台风海棠暴雨的湿位涡分析

Ｖ０１．２３Ｎｏ．２Ｍａｒ．２００７

科技通报

ＢＵＬＬＥＴＩＮ０ＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

第２３卷第２期

２００７年３月台风海棠暴雨的湿位涡分析

沈晓玲

（绍兴市气象局，浙江绍兴３１２０００）

摘要：通过分析０５０５号台风“海棠”暴雨过程中的湿位涡及其各分量的变化，表明负值ＭＰＶｌ密集区与强降水中心相对应，ＭＰＶｌ的变化比降水量的变化有一定的提前量，且ＭＰＶｌ随高度向台风移动方向倾斜。这对预报台风移动路径和暴雨落区有一定的指导意义。

关键词：台风；暴雨；湿位涡

中图分类号：Ｐ４５８．１＋２１．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１—７１１９（２００７｝０２－０１８０—０７

Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆ

ＭｏｉｓｔＰｏｔｅｎｔｉａｌＶｏｒｔｉｃｉｔｙｉｎＴｙｐｈｏｏｎＨａｉｔａｎｇＨｅａｖｙＲａｉｎ

ＳＨＥＮＸｉａｏ—ｌｉｎｇ

（ＳｈａｏｘｉｎｇＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕ。ＺｈｅｊｉａｎｇＳｈａｏｘｉｎｇ，３１２０００Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｉｓｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｏｒｔｉｃｉｔｙｉｎ０５０５ｔｙｐｈｏｏｎＨａｉｔａｎｇｈｅａｖｙｒａｉｎａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｌｅａｎａｌ－ｙｓｅｄ．ＴｈｅｍａｘｎｅｇａｔｉｖｅｖａｌｕｅｏｆＭＰＶｌｉｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｔｏｔｈｅｈｅａｖｙｒａｉｎｃｅｎｔｅｒ．ＴｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｉｓＭＰＶｌｆａｓｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ删１ｌｅａｎｓｔｏｔｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｔｙｐｈｏｏｎｗｉｔｈｈｅｉｇｈｔ，ｗｈｉｃｈｓｕｐｐｌｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｔｙｐｈｏｏｎｍｏｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆｔｈｅｔｙｐｈｏｏｎｈｅａｖｙｒａｉｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｙｐｈｏｏｎ；ｈｅａｖｙｒａｉｎ；ｍｏｉｓｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｏｒｔｉｃｉｔｙ

０引言

湿位涡（ｍｏｉｓｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｏｒｔｉｃｉｔｙ，ＭＰＶ）是能够反映大气动力、热力和水汽作用的综合物理量。由于暴雨过程中有大量的水汽凝结潜热释放．因此湿位涡比位涡对暴雨有更重要的反馈作用。２０世纪９０年代初，吴国雄等【１】证明了绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并定义湿位涡为单位质量空气块的绝对涡度在相当位温梯度方向的投影与这一梯度绝对值的乘积。近几年来，在将湿位涡概念和理论应用到对暴雨、强对流等灾害性天气时。都得出了比较有意义的结果。王淑静等［２１通过对几个台风的个例剖析，认为在台风环流内．当Ｍ吖ｌ＜Ｏ．』Ｉ删’２

（ＭＰＶ２的非地转部分）＞０时，ＭＰＶｌ的中心以及包围它的密集区是暴雨的警戒区。赵宇等［３１对一次台风暴雨过程进行了分析．指出倾斜涡度发展是暴雨产生和台风加强的重要机制之一．暴雨产生在负的ＭＰＶｌ等值线密集区中。牛宝山等［４１指出低层斜压位涡的变化反映了气旋斜压性的变化，高低层湿斜压位涡负值区的上下贯通对气旋发展有利。范可等［５１指出高层干冷空气（Ｍ叩１＞０）下滑与上升的低空高温高湿空气（脚ｙ１＜０）交

收稿日期：２００５—０８—２２

作者简介：沈晓玲（１９８０一），女，浙江绍兴人，学士，主要从事天气分析与预报。Ｅ．ｍａｉｌ：ｋｉｔｔｅｎ８４２＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎ　

