2019, Vol. 38 
2. 河南省气象台, 郑州 450003
2. Henan Meteorological Observatory, Zhengzhou 450003
台风是最强的暴雨天气系统（陶诗言等，1980）。国内外目前有记录的暴雨极值都是由台风导致(本文中“台风”泛指热带气旋(TC)，譬如：1952年3月15—16日出现在南印度洋西部法属留尼汪岛的全球最大日降水量(1870 mm)；我国排名第一的日降水量高达1 672 mm，于1967年10月17—19日发生在中国台湾的新寮，3 d累积降水量达2 749 mm（陈联寿，1977）；我国大陆日降水量极值(1062 mm)出现在1975年8月5— 7日河南驻马店地区的泌阳县林庄（丁一汇，1994）。对我国造成暴雨影响的台风包括登陆台风和擦边台风（任福民等，2011；雷小途，2012），平均每年登陆(强度达到热带风暴及以上的)台风为7个，6—10月是活跃季节（陈联寿等，2002）。台风暴雨(日降水量大于等于50 mm)可以出现在我国中东部广大地区，包括东北三省甚至内蒙东部局部地区，其西边界到四川东南部、陕西东南部、山西东部至北京一线（Ren et al., 2002；程正泉等，2007）；东南沿海和华南沿海地区台风暴雨占比明显高于内地，其中海南、雷州半岛南部、台湾大部、福建和浙江的部分地区占比超过40%，而台湾东南沿海和海南西部高达50%~60%（任福民等，2011）。我国是世界上登陆台风最多、灾害最重的国家，而台风暴雨就是重要的致灾因子之一（陈联寿等，2002），因而对台风暴雨的研究始终是我国气象科学界关注的热点。
新中国成立以来，刘匡南和董克勤（1958）最早在《气象学报》发表台风降水研究成果，并发现1953—1956年四次较强台风在东海沿岸登陆后的降水分布表现为对称型、侧偏型和类锋面型三种类型。鉴于台风对我国的严重影响，1972年建立了全国台风科研大协作机制，第一届全国台风会议于1972年在南宁召开，此后每2~4 a召开一次。1970年代参会代表重点关注的是台风路径与强度变化，上海台风协作研究组（1974a，b）和福建省气象局雷达站（1974）是这期间较早涉足台风暴雨及其预报研究工作的单位，分别关注了华东地区24~48 h台风暴雨预报、华东台风降水定量分析和雷达回波同台风降水分布的关系。“75.8”河南台风特大暴雨的出现，对我国基础薄弱的台风暴雨及其预报研究起到了极大的推动作用，并在很短时间内集中了相关政府部门、科研机构及高校的科研力量进行“75.8”特大暴雨大会战（董克勤和晋文，1976）；1979年出版的台风专著《西太平洋台风概论》（陈联寿和丁一汇，1979）无疑是经典之作，对台风暴雨机理及预报进行了很好的总结。“75.8”特大暴雨的发生有力推动了后来我国与暴雨相关的科学研究，也才有“七五”和“八五”期间暴雨重大攻关项目与相关科学试验。2006年召开“香山科学会议”第275次学术讨论会，推动了我国专门针对台风的国家重点基础研究发展计划（973计划）项目立项。伴随着这期间各类科学研究项目与科学试验的实施，台风暴雨领域新的研究得以迅速展开。
恰逢新中国建立70周年之际，为了梳理1949年以来我国台风暴雨及其预报研究进展，针对不同研究内容和方向，本文试图从台风暴雨形成机理、台风暴雨专题研究、台风暴雨预报研究和台风暴雨研究新动向等四个方面进行回顾总结，并在此基础上给出小结与展望。
1 台风暴雨形成机理近几十年来，我国许多学者从不同角度专门针对台风暴雨的影响因子及形成机理进行了很好的回顾和总结（陈联寿，1977；李江南等，2004；程正泉等，2006；Chen et al., 2010；丛春华等，2011；陈联寿等，2017；陈联寿和许映龙，2017）。陈联寿（2007）研究指出，登陆台风暴雨问题与三个方面的因子有关，即: (1)登陆台风内部中尺度对流系统的生消；(2)登陆台风与其环境大气的相互作用；(3)登陆台风与下垫面的相互作用。为此，就现有研究工作中关于TC暴雨成因方面取得的成果简要回顾如下。
1.1 大尺度环境场对TC暴雨的影响环境条件是指台风外围的大气环境，包括水汽输送或急流、冷空气或西风槽、垂直风切变、台风倒槽与东风波以及其他环境条件。
(1) 水汽输送或急流。稳定的水汽输送是台风暴雨产生的重要条件（丁治英和陈久康，1995；李英，2004；李英等，2005；段丽和陈联寿，2005；程正泉等，2009；Lee等，2011），这样的水汽输送往往与低空急流有关。
(2) 冷空气或西风槽。冷空气侵入台风的强度和位置不同，对降水影响的差异较大（陈联寿和丁一汇，1979），低层适度冷空气入侵或西风槽的作用可以加强台风降水（孙建华和赵思雄，2000；孙建华等，2005；钮学新等，2005；Chen，2006；梁军等，2008；李英等，2010）；河南“75.8”、台湾“67.10”特大暴雨过程均与冷空气活动有关（陶诗言等，1980）；西风槽是影响TC远距离暴雨的重要系统（朱洪岩等，2000），且西风槽有利于TC变性（李英等，2006）和导致中尺度系统强度发生变化（孟智勇等，2002）；台风环境场斜压锋面结构及其强度与台风暴雨强度有正相关（徐祥德等，1998）；TC变性会导致其强度和结构发生显著变化，变性加强TC是其降水增幅的一个可能原因，两者之间的联系还有待深入研究（董美莹，2010）。
(3) 垂直风切变。垂直风切变对于TC降水分布有重要影响；当垂直切变较强时，强对流和最大降水易出现在切变线下风方向的左侧（Chen，2006）。
(4) 台风倒槽与东风波。台风倒槽在有利的环流配置下易产生暴雨（孙建华和赵思雄，2000；孙建华等，2006）。如20世纪6718号热带风暴Carla外围东风波与冷锋系统相遇在迎风坡喇叭口地形形成了“67.10”台湾新寮特大暴雨，其24 h累积降雨量高达1672 mm（陶诗言等，1980）。
