0 引言
臺風暴雨是臺風研究的一個主要問題，臺風暴雨的范圍和強度都很大。臺風暴雨主要有三種類型：（1）臺風環流本身所造成的的暴雨，主要集中在眼壁附近的云墻、螺旋云帶及輻合帶中，這種降水隨臺風中心移動而移動；（2）臺風與西風帶系統和熱帶其他系統共同作用而造成的暴雨；（3）受地形影響，在迎風坡暖濕空氣被迫抬升而形成暴雨[1].目前對臺風暴雨產生的成因和物理機制已經做了大量的研究，并取得了一些成果：臺風與西風槽相互作用可導致臺風遠距離暴雨發生： 一方面， 當臺風北側外圍環流與西風槽冷空氣相遇時， 冷暖氣團交匯處斜壓不穩定度的增加可刺激二級環流的加強，從而使降雨出現增幅； 另一方面， 臺風環流區域內高聳積雨云對西風帶鋒面層云“播種”的微物理效應可使臺風暴雨出現明顯增幅[2-5];于玉斌等[6]和趙宇等[7]對北上變性臺風暴雨的研究表明：中高緯度弱冷空氣擴散南下入侵臺風低壓環流觸發不穩定能量釋放，是形成大暴雨的重要原因；入侵冷空氣強度不同，會導致熱帶氣旋伴生的災害性天氣（風雨）的程度不同[8-10];臺風暴雨與臺風結構和水汽輸送也密切相關，切斷臺風環流的水汽輸送， 在造成臺風強度減弱的同時， 臺風暴雨強度也顯著減小[11];黃克慧[12]在分析“云娜”臺風降水時發現水汽輸送與山脈的正交有利于降水增幅。姚蓉等[13]在分析“碧利斯”暴雨山洪成因時也指出湘東南地形對暴雨形成的重要作用。近年來在臺風暴雨的研究中運用了多種綜合物理量診斷分析方法， 包括垂直螺旋度、Q矢量、位渦、水汽通量散度等[14-19].
1 “菲特”概況和暴雨分布特征
“菲特”是2013年10月份登陸我國大陸最強臺風，在菲律賓以東洋面生成，是一個秋臺風，強度強，云系范圍發展快，影響持續時間長。由于24號臺風“丹娜絲”的存在，“菲特”與其相互作用產生了雙臺風效應，導致“菲特”的路徑復雜多變，登陸后又與弱冷空氣共同作用，使得“菲特”殘留云系維持時間長，降水強。
圖1給出臺風影響過程雨量分布。強降水帶主要集中在浙江東部沿海和浙北地區，普遍200mm以上，中西部雨量相對較小。暴雨中心位于寧波和湖州，中心雨量均在500 mm以上。以7日14時為界，“菲特”暴雨過程可以分為兩個階段，7日14時以前暴雨主要由臺風環流本身引起，暴雨中心主要在浙江中部和南部沿海地區（圖略），7日14時以后“菲特”減弱為低壓環流，而此時北方有弱冷空氣影響，因此，7日14時以后的暴雨是由“菲特”殘留低壓和冷空氣共同作用造成的。
自動雨量站資料顯示寧波和湖州的最大降水分別出現在象山黃泥橋和安吉天荒坪（圖1b），雨量分別達788.7 mm和1056.4 mm.
