引言

2005年第9号台风麦莎登陆时风力大, 浙江省普陀风速达45. 2m·s^-1, 其破坏力强, 是近年来登陆北上影响我国东部沿海海域及华东、华北南部和东北地区南部极少数几个台风之一; 也是继1997年8月18日登陆浙江温岭、穿过华东, 在辽宁营口再次登陆的9711号台风(该台风造成147人死亡, 3249人受伤)之后, 对我国东部及沿海影响最严重的台风。且登陆后影响时间长, 影响范围广。它先后影响福建北部、浙江、上海、江苏、安徽大部、山东、天津、河北东北部和辽宁中南部等地, 给这些地区带来强风和暴雨, 致使很多地区出现严重洪涝和山体滑坡、泥石流等次生地质灾害。仅浙、沪、苏、皖受灾人口竟达1600万, 死亡17人, 直接经济损失95亿元。因此, 进一步加强对台风暴雨, 尤其是远距离台风的外围暴雨分析研究无疑具有重要现实意义。

台风灾害多由台风暴雨所引起, 远距离台风产生的暴雨是实时业务预报难点之一。多年来登陆台风暴雨一直受到广泛关注^[1~3]。大量观测事实和研究表明, 在浙、闽登陆的台风往往会给华北、东北等地带来超过100mm大暴雨。这种远距离登陆台风暴雨通常是在有利高低空环流背景下, 受偏南气流引导北上且强度持续不衰, 台风倒槽向北伸展^[4];或在中纬度有冷空气南下, 使台风在北上的过程中逐步变为温带气旋^[5]造成强降雨。暴雨通常出现在台风北部, 距其中心甚远, 并具有一定的中尺度特征^[6]。有研究认为它与明显超地转性质的偏东南风低空急流有关^[7], 也有学者提出与台风登陆后的非对称结构关系密切^[8], 认为这类强降雨是台风与中纬度西风槽、低空急流以及副热带高压相互作用形成的, 地形阻挡及喇叭口地形的辐合效应对暴雨增幅有明显的作用^[9~11]。

本文利用地面加密观测资料、FY- 2C卫星TBB资料和NCEP再分析资料, 对2005年8月6~8日台风麦莎登陆后环流结构、强度维持的原因和暴雨分布特征进行了综合分析, 以进一步提高对这类台风暴雨形成条件和机理的认识。

1 台风麦莎天气概况

台风麦莎生成于菲律宾以东的西北太平洋上, 8月6日凌晨在浙江省台州市玉环县登陆, 登陆时中心最大风速达45m·s^-1。登陆后, 强度有所减弱, 并继续向偏北方向移动, 先后穿过浙江中部、安徽东南部、江苏中北部、山东东部, 于8日中午进入渤海莱州湾, 9日7时前后在大连沿海再次登陆并减弱为低气压, 而后变成温带气旋向东北方向移进辽宁中东部和吉林东部(图 1)。是2005年深入内陆影响范围最广、公众最为关注的一个台风。

台风麦莎有两个显著的特点:其一登陆后移动路径复杂多变, 在皖南和苏北分别发生东折, 预报难度很大。其二在登陆北上近1000km的行程中, 强度减弱缓慢, 近60多个小时维持风暴强度。受其影响, 黄海、东海、台湾海峡以及台湾、福建北部、浙江、上海和江苏南部等地沿海出现了10 ~ 12级大风, 浙江、上海、安徽东部、江苏和山东东部的部分地区风力有6~9级, 福建北部、浙江、上海、江苏、安徽大部、山东中东部、天津、河北东北部和辽宁中南部等地的部分地区出现了大到暴雨, 其中浙江东部和北部、上海、江苏南部、安徽东南部、山东半岛、辽宁南部、河北东北部部分地区出现了大暴雨和特大暴雨。雨量大于300m m的地点:浙江永嘉中堡565mm、乐清北雁荡418mm、乐清砩头409mm、温岭坞根410mm、黄岩佛岭409m m, 上海普陀区309mm、静安306mm。

从8月6~7日两天24小时台风降雨量(图 1)可见, 台风中心附近雨量并不大, 暴雨区主要分布在台风本体的东侧和北侧。从台风北上过程中6小时或1小时雨量可清晰看到, 在台风中心附近及西南部6小时雨量一般不足10m m, 而距台风中心东北部几百公里, 6小时雨量超过30mm, 表明该台风外围降雨很强。

2 台风麦莎的非对称结构特征 2.1 卫星图像的分析

卫星云图资料显示, 台风麦莎登陆后的环流结构表现出明显非对称性。在登陆前期台风对流云带东侧浓密, 西侧松散; 此后, 台风外围云系沿台风环流反时针旋转并移动, 东侧密蔽云区向台风北部移动, 并逐渐偏离台风中心, 出现非对称性结构。图 2是8月6日14时至7日14时FY- 2C卫星红外通道反演的TBB图像, 它清楚揭示台风登陆后非对称结构的演变过程。在图中, 6日14时, 台风云系中心已偏离台风中心, 其东侧螺旋云带较其它部位明显偏强, 积云对流比较旺盛, 对流云团最低亮温小于- 60 ℃; 6日20时, 台风东南部积云对流开始减弱, 密蔽云区向东北方向推移。7日08时, 台风云系主要位于北部, 其东北部对流活动最强, 最低亮温达- 50 ℃并且距离台风中心约400km; 7日14时, 台风云系偏离台风中心更远, 小于- 50 ℃亮云核的区域明显扩大。

