熱帶氣旋對珠三角水域的影響分析摘要基于1960-2014年我國珠三角地區(qū)184個臺站逐日資料、熱帶氣旋（TC)最佳路徑集分析資料，利用TC降水天氣圖客觀識別法、相似面積指數(shù)、動態(tài)合成法，從臺站日降水和TC過程最大日降水的角度，分析了珠三角地區(qū)TC極端降水的時空特征,并針對主要特征進行成因初步分析。結(jié)果表明：1) 近50年來，珠三角地區(qū)TC極端降水的年際變化趨勢在不同降水量級呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，50-150mm間的TC極端降水頻次以較弱的增長率緩慢上升；150-250mm間的TC極端降水頻次以弱的趨勢緩慢上升；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過程最大單站日降水來看，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。以上趨勢均未通過顯著性檢驗。2) 對于不同量級的降水量，無論是從全區(qū)TC極端降水還是從TC過程最大單站日降水來看，其空間分布規(guī)律總體是一致的。降水頻數(shù)和強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極端降水過程最大單站日降水的平均強度以及各級別頻次上均為三分區(qū)之最大。3) 對比沿海各區(qū)的TC極端降水過程發(fā)現(xiàn)，從路徑的角度看，西部分區(qū)極端降水過程的TC路徑規(guī)律性較強，主流為西行路徑，且登陸點位置集中在西部分區(qū)；對西部分區(qū)的西行路徑TC極端降水成因初步分析表明，TC移動速度慢和南海夏季風強度增強有利于極端降水的產(chǎn)生。4) 對西部型TC極端降水典型臺風“啟德”的模擬試驗表明，WRF中尺度區(qū)域模式可以較好地模擬出臺風影響兩廣時最大日降水的位置，但降水強度模擬較弱。敏感性試驗表明，夏季風被削弱后，南海地區(qū)的西南季風被抑制，臺風強度減弱，臺風范圍內(nèi)降水強度總體減弱，臺風雨帶偏南，因此從數(shù)值試驗的角度證實了前述南海夏季風強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；時空特征；成因；珠三角地區(qū)；數(shù)值試驗 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題 21.4本文的主要研究內(nèi)容 2第二章資料和方法 22.1資料簡介 22.2方法簡介 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極端降水典型臺風“啟德”的模擬試驗 85.1臺風“啟德”降水及環(huán)流特征 85.2模式及試驗方案設(shè)計 95.3試驗結(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 13致謝 16第一章緒論 1.1研究意義我國歷史上由TC極端降水引起的災害令人觸目驚心：1996年7月底8月初，“9608”號臺風Herb[5]不僅肆虐了臺灣島，它登陸大陸后的特大暴雨橫掃十多個省市，造成700多人死亡，直接經(jīng)濟損失超過650億元（占當年GDP的1%）；2006年，強熱帶風暴Bilis（碧利斯）[6]在福建登陸后一路西行，給多省區(qū)帶來持續(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)濟損失；0908號臺風Morakot（莫拉克）[7]以接近3000毫米的過程降水量對臺灣南部造成了災難性的后果，導致約700人死亡或失蹤。我國大陸華南沿海是臺風暴雨災害最重的地區(qū)之一可見，加強熱帶氣旋極端降水成因研究具有非常重要的現(xiàn)實意義，有利于提高我國防御TC暴雨災害的能力。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 許多研究工作關(guān)注了不同的TC暴雨個例。陶詩言[1]對7707號TC的分析表明，引發(fā)上海特大暴雨主要與東風氣流中中尺度云團和中尺度輻合線等有關(guān)；0土111叫〇等[11]對颶風Agnes分析指出水平水汽通量輻合對于降水有重要影響；丁治英等％對Freda臺風研究發(fā)現(xiàn)，右側(cè)水汽輸送比左側(cè)水汽輸送對臺風降水的影響來得更大；壽紹文等[13]對9012TC研究表明：雨團出現(xiàn)在地面假相當位溫密集帶和中尺度鋒區(qū)附近；蔡則怡等[14]對7503號臺風Nina的數(shù)值模擬指出，地形對“75.8”暴雨有重要貢獻。