台风“玛莉亚”(201808)内核和外围螺旋雨带强降水成因初探
第35卷第6期2020年12月
成都信息工程大学学报
JOUＲNAL OF CHENGDU UNIVEＲSITY OF INFOＲMATION TECHNOLOGY
Vol．35No．6Dec．2020
文章编号：2096-
1618（2020）06-0653-10台风
“玛莉亚”（201808）内核和外围螺旋雨带强降水成因初探
郑林晔1
，谌
芸2，肖天贵
1（1．成都信息工程大学大气科学学院，四川成都，610225；2．国家气象中心，北京，
100081）摘要：为了提高华东地区台风暴雨的预报水平，利用ECMWF 再分析资料（0．75ˑ0．75）、
FY-2E 卫星TBB 资料、雷达资料、全国自动站逐小时降水资料等资料对台风“玛莉亚”强降水时段的降水特征进行分析并对其成因进行初步探讨，结果表明：台风“玛莉亚”降水主要集中在台风内核及外围螺旋雨带上，东南低空急流和持续的水汽输送为
台风降水提供了良好的动力和水汽条件；主体内核附近零散对流回波组织成块影响降水，其剖面与山脉起伏具有一致性，同时具有质心较低，降水效率高的特点；海上的β中尺度线状对流沿台风切线方向移动，不断经过温州地区造成降水，对流单体质心较低且向前倾斜，易产生以短时强降水为主的强对流性天气；台风内核降水集中在福州和建宁地区，福州地区充沛的水汽配合地面辐合线和山脉抬升触发强降水发生；建宁地区，山脉抬升、中尺度切变线配合密集温度梯触发强降水。外围螺旋雨带的强降水主要位于温州地区，地面辐合线是降水的主要触发机制，同时对降水具有较好的指示作用。通过对“玛莉亚”的分析为华东地区台风暴雨的预报提供了有利的参考依据。
关键词：中尺度气象学；台风暴雨；主体内核降水；外围螺旋雨带降水；风场辐合线；地形作用
中图分类号：P458．3文献标志码：A doi ：10．16836/j．cnki．jcuit．2020．06．012
收稿日期：2020-02-20基金项目：国家自然科学基金资助项目（41975001、
41175048）；国家重点研发计划专项资助项目（2017YFC1502501）
0引言
台风暴雨常常引起严重灾害［1］
，
台风暴雨主要分为：台风核心区域暴雨、螺旋云带或外围暴雨、中小尺
度系统暴雨、台前飑线暴雨、台风远距离暴雨［2］
。而每一类降水产生的原因都不尽相同。
台风是具有暖心结构的涡旋系统，其内核由台风眼及台风眼壁组成，台风眼壁上出现的涡旋是产生强降水的重要原因。环境系统以及登陆后的地形均会影响台风眼壁暴雨的强度变化和降水落区，例如：季风涌和西北太平洋东北信风会使台风内核暴雨显著加强；陆地干冷空气侵入台风内部造成内核结构破坏，使内
核暴雨强度减弱，落区范围缩小等［3］
。
螺旋雨带是台风的一个重要中尺度系统，具有剧烈的垂直上升运动、低空辐合和风向风速改变等明显特征。罗斯贝波的叠
加和传播，是螺旋雨带形成的一个重要原因
［4－5］
。螺旋雨带的发生发展可以把台风暴雨组织传播到很远的
距离［6］
，
台风涡旋环流通常包含多条螺旋雨带，组成雨带的对流单体的运动决定螺旋雨带的运动，单个对流单体一般发生在雨带的外端，移过雨带，到内部消亡［7］
。不同的物理参数、
结构、大尺度环流系统都会导致各螺旋雨带不同的降水强度和分布特征。螺旋雨带中对流单体的产生、发展、消亡等活动特征，使降水
的强度和落区更加复杂［3］
。登陆台风引起的强降水
与下垫面特性也有紧密的关联，研究表明，沿海地形对降水有较大影响，迎风坡降水明显更强，导致降水分布
不均匀
［8－9］
。浙江省地形对台风降水有明显的增幅作用，地形作用产生与台风同位向的扰动使台风环流增
强，降水也随之增强［10］
