3次南海秋季台风在宁波沿海强天气过程对比分析

张晶晶 俞科爱 徐彬 陈迪辉

(1.宁波市北仑区气象局，浙江 宁波 315800；2.象山县气象局，浙江 象山 315700)

0 引 言

宁波位于浙江东北部沿海，每年都会受到台风影响，多年统计事实表明，9月中下旬之后在福建南部到广东一带登陆甚至南海活动的台风都可能会给宁波带来持续强降水，台风强降水不仅与台风强度和路径有关，还跟台风结构与地形等密不可分[1-3]，研究还表明秋季台风强降水跟北方冷空气活动和侵入有一定关系[4-6]。黎清才等认为西风槽与台风结合明显增加大气斜压性，有利于暴雨生成[7]；张兴强等认为冷空气活动造成台风外围凝结潜热和斜压有效位能释放，有利于降水增强[8]；黄莉等研究认为适当冷空气对台风暴雨有明显的增幅作用，而较强的冷空气和无冷空气都不利于台风暴雨生成[9]；张程明等对0716号“罗莎”台风诊断分析表明，秋季冷空气侵入低层湿位涡正值不稳定区是暴雨多发区域[10]，章莹菁等对秋季台风“莎莉嘉”和“海马”的对比分析发现，地形和冷空气影响对降水增幅作用尤其明显[11]。由于秋季台风暴雨影响时间和空间分布都具有较大的不确定性，预报难度大，甚至有时数值模式对于远距离的台风暴雨没有任何反应，这都给天气预报和气象灾害防御带来不小的压力，2016—2018年3个南海秋台风均未登陆或进入浙闽区域(如图1)，却在宁波沿海产生了明显强降水和大风天气。本文通过对这3次过程进行对比分析，以期找出影响宁波的南海秋季台风特征，为今后预报服务提供参考。

1 台风路径和宁波实况

1.1 个例一1619号“艾利”

2016年第19号台风“艾利”在巴士海峡生成，生成后向西移动、缓慢发展，10月7日起在广东东南海域回旋并多次折向，最强时仅强热带风暴级别，10月10日17时(北京时，下同)在南海减弱为热带低压并趋于消散。7日夜里起，宁波东部沿海自南向北出现强降水，日累积雨量普遍达暴雨到大暴雨，部分站点小时雨强超过50 mm，8日中午强降水趋于结束；同时自8日早晨至9日凌晨，沿海地区出现7～9级北大风，部分站点短时达10～11级。

1.2 个例二1720号“卡努”

2017年第20号台风“卡努”在菲律宾以东洋面生成，在登陆菲律宾北部后移入南海，之后强度不断加强，10月16日3时25分前后登陆广东徐闻，登陆时中心附近最大风力8级，中心最低气压为995 hPa，之后折向西南并在海南西北部沿海消散。15日上午起宁波沿海自南向北出现强降水，24 h累积雨量普遍达大暴雨，个别站点小时雨强超过50 mm，16日上午强降水趋于结束；同时自14日下午起至16日前半夜，宁波沿海地区出现持续性6～8级偏北大风，部分站点短时达9～10级。

1.3 个例三1822号“山竹”

2018年第22号台风“山竹”在西北太平洋洋面上生成，之后一路向西偏北方向移动，最强时发展到超强台风级，在登陆菲律宾北部略有减弱后，于9月16日17时以强台风级别(14级)登陆广东台山海宴镇，登陆时中心最低气压955 hPa，然后迅速减弱，于17日14时在广西西部减弱为热带低压。自17日凌晨起，宁波自北向南出现强降水，并伴有雷电和局地雷雨大风，全市沿海地区日累积雨量普遍达大暴雨局地特大暴雨，部分站点小时雨强超过100 mm，下午16时强降水趋于结束。

图1 3个台风路径图(箭头处为宁波强降水开始时台风中心位置)

综观3次过程分析，台风影响时TC中心均离宁波超过900 km，台风暴雨有两个雨量中心，分别出现在台风中心附近和浙江东北部到上海沿海一带(图略)，宁波地区强降水主要集中在沿海区域，东部大西部小，且宁波最大降水站点均位于象山县(表1)；宁波强降水开始时台风中心均位于广东沿海附近，强度为强热带风暴到强台风级，随着台风减弱消散或逐渐远离，降水过程结束；前两次过程影响时台风中心均位于海上，宁波强降水移动方向自南向北，而受“山竹”影响时，强降水开始时台风已登陆并进入两广交界处，强降水移动方向自北而南，并且雨强明显大于前两次过程，说明几次过程主导影响天气系统存在差异。