1.3珠三角地區(qū)熱帶氣旋暴雨研究方面存在的主要問題 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方面，一是在從氣候?qū)W角度分析了氣候變化的基本事實，二是從天氣學角度主要開展了一些個例研究。存在的主要問題表現(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本文的主要研究內(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，獲得對該區(qū)域的TC極端降水特征以及成因更全面的認識。第二章資料和方法 2.1資料簡介 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，來自上海臺風研究所，包括1949年以來西北太平洋（含南海，赤道以北，日界線以西)海域熱帶氣旋每6小時的位置和強度。2.1.2臺站降水資料日降水數(shù)據(jù)來自中國氣象局國家氣象信息中心，日降水量的日界為北京時前日20時至當日20時。數(shù)據(jù)時間范圍為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)境場對比所使用的，分別是:1)ECMWF提供的逐六小時的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層的風場、位勢高度場和比濕場。第二部分是NCEPFNL(1999-present)全球再分析資料，分辨率是1°X1°，用作WRF模式的初始場和邊界場。2.2方法簡介 本文采用Ren等?"631提出并改進的TC降水天氣圖客觀識別法(0SAT)識別我國珠三角地區(qū)的熱帶氣旋降水。0SAT的思想是模擬預報員利用天氣圖人工分離TC降水的過程：首先，基于降水分布的結(jié)構(gòu)分析，將日降水場分解成幾個獨立的自然雨帶和一些離散的降水臺站；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，針對每一個降水臺站，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TC降水，進而所有TC降水臺站組合成為TC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)過反復調(diào)整，與熱帶氣旋年鑒降水資料對比，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TC降水雨帶時，參數(shù)設(shè)置如表2.1。當臺風接近或登陸大陸時，臺風與最近的一個大陸臺站的相對距離<300km時，判斷此臺風為近距離臺風，考慮到此時臺風很可能出現(xiàn)與中高緯度系統(tǒng)的相互作用而產(chǎn)生遠距離降水，因此判斷臺風雨帶的臺風與雨帶距離閾值設(shè)置相應(yīng)調(diào)大，閾值比遠距離臺風更大。根據(jù)文獻[63]，將臺風分為遠距離、近距離臺風分別考慮比不分類，經(jīng)過與上海臺風所人工識別臺風降水方法所得結(jié)果對比，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，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)從臺站降水的角度分四個等級討論TC極端降水的總體氣候特征。為了在時間上和空間上進一步了解珠三角地區(qū)受臺風影響的TC極端降水的特征，本節(jié)從TC過程在珠三角地區(qū)造成的最大單站日降水的角度來進行分析。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，1960-2014年共有699個影響TC。圖3.7給出了699次TC過程最大單站日降水的等級一頻數(shù)統(tǒng)計分布。由圖可見，TC最大單站日降水小于暴雨（50mm)的有195次，占27.9%;達到暴雨級別的有156次，占22.3%;達到大暴雨（100mm)級別的次數(shù)最多，共261次，占比為37.3%;達到特大暴雨(250mm)級別的有87次，占比為12.4%。因此，從這個角度看，TC極端降水發(fā)生的頻次占比高達72.1%。不同等級降水強度的TC極端降水發(fā)生頻次的空間分布，日降水量達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的臺站位置，圖3. 4b為對比結(jié)果。圖3.4b可見，從站點TC降水頻次平均值和最大值兩個角度來看，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度的增加，越大于其他區(qū)域。2)此區(qū)域為150-250mra，350mm以上兩個降水強度段的極端降水頻次最大值出現(xiàn)的區(qū)域。