。台风
“桑美”的地形敏感性试验表明，地形抬升使台风中心位势涡度、水平水汽通量
散度及气流的垂直上升运动都有明显的增强［11］
。
目前对台风降水落区和强度的预报有较大的提高，但是台风导致的中尺度暴雨的落区和强度预报仍具有很大的不确定性，利用ECMWF 再分析资料（0．75ˑ0．75）、FY-2E 卫星相当黑体亮温（TBB ）资料、雷达资料、全国自动站逐小时降水资料以及全国区域自动站逐小时观测资料对台风“玛莉亚”强降水时段的环境场及台风内核及螺旋雨带降水的中尺度特征进行分析，并结合地形对不同强降水中心的成因进行分析，为提高对台风中尺度暴雨的认识及预报提供参考。
1“玛莉亚”概况及主体内核和螺旋雨带降水特征
2018年八号台风“玛莉亚“于7月4日在西北太平洋洋面上生成，其间由热带风暴发展为超强台风，向
西北方向移动，逐渐向中国沿海靠近，
10日减弱为强台风，于7月11日9时10分在福建连江黄岐半岛沿
海登陆，为14级强台风，
20时移入江西境内并减弱为热带低压，之后强度持续减弱。台风“玛莉亚”路径稳
定、强度强，带来降水影响范围广、强度大，造成浙江、福建、江西、广东北部及湖南东部累计降水达到100mm 以上，将着重分析台风内核和螺旋雨所带来的降水。将发生在台风环流外的螺旋式中尺
度雨带，称为台风外围螺旋雨带；将台风眼壁及其外围发生在台风环流内的螺旋式中尺度雨带所产生的降水称为台风
内核降水［7］
。定义距离台风中心100km 以内台风造成的降水为台风内核降水，距离台风中心180km 以上并且未卷入台风内的螺旋雨带造成的降水为外围螺旋雨带降水。通过7月11日10时42分的华东雷达拼
图（图1），
可以清晰地看到，在台风中心附近存在多处强回波中心，且在浙江沿海地区存在一条西北－东南走向的外围螺旋雨带，为研究台风内核和外围螺旋雨带，也是造成本次台风降水的主要台风结构
。
图1
2018年7月11日10时42分台风“玛莉亚”位于福州地区
雷达拼图（黑框为外围螺旋雨带位置，红圈内为台风内核降水
研究区域，★为台风中心位置）
ml“玛莉亚”台风从7月10－13日开始影响中国降水，
主要降水集中在7月11日08时－12日08时，由图2可见，台风以西北方向移动为主，过程降水呈不对称分布，台风路径上主体内核影响下的福建地区及外围螺旋雨带影响下的浙江东南部存在大降水中心。福建境内的内核降水在建宁、福州地区存在两个强降水中心，降水达123mm 和94mm ，主体内核降水主要位于台风路径左侧。浙江东南部螺旋雨带降水主要呈东北－西南走向带状分布，有两个强降水中心存在于温州地区和闽浙边界，
24h 累积降水量分别为142mm 和80mm
。图2
台风
“玛莉亚”2018年11日08时－12日08时降雨量实况及台风移动路径图（蓝实线）
对比分析台风内核（福建建宁站）和螺旋雨带（浙
江温州站）影响下最强的两个降水中心的逐小时降水（图3）发现，内核降水（建宁）在台风影响时段内，降
水时间连续，降水强度大，
15－20时小时雨量均大于20mm /h ，最大小时降水量达到53mm /h （16时）。螺旋雨带降水（温州）在台风登陆前开始，降水时间不连续
性，主要集中9－16时，其中09时、
11时、12时小时降水达到20mm 以上，最大小时雨量36mm /h （11时），
随着台风向内陆移动，螺旋雨带瓦解，降水也逐渐减弱
。
梦幻犀牛将军图3温州站、
建宁站2018年7月11日08时－12日08时逐小时降水演变（虚线为雨量20mm /h ，★为台风登陆时间）
2
降水环境场特征分析
造成降水的因素众多，各因素之间相互影响，通过