表1 3个例宁波极端降水情况汇总

2 天气形势分析

所选的3次台风暴雨过程均发生在9月中下旬至10月初，为典型的秋季台风，宁波沿海产生的远距离暴雨与大气环流背景及冷空气活动密不可分。从500 hPa天气形势分析(图2)，3次过程中宁波均受副高或副高边缘控制，北方有高空浅槽，槽底均位于江苏以北，低层有弱冷空气侵入，但宁波地区无明显的西风槽切变。地面图上，北方冷高压南落，“艾利”影响时地面锋线仍位于长江以北，台风本体倒槽北顶至长江口一带，并长时间在宁波沿海停滞，沿海气旋曲率和气压梯度明显，有利于沿海强降水和大风维持；“卡努”影响时地面锋线南压至长江以南，长江流域一带有非常明显的气压梯度堆积，台风本体倒槽位于广东沿海，锋前东北气流与台风外围东南气流在宁波长时间沿海交汇，形成近海地面倒槽，从而造成宁波沿海强降水和大范围持续大风天气；“山竹”与“卡努”类似，台风本体倒槽与宁波沿海倒槽脱离，但此次过程宁波沿海倒槽明显偏弱，且长江口附近无明显的气压梯度堆积，故此次过程强降水并非由台风本体直接导致。

从红外卫星云图(图2)分析，3次过程锋前冷空气云系主要位于黄淮一带，与台风螺旋云带几近脱离，但过程影响前后宁波地区均出现了24 h正变压(图略)，说明冷空气由近地层渗透并与台风东南气流交汇，进而影响到宁波沿海区域；从强降水发生时云图结构特征看，“艾利”和“卡努”影响时宁波沿海有明显的东风波云团结构特征，强降水云团主要位于海上，且呈现出环绕台风中心的曲率结构，移动方向总体自东南向西北，强降水主要位于沿海地区；而“山竹”强降水云团明显脱离于台风本体，呈孤立的块状结构，云团边缘结构清晰、亮度大，云团发展过程中面积迅速膨胀，有典型的对流和强降水云团特征[12]，并且移动方向总体自西北向东南，进一步说明此次过程并非由台风本体造成，而是呈现出明显的强对流天气特征。

(a、d：2016年10月7日20时，b、e：2017年10月15日20时，c、f：2018年9月17日08时)图2 3次过程红外卫星云图及高空和地面形势图

3 物理量场分析

从强降水开始前的杭州站探空指数分析表明(表2)，3次过程对流条件不一，其中“卡努”个例不论从大气能量还是不稳定条件看，都不具备对流的潜势条件，此次过程雨强最弱，除个别站点外，整体雨强均在30 mm·h-1以下，沿海低压倒槽的长时间维持为累积强降水提供了可能；“山竹”个例的K指数、SI指数和CAPE值均有很好的强对流指示，配合冷空气触发出现大范围强对流天气，并伴有短时强降水和局地雷雨大风，雨强也位居3次过程之首；“艾利”个例对流条件和雨强均介于其余两个过程之间。说明对流条件与降水的强度有比较一致的相关性，大气越不稳定、对流能量越强，越有利于秋台风强降水的出现，而由于对流天气的日变化，强降水往往较一般午后雷阵雨的强度更强、持续时间更长。综观3次过程整层比湿积分都非常高，普遍达到5000 g·kg-1甚至更高，说明整层大气水汽条件非常充沛，台风外围的持续水汽输送为累积强降水提供了有利条件。

表2 3个例影响前杭州站探空指数

持续的水汽供应是强降水发生的必备条件，对比3次过程强降水时段850hPa水汽条件可以发现(图略)，2016年10月7日20时，广东至浙江沿海为比湿高值区，浙闽沿海存在明显东南风水汽输送，风速大值区位于浙北到上海一带，浙江大陈站比湿14 g·kg-1，风速13 m·s-1，同时在宁波沿海有明显的水汽通量辐合，数值达-6×10-5g·(hPa·m2·s)-1；类似的，2017年10月15日20时和2018年9月17日08时两个时次，850 hPa宁波沿海为比湿和水汽通量散度辐合高值区，但相比“艾利”，“卡努”和“山竹”两次过程东南风水汽输送条件相对偏弱、风速偏小，故“卡努”降水强度相对较弱，但“山竹”影响时大气中有不稳定能量释放，对流性降水暴发，所以整体雨强在前两次之上，说明低层比湿和水汽通量辐合高值区有利于秋季台风强降水的发生，东南风越强越有利于水汽的输送，强对流天气配合台风水汽输送往往更有利于强降水的发生。

