孟加拉灣風(fēng)暴費(fèi)林(1302)對藏南一次暴雪過程的影響分析+
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柳龍生 李英 趙毅勇
1中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室，北京100081
2國家氣象中心，北京100081
3內(nèi)蒙古大氣探測技術(shù)保障中心，呼和浩特010051
提要：利用中國氣象局地面加密觀測資料、日本氣象廳衛(wèi)星TBB資料和NCEP/NCAR 1。×1。FNL資料，對2013年10月發(fā)生在西藏南部（簡稱藏南）的一次暴雪天氣過程進(jìn)行分析，結(jié)果表明：(1)孟加拉灣風(fēng)暴費(fèi)林北上殘余云系的影響是這次暴雪天氣產(chǎn)生的重要原因。(2)不同于風(fēng)暴與高原南側(cè)南支槽結(jié)合產(chǎn)生影響的典型環(huán)流形勢，“費(fèi)林”與其東側(cè)高壓環(huán)流形成的偏南低空急流是其北上影響藏南的有利大氣環(huán)流背景。(3)“費(fèi)林”不僅通過偏南低空急流向藏南輸送不穩(wěn)定能量，而且通過自身強(qiáng)烈的抬升運(yùn)動，為暴雪提供有利的動力和熱力條件。(4)風(fēng)暴與青藏高原西側(cè)冷空氣交匯產(chǎn)生的鋒生以及青藏高原地形的強(qiáng)迫抬升，也加強(qiáng)了暴雪的動力條件。(o)這次暴雪過程的不穩(wěn)定能量主要源于風(fēng)暴的平流輸送，藏南高海拔、干冷下墊面和低O℃層高度是暴雪持續(xù)發(fā)生的一個有利因素。
關(guān)鍵詞：孟加拉灣風(fēng)暴，西藏南部，暴雪
引 言
孟加拉灣是中國降水的一個重要水汽源地，是中國區(qū)域洪澇的水汽輸送關(guān)鍵區(qū)（徐祥德等，2002），同時也是氣旋性風(fēng)暴頻繁活動的海域。當(dāng)孟加拉灣風(fēng)暴（以下簡稱孟灣風(fēng)暴）向偏北方向移動時，其前緣可伸到青藏高原上，帶來強(qiáng)降雪（雨）過程（陳聯(lián)壽等，1979）。當(dāng)其與副熱帶急流相結(jié)合時，可將風(fēng)暴溫暖濕潤氣流向北輸送，在高原南側(cè)輻合引發(fā)強(qiáng)烈的雨雪天氣（丁一匯，1979）。研究表明，當(dāng)孟灣風(fēng)暴云系在有利環(huán)流形勢下爬上高原，若遇東移的冷空氣，則容易產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣（王友恒等，1989；楊祖芳等，2000;李英等，2003a、2003b;余燕群，2008;呂愛民等，2013）。條件性對稱不穩(wěn)定是青藏高原暴雪發(fā)生發(fā)展的一個動力學(xué)機(jī)制（張小玲等，2000;鄧遠(yuǎn)平等，2000;王文等，2000；王子謙等，2010）。
孟灣風(fēng)暴對青藏高原的影響常伴隨高原南側(cè)南支槽的活動，南支槽有助于將風(fēng)暴云團(tuán)及其暖濕空氣輸送到高原上空形成強(qiáng)降水。周倩等( 2011)對2008年10月發(fā)生在青藏高原東部的一次強(qiáng)降雪過程進(jìn)行分析，指出南支槽的存在有利于暴雪區(qū)的水汽輸送。索渺清等( 2014)分析2007年11月一次青藏高原暴雪過程，也指出南支槽與孟灣風(fēng)暴的結(jié)合是暴雪產(chǎn)生的重要原因。