2 臺風登陸前后環流形勢分析
首先來分析臺風移動過程中高低層的環流形勢?！胺铺亍庇?日17時加強為強臺風后，強度一直維持。5日14時，500 hPa位勢高度場上副高脊線位于30°N以北，呈西西南-東東北走向，588線西伸脊點在125°N,“菲特”位于副高西南側。
此時我國東部30°N到40°N為高壓環流控制，一定程度上阻擋了西風帶系統的東移，中緯度西風槽位置偏西，槽線在108°E附近，對臺風沒有明顯作用。還可以發現，在西太平洋上，“菲特”的東南偏東方向，存在另一個熱帶氣旋“丹娜絲”,與“菲特”的距離超過12個緯距，相互作用還不強，對臺風的移動起主導作用的是副高，受其西南側東南氣流的影響，“菲特”移動方向為西北方向。
6日02時，“丹娜絲”強度增強，移速加快。一方面，“丹娜絲”東北側偏東風的增強了副高西南側的東南偏東氣流，有利于北側高壓壩的穩定維持；另一方面兩個熱帶氣旋的距離逐漸接近，雙臺風效應開始顯著，從而使得“菲特”移動路徑西折。浙江地區受副高和“菲特”之間偏東氣流影響，出現降水。6日14時（圖2a），浙江在“菲特”外圍環流圈內，受其東北象限東南急流影響，東部地區降水出現增幅?？梢钥吹健胺铺亍迸c“丹娜絲”通過584等值線相連接，相互作用更加明顯。
7日02時，“菲特”剛登陸，強度維持，東南急流增強且北抬。此時的西風槽線雖然已經東移到115°E,由于副高的阻擋和“菲特”的西北移動，槽底位置在35°N,冷空氣的侵入作用還不明顯。從低層流場圖（圖2c）也可以看到，冷空氣主要在35°N以北。因此，前期降水主要為臺風環流造成的暖性降水。從850 hPa流場圖上還可以發現，由于臺灣地形的影響，臺風南側分裂出一個中心，雙低壓中心的互旋對“菲特”路徑繼續西折也有重要影響。7日14時（圖2b），“菲特”登陸后強度迅速減弱為熱帶低壓并向西南偏西方向移動，850 hPa圖上（圖2d）可見“菲特”中心位于福建中部沿海，但是由于“丹娜絲”的逐漸西北上，“菲特”東北側仍維持了較強的偏東氣流。副高東退，脊線北抬并轉為東東南-西西北走向，一方面有助于西風槽底的冷空氣南下，另一方面有利于“丹娜絲”的北上，其東北側的東南暖濕氣流與北面的西北氣流交匯于32°N附近，表現在低層流場上為東北風與東南風之間的切變線。因此，冷空氣侵入對暴雨起了重要作用。8日02時，“菲特”
殘余低壓逐漸與西風槽底相接，而“丹娜絲”已經位于塊狀副高的西側，受該側偏南氣流的引導，快速北上，其西北側的東北氣流促使冷空氣南下，從850 hPa圖上也可以看到（圖略），“丹娜絲”北上至30°N,同時北面的冷高中心南壓到40°N,浙江地區已經轉為東北偏東氣流控制，在浙北地區存在一條東北風與偏東風之間的切變線，此時的降水仍較強。8日14時，“丹娜絲”逐漸西北上并與西風槽合并，同時，“菲特”殘余低壓與西風槽底完全相接，冷空氣進一步南下，低層流場上顯示浙江為東北氣流控制，雨勢明顯減弱。9日02時，500 hPa主要影響系統為西風槽，槽底位置已經在28°N附近，低層流場圖上顯示浙江為冷高控制，降水基本結束。
3 水汽輸送對暴雨的影響
