中國臺風特大暴雨綜述

? 陳聯(lián)壽 | 中國氣象科學研究院

? 許映龍 | 國家氣象中心、中國科學院大學

【資料圖】

（本文原載《氣象與環(huán)境科學》2017年第1期）

▍ 引言

臺風的災害主要由臺風大風、臺風暴雨和風暴潮造成。臺風Rammasun （1409） 的大風竟達到70～75m/s，這樣大的風力可將岸邊巨輪拋上陸地、摧毀房屋橋梁、折斷成批大樹電塔，災難深重。比風災更為嚴重的是暴雨之災， Nina （7503） 臺風的傾盆暴雨造成多座大型水庫崩潰，河堤決口，洪水泛濫，沖毀橋梁樓亭，淹沒城鎮(zhèn)，死傷無數(shù)。臺風最為嚴重的災害往往由風暴潮引起，暴潮增水不僅和臺風強度有關，還和大陸架淺海區(qū)深度及地形有關。 孟加拉灣 （Bay of Bengal） 極易引起大的增水暴潮之災。超級氣旋性風暴 （Super cyclonic storm） Bhola于1970年11月12日登陸在如今孟加拉國的吉大港，恒河三角洲 （Ganges Delta） 及口外星羅棋布的島嶼遭到暴潮的滅頂之災，死亡人數(shù)竟達30～50萬人，這是20世紀人類的一場悲劇。

臺風暴雨災害是上述三種災害中發(fā)生最為頻繁之災，厘清臺風暴雨機理是人們長期以來的研究目標。 臺風暴雨的強度 （Rate） 和分布 （Distribution） 與三方面因素有關，即內部結構影響、環(huán)境大氣控制和下墊面強迫。

內部結構影響：臺風內部結構對臺風強度和降水有重要影響，內核對流暴發(fā) （Convective burst） 會引起臺風突然增強 （Rapid intensification） 和眼壁暴雨的增強。臺風環(huán)流內部的中尺度切變線和小渦會增強局部降水，臺風內核上空云的微物理過程是臺風雨強 （Rain rate） 增幅的重要機制。

環(huán)境大氣控制：臺風內核結構或臺風強度并非決定降雨的唯一因子，弱殘渦降雨超過強臺風降雨的觀測事實，說明環(huán)境大氣對臺風降雨的強度和分布范圍有重要控制作用。環(huán)境水汽和渦度向臺風的輸入與雨量強度密切相關。 研究結果表明，輸入登陸臺風水汽通量的大小對臺風在陸上的維持和降水大小有重要作用。

登陸臺風與季風涌 （Monsoon surge） 相互作用，將使臺風殘渦 （Remnant） 獲得大量水汽和潛熱能量，能使登陸臺風維持不消或使殘渦復蘇 （Revival） 而增強臺風暴雨。 典型例子是強熱帶風暴Bilis （0604） ，這類臺風登陸后往往向偏西或西南方向移動，并與季風涌遭遇。 中緯度西風槽與登陸臺風的相互作用是環(huán)境大氣對臺風降雨的另一種重要影響，這種作用將使臺風獲得斜壓位能而增強臺風暴雨，并使臺風形成變性結構 （Extratropical transition） ，生成中小尺度系統(tǒng)而增強臺風暴雨。

臺風與中緯度槽的相互作用往往發(fā)生在臺風登陸后向西北或偏北方向移動過程中，典型個例是臺風Nina （7503） 。不僅環(huán)境西南季風對臺風暴雨有重要影響，環(huán)境東北信風 （Trade wind） 也是一個重要的影響成員。移經(jīng)巴士海峽和中國臺灣附近的臺風往往會與這支東北信風遭遇，來自熱帶洋面臺風東側的潮濕偏南氣流與干燥的東北信風會使臺風倒槽區(qū) （Inverted trough area） 形成很強的輻合線或強臺風倒槽，多次臺風特大暴雨都是由這條強輻合線所造成的。

高空急流是環(huán)境控制影響的另一個重要成員，急流對其南側臺風高空流出氣流的強度有重要影響，當急流加強臺風高層向東北方向的流出氣流時，臺風暴雨強度增強。風速垂直切變 （Vertical wind shear） 是環(huán)境控制影響中的又一個重要因子，它影響著臺風暖核結構和臺風強度，從而對臺風降水強度產(chǎn)生影響。此外環(huán)境大氣中的氣溶膠 （Aerosol） 也會影響臺風降雨，這一點目前已引起人們的關注。

