福建台风与环流形势的联系外文翻译资料

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福建台风与环流形势的联系

Jinyu Zeng, Yi Lin, Conghui Gao

摘要：分析登陆福建并造成暴雨的台风个例。从对产生暴雨的主要天气系统和大气环流场特征的分析中，基于福建的特殊地理位置和地形，总结出了四种造成台风暴雨的环流形势（东风急流、暖式切变、台风V形倒槽、西风槽）。通过研究一系列台风暴雨的典型个例，可以由不同环流背景下台风暴雨个例中多数影响系统来揭示造成台风暴雨的机制。

关键词：台风，暴雨，环流形势

1. 简介

台风（指强度超过热带风暴的热带气旋，同下）暴雨是福建夏季主要灾害性天气，它造成的损失非常严重，尤其是台风环流系统与环境场的相互作用和福建的特殊地形条件会导致MCC的发展并产生中尺度暴雨。虽然台风暴雨的产生与台风强度及其自身结构、移动路径、地形、大气环流背景和其他因素有关，但环流形势场起决定性作用。一个确定的环流形势场一定程度上会影响台风的移动路径、结构和强度，因此也会影响台风降水强度和落区分布。本文分析了登陆福建的台风及其暴雨影响的个例。从对产生暴雨的主要天气系统和大气环流场特征的分析中，基于福建的特殊地理位置和地形及不同的环境环流形势场，分析产生台风暴雨的环流特征。通过研究一系列台风暴雨的典型个例，可以由不同环流背景下台风暴雨个例中多数影响系统来揭示造成台风暴雨的机制。

1. 台风暴雨与环流形势的联系

2.1台风暴雨的定义

在1960-2017年登陆福建的台风及其暴雨影响的个例中，有两个或两个以上的站点24小时日降水量大于等于100mm即定义为台风暴雨。从1960年到2017年，一共有164个台风，造成了250场台风暴雨。

2.2台风暴雨的环流背景分类

台风暴雨的产生与台风强度及其自身结构、移动路径、地形、大气环流背景场和其他因素有关。特别地，无论暴雨发生在台风登陆前的外围螺旋云带中还是登陆后的台风后部的云系中，都与大气环流密切相关。在不同的环流背景场中，造成台风暴雨的影响系统、产生暴雨的机制和发生台风暴雨的区域都是不一样的。因此，根据能够产生暴雨的环流场及在这种环境中系统对台风暴雨形成的贡献，将登陆福建的台风及其暴雨影响的个例分成了四类（东风急流、暖式切变、台风V形倒槽、西风槽）。如果环境场发生改变，同一个台风的不同降水时期可归因于不同的类型。

1. 台风暴雨中不同环流背景的作用

3.1东风急流

3.1.1环境场特征

这种类型的环流背景表现为：副热带高压呈带状分布，其西脊点在105°E-115°E之间，脊线位于30°N-32°N附近，在脊线的西北部有明显的正变高。随着台风向西北方向移动，在台风北部和副热带高压南部会形成强的东风急流，并使流场产生不对称结构。强的风速辐合和特殊的地形条件可能会有利于台风螺旋雨带的迅速发展。

在这样的环境场中，台风暴雨主要出现在福建沿海地区中北部，即位于台风前进方向的右侧和副高南侧。福建东北部的暴雨是台风的螺旋雨带和发生这种环境下的核心雨团造成的。从历史数据分析来看，可以发现登陆福建中部和南部的台风的最大降水量主要出现在九峰山东南部和位于福建沿海地区中北部的太姥山。

3.1.2东风急流作用下地形条件对提高暴雨强度的重要作用

首先，东北地区的特殊地形在增强台风降水中具有重要作用，它包括海陆摩擦辐合和地形抬升作用。根据研究，由地形造成的降水增强取决于两个因素：一是低层风速，风速越大，降水量越大。二是空气的暖湿程度，空气越暖湿，地形在降水中的作用就越大。福建东北沿海地区为丘陵地带，经常产生以海陆风摩擦辐合为主导作用的大范围暴雨。九峰山和太姥山位于福建东北部，海拔1500米左右，它们呈东北—西南走向并平行于海岸线。在北高南低的环境场中，台风北部的东—东南气流和福建东北部山区相垂直，摩擦辐合和地形抬升作用非常明显。特别是位于太姥山半山腰的柘荣站在这种环流中经常是台风的“降水中心”。如2005年台风“海棠”，柘荣的日降水量突破历史极值。因为太姥山呈NNE-SSW走向，与“海棠”的螺旋雨带近乎垂直，山脉的阻挡和强迫抬升作用使螺旋雨带中的对流云发生发展。在2016年台风“鲇鱼”过程中，寿宁站和平南站在9月28日的日降水量刷新了台站有气象记录以来的历史极值。宁德的地形有西北高东南低的特征，宁德市的降水过程受到了监测，其强降水区域与宁德的地形密切相关。同样，东风急流和西南急流在山的迎风坡强迫抬升，加强了暖湿气流的上升运动，有利于降水的增加。