3.3基于TC過程最大單站日降水的TC極端降水特征上節(jié)從臺站降水的角度分四個等級討論TC極端降水的總體氣候特征。為了在時間上和空間上進一步了解珠三角地區(qū)受臺風影響的TC極端降水的特征，本節(jié)從TC過程在珠三角地區(qū)造成的最大單站日降水的角度來進行分析。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，1960-2014年共有699個影響TC。圖3.7給出了699次TC過程最大單站日降水的等級一頻數(shù)統(tǒng)計分布。由圖可見，TC最大單站日降水小于暴雨（50mm)的有195次，占27.9%;達到暴雨級別的有156次，占22.3%;達到大暴雨（100mm)級別的次數(shù)最多，共261次，占比為37.3%;達到特大暴雨(250mm)級別的有87次，占比為12.4%。因此，從這個角度看，TC極端降水發(fā)生的頻次占比高達72.1%。1960-2014年期間珠三角地區(qū)不同等級O50mm，100mm，250mm)TC極端降水最大單站日降水頻數(shù)的變化。從長期趨勢來看，50mm以上的TC最大單站日降水頻數(shù)呈減少趨勢，平均每十年減少0.66次；隨著強度增強，100mm以上的TC最大單站日降水頻數(shù)雖呈減少趨勢，但幅度減小為平均每十年減少0. 44次；當考慮更強的等級時，250mm以上的TC最大單站日降水頻數(shù)則表現(xiàn)為增多趨勢，平均每十年增加0.16次。分析顯示，三者均未通過顯著水平0.10的顯著性檢驗。同時，250mm以上的TC最大日降水頻數(shù)在1990年前后表現(xiàn)出較強的年代際增強，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地區(qū)，即雷州半島至廣西南部（西部區(qū)）、廣東陽江至珠江口西岸（中部區(qū)）、粵東（東部區(qū)）。第二類極端降水在不同降水量級上均表現(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)。第一類極端降水在較強降水量級上也有相同的分布特點。2. 兩類TC極端降水特征既有相似點，又有所不同。兩類極端降水頻次的近50年年際變化均表現(xiàn)為比較一致的趨勢，即統(tǒng)計量級<250mm時，表現(xiàn)為緩慢的下降趨勢；250mm以上的降水頻次表現(xiàn)為緩慢的上升趨勢。所不同的是，由于第二類極端降水所統(tǒng)計的是最大日降水，樣本量小于第一類，所擬合出的變化率小于第一類。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. 基于上述第一點的分析，下文重點關(guān)注第二類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，降水分布很不對稱，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區(qū)域內(nèi)TC極端降水個例的基礎(chǔ)上，選取西部區(qū)一類西行TC進行細致的成因診斷分析。4.1造成不同區(qū)域TC極端降水的TC特征圖4.1進一步給出三個分區(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)生當日的TC路徑來看，最大日降水主要發(fā)生在TC登陸當日或次日（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度強的特點，而其中TC西行路徑又是其主要特征（圖4.2a)，為此，針對這類西部型TC極端降水開展成因分析。1213號臺風“啟德”的過程最大日降水在西部型西行類極端降水TC中排名第三（見表4.1)，降水比較極端，年代較近，數(shù)據(jù)較可靠。故選擇2012年臺風“啟德”作為參考路徑。采用路徑相似面積指數(shù)[64]識別出與1213號臺風“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分別作為強降水組和弱降水組（圖4.2)進行對比。圖4.4給出動態(tài)合成法[65_67]合成的兩組TC產(chǎn)生最大日降水當天的850hPa水汽通量合成場。圖中可見，強降水組TC西南側(cè)的水汽通量強度大而范圍廣（圖4.4b)，水汽通量強度的大值區(qū)（8g/(cm.hPa.s)以上）南北伸展約15個緯度，同時，水汽通量強度的極值區(qū)（16g/(cm.hPa.s)以上）從低緯度洋面一直延伸至臺風環(huán)流中心而沒有中斷。而弱降水組TC的水汽通量強度大值區(qū)相對較窄（圖4.4a)，水汽通量強度，尤其是與TC連接處的水汽通量強度小(8-12g/(cm?hPa?s))，這就導致水汽通量強度的極值區(qū)（16g/(cm?hPa?s)以上）未能與臺風環(huán)流相連。