编者按：今年，登陆我国台风数量虽然略偏少，但有着破坏力强的特点，特别是“杜苏芮”“海葵”等台风带来了严重的风雨洪涝灾害。

大块头台风“杜苏芮”，登陆福建后虽然强度逐渐减弱，但其残余环流仍继续北上，给我国东部地区带来大范围强降雨。为何“杜苏芮”在登陆后还能长途跋涉，在千余公里之外引发极端强降水？

小个头台风“海葵”强度虽然算不上“强悍”，但却异常顽强且长时间盘踞在广东等地，在减弱为热带低压后，为何仍持续引发极端降水？

专家顾问：

国家气象中心首席预报员 许映龙 陈涛 方翀 董林

国家气象中心高级工程师 刘达 向纯怡

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室高级工程师 赵大军

中国气象局上海台风研究所高级工程师 郭蓉

揭秘台风引发极端暴雨的背后推手

地球“ 造雨机 ”如何运转 ？

每年七八月，是我国台风登陆最多的时段。回顾今年侵袭我国的台风，截至目前，共有16个。相较于往年，今年生成并影响我国的台风明显偏少，但这其中不乏一些强风暴雨的制造者，例如，今年5号台风“杜苏芮”及残余环流引发了华北京津冀地区的极端暴雨，再如11号台风“海葵”及残余环流长时间影响华南地区，在福建沿海、广东粤港澳大湾区、广西南部等地造成了极端暴雨。

数据显示，受“杜苏芮”影响，京津冀出现极端降水过程，河北和北京14个国家气象观测站日降水量突破历史极值，26个国家气象观测站3日累计降雨量突破历史极值。

在台风“海葵”影响期间，广东深圳2小时、3小时、6小时、12小时、24小时、48小时、72小时累计降水量打破1952年有气象记录以来7项历史极值。

暴雨背后，缓慢持续的残余环流

出现暴雨天气通常具备的三个条件，即强烈的上升运动、充足的水气输送以及天气系统较长的持续时间。那么，“杜苏芮”和“海葵”带来强降水的机理又是怎样的？二者存在相似性，但又有所不同。

从上升运动方面看，“杜苏芮”和“海葵”作为一种低压涡旋环流系统，自身具备产生强烈上升运动的基本条件；“杜苏芮”残余环流北侧的偏东风与太行山脉正向相交，受到地形直接强迫抬升影响，最终在山前形成极端降水。台风“海葵”登陆福建后强度减弱，但在偏南季风气流和涡旋东部东风急流辐合增强、珠三角特殊“喇叭口”地形等因素影响下，“海葵”残涡在广东境内再次增强，形成有利于强降水发生发展的热动力条件。

在水汽输送方面，“杜苏芮”存在多通道水汽接力输送，且有东南气流的水汽补充。同时，与西北太平洋洋面台风“卡努”形成的“双台共舞”也贡献了水汽补充，并与副热带高压外围东南气流汇合，这几股水汽从南边和东边汇合后输向华北平原，使得“杜苏芮”能够不断“续命”。

而对于“海葵”，先后登陆福建广东后，继续西偏南行过程中，由于异常活跃的西南季风涌的卷入，加强了水汽向“海葵”残涡的水汽输送，也增强了残涡切变线附近的风场辐合，有利于“海葵”残涡的维持发展和上升运动发展。

从持续时间上来看，“杜苏芮”和“海葵”相对来说都存在“移动缓慢、稳定少动”的特点，但维持二者的天气系统存在区别。

“杜苏芮”从登陆后，最初北上的速度相对较快，每到一个地方造成的降水持续时间并不长，雨没下多久就结束了。但是，台风行至河南、河北一带，降水系统东侧的副热带高压和北侧的大陆高压脊合并连通，共同形成“高压坝”，并维持了三天左右，这股神秘的力量使“杜苏芮”残涡在华北到黄淮一带移速减缓，残涡徘徊、滞留近三天左右，导致京津冀地区出现大范围、长历时的极端强降水。

“海葵”缓慢移动则是受其南北两环高压的影响，台风环流处于一个鞍形场内，“南侧是副热带高压引导它向东走，而北侧的大陆高压则引导它往西移，在两股引导势力的相互抵消作用下，登陆后的“海葵”一时之间也无法选择该往哪里走，所以移动非常缓慢并持续滞留”，国家气象中心首席预报员陈涛解释道。

当台风长久地维持滞留，即使小时降水量没那么夸张，最终累计的降水量也会极端。事实上，台风登陆后的移动过程中，受粗糙下垫面的影响，会在一定程度上强度减弱，但如果遭遇特定的环流形势，则还能维持一定时间不消亡。

那么，怎样的环流形势能“稳住”台风呢？国家气象中心首席预报员董林解释：“比如说，台风北上或东移时碰上高压坝的阻挡，再如西风槽前的低涡与台风残余系统结合，同时有东阻的天气形势，都会造成台风稳定少动，有利于造成强降水甚至极端降水。”