2013年10月14 15日，受孟加拉灣風(fēng)暴費(fèi)林北上影響，西藏西南部出現(xiàn)了一次大到暴雪過程，但青藏高原并無南支槽活動。本文采用NCEPlNCAR 1。×1。FNL資料、中國氣象局地面加密站點觀測資料、日本氣象廳(JapanMeteorological Agency)衛(wèi)星TBB資料和美國關(guān)島聯(lián)合臺風(fēng)警報中心(JTWC)最佳路徑資料，分析這次西藏地區(qū)暴雪天氣過程，以進(jìn)一步認(rèn)識孟灣風(fēng)暴對青藏高原強(qiáng)降水天氣影響的物理機(jī)制。
1 “費(fèi)林”活動及其降水
2013年10月5日00時（世界時，下同），一個熱帶擾動在泰國灣北部海面生成，并向西北方向移動（圖1a）。10月9日00時加強(qiáng)為熱帶風(fēng)暴(TS)，并被命名為“費(fèi)林”( Phailin)。10月10日06時，發(fā)展為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，近中心最大風(fēng)速達(dá)34 m．s-l。11日16時在印度奧里薩邦( Odisha)南部登陸。登陸時中心附近最大風(fēng)速為71 m．s-l（達(dá)到我國超強(qiáng)臺風(fēng)級別），最低氣壓為932 hPa。登陸后強(qiáng)度迅速減弱，13日OO時位于印度奧里薩邦境內(nèi)，中心附近最大風(fēng)速為28 m．s-l。13日18時北移至(22.7。N、83.36E)減弱為熱帶低壓，之后逐漸填塞消亡。
受“費(fèi)林”影響，我國藏南出現(xiàn)暴雪（雨）過程。14日00時（圖1b），風(fēng)暴北移至印度東北部，藏南出現(xiàn)暴雪（雨），24 h最大降水量64 mm出現(xiàn)在聶拉爾站，同時藏南的帕里站出現(xiàn)暴雪，日降雪量達(dá)到15mm（德慶等，2015）。15日00時受風(fēng)暴殘余云系影響，藏南雨雪天氣加強(qiáng)，范圍向東擴(kuò)大。聶拉爾站日降水達(dá)118 mm（圖1c），帕里的日降雪量達(dá)到30mm。16日00時，強(qiáng)降水過程結(jié)束（圖略）。
圖2是10月13-14日風(fēng)暴活動期間的TBB和500 hPa水平風(fēng)場分布。12日00時“費(fèi)林”位于印度東部沿海，云系較為對稱，發(fā)展旺盛，中心附近TBB值小于-64℃（圖略）。13日00時（圖2a），風(fēng)暴登陸后云系強(qiáng)度明顯減弱，分裂為南北兩片。其北側(cè)外圍云系已到達(dá)西藏高原南側(cè)，藏南的強(qiáng)降水過程開始。14日00時（圖2b），風(fēng)暴強(qiáng)度減弱，中心附近云系消散，其中心定位停止，但其殘余低壓環(huán)流接近藏南，北側(cè)云系在雪區(qū)發(fā)展成一個強(qiáng)對流云團(tuán)，TBB值小于64℃，未來24 h強(qiáng)降水天氣持續(xù)并加強(qiáng)。15日00時后（圖略），風(fēng)暴殘余云系東移，降水過程減弱。
2 “費(fèi)林”影響下的大尺度環(huán)流背景
2.1 500 hPa高度場和風(fēng)場
