Mechanism Analysis of Heavy Rainfall over the Shanghai Region Enhaned by the Remnant Circulation of Northward Moving Typhoon "Hagupit"
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摘要: 利用全国自动气象站与CMORPH融合的逐时降水量，热带气旋最佳路径资料，机场自动气象站分钟级观测资料和ERA-5再分析资料，探讨了2020年8月5日北上台风“黑格比”衰减后对其南部后侧的上海空域暴雨的影响机理。结果表明：（1）区别于以往北上台风降水落区主要位于台风眼壁附近、台风前进方向右侧以及与北方冷空气相遇交汇区域（台风前进方向左侧），此次强降水过程是台风北上衰减后，位于台风中心南侧400 km上海空域内出现的第二阶段的强降水，并非台风主体降水。此次强降水是在中高纬低槽与副高稳定维持的有利环境中形成的。副高西伸后与低槽之间气压梯度加强造成低空急流发展，并为之提供充足的水汽，伴随左侧气旋性辐合，上海空域内中低层初始上升运动建立。（2）同时台风北上后并入中高纬度低槽，上海空域处在位于中纬度槽前区域和高空急流出口区南侧，形成自北向南高空急流-台风-低空急流的水平配置。伴随高空急流出口区对流层顶向南折叠伸展，对流层顶折叠表明存在Rossby波破碎，正异常位涡向下层输送形成波动能量下传，与中低层正异常位涡相衔接，促使台风南侧偏西风和西北风显著增强，中高层干冷大气下传与低空急流偏南暖湿气流相汇合，对流不稳定能量释放，促使中低层上升运动增强，为该区域低层降水强度增强提供了有利条件。（3）高异常位涡在其右下侧激发出上升运动，促使上海中高层上升运动发展，叠加低空急流左侧辐合区内的中低空上升运动形成贯穿整个对流层的强上升运动，进而导致台风北上出海期间后侧降水强度增强。Abstract: Based on the hourly precipitation data fused from national automatic weather stations and CMORPH, the best track data of tropical cyclones, the minute-level observation data of airport automatic weather stations and ERA-5 reanalysis data, the influence mechanism of the decaying typhoon"Hagupit" on the strong precipitation in the southern rear airspace of Shanghai on August 5, 2020 was explored. The results show that: (1) Different from the previous precipitation areas of northward-moving typhoons which were mainly located near the typhoon eye wall, on the right side of the typhoon's forward direction and in the convergence area where it met the cold air from the north (the left side of the typhoon's forward direction), this strong precipitation process was the second stage of strong precipitation that occurred in the Shanghai airspace 400 km south of the typhoon center after the typhoon moved northward and decayed, rather than the main precipitation of the typhoon. The strong precipitation formed in a favorable environment where the mid-to-high latitude trough and the subtropical high remained stable. After the westward extension of the subtropical high, the pressure gradient between it and the trough strengthened, resulting in the development of a low-level jet and providing sufficient water vapor. With the cyclonic convergence on the left side, the initial upward movement in the middle and lower layers in the Shanghai airspace was established. (2) Meanwhile, after the typhoon moved northward, it merged into the mid-tohigh latitude trough. The airspace over Shanghai was situated ahead of the mid-latitude trough and to the south of the upper-level jet exit region, thereby establishing a north-to-south horizontal configuration consisting of the upper-level jet, the typhoon, and the low-level jet. With the southward folding and extension of the tropopause in the upper-level jet exit region, the tropopause folding indicated the existence of Rossby wave breaking. The positive anomalous potential vorticity was transported downward to form downward-propagating wave energy, connecting with the positive anomalous potential vorticity in the middle and lower layers, prompting a significant enhancement of the westerly and northwesterly winds on the south side of the typhoon. The dry and cold air in the middle and upper layers was transmitted downward and merged with the warm and moist southerly airflow of the low-level jet. The convective instability energy was released, prompting the enhancement of the upward movement in the middle and lower layers, providing favorable conditions for the enhancement of the precipitation intensity in the lower layer of this region. (3) The high anomalous potential vorticity triggered upward movement on its lower right side, prompting the development of upward movement in the middle and upper layers of Shanghai. Superimposed on the middle and low-level upward movement in the convergence area on the left side of the low-level jet, a strong upward movement throughout the troposphere was formed, which in turn led to the enhancement of the precipitation intensity on the rear side during the period when the typhoon moved northward and went out to sea.