9月1日8时15分，风云四号B星静止气象卫星拍摄的“三台共舞”图像。

台风强降水雨量和落区的奥秘

台风降水机理明确后，究竟下多少雨，雨又会落在哪里，这些受什么影响？

除去台风涡旋自身内部结构的影响外，登陆台风降水的落区和强度的“背后推手”可归结为环境场和下垫面。中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室高级工程师赵大军介绍道：“环境场是指台风外围的大气环境，包括副高、中纬度槽、急流、双台风、垂直风切变、东风波、大陆高压等。”例如，当大气层结非常不稳定时，可能造成强对流天气，在某一区域发生强降雨或强风，“7·21”暴雨就是典型。

“下垫面是指台风在移动过程中所经历的海岸线、山脉、丘陵、‘喇叭口’地形、陆面水体、湿地、城市等。”赵大军说道。在台风登陆过程中，下垫面由海洋转换为陆地，这种海陆下垫面性质的差异会导致非对称降水的形成，如常见的台风移动方向右侧降水强度强于左侧。我国是典型的季风气候国家，季风活动强且台风多。因此，东亚夏季风对我国登陆台风的影响需要特别关注。台风“杜苏芮”与“海葵”登陆的“后劲”很大与同期季风活动强盛也有密切关系。

台风降水会下到哪里？这主要取决于台风路径的走向和天气形势的配合以及其他因素的影响。国家气象中心首席预报员方翀解释道：“以‘杜苏芮’为例，如果副热带高压没有及时形成高压坝加以阻挡，台风可能就直接并入西风带东移或消亡了，或者如果路径走向偏东，高压坝在偏东北的辽宁省形成，又有明显的水汽条件，有可能极端降水就会出现在东北地区。”

历史上那些意想不到的台风

台风是自然界中最强的造雨系统。据统计，我国24小时累计降水量记录中排在前六位的记录均是由台风引发的，中国最大24小时雨量记录为1748.5毫米，由9608号超强台风“Herb”引发。

而像“杜苏芮”一样受残余环流影响，持续“发威”的台风也包括2010年第11号台风“凡亚比”、2013年第11号台风“尤特”、2006年第4号台风“碧利斯”，以及7503号超强台风“Nina”造成的“75·8”河南特大暴雨等。

同样，台风远距离影响也可诱发极端降水，国家气象中心首席预报员许映龙介绍说：“台风远距离降水通常是指降水发生在台风以外的300公里的地方。”例如，2002年7月4-5日，陕西省子长县出现连续两天的突发性暴雨，其中7月4号日降水量达195.3毫米，5日降雨量116毫米，大暴雨引起山洪爆发，形成百年不遇特大洪涝，这是由2002年8号台风威马逊引发的远距离降水，台风虽然没有登陆我国，但它在近海北上水汽输送到陕西省，与西北涡相互作用，造成了这种远距离降水。再如，2004年18号台风“艾利”在福建登陆后，受台风外围环流和西风槽的共同影响，冷暖气流在山东半岛相遇后导致大暴雨。（李倩）

从台风“杜苏芮”“海葵”解析台风预报难点

走出狂风暴雨的迷宫需过哪些关？

台风往往带来狂风暴雨、造成严重灾害，威胁百姓生产生活甚至生命财产安全。准确预报台风路径和强度变化是防灾减灾的关键。而进一步提高台风预报水平需要对台风路径和强度预报难点进行科学分析，这对改进数值天气预报和理解台风变化背后的机理也有重要意义。

“峰回路转”的台风路径

台风路径预报是防台风的首要问题，台风预警中提前3—5天（即72 小时、96 小时和120 小时）的路径预报可为人员疏散撤离和财产保护赢得宝贵时间，对防台风工作部署具有重要作用。

然而，要对路径进行准确预报并非易事。

台风生成初期的长时效路径预报始终是国内外预报难点之一。当台风初始涡旋较弱且位于弱引导气流环境中时，各家数值模式分歧大、集合预报发散度高，数值模式对台风主要影响系统的长时效预报存在明显偏差。

对比不同起报阶段的路径预报偏差可以发现，“杜苏芮”生成初期路径预报偏差较大，预报路径较实况路径偏东。7月21日8时至23日14时台风生成初期，中央气象台主观预报判断“杜苏芮”生成后将向西北方向移动，趋向于登陆台湾岛。但副热带高压（以下简称“副高”）形态调整后，7月23日17时预报调整为穿过巴士海峡进入南海东北部海域。

7月30日11时10分，河北省石家庄市强降水造成部分路段积水严重。图/文 刘芳

副高是影响“杜苏芮”路径的主要系统。由于数值模式在“杜苏芮”生成初期对副高变化预报差异较大，路径预报不确定性较高，导致集合预报路径发散度较大，且不同起报时次客观路径预报调整的方向分歧也较大，增加了主观订正的难度。

而“海葵”路径之所以较难预报，是由于台风靠近台湾岛时，受台湾中央山脉的影响，在台湾岛的西侧容易产生诱生低压，导致原来的气旋中心消亡并被新的气旋中心取代，从而使路径发生突变，加大预报难度。

