黑龙江省台风暴雨统计及分型研究

前言

第1章 绪论

1.1 北上台风研究回顾

1.2 东北地区台风暴雨研究进展

1.3 变性台风暴雨的研究现状和业务预报中面临的科学问题

1.4 主要研究目的和研究内容

1.5 选用资料及研究方法和特色

第2章 黑龙江省台风暴雨统计及环流特征

2.1 台风暴雨气候特征

2.2 台风暴雨分型

2.3 不同类型台风暴雨环流形势特征

2.4 物理量特征

2.5 小结和讨论

第3章 直接北上台风暴雨

3.1 台风概况与雨情

3.2 大尺度环流背景场

3.3 热力、动力结构及不稳定特征对比

3.4 云顶亮温特征

3.5 环境风垂直切变

3.6 暴雨区降水条件对比

3.7 小结与讨论

第4章 台风残涡暴雨

4.1 暴雨概述及特点

4.2 天气尺度环流背景

4.3 中尺度对流云团活动特征

4.4 雷达回波演变特征

4.5 中尺度对流系统发展环境条件特征

4.6 热力和不稳定特征

4.7 中高层干冷空气活动及作用

4.8 小结与讨论

第5章 台风与高空冷涡合并暴雨

5.1 台风概况及风雨影响

5.2 大尺度环流背景

5.3 热力、动力条件

5.4 不稳定条件

5.5 小结

第6章 台风与高空冷涡远距离相互作用暴雨

6.1 暴雨概述及特点

6.2 天气尺度环流背景

6.3 水汽条件

6.4 低层锋生和不稳定特征

6.5 动力特征

6.6 小结与讨论

第7章 结论与讨论

7.1 概念模型

7.2 结论与讨论

7.3 预报思路及着眼点

参考文献

第1章绪论

登陆北上或近海北上影响中国北方地区的台风,平均每年仅为2~3个，7月至9月上旬为高峰期(王秀萍等，2006;金荣花等，2006)。中国东北地区地处中高纬度，虽然受台风影响的频次远不及中国东南沿海地区，但台风却是造成该地区大范围暴雨灾害的主要天气系统之一,据统计，在东北地区出现的大范围暴雨个例中,台风的直接影响或间接影响可以占到总数的40%(孙力等，2010)。黑龙江省地处中高纬度,是中国纬度最高的省份，受台风影响的频次远不及东南沿海地区,虽然平均每年不足1次,但几乎每年均有北上台风给黑龙江省带来强降水天气，且多数台风北上到高纬度已经停止编号或变性为温带气旋(王承伟等,2017;任丽等,2018)。2015-2020年每年都有北上台风给黑龙江省带来暴雨天气,且依然是多数已经停止编号或变性为温带气旋(任丽等，2013,2018;梁军等,2020),或是与西风带冷涡(槽)发生相互作用而产生暴雨(梁军等,2019;刘硕等,2019;任丽等,2019)。其中,台风登陆北上到黑龙江省维持编号且带来暴雨的两个典型个例:1215号台风“布拉万”(任丽等,2013;孙力等，2015)和1913号台风“玲玲”。两个台风移至黑龙江省时均为热带风暴，且移动路径相似,最大日降水量均出现在哈尔滨市，台风“布拉万”带来150 mm的极端日降水，台风“玲玲”带来103.5 mm的日降水。移经黑龙江省时，台风“玲玲”强度大于台风“布拉万”，然而台风“布拉万”的风雨影响比台风“玲玲”强。为了探究这两次台风过程中导致降水差异的物理过程，第3章使用多种资料对这两次台风暴雨过程进行对比分析。