分析850hPa 的等位势高度线（图4）可知，副高不断西伸，影响台风持续向西移动。从850hPa 水汽通量分布可以发现，台风主体北部水汽通量明显大于南部，具有明显不对称性，11日08时水汽的主要来源是西太平洋和南海，水汽通量大值区主要在闽北至浙南地区，强度达40g /（hPa ·cm ·s ）以上，暖湿气流在此汇合为降水的产生提供了良好的水汽条件。随着台风登陆西行，14时后台风与西太平洋的水汽通道断裂，水汽主要由南海输送，水汽强度相较于08时有明显的减弱，降水也有所减弱，水汽通量大值区集中在浙江南部地区强度达35g /（hPa ·cm ·s ）以上，浙南地区长时间维持的强水汽通量是其产生强降水的重要因素，台风南部水汽通量强度始终保持在20g /（hPa ·cm ·s ）左右，水汽条件相比台风北部要弱但仍有强降水产生，因此地形等其他因子的作用也较明显，而台风南部始终维持的水汽通道也为“玛莉亚”台风的维持提供了源源不断的潜热能。台风右侧由于高压挤压，产生较强气压梯度力，风场具有不对称性，形成东南急流，东南
急流携带大量海上水汽为对流系统的形成提供了充足的水汽，同时也为降水的产生提供良好的动力条件。
水汽通量场和风场为台风降水提供了良好的水汽条件和动力条件的同时，也是造成台风降水不对称性的重要因子。
456成都信息工程大学学报第35卷
图4850hPa 等位势高度线、风场及水汽通量分布图
3台风内核降水中尺度特征及其成因
分析
3．1
雨团活动特征
利用全国逐小时加密自动站降水资料分析雨团活
动特征（图5）可以发现，内核降水随着台风环流的登陆，
9时开始闽浙边界雨团逐渐向福建扩张，10时闽浙边界强降水中心分裂成两个降水中心，南侧强降水中心随着台风不断西行，为闽中闽南地区带来降水。降水具有不对称性，主要集中在台风中心南侧，普遍达35mm /h 以上，降水中心随着台风中心不断向西移动，雨量强且移速快。台风内核强降水主要集中在10－
11
图52018年7月11日09－17时台风“玛莉亚”逐小时降水量（蓝点为福州站位置，红点为建宁站位置，紫点为温州站位置）
5
56第6期郑林晔，等：台风“玛莉亚”（201808）内核和外围螺旋雨带强降水成因初探
时，最强降水中心达45mm /h 以上，主要集中在福建沿海福州地区。随着台风不断深入内陆，强降水中心也向内陆移动，降水区域有明显扩张。13时开始，强降水中心逐渐远离台风中心，降水的不对称性更加明显。17时开始，降水集中在建宁地区，降水逐渐增强至30mm /h 以上，持续至20时（图略），随着台风进入江西省，福建省降水逐渐减弱消失。台风内核强降水落区与台风路径有着密不可分的关系。11日03时（图略）外围螺旋雨带降水雨团生成于闽浙交界处，降水
强度较弱，04－06时，随着台风中心的靠近，降水从闽
浙边界沿海岸线向东北方向扩展，于07时雨团分裂成两个降水中心，北部降水中心随着台风的移近逐渐减
弱消失，南部降水中心强度逐渐增加，
08时降水中心达最大值，强度达35mm /h 。随着台风环流的西进，
10时开始降水区域向西扩展且不断向北移动，沿台风环
流切线方向呈带状分布，11－12时降水明显加强，降水
中心小时雨量达35mm /h ，雨团再次分裂成南北两个降水中心，南部降水强度减弱，北部强降水区域缓慢北移，随着台风不断深入内陆，螺旋雨带逐渐减小降水趋于结束。
3．2伴随台风移动强对流云团的发展演变特征
云顶亮温（black body temperature ，
TBB ）资料可以很好地揭示云团及其演变的过程及显著特征，用TBB＜－52ħ表示强对流的存在，暴雨常发生在TBB
温度－63ħ －80ħ
房产证办理流程
［13］
。从图6“玛莉亚”的TBB 演变图可以清楚地看到，对流云团分布具有显著的不对