(5) 双台风。当出现双TC相互作用且一个弱的TC或残涡并入另一个TC时，易增强TC降水（于玉斌，2007；Wu et al., 2010）。较多研究表明（Xu et al., 2011；漆梁波和曹晓岗，2013；Xu and Du, 2015；Yu et al., 2015；谢惠敏等，2016），双TC相互作用时，一个TC对另一个TC在水汽输送上具有重要贡献。
(6) 其他环境条件。当由于某种原因，如受大陆高压阻挡、进入两环副高之间断裂区等，使得TC移动变得缓慢时易出现暴雨加强(Chen，2006；Gao et al., 2009；Yen et al., 2011；Lee et al., 2011)。
1.2 下垫面对TC暴雨的影响下垫面条件是指TC在移动过程中所经历的下垫面状况，如山地、海岸线、城市、水面、湿地等下垫面。有关模拟研究和诊断分析结果均显示，山地地形对TC降水具有显著的增强作用（陈联寿和丁一汇，1979；陶诗言等，1980；Meng et al., 1996；蔡则怡和宇如聪，1997；Wu，2001；Lin et al., 2002；Wu et al., 2002；钮学新等，2005；段丽等，2006；冀春晓等，2007；Lee et al., 2011）。海岸线的分布既能影响TC暴雨的落区，也能影响暴雨的强度（郑庆林等，1996），通常TC右侧的降水要强于左侧。另外，“城市热岛”在TC强降水过程中也可能发挥重要作用（曾智华等，2002)，因为城市化下垫面粗糙度增加了对登陆热带气旋暴雨的增幅作用（杨挺等，2018）。此外，水面(如湖泊、水库)和湿地也有利于登陆台风的环流维持和降水加强（李英和陈联寿，2005）。
1.3 TC内部动力和结构对其暴雨的影响TC内部条件是指TC环流内的螺旋云带或螺旋雨带、活跃于其间的中小尺度系统以及云微物理过程等。中小尺度系统是台风暴雨的主角（陶诗言等，1980；姜勇强等，2003；徐祥德等, 2003, 2004；孙建华等，2006；孟智勇等，2002），涡旋Rossby波理论很好地解释了这一现象（余志豪，2002；Lin et al., 2018）；环境条件或下垫面条件与TC相互作用能够产生中尺度系统活动从而易于加剧暴雨发生（李英和陈联寿，2005；冀春晓等，2007)，而这种作用通常是通过涡旋Rossby波传播的途径使TC得以增强（罗哲贤等，2002）；云微物理过程与TC降水存在密切联系（Tao et al., 2011；卓鸿，2012）。
2 台风暴雨专题研究 2.1 “75.8”特大台风暴雨研究1975年8月3—4日，7503号超强台风“Nina”分别在台湾花莲和福建晋江登陆，之后减弱为热带低压，经江西南部到达湖北，之后又转向东北方向进入河南。因台风移动受阻停滞、持续不消，在河南南部驻马店地区造成历史罕见特大暴雨，暴雨中心最大过程雨量(8月4—8日)达1631 mm（丁一汇等，1978）。此次暴雨造成位于淮河上游的板桥和石漫滩两座大型水库、两座中型水库和58座小型水库垮坝，致使长102 km的京广铁路线被冲毁、行车中断18 d，死亡人数超过2.6万，直接经济损失超过100亿元。这次特大暴雨过程引起了相关政府部门、科研机构及高校的高度重视。1976年2月10日—4月25日，“75.8”特大暴雨会战组分别在北京、南京、郑州三地对其组织了大规模(26个单位，208人)的分析和研究（董克勤和晋文，1976），北京研究组、南京研究组和郑州研究组分别负责动力诊断、成因分析和预报研究（“75.8”暴雨会战组, 1977a, 1977b），并迅速在暴雨雨情特征、天气尺度系统配置、暴雨中尺度分析、地形对暴雨的增幅作用和台风暴雨预报新方法“(落区法”)等5个方面取得重要进展（陶诗言等，1980；赵思雄和孙建华，2012；丁一汇，2015）。
自“75.8”特大暴雨发生以来的40余年，我国专家、学者们对其研究一直未曾间断（陈联寿，1977；谢义炳等，1978；丁一汇等，1978；Tao and Ding, 1981；Ding and Reiter, 1982；赵思雄和周晓平，1984；丁一汇，1994），并从多方面取得研究新进展、获得新认识，主要体现在如下几点。
(1) 特大暴雨主要特点。该过程持续时间长、雨量大、范围集中、雨强之大极为罕见。暴雨主要历时5 d (1975年8月4—8日)，创中国大陆台风暴雨过程单站降水量极值(1 631 mm)和日降水量极值(1 062 mm，河南泌阳县林庄)，且林庄站最大1、3、6、12 h降水量分别为189.5、495.0、830.0、954.4 mm，均为中国有气象记录以来降水最大值，其中6 h降水量甚至突破全球降水记录；最强雨带呈西北—东南向，位于伏牛山迎风坡，雨带长约120 km、宽50 km；过程降水量大于400 mm的面积超过19 410 km2、大于200 mm的面积超过44 000 km2，均极为罕见（丁一汇，2015）。
(2) 特大暴雨成因。暴雨尤其是特大暴雨或持续性暴雨均由多种环流和天气系统(包括行星尺度、天气尺度、中尺度和小尺度系统)相互作用所形成（陶诗言等，1980）。“75.8”特大暴雨正是多种环流和天气系统相互作用的结果:一是在特大暴雨发生前，行星尺度环流发生调整，贝加尔湖东侧和中国东部分别出现稳定的阻塞高压和大陆高压，致使Nina台风停滞和徘徊20余小时（“75.8”暴雨会战组，1977a）；二是台风登陆后，低空偏东急流源源不断地将水汽输送至台风内部使其强度维持，同时北方中低层南下弱冷空气增强了斜压性和抬升作用，成为暴雨的触发机制（陶诗言等，1980）。
(3) 动力诊断加深了对特大暴雨成因的理解。动力诊断分析（谢义炳等，1978；“75.8”暴雨会战北京组，1979）表明，“75.8”特大暴雨包含三次降水过程，均表现出暴雨区西侧冷平流和东侧暖平流同时加强；对比6种强迫物理因子对垂直运动的相对作用显示，潜热作用是第一位的，其次是温度平流；低层地形与摩擦也很重要，而其他因子的作用较小。