第２期台风海棠暴雨的湿位涡分析１８ｌ汇。容易储存和释放不稳定能量，利于暴雨发生。

但是在湿位涡强度变化与降水强度变化之间有何联系、湿位涡负值区在垂直方向上的传播与降

水强度变化之问有何联系等问题上还有待更深入地研究。本文以０５０５台风为例，主要分析暴雨过程中湿位涡正压项和斜压项的水平及垂直分

布和演变，以及它们与降水强度变化的关系，以期探讨台风带来的强降水的形成和发展机制。１暴雨过程０５０５号台风．“海棠”７月１２日０８时在关岛东北洋面上生成，生成后向偏西方向移动。１８Ｅｔ１４时５０分在台湾宜兰县登陆’。登陆后穿过台湾

岛向西北方向移动。于１９日１７时１０分在福建省连江县黄岐镇再次登陆．登陆时近中心最大风力达１２级。随后台风继续向西北方向移动，并逐渐减弱成热带低压，２１日进入江西境内。受台风和副高西南侧的东南、偏南气流的共同影响，７月１８—２１日，浙江中部、南部和福建北部出现了大范围的大暴雨和特大暴雨天气过程，其中１８日白天到１９Ｅｌ夜里浙闽沿海的雨量最为集中，浙中南降水量大于闽北（见图１），最大中心在温

州．有两个站点雨量超过７００ｍｍ，其中平阳昌禅达７３４．９ｍｍ。

本文中高空资料使用的是格点场的高空实况资料。地面降水资料使用的是站点场的地面实况资料。

２湿位涡表达式在Ｐ坐标系中，根据文献［１】中定义的湿位涡守恒的表达式为：脚ｙ＝碥切等磅誓（１）其中ＭⅣ是湿位涡，其垂直和水平分量分

别为ＭＰＶｌ（Ｍ阿。），ＭＰＶ２Ⅲ韵：

Ｍ吖Ｆ一蓝氅内（２）

％唔鲁磅等（３）（１）式中的玉则表示为：磊币［鲁＋等］。（３）‰，为湿正压项，表示惯性稳定性与对流稳定性的作用，当大气对流不稳定时，‰。＜０，有利于暴雨的发生和发展；大气对流稳定时，‰。＞０。肘而为湿斜压项，包含了湿斜压性和水平风垂直切变的作用，标志了大气斜压性的发展，大气的斜压性有利于气旋性涡度的发展．是触发暴雨的重要机制。当‰。＜０，盼０时，倾斜涡度发展。

３湿位涡分析３．１湿位涡演变特征分析图２ａ发现．１８Ｅｌ０８时７００ｈＰａ上福建图ｌ７月１８日０８时一２１日０８时过程雨量

Ｆｉｇ．１ＴｈｅＣＯＩｌｌ＇ｆｌｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｆｒｏｍ０８ｈ。Ｊｕｌｒ１８ｔｏ０８ｈ，Ｊｕｌｙ

２１

１８２科技通报第２３卷

东南沿海是胍ｗ正值区。正值中心在１２００Ｅ、２４０Ｎ附近，最大值达０．７ｘ１０１ｎ２?Ｓ。１?ｋ?ｋｇ一，与此相应１８日白天。强降水主要出现在闽南和浙南的沿海．而８５０ｈＰａ上这一带是脚ｙ负值区。２０时（图略），两个层次上的正、负值区域分别扩大，特别是８５０ｈＰａ．我国东南沿海全是负值控制。１９日白天，暴雨区移到了浙南。从图２ｄ可以看到福建沿海转为正值。浙南仍是负值，７００ｈＰａ还都是正值区。两个时次８５０ｈＰａ负值区的强度和范围都远大于７００ｈＰａ负值区的强度和范围，而正值区的强度和范围都比７００ｈＰａ的小。同时８５０ｈＰａ的负值中心及正负过渡区的负值一侧与暴雨落区有较好的对应关系，相反，暴雨落区对应于７００ｈＰａ的正值中心及其密集区内。１９日夜里．台风登陆后逐渐减弱，强降水也逐渐结束，两个层次上的正、负值和梯度较前一个时次都明显减弱。另外，分析１８日０８时一２０日２０时各层次的脚ｙ可以发现。整个过程中暴雨区７００ｈＰａ及以上的湿位涡都是正值，８５０ｈＰａ及以下都是负值控制。而且两层的正负中心位置基本上始终一致。

