两个相似台风强降水空间分布差异成因

2019年1月 海峡科学 January 2019 第1期 总第145期 Straits Science No.1, Total 145th
·27·
两个相似台风强降水空间分布差异成因*
韩 美1 刘会军1 吴幸毓1 韩 赓2 陈 淼1
（1.福建省气象台，福建 福州 350001；2 泉州市气象台，福建 泉州 362000）
[摘 要] 1307号台风“苏力”和1513号台风“苏迪罗”路径相似，登陆位置相近，登陆之前均达到了超强台风级别，造成的强降水落区却大有不同。

该文从高低空环流配置、水汽、垂直运动和冷暖平流等方面对二者降水落区成因进行分析，得到以下结论：南亚高压和低空西南急流的垂直配置造成“苏力”南侧强降水，而副热带西风急流入口区和低空东南风急流的垂直配置造成“苏迪罗”北侧强降水；副热带高压的相对位置可能对台风东北侧的垂直运动有重要影响。

台风“苏力”的水汽来源于南海，台风“苏迪罗”的水汽来源于孟加拉湾；“苏力”北侧偏南风急流形成辐散区，南侧东北气流和南风气流形成辐合区，而“苏迪罗”北侧为强盛的东南气流，形成强辐合区，南侧辐合偏弱，整层水汽辐合的象限不同是造成强降水落区南北差异的必要条件。

两个台风垂直运动的非对称性分布是形成台风单侧强降水的重要条件。

台风登陆前后中低层上冷下暖的垂直分布造成大气层结的不稳定，进而触发对流，对强降水落区有重要的指示意义，“苏迪罗”登陆过程中冷空气南下，形成了北侧强降水增幅。

[关键词] 苏力 苏迪罗 强降水 空间分布
[中图分类号] P444 [文献标识码] A [文章编号] 1673-8683(2019)01-0027-07
台风影响地区常常出现强降水，甚至出现特大强降水和伴随爆发性洪水，其破坏性和所造成的灾害极强[1]。

福建是受台风影响严重的省份之一，统计1971—2000
年福建台风得出，每年平均为6.8个（其中登陆1.4个）
[2]。

台风强降水预报是台风研究的重要课题之一。

早在20世纪70年代末，陈联寿等对多个台风强降水过程分析总结后指出，源源不断的水汽输送、中低纬环流相互作用、中尺度系统影响及地形作用等是造成台风特大强降水的重要因素[3]。

大多数台风强降水都呈现明显的空间不对称性，台风强降水的非对称降水随台风的强度和地理位置有显著变化，一般强度越低越容易出现较大的非对称性，较强台风的强降水落区一般出现在路径的右前方，较弱台风的落区出现在路径的左前方[4-7]。

1513号台风“苏迪罗”给福建造成了大范围强降水，其中福州站24小时雨量打破了历史记录，福州市区受灾严重，此次台风强降水主要出现在台风路径北侧的区域。

1307号台风“苏力”与“苏迪罗”路径相似，强度相当，登陆季节相近，而其强降水主要出现在路径南侧。

这种显著的强降水落区差异对台风强降水的落区预报形成一种挑战，因此，研究二者造成的强降水空间差异及其成因，对于提高台风强降水落区预报有重要的意义。

本文采用美国国家环境预报中心（NCEP ）一日4次、空间分辨率1°×1°的再分析资料，对“苏迪罗”和“苏力”两个台风登陆过程中的热力因子、动力因子等特征进行分析，讨论两个相似台风的强降水空间分布差异成因,为台风强降水的落区预报提供参考。

1 台风概况
台风“苏力”（SOULIK ，1307）于2013年7月8日08时在西北太平洋上生成，9日02时加强为强热带风暴，9日08时加强为台风，9日20时加强为强台风，10日02时加强为超强台风。

13日03时以强台风级（14级）在我国台湾新北市与宜兰县交界处登陆，13日16时以强热带风暴级（11级）再次登陆福建省连江县黄岐半岛。

台风“苏迪罗”（SOUDELOR ，1513）于2015年7
* 基金项目：福建省自然科学基金(编号：2014J01147)；国家预报员专项项目（编号：CMAYBY2018-036）。

HAI XIA KE XUE 海峡科学 2019年第1期
·28·月30日20时在西北太平洋洋面上生成，8月2日02时加强为强热带风暴，2日14时加强为台风，3日02时加强为强台风，3日14时加强为超强台风，之后维持较强的台风级别，于8日04时以强台风级（15级）在我国台湾花莲附近沿海登陆，8日22时以台风级（13级）在福建省莆田市秀屿区沿海登陆。