3.1.3两股气流的交汇有利于暴雨的产生

当台风进入台湾海峡时，台风东侧的东风气流会在台湾地形的影响下分成两股，并在台湾西侧即福建地区汇合。加上冷空气向南入侵，在气流交汇处不仅可以向降水区域输送大量水汽，还会形成有利于强对流云发展的动力、热力条件，刺激强对流云的发展，并导致交汇处暴雨的产生。0519号台风“龙王”、1111号台风“南玛都”、1513号台风“苏迪罗”和1601号台风“尼伯特”的暴雨过程都有类似的环流特征。

1111号台风“南玛都”的强降水过程可以由暴雨区域（莆田和林桥）小时降水量极值和分析暴雨区域东部逆风区地面小时风场由南到北的演变得出。在8月31日晚上，台风“南玛都”东侧南风加强，在此过程中，莆田北部沿岸的风向发生逆转，北风有逐渐南压的趋势。东北风、东风和南风的辐合区出现在莆田地区，辐合区的形成刺激了中尺度对流云系的发展，地面中尺度辐合区在雷达上表现为连续强回波区。莆田和林桥的降水强度维持并快速增长，影响气流提供了较强的水汽辐合和中尺度对流云系发展的辐合抬升条件。在1日11时之后，福建沿岸的南风减弱，北部的北风逐渐转为东风气流，莆田低层的气流减弱，降水强度也迅速减弱。

同时也对2005年10月2日登陆福建并造成福州暴雨的台风“龙王”进行了详细分析。强降水的主要原因也是由于台风东侧气流在台湾地形的作用下产生分支后又在福州地区重新汇合，并导致对流云的形成。它通过两种方式起作用：首先，气流的汇合在低层形成一个强气流辐合区。因为副高和台风之间存在较大的气压梯度，在台风低层环流中存在20m/s的强风速带。两股气流在福州地区辐合形成强辐合区，为对流云的发展提供了充足的水汽和抬升动力条件，暴雨就在气流强辐合区中形成和发展。

其次，因为冷空气的向南入侵，形成了有利于对流云发展的不稳定层结。从10月2日20时地面温度场可以看出，低层冷空气向南入侵福建沿岸地区，福建东北部为温度的低值区；而在台湾海峡东部沿岸地区，由于高层东风气流经过中央山脉时下沉增温，形成温度的高值区，因此在福建中北部沿岸和台湾西部形成较大的温度梯度。东风气流的北支穿越台湾岛到达福建北部并变性，气流携带的空气块温度较低，起输送冷空气的作用。当这股气流与携带大量暖湿空气的东风气流在台湾海峡西侧辐合时，就像冷暖气团相遇，极大地增强了气流辐合区的大气不稳定程度，刺激强对流的发展。

3.2暖式切变

3.2.1环境场特征

在台风登陆后，588线或近似高压环流出现在大陆35°N以北。此时中国南部大陆上没有高压活动，低位势高度有利于台风的活动，副高在海上稳定存在并加强。我国东北至北部地区为脊区，其与副高叠加，引导台风向西北方向移动。副高移动过程中，在台风东至东北侧出现东南风急流，与台风南侧的西南急流在福建西南沿岸和台湾海峡北部之间形成暖式切变，MCC在暖式切变提供的强辐合上升区迅速发展。在这种环流形势下暴雨通常发生在福建南部地区。

着重关注这种环流形势下南海西南季风的增强和南亚高压的稳定存在，例如2006年台风“Bilis”造成的暴雨。

3.2.2稳定的大陆高压有利于台风移动和在台风东至东北部出现西南急流

在15日08时500hPa上台风“Bilis”登陆后，巴尔喀什湖和我国东北部为槽区，贝加尔湖为深厚的暖脊，副高加强西伸，西脊点达100°E。副高主体位于日本南部，中心位势高度达592dgpm。河套地区在暖脊的南部，脊在暖平流和正变高的叠加下持续加强。其沿海部分在北方短波槽的作用下有断裂的趋势。孟加拉湾575线位于22°N和90°E。“Bilis”在两个高压之间，西北侧为一个强大陆高压，伴随东北风、东部南风和来自孟加拉湾的西南气流。这种环境场有利于气旋性环流的缓慢移动和维持。

这表明在强热带风暴“Bilis”登陆后，大陆高压和西太平洋高压强盛并稳定存在，“Bilis”在大陆高压的阻挡下，在其南部缓慢向西移动。“Bilis”在江西省内长时间停留，在台风的东至东北侧有东南风急流的维持。福建省的中部和西部是低压外围东南风和西南风的辐合区，有利于暴雨的发生。西风槽在35°N以北活动，没有冷空气侵入台风。

3.2.3南海西南季风的增强为降水区域提供充足的水汽和能量

随着台风向西移入大陆，副高也随之西伸，在副高外围的台湾及台湾海峡存在一支强西南急流，500hPa风场达20m/s及以上。副高西伸产生更大的变压梯度，使大风速区产生超地转现象。同时，“Bilis”的影响时间与西南季风的强盛期重合，南海的西南季风吹到25°N，它不仅提供充足的潜热以维持“Bilis”登陆后的强度，还向我国南方降水区域输送充足的水汽和能量。