过去对东北地区台风暴雨的研究较少,且基本停留在个例分析阶段,气候特征统计方面基本是空白。第2章通过研究近60年(1961-2020年)台风活动规律、台风暴雨时空分布和环流形势及各物理量统计特征等，总结台风影响黑龙江省的气候规律。受1710号台风“海棠”残余环流北上影响，东北地区迎来大范围的暴雨、大暴雨天气,最大单日降水量为185.6 mm,最大小时雨量为51.1 mm。暴雨区呈带状分布，呈现向北增强的趋势，在时空分布上有明显的中尺度特征:降水强度大、突发性强、持续时间短。大暴雨区呈线状分布，水平宽度在50 km左右,长度在300 km左右，具有典型的中3尺度对流系统特征。第4章对造成暴雨的中尺度对流系统(MCS)的活动特征和环境条件及触发机制进行研究，加强对暴雨中尺度系统的理解，深化对暴雨及中尺度对流系统的认识，也为暴雨预报提供有指示意义的信息。1610号台风“狮子山”越过30°N,与朝鲜半岛上空的低涡在逐渐靠近的过程中发生藤原效应，台风一路西行最终并人低涡环流中。台风将海上的热量和水汽向低涡输送,低涡不断加强,并稳定维持多日，给东北地区带来大范围持续多日的强降水天气。第5章分析了此次暴雨过程中的动力、水汽和不稳定条件,探究中纬度系统与热带系统相互作用引发暴雨的原因,为今后预报台风降水积累经验。2019年8月6-8日在东北冷涡活动背景下，黑龙江省持续3d受暖锋影响出现了暴雨天气,同时有1908号台风“范斯高”携带大量暖湿空气北上为暴雨提供充沛的水汽。第6章对此次持续性暴雨过程的锋生机制和动力、热力及水汽特征进行诊断分析，探讨暴雨成因，以期为今后东北冷涡背景下暖锋暴雨预报提供可供借鉴的参考依据。

1.1北上台风研究回顾

台风暴雨是中国常见的灾害天气之一,具有发生频次高、降水强度大、影响范围广等特点，常常引发洪涝等次生灾害。台风活动不仅能给东南沿海带来大范围的暴雨天气(罗玲等，2019;周芯玉等，2020;黄艺伟等,2021),还会转向北上深人内陆，给内陆地区带来暴雨(毕鑫鑫等,2018;古秀杰等，2019;任丽等，2021a,2021b)甚至创纪录的极端降水，如河南“75.8”特大暴雨(丁一汇等，1978)。西北太平洋上生成的台风近乎半数会向北或东北转向发生变性(Deng et al.,2018),变性过程中台风暖心结构会遭到破坏,逐渐向温带气旋转变,强降水往往呈现非对称性,还可能引发比变性前更强的灾害天气(孙力等，2015;周冠博等，2019)。台风在向北移动的过程中与中纬度冷槽引导南下的冷空气相遇会逐渐变性(李英等，2013;姚晨等，2019;任福民等，2019),在有利条件下再次获得强烈发展(陈联寿等，1979;程正泉等，2012),降雨再度增强(陈宏等，2020)。台风向北移动过程中携带了大量的水汽,在气旋性切变的环境场中,台风还向环境场输送能量,并激发和增强中纬度气旋性环流系统的发展，触发严重的灾害天气(雷小途等，2001;陈宜淼等，2018)。

李英等(2006)通过数值模拟试验指出,台风登陆后的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关,较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散,有利于台风的变性加强。进人台风的冷空气越强，越有利于台风变性加强,对应的天气也更加剧烈(钮学新等，2010;陆佳麟等，2012)。梁军等(2015,2019)分别对多个给辽东半岛带来暴雨的台风过程进行了对比分析,指出台风北上进人西风槽区会发生变性,台风所处的变性阶段不同,造成的降水有显著差异。吴丹等(2021)发现台风“天兔”降水的非对称分布与冷暖锋的相对强弱、水汽输送情况以及高空冷空气下传等有直接关系。程正泉等(2012)研究台风“海马”变性加强过程,发现台风与高空槽前急流发生稠合，冷空气侵入台风环流内部形成半冷半热结构;台风“淘马”变性加强能量主要来自冷空气下沉释放的有效位能,以及台风与环境相互作用过程中总动能通过辐散风向低压动能的转化。黄亿等(2009)发现高层的高位涡值下传,高位涡的干冷穷气加强了低层的扰动,引起低层暖空气的抬升，这些条件促使对流不稳定能量与潜热能的释放,有利于暴雨增强。除了对单个台风暴雨过程的研究外,还有学者对1959--2012的极端降水台风的气候特征进行研究(江漫等，2016),针对单个台风影响过程中所造成极端降水的影响范围、降水日数和降水强度异常等指数进行逐个评估,建立了极端降水台风综合指数,统计分析了这些台风个数及强度的月际分布特征和路径特点。