1.1 路径和强度特点
如图1所示，“苏力”和“苏迪罗”生成后，处于强大的副热带高压南侧或东南侧，在东南气流的引导下，稳定西北行。

二者均在台湾东部沿海以强台风级别登陆，
登陆后受到台湾地形的影响，路径向左偏折，进入台湾海峡后维持台风级别，路径向右偏折，登陆福建沿海后趋岸左折；在福建省范围内维持强热带风暴和热带风暴级别，穿过福建中部之后进入江西境内。

1.2 强降水概况
“苏力”和“苏迪罗”的路径相似，但过程雨量在量值和空间分布上均有较大差异，“苏力”的过程降雨量明显小于“苏迪罗”，这与“苏力”登陆后强度稍弱以及移速较
快等特点有较大关系；“苏力”的降水大值区在路径南侧，而“苏迪罗”的降水大值区偏于路径北侧。

图1 “苏力”和“苏迪罗”路径和过程雨量 （单位：mm ）
1.3 雷达回波特征
“苏力”登陆福建前，福建东北部有较为分散的雷达回波带，南部回波较强；随着台风偏西移动，福建东北部回波带消散，南侧降水回波维持，覆盖了福建整个中南部地区，并维持了较长时间，造成了南部暴雨。

“苏迪罗”登陆前后，
福建东北部地区始终有对流回波带存在，回波强，维持时间长；南部地区虽然也有回波覆盖，但强度始终弱于北部，且维持时间偏短，造成北部强降水的空间分布特征。

图2 “苏力”和“苏迪罗”登陆过程中的雷达基本反射率特征 （单位：dBZ ）
2019年第1期 海峡科学 HAI XIA KE XUE
·29·
2 影响因子
为了更好地分析台风登陆前后大气环流和物理量场的特征，本文分别选取“苏力”和“苏迪罗”两个台风登陆前后两个时次的主要影响因子进行对比分析，具体时间见表1。

表1 两个台风登陆前后时次选取
登陆前（UTC ） 登陆后（UTC ） “苏力”（Soulik ） 2013年7月13日06时
2013年7月13日12时
“苏迪罗”(Soudelor)
2015年
8月8日12时 2015年8月8日18时
2.1 高层辐散、低层辐合
“苏力”登陆期间，200hPa 高空急流处于较高的纬度，南亚高压较强且位置偏北，台风处于南亚高压的东南侧，台风南部在南亚高压脊线南侧东到东北气流辐散区下，有正涡度平流和强辐散，抽吸作用使低层上升运动增强（图3a 、图3b ）。

500hPa 副热带高压位置偏东偏南，台风处于副热带高压西南侧，副高南落明显，南风分量大，台风北侧靠近副高且南风辐散可能造成台风北部较强的下沉运动，从而抑制强降水的产生。

台风南侧低层西南急流较强，最大有28m/s 以上，形成较大的风速梯度，成为强辐合区（图5a ）。

而“苏迪罗”登陆过程中北部处于200hPa 高空急流的入口处，为强辐散区。

500hPa 台风也是处在副热带高压西南侧，但“苏迪罗”东侧的“莫拉菲”使副热带高压没有南落，同时副热带高压位置偏北，有利于台风北侧东到东南风急流的形成，这支暖湿气流与西风槽后部的东北气流在台风北侧交汇，水汽大量凝结，台风北侧降水增强（图3c 、图3d ）。

(a)“苏力”登陆前；(b)“苏力”登陆后；(c)“苏迪罗”登陆前；(d)“苏迪罗”登陆后
图3 两个台风登陆前后200hPa 风场、500hPa 高度场（实线）、100hPa 高度场（虚线）
从高低空散度配置（见图4）可以明显看出，苏力在登陆前后其南侧850hPa 为强辐合区，对应200hPa 为辐散区，其北侧虽然在登陆后低层转为弱辐合区，但200hPa 辐散区依然在南侧。

而对于“苏迪罗”，在其登陆前后北侧低层均为较强辐合区，200hPa 辐散在登
陆前较为明显，登陆后开始转弱。

“苏力”和“苏迪罗”高低空散度的配置与强降水落区一致，因此可以说，高低空不同的环境场形成的不同低空辐合、高空辐散的高低空配置为台风单侧强降水的形成提供了有利的动力条件。

HAI XIA KE XUE
海峡科学 2019年第1期
·30·
(a)“苏力”登陆前；(b)“苏力”登陆后；(c)“苏迪罗”登陆前；(d)“苏迪罗”登陆后
图4 850hPa 散度（等值线）和200hPa 散度（阴影） （单位：10-6/s ）
2.2 水汽来源及输送
水汽是产生暴雨必不可少的条件之一[1]。