從“菲特”登陸前后的水汽輸送來看，整個暴雨過程的水汽來源主要表現為副高南側的東風急流，這支東風急流在暴雨過程中始終維持?！胺铺亍钡顷懬?，6日02時，水汽輸送圍繞臺風中心呈現基本對稱分布，水汽通量中心略偏向于臺風中心北側，其東南側的“丹娜絲”與“菲特”的水汽通道通過東風氣流相連，對菲特始終維持較強的水汽通量有重要作用，主要的水汽通量輸送還集中在海上，但是浙江已經位于“菲特”外圍水汽通量輸送區域內，因此降水已經開始；6日14時，“菲特”水汽通量分布仍比較對稱，中心偏向于臺風眼的東北角，浙江東南沿海為20 g·s-1·hPa-1·cm-1的水汽通量區覆蓋，風場上表現為介于副高和雙臺風之間的東風氣流增強，降水強度有所增強；7日02時“菲特”剛剛登陸（圖3a），強度仍為強臺風級別，與“丹娜絲”之間的水汽輸送聯系更加密切，表現為20 g·s-1·hPa-1·cm-1的水汽通量，表明兩者的相互作用顯著，浙江中部和東部沿海水汽通量都達到30 g·s-1·hPa-1·cm-1以上，控制該地區的東風急流達到最強，圖1b上顯示7日03時黃泥橋1 h雨強出現了極值94.2 mm,而該時刻天荒坪站雨強只有10.8 mm,與水汽通量中心位于浙東南地區有關；7日14時（圖3b），雖然“菲特”強度大大減弱，但由于“丹娜絲”北側東風氣流向暴雨地區持續供應水汽，浙江地區仍維持了10 g·s-1·hPa-1·cm-1以上的水汽通量以及較強的東南氣流，強降水持續；8日02時，“丹娜絲”繼續北上靠近，主要水汽通道北抬至浙北-蘇南地區，浙中南降水減弱，浙北地區的降水仍維持一定強度；此后隨著冷空氣的南下，水汽通道被切斷，降水逐漸減弱。
4 動力條件診斷分析
低層輻合和高層輻散能促進上升運動，使得積云對流發展旺盛，有助于熱帶氣旋發展，同時也有利于暴雨的維持。從每隔6 h一張的沿臺風中心所作的散度經向垂直剖面圖（圖略）可以分析出：“菲特”登陸前，散度場上最明顯的特征為800 hPa以下臺風中心附近始終維持強輻散，且隨著臺風的西北移靠近，低層輻散強度逐漸增強，5日20時，低層輻散中心數值為-1.2*10-4s-1,而到了6日20時，中心數值已經達到-2.1*10-4s-1.
觀察中高層散度分布，6日14時之前，450 hPa和200 hPa分別存在一個輻散中心，200 hPa附近的散度中心與臺風中心位置基本對應，而450 hPa輻散中心偏向于中心的右側，6日14時以后，兩個輻散中心合并，且逐漸與低層輻合中心趨于重合。7日02時，“菲特”登陸，中心風速尚未減弱，中心氣壓有所升高，表現在散度場上仍是低層輻合對應高層輻散，但是中心強度均減弱，特別是低層輻合中心，減弱十分明顯，高層輻散中心延伸高度降低，到了250 hPa以上轉為輻合，這種散度場的配置也預示著之后臺風強度即將明顯減弱?？梢钥吹?，從“菲特”登陸前到停止編號這段時間，垂直方向上一直呈800 hPa以下輻合和800 hPa以上輻散這種上下層散度相反且上正下負的散度場配置，無疑為臺風強度的維持和暴雨區上空產生強大上升氣流起到了巨大的抽吸作用。
分析兩個暴雨中心的散度垂直剖面，從圖4a可以發現，黃泥橋站的散度場配置并不是簡單的高層輻散低層輻合分布，輻合輻散出現在多個層次，900 hPa以下在5日19時到8日08時始終維持強輻合，與暴雨中心降水起止時間和持續時段是基本對應的。在7日01時-06時輻合強度最強，中心數值達到-1.3*10-4s-1;散度場分布的另一個顯著特征為6日12時-7日14時高層存在強輻散，散度中心在300 hPa,數值為1.2*10-4s-1,與邊界層輻合中心的出現時間對應。對照圖1b,發現邊界層輻合和高層輻散的強度變化和雨勢大小有較好的對應關系，表明邊界層輻合和高層輻散的增強對暴雨有明顯的增幅作用。