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台风狮子山影响下的连阴雨天气的环流特征与成因分析
摘 要：利用2016年8月20日～9月4日吉林省区域自动站资料、高空实况资料、地面实况资料等,分析了1610 号台风狮子山影响下出现阴雨天气的环流形势及降水持续的原因、主要发生时段和落区.得出结论为,连阴雨天气发生在台风狮子山北上与高空冷涡合并的持续影响,阻高崩溃促使高空低涡的发展,热带气旋携带的不稳定能量和偏南风急流为阴雨天气的持续提供了必要条件,此外,由于长白山脉地形的作用对降水起到明显的增幅作用.
关键词：狮子山；阻塞高压；热带气旋；地形作用
中图分类号：P458 文献标识码：A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.16.053
1 天气过程概况及特点
台风狮子山于8 月20 日凌晨在西北太平洋北纬33.1 度洋面生成,是21 世纪以来生成位置最北的风暴,具有路径曲折、生命史长的特点.8 月28 日14 时～29 日08 时达到超强台风级,走偏北路径经过日本向西北方向移动,最终以热带风暴级登陆吉林省延边自治州而后影响东北地区.
根据地面观测站资料数据显示,此次台风影响下的该区阴雨天气开始于8月29 日22 时,降水从该区东北方位逐步向南向西推进.通过分析该区8 月29 日20 时至9 月1 日20 时台风影响下产生的降水量可知（图1）,累计降水量自东向西呈现阶梯式递减,与台风狮子山的移向相一致.具体表现为,长白山脉以北地区降水量级偏大,区域站中最大累计降水量出现在绿渊潭,达到151.8mm,其余以50～150mm 为主；长白山脉以西的大部分地区以25～100mm 的降水量为主.因此可以看出,在本次系统性降水过程中,长白山脉大地形的作用突出,在偏东气流的影响下,地形对降水起到了明显的增幅作用.主降水时段集中在8 月30 日02 时～31 日08 时,且没有出现小时雨量大于或等于20mm 以上的短时强降水,因此没有对交通运输、山洪地质等造成不利影响.
风力方面,二道站和东岗站在此次过程中均未出现5 级以上平均风力.综合考虑,此次连阴雨天气,有效地缓解了2016 年入夏以来夏季该区降水偏少的形势,延缓了林区秋季严峻的防火形势.
2 台风狮子山影响下的连阴雨过程环流特征
2.1 500hPa 环流形势
阴雨天气过程前期,大陆高压强大稳定维持在我国长江流域及其以南地区,592dagpm 线控制我国西北地区东部—四川东北部.乌拉山高压脊稳定少动,发展强盛,南北经向度大,跨越50 个经距以上,形成阻塞形势,其建立利于将北部冷空气走北—东北路径源源不断从极区向中高纬地区输送,脊前部的西风槽（有横槽）得以发展,锋区位置稳定在40°N～50°N 之间,极涡位置偏向欧亚大陆东北侧,见图2（a）.随着乌拉尔山高压脊上游槽的发展,温度场经向度大于高度场的经向度,槽前冷平流不断向高脊输送,阻塞高压崩溃,极涡分裂冷空气走西北路径南下,西风槽快速东移,中高纬地区形成多波动的环流形势,见图2（b）.在副热带高压的偏南气流作用下,狮子山进一步北上,控制中低纬地区的三大高压系统（含非洲大陆高压）打通成带状,形成南部暖高压与北部冷低涡（槽）对峙的局面.
中高纬度的高空槽在槽后冷平流不断向槽区的输送下,快速发展成冷涡,并一路东移南下.一方面,随着台风狮子山进一步北上,其本体的气旋性环流与冷涡合并,中心位势高度值进一步降低,发展成强大低涡（冷性特征减弱,5 圈闭合环流）,8 月31 日闭合环流中心达到552dagpm,冷空气势力强大使得中低纬带状高压断裂,副高东退；另一方面,台风狮子山的暖性结构在其北上过程中促进了下游脊的快速发展,并在鄂霍次克海地区西伸形成东阻形势,如图2（c）.
随着台风狮子山登陆日本并向西北方向移动,高空低涡也走逆西风气流向西移动的路径,自东向西影响东北地区以及华北地区东部,该区降水已趋于结束,但仍保持小量级残余降水.由图2（d）可见,此时,副热带高压成块状,发展强盛,稳定控制日本海———西太平洋一带,形成东阻形势,阻挡贝加尔湖高空槽的东移,该区仍有残余降水,主降水区向西部转移,促进了此次东北地区降水过程持续并形成连阴雨天气.
2.2 低层环流形势
8 月28 日,控制我国中西部大部的大陆高压脊发展强盛,该区处于台风顶部,同时,位势高度场与温度场成反位相叠置,利于脊前冷平流不断向南输送到台风后部,形成冷温度槽,致使台风由暖心结构的热带气旋变性成为热力不对称系统.
台风登陆日本后继续西北行,形成完整的正圆形闭合风场环流（闭合等值线6 根以上）,范围庞大,控制东北地区- 日本大部.一方面,其前部的偏东风急流源源不断地将日本海- 西北太平洋的水汽向该区输送,为降水的展开提供了充足的水汽条件；另一方面,其西北象限的东北风急流促进了不稳定机制的建立,其顶部的台风倒槽自东向西移动为降水的展开提供了最为重要的动力条件.后期虽然系统继续西行减弱,但前侧的南风维持,水汽通道畅通,为连阴雨天气的发生发展提供了必要条件.