“苏力”登陆过程中水汽来源有两支，一是来自南海，二是来自西太平洋西部。

台风登陆前，两条水汽通道在台湾北部的海面上汇合，整层（地面到300hPa 积分）水汽通量达2.4×106g /(m·s)，台风东侧为偏南急流，在福建北部到浙江地区为分流区（图略）；整层水汽辐合大值区在台风西南侧，东北侧辐合和辐散相间分布（图5a ）。

台风登陆后，整层水汽通量减小（图略），东北侧仍为偏南气流控制，但偏南气流减弱，福建北部到浙江地区仍为分流区，此时台风周围整层水汽辐合大值区依然位于台风西南侧，东北侧以辐散为主（图5b ）。

这种水汽通量辐合区和辐散区的不对称促进台风垂直环流发展，西南侧较强的上升运动，水汽凝结，形成南侧暴雨。

强盛的西南季风携带来自孟加拉湾的水汽为“苏迪罗”暴雨产生提供了充沛的水汽条件，台风登陆过程中，西南气流源源不断地输送水汽，整层水汽通量大值区在台风东北侧，中心值大于2.4×106g /(m·s)并维持（图略）。

从整层水汽散度场来看（图5c 、5d ），东南气流强盛，辐合大值区位于台风东北侧，辐合区西南侧和东南侧为较强的辐散区，这种水汽通量辐合区和辐散区的分布造成福建北部地区较强的上升运动，有利于北侧暴雨的产生。

同时，台风南面明显的低纬流入云带与台风螺旋云带连接，为台风供应大量的水汽和能量，造成降水增幅（图略）。

因此，“苏力”台风东南侧强盛的水汽输送为暴雨的产生提供了有力的水汽条件，同时南侧东北气流与南风急流的辐合造成南侧暴雨；而南风急流在台风东北侧形成的辐散区，不利于北侧强降水。

而“苏迪罗”台风东北侧的东南急流对台风北侧暴雨的产生有指示意义。

2019
年第
1期 海峡科学 HAI XIA KE XUE
·31·
(a)“苏力”登陆前；(b)“苏力”登陆后；(c)“苏迪罗”登陆前；(d)“苏迪罗”登陆后
图5 “苏力”和“苏迪罗”登陆前后整层水汽通量散度（阴影，单位：10-6
g/(m·s)）和850hPa 风场分布 2.3 垂直运动
垂直运动与大气的绝热变化和水平辐合辐散运动配合，可引起湿度、温度、涡度的变化，对天气系统的发生、发展有很大的作用[1]。

“苏力”台风登陆前，南侧的上升运动非常强烈，除了低层为弱的下沉运动外，上升运动贯穿整个对流层，北侧上升运动区集中在低层且
较弱，高层为下沉运动，台风南北呈现较为明显的动力非对称结构(图6a)。

登陆后，台风南侧的上升运动区向下贯穿，整层转为上升运动，但强度减弱，北侧上升运动区几乎消失，这是造成台风南侧大范围强降水的主要动力条件(图6b)。

(a)“苏力”登陆前；(b)“苏力”登陆后；(c)“苏迪罗”登陆前；(d)“苏迪罗”登陆后
图6 “苏力”和“苏迪罗”登陆前后沿119ºE 剖面的假相当位温（阴影,单位：K)和垂直速度（等值线，单位：Pa/s)
HAI XIA KE XUE 海峡科学 2019年第1期
·32·“苏迪罗”登陆前，北侧强上升运动贯穿整个对流层，且中心值达8Pa/s ，南侧上升运动弱，台风中心附近有明显下沉运动区，二者形成的垂直环流使北侧出现强降水(图6c)，登陆后台风强度受到陆地摩擦等作用，能量损耗，强度减弱，中心的下沉运动被破坏，中层有明显的上升运动区发展，南侧垂直运动依然较弱，北侧上升运动减弱，高度下降，但仍旧造成了较强降水(图6d)。

“苏力”和“苏迪罗”登陆前后垂直运动均存在明显的南北不对称，一侧上升运动强烈发展，而另一侧对应弱的上升运动，甚至是下沉运动，造成了强降水区分布的明显不对称，形成单侧强降水。

另外，陈联寿等人在台风暴雨落区的研究中指出，台风会因山脉地形强迫产生小涡，使暴雨增幅[6]，因此，“苏迪罗”登陆前后北侧的强上升运动也有地形强迫的结果存在。

2.4 大气层结不稳定度
假相当位温（θse ）是衡量大气稳定度的一个重要参量[7-8]。

从θse 的分布来看（图6），两个台风的暖心结构都比较清楚，但是“苏力”在登陆前后其南侧都有
θse 低值区，并向下延伸形成冷舌到达较低的高度，等
θse 线密集，造成能量锋区，大气层结不稳定；其北侧虽然也有冷区存在，但集中在较高的高度上且位置更北。