同時還可以看到：在高層輻散和近地面輻合之間還存在輻合輻散交替分布，700~900 hPa之間為較弱的輻散，500~700 hPa則為弱輻合。圖4b顯示：暴雨過程中天荒坪站的散度場配置與黃泥橋站有類似的輻合輻散交替分布，900 hPa以下在6日02時到8日11時之間是輻合的，輻合中心強度為-5*10-5s-1,出現在7日16時-23時，而300 hPa以上在6日14時前為輻合，此后轉為輻散，中心數值為6*10-5s-1,出現于7日04時到08時，與黃泥橋站的高層輻散中心對應低層輻合中心不同，天荒坪站的高層輻散中心較低層輻合中心出現約提早了12 h,且觀察圖1b,邊界層輻合的變化趨勢與雨強的變化是基本對應的，因此邊界層輻合的強度變化對該站雨勢具有較好的指示意義。與黃泥橋站類似，暴雨期間該站上空700~900 hPa之間存在輻散，而400~700 hPa為較弱的輻合。觀察圖4a和圖4b還可以發現：黃泥橋站近地面輻合和高層輻散中心強度明顯強于天荒坪站，一定程度上決定了前者的1 h最大雨強明顯大于后者。低層輻合和高層輻散在強度上不相上下，說明暴雨期間低層的水汽輻合上升運動和高層的抽吸作用是同等重要的。
5 冷空氣侵入對暴雨的作用
5.1 冷空氣活動特征
從天荒坪站經向風的緯度-時間演變圖上可以看出：降水前期，30°N附近及以南地區主要受“菲特”環流北側的東北偏東風控制，偏北風分量在7日凌晨前后達到最大，即為臺風登陸時刻。
而35°N以北在7日00時以前主要為偏南風分量，在6日12時偏南風達到最強，表明該階段中高緯處在西風槽前副高脊后，而冷空氣主要是由槽后的西北氣流帶下來的，偏南風的存在不利于冷空氣的南下。7日00時以后，40°N以北轉為北風分量，但在30~40°N之間仍為弱的偏南風，冷空氣主要活動在40°N以北，因而對于降水的影響仍不明顯。而從7日12時開始，冷空氣逐漸南下，30°N附近出現了較弱的北風分量，30°N以南由北風分量轉為南風分量，兩者在30°N附近存在輻合，有利于該時次之后的降水，從圖1b上可以看到：天荒坪站在7日17時出現1 h雨強極值66.6 mm,表明弱冷空氣侵入對暴雨增幅有重要意義。8日白天，北風分量增強，到8日14時，南北風輻合區南壓到28°N附近，降水明顯減弱，說明弱冷空氣的影響有利于暴雨的發展，而當冷空氣強度較強時，不利于降水。
5.2 冷空氣侵入對暴雨的熱力作用
冷空氣的影響往往會帶來冷平流，而暖濕空氣的北抬會有暖平流產生，冷平流會使得對流不穩定度減小，同時冷暖平流的交匯加強了能量鋒區，有利于斜壓位能轉化成動能，從而激發對流，促進降水。觀察圖6,可以發現：整個暴雨過程中，30°N附近基本在平流零線附近，冷暖平流較弱。從降水開始到6日20時之前，表現為弱的冷平流，這與臺風外圍東北風分量有關，在6日20時以后，30°N附近維持弱的暖平流。就中高緯度地區而言，6日20時之前為較強的暖平流，對應于槽前的西南氣流，而在此之后，轉為較強的冷平流，冷平流中心位于45°N,出現在7日04時-06時。從6日20時到7日14時，雖然中高緯度的冷平流有逐漸南壓過程，但是仍存在于35°N以北的較高緯度，而在7日14時以后，平流零線南折，冷平流南伸到35°N 以南，說明有較弱的冷空氣侵入。8日后期，平流零線南壓至28°N附近，冷平流強度增強，因此冷空氣主體影響為8日后期。