称，旺盛的强对流云系位于台风中心南部，
8：30－11：30福建沿海地区存在强对流云系（TBB ＜－62ħ），其中镶嵌TBB ＜－72ħ的对流云团，对流云系从东向西移动，在移动过程中，强对流云团冷云面积向TBB 梯度大的方向发展，并且＜－72ħ的云团也不断扩大，而台风中心北部对流云团强度相较于南部较弱。12：30时开始，强对流云团覆盖范围开始缩小，逐渐远离台风中心，强对流云团北部存在大的TBB 梯度区。对照台风内核降水过程可知，强降水区域与TBB 低值区有一定的对应关系，但是有的区域并没有很好的重合，而是
在其梯度区，通过初步分析表明，“玛莉亚”在移动过
国税申报程中生成的强对流云团和密集的TBB 梯度是造成降水的原因之一
。
图62018年7月11日08时30分－16时30分台风“玛莉亚”登陆期间逐小时TBB 演变过程（红圈内为TBB ≤－72ħ冷云区）
656成都信息工程大学学报第35卷
3．3
向岸风和地面辐合线共同作用触发对流引发沿
海强降水
台风内核造成了福建地区的降水，其中沿海福州地区及建宁地区为强降水中心，接下来将对福州地区和建宁地区的强降水成因进行初步分析。选取福州地
区强降水中心地面资料进行分析（图7），
在台风登陆前（09时）福州沿海地区降水强度较弱，地面主要为西
南风（离岸风），
你有多久没有看过那片海什么歌随着台风的移近（12时），地面风向转为向岸风（东南风）将海上的暖湿气流输送至降水中
归去来辞原文心，同时配合地面风辐合（西南风与东南风），降水强度加强，主要集中在高地迎风坡处。随着台风向内陆移动（14时）大部分地区转为东南风，风向辐合线逐渐消失，降水强度开始减弱。随着台风环流的靠近，强降水在地面辐合线附近出现，地面的中尺度辐合对对流系统的连续发展具有直接的触发作用，对流天气先出
现在辐合线的附近［14］
，
大暴雨的分布与地面辐合线走向基本一致，并随其移动而移动［15］
。
图7“玛莉亚”
登陆期间逐小时降水（实心圆点）、地形（阴影）、风场（黑风杆），（红框内为地面风向辐合区域，红箭头为环境风向）3．4台风环流对局地对流的组织化影响沿海强降水
从7月11日8：32－11：52的福州站多普勒雷达1．
5ʎ反射率因子图（图略），强降水时段福州地区上空覆盖广泛的层状回波（＜40dBz ），其中镶嵌零散的强回波，其反射强度在40 50dBz 。08：32时左右在福州鼓山及闽江流域附近有零散回波生成，随着台风向内陆移动，环流将零散回波组织发展合并形成强回波块，10：00强回波块向福州市区发展移动的同时逐渐瓦
解，10：53时在福州市区有短暂的合并后迅速瓦解，在鼓山附近，不断有零散的强回波发生发展继续影响福州地区。影响福州地区的主要是鼓山触发产生的零散对流单体，当台风环流移近时，受环流影响组织成块，影响大范围地区降水，当台风向内陆移动时，组织性转差，再次瓦解成零散回波影响局地降水。利用福州0．5ʎ仰角多普勒天气雷达数据对10：59福州市区的强
回波块进行剖面分析（图8），
回波在移过高地之前＞40dBz 的回波集中在较低位置，在高地前＞40dBz 的回
波有明显的发展，回波顶高达9km ，但强回波（＞40dBz ）仍在3km 以下，具有低质心、低顶高的对流结构特征，有高的降水效率，对流回波顶具有波状特征，其波峰与高地形对应，顶高相较于其他地方有明显凸起，山脉产生的强迫抬升使对流加强，表明下垫面对对流单体的发展和触发起到重要作用
。
图82018年7月11日10时59分经过福州市区强回波块垂直剖面图
（左上角为该时刻1．5ʎ仰角雷达回波）
7
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