而“苏迪罗”登陆前后，南侧也存在θse 低值区，但较弱，锋区不明显；其北侧在登陆前，低值冷舌存在并向下延伸形成锋区，而登陆后锋区趋于减弱。

以上分析也对应了两个台风的强降水分布区域。

2.5 冷暖平流
冷空气从中上层侵入通常会引起大气层结不稳定，从而触发对流，在水汽充足的情况下产生强降水。

图7分别选取两个台风南北两个点（119ºE ，25ºN 和119ºE ，27ºN ），研究其降水过程中的温度平流变化情况。

“苏力”登陆前，闽东北上空一致的东北气流，700hPa 以下基本为冷平流，随着时间的推移，冷平流占据了整个上空，台风登陆时，逐渐转为偏南气流控制，中层800hPa 左右有弱的暖平流出现，在闽东北产生了较弱的降水（图7a ）。

而在南部，台风登陆前虽然为偏北气流，但除了800hPa 以下存在短暂的冷平流外，几乎为上下一致的暖平流区，900hPa 处，暖中心达40×10-4K/s ；台风登陆后，上空不断有冷平流侵入，500hPa 出现了-20×10-4K/s 的冷平流中心，上冷下暖的温度垂直结构使大气层结不稳定性增强，中底层对流发展，产生强降水（图7b ）。

“苏迪罗”登陆前，闽东北上空有冷空气入侵，冷中心强度达-40×10-4K/s ，随着台风的靠近，低层750hPa 左右出现了30×10-4K/s 左右的暖中心，冷暖中心8日20时在中低空呈现垂直分布，大气层结不稳定，对流发展，降水增强，台风登陆后冷暖中心减弱，雨势逐渐减小（图7c ）。

而在南部台风登陆前中低空基本为冷平流，大气层结稳定，台风登陆后整层转为一致的暖平流，台风登陆时600hPa 左右出现一个较弱的冷中心，不利于降水增幅（图7d ）。

两个台风登陆过程中，在强降水发生的区域上空均出现了上冷下暖的气层叠置现象，而非强降水区域的叠置现象不明显；“苏迪罗”的冷中心强度强于“苏力”且垂直对称性较好，这可能是其降水强度较强的原因。

2019年第1期
海峡科学 HAI XIA KE XUE
·33·
(a)“苏力”在119°E,27°N ；(b)“苏力”在119°E,25°N ；(c)“苏迪罗”在119°E,27°N ；(d)“苏迪罗”在119°E,25°N
图7 “苏力”和“苏迪罗”登陆过程中南北两个点的温度平流（等值线，单位：10-4
K/s）变化
3 结论
本文对两个路径相似台风“苏迪罗”和“苏力”强降水落区不同的成因进行了详细分析，得到了以下结论。

（1）南亚高压、高空急流、副高位置形状和低空西南急流的不同造成高低空辐散和辐合的不同，对强降水的空间分布提供了有利的形势场。

（2）“苏力”的水汽来源于南海，“苏迪罗”的水汽来源于孟加拉湾；“苏力”北侧偏南风急流形成辐散区，南侧东北气流和南风气流形成辐合区，而“苏迪罗”北侧为强盛的东南气流，形成强辐合区，南侧辐合偏弱，不同区域的水汽辐合是造成强降水区南北差异的必要条件。

（3）两个台风垂直运动的非对称性对强降水落区差异是形成台风单侧强降水的重要条件。

（4）台风登陆前后中低层上冷下暖的垂直分布，造成大气层结的不稳定，进而触发对流，对强降水落区有重要的指示意义，“苏迪罗”登陆过程中冷空气南下，形成了北侧强降水增幅。

参考文献：
[1] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法[M].4版.北京:气象出版社, 2000.
[2] 林新彬,刘爱鸣,林毅,等.福建省天气预报技术手册[M].北京:气象出版社, 2013.
[3] 陈联寿,丁一汇.西太平洋台风概论[M].北京:科学出版社, 1979.
[4] Manuel L, Frank D M, et al. Precipitation distribution in tropical cyclones using the tropical rainfall measuring mission (TRMM) microwave imager: A global perspective[J]. Health Research Policy & Systems, 2004, 11(1): 1645-1660.
[5] 程正泉,陈联寿,徐祥德,等.近10年中国台风强降水研究进展[J].气象, 2006, 31(12)：3-9.
[6] 陈联寿,孟志勇,丛春华.台风暴雨落区研究综述[J].海洋气象学报,2017, 37(4):1-7.
[7] 杨国祥.中小尺度天气学[M].北京:气象出版社,1983. [8] 丁一汇.高等天气学[M].北京:气象出版社,1991.。