(4) 中尺度分析揭示了特大暴雨期间频繁的中尺度雨团生消、移动和强度演变特征。经中尺度分析（“75.8”暴雨会战组，1977b）发现，1975年8月7日19—21时(北京时，下同)最大雨强出现的3 h内，有3个强中尺度雨团在板桥水库以南先后合并成一个强雨团，因其迅速增强，造成板桥水库雨强达到突破当时气象纪录的189.5 mm·h-1；中尺度系统在流场上较为清晰，表现为风辐合线，上空为中尺度辐合区，存在于雨团中心上风方，这一低空辐合区为雨团发生发展提供了触发条件；大暴雨落区主要取决于中尺度位势不稳定区、水汽辐合区与中尺度触发机制共同存在或重合区，而这一区域比潜在暴雨落区要小得多。
(5) 地形对特大暴雨的增幅作用。相关研究（“75.8”暴雨会战北京组，1979；丁一汇等，1978）显示，“75.8”特大暴雨过程中地形可能起到两方面的作用:一是强迫抬升和辐合作用造成的暴雨增幅，小地形降雨增幅约为23 mm·h-1，相当于总降水的1/4~1/3；二是积雨云与层云的微物理相互作用造成暴雨增幅，分析积雨云和层云相互作用可间接证明这一点，即积雨云在有利地形地区得到强烈发展并与层状云叠加形成混合型云，云层中小水滴被积雨云中强上升气流带到高层过冷水区，并通过冷云核化和胶性不稳定过程转化成大冰晶，随后在下落时又通过层云区进行自然播撒，最后成长为大雨滴。
2.2 “莫拉克”极端台风暴雨研究2009年8月7日和9日，0908号台风“莫拉克” (Morakot)分别在台湾花莲和福建浦霞登陆，台湾南部、福建和浙江均出现有气象记录以来极值雨量，台湾阿里山过程雨量高达3 059.5 mm，8日和9日连续2 d的24 h累积降水量均超过1 500 mm；福建东北部和浙江东南部过程降水量达300~500 mm，其中福建柘荣乍洋站高达739.3 mm（任福民等，2011）。“莫拉克”在台湾岛导致位于旗山溪上游的甲仙乡小林村被泥石流掩埋，造成673人死亡、26人失踪，经济损失超过195亿新台币（刘爱鸣和高珊，2011）；“莫拉克”在大陆共造成浙江、福建、安徽、江西、江苏、上海6省(市)1 157.5万人受灾，死亡12人，失踪2人，直接经济损失达128.2亿元。“莫拉克”极端台风暴雨发生不久，就迅速引起科学界广泛关注。2010年3月25—26日在台北市召开了台风Morakot国际研讨会，会上特别指出了人们对台风认识的不足和先进预报工具的缺乏，希望通过改善人们对台风的认识和研制先进的预报工具以实现对类似极端降水和洪水事件的预警。对这次会议，Lee等（2011）专门做了总结，并于2011年12月在《Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences》(TAO)上出版了一个题为“Typhoon Morakot (2009): Observation, Modeling, and Forecasting Applications”的专刊，其内容涵盖“莫拉克”台风环流和结构的观测分析、中尺度模式模拟、资料同化技术和预报检验。本节主要基于上述专刊论文并结合其他研究工作，对导致“莫拉克”极端暴雨的主要原因归纳如下：
(1) 强劲的西南季风与水汽输送。“莫拉克”极端暴雨是台风与季风环流相互作用的结果（Ge et al., 2010；Hong et al., 2010；Chien and Kuo 2011；Van Nguyen and Chen, 2011），西南气流充沛的水汽输送至关重要（Lin et al., 2011；Tao et al., 2011）；同时，热带风暴Goni对西南气流的水汽输送以及极端暴雨的增强作用也受到关注（Qian, 2010）；有人（Wu and Yang, 2011；Liang et al. 2011）通过多尺度分析，从观测和模拟角度揭示了大尺度季风涡旋对极端暴雨的重要作用。
(2) 横跨台湾海峡的东西向对流带。Chuang和Wei（2010）对雷达资料的分析发现，位于台湾岛以西横跨台湾海峡、呈东西向的那条雨带是由台风环流与西南季风气流的显著汇合所致；唐玉霜（2010）进一步揭示了位于台湾岛西南侧附近的这条雨带在该汇合区不断重复生成的事实；另外一些研究（Chuang and Wei, 2010；唐玉霜，2010；周仲岛等，2010）证实，台风暴雨过程中深对流单体不断建立并沿辐合区自西向东移向台湾中央山脉的事实。
(3) Morakot穿越台湾岛时移速缓慢。不少研究关注了Morakot移速与降水之间的关系。Kuo等（2010）分析认为，许多特大暴雨都与穿越台湾岛及其海峡的台风移速缓慢有关；事实上，Morakot台风是移速最慢的台风之一，使得海峡两岸特别是台湾岛出现极端暴雨。随后，Chien和Kuo（2011）研究发现，Morakot登陆前、登陆期间乃至离开台湾岛之后的移速均异常偏慢，这是造成极端暴雨的重要原因。另有较多研究（Wu et al., 2011；刘爱鸣等和高珊，2011；Lee et al., 2011；Yen et al., 2011；Wang et al., 2012；Wu，2013）也进一步证实了极端暴雨产生的这一关键原因。此外，对Morakot移动缓慢的原因，Chien和Kuo（2011）与Wu等（2011）还分别从台风Etau的影响与MJO及准双周震荡的角度给出了解释。
(4) 陡峭地形对暖湿气流的剧烈抬升。台湾西南部陡峭地形直接导致了Morakot台风降水增幅（Fang et al., 2011；Huang et al., 2011；Xie and Zhang, 2012）。Yu和Cheng（2013）指出，大范围地形增强降水和降水极大值仅局限于北面迎风坡，而最强降水易发生在南面山峰附近；北面迎风坡降水可解释为上坡抬升，而南面降水增幅则可能主要与云微物理过程有关。Xie和Zhang（2012）研究表明，地形坡度、水平风强度、西南上坡气流内对流层中低层水汽含量是影响降水落区及强度的主要因素。