此外，台风的移速突变也是台风路径预报的主要难点之一。因为这种移速的显著变化常常出现在转折点附近和转向后，容易出现预报误差。通过分析2005—2010年西北太平洋上台风突然北折和西折路径的预报误差发现，北折突变路径在突变时刻，24小时路径预报误差达145.6公里，比平均预报误差增加了29. 3%。台风“杜苏芮”和“海葵”的移速都经历了先变快后变慢的过程，且在一段时间内回旋少动，这也增加了路径预报的不确定性。

“双台共舞”扰乱台风节奏

台风“杜苏芮”生成发展期间，其东侧出现了热带扰动，后来该扰动发展为今年第6号台风“卡努”。台风“海葵”影响期间，不仅有台风“苏拉”的作用，其东侧也有热带扰动在酝酿。

西北太平洋上出现双台风时常会观测到异常路径——当两个气旋性涡旋在较近距离内相互作用时，路径的预报误差较单一台风明显增大。一般来说，东侧台风的存在使西侧北上台风移速减慢，移动方向更偏西，东侧台风越强、纬度高于西台风，双台风之间互旋作用越明显，西侧台风路径就越偏西、偏南。

“杜苏芮”生成于副高南侧，此时副高受到“杜苏芮”和中纬度西风带系统以及“卡努”的共同影响。副高形态的变化对于台风路径预报具有重要影响，“卡努”通过环流形势的作用引起“杜苏芮”路径预报的变化。同样，“海葵”在多种力量的“撕扯”下缓慢前行，鞍形场、大陆高压、西南季风等都可能影响台风路径。

大气是一个对初值敏感的高度非线性动力系统，即使在预报技术稳步发展的今天，台风3—5 天路径预报的极大误差仍旧存在，提早发布精准的长时效路径预报充满挑战。

在对“杜苏芮”的整个预报过程中，24小时路径预报误差为51公里，低于全年平均水平。其间，预报员的主观订正发挥了重要作用——预报员对模式预报场的关键系统或者关键区的及时检验和订正非常重要，实时检验系统可为预报员提供支撑。

台风强度快速变化给预报带来巨大挑战

在过去三十年中，台风的路径预报水平显著提高，但是强度预报，尤其是快速增强过程的预报，仍然是国内外台风预报的难点。台风强度快速变化是台风强度预报误差的重要来源，台风强度达到峰值后突然快速减弱这一过程因其突发性和迅速性，更是给预报带来了巨大挑战。特别是近海台风快速加强尤为难预报。统计分析表明，约17%的台风在靠近岛屿或陆地时出现了快速加强现象。

“杜苏芮”经历了两次加强过程，7月21日8时生成后，24日20时加强为超强台风级，经过巴士海峡强度减弱为强台风级；27日17时进入南海东北部海域后再次加强为超强台风，靠近福建沿海。“海葵”9月1日6时开始强度快速增强，9月6日迅速减弱，登陆前再次快速增强。

在预报过程中，模式对“杜苏芮”强度预报较实况偏弱，特别是快速增强过程，最大强度明显偏弱。预报员通过分析当时的大气环流和海温条件，发现二者均有利于台风强度增强，于是判断台风将在近海增强并以强台风级登陆福建，并通过雷达观测发现“杜苏芮”登陆前维持双眼墙增强的现象，最终确定登陆前其强度维持，这也与浮标、雷达等获取的观测结果一致。而“海葵”加强为超强台风前，中上层切变持续减小，进入海峡后，切变依然很弱，若无台湾地形影响，可能以超强台风继续西行。

近年来，缺少洋面上有效的观测资料是强度预报偏差的一个直接原因。如何利用先进的资料同化方法同化多源资料来改善台风的初始热力、动力信息，从而改进对台风的模拟和强度预报是当前研究的热点。在实际的业务监测分析中，为了避免对快速加强过程中台风强度的低估，需要应用雷达、海岛自动站及其他观测手段，以获取更全面的台风强度变化信息。

受“杜苏芮”影响，强降水导致福建省仙游县木兰溪水位上涨，霞苑桥附近的休闲步道被淹。图/文 陈伟捷

预报员的难题

在台风预报过程中，如何准确把握环流形势场和各种因素的相对作用？在复杂的环流形势下，面对各家模式预报出现的分歧，预报员应该何去何从？如何集合不同时段不同预报产品所长得出最好的预报结果？在前期不确定性较大的预判下，如何有效地进行台风灾害风险决策，在不确定性风险和减灾之间寻求平衡？这些都是预报员一直以来面临的难题。

预报员一面在业务实践中不断总结台风预报经验，试图从台风个例中加深对模式性能的认识，并归纳出一般性规律，为日后预报提供指导；一面深入研究剖析影响台风路径和强度背后各种因素的深层机理，探索台风极端暴雨的形成机制，并将研究成果应用于台风预报中。

要应对这些难题，需要提升预报员对台风外部影响环境和内部结构特征等因素的综合分析能力，对大气环流配置和各家模式特点了然于心，博采众家之长，避免被模式所误导，并明确不同因素可能导致的台风预报误差特点，从而在进行主观订正时更具针对性。（吴鹏）

（责任编辑：张林）