Vol. 30 No. 1Feb.2021第30卷第1期
2021年2月自然灾害学报JOURNAL OF NATURAL DISASTERS 文章编号：564 - 4574(262 ) 61 -0201 -12 DOI ： 5.13574/j. jnd. 2621.651冷空气在北上台风“利奇马”致灾暴雨中的作用分析
孙密娜，韩婷婷，徐姝
（天津市气象台，天津300074）
摘要：利用NCEP 逐6 h 再分析资料、地面加密观测、探空、雷达资料，分析得出“利奇马”致灾暴雨
维持的弱冷空气与偏南暖湿气流交汇形成了边界层辐合线，辐射升温和暖湿气流的输送加大了辐合
线两侧的温度和露点梯度，在高温高湿的有利环境下，对流在辐合线附近强烈发展。（01高空槽后冷
空气由“利奇马”环流西北侧渗入，先后形成3个冷平流中心，分别对应3个阶段的降水。（3）冷暖空
气在降水区的持续辐合抬升作用增强了降水，最强降水时段发生在锋区垂直方向坡度最大的时段。
（4）水平锋生有利于水汽输送和辐合抬升，垂直锋生有利于对流不稳定能量的累积和触发。冷空气
形成的水平辐合和抬升造成大范围上升运动，使得锋生和垂直锋消同时存在，最强降水时段发生在
水平锋生最强的时段。
关键词：台风；降水；冷空气；辐合线；锋生函数
中图分类号:P4526； X43; X9 文献标识码:A
Analysis of the role of cold air in the rdinstorm causey by Typhoon "Lichma ”
SUN Mina, HAN Tingting, XU Shu
(Tianjin Meteorological ObsemaWm, Tianjin 300072, China)
Abstroch : By usiny NCEP recnalysis data , yaund encaytWd odservatiogs, soundiny , and radar data , tho analysis sUows that tho 11 Lichma" disaster-chnsing rainstovn is fovned under tho bachymund of a Wng-tevn staple syyoptie circhlation Ugcyymnng. Tho ala of cold alr in this precipitation is as follows : (1) A faver of tho warn and wet envianmen-: convection develops stangly neor tho codvernenco lino which fovned by tho Wng-tevn mainteoanco of wed cold alr and tho southerly warn and humib alr low. Tho Wmperature and dew point ym
PCnts on both sibes of tho codvernenco lino are incacsV by tho radiation hecting and tho tmapop of tho warn and humib air. (0) Tho cold alr from tho high tmugh infiltrates from tho northwest sibo of tho " Uchtwa ” circhlation , fovning three cold ^0 vection canters successively covqpcwdmg to three stayas of precipitation. (3) Tho strong codvernenco and uglin enddneo tho precipitation. Tho stangest precipitation occur in tho peVod of tho maximum vepichi slope in tho fanl area. (4) HoVzontW fantogegesis is conducive to water vapor transpoPation and convernedco uglin , white epichi fantogenesis is conducive to tho acchmulation and twgyeang of convective instadilito enemy. Tho hoVzontW convev yenco and uglift of cold alr results in a laryc range of upwarp movement , which madcs frontogenesis and vepichi fan- Uissipation exist at tho sama Jmc. Tho strongest precipitation peVod occhr in tho strongest peVod of hoVzontW fanWgenesis.