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图 1 （a）2020年8月1日—5日台风“黑格比”移动路径及强度，（b）2020年8月4日20:00—5日08:00累积降水量（单位：mm），红色方框（119.60~122.67 °E，29.50~32.13 °N）为上海空域，（c）上海虹桥国际机场基准观测点1 h降水量序列（蓝框代表第一阶段降水（4日20:00—5日04:00），红框代表第二阶段降水（5日05:00—08:00））
图 2 2020年8月4日08:00—5日08:00逐3 h降水量（单位：mm）和925 hPa水平风场（风矢，单位：m·s-1）分布
（红色空心方框：上海空域，红色实心原点：上海虹桥机场）
图 3 2020年8月5日00:00（a1、b1），8月5日07:00（a2、b2）500 hPa位势高度（黑色实线，单位：dagpm）、温度平流（阴影，单位：10-5 K·s-1)和风场（风羽，单位：m·s-1）（a1、a2）和850 hPa位势高度（黑色等值线，单位：dagpm）、假相当位温（阴影，单位：K）和风场（风羽，单位：m·s-1）（b1、b2）
红色空心方框代表上海空域。
图 4 2020年8月5日00:00（a）、5日02:00（b）、5日05:00（c）、5日08:00（d）200 hPa位势高度（黑色实线，单位：dagpm）、200 hPa风速（阴影，单位: m·s-1，风速≥30 m·s-1）和700 hPa水平风场（风矢，风速≥12 m·s-1标注为红色）
红色空心方框代表上海空域。
图 5 2020年8月5日台风北上前期（00:00—02:00）（a）和台风北上后期（05:00—08:00）（b）平均的700 hPa水平风场（矢量，单位：m·s-1）和风速（填色，单位：m·s-1）
红色空心方框代表上海空域。
图 6 2020年8月5日00:00至08:00上海空域内（119.6~122.7 °E，29.7~32.5 °N）850~700 hPa风速≥12 m·s-1的格点数（黑色实线）、850~700 hPa纬向风分量（蓝色实线，单位：m·s-1）、700 hPa平均散度（红色实线，单位：10-5 s-1）、虹桥机场小时降水率（灰色虚线，单位：mm·h-1）
图 7 2020年8月5日00:00（a）、5日08:00（b）的1 h累积降水（阴影，单位：mm）、200 hPa水平风场（矢量，单位m·s-1，风速≥30 m·s-1标注为红色）和700 hPa水平风场（矢量，单位m·s-1，风速≥12 m·s-1标注为黑色）
红色空心方框代表上海空域，图b中AB线段为低空急流轴线。
图 8 2020年8月5日08:00（a）沿虹桥机场纬向剖面的风场（矢量，单位：m·s-1）、散度（填色，单位：10-5 s-1）以水平风速（等值线，单位：m·s-1)，（b）沿虹桥机场经向剖面的风场（矢量，单位：m·s-1）、散度（填色，单位：10-5 s-1）以水平风速（等值线，单位：m·s-1)，（c）水平风（单位：m·s-1）与垂直速度（单位：-10 Pa·s-1）的合成矢量、散度（填色，单位：10-5 s-1），上海空域位于蓝色虚线范围内
图 9 2020年8月5日00:00（a）、02:00（b）、05:00（c）、08:00（d）200 hPa高空风场（紫色实线，单位：m·s-1，风速≥30 m·s-1）、700 hPa低空风场（棕色矢量，风速≥12 m·s-1，单位：m·s-1）和320 K等熵面位涡（阴影，单位：PVU）
灰色粗实线表示对流层顶（1 PVU），红色空心方框代表上海空域。
图 10 2020年8月5日05:00—08:00沿上海空域内扰动温度通量（$\overline{v^{\prime} T^{\prime}}$）（阴影，单位：K·m·s-1），垂直速度（等值线，单位：Pa·s-1）、水平风场(风羽，单位：m·s-1）的纬向-垂直剖面图
上海空域位于黑色虚线范围内。
图 11 2020年8月5日00:00（a）、02:00（b）、05:00（c）、08:00（d）沿虹桥机场31.2 °N位涡（阴影，单位：PVU）和水平风场（矢量，单位：m·s-1）与10倍垂直速度（单位：Pa·s-1）的合成矢量的垂直纬向剖面
上海空域位于蓝色虚线范围内。
