台风,极端暴雨的强力“助燃器”

作者: 魏科 陈可鑫

来源: 中国科学报

发布日期: 2023-08-03 19:44:02

本文详细分析了台风对极端暴雨的影响,指出台风不仅是暴雨的直接制造者,还能通过远距离输送水汽影响内陆地区的暴雨形成。文章还讨论了在全球变暖背景下,台风带来的暴雨威胁将更加严重,北方地区需要加强防台减灾措施。

2023年7月29日20时至8月2日7时,北京出现持续时间超过72小时的极端强降雨天气。昌平王家园水库记录到本次降雨过程中高达744.8mm的过程降雨量,这一数字远远超过2012年北京“7·21”特大暴雨中的541mm,成为北京自1883年有降水记录以来的最高值。

然而不只北京,整个京津冀地区在短短几天内都遭遇了持续强降水天气,各地出现严重汛情:城市内涝、河道行洪、泥石倾斜,房子、车子、维持生计所需的物品都被淹没在浑浊汹涌的污水中,暴雨带来的灾情令人触目惊心。

这场不寻常的暴雨不禁让人回想起2021年河南“7·20”特大暴雨灾害。在促成这两次暴雨过程的“幕后黑手”中,都存在同一个不能忽视的角色——台风。台风是生成于热带或副热带洋面上逆时针旋转的大气低压系统,具有强烈的上升运动特征。在来自广阔海洋的源源不断水气和能量的加持下,台风的主体裹挟了强风暴雨,是自然界中最强的暴雨天气系统。受到台风正面袭击的地区都承受了特大暴雨的考验。

目前,台湾省是我国受台风正面影响最严重的省份之一。中央气象台历史数据显示,1996年台风“贺伯”登陆台湾基隆,7月31日至8月1日,阿里山24小时最大降水量高达1748.5mm;2009年台风“莫拉克”登陆台湾花莲后移速减慢,从8月5日1时至8月10日24时,在台风“逗留”这6天中阿里山累计降水量高达3059.5mm,相当于北京往年年均降水量(600mm左右)的5倍。

在我国内陆地区,1975年8月第3号台风在福建晋江登陆后,极其罕见地没有迅速消亡,而是北渡长江直入中原腹地,于8月7日进入河南驻马店,最大24小时雨量高达1060mm,至今仍为我国内陆24小时降雨量的最高纪录。

除了正面袭击外,台风还能够通过远距离输送水汽、影响大尺度天气系统结构,给千里之外的地区提供暴雨“燃料”和条件,形成内陆极端暴雨。

在了解台风远距离影响暴雨的手段前,我们首先要明白暴雨形成的三个基本条件:1. 有利于降水发生的大尺度天气形势稳定少动,如能够引起上升运动的高空急流和高空槽长时间盘踞在同一个地方;2. 有稳定持续的水汽输送和低层辐合运动,能够源源不断地输送暴雨的“燃料”,弥补暴雨区大气气柱的水气耗损;3. 短时间内有大量不稳定能量释放,提供强烈上升运动,让水汽迅速凝结下落,形成瓢泼大雨。

在我国,台风最显著的远距离影响通常发生在夏季,此时正是我国华北地区雨季的开始。靠近我国大陆的台风,能够通过与西北太平洋副热带高压(简称“副高”)的相互作用,影响上述几个条件中的几项,从而将“魔爪”伸至千里之外,带来“南台北雨”的现象。副高是位于西北太平洋上顺时针旋转的大尺度涡旋,其西南侧顺时针旋转的气流作为强大的水汽“搬运工”,能够将太平洋上充沛的水汽输送至我国东部地区,从而带来降水。

我国东部地区的主要雨带通常位于副高高压脊线以北5-8个纬度处,随其南北移动而移动。每年七月下旬至八月上旬,当副高位置随太阳直射点的北移跨越北纬30°,就宣告了华北北部、东北地区雨季的开始。

西北太平洋上台风形成后,若其尺度不大,通常会沿着副高外缘向西北运动。在高压和低压系统之间显著的气压差引起风速增强,会在台风和副高之间形成一条低空急流,能够将来自洋面上的暖湿空气不断向暴雨区输送。

2021年河南“7.21”特大暴雨灾害中,由于副高位置稳定不动,阻挡了上游天气系统的移动,使得河南地区形成暴雨所需的大气动力条件后能长期维持。而当时位于千里之外的台风“烟花”和副高之间建立了一条东南风急流,将海上大量水汽源源不断地输送到陆地,从而带来了“千年一遇”的持续性强降水。同样的,在今年京津冀暴雨事件中,由于副高的西北部和大陆高压打通,在京津冀地区北侧形成“狗鼻子”高压形态。

这样的副高形态使得携带大量水汽的台风“杜苏芮”北上速度减缓,而“杜苏芮”与副高之间的气压差形成了一个强劲的东南风水汽通道,不仅将“杜苏芮”的水汽向华北输送,还将另一个距离更远的台风“卡奴”的水汽也一并带到华北地区。

尺度较大的强台风还能改变副高的形态,使得大气环流向有利于暴雨产生的形势调整。比如当副高南侧有强台风活动时,副高受到“挤压”后会发生局部的形变和位移,向西深入和向北推进。

这就意味沿副高西南侧的偏东气流而来的水汽会更加深入我国东北、华北地区。除此之外,台风还可以激发在垂直方向上的强烈大气振动,这样的大气振动沿水平方向向远处传播时就形成了一条大气波动。当波动向中纬度地区传播,在合适的条件下,可以激发中纬度地区对流的发展,形成暴雨或者是增加原有暴雨的雨势。

比如2005年登陆我国浙江的5号台风“麦莎”,给我国带来的暴雨雨带呈现出波状分布的特征:雨带从台风中心向北延绵约2000千米,每500-1000千米左右出现一个暴雨中心。但只有在合适的大气条件下,台风才能作为扰动源激发此类波动,从而形成大范围的波状传播雨带。

在全球变暖的气候背景下,未来台风带来的暴雨威胁将达到前所未有的程度。由于气温的升高,每单位空气所能容纳的水汽量将增大。

这意味着暴雨不下则已,一下即“倾盆”。同样的,台风生成的门槛虽然升高了,但一旦形成便是超强台风。最新研究指出,在气候变暖的影响下,台风活动路径北移趋势明显,且台风移速减慢。也就是说,我国北方沿海地区成为北上台风“首选”登陆地的可能性将增大,而一旦受到台风影响,台风“水龙头”将开启更长的时间,这无疑将给北方地区带来巨大的防台减灾压力。

2013-2022年间,北方多地已经遭受过多个北上台风的重创,如2018年台风“温比亚”和“摩羯”、2019年台风“利奇马”、2022年“梅花”,还有2020年北上台风三兄弟“巴威”、“美莎克”和“海神”,它们在半个月内先后影响我国东北地区,这也是东北地区历史上首次出现台风“三连击”。目前,北方地区亟须加强防台意识,强化城市防洪除涝基础设施,以增强抵御台风暴雨灾害的能力。

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