收稿日期：2020 -06 -08； 修回日期：2020 -08 -22
基金项目：国家自然科学基金项目(4575050)；中国气象局预报员专项(CMAYBY2012 -006)
Supported by : National Natural Science Foundation af China (21473656) ； China Meteorological Administration Forecastes Special FunU(CMAY-
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BY2012 -006)
作者简介：孙密娜(582 - )，女，高级工程师，硕士，主要从事短时和短期天气预报技术研究.E-mail : 1yuminannanjina@ 55. com
通讯作者：韩婷婷(51 -)女，工程师，硕士，主要从事天气预报技术研究.E-mail : hanttO7@ 55. am
222自然灾害学报第39卷Key worts:Typhoon;precipitabon;co D air;canverfenca live;fxwXphihis function
冷空气活动对热带气旋降水的强度具有重要作用。陈联寿等J］认为：强冷空气入侵会破坏台风的暖心，使台风减弱消亡或者变性为温度气旋，但如果冷空气较弱，外围偏北气流的加大则可加强暖湿空气的辐合［］，为触发中小尺度对流提供动力抬升机制，从而造成局地强降水［-3］；高层冷空气与低层冷空气共同作用，可使热带气旋外围的对流强度、垂直涡度和上升运动等显著增强，从而大幅度增加热带气旋外围及地面倒槽附近的降水［］。同时，冷空气常与台风北侧外围的急流汇合，从而加强辐合抬升作用⑷。谢惠敏等［］指出在“菲特”强降水阶段，其环流已经开始减弱消散，但是由于北侧近地面层弱冷空气的渗透流入与“菲特”外围环流的相互作用，导致垂直涡度加强，上升气流增强，触发中小尺度系统，从而导致了浙江异常强降水事件。陈淑琴等［4］的研究指出：热带低压在登陆后，与冷空气相遇，移动缓慢，导致低层中尺度辐合线长时间维持。两个系统耦合产生了强烈的上升
运动，低层又有不稳定能量释放，最终产生了大暴雨。曹晓岗和王慧［15］分析了远距离台风“天鹅”北侧外围的偏东风急流与北方扩散南下冷空气汇合，加强了辐合抬升作用，从而导致暴雨。
中尺度数值试验和敏感性试验表明弱冷空气侵入热带气旋外围最主要改变的是外围流场［1］，而强冷空气的入侵会改变台风内部的热力结构，冷空气与热带气旋相互作用过程分为初始结构发生改变的第一阶段和变性发展为温带气旋的再加强的第二阶段J0］。梁军等［3］的研究显示在下层弱冷空气和对流层中上层较强冷空气作用的情况下，暴雨会存在显著增幅，而无冷空气影响或对流层中下层强冷空气作用时，上升运动明显减弱，降水量明显减少。孙力等［33对台风“布拉万”在中国东北地区造成的暴雨过程进行了数值模拟，结果表明：冷空气侵入导致了台风环流西北侧湿等爛面的陡立彳顷斜和水平风垂直切变的增强，造成了气旋性涡度和垂直上升运动的显著增大。另外，地形J i］、水汽输送J i］、海洋和大陆前期热力条件J521］等也会影响台风暴雨的强度和分布特征。
尽管前人已经对冷空气影响下的台风导致的强降水现象和成因进行了广泛研究，然而，对其形成的物理机制仍然缺乏探讨，对最大降水的落区预报及成因缺少认识。：1909号超强台风“利奇马”登陆后北上，影响浙江、江苏、山东、河北、天津、辽宁等多省市，造成山东及海河流域东部暴雨，局部大暴雨。其降水影响范围广、时间久，且在山东西北部和海河流域东南部显著增强，其形成机制和台风北上过程中的结构演变特征都是北上台风研究中的重要问题，本文主要围绕冷空气在强降水事件中所起的动力和热力作用展开，以期增强对北上台风降水的预报预警能力。
1资料与台风“利奇马”概况
采用的资料包括：(1)NCEP/NCAR逐0X再分析资料，空间分辨率为1°X1°；(0)地面自动站逐小时温度、露点、风向、风速和降水量数据;(3)2019年8月10日08:00章丘站探空资料；(4)2010年8月10日-11日滨州多普勒雷达资料，滨州雷达经纬度位置为(118迪、37.37。/)；(5)上海台风所提供的热带气旋最佳路径数据集。
