1. 引言
台风是发生在热带海洋上的一种具有暖中心结构的强气旋性涡旋，它所引发的台风暴雨、大风和风暴潮等灾害性天气造成了巨大的经济损失和人员伤亡。近几年，针对辽东半岛的热带气旋研究也有了较大进展，袁子鹏和张立祥分析了近50多年在黄渤海沿岸登陆的热带气旋的年及季节分布、强度、移向、移速、源地和变性等气候特征[1]。梁军和陈联寿对1971~2000年影响辽东半岛和黄渤海热带气旋的运动、强度和影响进行分析[2]。钮学新等研究发现，适当的冷空气侵入台风倒槽和外围，可以加剧动力和热力不稳定，使冷空气影响到的附近地区的降水量增加[3]。魏应植等指出，因为冷空气侵入造成强迫抬升，加强台风内螺旋雨带的强烈对流，加剧不稳定能量释放，触发强降水[4]。刘学刚等认为，台风北上到较高纬度和高空冷槽相结合会引发大范围暴雨、大暴雨天气[5]。
辽宁省地处中国东北地区的最南端，毗邻渤海北部与黄海之滨，拥有长达2100千米的海岸线。在东北地区，辽宁是遭受北上台风侵袭最为频繁的省份。台风来袭时，常伴随暴雨、大风等灾害性天气，给民众的生命与财产安全造成了严重威胁。
以2012年第15号台风“布拉万”为例，这次台风给辽宁带来了沉重打击。全省受灾人口高达165.2万，紧急转移安置7.1万人。农作物受灾面积达13.5万公顷，直接经济损失更是高达25.2亿元，在经济、民生等多方面都留下了难以磨灭的伤痛印记。本文针对2012年和2019年两个路径相似的北上台风“布拉万”和“玲玲”诱发的辽宁地区暴雨天气过程，分别从水汽条件、热力条件和动力条件方面进行了一次较为全面的诊断和对比分析，试图找出北上台风对辽宁地区降水的影响，以期为预报工作和防台防灾提供参考。
2. 资料与方法
本文所用资料包括：1) 中国台风网(http://tcdata.typhoon.org.cn)提供的2012年和2019年西北太平洋热带气旋最佳路径数据集[6]；2) 欧洲中期数值预报中心(ECMWF) ERA5全球再分析资料，空间分辨率为0.25˚ × 0.25˚，时间分辨率为一日4次(00:00，06:00，12:00，20:00，世界时(UTC))；3) 辽宁省62个国家气象观测站逐日降水资料；4) 民航气象中心提供的沈阳桃仙机场和大连周水子机场例行观测报告(METAR)和特殊观测报告(SPECI)。除热带气旋最佳路径数据集外，资料的时间范围均为2012年8月和2019年9月，本文若无特别说明，均指北京时(BJT)。
3. 台风实况
2012年8月20日14时，西北太平洋洋面上生成了1215号台风“布拉万”，随后其朝着西北偏西方向前行。到了22日02时，它在西北太平洋海域增强成为台风，当时中心气压降至975 hPa，最大风力达12级，风速为33米/秒。在25日20时，“布拉万”进一步强化为超强台风，中心气压低至920 hPa，最大风力飙升至16级，风速达到55米/秒。之后，它的移动方向转为西北偏北。28日22时50分左右，“布拉万”以强热带风暴级别在朝鲜西北部登陆，登陆时中心气压为975 hPa，中心最大风力10级，风速28米/秒。登陆后，台风继续向偏北方向移动，强度逐渐变弱。直至29日17时，中央气象台停止对其编号。
2019年9月2日08时，1913号台风“玲玲”在西北太平洋洋面生成，生成后便朝着西北偏北方向移动。3日20时，在台湾岛东南方向的洋面上，“玲玲”加强成为台风，此时中心气压975 hPa，最大风力为12级，风速33米/秒。5日14时，“玲玲”进一步发展为超强台风，中心气压降至930 hPa，最大风力16级，风速55米/秒。7日14时，“玲玲”以台风级别在朝鲜西部沿海登陆，登陆时中心气压960 hPa，中心最大风力13级，风速38米/秒，随后进入东北地区。8日10时，中央气象台停止对“玲玲”进行编号。
4. 天气实况
