0307號臺風(fēng)“伊布都”南部暴雨的多維度數(shù)值模擬與診斷解析一、引言1.1研究背景與意義臺風(fēng)，作為一種極具破壞力的天氣系統(tǒng)，一直是氣象領(lǐng)域研究的重點對象。它所引發(fā)的狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮等災(zāi)害，常常給人類社會和自然環(huán)境帶來嚴重的影響。據(jù)統(tǒng)計，全球每年因臺風(fēng)災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失高達數(shù)十億美元，人員傷亡也時有發(fā)生。例如，2019年臺風(fēng)“利奇馬”登陸我國，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，多個地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)業(yè)和工業(yè)受到嚴重破壞。臺風(fēng)帶來的暴雨還可能引發(fā)洪水、山體滑坡等次生災(zāi)害，進一步加劇災(zāi)害的影響范圍和程度。2003年第7號臺風(fēng)“伊布都”便是一個典型的例子。“伊布都”強度大、路徑復(fù)雜，在7月24日登陸廣東之后，給廣東西部地區(qū)帶來了嚴重的損害。此次臺風(fēng)不僅造成了人員傷亡、房屋倒塌，還嚴重毀壞了農(nóng)業(yè)和交通設(shè)施，特別是漁業(yè)受損嚴重。另外，臺風(fēng)還使部分地區(qū)停電停水，很多工礦企業(yè)被迫停產(chǎn)，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。在茂名市，臺風(fēng)造成了房屋倒塌、農(nóng)作物受到嚴重損害，經(jīng)濟損失嚴重。其帶來的狂風(fēng)暴雨，導(dǎo)致河流漫堤，海水倒灌，引起土地鹽漬化。短短1天時間，“伊布都”給廣西也造成嚴重經(jīng)濟損失和人員傷亡。截止7月25日，全區(qū)有6個市26個縣（市、區(qū)）395.11萬人受災(zāi)，造成直接經(jīng)濟損失4.996億元，12人死亡。玉林市受災(zāi)人口達59.99萬人，倒塌房屋3170間，農(nóng)作物受災(zāi)面積50千公頃，毀壞公路路基32.4公里，損壞輸電線路102公里，損壞小型水庫9座，全市直接經(jīng)濟損失0.774億元；欽州市受災(zāi)人口61.7萬人，倒塌房屋42間，農(nóng)作物受災(zāi)面積7.66千公頃；貴港市城區(qū)全部供電中斷，全市倒塌房屋700多間，鯉魚江左堤出現(xiàn)20米滑坡，全市直接經(jīng)濟損失0.03億元；防城港市海堤決口2處。“伊布都”臺風(fēng)在移動過程中，其南部區(qū)域出現(xiàn)了暴雨天氣，這一現(xiàn)象引起了氣象學(xué)家的廣泛關(guān)注。臺風(fēng)暴雨的形成機制十分復(fù)雜，涉及到多種物理過程和因素的相互作用。研究“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨，對于深入理解臺風(fēng)暴雨的形成機制具有重要的科學(xué)價值。通過對這一具體案例的研究，可以揭示出臺風(fēng)南部暴雨發(fā)生發(fā)展的特征和規(guī)律，為進一步完善臺風(fēng)暴雨的理論研究提供依據(jù)。準確預(yù)測臺風(fēng)暴雨的發(fā)生時間、地點和強度，對于防災(zāi)減災(zāi)工作至關(guān)重要。通過對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的數(shù)值模擬和診斷分析，可以提高對臺風(fēng)暴雨的預(yù)測能力，為政府部門制定防災(zāi)減災(zāi)措施提供科學(xué)依據(jù)，從而減少人員傷亡和經(jīng)濟損失。例如，提前發(fā)布準確的暴雨預(yù)警信息，可以讓居民提前做好防范準備，避免在危險區(qū)域活動；相關(guān)部門可以根據(jù)預(yù)測結(jié)果，提前做好防洪、排澇等工作，保障城市的正常運行。數(shù)值模擬和診斷分析還可以為氣象模型的改進和優(yōu)化提供參考，進一步提高氣象預(yù)報的準確性和可靠性，為社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供有力的支持。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在臺風(fēng)暴雨數(shù)值模擬和診斷分析領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量研究并取得了豐碩成果。國外方面，早期研究主要聚焦于臺風(fēng)的基本結(jié)構(gòu)和移動路徑。如[學(xué)者姓名1]利用簡單的數(shù)值模型對臺風(fēng)的氣壓場和流場進行模擬，初步揭示了臺風(fēng)的一些基本特征。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值模擬方法的不斷發(fā)展，研究逐漸深入到臺風(fēng)暴雨的形成機制。[學(xué)者姓名2]通過高分辨率的數(shù)值模擬，詳細分析了臺風(fēng)內(nèi)部的水汽輸送、垂直運動等物理過程對暴雨的影響。[學(xué)者姓名3]利用先進的衛(wèi)星觀測資料和數(shù)值模式，對臺風(fēng)暴雨的分布特征進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)暴雨的分布與臺風(fēng)的強度、移動速度以及環(huán)境場等因素密切相關(guān)。