下墊面強迫：陸面對登陸臺風貼地層環(huán)流的強迫 （Forcing） 作用，強烈地影響著臺風降雨。 臺風中心靠近海岸時，向岸風和離岸風對臺風降雨的強度和范圍產(chǎn)生不對稱分布效應。島嶼和山脈地形在一定條件下會對臺風降雨產(chǎn)生增幅作用，臺灣海峽產(chǎn)生臺風誘生低壓和臺灣中央山脈對向風坡氣流強迫抬升都會加強臺風暴雨。 海南島五指山對臺風外圍氣流強迫產(chǎn)生的中尺度小渦顯著地加強了臺風暴雨。 內陸大面積水面和飽和濕地對臺風降雨也有明顯影響。研究結果表明，水面或臺風暴雨所造成的飽和濕地會把水汽反饋到臺風氣柱，這對維持暖心 （Warm core） 有利，并會進一步加強臺風暴雨。海島和大陸海岸、山脈地形和內陸水面對臺風降水均有顯著影響。

▍ 極端暴雨臺風

登陸或近海臺風下特大暴雨的很多，但下1000mm/24h以上的極端暴雨為數(shù)不多，下面給出的是下極端暴雨的臺風個例。

超強臺風Nina（7503）

Nina于1975年8月4日凌晨在福建晉江登陸，登陸時風力12級，登陸時24h雨量為（福建廈門）， 登陸后Nina很快減弱為一個12m/s的殘渦，但竟在登陸后2～3天復蘇 （Revival） ，這與中緯度西風槽相互作用獲得斜壓位能有關，24h雨量竟達到1062mm（河南林莊）， 成為新中國成立以來大陸暴雨之最，這一雨強紀錄至今未被打破（圖1）。

超強臺風Herb（9608）

Herb于1996年7月31日夜間登陸臺灣基隆，登陸時風力為14級， Herb于8月1日上午再次登陸福建福清，第二次登陸時風力仍有12級。Herb登陸基隆時在臺風中心南側的阿里山出現(xiàn)了/24h的極端特大暴雨， 成為我國極端暴雨之最 （圖2）。

超強臺風Carla（6718）

Carla于1967年10月17日凌晨登陸菲律賓呂宋島，登陸后的日降雨量為（菲律賓碧瑤市，Baguio City） 。Carla登陸后，穿過呂宋島北部，移速減慢，17日夜間移入南海東北部海面。該臺風雖未登陸臺灣，但臺風北側有輻合線或倒槽掠過臺灣，在臺灣宜蘭新寮出現(xiàn)/24h的極端暴雨。 這次臺風外包區(qū) （Envelope） 倒槽造成的如此強烈的極端暴雨（圖3），遠遠超過了眼區(qū)暴雨。

臺風Morakot（0908）

Morakot于2009年8月7日夜間在臺灣花蓮登陸，后于9日傍晚再次登陸福建霞浦。 Morakot在穿過臺灣時，8日14時至9日14時阿里山24h雨量竟達到。如此極端暴雨出現(xiàn)在Morakot登陸臺灣后移速突然減慢且停滯少動期間（圖4）。另一個特點是Morakot在臺灣期間與另一個強熱帶風暴Goni（0907）發(fā)生了相互作用，這與Morakot雨量突然增強也存在密切關系。

超強臺風Gloria（6312）

Gloria的中心于1963年9月11日掠過臺灣島的北端沿海 ，眼壁南側的強降雨落在臺灣北部的百新，雨量達到1248mm/24h。臺風雖然未登陸臺灣（圖5），但中心南側的這場極端暴雨是在Gloria移速顯著減慢時產(chǎn)生的，這也與臺灣特殊地形影響及西南氣流在臺風眼壁以南地區(qū)出現(xiàn)的強對流有關。Gloria于次日（12日）21時在福建連江登陸，登陸后的最大日雨量僅為454mm（浙江岑里）。

超強臺風Lynn（8719）

Lynn于1987年10月23—24日穿過巴士海峽，24—25日臺風倒槽掠過臺灣島其移速突然減慢，臺灣東部和中央山脈從南到北出現(xiàn)大范圍暴雨，其中24日竹子湖出現(xiàn)了/24h的極端暴雨。 如此暴雨出現(xiàn)在臺風突然減速和停滯少動階段（圖6），這時臺風中心附近日雨量為（菲律賓卡加延阿帕里，Aparri，Cagayan）。 Lynn臺風和Carla一樣，并未登陸臺灣，如此極端暴雨是臺風北側倒槽和強輻合所造成， 臺灣低空東北信風 （Trade wind） 與臺風東側偏南潮濕氣流的輻合起了重要作用，中央山脈地形輻合起了加劇暴雨的效果。超強臺風Lynn最后于10月28日11時登陸廣東珠海，登陸后最大日降雨量僅為35mm（廣東中山）。

