台风“利奇马”引发东北地区大暴雨过程的异常环流分析

胥珈珈零 磊程 琳张 健

（1.白山市气象局，吉林白山 134300；2.长白山气象局，吉林安图 133613；3.吉林省突发事件预警信息发布中心，吉林长春 130062）

1 引言

吉林省几乎每年都受北上台风影响，往往会产生强降水或大风，这类台风暴雨通常出现在台风与中高纬度系统相互作用过程中[1-2]。在此过程中若有低空急流将水汽输送至中纬度槽前，有利于热带气旋的维持和大范围强降水的产生。热带气旋与西风槽的相互作用也可获得斜压能量变性加强，增加降水强度。慕秀香等[3]对台风“布拉万”和台风“玲玲”进行对比分析，得出副热带高压的强度和形状变化以及冷空气入侵，对台风北上过程中的路径和强度变化有重要影响。陈长胜等[4]根据台风“狮子山”活动特点将其移动路径分为4个阶段，台风进入到热带和副热带地区，当环境引导气流较弱时，台风自身的非对称性和洋面温度决定着台风活动；而当台风与副热带高压之间相互作用之后，副热带高压西侧的引导气流对台风的活动起着主导作用；进入中高纬度以后台风与阻塞高压之间的相互作用，台风与西风带冷涡的相互作用，以及高空急流的作用成为影响台风活动的关键所在。云天等[5]分析了1509号台风“灿鸿”，得出减弱形成的热带低压为暴雨过程提供丰沛的水汽，湿度、涡度和垂直运动的位置和能量锋区一致，强降水出现在能量锋区上。

2019年8月10—15日，随着9号台风“利奇马”北上，与西风槽共同影响，东北地区出现了2次罕见大暴雨天气。降水持续时间长，过程降水量大，造成了山洪、泥石流、滑坡等地质灾害以及城市内涝、低洼农田积水等次生灾害。本文利用地面观测资料、NCEP再分析资料，诊断分析了这次异常暴雨降水成因，定量分析了2次暴雨过程中环流异常、风速异常与水汽、热力异情常况，对台风在大暴雨中的作用进行了分析,希望对台风北上暴雨预报提供参考。

2 资料与方法

2.1 资料说明

本文的资料为地面自动站观测资料、NCEP分辨率1°×1°再分析资料。

2.2 研究方法

利用耿贝尔分布、皮尔逊Ⅲ型分布、对数分布3种分布函数计算大连站和旅顺口站08—08时的日降水量重现期值，计算两站在本次过程中日最大降水量所对应的重现期。对2次过程中的500hPa高度场、850hPa风场、比湿、水汽通量散度的距平与历年标准差进行对比，对2次过程中的环流和水汽异常进行定量分析。利用ncl对1 000—300hPa进行整层水汽积分，并利用hysplit轨迹追踪对水汽来源进行分析。

3 降水实况特点

2019年8月10日20时—15日20时，辽宁省平均降水量达126.5mm（图1a），其中沈阳、大连、抚顺、铁岭、葫芦岛的局部地区累计降水量达250.0～358.8mm，最大降水量出现在大连高新技术园区黄泥川村。吉林省平均降水量78.0mm（图1b），其中长春、吉林、延边、四平50～100mm，通化、辽源100～250mm，最大降水量251.7mm，出现在辽源市东辽县农机加油站。

图1 2019年8月10日20时—15日20时辽宁省（a）、吉林省（b）过程降水量（单位：mm）

本次强降水主要分为3个阶段。第一阶段为11—12日，强降水区主要位于辽宁省；第二阶段为13—14日，强降水区主要位于辽宁省与吉林省中部，其中吉林省松原宁江区14日02时1h降水量达70.1mm，3h降水量超过170mm；第三阶段为15日，强降水区主要位于吉林省东部。

本次过程日降水量在辽宁省和吉林省均属罕见，用耿贝尔分布、皮尔逊Ⅲ型分布、对数分布3种分布计算大连站和旅顺站（大连站1951—2019年，旅顺口站1958—2019年）的08—08时日降水量重现期值，得出2次过程的最大日降水量，即8月11日大连182.2mm和旅顺口201.5mm，均达到历史第二位。耿贝尔分布和皮尔逊分布结果表明2个站的单日降水均超过了本地50年一遇的水平；对数分布则表明超过了本地100年一遇的水平。

4 环流和水汽异常

4.1 500hPa环流异常

选取过程中2个时次的500hPa高度场进行标准化（图2），可以看出台风影响地区的500hPa高度存在明显负异常，偏低4个σ。随着10号台风“罗莎”的北上，副热带高压被迫北抬，14日500hPa副热带高压明显比历史偏强偏北，由偏强1个σ增强为偏强2个σ。强降水区位于副热带高压边缘与西风槽前，14日在贝加尔湖附近存在明显的正异常，偏强3个σ。说明西风槽后部存在较强的高压脊，高压脊前的西北气流为本次过程冷空气的主要来源。