３．２湿正压项（ＭＰＶｌ）的水平分布和演变通过分析“海棠”影响时段各个等压面上的ＭＰＶｌ变化。发现ＭＰＶｌ负值区与台风外围的螺旋雨带及主要降水区相配合。图３是８５０ｈＰａ各个时次胛ｙ１的演变．从图中可以看到．７月１７日２０时。台湾岛以东洋面上是ＭＰＶｌ的负值区。负值中心在１２４。Ｅ、２３０Ｎ附近。这与当时台风中心的位置相当一致，说明当时台风中心低层大气是对流不稳定的．且台风中心以外四周都是大片

图２７月１８日一１９日７００ｈＰａ和８５０ｈＰａＭＰＶ分布

（ａ．１８日０８时７００ｈＰａ，ｂ．１８日０８时８５０ｈＰａ，ｅ．１９日２０时７００ｈＰａ，ｄ．１９日２０时８５０ｈＰａ）

Ｆｉｇ．２ＭＰＶｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔ７００ｈＰａａｎｄ８５０ｈＰａｆｒｏｍＪｕｌｙ１８ｔｏＪｕｌｙ１９

（ａｆｏｒ０８ｈ１８ｔｈａｔ７００ｈＰａ；ｂｆｏｒ０８ｈ１８ｔｈａｔ８５０ｈＰａ；ｅｆｏｒ２０ｈ１９ｔｈａｔ７００ｈＰａ；ｄｆｏｒ２０ｈ１９ｔｈａｔ８５０ｈＰａ）　

第２期台风海棠暴雨的湿位涡分析１８３

的ＭＰＶｌ负值区，赣皖境内和１１６０Ｅ、２００Ｎ附近的洋面上负值梯度较大，浙闽上空虽然也是负值区控制，但强度较弱。１８日２０时，台风中心及周围都被ＭＰＶｌ负值区控制，密集区在台湾中部的沿海一带。范围和强度都大大增加，较２４小时前增加了２倍多，中心值达到一１．ＩｘｌＯ－６ｍ２?Ｓ一?ｋ?ｋｇ一１．这表明此时整个台风的大气低层都转为对流不稳定。不稳定度随着台风的发展增强．不稳定中心在台风移动方向的左前方。暴雨的分布也与ＭＰＶｌ负值区的分布相对应，ＭＰＶｌ负值越大，降水就越强，相应的，浙南大于浙北，闽东大于闽西。随着台风继续向西北方向移动，这一强对流不稳定区域向偏北方向移动，１９日０８时．中心到达了１２４０Ｅ、２８０Ｎ附近的洋面上．浙南闽北处在正负ＭＰＶｌ过渡区的负值Ｍ吖１一侧．１９日白天浙南和闽北产生强降水。１９日２０时。浙闽

ｌＯＥ１Ｌ２Ｅ１１４Ｅ１１６Ｅ１１３Ｅ１２０Ｅ１２２Ｅ１２４Ｅ１２６Ｅ１２８Ｅ１３０Ｅ地区仍是ＭＰＶｌ负值区控制，但强度明显减弱，负值基本上都在一０．１×１０‰２?Ｓ一?ｋ?ｋｇ一以下．雨势也减弱。但浙南地区仍有较强降水，可见暴雨也发生在正负ＭＰＶｌ过渡区的负值ＭＰＶｌ一侧。同时台湾岛到福建沿海一带转受正值区控制。表明随着不稳定能量的释放。台风中心及附近已转为对流稳定区，但其外围的螺旋雨带仍然存在。对应的台风东面和南面仍有大片ＭＰＶｌ负值区。然后原来在台湾岛到福建沿海的ＭＰＶｌ正值区随着台风向西北方向移动。２０日０８时，正值区控制了福建和江西、广东的部分地区。浙江省上空的ＭＰＶｌ负值区进一步减弱。暴雨过程基本结束，而台湾以东洋面上还残留着南北向的ＭＰＶｌ负值区。’

３．３’湿斜压项（脚坨）的水平分布和演变图４是１７Ｈ２０时．２０日２０时８５０ｈＰａ

ＩＩ既１１２Ｅｌｌ北儿葩１１８Ｅ１２哐１２２Ｅ１２４Ｅ１３旺１２￥Ｅ１３０Ｅ

图３７月１７—２０日８５０ｈＰａ删叩１分布

（ａ．１７日２０时，ｂ．１８日２０时，ｃ．１９日２０时，ｄ．２０日０８时）

Ｆｉｇ．３

ＭＰＶｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔ８５０ｈＰａｆｒｏｍＪｕｌｙ１７ｔｏＪｕｌｙ２０