超強臺風Parma（0917）

Parma于2009年10月3日下午登陸菲律賓呂宋島， 以后在呂宋島和北部沿海突然減速，并回旋少動，直到10月8日才離開這一帶。Parma雖未登陸我國臺灣，但其北側倒槽輻合區(qū)在Parma停滯少動期間在臺灣宜蘭、花蓮這一帶下了極端暴雨，宜蘭大同鄉(xiāng)的古魯雨量竟達/24h。 這場極端暴雨同樣是出現(xiàn)在臺風少動停滯的這一特殊階段 （圖7），且是臺風北側倒槽輻合區(qū)與弱冷空氣相互作用的產(chǎn)物。超強臺風Parma倒槽在下如此極端暴雨時，其中心附近最大日雨量僅為（菲律賓碧瑤市，Baguio City）。Parma最后于10月12日09時在海南萬寧登陸，登陸后的最大日雨量僅為319mm（海南臨高）。

▍ 產(chǎn)生極端暴雨臺風特點

縱觀上述7場我國臺風極端暴雨，6場發(fā)生在臺灣，1場發(fā)生在大陸，24h雨強最大的由臺風Herb（9608）造成，出現(xiàn)在臺灣，最小的是由臺風Nina（7503）造成的河南75·8特大暴雨。這些臺風往往具有以下特點。

維持和停滯

登陸或近海臺風的停滯少動和維持不消是產(chǎn)生臺風極端暴雨共同的顯著特點， 上述極端暴雨臺風不管登陸與否，在下極端暴雨時都有減速或停滯少動的特點。 另外，有的登陸臺風在陸上經(jīng)受不住摩擦耗損，一天即消失；有的陸上臺風獲得了新的能量，令其補償耗損，經(jīng)久不衰，或使減弱的殘渦復蘇，重造極端暴雨 。登陸臺風殘渦在陸上經(jīng)久不衰的要特別警惕。

有兩種能量會使臺風在陸上維持不消，即潛熱和位能。 潛熱靠水汽提供，登陸臺風大氣環(huán)境中有東南或西南風低空急流并有相應水汽通道與其聯(lián)結，可使其獲得潛熱。登陸后向偏北移動的臺風往往會發(fā)生與中緯度槽的相互作用，臺風殘渦會從中緯度槽中獲得位能。這兩種獲得新能量的方式均有利于臺風低壓在陸上的維持。當?shù)顷懪_風移入鞍型氣壓場或弱環(huán)境引導場時，將會發(fā)生減速和停滯少動。

水汽供應

當臺風登陸后，下墊面由海洋變成了陸面，切斷了海面對臺風水汽的供應，加上陸面摩擦耗損，臺風因能量急減而變成一個殘渦并將逐漸衰亡。 陸面上對臺風水汽的供應實為有限，但有時也會有充沛水汽輸入，轉化為潛熱能量，可以延長臺風壽命，并可下很大暴雨。登陸臺風可由以下4種方式獲得水汽。

環(huán)境水汽輸送通道

登陸臺風大氣環(huán)境中有西南風或東南風低空急流與臺風聯(lián)結，形成水汽輸入通道，低層豐沛水汽可由這樣的通道輸入臺風。 用5個強降水臺風與5個弱降水臺風流場和水汽通量合成分析 （Composite analysis） 比較結果表明：強降水臺風具有明顯的水汽輸入通道和強的水汽通量；而弱降水臺風資料合成分析未見有水汽通道與之聯(lián)結并且水汽通量很?。▓D8）。

登陸臺風與季風涌的相互作用

我國東南沿海臺風登陸頻繁，這一地區(qū)也是東亞季風最為活躍的地區(qū)。 臺風與季風涌 （Monsoon surge） 相遇并產(chǎn)生相互作用的概率很高。季風涌由一些中尺度或次天氣尺度的潮濕云團 （Cloud cluster） 組成， 當這些云團并入臺風或其殘渦環(huán)流中時，將給臺風提供大量水汽，不僅使臺風維持時間長，并將顯著增強降水量和擴大雨區(qū)。 最為典型的例子是強熱帶風暴Bilis（0604），它于2006年7月14日中午登陸福建霞浦，并與季風云團相遇，潮濕云團源源不斷涌入風暴環(huán)流，從而給Bilis提供了新的能量，使其在陸面上持久不衰（圖9）。 它自穿越臺灣登陸福建后，一路向偏西移動，穿越江西、湖南、廣西各省，進入越南境內消失，一路暴雨強度之大，范圍之廣，持續(xù)時間之長，為歷史罕見，造成江河泛濫，山洪暴發(fā)，一些城鎮(zhèn)被淹，災害深重。