2.3 远距离台风暴雨研究陈联寿（2007）将台风远距离降水定义为: (1)降水发生在台风范围之外；(2)该降水与台风存在着内在的物理联系。据此，可清晰界定台风远距离暴雨与台风本体暴雨。台风远距离暴雨通常是中纬度系统与台风相互作用的产物。由于中纬度系统的多样性，使得其相互作用十分复杂。中纬度系统和台风对远距离暴雨具有如下作用（丛春华等，2011）:中纬度系统的作用是提供有利于暴雨产生的大范围环流背景，如高低层辐合辐散形势、中高层低槽(低涡)、低层代表冷空气的偏北气流等。台风的作用包括:台风外围环流向暴雨区输送能量和水汽；作为强扰动源，向中纬度频散能量触发对流；与周围系统相互作用，使大气环流调整到有利于暴雨形成的形势。从与台风发生相互作用的中纬度系统的角度，可将台风远距离暴雨主要归纳为以下几种类型：
(1) 西风槽(或冷锋)型。蒋尚城和谢安（1981）、蒋尚城（1983）最先研究中低纬系统相互作用下的台风远距离暴雨，认为中纬度槽扮演着重要角色，其中低空急流起到“桥梁”作用；此类形势下台风降水易表现出不对称分布（陶祖钰等，1994）。另有学者（孙建华和赵思雄，2000；朱洪岩等，2000；孙建华等，2005；张弘等, 2006a, b）分别研究了中国北方不同地区的暴雨，均涉及此类台风远距离暴雨。
(2) 东北冷涡型。20世纪80年代，我国气象工作者研究了东北冷涡造成的台风远距离暴雨。丁一汇等（1980）最先研究华北暴雨指出，华北暴雨大部分出现在2个或2个以上天气系统的相互作用或相互叠加下，其中，高空冷涡与台风相互作用是主要的形式之一；之后，孙建华等（2005）对华北暴雨的进一步研究发现，东北冷涡是造成华北暴雨天气的主要影响系统之一，东北冷涡型远距离台风暴雨约占华北暴雨个例总数的32.2%。此类远距离台风的作用主要是为台风东侧东南低空急流提供水汽输送。这一认识得到了学术界广泛认同。
(3) 西南涡型。陈忠明等（2002）研究发现，一个活跃于南海的热带气旋通过其北侧东南低空急流向北伸展，与四川盆地一个西南涡环流贯通，激发低层气流辐合和正涡度持续增长，促使西南涡暴雨加强。周国兵等（2006）的模拟研究进一步证实了这类现象，西南涡受中心位于台湾附近的台风“桑达”的阻挡，台风西侧吹入内陆的东北气流与西南涡气流辐合并触发低涡附近的特大暴雨过程。
(4) 弱冷空气型。孙建华等（2006）对“96.8”河北特大暴雨的研究显示，9608号台风Herb登陆减弱后，在副高西侧暖湿气流引导下继续北上，与此同时，西风槽位于东北地区并距台风中心较远，但低层有弱冷空气从我国东北地区扩散南下与台风低压东侧的东南风急流在河北南部相遇，暖湿空气在弱冷空气形成的低层冷垫上爬升，进而导致特大暴雨。
(5) 副热带高压调整型。相关研究（孙建华和赵思雄，2000；孙建华等，2005）表明，当洋面出现未登陆台风北上时，副高往往随之北抬，构成华北大暴雨的一种典型环流形势；另有一些研究（谢金南和卓嘎，2000；卓嘎等，2000）表明，台风活动频数与西北地区东部降水之间存在统计联系；李春虎等（2002）探讨了其中的可能机制，结果表明，副热带高压可能是联系台风活动和西北旱涝之间的一个“纽带”或“中介系统”，台风与副热带高压的相互作用使副高闭合中心位置西伸、强度增加；这种态势有利于东南暖湿气流深入内陆更远的地区，进而影响西北地区东部的降水状况。
2.4 台风暴雨诊断方法研究诊断分析是认识机理、了解各种物理过程和动力过程相对作用的重要手段，其应用范围非常广泛，也是现代天气动力学中常用的研究方法。针对基于特定方法的台风降水诊断分析，简要总结如下：
Q矢量包含了大气中的动力学和热力学信息，是诊断垂直运动的一种先进方法；Q矢量的方向总是指向气流上升区而背对气流下沉区（姚秀萍等，2012）。自Hoskins等（1978）提出Q矢量概念之后，Q矢量得到了不断发展并被广泛应用于天气诊断分析研究（岳彩军，2014）。早期研究（邓之瀛和杨美川，1998；姚秀萍和于玉斌，2000；Yao et al., 2004）均发现，Q矢量散度辐合区与暴雨区位置十分一致；姚秀萍与于玉斌（2000）、Yao等（2004）、颜琼丹与蔡亲波（2006）研究指出，湿Q矢量散度辐合区能较好地预报出未来6 h降水落区，且其中心数值大小与未来6 h降水强度存在正相关对应关系；后来，结合“海棠”台风暴雨过程，岳彩军（2009）、岳彩军等（2017）和Yue等（2016）利用改进的湿Q矢量揭示了暴雨中心上空的Q矢量散度垂直结构与变化特征，从不同角度探讨了台风降水非对称分布特征及雨强差异的可能成因。
位涡作为一个综合反映流体动力学和热力学性质的物理量，是在Hoskins等（1985）首次从理论上全面、清晰地阐述了位涡反演理论之后才逐渐受到气象学者的广泛关注（吴国雄等，1995；费建芳等，2011）。将位涡或湿位涡应用于台风暴雨诊断主要集中在10 a之前（于玉斌和姚秀萍，2000；赵宇等，2004；薛根元等，2006；靖春悦等，2007；陈德花等，2008；黄亿等，2009；刘峰等，2011），结论主要集中于两方面：一是高空高位涡冷空气的下传有利于位势不稳定能量的释放进而使得暴雨增幅；二是陡立等熵面密集区可作为判断强降水发生的重要判据。
陆慧娟和高守亭（2003）提出了螺旋度的概念，该概念在一定程度上不仅能反映天气系统的维持状况，还能反映系统发展、天气现象的剧烈程度。余贞寿等（2009）将螺旋度应用不同台风个例降水研究发现，对于预报台风强降水落区，垂直螺旋度比水平螺旋度更具有优势，表明垂直螺旋度对预报强降水有较好的指示意义。