4 雷达回波特征分析

通过3次过程发生时的雷达回波特征，结合天气形势分析，可以更清楚了解强降水的成因和天气系统特征。受“艾利”台风影响时，宁波沿海有大范围的降水回波，回波形状呈一定螺旋状结构，图3a为2016年10月7日22：26宁波雷达1.5°仰角反射率图，箭头所示处有带状回波反射率达到50 dBz左右，高仰角回波仍清晰可见，但高低层回波间无明显的悬垂、弱回波结构，北仑站一小时降水超过70 mm，以上特征都与台风倒槽强降水比较相似，说明此次过程主要由台风倒槽导致，但由于台风中心较远，强降水呈现明显的局地性特征。受“卡努”台风影响时，回波强度明显偏弱，1.5°及以上仰角反射率基本在35 dBz以下，仅低仰角上可以看到较强的的回波，图3b为2017年10月15日18：17 0.5°仰角反射率图，宁波沿海有南北向“列车”状降水回波，回波强度40 dBz附近，极小范围达45～50 dBz，说明此次过程影响系统较弱较浅薄，降水系统主要由近地面天气系统造成，这与前述天气形势分析中的近地面辐合系统吻合。受“山竹”台风影响时，宁波沿海有弓状回波自北向南缓慢移动，图3c为2018年9月17日11：36 1.5°仰角反射率图，可以清晰地看到一条东北—西南向的弓状回波，头部强度达55～60 dBz，回波后部可以看到清晰的入流缺口，不同仰角对比分析也能够清楚地看到悬垂、弱回波特征，说明此次过程为典型的强对流过程[13-14]，地面观测亦监测到大范围的强雷电和雷雨大风，这与前述探空条件分析吻合；此外相比受“艾利”和“卡努”台风的影响，“山竹”影响的强降水发生时，在0.5°～1.5°仰角速度图上(图略)，可以看到明显的逆风区[15]，降水强度明显大于其它两次过程，说明有利的对流条件，结合台风外围水汽输送往往降水更明显。

图3 3次过程强降水时雷达反射率回波图

5 结 语

通过对3次过程的对比分析，不但可以了解每次过程的天气演变和影响特征，还可以比较清晰地分析每次过程的成因和主要影响天气系统，为今后秋季台风的预报和服务提供思路，具体结论如下：

1)3次秋季台风过程分别出现在9月中下旬和10月上旬，均给宁波带来强降水和大风天气过程，宁波强降水中心均位于沿海区域，象山均是过程的雨量中心；强降水开始时，台风中心位于广东沿海或刚登陆广东不久，距离宁波沿海超过900 km，台风强度为强热带风暴至台风级。

2)台风外围东南气流提供远距离持续充沛的水汽输送，北方弱冷空气的低层渗透大幅提高降水效率，两支气流的长时间汇合提供了大气上升运动和持续降水条件。

3)高的整层比湿积分、不稳定大气层结和高对流能量条件均有利于强降水的发生，强降水发生时，宁波沿海低层存在比湿和水汽通量散度辐合高值区；强的东南风水汽输送有利于强降水的发生,850 hPa东南风越强越有利于强降水，强对流天气配合时台风水汽输送往往更有利于强降水的发生。

4)3次过程强降水成因不同，1619号“艾利”由台风本体倒槽主导，1720号“卡努”则主要由台风外围东南气流与锋前东北气流在低层沿海地区的长时间辐合造成，故雨强最小，而1822号“山竹”则主要由冷空气触发强对流天气主导，因而影响范围最广、强度最强。

5)3次过程大风成因亦不同，“艾利”由台风倒槽低压大风主导，“卡努”为冷高压与近海低压间梯度堆积造成，而“山竹”则为强对流雷雨大风，故影响强度和范围最小。