圖3是10月13-14日風(fēng)暴活動期間500 hPa高度場（實線）、溫度場（虛線）和水平風(fēng)場。13日00時（圖3a），中緯度西風(fēng)帶伊朗高原上空有一小槽東移，并有明顯溫度槽配合。西北太平洋上有兩個臺風(fēng)西行，分別位于中國南海和菲律賓以東洋面，副熱帶高壓主體東退至我國華南沿海以東。此時“費(fèi)林”已在印度東部登陸，與南海臺風(fēng)之間形成了一個反氣旋式環(huán)流（中心以G標(biāo)示），它們之間可見明顯偏南氣流。14日00時（圖3b），臺風(fēng)繼續(xù)西行，此高壓環(huán)流向北擴(kuò)展，其西側(cè)風(fēng)暴也隨之北移至印度東北部，兩者之間的偏南暖氣流到達(dá)青藏高原南部，與東移小槽后冷平流交匯。15日00時（圖略）．風(fēng)暴減弱消失，印度北部為殘余低槽區(qū)，云系減弱。
2.2水汽輸送
圖4是10月13 14日700 hPa高度場（實線）、水汽通量場（陰影）和水平風(fēng)場。可見由于風(fēng)暴與中南半島上高壓環(huán)流之間存在較強(qiáng)偏南氣流，孟灣風(fēng)暴的水汽通量大值區(qū)位于風(fēng)暴環(huán)流東部。13日00時(圖4a)，風(fēng)暴東部水汽通量最大中心超過20g．cm-1．hPa-1．S-l。14日00時（圖4b），該中心隨風(fēng)暴北移到藏南強(qiáng)降水區(qū)附近。850 hPa上情況與700 hPa類似，也可見風(fēng)暴向降水區(qū)的水汽輸送（圖略）。研究表明，當(dāng)風(fēng)暴北側(cè)存在南支槽活動，槽前西南氣流有利于風(fēng)暴的水汽輸送向青藏高原東南側(cè)，甚至是長江下游（丁一匯，1979）。而孟灣風(fēng)暴費(fèi)林北卜．期間并無南支槽活動，沒有建立起輸送水汽到我國西南以及長江下游的西南急流。但這次暴雪過程中，孟灣風(fēng)暴與東側(cè)小高壓環(huán)流之間的偏南風(fēng)急流在將孟加拉灣水汽輸送到藏南起著重要作用。
2.3鋒生
對于青藏高原南部雪區(qū)500 hPa是其對流層低層。圖5顯示500 hPa相當(dāng)位溫θ。及400 hPa垂直速度分布。13日00時（圖Sa），由于孟灣風(fēng)暴攜帶暖濕氣流與青藏高原西側(cè)的冷空氣在孟加拉灣北側(cè)交匯，風(fēng)暴外圍西北側(cè)出現(xiàn)弱鋒區(qū)，但相對于雪區(qū)偏南。此時400 hPa高度上的上升運(yùn)動未到達(dá)降水區(qū)。14日00時（圖5b），隨著風(fēng)暴北上，暴雪區(qū)增暖增濕顯著，θ線密集區(qū)也北上至高原雪區(qū)，400 hPa上出現(xiàn)強(qiáng)上升運(yùn)動，鋒生增強(qiáng)了暴雪的動力條件。
3暴雪區(qū)的降水條件
分析表明，“費(fèi)林”北上過程中一方面向北輸送暖濕空氣，一方面與干冷空氣結(jié)合產(chǎn)生鋒生，為青藏高原暴雪區(qū)提供有利的動、熱力的環(huán)境條件。下面分析暴雪區(qū)降水條件的變化。
條件性對稱不穩(wěn)定是在垂直方向呈對流穩(wěn)定和水平方向慣性穩(wěn)定條件下大氣做傾斜上升運(yùn)動發(fā)生的一種不穩(wěn)定。濕位渦
式中符號為氣象常用符號。小于零是大氣發(fā)生條件性對稱不穩(wěn)定的充分必要條件( Bennetts et al，1979)，其中MPVl -般比MP V2大一個量級。MPV小于零也可能包含MPV1小于零，即大氣垂直對流不穩(wěn)定。