在2012年8月28日08时至29日08时期间，受台风“布拉万”影响，辽宁省中部地区遭遇了暴雨，部分地区甚至出现了大暴雨。据记录，辽宁省共有62个国家气象观测站，其中47个站点记录到了降雨，平均降水量为51.01毫米，而辽阳站记录到的最大降水量达到了130毫米。民航气象数据显示，沈阳桃仙机场在28日14:00至19:54出现了小雨，随后在19:54至22:28转为持续性中雨，22:28至29日00:50期间为大雨，之后又转为小雨，直至29日08:30降水结束。机场总降水量为108.5毫米，达到了大暴雨级别。降水期间还伴随着24米/秒的西北大风，导致34架航班取消，13架航班备降，3架航班延误。
而在2019年9月7日08时至8日08时，台风“玲玲”过境期间，辽宁省东部地区出现了暴雨，局部地区有大暴雨。全省62个国家气象观测站中，37个站点记录到降雨，平均降水量为18.62毫米，最大降水量出现在桓仁站，为101.8毫米。民航气象数据显示，沈阳桃仙机场在此次台风过程中并未出现降水天气。与台风“布拉万”相比，台风“玲玲”带来的降水明显较少，且降水区域更偏东。
5. 物理量诊断
5.1. 水汽条件
5.1.1. 比湿
充分的水汽供应是暴雨形成的必要条件之一，比湿是表征大气中水汽含量的物理量，对降水有一定的指示意义，辽宁省850 hPa比湿暴雨的最低阈值为12 g·kg−1。“布拉万”北上过程，水汽沿台风外围向辽宁省输送，辽宁省中部比湿均超过12 g·kg−1，最大比湿达到12.9 g·kg−1。“玲玲”过程中，辽宁省东部比湿超过12 g·kg−1，最大比湿达到13.79 g·kg−1。两次台风降水过程850 hPa比湿均超过12 g·kg−1，表明水汽充足，超过辽宁省暴雨指标。
5.1.2. 水汽通量及其散度
水汽通量是单位面积上通过的水汽量，表征水汽输送强度[7]。对比两次台风过程的水汽通量，“布拉万”过程的水汽输送主要位于台风环流附近(见图1(a))，辽宁省有明显的水汽输送。而“玲玲”过程中，显著的水汽输送主要位于辽宁省东部(见图1(b))。“布拉万”过程水汽输送的强度和范围均大于“玲玲”过程，水汽输送的时间也更长，也说明了持续的水汽输送对暴雨的发生更加有利。水汽通量散度场表现更明显：“布拉万”的水汽辐合(负值)大值区出现在倒槽内，主要位于辽宁省东南部(见图1(a))，而“玲玲”过程辽宁省大部分地区并没有明显的水汽辐合，在辽宁省东南侧有一明显的水汽辐合区(见图1(b))，但强度弱于“布拉万”过程，由此可以解释“布拉万”造成的降水比“玲玲”造成的降水强度更强，位置更偏西。
Figure 1. The 850 hPa vapor flux (arrows, unit: g·s−1·cm−1·hPa−1) and the vapor flux divergence (shade, unit: 10−5g·s−1·cm−2·hPa−1) at (a) 20:00 BJT 28 August 2012 and (b) 08:00 BJT 7 September 2019
图1. (a) 2012年8月28日20时和(b) 2019年9月7日08时850 hPa水汽通量(箭矢，单位：g·s−1·cm−1·hPa−1)和水汽通量散度(阴影，单位：10−5g·s−1·cm−2·hPa−1)
5.2. 热力条件
假相当位温θse是表征大气温度、压力和湿度的综合特征量，常用假相当位温来分析产生暴雨天气的热力条件。辽宁省850 hPa假相当位温的暴雨阈值为64℃，台风“布拉万”降水开始之前，辽宁省中部850 hPa的θse均大于64℃ (图略)，超过辽宁省暴雨指标，满足暴雨发生的热力条件；而台风“玲玲”过程中，辽宁省东部850 hPa的θse大于64℃ (图略)，也超过了辽宁省暴雨指标。“布拉万”过程850 hPa的θse大于“玲玲”过程，说明“布拉万”过程的热力条件更好，这也是“布拉万”过程在辽宁地区产生更大降水的原因之一。
5.3. 动力条件
