熱帶氣旋對(duì)珠三角水域的影響分析

熱帶氣旋對(duì)珠三角水域的影響分析摘要基于1960-2014年我國(guó)珠三角地區(qū)184個(gè)臺(tái)站逐日資料、熱帶氣旋（TC)最佳路徑集分析資料，利用TC降水天氣圖客觀識(shí)別法、相似面積指數(shù)、動(dòng)態(tài)合成法，從臺(tái)站日降水和TC過(guò)程最大日降水的角度，分析了珠三角地區(qū)TC極端降水的時(shí)空特征,并針對(duì)主要特征進(jìn)行成因初步分析。結(jié)果表明：1) 近50年來(lái)，珠三角地區(qū)TC極端降水的年際變化趨勢(shì)在不同降水量級(jí)呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，50-150mm間的TC極端降水頻次以較弱的增長(zhǎng)率緩慢上升；150-250mm間的TC極端降水頻次以弱的趨勢(shì)緩慢上升；250mm-350mm間的TC極端降水頻次以弱的速率緩慢下降；350mm以上的TC極端降水頻次下降速率弱。從TC過(guò)程最大單站日降水來(lái)看，彡50mra、lOOmra和250mm的頻數(shù)的年際變化率分別呈弱的下降、下降和上升趨勢(shì)。以上趨勢(shì)均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。2) 對(duì)于不同量級(jí)的降水量，無(wú)論是從全區(qū)TC極端降水還是從TC過(guò)程最大單站日降水來(lái)看，其空間分布規(guī)律總體是一致的。降水頻數(shù)和強(qiáng)度的大值都主要分布在沿海，并由沿海向內(nèi)陸呈階梯式遞減；大值區(qū)呈三區(qū)分布集中于粵東沿海（東部分區(qū)）、珠三角西側(cè)沿海（中部分區(qū)）和雷州半島至廣西沿海（西部分區(qū)），且西部分區(qū)在TC極端降水過(guò)程最大單站日降水的平均強(qiáng)度以及各級(jí)別頻次上均為三分區(qū)之最大。3) 對(duì)比沿海各區(qū)的TC極端降水過(guò)程發(fā)現(xiàn)，從路徑的角度看，西部分區(qū)極端降水過(guò)程的TC路徑規(guī)律性較強(qiáng)，主流為西行路徑，且登陸點(diǎn)位置集中在西部分區(qū)；對(duì)西部分區(qū)的西行路徑TC極端降水成因初步分析表明，TC移動(dòng)速度慢和南海夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)有利于極端降水的產(chǎn)生。4) 對(duì)西部型TC極端降水典型臺(tái)風(fēng)“啟德”的模擬試驗(yàn)表明，WRF中尺度區(qū)域模式可以較好地模擬出臺(tái)風(fēng)影響兩廣時(shí)最大日降水的位置，但降水強(qiáng)度模擬較弱。敏感性試驗(yàn)表明，夏季風(fēng)被削弱后，南海地區(qū)的西南季風(fēng)被抑制，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)降水強(qiáng)度總體減弱，臺(tái)風(fēng)雨帶偏南，因此從數(shù)值試驗(yàn)的角度證實(shí)了前述南海夏季風(fēng)強(qiáng)度減弱不有利于極端降水產(chǎn)生的分析結(jié)果。關(guān)鍵詞：TC極端降水；時(shí)空特征；成因；珠三角地區(qū)；數(shù)值試驗(yàn) AbstractBasedon184meteorological-stationdailyprecipitationdataduring1960-2014overmainlandoftheSouthChina(GuangdongandGuangxi),TropicalCyclone(TC)BestTrackDataset,ERA-interimReanalysisDatasetandERA-40ReanalysisDataset,applyingtheObjectiveSynopticAnalysisTechnique(OSAT)9tropicalcyclonetracksimilarityareaindex(TSAI)andthedynamiccompositeanalysis,analyseswerecarriedoutoncharacteristicsofTCextremeprecipitationanditspreliminarycausesfromaperspectiveofTCdailyprecipitation(TCP)andTCmaximumdailyprecipitation(TMP).Resultsareasfollows:1) Duringthepast50years,regional-meanfrequenciesofTMPsabove50mm,150mm,250mmand350mmshownotobviousandweakdecreasingtrendsandweakandweakincreasingtrendswithobviousinterannualvariations,respectively,regional-meanfrequenciesofTMPsabove50mm,100mmand250mmshowweakandweakdecreasingtrendsandweakincreasingtrendwithobviousinterannualvariations,respectively.Thetrendsabovearenotobvious.2) FrequenciesandintensitiesofdifferentlevelTCPsandTMPspresentasimilardistributionpatternoflargevaluesdistributingmainlyalongthecoastalregionswith:decreasingquicklyfromcoastalregionstoinlandregions.Inaddition,thelargevaluesconcentrateinthreesubregions:theeasterncoastofGuangdong(theeasternsubregion)?thewesterncoastofthePearlRiverDelta(themiddlesubregion)andthecoastfromtheLeizhouPeninsulatocoastofGuangxi(thewesternsubregion),withthewesternsubregionbeingtheonewithlargestvaluesofintensityandfrequency.3) Comparisonanalysisrevealsthat,theTCs,whichcauseextremeprecipitationinthewesternsubregion,havetracksofthestrongestregularitywithmainlywestwardmovementandlandfalllocationsconcentratingwithinthearea.Meanwhile,causesanalysispreliminarilyrevealsthatTC^slowmovementandreinforcementoftheSouthChinaSeaSummerMonsoonareinfavorofproducingextremeprecipitationinthewesternsubregion.4) NumericalexperimentcapturesthewestwardtrackandintensityofTCKAI-TAK，andtheassociatedrainfallpattern.SensitivityexperimentsuggeststhatmonsoonalflowsareweakenedintheSouthChinaSea.Meanwhile,TCintensityisweakened,rainisreducedamongtheTCrangeasawhole,rainbandmovessouth,SoitprovesturethatweakenedSouthChinaSeaSummerMonsoonisnotinfavorofproducingextremeprecipitationinthewesternsubregionasmentionedbefore.Keywords:TCextremeprecipitation;spatialandtemporalcharacteristics;causes;mainlandoftheSouthChina;numericalexperiment 目錄TOC\o"1-5"\h\z\u第一章緒論 11.1研究意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3珠三角地區(qū)熱帶氣旋暴雨研究方面存在的主要問(wèn)題 21.4本文的主要研究?jī)?nèi)容 2第二章資料和方法 22.1資料簡(jiǎn)介 22.2方法簡(jiǎn)介 2第三章珠三角地區(qū)熱帶氣旋極端降水特征 33.1概念介紹 33.2TC極端降水的總體氣候特征 33.3基于TC過(guò)程最大單站日降水的TC極端降水特征 43.4小結(jié) 5第四章珠三角地區(qū)熱帶氣旋極端降水成因診斷 64.1造成不同區(qū)域TC極端降水的TC特征 64.2西部型TC極端降水的成因診斷 64.3小結(jié) 7第五章西部型TC極端降水典型臺(tái)風(fēng)“啟德”的模擬試驗(yàn) 85.1臺(tái)風(fēng)“啟德”降水及環(huán)流特征 85.2模式及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 95.3試驗(yàn)結(jié)果 105.4小結(jié) 10第六章結(jié)論及展望 116.1結(jié)論 116.2展望 12參考文獻(xiàn) 13致謝 16第一章緒論 1.1研究意義我國(guó)歷史上由TC極端降水引起的災(zāi)害令人觸目驚心：1996年7月底8月初，“9608”號(hào)臺(tái)風(fēng)Herb[5]不僅肆虐了臺(tái)灣島，它登陸大陸后的特大暴雨橫掃十多個(gè)省市，造成700多人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)650億元（占當(dāng)年GDP的1%）；2006年，強(qiáng)熱帶風(fēng)暴Bilis（碧利斯）[6]在福建登陸后一路西行，給多省區(qū)帶來(lái)持續(xù)性暴雨，引發(fā)的洪澇、山洪和泥石流造成800多人死亡，近350億元的經(jīng)濟(jì)損失；0908號(hào)臺(tái)風(fēng)Morakot（莫拉克）[7]以接近3000毫米的過(guò)程降水量對(duì)臺(tái)灣南部造成了災(zāi)難性的后果，導(dǎo)致約700人死亡或失蹤。我國(guó)大陸華南沿海是臺(tái)風(fēng)暴雨災(zāi)害最重的地區(qū)之一可見(jiàn)，加強(qiáng)熱帶氣旋極端降水成因研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于提高我國(guó)防御TC暴雨災(zāi)害的能力。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 許多研究工作關(guān)注了不同的TC暴雨個(gè)例。陶詩(shī)言[1]對(duì)7707號(hào)TC的分析表明，引發(fā)上海特大暴雨主要與東風(fēng)氣流中中尺度云團(tuán)和中尺度輻合線等有關(guān)；0土111叫〇等[11]對(duì)颶風(fēng)Agnes分析指出水平水汽通量輻合對(duì)于降水有重要影響；丁治英等％對(duì)Freda臺(tái)風(fēng)研究發(fā)現(xiàn)，右側(cè)水汽輸送比左側(cè)水汽輸送對(duì)臺(tái)風(fēng)降水的影響來(lái)得更大；壽紹文等[13]對(duì)9012TC研究表明：雨團(tuán)出現(xiàn)在地面假相當(dāng)位溫密集帶和中尺度鋒區(qū)附近；蔡則怡等[14]對(duì)7503號(hào)臺(tái)風(fēng)Nina的數(shù)值模擬指出，地形對(duì)“75.8”暴雨有重要貢獻(xiàn)。1.3珠三角地區(qū)熱帶氣旋暴雨研究方面存在的主要問(wèn)題 從前面回顧可看出，珠三角地區(qū)熱帶氣旋（TC)暴雨研究集中在兩個(gè)方面，一是在從氣候?qū)W角度分析了氣候變化的基本事實(shí)，二是從天氣學(xué)角度主要開(kāi)展了一些個(gè)例研究。存在的主要問(wèn)題表現(xiàn)在：一是關(guān)于珠三角地區(qū)TC極端降水的主要空間分布特征還不清楚，二是如何從天氣學(xué)角度理解TC極端降水主要空間特征的形成原因。