過強(qiáng)降水區(qū)制作88。～90。E經(jīng)向平均的垂直流場（用經(jīng)向風(fēng)υ與-100×ω制作）、MPV和相當(dāng)位溫垂直剖面圖（圖6）。圖6a可見，降水開始前13日00時降雪區(qū)（兩個暴雪點分別位于29. 28。N、88. 82。E和27. 44。N、89. 05。E>低層主要被冷空氣所占據(jù)，MPV以正值為主，大氣層結(jié)穩(wěn)定。此時風(fēng)暴中心移至20.3。N附近，其北側(cè)上空700 hPa以下低層可見暖濕的對流不穩(wěn)定大氣，配合顯著上升運(yùn)動。此時雪區(qū)為弱下沉運(yùn)動區(qū)。14日00時（圖6b），風(fēng)暴北移，其攜帶暖濕上升氣流到達(dá)高原南側(cè)，雪區(qū)南側(cè)26。～28。N轉(zhuǎn)為上升運(yùn)動，并有所增強(qiáng)，這與高原地形阻擋強(qiáng)迫抬升有一定關(guān)系，而在雪區(qū)北側(cè)29�！�30。N轉(zhuǎn)為弱下沉氣流，形成雪區(qū)上空的次級環(huán)流圈，這有利于來自臺風(fēng)的對流不穩(wěn)定能量釋放。受風(fēng)暴暖濕氣流影響，雪區(qū)上空相當(dāng)位溫增加，但低層仍為變性的冷氣團(tuán)控制，尤其是南邊的帕里站溫度更低，這有利于固態(tài)降水落至地面。此時由于風(fēng)暴受高原地形阻擋，風(fēng)暴中心高層暖區(qū)較低層移動快，出現(xiàn)了暖心北傾結(jié)構(gòu)。在32。N上空400 hPa附近形成了相當(dāng)位溫等值線密集區(qū)。該處層結(jié)是垂直對流穩(wěn)定，而MPV為負(fù)值，故大氣是條件性對稱不穩(wěn)定的。但這相對強(qiáng)降水區(qū)偏北，影響不大。15日00時（圖6c），風(fēng)暴減弱消失，強(qiáng)降水區(qū)以下沉運(yùn)動為主。
過強(qiáng)降水區(qū)27�！�29。N平均的緯向流場（用緯向風(fēng)u與-100×w制作）、MPV和相當(dāng)位溫垂直剖面(圖6d、6e和6f)可見，13日00時（圖6d），高原西側(cè)中低層可見較強(qiáng)的冷氣團(tuán)，雪區(qū)88�！�90。E中低層為干冷下沉空氣，大氣層結(jié)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。14日00時（圖6e），隨著風(fēng)暴北上影響，上升運(yùn)動出現(xiàn)在高原上空，同時由于冷、暖空氣進(jìn)一步交匯，高原西側(cè)上空有一個明顯的等位溫線密集陡立區(qū)，對應(yīng)降水區(qū)西側(cè)的鋒區(qū)，鋒面強(qiáng)迫可加強(qiáng)臺風(fēng)上升運(yùn)動。15日00時(圖6f)，臺風(fēng)減弱后，上升運(yùn)動明顯減弱，僅在鋒前有弱上升氣流，雪區(qū)轉(zhuǎn)為下沉氣流。此間降水區(qū)大氣層結(jié)是對流穩(wěn)定的，條件性對稱不穩(wěn)定也不明顯，說明暴雪的不穩(wěn)定能量主要來自于風(fēng)暴平流輸送�？梢姳鄙巷L(fēng)暴帶來的對流不穩(wěn)定能量及其強(qiáng)烈的上升運(yùn)動是這次強(qiáng)降水過程的主要原因。
為了進(jìn)一步說明地形在這次強(qiáng)降水過程中的作用，參照Wu等(2002)的算法，計算地形強(qiáng)迫抬升垂直速度w，：w，=u。．V^。其中，“。是地表風(fēng)速矢量，h是地形高度。這里“，取近地面盯一0. 995的風(fēng)矢量。圖7a顯示強(qiáng)降水區(qū)區(qū)域平均的地形強(qiáng)迫垂直運(yùn)動wf和NCEP FNI.資料給出總垂直速度w�？梢钥闯�，強(qiáng)降水區(qū)域平均的地形強(qiáng)迫抬升垂直速度和總垂直速度均有一定的日變化，00時為弱下沉，06時為強(qiáng)上升運(yùn)動。而兩者量級相當(dāng)，說明地形強(qiáng)迫對降雪區(qū)垂直運(yùn)動有重要貢獻(xiàn)。