Gao等（2005）率先将大气中水汽和云中水凝物(云水、雨水、云冰、雪及霰等)的变化方程结合起来, 得到二维地面降水诊断方程，从而将与降水有关的大气中水汽和云的演变过程在同一框架下进行定量分析研究。Cui和Xu（2009）将该方程应用于对台风Kaemi降水过程的研究显示，时间平均和区域平均雨强主要取决于大尺度辐合和局地蒸发耗散。Huang等（2016）进一步发展了三维地面降水诊断方程，而王晓慧等（2019）基于该诊断方程对“苏迪罗”台风海上活动时段的降水物理过程模拟诊断指出，三维水汽通量辐合辐散率对TC环流区域内降水相关的水汽相关过程变率的变化起主导作用，但环流区域内垂直积分负的水汽局地变化率和海面蒸发率亦有重要贡献(尤其是后者)。这一期间，基于上述地面降水诊断方程开展了更多的云微物理方面的研究（详见本文第4.1节“云微物理研究”）。
此外，许娈等（2013）和汪亚萍等（2015a）研究了不同动力因子对台风暴雨的指示意义，楚艳丽等（2013）和冉令坤等（2013）提出了波作用密度及其意义，而另一些研究（周冠博等，2012；刘海军等，2013；王黎娟等，2013）则探讨了散度垂直通量的诊断作用。
2.5 台风暴雨气候特征研究陈联寿和丁一汇（1979）给出了10种台风在不同登陆地区和不同路径上的降水量分布统计结果，并指出: (1)在登陆华南的西行台风中，主要暴雨中心经常出现在其路径左侧，而登陆华南地区的北移台风，则经常出现在其路径右侧；(2)登陆华东地区的台风，主要暴雨中心多数出现在路径的右侧，但登陆浙江北部的台风和一部分登陆浙江中南部并向西移动的台风，降水中心易出现在路径的左侧或两侧；(3)登陆广西东部和福建省而偏北移动的台风，除路径右侧出现暴雨中心外，在移向的前方易出现另一片暴雨中心，它往往是台风与中纬度系统相互作用的结果。
陶诗言（1980）分析1953—1977年不同等级24 h降水量极值空间分布指出，台湾岛、海南岛、大陆沿海以及河南、安徽等地的极值都是由台风所致，其中超过1 000 mm日降水量主要在台湾和大陆部分地点出现；同时，给出7—9月逐月台风降水占总降水的百分率地理分布，指出浙江南部、福建、广东沿海以及海南岛和台湾岛占比超过50%。台风降水研究应建立在可靠的台风降水资料基础之上，目前识别台风降水的方法包括主观识别法和客观识别法两大类。上海台风研究所提供的基于专家主观识别法的台风降水资料一直是应用最广泛的资料之一（毛夏等，1996；程正泉等，2007；Ying et al., 2011）。任福民等(2000, 2011)和Ren等（2007）发展和完善了一种台风降水识别的客观方法即客观天气图分析法(OSAT)，该方法在台风降水研究方面应用广泛（Ren et al., 2002, 2006, 2018；王咏梅等，2008；林小红，2008；姚丽娜等, 2013, 2017；Chang et al., 2012；刘通易等，2013；Su et al., 2015；张霏，2015；谢惠敏等，2016；Luo et al., 2016；夏侯杰等，2017；王坚红等，2018；Jiang et al., 2018；Qiu et al., 2018；丁晨晨等，2019；Jia et al., 2019）。
在空间分布上，除新疆全境以及西藏、青海、甘肃和内蒙古四省区的西部地区外，全国其余地区均直接受到西北太平洋台风的影响，年台风降水量占总降水的比率在我国东南和华南沿海地区一般达到20%~ 40%，比率向北向西迅速减小（Ren et al., 2002, 2006；程正泉等，2007；王咏梅等，2008）；针对不同强度热带气旋(TC)对中国降水变化影响的分析显示，台风降水的影响范围主要由强TC (即强度达到台风级别以上)所决定（杨慧等，2019）。毛夏等（1996）统计分析了华南台风特大暴雨的基本特征，给出了不同时段、不同地区、不同路径台风小时特大暴雨以及日特大暴雨和过程特大暴雨的分布规律；姚丽娜等（2013；2017）研究了TC衰减成为热带低压后24 h内发生暴雨的TC个例及其气候特征，结果表明，广西东部、广东、福建南部是产生此类暴雨的主要地区。
在时间变化上，过去几十年全国台风降水总量表现出显著的下降趋势，主要原因是过去几十年影响中国的台风频数呈现明显减少趋势（Ren et al., 2002, 2006）；在台风降水盛期(7—9月)，台风降水在华东和华南地区呈现偶极子型同时模态（刘通易等，2013），华南台风降水呈显著减少趋势（吴胜安等，2007；刘通易等，2013；Li and Zhou, 2015；Jiang et al., 2018）；影响长江以南地区单个TC的降水量呈显著增加趋势（Ying et al., 2011；Zhang et al., 2013）。
3 台风暴雨预报研究简要回顾预报台风暴雨，首先要准确预报台风路径，特别是报准台风近海路径、登陆地点和陆地路径。这是台风暴雨预报的前提。一次台风暴雨预报包括四个基本问题，即有无暴雨或特大暴雨、暴雨的落区落点、雨量和持续时间（陈联寿和丁一汇，1979）。“75.8”特大暴雨发生之时，我国尚未有数值预报系统（陈德辉和薛纪善，2004）。“75.8”特大暴雨的发生，促进并加速了中国暴雨预报的发展步伐（丁一汇，2015）。之后，陶诗言（1980）、赵思雄和周晓平（1984）开始构建暴雨数值预报模式；赵思雄和周晓平（1984）对“75.8”特大暴雨用一个细网格的多层原始方程模式进行数值试验，强调了初始场中实测风对于暴雨的重要作用。蔡则怡和宇如聪（1997）利用LASG－η模式对这次暴雨过程进行了数值模拟，模拟的降水极值达到实际降水中心的34%~49%。谭燕和陈德辉（2008）利用GRAPES中尺度有限区模式对“75.8”特大暴雨进行预报试验，结果表明，简单的集合平均在一定程度上能改善降水强度。