1.4本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文以珠三角地區(qū)為主要研究區(qū)域，研究該特定區(qū)域的TC極端降水，獲得對(duì)該區(qū)域的TC極端降水特征以及成因更全面的認(rèn)識(shí)。第二章資料和方法 2.1資料簡(jiǎn)介 2.1.1熱帶氣旋資料本文所使用的熱帶氣旋路徑資料為CMA熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集，來(lái)自上海臺(tái)風(fēng)研究所，包括1949年以來(lái)西北太平洋（含南海，赤道以北，日界線以西)海域熱帶氣旋每6小時(shí)的位置和強(qiáng)度。2.1.2臺(tái)站降水資料日降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心，日降水量的日界為北京時(shí)前日20時(shí)至當(dāng)日20時(shí)。數(shù)據(jù)時(shí)間范圍為1960—2014年，珠三角地區(qū)共有184站。2.1.3再分析資料本文所使用的全球再分析資料包括兩部分，第一部分是環(huán)境場(chǎng)對(duì)比所使用的，分別是:1)ECMWF提供的逐六小時(shí)的ERA-40(Sep1957-August2002)以及2)ERA-interim(Jan1979-present)全球再分析資料，分辨率是1°Xl°。包括l〇〇〇-l〇〇hPa間所有13層的風(fēng)場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)和比濕場(chǎng)。第二部分是NCEPFNL(1999-present)全球再分析資料，分辨率是1°X1°，用作WRF模式的初始場(chǎng)和邊界場(chǎng)。2.2方法簡(jiǎn)介 本文采用Ren等?"631提出并改進(jìn)的TC降水天氣圖客觀識(shí)別法(0SAT)識(shí)別我國(guó)珠三角地區(qū)的熱帶氣旋降水。0SAT的思想是模擬預(yù)報(bào)員利用天氣圖人工分離TC降水的過(guò)程：首先，基于降水分布的結(jié)構(gòu)分析，將日降水場(chǎng)分解成幾個(gè)獨(dú)立的自然雨帶和一些離散的降水臺(tái)站；然后，根據(jù)自然雨帶與TC中心的位置關(guān)系，確定出可能TC雨帶；最后，針對(duì)每一個(gè)降水臺(tái)站，根據(jù)它是否隸屬于可能TC雨帶的關(guān)系以及它與TC中心之間的距離大小，判斷它的降水是否為T(mén)C降水，進(jìn)而所有TC降水臺(tái)站組合成為T(mén)C降水雨帶。其中，判斷自然雨帶的參數(shù)設(shè)置，包括鄰站距離閾值，鄰站降水率閾值等經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，與熱帶氣旋年鑒降水資料對(duì)比，最終確定適用于珠三角地區(qū)的閾值設(shè)置。在判斷雨帶是否為T(mén)C降水雨帶時(shí)，參數(shù)設(shè)置如表2.1。當(dāng)臺(tái)風(fēng)接近或登陸大陸時(shí)，臺(tái)風(fēng)與最近的一個(gè)大陸臺(tái)站的相對(duì)距離<300km時(shí)，判斷此臺(tái)風(fēng)為近距離臺(tái)風(fēng)，考慮到此時(shí)臺(tái)風(fēng)很可能出現(xiàn)與中高緯度系統(tǒng)的相互作用而產(chǎn)生遠(yuǎn)距離降水，因此判斷臺(tái)風(fēng)雨帶的臺(tái)風(fēng)與雨帶距離閾值設(shè)置相應(yīng)調(diào)大，閾值比遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)更大。根據(jù)文獻(xiàn)[63]，將臺(tái)風(fēng)分為遠(yuǎn)距離、近距離臺(tái)風(fēng)分別考慮比不分類(lèi)，經(jīng)過(guò)與上海臺(tái)風(fēng)所人工識(shí)別臺(tái)風(fēng)降水方法所得結(jié)果對(duì)比，效果更好。第三章珠三角地區(qū)熱帶氣旋極端降水特征 3.1概念介紹 圖3.2a表示珠三角地區(qū)近50年來(lái)出現(xiàn)TC極端降水頻次的空間分布，TC極端降水頻次分布顯示，TC極端降水頻次大值集中在海岸附近，從沿海向內(nèi)陸頻次呈遞減趨勢(shì)，其中廣東沿海分布著以160-200天為主的大值區(qū)，其間穿插分布著少數(shù)120-160天的臺(tái)站。廣西的沿海TC極端降水頻次為120-160天，稍小于廣東沿海。有研宄指出[46]，登陸TC在海岸線的輻合作用下易產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣。這可能是沿海TC極端降水頻次比內(nèi)陸大的原因。3.2TC極端降水的總體氣候特征 上節(jié)從臺(tái)站降水的角度分四個(gè)等級(jí)討論TC極端降水的總體氣候特征。為了在時(shí)間上和空間上進(jìn)一步了解珠三角地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響的TC極端降水的特征，本節(jié)從TC過(guò)程在珠三角地區(qū)造成的最大單站日降水的角度來(lái)進(jìn)行分析。3.3.1TC極端降水的發(fā)生頻次首先，把利用0SAT方法[61#識(shí)別出在珠三角地區(qū)產(chǎn)生TC降水的TC定義為影響TC。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1960-2014年共有699個(gè)影響TC。圖3.7給出了699次TC過(guò)程最大單站日降水的等級(jí)一頻數(shù)統(tǒng)計(jì)分布。由圖可見(jiàn)，TC最大單站日降水小于暴雨（50mm)的有195次，占27.9%;達(dá)到暴雨級(jí)別的有156次，占22.3%;達(dá)到大暴雨（100mm)級(jí)別的次數(shù)最多，共261次，占比為37.3%;達(dá)到特大暴雨(250mm)級(jí)別的有87次，占比為12.4%。因此，從這個(gè)角度看，TC極端降水發(fā)生的頻次占比高達(dá)72.1%。不同等級(jí)降水強(qiáng)度的TC極端降水發(fā)生頻次的空間分布，日降水量達(dá)50-150mm的TC降水集中發(fā)生在粵東，珠三角及以西，最大頻次位于珠三角以西的江門(mén)市沿海的上川島站（185天），第二大的頻次位于粵東的揭西市沿海的普寧站（171天）。