降水相變過程往往與融化層高度有關(guān)。圖7b中給出了聶拉爾和帕里上空o℃層高度的時間變化。聶拉爾站的海拔高度3800 m，降水開始前12日12時O℃層高度達(dá)約1500 m，之后開始下降，13日00時降至約1150 m，6h內(nèi)該站出現(xiàn)了降雨，隨后o℃層高度有所回升，但達(dá)到約1400 m后又再一次下降。14日00時降至1050 m左右，此時已出現(xiàn)降雪并持續(xù)到14日15時。聶拉爾上空O℃層高度的下降有利于其降雨轉(zhuǎn)為降雪。而帕里站海拔則更高，為4300 m，其O℃層高度更低，基本保持在500～700 m，是該處持續(xù)降雪天氣的一個原因�？梢�，高海拔、干冷下墊面以及低O℃層溫度是藏南持續(xù)降雪的一個有利因素。
圖8為強(qiáng)降水區(qū)域(27�！�29。N、85�！�89。E)平均的相對濕度、垂直速度及風(fēng)場隨時間的變化�？梢姡S著風(fēng)暴的北上影響，13日以后，強(qiáng)降水中心上空200 hPa以下水平風(fēng)場從西北風(fēng)轉(zhuǎn)為強(qiáng)西南風(fēng)，整層大氣相對濕度增大，500 hPa相對濕度均達(dá)到95%以上，可達(dá)100 hPa高度，濕層非常深厚。垂直上升運(yùn)動也開始增強(qiáng)，強(qiáng)中心出現(xiàn)在14 15日，大值中心出現(xiàn)在400 hPa附近，并伴隨非常強(qiáng)的西南氣流，對應(yīng)風(fēng)暴東側(cè)的偏南風(fēng)低空水汽急流的影響。說明風(fēng)暴為強(qiáng)降水過程輸送的水汽在高原南側(cè)得到了激烈抬升。1 5日之后，隨著風(fēng)暴的減弱消亡，降水區(qū)上空西南氣流轉(zhuǎn)為西北氣流，以下沉運(yùn)動為主，整層大氣相對濕度減小，強(qiáng)降水結(jié)束。可見風(fēng)暴對這次過程的影響十分重要。
4結(jié)論和討論
通過分析孟加拉灣風(fēng)暴費(fèi)林對2013年10月14 15日藏南的一次暴雪天氣的影響發(fā)現(xiàn)，盡管“費(fèi)林”對高原的影響過程中沒有出現(xiàn)與南支槽配合的典型形勢，但其與東側(cè)高壓環(huán)流形成的偏南低空急流，成為其北上產(chǎn)生影響的有利環(huán)流背景。在此過程中，風(fēng)暴一方面通過偏南低空急流向藏南輸送不穩(wěn)定的暖濕大氣，另一方面通過自身強(qiáng)烈的抬升運(yùn)動，為暴雪提供有利的動力和熱力條件。同時，風(fēng)暴與青藏高原西側(cè)冷空氣交匯產(chǎn)生的鋒生強(qiáng)迫以及青藏高原地形強(qiáng)迫，也進(jìn)一步加強(qiáng)了降水的動力條件。此外，高海拔、干冷下墊面和低o'C層高度有利于地面固態(tài)降水，是藏南地區(qū)持續(xù)產(chǎn)生暴雪的一個重要原因。
這次藏南暴雪過程涉及鋒面活動，雪區(qū)大氣層結(jié)是垂直對流穩(wěn)定的，同時斜壓不穩(wěn)定性并不明顯。暴雪的不穩(wěn)定能量主要來源于風(fēng)暴平流的垂直對流不穩(wěn)定大氣，這與有關(guān)研究指出的條件性對稱不穩(wěn)定是西藏暴雪產(chǎn)生的重要原因有所不同（張小玲等，2000;鄧遠(yuǎn)平等，2000;王文等，2000;王子謙等，2010)，是此類天氣中預(yù)報值得注意的一個方面。