图2 2019年8月11日20时（a）和14日20时（b）500hPa位势高度场与标准化场（单位：σ）

4.2 850hPa风速异常

对两次过程的低层风场进行标准化，结果表明：受台风影响11日副热带高压西北侧有较强的低空急流，低层风场存在一条带状的大于10σ的正异常带，且主要异常出现在经向风速上，径向风速异常在4～6σ，纬向风速偏强3～4σ。14日副热带高压西北侧低层风场存在西南、东南2条带状的大于6σ的正异常带，经向风速正异常大于2σ。

4.3 850hPa比湿和水汽通量异常

8月11日和14日850hPa比湿和水汽通量（图3）表明：低层比湿在8月11日、14日超过6个σ。11日比湿正异常主要在渤海湾、山东半岛、东海一带；随着台风北上，8月14日比湿正异常大值区覆盖了辽东半岛和吉林省的大部分地区。同时850hPa水汽通量与比湿异常范围相似，在8月11日超过5个σ，8月14日吉林省东部超过5个σ，辽宁省和吉林省中部的水汽通量异常在2～4个σ。

图3 2019年8月11日20时850hPa比湿（a）、14日20时850hPa比湿（b）、11日20时850hPa水汽通量（c）、14日20时850hPa水汽通量（d）标准化场（单位：σ）

4.4 850hPa温度异常

低层850hPa温度场标准化表明（图4），8月11日辽宁省大部分地区和吉林省的东南部为正异常，温度偏高1～2个σ；吉林省北部为负异常，温度偏低2个σ，呈现北冷南暖的结构。平均温度场在辽宁省与吉林省为温度脊，北方温度槽南下，使得直至14日温度标准场依然存在较大的梯度。

图4 2019年8月11日20时（a）、14日20时（b）850hPa温度标准化场（单位：σ）

5 水汽、能量的输送和维持

2019年9号台风“利奇马”于4日在西太平洋海面上生成，向西北方向移动；7日晚上加强为超强台风级，向北偏西方向移动；10日白天在浙江中北部一带沿海登陆；11日20时在山东半岛南部再次登陆，继续北上到渤海湾；在渤海湾回转滞留并继续减弱为温带气旋；13日停止编号。台风“利奇马”在11日对东北地区产生暴雨时已经减弱为热带风暴，影响期间中心海平面气压24h升高25hPa。

8月10日20时—12日20时，200hPa高空急流北抬，500hPa贝加尔湖以西西风槽为疏散结构，发展加强，受东部阻塞高压影响西风槽移动缓慢。10—12日副热带高压北抬，呈东西分布，台风“利奇马”沿引导气流向东北移动，但受副热带高压的阻挡在山东半岛登陆后移动缓慢。受地面摩擦及冷空气补充，台风强度减弱且在山东半岛—渤海湾一带回转滞留，台风北部倒槽环流长时间影响辽宁省与吉林省的中部。西风槽与台风结合，斜压位能释放造成强降水，11—12日为辽宁省台风暴雨爆发时段。13—14日，西风槽与台风外围之间西南急流建立，西风槽继续加强东移，冷空气南下与台风的暖湿气流汇合，期间吉林省松原3h降水量超过170mm。

11日20时台风中心附近存在344K的暖中心。14日02时台风已不存在暖心结构，低层700hPa以下呈东暖西冷的结构，台风周围假相当位温梯度较大。从850hPa假相当位温、比湿与风场的叠加图，以及对1 000—300hPa降水过程整层水汽输送平均场分析，可认为台风是降水的水汽和热力的主要来源。台风少动，低层的急流稳定维持使得水汽热量能长时间供应。强降水区主要发生在偏东急流头部的水汽强辐合区。

6 结语

（1）本次过程降水量在辽宁省和吉林省均属罕见，单日降水量大连站182.2mm，旅顺口站201.5mm，均达到本站历史第二位。耿贝尔分布和皮尔逊分布表明2个站的单日降水均超过了本地50年一遇的水平；对数分布计算的结果则表明超过了本地100年一遇的水平。

（2）500hPa高度场台风附近异常偏低4个σ，副热带高压比历史偏强1个σ，北抬后副热带高压比历史偏强2个σ。强降水区位于副热带高压边缘与西风槽前，贝加尔湖附近存在正异常，表明高压脊较强。副热带高压西北侧有较强的低空急流，低层风场存在一条带状的大于10σ的正异常带。低层比湿超过6个σ；850hPa水汽通量与比湿异常范围相似，正异常值超过5个σ。

（3）台风在暴雨中提供充沛的水汽与不稳定能量，同时与西风槽结合释放大量斜压位能，长时间水汽和能量输送使得2次过程中水汽能量异常明显。因此对东北地区台风北上产生暴雨的预报过程中，台风路径及与西风槽相互作用的不确定性是预报难点。