（ａ．ｆｏｒ２０ｈ１７ｔｈ；ｂ．ｆｏｒ２０ｈ１８ｔｈ；ｃ．ｆｏｒ２０ｈ１９ｔｈ；ｄ．ｆｏｒ０８ｈ２０ｔｈ）　

１８４科技通报第２３卷

ＭＰＶ２的演变，可以看到整个过程中暴雨区的脚ｙ２都是大于Ｏ的，而且脚矿２正值区始终在台风移动路径的右侧。负值区在其左侧，正负过

渡区的走向与未来台风移动方向基本一致。

１７日２０时浙闽上空都是御ｙ２正值区．正值中心在１２４。Ｅ、２８０Ｎ附近．强度为‘０．１ｌｘｌＯ巧ｍ２?Ｓ一?ｋ?ｋｇ一。比这一时刻低空东南急流位置略偏北，但都是东南一西北走向，台风中心以南是

ＭＰＶ２负值区。但强度远小于正值区。仅一０．０２ｘｌＯ－６ｍ２?ｓ－１?ｋ?ｋｇ－１。到１８日２０时，仰ｙ２正值中心基本不动，强度较２４小时前增强了一倍左右．而负值区移到了台风的西南侧，强度明显增强。１９日２０时，台风进入福建境内，ＭＰＶ２正值中心到了苏南沿海地区，虽然也是西北向移动。但偏北分量大于偏西分量。强度较１８日２０时大大减弱，福建中南部则由负值区覆盖，ＭＰＶ２的这种变化与实况降水非常一致。１９日夜里开始。闽北暴雨结束，浙南暴雨减弱。随着台风继续西北进．肘ｗ２负值区也向西向北延伸。到２０日０８时．福建省完全由负值区控制，暴雨过程结束。３．４湿正压项（ＭＰＶｌ）的垂直分布和演变由于台风是暖性结构，同一等压面上的晓分布比较均匀，使得ＭＰＶ２的值较ＭＰＶｌ小得多（对比图２、３中也可以看到），ＭＰＶｌ对ＭＰＶ的贡献比ＭＰＶ２对脚ｙ的贡献大得多．因此以下讨论垂直分布时仅考虑ＭＰＶｌ的垂直分布和演变。

１８日２０时５００—６００ｈＰａ上２４０Ｎ附近有一个ＭＰＶｌ正值中心，强度为０．６ｘｌＯ。６ｍ２．ｓ－ｌ?ｋ．ｋｇｑ．同时９００ｈＰａ到近地面有一个ＭＰＶｌ负值中心．强度为一１．１ｘｌＯ－６Ｉｎ２?８－ｌ?ｋ?ｋｇ一。高层２００ｈＰａ上３６。Ｎ附近也有一个正值中心．强度远大于５００。

ＩＩＯＥ１１２Ｅ１１４Ｅ１１６９ｌｌ￥ｇＩ抛１２２Ｅ１２４Ｅｌ城１２８ＥＤＯＥ

１１０￡．１１２Ｅ

１１４Ｅ１１６９１１８１｝１２０Ｅ１２２９ｌＭＥ１２ｆｉｇ１２５１９１３０ＥＩＩＯＥ１１２Ｅ１１４Ｅ１１６Ｅ１１８Ｅ１２０Ｅ１２２９１２ＡＥ１２６Ｅｌ船Ｅ１３０１￡

图４７月１７—２０Ｅｌ８５０ｈＰａＭＰＶ２分布

（ａ．１７日２０时，ｂ．１８日２０时，ｃ．１９日２０时，ｄ．２０日０８时）

Ｆｉｇ．４ＭＰＶ２ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔ８５０ｈＰａｆｒｏｍＪｕｌｙ１７ｔｏＪｕｌｙ２０

（ａ．ｆｏｒ２０ｈ１７ｔｈ；ｂ．ｆｏｒ２０ｈ１８ｔｈ；ｃ．ｆｏｒ２０ｈ１９ｔｈ；ｄ．ｆｏｒ０８ｈ２０ｔｈ）

第２期

台风海棠暴雨的湿位涡分析１８５６００ｈＰａ的正值中心。从低层到高层，仰ｙｌ由负值逐渐转为正值。强度先减小后增大，而且正值区随高度向西北方向倾斜。从图４ｂ、ｃ中可见，原来的ＭＰＶｌ负值区向北向低层发展，到１９日２０时８００ｈＰａ也转为正值区控制，２００ｈＰａ的正值中心一直停留在３６０Ｎ附近，原来的负值中心则