日降水量達(dá)150-250mm的TC降水集中發(fā)生在珠三角及以西、雷州半島沿海，最大頻次同樣位于上川島站（29天）以及雷州半島沿海的徐聞?wù)荆?9天）。日降水量達(dá)250-350匪的TC降水集中發(fā)生在珠三角及以西、雷州半島沿海，最大頻次位于上川島站（8天）徐聞?wù)荆?天）。日降水量達(dá)350mm以上的TC降水發(fā)生次數(shù)較少，共14次，全部位于沿海。最大頻次位于北部灣北岸的北海站（3天），第二大位于徐聞和粵東的陸豐兩站（2天）。從圖3.3和上述分析來(lái)看，150-250mtn，250-350ram，350mm以上的TC降水頻次最多出現(xiàn)的地方在雷州半島及北部灣北岸沿海（除上川島外）。進(jìn)一步將雷州半島及北部灣北岸沿海這一地區(qū)與兩廣沿海其他地區(qū)作對(duì)比，即圖3.4。圖3.4a為雷州半島及北部灣北岸沿海這一地區(qū)累積暴雨日數(shù)大于120的臺(tái)站位置，圖3. 4b為對(duì)比結(jié)果。圖3.4b可見(jiàn)，從站點(diǎn)TC降水頻次平均值和最大值兩個(gè)角度來(lái)看，1)雷州半島及北部灣北岸沿海TC極端降水發(fā)生的頻次隨著降水強(qiáng)度的增加，越大于其他區(qū)域。2)此區(qū)域?yàn)?50-250mra，350mm以上兩個(gè)降水強(qiáng)度段的極端降水頻次最大值出現(xiàn)的區(qū)域。3.3基于TC過(guò)程最大單站日降水的TC極端降水特征上節(jié)從臺(tái)站降水的角度分四個(gè)等級(jí)討論TC極端降水的總體氣候特征。為了在時(shí)間上和空間上進(jìn)一步了解珠三角地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響的TC極端降水的特征，本節(jié)從TC過(guò)程在珠三角地區(qū)造成的最大單站日降水的角度來(lái)進(jìn)行分析。3.3.1TC極端降水的發(fā)生頻次首先，把利用0SAT方法[61#識(shí)別出在珠三角地區(qū)產(chǎn)生TC降水的TC定義為影響TC。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1960-2014年共有699個(gè)影響TC。圖3.7給出了699次TC過(guò)程最大單站日降水的等級(jí)一頻數(shù)統(tǒng)計(jì)分布。由圖可見(jiàn)，TC最大單站日降水小于暴雨（50mm)的有195次，占27.9%;達(dá)到暴雨級(jí)別的有156次，占22.3%;達(dá)到大暴雨（100mm)級(jí)別的次數(shù)最多，共261次，占比為37.3%;達(dá)到特大暴雨(250mm)級(jí)別的有87次，占比為12.4%。因此，從這個(gè)角度看，TC極端降水發(fā)生的頻次占比高達(dá)72.1%。1960-2014年期間珠三角地區(qū)不同等級(jí)O50mm，100mm，250mm)TC極端降水最大單站日降水頻數(shù)的變化。從長(zhǎng)期趨勢(shì)來(lái)看，50mm以上的TC最大單站日降水頻數(shù)呈減少趨勢(shì)，平均每十年減少0.66次；隨著強(qiáng)度增強(qiáng)，100mm以上的TC最大單站日降水頻數(shù)雖呈減少趨勢(shì)，但幅度減小為平均每十年減少0. 44次；當(dāng)考慮更強(qiáng)的等級(jí)時(shí)，250mm以上的TC最大單站日降水頻數(shù)則表現(xiàn)為增多趨勢(shì)，平均每十年增加0.16次。分析顯示，三者均未通過(guò)顯著水平0.10的顯著性檢驗(yàn)。同時(shí)，250mm以上的TC最大日降水頻數(shù)在1990年前后表現(xiàn)出較強(qiáng)的年代際增強(qiáng)，1960-1989年平均為1.2次，而1990-2014年平均增加到2.0次。多年平均的不同等級(jí)〇50mm，100mm，250mm)TC極端降水最大單站曰降水頻數(shù)的逐月變化曲線（圖3.9)顯示，三頻數(shù)均呈現(xiàn)單峰型分布，頻發(fā)期均為7-9月，前兩者峰值出現(xiàn)在8月，分別為2.6和1.7次/年。250mm以上的最大日降水頻數(shù)峰值出現(xiàn)在7月，為0.5次/年。3.4小結(jié)1. 從空間分布看，兩類(lèi)降水的極值及頻次大值主要分布在沿海，且向內(nèi)陸呈階梯式遞減，在沿海的分布主要集中在三個(gè)地區(qū)，即雷州半島至廣西南部（西部區(qū)）、廣東陽(yáng)江至珠江口西岸（中部區(qū)）、粵東（東部區(qū)）。第二類(lèi)極端降水在不同降水量級(jí)上均表現(xiàn)為集中于西部區(qū)的空間分布，西部分區(qū)從TC極端降水的頻次和平均降水量上均大于其他分區(qū)。第一類(lèi)極端降水在較強(qiáng)降水量級(jí)上也有相同的分布特點(diǎn)。2. 兩類(lèi)TC極端降水特征既有相似點(diǎn)，又有所不同。兩類(lèi)極端降水頻次的近50年年際變化均表現(xiàn)為比較一致的趨勢(shì)，即統(tǒng)計(jì)量級(jí)<250mm時(shí)，表現(xiàn)為緩慢的下降趨勢(shì)；250mm以上的降水頻次表現(xiàn)為緩慢的上升趨勢(shì)。所不同的是，由于第二類(lèi)極端降水所統(tǒng)計(jì)的是最大日降水，樣本量小于第一類(lèi)，所擬合出的變化率小于第一類(lèi)。季節(jié)變化比較一致，7-9月為極端降水發(fā)生的頻繁期。3. 基于上述第一點(diǎn)的分析，下文重點(diǎn)關(guān)注第二類(lèi)特征中的沿海三分區(qū)特征，尤其是西部區(qū)，為極端降水成因診斷的對(duì)象。第四章珠三角地區(qū)熱帶氣旋極端降水成因診斷在第三章中我們已經(jīng)探討了珠三角地區(qū)TC極端降水的特點(diǎn)，降水分布很不對(duì)稱(chēng)，大值區(qū)集中在沿海，在沿海分布成西部、中部以及東部三個(gè)區(qū)域，造成這種分布型有多方面的原因。本章在分別分析每個(gè)區(qū)域內(nèi)TC極端降水個(gè)例的基礎(chǔ)上，選取西部區(qū)一類(lèi)西行TC進(jìn)行細(xì)致的成因診斷分析。4.1造成不同區(qū)域TC極端降水的TC特征圖4.1進(jìn)一步給出三個(gè)分區(qū)TC最大日降水排名前十的TC路徑。