经过几十年发展，目前我国业务上有三个区域模式开展台风暴雨预报，即上海台风研究所GRAPES-TCM、广州热带气象研究所南海台风模式TRAMS和国家气象中心GRAPES-TYM。上海市气象局于20世纪60年代开始发展台风模式并不断对其进行改进，自2004年从GRAPES区域模式起步，通过引入涡旋重定位技术、提高分辨率、采用MC-3DVar同化方法、改进对流参数化方案和边界层物理方案等建立了GRAPES-TCM，预报区域为90°—170°E、0°—50°N，预报时效最长为72 h（马雷鸣，2014）。南海台风模式最早是在1990s年代基于热带区域模式(TL系列)发展起来的，2006年起改用GRAPES非静力模式框架建立了TRAMS预报系统，并持续开展技术方案和改进研究，目前为TRAMS-v2.0，预报区域为81°—161°E、0°— 51°N，预报时效最长为72 h（陈子通等，2010；2016）。国家气象中心基于GRAPES区域模式发展了区域台风数值预报系统GRAPES-TYM，于2012年7月投入准业务运行，之后不断改进模式分辨率、物理过程以及涡旋初始化技术，使预报能力稳步提升，预报区域为90°—171°E、0°—51°N，预报时效最长为120 h (张进等，2017；麻素红等，2018)。
MOS预报方法自提出以来（Glahn and Lowry, 1972）得到了广泛应用。刘还珠（1999）从四个方面总结了台风暴雨天气预报的主要进展: (1)天气概念模型。根据物理量场配置，总结出了天气动力诊断暴雨落区预报方法（王淑静等, 1997）。(2)数值预报产品动力释用。基于数值产品，研究分析天气形势分类与物理量因子的关系，如沈树勤和于波（1996）建立了华东热带气旋暴雨落区的预报方法。(3)相似方法。如陈焱等（1996），利用数值预报产品基本要素计算的物理量场，选取多个因子，并通过相似预报系统获得数个最佳相似，进一步作出各降水级别的概率预报。(4)基于非常规观测资料的预报方法。
近20 a，随着数值模式关键技术的不断发展，国内外基于动力模式、动力与统计结合针对台风降水预报研究成果不断涌现，任福民和向纯怡（2017）对这期间相关研究工作进行了回顾，其主要进展如下：
基于数值模式的台风降水预报研究成果不断涌现。第一类研究侧重于同化技术对模式初始场的改进（Zou and Xiao, 2000; Xiao et al., 2007；Zhao et al., 2012；Zhang and Pu, 2014）；第二类研究侧重于不同物理过程参数化的改进（薛根元等，2007；Ma and Tan, 2009；Yu et al., 2013）；第三类研究则关注集合预报方案的改进（Zhang et al., 2010；Fang and Kuo, 2013；Wu et al., 2010；张亚洲等，2011；Hong et al., 2015；陈博宇等，2016）。
动力-统计结合的台风降水预报方法研究受到较多关注。如利用数值模式的TC预报路径和历史观测降水，一些研究从气候平均角度作TC降水预报（Lee et al., 2006）。采用数值模式的TC预报路径和起报时刻TC雨强分布，一些学者开展TC降水预报研究（Liu，2009）。采用数值模式的预报要素场，通过动力相似判别进行TC降水预报研究（钟元等，2009；李博和赵思雄，2009）。此外，关于台风降水预报不同统计方法的研究也受到关注（贡九鼎等，1995；岳彩军等，2006；Wei, 2012a, b；Li et al., 2015）。
4 台风暴雨研究新动向 4.1 云微物理研究丁一汇等（1978）最早从“75.8”特大暴雨过程中云和降水的观测分析推断出积雨云与层云的微物理相互作用能造成暴雨增幅。此后20余年，主要由于资料匮乏以及研究手段如高分辨率数值模式缺乏，台风云微物理研究一直未受到关注。近20 a年，随着卫星、雷达资料不断丰富以及高分辨率数值模式的快速发展，这一领域的研究才逐渐增多。总体上，这些研究可分为观测研究和模拟研究两大类。
在观测研究方面，早期不少学者（毛冬艳和程明虎，2001；何会中等，2006；钟敏等，2006；傅云飞等，2007）应用TRMM资料，分析了台风不同类型(层状云、对流性)或不同阶段(台风形成与成熟)降水的云微物理特征。后来，有人基于雨滴谱探测仪观测资料，开展了台风暴雨云微物理观测研究。如Chen等（2012）对Morakot台风暴雨的研究发现，外雨带和眼墙微观物理特性存在显著差异，相对于外雨带和眼区，眼墙的降水具有更宽的尺寸分布；外雨带和眼区易产生层状云降雨，而眼墙降水多属于对流性或混合性降水。又如吕童（2018）分析了多个登陆台风，指出登陆我国的台风系统有其独特的微物理结构，多数登陆台风表现出海洋性降水特征；整体来看，对降水率贡献较大的是1~3 mm的粒子，随着降水率增大，大粒子对雨强的贡献逐渐增大；雷达反射率因子(Z)和雨强(R)的Z-R关系，大西洋上台风的Z-R关系系数a、b相较于太平洋和印度洋的台风更大。另外，基于双偏振雷达的观测资料，Chang等（2009）对登陆台湾的台风进行了研究，认为海洋上的台风降水主要是海洋性对流降水，而陆上台风雨滴谱即雨滴尺度分布(RSD或DSD)介于海洋性和大陆性降水之间，推测这一结果可能是由台湾独特的地形造成的。Wang等（2016）通过分析台风Matmo (2014)登陆后雨带的微物理特征获得了关于内雨带的总体特征；Wu等（2018）和Wang等（2018）则分别关注了台风Nida (2016)外雨带和台风Matmo (2014)登陆后内雨带中的对流单体，并研究了其微物理结构在对流尺度上的精细特征。