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[1] 中国民用航空华东地区空中交通管理局气象中心. 上海虹桥国际机场气候志[S], 2020, 1-14. [2] 陈联寿, 孟智勇, 丛春华. 台风暴雨落区研究综述[J]. 海洋气象学报, 2017, 37(4): 1-7. [3] 陈联寿, 丁一汇. 西太平洋台风概论[M]. 北京: 科学出版社, 1979. [4] 蒋尚城. 远距离台风影响西风带特大暴雨的过程模式[J]. 气象学报, 1983, 41(2): 147-158. [5] 丛春华, 陈联寿, 雷小途, 等. 台风远距离暴雨的研究进展[J]. 热带气象学报, 2011, 27(2): 264-270. [6] 赵宇, 吴增茂, 刘诗军, 等. 由变性台风环流引发的山东特大暴雨天气的位涡场分析[J]. 热带气象学报, 2005, 21(1): 33-43. [7] 韩芙蓉, 鹿翔, 冯晓钰, 等. 台风Lekima(1909)登陆前后动热力结构变化对浙江极端降水的影响[J]. 热带气象学报, 2021, 37(1): 34-48. [8] 闫淑莲, 周淑玲, 李宏江. 远距离热带低压影响下山东半岛特大暴雨成因分析[J]. 热带气象学报, 2008, 24(1): 81-87. [9] 王媛, 郑丽娜. 2000—2021年影响山东的北上台风分类及降水落区分析[J]. 沙漠与绿洲气象, 2023, 17(2): 162-169. [10] 高晓梅, 白莉娜, 郭蓉, 等. 台风"利奇马"北上锋生导致山东省创纪录暴雨天气学成因分析[J]. 热带气象学报, 2023, 39(2): 145-158. [11] 张雪蓉, 王丽芳, 王博妮, 等. 台风远距离影响下江苏两次梅雨期暴雨过程对比分析[J]. 气象, 2022, 48(12): 1550-1564. [12] 吴俊杰, 段晶晶, 辛欣, 等. 台风"黑格比"造成浙东北滞后型暴雨成因分析及多模式预报检验[J]. 热带气象学报, 2023, 39(6): 857-871. [13] 胡潇杰, 俞宏耀, 於敏佳. 台风"黑格比"近海加强成因及对比分析[J]. 现代农业科技, 2021(9): 187-190, 193. [14] 杨逸霖, 钱燕珍, 葛旭阳, 等. 台风"黑格比"登陆期间浙江地区水汽演变特征分析[J]. 热带气象学报, 2023, 39(3): 413-423. [15] 胡鑫蓉. "黑格比"台风浙沪交界极端降水及物理量特征分析[J]. 热带气象学报, 2023, 39(4): 567-580. [16] 陶诗言. 中国之暴雨[M]. 北京: 科学出版社, 1980: 1-225. [17] 赵娴婷, 魏建苏, 朱定真. 急流在梅雨期持续暴雨过程中的作用[J]. 气象科学, 2011, 31(2): 211-216. [18] 李青春, 程丛兰, 全继萍, 等. 夏季两次不同强度暴雨过程的低空急流特征及其作用对比分析[J]. 气象, 2022, 48(11): 1384-1401. [19] Du Y, Chen G X, Han B, et al. Convection initiation and growth at the coast of South China. Part Ⅰ: Effect of the marine boundary layer jet[J]. Monthly Weather Review, 2020, 148(9): 3847-3869. [20] 汪小康, 崔春光, 王婧羽, 等. "21·7"河南特大暴雨水汽和急流特征诊断分析[J]. 气象, 2022, 48(5): 533-544. [21] 马长健, 李艳, 徐邦琪. 双低空急流对"21·7"河南极端暴雨的影响[J]. 大气科学, 2023, 47(5): 1611-1625. [22] Uccellini L W, Johnson D R. The coupling of upper and lower tropospheric jet streaks and implications for the development of severe convective storms[J]. Monthly Weather Review, 1979, 107(6): 682-703. [23] 肖文俊, 陈秋士. 高空和低空急流与暴雨关系的实例分析[J]. 大气科学, 1984, 8(1): 83-88. [24] 张维桓, 董佩明, 沈桐立. 一次大暴雨过程中急流次级环流的激发及作用[J]. 大气科学, 2000, 24(1): 47-57. [25] 许美玲, 段旭, 孙绩华, 等. 与低空急流相伴的暴雨天气诊断分析[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2004, 26(4): 320-324. [26] 吴哲珺, 包云轩, 朱霆, 等. 长江流域一次大暴雨过程的低空急流形成和影响机制分析[J]. 