西部型TC最大日降水的TC路徑主要為西行路徑，這與陳聯(lián)壽等[29]的結(jié)論相吻合；登陸點(diǎn)位置集中在西部分區(qū)（雷州半島至廣西沿海）范圍內(nèi)，登陸后路徑分西行和北行（圖4.la)。中部型TC最大日降水的TC路徑規(guī)律性較弱，多數(shù)為西北行路徑登陸，登陸點(diǎn)分布于珠三角至雷州半島但主要集中在中部分區(qū)（粵中沿海）范圍內(nèi)。東部型TC最大日降水的TC路徑主要為西北行，但登陸點(diǎn)位置分散于自粵中沿海至福建沿海一帶。另外，從TC最大日降水發(fā)生當(dāng)日的TC路徑來(lái)看，最大日降水主要發(fā)生在TC登陸當(dāng)日或次日（圖略)。4.2西部型TC極端降水的成因診斷考慮到西部型TC極端降水具有頻次多且降水強(qiáng)度強(qiáng)的特點(diǎn)，而其中TC西行路徑又是其主要特征（圖4.2a)，為此，針對(duì)這類(lèi)西部型TC極端降水開(kāi)展成因分析。1213號(hào)臺(tái)風(fēng)“啟德”的過(guò)程最大日降水在西部型西行類(lèi)極端降水TC中排名第三（見(jiàn)表4.1)，降水比較極端，年代較近，數(shù)據(jù)較可靠。故選擇2012年臺(tái)風(fēng)“啟德”作為參考路徑。采用路徑相似面積指數(shù)[64]識(shí)別出與1213號(hào)臺(tái)風(fēng)“啟德”路徑在相似區(qū)域內(nèi)相似度排名前15位的TC，從中選出TC最大日降水排名前5位和后5位TC分別作為強(qiáng)降水組和弱降水組（圖4.2)進(jìn)行對(duì)比。圖4.4給出動(dòng)態(tài)合成法[65_67]合成的兩組TC產(chǎn)生最大日降水當(dāng)天的850hPa水汽通量合成場(chǎng)。圖中可見(jiàn)，強(qiáng)降水組TC西南側(cè)的水汽通量強(qiáng)度大而范圍廣（圖4.4b)，水汽通量強(qiáng)度的大值區(qū)（8g/(cm.hPa.s)以上）南北伸展約15個(gè)緯度，同時(shí)，水汽通量強(qiáng)度的極值區(qū)（16g/(cm.hPa.s)以上）從低緯度洋面一直延伸至臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心而沒(méi)有中斷。而弱降水組TC的水汽通量強(qiáng)度大值區(qū)相對(duì)較窄（圖4.4a)，水汽通量強(qiáng)度，尤其是與TC連接處的水汽通量強(qiáng)度小(8-12g/(cm?hPa?s))，這就導(dǎo)致水汽通量強(qiáng)度的極值區(qū)（16g/(cm?hPa?s)以上）未能與臺(tái)風(fēng)環(huán)流相連。這可能影響西南水汽通道對(duì)TC降水區(qū)的水汽補(bǔ)充，造成TC降水偏弱。上述強(qiáng)、弱降水組西南水汽輸送的差別與南海夏季風(fēng)的強(qiáng)弱緊密相聯(lián)。南海夏季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)參照何金海等[72]書(shū)中謝安和戴念軍提出的季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)，具體定義為：南海區(qū)域（5°-20°N，105°-120°E)緯向風(fēng)速大于0的各網(wǎng)格點(diǎn)全風(fēng)速累積值的區(qū)域平均。圖4.5給出強(qiáng)、弱降水組TC最大降水日前后平均的逐日南海夏季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)[72]演變?？梢钥吹?，強(qiáng)、弱降水組TC最大降水日前后都有南海夏季風(fēng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)的過(guò)程，南海夏季風(fēng)強(qiáng)度均在最大降水日的前一天達(dá)到峰值；所不同的是，強(qiáng)降水組南海夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)的速度更快（峰值前兩天夏季風(fēng)強(qiáng)度增長(zhǎng)的平均速度強(qiáng)降水組TC和弱降水組TC分別為1.22m/(s*d)和0.71in/(S?d))、所達(dá)到的峰值強(qiáng)度更強(qiáng)（強(qiáng)降水組TC和弱降水組TC分別為11.72m/s和10.48m/s)。經(jīng)檢驗(yàn)，0_9到隊(duì)天的強(qiáng)、弱降水組南海夏季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)[72]的差異通過(guò)了0.05顯著水平的顯著性檢驗(yàn)。圖4.6給出強(qiáng)、弱降水組高、低層平均風(fēng)場(chǎng)和散度場(chǎng)。對(duì)比（圖4.6a和4.6b)顯示，低層850hPa強(qiáng)降水組TC中心附近存在大范圍強(qiáng)輻合區(qū)，中心值超過(guò)-4.0X10_5s'強(qiáng)度和范圍遠(yuǎn)超過(guò)弱降水組TC。對(duì)流層高層風(fēng)場(chǎng)及散度場(chǎng)（圖4.6c,d)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水組TC上空表現(xiàn)為大范圍強(qiáng)輻散區(qū)，中心值超過(guò)2.OX10、'強(qiáng)度和范圍明顯大于弱降水組TC。綜合來(lái)看，不難看出，強(qiáng)、弱降水組TC的高、低層輻合輻散形勢(shì)配置均有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生，但強(qiáng)降水組TC的形勢(shì)配置在范圍和強(qiáng)度上更為有利。4.3小結(jié)1. 三個(gè)分區(qū)中，造成西部分區(qū)極端降水的TC路徑規(guī)律性較強(qiáng)：主要為西行路徑，且登陸點(diǎn)位置集中在西部分區(qū)；而造成中部分區(qū)和東部分區(qū)極端降水的TC路徑規(guī)律性較弱。2. 對(duì)西部分區(qū)西行路徑TC極端降水成因分析表明，TC移動(dòng)速度的快慢和南海夏季風(fēng)的強(qiáng)弱是兩個(gè)重要因素：TC移動(dòng)速度慢和南海夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)有利于極端降水的產(chǎn)生。