在模拟研究方面，Zhu和Zhang（2006）、徐国强等（2007）和程锐等（2009）针对较低分辨率模式研究了不同云微物理方案对降水的影响。Tao等（2011）采用高分辨率数值模拟对比微物理和边界层参数化对Morakot极端降水的影响指出，暖水试验结果与控制试验结果在最大降水落区和雨量上的高度一致性意味着冰过程对地面降水只起到次要影响；相对于不同的边界层方案，试验结果对不同微物理过程更加敏感。Yang等（2011）对台风Nari (2001)进行了云分辨模拟，并分析了水汽和凝结收支以及台风登陆后其各自的变化，发现海洋表面蒸发是在150 km内向内水平蒸汽运输的11%，净水平水汽汇合达到净凝结的88%；登陆后在外雨带降水效率增加了10%~20%。卓鸿（2012）对Morakot (0908)台风的研究结果表明，台风中积云造成的强降水大于层云，积云区上升层深厚，平均上升速度最大时达到5.0 m·s-1，而台风中的层云降水区600—400 hPa为下沉气流，平均上升速度最大时仅为0.5 m·s-1左右；积云降水区中冰晶云的厚度从9 km延伸至17 km，过冷水层从6 km处到9 km，说明台风中含有大量的冰粒子和过冷水滴。Huang等（2014）对台风Morakot (2009)的模拟研究显示，在台湾中央山脉其降水强度与降水效率高度相关；伴随着大的对流单体自台湾海峡向东不断传播，降水效率、水汽凝结以及雨滴蒸发受到地形抬升的强烈影响；降水效率在海洋上时为60%~75%，而在中央山脉地区则高达95%；降水效率增强的次级原因是，当空气沿背风坡下滑且液相凝结变小时，冰相沉积比增加。
值得一提的是，针对强热带风暴“碧利斯”(0604)暴雨过程，国内开展了较多的云微物理模拟研究。如Ren和Cui（2014）的研究表明，云水的增加主要通过两个途径使暴雨增幅:一是云中雨水对云水的碰并收集促进雨水含量显著增加，二是云中雪粒子对云水的碰并使雪粒子含量增加，增加的雪粒子又被云中霰粒子碰并收集造成霰含量增长，进而由霰粒子融化为雨水。Cui等（2015）分析“碧利斯”8个不同强度等级降水显示，“云滴与雨滴碰并（Pracw）”和“霰融化造成雨滴增长(Pgmlt)”始终是雨滴的两个主要来源，但前者随降水强度增加而增强，而后者对弱降水的作用更大。汪亚萍等（2015b）通过对对流降水和层云降水的对比分析发现，暴雨增幅过程就是云中各种水凝物含量不断增加、对流降水不断增强扩大的过程，对流降水区雨滴的两个主要来源是上文提到的两个过程。刘圣楠和崔晓鹏（2018）研究指出，“碧利斯”降水强度越强、降水效率越高，暴雨发生前与发生时段的降水微物理过程存在显著差异。
4.2 极端降水研究极端事件指数由气候变化检测和指数专家组(ETCCDI，2005年成立)提出（http://etccdi.pacificclimate.org/list_27_indices.shtml；翟盘茂和刘静，2012）。其中，对极端降水的定义主要有两类指数，即绝对阈值(如日降水量大于等于20 mm、50 mm或更大)和相对阈值(如日降水量大于第95或99百分位)。
基于相对阈值定义，Wu等（2007）研究海南岛台风极端降水指出，其极端降水日数和极端降水总量呈上升趋势。Chang（2012）对比揭示了中国大陆和台湾的台风极端降水变化特征，并指出不同区域其变化特征表现出明显差异。Su等（2015）对东南沿海台风极端降水的研究表明，台风极端降水频次占总极端降水频次的比例随其强度明显增大，且超300 mm台风极端降水频次呈上升趋势。王晓等（2017）分析了“菲特”台风降水的极端性，指出其日降水量、小时雨强、过程降水量均大大超出极端降水的定义标准。Luo等（2016）参照日降水量并采用更高阈值水平(99.9百分位)开展了小时尺度极端降水研究，指出台风极端降水频次占总极端降水频次的8.0%，主要发生在沿海地区。
基于绝对阈值定义，王咏梅等（2008）、任福民等（2011）分析了中国台风极端降水，指出台风暴雨是我国东南沿海及部分内陆地区重要的极端强降水事件。陈联寿和许映龙（2017）将日降水量超过1 000 mm的台风特大暴雨称为极端暴雨，并分析了我国历史上造成极端暴雨的7个台风后指出，台风极端暴雨具有其显著的共性成因。而Hong等（2010）、Tao等（2011）未引入阈值定义而直接将台风Morakot的降水视为台风极端降水来研究其成因。针对台湾岛小时尺度极端降水，Wu等（2017）基于广义极值(GEV)分布，对比了5、10、20 a一遇以及100 mm·h-1不同强度极端降水的特征，并指出台风极端降水频次超过总极端降水频次的四分之三。
近来一些研究从新的视角探讨了不同区域中国台风极端降水的形成原因。着眼于台风过程中出现的单站最大日降水(即台风降水中心)，选择绝对阈值50 mm来定义台风极端降水。如夏侯杰（2017）、Qiu等（2018）、Jiang等（2018）分别研究了我国两广地区、东南沿海和海南岛的台风极端降水特征及成因。谢惠敏等（2016）分析了超强台风丹娜丝对1323号强台风“菲特”极端降水的作用。夏侯杰等（2017；2019）的研究表明，两广地区台风极端降水频数和强度的大值中心主要位于雷州半岛至广西沿海，造成该区域极端降水的台风路径主要为西行路径，台风移速慢和南海夏季风强度增强均有利于产生极端降水；进而夏侯杰等（2019）进行的南海夏季风减弱模拟研究表明，夏季风削弱后，南海地区的西南季风受到抑制，台风强度减弱，台风范围内降水强度总体减弱，台风雨带偏南，因此南海夏季风强度减弱不利于极端降水的产生。Qiu等（2018）的研究显示，我国大陆东南沿海台风极值降水分布呈现北部型、中部型和南部型，各型分界点分别在温州和福州；其中，中部型极端降水强度最强，其中心在柘荣，造成极端降水的台风路径主要为西—西北路径，地形作用是影响台风极端降水分布的关键因素，而台风路径、强度、移速、暖心结构等都是影响台风极端降水的重要因素。Jiang等（2018）研究指出，西部昌江是海南岛极端降水量值和频次的中心；影响海南岛TC极端降水强度和落区的主要物理因子包括TC自身物理因子、环境场和地形。