1099号超强台风“利奇马”于2010年8月4日9：06左右在菲律宾以东洋面上生成,7日15：06快速加强为超强台风。8月10日1：45，超强台风“利奇马”在浙江省温岭市沿海登陆，登陆时中心附近最大风力为50m-s-1冲心最低气压为939hPa，日26：50在山东省青岛市沿海二次登陆，登陆时中心附近最大风力为03m•s-1，中心最低气压为hPa，强度为热带风暴,13日06:06减弱为热带低压，中央气象台18日66:06对其停止编号。据统计，超强台风“利奇马”是1044年以来登陆我国大陆地区强度第5位超强台风，共造成浙江、山东、江苏、安徽、辽宁、上海、福建、河北、吉林4省(市)64市463个县(市、区)1006多万人受灾，造成人员伤亡、房屋倒塌、农作物绝收，直接经济损失达506多亿元。
昂的拼音如图1(a)所示,16日68：06至18日68：069'利奇马”在北上的过程中给山东省、河北省东部沿海带来了50mm以上强降水，其中山东中北部出现了特大暴雨，国家站最大降水量出现在章丘(图1(b))，累计雨量达到437mm以上。降水持续时间长，多站降水超历史极值，但是最大小时雨量相对较小，章丘站的
最大小时降水量仅为22mm-h"。本文主要研究在“利奇马”影响过程中，造成超长时间降水的环流特征及冷空气所起的作用。
第5期孙密娜，等：冷空气在北上台风“利奇马”致灾暴雨中的作用分析
24332°N 40°N
38°N
36°N
117°E 120°E
25]20
15
10
*逐6h 台风中心位置
123°E (b )章丘站逐小时降水量(a)累积降水量图5 2210年8月5日08：04-13日08：04累积降水量和章丘站逐小时降水量（单位:mm ）
Fif 1 The acchmuWtive precipitation of yaund eocaption antomatie stations from 08 :：4 BST 5 to 08 : ：4 BST 13 August 2252环流形势
军事院校2016年2月5日28:00(图2(a))“利奇马”在浙江登陆后，在520 hPa 偏南引导气流的作用下向偏北 方向移动，在“利
”东南侧的西北太平洋上的1916 -
蒋雯丽出轨“罗莎”亦随偏南引导气流北移，在两个的 下，副 高压(副高)东退的同时北进,288 Uagum 线北 于日 南部。 中高环流呈“两脊一槽”形势，高空槽位于15°附近，山 河流
南部位于高空槽前,2 于130°E 附近，与副高 ，形成 的 形势，使高空槽东移缓慢。高 槽落后于高度槽，高空锋区呈东北西50°Ni
45°N-
好听的草原歌曲大全40°N-35°N-
30°N 25°N-
20°N 100°E 110°E 120°E 130°E 140。# 150°E 25 *（a ） 10 0 08:00
30°N-45°N 40°N 50°N 25°N 20°N
（b ）l 10 08:00
50°N 40°N-
35°N-
30°N
25°N-
20°N-
45°N
图0 245年8月14日-15日544 hPP 立势高度（实线，单位:Uppm ）、温度（虚线，单位代）、
204 hPa 风速大于34 m ・s 「i 区域（阴影）
Fiy- 6 The yeopoWotial height ： solib Wee , Unit : dagpm ） , temperature - dotted Wee ,Unit ：壬）,wind speed yreater thae
34 m • s _1 areal sUaded ） , wind （vector , Unit : m ■ s_5 ） on 544 hPa from 5 W 15 August
2410
294自然灾害学报第39卷
南向，“利”仍然保持的暖心，0°C形成圆形的“暖核”，与环流中心重合，外围的-2七等温线与西风带锋区相距399k m左右，说明高空冷空气与台风没有结合。11日98:09(图2(b)) 588dagpm退北106km，“利”环流高空槽，高空槽加深发展，槽前环流中心，山东上 南急流。西风带锋区与“利”的开始，但的密集区仍然位于环流的外围,0°C准圆形，范围扩大，说明“利”暖心开始°209hPx在华北东部存在高空急流，山东处于高空急流入口区右侧，存在高空辐散，有利于低空垂直上升运动和降水的发生。
5日29:09(图2(c))高空槽然持,588dagp m线稍有北进。环流与高空槽的环流一起，高空槽槽前转为西南风，槽前温度场存在2C等温线形成的暖中心，与11日98:09相比，暖中心温度升高2C，这可能与降水造成的潜热释放有关［2］。的密集区位于环流中心，环流与暖中心完全，说明其已经开始°209hPa高空急流北移，高空的区亦随之北移，抽吸作用减，不利于降水增强。