特別地，南海夏季風(fēng)強(qiáng)度増強(qiáng)加強(qiáng)了向TC的水汽輸送，在有利的高低層幅合幅散形勢(shì)配置下導(dǎo)致了極端降水。?3. 以上結(jié)論是基于觀測(cè)統(tǒng)計(jì)和天氣學(xué)診斷分析的結(jié)果，TC移速緩慢和南海夏季風(fēng)強(qiáng)盛有利于出現(xiàn)TC極端降水這一結(jié)論對(duì)珠三角地區(qū)西部區(qū)無(wú)疑更具普適性；但TC產(chǎn)生極端降水的機(jī)制主要是定性的，需要數(shù)值模擬工作的進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，對(duì)比發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水組的TC強(qiáng)度反而明顯小于弱降水組，這意味著在兩廣地區(qū)西部TC環(huán)境場(chǎng)的作用可能更為關(guān)鍵；這對(duì)于珠三角地區(qū)TC強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)是值得關(guān)注和深入分析的問(wèn)題。第五章西部型TC極端降水典型臺(tái)風(fēng)“啟德”的模擬試驗(yàn)5.1臺(tái)風(fēng)“啟德”降水及環(huán)流特征前文敘述中提到，用“0SAT”方法w-631識(shí)別我國(guó)華南沿海珠三角地區(qū)的臺(tái)站TC降水。將近年來(lái)（2010-2014年）影響珠三角地區(qū)共54個(gè)TC個(gè)例，按照過(guò)程最大日降水量的大小排序，臺(tái)風(fēng)“啟德”以防城港市日降水量373.3mm排名第一，說(shuō)明“啟德”是近年來(lái)影響珠三角地區(qū)降水極端性特征顯著的一個(gè)TC個(gè)例。臺(tái)風(fēng)“啟德”生成于菲律賓以東洋面，生成后一路西行于北京時(shí)8月17日12時(shí)30分前后登陸廣東省湛江市麻章區(qū)湖光鎮(zhèn)沿海，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力13級(jí)，中心最低氣壓968hPa?！皢⒌隆钡顷懞缶S持西西北路徑經(jīng)過(guò)北部灣，17日21時(shí)30分前后二次登陸中越邊境交界，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力12級(jí)，中心最低氣壓為975hPa。18日17時(shí)在越南北部減弱消散。降水集中于16日20時(shí)至18日20時(shí)。如圖5.1所示，8月16日20時(shí)至17日20時(shí)，“啟德”登陸前后，降水主要集中于我國(guó)海南省和兩廣南部沿海地區(qū)，日降水量超過(guò)250mm的站點(diǎn)主要分布在海南省西南。17日20時(shí)至18日20時(shí)“啟德”主要在越南北部停留，受其影響，強(qiáng)降水主要分布在我國(guó)廣西西南，日降水量超過(guò)250mra的站點(diǎn)主要分布在防城港市一帶，防城港市以日降水量373.3mm排名此次TC降水過(guò)程的最大單站日降水。此過(guò)程最大日降水出現(xiàn)在“啟德”二次登陸前后，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度遠(yuǎn)不及第一次登陸，但其降水的強(qiáng)度之大，其成因值得探討。圖5.1c為臺(tái)風(fēng)“啟德”過(guò)程降水及路徑。從圖中可以看出，此次“啟德”降水過(guò)程造成了大范圍降水出現(xiàn)，主要影響兩廣及海南全部。強(qiáng)降水中心有2個(gè)，廣西南部沿海的防城港市一帶的強(qiáng)降水中心過(guò)程雨量達(dá)400-500mm。另一強(qiáng)降水中心位于海南西南部，中心過(guò)程雨量達(dá)300-400mm。8月17日20時(shí)至18日20時(shí)，“啟德”中心由北部灣移動(dòng)至越南北部，由850hPa流場(chǎng)圖（圖5.2a)可以看出，臺(tái)風(fēng)環(huán)流以南及西南有很強(qiáng)的風(fēng)速區(qū)伴隨很強(qiáng)的水汽輸送，覆蓋整個(gè)南海地區(qū)，并向西一直延伸至中南半島、孟加拉灣以西。仔細(xì)分析風(fēng)矢量，可以看出，來(lái)源于孟加拉灣跨越中南半島的偏西氣流，來(lái)源于105E附近的越赤道西南氣流，兩者在南海中南部匯合并且延伸到TC內(nèi)部。由圖5.2b可以看出，南海夏季風(fēng)強(qiáng)度在17日14時(shí)達(dá)到加強(qiáng)階段的峰值，隨后在廣西沿海出現(xiàn)了本次過(guò)程的最強(qiáng)日降水。可見(jiàn)，南海夏季風(fēng)強(qiáng)度增大，可能通過(guò)伴隨的源源不斷的水汽輸送，引發(fā)了本次強(qiáng)降水過(guò)程。5.2模式及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)5. 2.1模式簡(jiǎn)介采用WRFV3.5ARW模擬“啟德”降水期間的大氣環(huán)流和降水。模式積分步長(zhǎng)設(shè)為90秒，以NCEPFNL資料為模式的初始場(chǎng)和邊界條件，采用三重網(wǎng)格嵌套方案。第一層模擬區(qū)域中心點(diǎn)為（24.3N，110.7E)，第二層和第三層嵌套模擬區(qū)域以臺(tái)風(fēng)中心為中心點(diǎn)，嵌套同時(shí)伴隨臺(tái)風(fēng)而移動(dòng)。三層網(wǎng)格的格點(diǎn)數(shù)分別為311x251、271x271、211x211，三層網(wǎng)格的分辨率分別是18km,6km和2km。三層網(wǎng)格示意圖如圖5.4,內(nèi)兩層網(wǎng)格分辨率高，可以很好的模擬臺(tái)風(fēng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)及風(fēng)雨分布，使模擬的降水更加接近實(shí)況。