3.2.4南亚高压为降水区域提供强辐散

当“Bilis”登陆时，200hPa南亚高压加强南移。从青海—青藏高原到我国南方地区东部都被一个巨大的高压控制。高压中心1264线位于河套西侧，“Bilis”接近南亚高压的低层中心，福建南部和广东东部的东南沿海地区位于南亚高压东南侧的东北气流中。“Bilis”和我国南方降水落区处于强辐散区，南亚高压中心的下沉作用有利于大陆高压的维持。南亚高压为“Bilis”和我国南方降水区域提供强辐散并使低层辐合和上升运动加强，不仅有利于“Bilis”气旋性环流的维持，也有利于我国南部沿海地区MCC的形成和发展。这是“Bilis”登陆后产生强降水的主要原因。

福建南部和广东东部的东南沿海地区位于南亚高压东南侧的东北气流中，“Bilis”和我国南方降水落区处于强辐散区。随着南亚高压的西伸加强和北抬，高层东风急流北跳，其入口区位于低层西南急流的上方，形成特殊的东北—西南季风环流圈。高层辐散区位于低层急流轴左侧、高层“Bilis”后部，高低空急流耦合有利于暴雨的维持。

3.3台风V形倒槽

3.3.1环境场特征

在台风（生成于西太平洋但移入南海或生成于南海）登陆福建之前，台风的V形倒槽形成于台湾海峡和江西与福建之间靠近115°E边界附近。台风的V形倒槽的两侧有东南急流和东北急流，并形成较大的气旋性曲率。东南急流携带大量暖湿空气并为暴雨提供充足的水汽和能量，中尺度暴雨出现在低层V形倒槽东侧的东南急流前端。风速的辐合及与山脉相垂直有利于MCC的形成和发展。

3.3.2深厚湿层的稳定水汽输送

当台风中心位于20-22°N、114-116°E，广东中部、靠近南海的区域时，暴雨的中尺度雨团通常出现在福建东南部、台风外围的东北侧。这主要是因为福建的海岸线接近南北走向，高层台风东北侧盛行东—东南风，有利于海上的云沿东风气流移动并影响福建南部，暴雨的中尺度雨团出现在台风的东北部。台风中心的东北部通常是螺旋雨带活跃区和台风倒槽与冷空气交汇的区域，尤其是台风外围环流在山脉的作用下可能会使暴雨中尺度雨团发展，这种雨团经常在戴云山脉的一些特殊地形和福建中南部博平岭山脉东部形成。例如，9908号台风在福建南部沿海造成的暴雨，1308号台风“西马仑”和1407号台风“海贝思”都有相似的路径并在福建南部产生极端降水。

3.3.3西风槽后冷空气入侵

由于台风倒槽东侧东南气流的快速增强和西风槽东移，高层槽后冷空气强迫低层暖的东南气流抬升，造成不稳定区域强对流天气的发生发展。暴雨发生在台风倒槽和西风槽结合的区域，大气从稳定层结转换为不稳定层结，不稳定能量快速增加，斜压性达到最大。

3.4西风槽

3.4.1环境场特征

当台风移近海岸，与此同时西风槽东移，台风可能会转向东北方向而不登陆福建。然而，台风高能量气团与西风槽引导的冷空气之间的相互作用会形成不稳定层结并促使MCC的发展。暴雨发生在台风西侧的西风槽前，如果台风转向125°E，则暴雨发生在西风槽底部。台风暴雨在这种环流形势下通常发生在福建中部和南部沿海地区。预报非常困难，关键在于西风槽东移是否与冷空气南下相结合。例如，由2003年台风“彩云”转向北路径造成的福建中部和南部暴雨，从2003年9月20日中午到21日，风暴和暴雨袭击了离“彩云”中心1500km左右的福建省中南部沿岸，造成了严重的地质灾害。在上下层一致的西北气流环境场中，预报是非常困难的。

3.4.2高层西北气流的背风波效应促进低层气旋发展

台风“彩云”向北进入西风带，福建高层盛行西北气流。福建地形西高东低，山脉呈东北—西南走向，西北气流越过武夷山脉时产生的背风波效应促使地形低压的形成和发展。从19日到20日地面气压场和3小时变压场可以得出，当高层盛行西北气流时，负变压中心主要位于武夷山东南部和南岭南部，气压场上可以在福建分析出一个弱低压中心。与气压场变化相配合，风场适应气压场，气旋性环流逐渐向上伸展。20日14时3小时变压场达到3.8hPa，并出现一个强中尺度低压中心，到20时在925hPa和850hPa上也出现了中尺度气旋性环流。这表明直接导致暴雨的中尺度系统是在西北气流越过武夷山脉时产生的地形低压的作用下发展起来的，它的发生发展也与台风“彩云”转向北后高层环流场的变化密切相关。

3.4.3台风向北移入西风槽并加速冷空气南下

9月19日20时，在暴雨发生的前期，500hPa副热带地区由两个高压控制，其中大陆高压范围较大且强盛，福建的中高层由西北气流控制。在正常的情形下，这种环流形势不利于暴雨的产生。然而，随着台风向北移入西风槽，

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