這可能影響西南水汽通道對TC降水區(qū)的水汽補充，造成TC降水偏弱。上述強、弱降水組西南水汽輸送的差別與南海夏季風的強弱緊密相聯(lián)。南海夏季風強度指數(shù)參照何金海等[72]書中謝安和戴念軍提出的季風強度指數(shù)，具體定義為：南海區(qū)域（5°-20°N，105°-120°E)緯向風速大于0的各網(wǎng)格點全風速累積值的區(qū)域平均。圖4.5給出強、弱降水組TC最大降水日前后平均的逐日南海夏季風強度指數(shù)[72]演變?？梢钥吹?，強、弱降水組TC最大降水日前后都有南海夏季風強度明顯增強的過程，南海夏季風強度均在最大降水日的前一天達到峰值；所不同的是，強降水組南海夏季風強度增強的速度更快（峰值前兩天夏季風強度增長的平均速度強降水組TC和弱降水組TC分別為1.22m/(s*d)和0.71in/(S?d))、所達到的峰值強度更強（強降水組TC和弱降水組TC分別為11.72m/s和10.48m/s)。經(jīng)檢驗，0_9到隊天的強、弱降水組南海夏季風強度指數(shù)[72]的差異通過了0.05顯著水平的顯著性檢驗。圖4.6給出強、弱降水組高、低層平均風場和散度場。對比（圖4.6a和4.6b)顯示，低層850hPa強降水組TC中心附近存在大范圍強輻合區(qū)，中心值超過-4.0X10_5s'強度和范圍遠超過弱降水組TC。對流層高層風場及散度場（圖4.6c,d)對比發(fā)現(xiàn)，強降水組TC上空表現(xiàn)為大范圍強輻散區(qū)，中心值超過2.OX10、'強度和范圍明顯大于弱降水組TC。綜合來看，不難看出，強、弱降水組TC的高、低層輻合輻散形勢配置均有利于強降水的產(chǎn)生，但強降水組TC的形勢配置在范圍和強度上更為有利。4.3小結(jié)1. 三個分區(qū)中，造成西部分區(qū)極端降水的TC路徑規(guī)律性較強：主要為西行路徑，且登陸點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. 對西部分區(qū)西行路徑TC極端降水成因分析表明，TC移動速度的快慢和南海夏季風的強弱是兩個重要因素：TC移動速度慢和南海夏季風強度增強有利于極端降水的產(chǎn)生。特別地，南海夏季風強度増強加強了向TC的水汽輸送，在有利的高低層幅合幅散形勢配置下導致了極端降水。?3. 以上結(jié)論是基于觀測統(tǒng)計和天氣學診斷分析的結(jié)果，TC移速緩慢和南海夏季風強盛有利于出現(xiàn)TC極端降水這一結(jié)論對珠三角地區(qū)西部區(qū)無疑更具普適性；但TC產(chǎn)生極端降水的機制主要是定性的，需要數(shù)值模擬工作的進一步驗證。另外，對比發(fā)現(xiàn)強降水組的TC強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)境場的作用可能更為關(guān)鍵；這對于珠三角地區(qū)TC強降水的預報是值得關(guān)注和深入分析的問題。第五章西部型TC極端降水典型臺風“啟德”的模擬試驗5.1臺風“啟德”降水及環(huán)流特征前文敘述中提到，用“0SAT”方法w-631識別我國華南沿海珠三角地區(qū)的臺站TC降水。將近年來（2010-2014年）影響珠三角地區(qū)共54個TC個例，按照過程最大日降水量的大小排序，臺風“啟德”以防城港市日降水量373.3mm排名第一，說明“啟德”是近年來影響珠三角地區(qū)降水極端性特征顯著的一個TC個例。臺風“啟德”生成于菲律賓以東洋面，生成后一路西行于北京時8月17日12時30分前后登陸廣東省湛江市麻章區(qū)湖光鎮(zhèn)沿海，登陸時中心附近最大風力13級，中心最低氣壓968hPa?！皢⒌隆钡顷懞缶S持西西北路徑經(jīng)過北部灣，17日21時30分前后二次登陸中越邊境交界，登陸時中心附近最大風力12級，中心最低氣壓為975hPa。18日17時在越南北部減弱消散。降水集中于16日20時至18日20時。如圖5.1所示，8月16日20時至17日20時，“啟德”登陸前后，降水主要集中于我國海南省和兩廣南部沿海地區(qū)，日降水量超過250mm的站點主要分布在海南省西南。17日20時至18日20時“啟德”主要在越南北部停留，受其影響，強降水主要分布在我國廣西西南，日降水量超過250mra的站點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降水過程的最大單站日降水。此過程最大日降水出現(xiàn)在“啟德”二次登陸前后，臺風強度遠不及第一次登陸，但其降水的強度之大，其成因值得探討。圖5.1c為臺風“啟德”過程降水及路徑。從圖中可以看出，此次“啟德”降水過程造成了大范圍降水出現(xiàn)，主要影響兩廣及海南全部。強降水中心有2個，廣西南部沿海的防城港市一帶的強降水中心過程雨量達400-500mm。