持续强烈的上升运动是暴雨形成的必要条件之一[8]。“布拉万”过程，28日辽宁省中部地区呈现暴雨量级，分析涡度和散度场的垂直配置情况(见图2(a))发现，在40˚~41˚N，850~600 hPa范围内有很明显的正涡度区，正涡度中心位于40˚N附近，700 hPa，强度达到32 × 10−5·s−1，正涡度从850 hPa一直延伸到500 hPa形成一个正涡管，有利于对流发展。散度场上，在40.5˚N附近，700 hPa出现了−24 × 10−5·s−1的强辐合中心，500~350 hPa附近则为8 × 10−5·s−1的强辐散中心，此时强降水区具备了中尺度环境下有利于对流发展的低层辐合、高层辐散的动力配置结构[9]。强降水区上空涡度场和散度场配置一致的垂直结构促进了强降水的维持和加强。“玲玲”过程，7日辽宁省东部出现强降水过程，涡度场和散度场的垂直分布(见图2(b))显示：39˚~40˚N，850~600 hPa范围内为明显正涡度，正涡度中心位于39.5˚N附近，700 hPa，强度达到32 × 10−5·s−1，850~600 hPa存在一正涡管，有利于对流发展。散度场上，在39.5˚N附近，700 hPa出现了−16 × 10−5·s−1的强辐合中心，600~350 hPa附近则为16 × 10−5·s−1的强辐散中心，此时强降水区上空具备了低层辐合、高层辐散的垂直结构特征，有利于强降水的发生。
Figure 2. (a) The vertical section of vorticity (shade, unit: 10−5 s−1) and divergence (contour, unit: 10−5 s−1, the contour interval is 4 × 10−5 s−1) at 20:00 BJT 28 August 2012, (b) the same as (a), but along 125˚E at 08:00 BJT 7 September 2019
图2. (a) 2012年8月28日20时涡度(阴影，单位：10−5 s−1)和散度(等值线，单位：10−5 s−1，等值线间隔4 × 10−5 s−1)沿123˚E的经向剖面图，(b)同(a)，但为2019年9月7日08时沿125˚E
此外，分别分析了“布拉万”过程，沈阳站(123.31˚E，41.44˚N，24小时累计降水量89.4 mm)和丹东站(124.20˚E，40.03˚N，24小时累计降水量46.2 mm)，以及“玲玲”过程，沈阳站(24小时累计降水量3.1 mm)和丹东站(24小时累计降水量81.8 mm)上空不同高度垂直速度随时间的演变(见图3)。图3(a)可以看出，台风“布拉万”过程降水之前，沈阳上空500 hPa以下为下沉运动，500 hPa以上为上升运动，随着台风移近，低层逐渐转为上升运动，说明台风暖湿空气移至北方冷的下垫面，形成上暖下冷的稳定层结，趋向温带气旋变性，降水开始，主要以稳定性降水为主，降水过程中上升运动强度较弱，为1.6 Pa·s−1；丹东上空850 hPa以上基本为上升运动(见图3(b))，在700 hPa附近出现垂直速度极大值，为4.0 Pa·s−1。台风“玲玲”降水过程之前，沈阳上空500 hPa以下基本为下沉运动，500 hPa以上为很弱的上升运动(见图3(c))，不利于降水的发生；丹东上空850 hPa以上均为上升运动(见图3(d))，大量暖湿空气被抬升，水汽凝结释放潜热，为降水的产生提供动力，降水过程中丹东上空维持上升运动，在500 hPa附近出现极大值，为2.8 Pa·s−1，降水量级较大。
对比两次台风过程沈阳和丹东上空垂直速度，对于沈阳站，“布拉万”过程上升运动的持续时间比“玲玲”过程长，强度也更强，对应的降水量也明显强于“玲玲”过程。对于丹东站，两次过程上升运动的持续时间都很长，强度都很强，对应的降水量也都很强。