2.2 地面流场分析

在地面流场上台风的不对称性也能明显体现。从8月6日20时和7日20时的地面风场和气压场(图 3)可看出, 台风中心附近的风速较小, 大风区主要分布在台风东侧沿海地区, 在台风北部为一近南北向台风倒槽。倒槽在台风北上过程中发展加强, 水平尺度达500km。涡度分布显示出该台风正涡度中心不在台风环流中心, 而偏在中心的东北部, 即位于台风北部倒槽中的沿海地区。涡度场的不对称分布与环境气压场密切相关, 从图 3中地面等压线分布可见, 在台风北侧和东侧气压梯度比其它部位明显大, 致使地面地转风涡度场表现出明显的不对称性, 这也是东部沿海海区出现强风之主要原因。

由台风地面实测风资料计算的地面散度场和风场可看出(图略), 6日20时辐合区主要位于台风环流本体及其南北侧风向切变和风速辐合地区, 强辐合区在台风倒槽附近, 并随台风北移向偏北方向扩展。对比图 1可看出, 强辐合区对应着强降水区, 说明0509号台风外围远距离暴雨与地面流场的不对称性结构有密切关系。

2.3 850hPa流场和温度场结构特征

就850hPa高度场来看, 从日本东部到华北为一高压脊, 0509号台风东部和北部偏东气流很强, 高度场梯度较其西部和南部大得多。6日20时在台风北侧和东侧出现一支强劲偏东风低空急流, 急流核强度超过30m·s^-1。7日20时(图 4a), 当台风移进江苏中部时, 偏东风急流主要位于台风西北侧, 并逐步转为东北风。经对台风热力结构分析(图 4b)表明, 暖中心在偏离台风中心约300km的东部沿海。同时在长江中游到黄淮有弱冷空气活动, 使台风东侧暖、西侧冷, 出现热力结构不对称, 并且台风东侧和北侧温度梯度较大。在这种温度场和流场配置下, 台风北侧的偏东风低空急流将东部海洋上暖湿空气输向陆地, 从而在台风北部盛行强暖平流, 中心极值达12 ×10 ^-5 ℃·s^{- 1}。正是这支暖平流为台风外围暴雨的产生提供了大尺度热力和动力条件。

3 台风麦莎长时间维持及暴雨落区的分析

台风登陆后, 由于摩擦耗散和水汽供应不足强度会迅速减弱。但台风麦莎登陆后一直北上却维持60多个小时, 强度和范围变化很小。究其原因, 对流层高层的动力作用和散热机制起了极为重要的作用。图 5是台风北上过程中200hPa高空急流和散度场的水平分布, 在图中, 6日20时台风北侧和东侧为强辐散区, 中心最大值达8 ×10 ^{- 5} s^-1; 该辐散区与华北至东北一带的高空急流密切关联, 辐散区始终在这支急流入口区右侧。7日20时, 随着台风北移, 200hPa高空急流向西推进, 强度明显加强。正是由于高空急流的发展加强, 急流入口区右侧出现强辐散气流, 使得低层辐合上升运动得到加强和持续, 有利于台风正涡度环流的驱动及登陆后长时间维持。对比8月6~8日台风路径和200hPa辐散场还发现, 麦莎的移向基本趋向200hPa辐散中心, 对台风路径预报有一定指示意义。

从8月6日20时至8日08时500hPa垂直速度场(图 6)可知, 6日20时, 强上升运动区位于浙江北部、上海和江苏南部, 最大垂直速度达- 14 ×10^{- 3} hPa·s^-1; 7日08时, 该区北移到苏皖中北部, 最大值为- 12 ×10 ^-3 hPa·s^-1, 台风强度有所减弱; 此后上升运动区进入山东东部, 范围明显减小; 到了8日08时, 当其位于华北东南部到辽东半岛一带时, 强度再次加强。值得一提的是, 500hPa强上升运动区与台风外围的暴雨区分布基本上吻合, 具有较好对应关系。

4 结论

经对2005年8月6~8日0509号台风麦莎登陆后北上的环流结构、强度维持的原因及暴雨分布特征进行了综合分析, 得到如下主要结果。

(1) 台风麦莎具有明显的不对称结构, 台风东侧和北侧的积云对流较为旺盛; 台风环流地面正涡度中心主要位于台风东侧, 并随着台风北上正涡度中心向东北象限移动并加强。地面强辐合区随着倒槽的发展向偏北方向伸展。

(2) 850hPa台风环流场表现为东侧和北侧环流强, 偏东风低空急流在台风北上过程中从东南风急流转为东北风急流。台风东侧暖, 西侧冷, 台风外围东北侧存在强暖平流输送。

(3) 200hPa高空急流发展和急流入口区右侧强辐散区有利于台风登陆后长时间维持; 台风麦莎外围暴雨与台风环流场、热力场的不对称结构有关, 500hPa强上升运动区与台风外围暴雨区有较好的对应关系。