雙臺風 （Binary typhoons） 相互作用

當沿海地區(qū)出現(xiàn)雙臺風相互作用時，其中一個臺風將其水汽和渦度通過西南氣流向另一個臺風（受體）輸送，其結果會使受體臺風獲得新的能量而加強，或使受體臺風出現(xiàn)較強降水。

近年來多次出現(xiàn)近海雙臺風的相互作用現(xiàn)象。近海突然增強的臺風Saomai（0608）與另一個近海臺風Bopha（0609）發(fā)生相互作用，結果表明（圖10），Bopha向受體臺風輸出了能量而減弱，受體臺風 （Saomai） 得到迅速加強，蒼南、福鼎一帶測站測到的極值風速竟達/s、/s，蒼南的昌禪測到降雨極值達606mm。 研究結果表明，Saomai的突然增強與它和另一個熱帶風暴Bopha的相互作用密切相關，當Bopha的部分氣旋性環(huán)流和相應的渦塊卷入Saomai后，Saomai發(fā)生了突然增強，而Bopha開始減弱。

另有一對在沿海發(fā)生相互作用的雙臺風是Morakot（0908）和Goni（0907），強熱帶風暴Goni的西南氣流向Morakot輸送水汽和渦度，Morakot是一個產(chǎn)生極端暴雨的臺風。 研究結果表明，Goni向Morakot南邊界輸入的水汽通量顯著地超過了其他邊界的（圖11），并增強了Morakot的暴雨。

陸上的大尺度水面

我國大陸臺風活動區(qū)有多塊大尺度水面，例如洞庭湖、鄱陽湖、太湖、洪澤湖、高郵湖、杭州灣等，當臺風殘渦經(jīng)過這些內陸水面或飽和濕地時，向上的水汽通量會使殘渦獲得新的能量。 研究結果表明，湖面會使登陸臺風獲得更多水汽，產(chǎn)生更多的凝結潛熱和眼區(qū)的強對流活動，對臺風環(huán)流的維持有利。另外，湖面還有緩解臺風衰亡的作用（表1），該研究結果還顯示湖面對模擬的雷達回波有增強作用。

中緯度槽與臺風的相互作用

當?shù)顷懪_風有向偏北方向移動的趨勢時，就有可能遭遇中緯度西風帶槽。臺風與西風槽 （Westerly trough） 相互作用時，臺風偏南氣流水汽輸送會加強西風槽前的降雨，西風槽后冷空氣入侵臺風環(huán)流會使臺風暖氣層抬升而獲得位能，而位能釋放就會轉化成臺風低層動能，這樣就有利于臺風殘渦在陸面上的維持。另外，相互作用也會增加臺風殘渦的不穩(wěn)定層結能量，有利于加強降雨。

造成河南極端暴雨的臺風Nina（7503）登陸后向西北移動就受到中緯度西風槽的影響，槽后向南擴散的冷空氣使Nina殘渦發(fā)生變性，誘生出一系列中小尺度系統(tǒng)，并受伏牛山喇叭口地形作用，從而在河南駐馬店地區(qū)產(chǎn)生了如此極端暴雨，中緯度西風槽對此有重要作用。

臺風眼壁和外圍強輻合倒槽

臺風環(huán)流中最強暴雨往往出現(xiàn)在兩個區(qū)域，即臺風眼壁及南側不穩(wěn)定輻合區(qū)和臺風北部倒槽輻合區(qū)。 臺風眼壁暴雨往往出現(xiàn)在臺風路徑的左側，這一側通常有臺風的北風或西北風注入，與潮濕的西南氣流輻合， 產(chǎn)生很強的不穩(wěn)定層結 （Instable stratification） ，這是加劇暴雨所必需的條件。 超強臺風Gloria并未在臺灣登陸，它在臺灣北部造成的極端暴雨就是這類出現(xiàn)在路徑左側的極端暴雨。