另一強降水中心位于海南西南部，中心過程雨量達300-400mm。8月17日20時至18日20時，“啟德”中心由北部灣移動至越南北部，由850hPa流場圖（圖5.2a)可以看出，臺風環(huán)流以南及西南有很強的風速區(qū)伴隨很強的水汽輸送，覆蓋整個南海地區(qū)，并向西一直延伸至中南半島、孟加拉灣以西。仔細分析風矢量，可以看出，來源于孟加拉灣跨越中南半島的偏西氣流，來源于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，南海夏季風強度在17日14時達到加強階段的峰值，隨后在廣西沿海出現(xiàn)了本次過程的最強日降水?？梢?，南海夏季風強度增大，可能通過伴隨的源源不斷的水汽輸送，引發(fā)了本次強降水過程。5.2模式及試驗方案設(shè)計5. 2.1模式簡介采用WRFV3.5ARW模擬“啟德”降水期間的大氣環(huán)流和降水。模式積分步長設(shè)為90秒，以NCEPFNL資料為模式的初始場和邊界條件，采用三重網(wǎng)格嵌套方案。第一層模擬區(qū)域中心點為（24.3N，110.7E)，第二層和第三層嵌套模擬區(qū)域以臺風中心為中心點，嵌套同時伴隨臺風而移動。三層網(wǎng)格的格點數(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，可以很好的模擬臺風的精細結(jié)構(gòu)及風雨分布，使模擬的降水更加接近實況。物理過程參數(shù)化方案如下：微物理過程，WSM6方案；長波輻射，RRTM方案；短波輻射，Dudhia方案；邊界層，YSU方案；積云對流參數(shù)化，淺對流Eta-Fritsch方案。模擬結(jié)果每一小時輸出一次。5. 2.2試驗方案設(shè)計設(shè)計兩組試驗，包括一個控制試驗和一個敏感性試驗。兩試驗的模擬時段取過程主要降水時段，以8月16日20時為初始時刻，積分48小時，包含了臺風“啟德”從登陸到消散的全過程。在敏感性試驗中，初始場和邊界條件均使用Lanczos濾波器進行了時間尺度分離，即濾去了20天以上的低頻振蕩分量。濾波區(qū)域為0<^—25。隊60￡^-120^，包含南海、華南及以西（見圖5.3)。濾波過程中，濾波區(qū)域的西南季風明顯減弱，同時溫度場、氣壓場、濕度場也相應(yīng)進行了調(diào)整，以模擬夏季風減弱的情況。5.3試驗結(jié)果整體上，控制試驗對臺風的模擬效果較好。圖5.4a,圖5.4b分別是控制試驗臺風主要降水時間段模式所模擬的臺風路徑及臺風強度與觀測的對比。路徑方面，模擬與實況非常接近，路徑的走向與實況相比趨于一致，各時刻臺風位置的絕對誤差在90km以內(nèi)。強度方面，試驗基本模擬出了臺風登陸前加強和登陸后趨于減弱的趨勢，各時刻絕對誤差在模式積分后6小時達最大，最大誤差約lOpha，6小時后誤差減小并趨于穩(wěn)定。可見試驗對臺風路徑和強度的模擬比較準確。5.4小結(jié)本節(jié)針對西部西行TC中極端降水排名第三，發(fā)生年代較新（2010年以后）的一個登陸后造成廣西南部局地強降水的西行臺風“啟德”（1213)進行了診斷、模擬，并設(shè)計兩組試驗討論夏季風與西行TC的相互作用對降水的影響。結(jié)果表明：1. “啟德”實況。臺風“啟德”登陸影響期間，兩日內(nèi)造成兩廣及海南多地強降水，綜合過程降水、日降水來看，主要降水中心位于海南西部、廣西南部，其中過程最強日降水發(fā)生在廣西防城港市，達373.3mm。當日南海夏季風強度處于周期峰值，850hPa風場及水汽輸送通量顯示，在南海地區(qū)存在來自中南半島以及赤道以南的西南風和南風輻合，一條較強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風環(huán)流區(qū)輸送。2. 控制試驗結(jié)果及效果?？刂圃囼災M的臺風路徑、臺風強度以及雨帶位置與實‘況一致，位于廣西南部沿海的最大日降水中心降水量比實況偏弱。3. 敏感性試驗結(jié)果及效果。波譜分析^表^2012年5-11月夏季風活躍期間南海夏季風強度變化在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結(jié)果表明，夏季風被削弱后，南海地區(qū)的西南季風被抑制，臺風強度減弱，臺風范圍內(nèi)降水強度總體減弱，臺風雨帶偏南，因此從數(shù)值試驗的角度證實了前述南海夏季風強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方法識別出1960-2014年影響這一地區(qū)的TC日降水。從TC過程最大日降水，以統(tǒng)計分析的角度，研究了這一地區(qū)的TC極端降水的時空特征。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。