4.3 预报方法研究对于台风暴雨预报研究进展，上文主要从NWP模式和动力-统计结合方法两方面进行了简要回顾。改进NWP模式预报误差的途径主要有两条:一是发展NWP模式，二是发展动力-统计结合的方法。途径一是主流，是正面解决问题的办法，需要面对关键技术如模式动力框架、物理过程参数化、资料同化和模式分辨率等（陈德辉和薛纪善，2004；Bauer et al., 2015）。途径二也很重要，是巧妙解决问题的办法，关键科学问题是如何将动力模式与历史资料进行有效结合（Charney，1969；丑纪范, 1974, 1986），即如何将动力模式的最大优势(预报的台风路径)与丰富的历史观测资料相结合，同时解决好动力-统计领域已有研究对如预报(或观测)的台风路径等具有明确物理含义的因子重视不足的问题。
近年来，针对台风降水预报研究变得活跃起来（Hong et al., 2015；陈博宇等, 2016；任福民和向纯怡，2017；姜丽黎，2018；李侃，2018；Ren et al., 2018; 丁晨晨等，2019；Jia et al., 2019）。针对面向业务应用的若干台风降水预报方法研究介绍如下。
(1) 台湾地区集合台风定量降水预报(ETQPF)模型。该模型由Hong等（2015）专门针对台湾地区发展而成，其基于现有集合预报系统(EPS)，采用特定的台风路径标准筛选得到的多个台风个例的预报进行平均从而实现预报。该模型类似于业务中应用的气候学模型，而不同之处在于ETQPF模型使用EPS的定量降水预报(QPF)替代了历史观测的降水。他们利用2010年两个台风Fanapi和Megi定量评估了ETQPF模型的预报性能，结果显示，该模型能够提供合理的台风降水预报，表现出重要的业务应用价值。同时，对ETQPF模型进行不同预报路径的敏感性试验表明，更准确的路径预报输入将获得更好的台风降水预报。
(2) 集合成员优选技术。陈博宇等（2016）研制了一种针对登陆台风暴雨过程预报的集合成员优选技术。他们利用ECMWF预报降水和台风路径集合预报以及中央气象台实时业务台风中心定位资料，发展形成了一种业务上可用的针对单模式集合预报的台风降水实时订正技术。此外，针对ECMWF模式的51个成员，集合成员优选技术主要依据预报过程中短时效内每个成员对降水预报的评分效果，及时筛选更新集合成员，从而改进较长时效的台风降水预报效果。试验结果表明，在登陆台风暴雨过程预报中集合成员优选技术对改进集合统计量降水产品有明显的帮助，并较ECMWF确定性预报产品有一定优势。该方法对改进短期时效预报产品的效果优于中期时效预报，对大暴雨评分的改进高于暴雨和大雨。
(3) TSAI指数。Ren等（2018）发展了一个热带气旋(TC)路径相似的面积指数(TSAI指数)，其物理含义清晰，代表了两条TC路径及其首尾连接线所围成范围的面积；其面积越小，两条TC路径越相似；进而将该指数应用于2012—2016年21个登陆华南台风降水预报试验，结果表明，在台风过程强降水预报效果上优于ECMWF、GFS和T639数值模式（丁晨晨等，2019）。Jia等（2019）将该方法应用于2018年10个登陆中国台风降水的预报试验，结果显示，在强降水预报效果上总体优于数值模式。该方向的研究正逐渐向动力-统计相似集合预报新方法上集中，且逐步推向业务应用，如2019年3月厦门市气象台已建立相应的登陆台风过程降水预报业务系统，而国家气象中心和海南省气象台正在分别开展国家级和省级登陆台风过程降水预报业务系统建设。
5 小结与展望河南“75.8”特大暴雨对中国台风暴雨及其预报研究而言是一个里程碑式的标志性事件，甚至对我国暴雨及其预报研究而言也是如此（丁一汇，2015；高守亭等，2018）。面对“75.8”特大暴雨暴露出来的在模式预报手段上的缺乏、在观测资料上的匮乏乃至研究方法的不足等问题，我国气象科技工作者后来在数值模拟研究和数值预报系统建设以及动力诊断、中尺度分析、多尺度相互作用等研究方法上做了大量针对性探索研究。经过几代人的努力，对台风暴雨形成机理获得了多方面的新认识和新成果:认为台风内部中尺度对流系统、大尺度环境场和下垫面的共同复杂作用影响着台风暴雨的强度和落区（陈联寿等，2017）；在预报手段上，目前业务上我国建立了引进与自主研发协调发展的三个台风区域模式(上海台风研究所GRAPES-TCM、热带所南海台风模式TRAMS和国家气象中心GRAPES-TYM)。但也要看到，仍有不少问题有待解决，如精细观测资料的缺乏和现有观测资料的应用不足并存、诊断分析手段多样性但应用特别是综合应用不足、台风模式发展在涡旋初始化和物理过程参数化等关键技术上有待突破。
加强外场观测试验以获取新的观测资料，对于台风暴雨机理研究乃至模式物理过程参数化的发展无疑十分重要（雷小途等，2017)；FY-4云导风在GRAPES_RAFS中的同化应用显示了其对台风降水预报的正贡献（万晓敏等，2019），未来如何加强现有观测资料特别是FY-4卫星资料在业务乃至目标观测试验中的应用值得期待。台风降水的复杂性使得台风模式的每一点进步都能在降水预报/模拟上得到体现。就台风模式发展而言，未来应在三个方向上继续加强（马雷鸣，2014）:一是在台风涡旋初始化方面加强卫星和雷达等资料的合理应用；二是在物理过程参数化方面兼顾发展适用于台风的对流/云微物理、边界层参数化以及辐射过程参数化；三是加快发展集合预报技术，更好地反映台风变化及模式预报的不确定性。此外，有关诊断分析方法，如Q矢量、位涡、螺旋度、波作用密度或加速度迁移项（高守亭等，2013），各有优点和局限性，今后应在进一步突出其优点、降低其局限性方面开展深入研究；考虑到国外已开展了多种诊断分析方法之间的有机融合研究并取得良好效果（岳彩军，2014），未来应针对诊断分析方法在台风暴雨预报上开展综合应用试验研究，将诊断分析方法与数值模式释用方法有机结合无疑能提升台风暴雨预报水平。另外，近些年工智能技术在气象上特别是在天气预报中取得了一些进展（McGovern et al., 2017），未来如何将人工智能技术应用于台风降水预报，是一个值得探索的科学问题。
致谢：张大林教授对本文的构思与撰写提出了宝贵意见，谨致谢意！
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