由正值区取代，垂直方向上ＭＰＶｌ呈直线分布。从整个过程来看，垂直方向上ＭＰＶｌ在

５００ｈＰａ及以上始终是正值区控制．５００ｈＰａ以下由负值逐渐转为正值．这表明台风的中高层始终是对流稳定的，对流层中下层是不稳定的。但随着暴雨的产生和不稳定能量的释放，ＭＰＶｌ负值区从中层向低层传播，而且暴雨加强时．ＭＰＶｌ强度在下传过程中增强，暴雨减弱时减小。

图５７月１８一１９日ＭＰＶｌ沿１２００Ｅ的垂直剖面分布（ａ．１８日０８时，ｂ．１８日２０时，ｅ．１９日０８时，ｄ．１９日２０时）Ｆｉｇ．５ＶｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＭＰＶＩａｌｏｎｇ１２０。ＥｆｒｏｍＪｕｌｙ１８ｔｏＪｕｌｙ１９

（ａ．ｆｏｒ０８ｈ１８ｔｈ．ｂ．ｆｏｒ２０ｈ１８ｔｈ；ｃ．ｆｏｒ０８ｈ１９ｔｈ；ｄ．ｆｏｒ２０ｈ１９ｔｈ）图６１２００Ｅ、２８。Ｎ上空１８日０８时一２１日０８时８５０ｈＰａＭＰＶｌ分布

（粗线是６小时雨量变化，细线是ＭＰＶｌ变化）

Ｆｉｇ．６ＭＰＶＩｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔ８５０ｈＰａａｔ１２０。Ｅ、２８０Ｎｆｒｏｍ０８ｈ１８ｔｈｔｏ０８ｈ２１ｔｈ

（ｂｒｏａｄ?ｂｒｕｓｈｆｏｒｒａｉｎｆａｌｌｃｈａｎｇｅｏｆｓｉｘｈｏｕｒｓ。ｆｉｌａｍｅｎｔｆｏｒＭＰＶｌ

ｃｈａｎｇｅ）

科技通报第２３卷

从图中可以发现。ＭＰＶｌ与降水量反位相变化．负值ＭＰＶｌ对应强降水。正值ＭＰＶｌ对应弱降水或无降水，且负值ＭＰＶＩ绝对值越大，降水越多，反之降水越小。ＭＰＶｌ的变化比降水量的变化有一定的提前量，当负值ＭＰＶｌ绝对值达到最大时，未来１２小时内降水将出现最大值，随着ＭＰＶｌ的逐渐增大，降水也逐渐减弱。由此可见，ＭＰＶｌ的强弱变化对暴雨预报有很好的指示作用。

４结论

１）湿位涡在台风暴雨中有较好的指示作用，当对流层低层ＭＰＶｌ＜０，且ＭＰＶ２＞０时，就容易

产生暴雨。

２）暴雨产生在负值脚ｙ１的密集区内，也发生在正负脚矿１过渡区的负值ＭＰＶｌ一侧，脚ｙ１的变化比降水量的变化有一定的提前量。当负值删吖１绝对值达到最大时。未来ｌ－２小时内降水将出现最大值．随着ＭＰＶｌ的逐渐增太，

降水也逐渐减弱。Ｍ叩１的强弱变化对暴雨预报有很好的指示作用。

３）ＭＰＶｌ随高度向台风移动方向倾斜，增强了垂直方向上的环流，从而增强上升运动，使降水强度增加。垂直方向上ＭＰＶｌ在５００ｈＰａ及以上始终是正值区控制．表明台风的中高层始终是对流稳定的．对流层中下层是不稳定的。但随着暴雨的产生和不稳定能量的释放。ＭＰＶｌ负值区从中层向低层传播，而且暴雨加强时，ＭＰＶｌ强度在下传过程中增强．暴雨减弱时减小。

４）由于台风在同一等压面上的晚分布比较均匀．ＭＰｙ２对脚ｙ的贡献比仰ｙ１对御ｙ的贡献要小得多，但脚ｙ２正值区始终在台风移动路径的右侧，负值区都在其左侧。正负过度区的

走向与未来台风移动方向基本一致。

（５）脚ｙ的分布与ＭＰＶｌ的分布基本一致，正负中心的位置也基本一致。暴雨区对应低层的负湿位涡和商层的正湿位涡。

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