热带气象学报, 2019, 35(3): 409-422. [27] Huo Z H, Zhang D L, Gyakum J, et al. A diagnostic analysis of the superstorm of March 1993[J]. Monthly Weather Review, 1995, 123(6): 1740-1761. [28] Tam C Y, Li T. The origin and dispersion characteristics of the observed tropical summertime synoptic-scale waves over the western Pacific[J]. Monthly Weather Review, 2006, 134(6): 1630-1646. [29] Molinari J, Vollaro D. A subtropical cyclonic gyre associated with interactions of the MJO and the midlatitude jet[J]. Monthly Weather Review, 2012, 140(2): 343-357. [30] Xu Y M, Li T, Peng M. Roles of the synoptic-scale wave train, the intraseasonal oscillation, and high-frequency eddies in the genesis of typhoon manyi (2001)[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 2014, 71(10): 3706-3722. [31] 金趁意, 张冠舜, 龙雨青. 2020年夏季一次暴雨事件伴随干侵入的位涡及垂直运动诊断分析[J]. 热带气象学报, 2024, 40(3): 411-424. [32] Tyrlis E, Hoskins B J. The morphology of Northern Hemisphere blocking[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 2008, 65(5): 1653-1665. [33] Masato G, Hoskins B J, Woollings T. Wave-breaking characteristics of Northern Hemisphere winter blocking: a two-dimensional approach[J]. Journal of Climate, 2013, 26(13): 4535-4549. [34] 李箭, 葛旭阳, 施东雷. 1991年8月季风涡旋个例形成的模拟研究[J]. 热带气象学报, 2020, 36(1): 72-84. [35] Zhang G, Wang Z, Peng M S, et al. Characteristics and impacts of extratropical rossby wave breaking during the Atlantic hurricane season[J]. Journal of Climate, 2017, 30(7): 2363-2379. [36] 祝传栋, 陈正洪, 李亚飞, 等. 平流层高位涡侵入对河南"21·7"极端暴雨的影响[J]. 气象与环境科学, 2022, 45(2): 27-37. [37] 段海霞, 姚秀萍, 刘新伟, 等. 中国西部地区暴雨过程高、低空急流耦合影响机制的个例研究[J]. 大气科学, 2023, 47(6): 1907-1924. [38] Hoskins B. Potential vorticity and the PV perspective[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2015, 32(1): 2-9. [39] Hoskins B J, James I N, White G H. The shape, propagation and mean-flow interaction of large-scale weather systems[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 1983, 40(7): 1595-1612. [40] Ge X Y, Shi D L. The Mid-latitudinal influence on the formation of the monsoon gyre in August 1991[J]. Dynamics of Atmospheres and Oceans, 2019, 86: 52-62. [41] Zhang M R, Meng Z Y. Warm-sector heavy rainfall in Southern China and its WRF simulation evaluation: a low-level-jet perspective[J]. Monthly Weather Review, 2019, 147(12): 4461-4480 -
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