物理過(guò)程參數(shù)化方案如下：微物理過(guò)程，WSM6方案；長(zhǎng)波輻射，RRTM方案；短波輻射，Dudhia方案；邊界層，YSU方案；積云對(duì)流參數(shù)化，淺對(duì)流Eta-Fritsch方案。模擬結(jié)果每一小時(shí)輸出一次。5. 2.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)，包括一個(gè)控制試驗(yàn)和一個(gè)敏感性試驗(yàn)。兩試驗(yàn)的模擬時(shí)段取過(guò)程主要降水時(shí)段，以8月16日20時(shí)為初始時(shí)刻，積分48小時(shí)，包含了臺(tái)風(fēng)“啟德”從登陸到消散的全過(guò)程。在敏感性試驗(yàn)中，初始場(chǎng)和邊界條件均使用Lanczos濾波器進(jìn)行了時(shí)間尺度分離，即濾去了20天以上的低頻振蕩分量。濾波區(qū)域?yàn)?<^—25。隊(duì)60￡^-120^，包含南海、華南及以西（見(jiàn)圖5.3)。濾波過(guò)程中，濾波區(qū)域的西南季風(fēng)明顯減弱，同時(shí)溫度場(chǎng)、氣壓場(chǎng)、濕度場(chǎng)也相應(yīng)進(jìn)行了調(diào)整，以模擬夏季風(fēng)減弱的情況。5.3試驗(yàn)結(jié)果整體上，控制試驗(yàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)的模擬效果較好。圖5.4a,圖5.4b分別是控制試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)主要降水時(shí)間段模式所模擬的臺(tái)風(fēng)路徑及臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度與觀測(cè)的對(duì)比。路徑方面，模擬與實(shí)況非常接近，路徑的走向與實(shí)況相比趨于一致，各時(shí)刻臺(tái)風(fēng)位置的絕對(duì)誤差在90km以?xún)?nèi)。強(qiáng)度方面，試驗(yàn)基本模擬出了臺(tái)風(fēng)登陸前加強(qiáng)和登陸后趨于減弱的趨勢(shì)，各時(shí)刻絕對(duì)誤差在模式積分后6小時(shí)達(dá)最大，最大誤差約lOpha，6小時(shí)后誤差減小并趨于穩(wěn)定。可見(jiàn)試驗(yàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度的模擬比較準(zhǔn)確。5.4小結(jié)本節(jié)針對(duì)西部西行TC中極端降水排名第三，發(fā)生年代較新（2010年以后）的一個(gè)登陸后造成廣西南部局地強(qiáng)降水的西行臺(tái)風(fēng)“啟德”（1213)進(jìn)行了診斷、模擬，并設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)討論夏季風(fēng)與西行TC的相互作用對(duì)降水的影響。結(jié)果表明：1. “啟德”實(shí)況。臺(tái)風(fēng)“啟德”登陸影響期間，兩日內(nèi)造成兩廣及海南多地強(qiáng)降水，綜合過(guò)程降水、日降水來(lái)看，主要降水中心位于海南西部、廣西南部，其中過(guò)程最強(qiáng)日降水發(fā)生在廣西防城港市，達(dá)373.3mm。當(dāng)日南海夏季風(fēng)強(qiáng)度處于周期峰值，850hPa風(fēng)場(chǎng)及水汽輸送通量顯示，在南海地區(qū)存在來(lái)自中南半島以及赤道以南的西南風(fēng)和南風(fēng)輻合，一條較強(qiáng)的水汽輸送帶在南海地區(qū)及其以西形成，將水汽源源不斷地向臺(tái)風(fēng)環(huán)流區(qū)輸送。2. 控制試驗(yàn)結(jié)果及效果?？刂圃囼?yàn)?zāi)M的臺(tái)風(fēng)路徑、臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度以及雨帶位置與實(shí)‘況一致，位于廣西南部沿海的最大日降水中心降水量比實(shí)況偏弱。3. 敏感性試驗(yàn)結(jié)果及效果。波譜分析^表^2012年5-11月夏季風(fēng)活躍期間南海夏季風(fēng)強(qiáng)度變化在20天以上周期有很明顯的特征。濾去20天以上周期的敏感性試驗(yàn)結(jié)果表明，夏季風(fēng)被削弱后，南海地區(qū)的西南季風(fēng)被抑制，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)降水強(qiáng)度總體減弱，臺(tái)風(fēng)雨帶偏南，因此從數(shù)值試驗(yàn)的角度證實(shí)了前述南海夏季風(fēng)強(qiáng)度減弱不有利于極端降水產(chǎn)生的分析結(jié)果。第六章結(jié)論及展望 6.1結(jié)論 1. 本文主要針對(duì)珠三角地區(qū)這一受TC影響比較頻繁的地區(qū)，采用OSAT方法識(shí)別出1960-2014年影響這一地區(qū)的TC日降水。從TC過(guò)程最大日降水，以統(tǒng)計(jì)分析的角度，研究了這一地區(qū)的TC極端降水的時(shí)空特征。分析表明：TC極端降水主要分布在沿海，向內(nèi)陸呈現(xiàn)階梯型減少的趨勢(shì)。TC極端降水的頻次和強(qiáng)度在沿海呈現(xiàn)三個(gè)大值區(qū)分布，分別位于雷州半島至廣西沿海、粵中沿海和粵東沿海，其中廣東茂名至陽(yáng)江之間為空白或小值區(qū)，珠江口東岸為小值區(qū)。雷州半島至廣西沿海的極端降水頻次和強(qiáng)度在三個(gè)區(qū)中表現(xiàn)較強(qiáng)。2. TC極端降水的時(shí)間變化趨勢(shì)顯示，不同降水量等級(jí)的極端降水在近50年來(lái)均呈現(xiàn)出微弱的變化趨勢(shì)，250mm以下的極端降水頻次呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢(shì)，而250ram以上的極端降水頻次呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢(shì)。3. 三個(gè)分區(qū)中，造成西部分區(qū)極端降水的TC路徑規(guī)律性較強(qiáng)：主要為西行路徑，且登陸點(diǎn)位置集中在西部分區(qū)；而造成中部分區(qū)和東部分區(qū)極端降水的TC路徑規(guī)律性較弱。