对比两次台风过程，“布拉万”过程，沈阳和丹东站均有明显的上升运动，维持时间较长，强度较强；“玲玲”过程，沈阳站没有明显上升运动，而丹东站有明显的上升运动，但维持时间比“布拉万”短，强度较弱。
Figure 3. Changes of ω with time over (a) Shenyang and (b) Dandong station, time range: 08:00 BJT 28 August 2012~20:00 BJT 29 August 2012, (c) and (d) the same as (a) and (b), but for time range: 08:00 BJT 07 September 2019~20:00 BJT 08 September 2019, unit: Pa·s−1
图3. (a) 沈阳站和(b) 丹东站上空垂直速度随时间演变，时间范围：2012年8月28日08时~29日20时，(c)和(d)同(a)和(b)但时间范围：2019年9月7日08时~8日20时，单位：Pa·s−1
6. 结论与讨论
通过对2012年台风“布拉万”和2019年台风“玲玲”诱发的辽宁地区降水天气过程的水汽条件、热力条件和动力条件等方面进行了一次对比分析，得到以下结论：
1) “布拉万”过程辽宁中部比湿超过12 g·kg−1，辽宁均有明显的水汽输送，东部有明显的水汽辐合；“玲玲”过程辽宁东部比湿超过12 g·kg−1，显著的水汽输送主要位于辽宁省东部，水汽辐合区主要位于辽宁省东南侧。对比两次过程，“布拉万”造成的水汽输送和辐合区位置均比“玲玲”偏西，强度比“玲玲”偏强，因此，强降水区位置偏西，强度偏强。
2) “布拉万”过程辽宁中部850 hPa的θse超过64℃；“玲玲”过程辽宁东部θse超过64℃。对比两次过程，“布拉万”过程θse大于“玲玲”过程，热力条件更好，是降水强度更大的原因之一。
3) “布拉万”过程辽宁中部存在低层辐合、高层辐散的动力配置结构，涡度场和散度场配置一致有利于强降水的维持和加强。“玲玲”过程辽宁东部存在低层辐合、高层辐散的动力配置结构，有利于降水产生。此外，“布拉万”过程，沈阳和丹东站均有明显的上升运动；“玲玲”过程，沈阳站没有明显上升运动，丹东站有明显的上升运动。
本研究结果与前人关于台风暴雨的研究成果基本一致。例如，朱乾根等指出[7]，水汽通量的强度和辐合区的分布对台风暴雨的强度和位置有重要影响，本研究也发现“布拉万”过程水汽输送和辐合区强度更强、范围更广，导致其降水强度更大、位置更偏西。此外，寿绍文和陈红专等的研究表明[8] [9]，低层辐合和高层辐散的垂直配置结构是暴雨维持和加强的重要动力条件，本研究进一步验证了这一结论，并发现“布拉万”过程的动力配置结构更为显著，与其更强的降水强度相符。
与类似路径和强度的台风案例相比，本研究的结果也与前人研究具有一致性。例如，李慧琳等对影响辽宁地区的台风“梅花”进行了分析[10]，发现其水汽输送和热力条件与“布拉万”过程相似，但动力条件较弱，导致降水强度相对较小。这表明，台风暴雨的强度不仅取决于水汽和热力条件，还与动力条件的配置密切相关。
尽管本研究对两次台风过程进行了详细的物理量诊断分析，但仍存在一些局限性：本研究使用的再分析数据空间分辨率为0.25˚ × 0.25˚，时间分辨率为6小时，可能无法完全捕捉中小尺度系统的精细结构及其对降水的影响，未来研究可采用更高分辨率的观测数据或数值模拟结果，以更精确地揭示台风暴雨的物理机制；本研究主要基于常规物理量(如比湿、假相当位温、涡度和散度)进行分析，未能全面考虑其他动力学参数(如位势不稳定、垂直风切变)的影响，未来研究可结合更多动力学参数和诊断方程(如ω方程)，进一步探讨台风暴雨的动力机制；此外，本研究仅对比分析了两次台风过程，样本量较小，可能无法完全代表影响辽宁地区的所有台风暴雨事件，未来研究可扩大样本量，结合更多历史台风案例进行统计分析，以提高结论的普适性。
NOTES
*通讯作者。