3强降水发生发展
章丘逐小时降水序列(图1(b))显示：降水主要出现在2010年8月10日白天至11日夜间。按照降水性质和出现的时段将降水分成3个阶段，第(阶段降水为10日白天，以对流性降水为主，表1为降水中心区章丘11日98:09探空资料计算的对流参数，对流有效位能(CAPE)为504J-kg-1，具有一定的对流能量，且湿层深厚,979hPa比湿达到8.4y•kg-1。9~0km垂直风到3m•s_1•km-1，达到较强垂直风切变的水平，有利于对流的组织发展，对流抑制(CIN)仅为7.4J•kg-1，因此，在弱的抬升作用下就能触发对流。雷达观测亦显示10日11：39左右在山东西北部地区出现45dBZ以上的对流性降水回波。第2阶段降水发生在10日夜间至11日上午，对流能量释放之后，降水中心位于在“利奇马”倒槽顶部附近，以稳定性降水为主，是降水最强阶段。第3阶段降水发生在5日下后，降水中心位于位于“利”中心西北乂稳水主。
表12210年8月14日08：09章丘站的对流参数
七夕是什么节日Tadle1The convective parameter of Zhangqin at8：09BT ox19Auaust2910
CAPE/(J•k g-)K指数/C850hPa比湿/C706hP g比湿j笄；垂鲁J对流抑制/(J•k/-1) 5043213448443407.0
8月10日98:09,“利奇马”中心位于浙江南部，其外围雨带亦随其北上，在山东东南部逐渐出现弱降水，回匀且强过35dBZ，水。：10日11：39,，水回波西北侧，山东北部.
北西南向的带状回波(图3(g))，最大回波强55dBZ左右，降水回波的伸展高高,45dBZ回
展高5km以下(图略),0降水26.4mm，为对流水，其东南部为大片的水。14:09以后回波逐渐匀，回波强，随着“利”螺旋雨北移动，山东北部一匀的稳定性降水回波影响,23：09以后山东南部的回波强度逐渐增大，至11日98:09(图3(b))，回波分布比较均匀
图3滨州雷达组合反射率(单位:dBZ)
Fig.3The composite reflectivity factor of Binzhon(Unit:dBZ)
第1期孙密娜，等：冷空气在北上台风“利奇马”致灾暴雨中的作用分析225
多为45dBZ以下，仍然以稳定性降水为主，大于44dBZ回波位于山东西北部，强回波和与强降水的落区一致。强回波一持在山东北部,15:00以后开始逐渐。3日20:00(图3(c))降水回波的强著减，分布，强多在35dBZ以下。因此，第5阶段降水流水，在有利的环境条件下，其触发和发展与边界层的、湿度和
动力作用关，第2、3阶段降水水为主，其成因与环境场的动力和热力演变有关，下面主要界件和环流场演变的水的作用。
4冷空气对降水发展和维持的作用
4.1边界层辐合线
地面辐合线是3日对流降水产生的重要原因，辐合线两侧的温度和露点分布不均，而辐射升温和弱冷成梯大的重要原因。3日08:00(图4(/)、，主要降水雨没山东，由于太阳辐射作用，西部陆地21-20°C，地面南风。西部陆地由于受高空槽云系和,25-20C，地面为西北风，偏南风和偏北风在山东西北部形成边界，温度由西北南，形成了温度密集带，露点的分布与类似，东南部由于受到南风的，水汽由海上输送到陆地，露点24-26C，而西北部为25-25C，露点由西北南。随着时间的推移，09:00在辐射的下(图4(b))，东南部22-32C，西北部25-20C，温度梯大；同时，东南部随着“利”主体的，南风水汽输送充分，露点缓慢增大，西北部的露点没:，露点梯大，西北风与偏南风形成的区位于山东北部，最大强-7><10-5sP以上。10：00 (图4(c))温度和露点的梯然存在，东南部32C以上的站点范围大，辐合中心强度增至-9x
117°E118°E119°E117°E118°E119°E
(c)10010:00(d)10011:00
图42219年1月3日地面温度(红等值线，单位:C)露点(绿等值线，单位:C)水平风
(风羽，单位：m・s-)和(阴影，单位：14-9)-5)
Fig-4Surface temperature[red isoWxe[,dewpoint f greeo isoWxe[(Unit:C),wind(bar/.Umt：m•s5)
and diveme/ce[shaded,Unit:3_7s_5)on3Auaust2219
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