4. 對(duì)西部分區(qū)西行路徑TC極端降水成因分析表明，TC移動(dòng)速度的快慢和南海夏季風(fēng)的強(qiáng)弱是兩個(gè)重要因素：TC移動(dòng)速度慢和南海夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)有利于極端降水的產(chǎn)生。特別地，南海夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)加強(qiáng)了向TC的水汽輸送，在有利的高低層幅合幅散形勢(shì)配置下導(dǎo)致了極端降水。5. 對(duì)西部分區(qū)西行路徑TC中極端降水排名第三的“啟德”的極端降水過(guò)程診斷表明，發(fā)生強(qiáng)降水期間，南海夏季風(fēng)強(qiáng)度正處于8月上至中旬的一個(gè)峰值。850hPa風(fēng)場(chǎng)和水汽通量分析顯示，臺(tái)風(fēng)以南向西延伸有一寬廣的急流區(qū)，伴隨較強(qiáng)的水汽輸送帶。模擬試驗(yàn)表明，WRF模式對(duì)此次降水過(guò)程的模擬較好。敏感性試驗(yàn)中，夏季風(fēng)被削弱后，南海地區(qū)的西南季風(fēng)被抑制，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)降水強(qiáng)度總體減弱，臺(tái)風(fēng)雨帶偏南，因此從數(shù)值試驗(yàn)的角度證實(shí)了前述南海夏季風(fēng)強(qiáng)度減弱不有利于極端降水產(chǎn)生的分析結(jié)果。6.2展望包括南海范圍在內(nèi)的季風(fēng)強(qiáng)度，所模擬出的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度偏弱，臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)雨帶偏南，臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)降水在登陸前及登陸后明顯偏弱，初步驗(yàn)證了前文兩廣西部地區(qū)TC極端降水成因的診斷。而季風(fēng)強(qiáng)盛有利于兩廣臺(tái)風(fēng)極端降水的更深層原因，還有待于進(jìn)一步研宄。參考文獻(xiàn)[1] 朱乾根，林錦瑞.天氣學(xué)原理和方法.氣象出版社，2007.[2] 張慶紅，韋青，陳聯(lián)壽.登陸中國(guó)大陸臺(tái)風(fēng)影響力研宄.中國(guó)科學(xué)，2010,40(7):941-946.[3] 劉玉函，唐曉春，宋麗莉.廣東臺(tái)風(fēng)災(zāi)情評(píng)估探討.熱帶地理，2003,23(2):119-122.[4] 陳聯(lián)壽，羅哲賢，李英.登陸熱帶氣旋研宄的進(jìn)展.氣象學(xué)報(bào)，2004,62(5):541-549[5] 孫建華，齊琳琳，趙思雄.“9608”號(hào)臺(tái)風(fēng)登陸北上引發(fā)北方特大暴雨的中尺度對(duì)流系統(tǒng)研究.氣象學(xué)報(bào),2006,64(1):57-71.[6] 張東，蔡安安，林良勛.強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”致洪暴雨的特征及成因.廣東氣象，2007,29(1):22-24.[7] LeeCS,WuCC,WangTCC,etal.Advancesinunderstandingthe"PerfectMonsoon-influencedTyphoon".SummaryfromInternationalConferenceonTyphoonMorakot(2009).A.-PJ.Atmos.Sci.,2011,47(3):213-222.[8] 張清華，吳建成，劉蕾等熱帶風(fēng)暴蓮花外圍特大暴雨的成因分析.氣象,2012,38(5):543-551.[9J盧小丹.1213號(hào)臺(tái)風(fēng)“啟德”引發(fā)廣西特大暴雨的成因分析.氣象研宄與應(yīng)用，2013,34(Sl):6-8.[10] 陶詩(shī)言.中國(guó)之暴雨.北京：科學(xué)出版社,1980[11] DimegoGJ，BosartLF.TheTransformationofTropicalStormAgnesintoanExtratropicalCyclone,PartII:Moisture,VorticityandKineticEnergyBudgets.Mon.Wea.Rev,1982,110(5):412-433.[12] 丁治英，陳久康.臺(tái)風(fēng)暴雨與環(huán)境水汽場(chǎng)的數(shù)值試驗(yàn).南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),1995,18(1):33-38.[13J壽紹文，勵(lì)申申，崔波.中尺度系統(tǒng)與臺(tái)風(fēng)降水增幅的關(guān)系.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，1996(2):204-209,[14] 蔡則怡，宇如聰.LASGri坐標(biāo)有限區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)一次登陸臺(tái)風(fēng)特大暴雨的數(shù)值試驗(yàn).大氣科學(xué)，1997,21(4):459-471.[15] 陳久康，丁治英.高低空急流與臺(tái)風(fēng)環(huán)流耦合下的中尺度暴雨系統(tǒng).應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2000,11(3):271-281.[16] WuCC.NumericalsimulationoftyphoonGladys(1994)anditsinteractionwithTaiwanterrainusingtheGFDLhurricanemodel.Mon.Wea.Rev.,2001,129:1533-1549.[17] MengZ,NagataM，ChenL.Anumericalstudyontheformationanddevelopmentofisland-inducedc