从延边（54292）时间剖面图（图3）可见,29 日08 时,500hPa 作为明显的南北风分界层,中低层受偏北气流的控制,为干区,随着南风加强下传,整层接近饱和,为降水的开始提供了充足的水汽条件.当台风倒槽移过本站上空,降水开始.中低层东风气流稳定,低层存在东风急流,且伸展到200hPa 的深厚湿层均利于连阴雨天气的持续.
2.3 地面形势分析
高空低涡的东移南掉,受其后部冷平流的作用,地面高压发展南压,与台风低压间的气压梯度进一步加大,促进了地面风的发展.系统移过日本后,其地面正圆形结构完整.受低层环流后部冷平流及其前部暖平流的共同影响,在低压继续西北行过程中,促进了地面冷锋、暖锋锋生,促使热带气旋变性成为温带气旋.随着温带气旋西行,气旋后部冷空气的不断注入,加之地形阻挡、地面摩擦的作用,气旋填塞消亡.而南来强盛的暖空气促进地面倒槽的北上和维持,为连阴雨天气后期降水提供了有利条件.
3 要素场特征分析
3.1 动力条件分析
台风狮子山向日本岛靠近,偏南风急流范围逐渐扩大,强度增强,最强达到56m/s.在图4 中,8 月30 日20 时,强辐散区位于台风的西部及北部,该区正处在此位置,上空的辐散中心值达到了11×10-5s-1.在台风西行北上的过程中,偏南风急流也自东南向西北旋转式的移出减弱,但高层的辐散场始终维持,利于连阴雨天气的持续.高空急流入口区右侧的强辐散,对于低层的辐合上升运动起到了加强的作用,利于台风的正涡度环流的长时间维持,这也是台风登陆日本岛后正圆形环流维持的重要因素.
3.2 水汽条件分析
从水汽通量场可见,水汽源地主要为日本海及西北太平洋,也有来自渤海、黄海的水汽（图略）.台风前部东南风急流不断地将水汽从水汽源地输送到我国东北地区.8 月28 日起,该区上空自东向西从高层到低层的水汽状况明显增强比湿≥8g/kg.受其螺旋云带影响,29 日夜间该区比湿继续维持≥10g/kg,开始出现分布不均的小雨,02 时降水加强,随着系统西移靠近该区,30 日20 时前后,全区范围内比湿≥10g/kg,降水量级增大且稳定维持.在连阴雨期间,低层存在水汽通量辐合大值区,促进了降水过程的持续.
3.3 热力条件分析
假相当位温作为反应大气不稳定能量的一个温湿特征量,是用来判断大气对流性稳定度、讨论能量发展的重要工具.
其中：T 为大气温度,L 为凝结潜热,CP 为定压比热,q 为比湿,p 为气压,R 为比气体常数.
位于台风的底前部,低层东风急流不断地将台风前部来自洋面的暖湿空气向该地输送,使得θse 增强,最大θse 超过55℃.随着系统西行,暖湿高能区进一步向西扩展,与西部干冷空气交绥,产生降水.
同时,台风狮子山后期热力不对称特征表现尤为明显,干冷空气不断从后部侵入,而前部及顶部为暖湿能量累积区.从温度平流的分布来看,冷、暖平流的分布也有此特征.
从θse 垂直剖面分布可知,气层θse 随气压的降低而增加,表明气层稳定,降水表现为稳定性降水.随着系统的西进,高层暖湿气层高度降低,利于能量积聚,降水逐步展开.
4 预报与天气实况对比分析
由图7 可见,模式对于影响东北地区的台风倒槽的位置及移速的预报具有一定的偏差,与实况相差3 个经距,随着系统的靠近减弱,模式预报与实况偏差减小.模式对于台风倒槽位置偏西、移速偏快是本台预报降水开始时间偏早而产生误差的主要原因.同时模式对于风速的预报存在一定偏差.
台风影响下的降水过程,模式预报仍具有较大不确定性,调整较大.针对某一固定时段,不同时次起报的资料调整很大.对于低层气旋式辐合中心位置及移向后期时次明显东调,急流强度减弱,对于主降水区位置和强度也相应做出调整.
5 结语
通过对2016年入秋1610 号台风狮子山影响下该区出现阴雨天气的环流形势及降水持续的原因进行综合分析,得到如下结果：
（1）本次连阴雨天气发生在台风狮子山北上与高空冷涡合并的持续影响下.乌拉尔山阻塞高压崩溃促进极涡分裂冷空气大举东移南下促进了高空低涡的发展,大陆高压稳定少动,利于北方冷空气积聚,热带气旋北上过程中促进了下游高压脊的发展,形成东阻型,热带气旋与高空冷涡合并变性为深厚低涡西行少动为本次阴雨天气提供了环流背景.
（2）源于热带———副热带洋面的热带气旋,一方面,其前部的偏南风急流为雨区提供了丰富的水汽条件,另一方面,来自洋面的暖湿气流具有高潜热能和不稳定能量,为阴雨天气的持续提供了必要条件.
（3）高低空急流的强烈发展以及台风倒槽自东向西缓慢移动是本次阴雨天气的主要动力机制,同时在偏东气流的影响下,长白山脉地形的作用对降水起到明显的增幅作用.
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