TC極端降水的頻次和強度在沿海呈現(xiàn)三個大值區(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度在三個區(qū)中表現(xiàn)較強。2. TC極端降水的時間變化趨勢顯示，不同降水量等級的極端降水在近50年來均呈現(xiàn)出微弱的變化趨勢，250mm以下的極端降水頻次呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢，而250ram以上的極端降水頻次呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢。3. 三個分區(qū)中，造成西部分區(qū)極端降水的TC路徑規(guī)律性較強：主要為西行路徑，且登陸點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. 對西部分區(qū)西行路徑TC極端降水成因分析表明，TC移動速度的快慢和南海夏季風的強弱是兩個重要因素：TC移動速度慢和南海夏季風強度增強有利于極端降水的產(chǎn)生。特別地，南海夏季風強度增強加強了向TC的水汽輸送，在有利的高低層幅合幅散形勢配置下導致了極端降水。5. 對西部分區(qū)西行路徑TC中極端降水排名第三的“啟德”的極端降水過程診斷表明，發(fā)生強降水期間，南海夏季風強度正處于8月上至中旬的一個峰值。850hPa風場和水汽通量分析顯示，臺風以南向西延伸有一寬廣的急流區(qū)，伴隨較強的水汽輸送帶。模擬試驗表明，WRF模式對此次降水過程的模擬較好。敏感性試驗中，夏季風被削弱后，南海地區(qū)的西南季風被抑制，臺風強度減弱，臺風范圍內(nèi)降水強度總體減弱，臺風雨帶偏南，因此從數(shù)值試驗的角度證實了前述南海夏季風強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)的季風強度，所模擬出的臺風強度偏弱，臺風范圍內(nèi)雨帶偏南，臺風范圍內(nèi)降水在登陸前及登陸后明顯偏弱，初步驗證了前文兩廣西部地區(qū)TC極端降水成因的診斷。而季風強盛有利于兩廣臺風極端降水的更深層原因，還有待于進一步研宄。參考文獻[1] 朱乾根，林錦瑞.天氣學原理和方法.氣象出版社，2007.[2] 張慶紅，韋青，陳聯(lián)壽.登陸中國大陸臺風影響力研宄.中國科學，2010,40(7):941-946.[3] 劉玉函，唐曉春，宋麗莉.廣東臺風災情評估探討.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展.氣象學報，2004,62(5):541-549[5] 孫建華，齊琳琳，趙思雄.“9608”號臺風登陸北上引發(fā)北方特大暴雨的中尺度對流系統(tǒng)研究.氣象學報,2006,64(1):57-71.[6] 張東，蔡安安，林良勛.強熱帶風暴“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號臺風“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] 陶詩言.中國之暴雨.北京：科學出版社,1980[11] DimegoGJ，BosartLF.TheTransformationofTropicalStormAgnesintoanExtratropicalCyclone,PartII:Moisture,VorticityandKineticEnergyBudgets.Mon.Wea.Rev,1982,110(5):412-433.[12] 丁治英，陳久康.臺風暴雨與環(huán)境水汽場的數(shù)值試驗.南京氣象學院學報,1995,18(1):33-38.[13J壽紹文，勵申申，崔波.中尺度系統(tǒng)與臺風降水增幅的關(guān)系.大氣科學學報，1996(2):204-209,[14] 蔡則怡，宇如聰.LASGri坐標有限區(qū)域數(shù)值預報模式對一次登陸臺風特大暴雨的數(shù)值試驗.大氣科學，1997,21(4):459-471.[15] 陳久康，丁治英.高低空急流與臺風環(huán)流耦合下的中尺度暴雨系統(tǒng).應(yīng)用氣象學報，2000,11(3):271-281.[16] WuCC.NumericalsimulationoftyphoonGladys(1994)anditsinteractionwithTaiwanterrainusingtheGFDLhurricanemodel.Mon.Wea.Rev.,2001,129:1533-1549.[17] MengZ,NagataM，ChenL.Anumericalstudyontheformationanddevelopmentofisland-inducedc