿海地区, 引起暴雨到特大暴雨, 雨量中心 (温州) 为416 mm。

1956~2000年中登陆华南的72例台风中引起浙江50 mm以上过程降水的有33例, 20例是由台风倒槽引起的, 其中100 mm以上降水的有9例, 200 mm以上降水的有5例 (见表1)。8116号台风在浙江乐清的雨量中心为503 mm, 雨量大于台风登陆地广东的雨量, 而且这些雨量几乎在登陆前后的24 h内降落。

125°E以西近海北上台风的倒槽辐合线影响下, 华东沿海降暴雨的例子也不少。例如, 0012号台风倒槽辐合线伸到杭州湾及以北地区, 其东侧强劲的东南气流影响浙、苏、鲁等地区, 浙北、上海、江苏、山东有大片暴雨, 江苏响水过程雨量中心为813 mm, 创海上转向北上台风影响江苏雨量之记录^[6]。

(4) 时间长短影响降水量。台风缓慢北上或台风在一地少动, 台风及其倒槽对这些地区影响时间长, 使雨量增加50%到1倍。例如, 6007号台风在我国东部地区北上, 台风及其倒槽影响浙江、江苏时间达3~4 d, 造成江苏潮桥和浙江庄屋雨量分别达945 mm和868 mm。

(5) 水汽太少会减少台风雨量。特别是某一些地方盛夏长期干旱、空气中水汽很少, 台风影响时, 降水量会明显减少, 甚至出现所谓“干台风”。干台风引起的降水中心雨量比一般台风的雨量要少1/3到1/2。数值模拟试验表明, 台风及其周围的水汽减少一半可使台风区域内的降水量减少1/3左右^[5]。

3 物理量诊断

分析和经验表明, 有一些物理量可能较好地用于台风暴雨的预报。例如, 云顶温度在-56 ℃以下可能会有暴雨, -71 ℃以下可能会有特大暴雨, 温度越低, 降水越强。

热成散度(200 hPa和850 hPa的散度差) 在2 ×10^-5 s^-1以上可有暴雨, 并且一般值越大, 降水越强。计算1993年后梅汛期暴雨28例和台风暴雨6例共34例, 结果表明有27例正确, 5例基本正确, 仅2例大值区离暴雨区较远。图3a是9711号台风登陆前12 h计算得到的分布图, 大值区与大降水区 (图3b) 基本相符。

4 结论

(1) 华东登陆和华南登陆后北上转向台风会给华东地区带来较大降水, 有局部暴雨和大暴雨、甚至特大暴雨。近海北上的台风也会造成华东地区局部大到暴雨、个别大暴雨。

(2) 冷空气侵入台风外围和倒槽, 可以明显增加受冷空气影响地区的降水。迎风地形可增加1倍左右的降水, 但背风坡地区的雨量一般不到沿海平原地区雨量的一半。强的台风倒槽辐合线会造成台风倒槽雨量的大幅度增加。影响时间的长短和局地水汽条件也是影响台风雨量多少的重要因素。

(3) 云顶温度、热成散度可以用来诊断预报台风降水。