由7日02時和7日14時的位溫分布圖（圖7）可以看到：7日02時（圖7a），“菲特”登陸，山東-湖南一線有一東北-西南走向的假相當位溫密集帶，是強能量鋒區所在，該能量鋒區是由“菲特”登陸后倒槽暖區附近的東南暖濕氣流北抬和北方冷空氣活動南下共同形成。此時的假相當位溫密集帶距離浙江較遠，對浙江降水影響不大。浙南存在344 K的高位溫中心，整個浙江地區基本都在340 K的高能暖舌范圍內，假相當位溫高值區也對應高溫高濕區，即暴雨區，因此臺風登陸前期，暴雨主要為暖性降水。7 日 14 時（圖7b），假相當位溫密集帶呈現逆時針旋轉，轉為東東北-西西南走向，而所在的緯度基本不變，能量鋒區距離浙江仍然存在一定距離?？梢杂^察到，該時次與7日02時最大的區別為：30°~32°N之間的蘇南浙北地區出現了一個較弱的次能量鋒區，與北方的主能量鋒區的走向是一致的，等位溫線較稀疏，它與強能量鋒區滲透下來的弱冷空氣密切有關，假相當位溫場上主要表現為在120°E的強能量鋒區南側出現了328 K的低值中心，與30°N以南的高位溫中心之間構成次級鋒區。弱冷空氣的侵入使得低層穩定度降低和暖濕空氣抬升，促使對流不穩定能量及潛熱能釋放，使得雨勢明顯。
分析暴雨中心的假相當位溫高度-時間演變（圖8），可以發現：6日00時，受“菲特”外圍環流影響，700 hPa以下位溫隨高度減小，且在低層等位溫線密集，不穩定性較強，由于不穩定層結較低，700 hPa以上即為穩定層結，降水較弱；6日12時開始，位溫垂直梯度迅速較小，600 hPa以下均為高位溫區，表明此時主要受臺風暖心結構控制，336 K等溫線出現上凸，7日凌晨在750 hPa附近存在338 K的位溫中心，與“菲特”登陸時間是一致的；7日14時，900 hPa存在一個冷舌呈契狀伸入，與冷空氣的侵入有關，低層冷空氣與上空的暖濕空氣形成等位溫線密集帶，即鋒面，鋒面的坡度很小。還可以發現：冷空氣的入侵對暴雨增幅作用僅局限于冷空氣在低層以下，當冷空氣擴展到低層以上且強度增強時，降水明顯減弱直至結束，主要原因在于近地面的冷空氣作為一種不穩定能量的觸發機制，使得暖濕空氣的抬升運動增強，有利于降水發生發展，而當冷空氣厚度較厚，強度較強時，會破壞不穩定結構，不利于暴雨的增幅。
6 結論
本文以“菲特”引發的浙江暴雨作為研究對象，通過客觀資料，對暴雨的形勢場和物理量場進行了診斷分析，研究暴雨特征和形成機理，得出以下結論：
1）“菲特”臺風暴雨可以分為兩個階段，7日14時之前的暴雨主要是受臺風環流影響，7日14時以后，臺風減弱為熱帶低壓，與北方弱冷空氣相互作用造成了暴雨。
2）暴雨主要水汽來源為副高南側的東風急流，“丹娜絲”與“菲特”的水汽通道通過東風氣流相連 ,增強了“菲特”的水汽通量輸送，從而對“菲特”強度的維持起了重要作用，同時也是產生暴雨的必要條件。
3）臺風登陸前后始終維持高層輻散低層輻合，抽吸作用有利于上升運動維持。暴雨中心散度場配置為輻合輻散交替分布，比較明顯的特征為邊界層的強輻合和高層的強輻散，近地面輻合強度的變化與雨勢的變化趨勢較為一致，具有指示作用。
4）“菲特”登陸后期，殘余低壓與中高緯度南下的弱冷空氣結合，冷平流和冷舌的存在加強了低層的能量鋒區和不穩定度，激發次級鋒區，促進暖濕空氣的抬升，降水加強。
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