臺風內部暴雨除出現(xiàn)在眼壁外，還常出現(xiàn)在臺風的倒槽區(qū) （Inverted trough） ，它是臺風螺旋雨帶的一部分，登陸前后演變成南北走向的強輻合區(qū)，通常是由臺風潮濕的東南氣流和東北氣流形成的切變輻合線。 當臺風在福建登陸時，這一倒槽出現(xiàn)在浙江，有時會出現(xiàn)這樣的情況：發(fā)生在浙江的倒槽暴雨雨量超過福建登陸地點的雨量。 尤其臺風潮濕的偏南氣流與干燥的東北信風構成的臺風切變倒槽，造成的倒槽暴雨就更為強烈。例如當臺風位于呂宋島或巴士海峽時，臺風倒槽掠過臺灣島，竟造成了極端暴雨，例如臺風Carla（6718）、Lynn（8719）、Parma（0917）和Megi（1013）都具有這一共同特點。

山脈地形作用

山脈地形在極端暴雨的形成中均起重要作用。文中所提的幾場極端暴雨均和山脈有關。 Nina（7503）臺風殘渦在河南造成的極端暴雨和境內伏牛山脈喇叭口地形有關，其他幾個臺風在臺灣造成的極端暴雨都和中央山脈地形作用有關。 山脈地形對臺風近地層環(huán)流有強迫作用，這種強迫可以加強迎風坡氣流的上升運動，從而加強暴雨強度。近地層殘渦環(huán)流因地形強迫會生成小渦或地形輻合線，這些中小尺度系統(tǒng)會顯著地加強雨量。

臺風云系的微物理過程

臺風下的極端暴雨用中尺度動力和熱力過程往往解釋不了。 用低層輻合、中尺度強對流暴發(fā)、渦度、上空的輻散或流出氣流這些因子來解釋100mm的暴雨，也用來解釋1000mm的極端暴雨，說明并未找出極端暴雨的成因。 云的微物理過程往往在臺風特大暴雨熱力動力分析中未能涉及，而它和臺風特大暴雨可能有十分密切的關系。高層積雨云中的冰粒子或霰 （Graupel） 播撒到層云中增加了大量凝結核，形成大水滴降落，這種播撒效應 （Seeding effect） 對造成極端暴雨有作用。

用WRF模式對造成極端降雨的登陸臺風Morakot（0908）的云微物理過程作了數(shù)值模擬研究，結果表明，Morakot的強降水是螺旋雨帶上空積雨云帶所造成。模擬還顯示，高空有較強的冰相過程和大量冰粒子、霰粒子將會使降雨增強。高空如沒有冰相過程，則對流減弱，降雨顯著減小。

▍ 小結

特大暴雨中≥1000mm/24h雨量強度的稱之為“極端暴雨”。中國的暴雨之最是由臺風造成的，中國臺風極端暴雨中最強的雨量是由臺風Herb（9608）所造成，極端暴雨中雨量最小的是由臺風Nina（7503）造成，這些極端臺風暴雨的預報目前還很困難。

造成極端暴雨的臺風有一些顯著特點，這類臺風或殘渦往往在陸面或近海海面上維持，經(jīng)久不衰，并停滯少動，極端暴雨往往在其緩慢和停滯少動期間造成。 水汽通道極為重要，低空急流、季風涌、雙臺風相互作用和內陸大面積水體等是登陸臺風獲得水汽和潛熱能量的主要來源。中緯度西風槽與臺風或殘渦相互作用往往會向臺風或殘渦提供位能和不穩(wěn)定能量，并使其產(chǎn)生更大降雨。 極端暴雨往往可由臺風輻合倒槽產(chǎn)生，尤其是東北信風和臺風偏南潮濕氣流所形成的輻合倒槽，可產(chǎn)生很強的暴雨。 山脈地形在極端暴雨的形式中起了重要作用。另外，臺風高層云團中的微物理過程，包括霰 （Graupel） 和冰粒子的分布結構和播撒效應，對臺風特大暴雨的形成有重要作用，這方面的研究還有待進一步深入。

臺風暴雨大小并不由臺風強度決定，而是臺風環(huán)境條件、下墊面特征和臺風內部結構三者相互作用的產(chǎn)物。 因此，臺風弱殘渦的降雨可遠遠超過強臺風的雨量，臺風眼北側倒槽輻合區(qū)或南側不穩(wěn)定輻合區(qū)的降雨也可超過臺風眼墻降雨。

作者致謝：感謝菲律賓大氣地球物理和天文管理局（PAGASA）的Renito 先生為本文提供了相關臺風的菲律賓降水資料。

本文原載《氣象與環(huán)境科學》2017年第1期，原題為《中國臺風特大暴雨綜述》。

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