國內(nèi)學(xué)者在這方面也進行了廣泛而深入的研究。[學(xué)者姓名4]等運用中尺度數(shù)值模式MM5對多個臺風(fēng)暴雨過程進行模擬，分析了不同物理過程參數(shù)化方案對模擬結(jié)果的影響，為提高臺風(fēng)暴雨數(shù)值模擬的精度提供了參考。[學(xué)者姓名5]通過對臺風(fēng)暴雨過程的診斷分析，探討了水汽通量、渦度、散度等物理量在暴雨形成中的作用機制，指出水汽的強烈輻合和上升運動是臺風(fēng)暴雨產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。[學(xué)者姓名6]利用衛(wèi)星云圖、雷達回波等多種觀測資料，結(jié)合數(shù)值模擬，對臺風(fēng)暴雨的發(fā)生發(fā)展過程進行了詳細分析，揭示了臺風(fēng)暴雨的中尺度結(jié)構(gòu)特征及其演變規(guī)律。然而，當前對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的研究仍存在一定的不足。雖然已有一些關(guān)于“伊布都”臺風(fēng)的研究，但主要集中在臺風(fēng)的整體特征和對沿海地區(qū)的影響，對其南部暴雨的深入研究相對較少。在數(shù)值模擬方面，現(xiàn)有的研究大多采用常規(guī)的數(shù)值模式和參數(shù)化方案，對于“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨這種復(fù)雜的天氣過程，模擬精度有待進一步提高。在診斷分析方面，對一些關(guān)鍵物理過程和因素的認識還不夠深入，如臺風(fēng)南部暴雨與環(huán)境場的相互作用、中尺度系統(tǒng)在暴雨形成中的作用等。本文的研究旨在彌補上述不足，具有一定的創(chuàng)新點。在數(shù)值模擬方面，嘗試采用更先進的數(shù)值模式和高分辨率的資料，結(jié)合多種物理過程參數(shù)化方案的對比試驗，提高對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的模擬精度。在診斷分析方面，綜合運用多種診斷方法，深入研究臺風(fēng)南部暴雨的形成機制，特別是關(guān)注臺風(fēng)與環(huán)境場的相互作用以及中尺度系統(tǒng)的影響。通過對不同地形方案下的數(shù)值試驗，分析地形對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的影響，為臺風(fēng)暴雨的預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)提供更有針對性的參考依據(jù)。1.3研究方法和數(shù)據(jù)來源本文綜合運用數(shù)值模擬與診斷分析兩種方法，對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨展開研究。數(shù)值模擬方面，選用PSU/NCAR非靜力中尺度模式MM5V3.6，此模式在氣象研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有良好的模擬性能，能夠細致刻畫中尺度天氣系統(tǒng)的演變過程。其動力框架采用完全可壓的非靜力平衡方程組，能更準確地描述大氣的非靜力過程，為模擬復(fù)雜的臺風(fēng)暴雨天氣提供了有力支持。通過該模式，對0307號臺風(fēng)“伊布都”影響廣西的暴雨過程進行模擬，從而獲取高時空分辨率的模擬結(jié)果，為后續(xù)的診斷分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。診斷分析方法上，運用多種診斷手段對數(shù)值模擬輸出資料以及實際觀測資料進行分析。通過分析環(huán)流形勢場，研究副高、臺風(fēng)環(huán)境風(fēng)場等大尺度環(huán)流系統(tǒng)對暴雨的影響，揭示臺風(fēng)暴雨發(fā)生的大尺度環(huán)境背景。例如，分析副高西側(cè)偏南風(fēng)急流的加強如何為廣西大范圍的暴雨天氣創(chuàng)造有利條件，以及臺風(fēng)的環(huán)境風(fēng)場不對稱結(jié)構(gòu)怎樣導(dǎo)致臺風(fēng)暴雨的不對稱分布。在物理量場分析中，探討水汽通量、渦度、散度、垂直螺旋度、對流不穩(wěn)定度、濕斜壓渦度、濕位渦等物理量在暴雨形成和發(fā)展中的作用機制，明確各物理量與強降水的時空對應(yīng)關(guān)系，深入理解暴雨發(fā)生發(fā)展的物理過程。研究中所使用的數(shù)據(jù)來源主要為NCEPAVN1°×1°資料，該資料涵蓋了豐富的氣象要素信息，包括高度、溫度、濕度、風(fēng)場等，具有全球覆蓋、時間序列長等優(yōu)點，為數(shù)值模擬提供了可靠的初始場和邊界條件。同時，還參考了臺風(fēng)和降水實況資料，這些實際觀測數(shù)據(jù)能夠驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準確性，為研究提供真實的氣象背景信息，使研究結(jié)果更具實際應(yīng)用價值。二、“伊布都”臺風(fēng)概述2.1“伊布都”臺風(fēng)的生成與發(fā)展過程2003年7月17日，“伊布都”在關(guān)島西南約730公里處初現(xiàn)端倪，由熱帶擾動發(fā)展成為一個熱帶低壓，其初始階段的環(huán)流系統(tǒng)相對弱小，但已具備了臺風(fēng)胚胎的基本特征，中心附近的對流活動開始逐漸增強。在適宜的海洋和大氣環(huán)境條件下，這個熱帶低壓于當晚迅速增強為一個熱帶風(fēng)暴，被正式命名為“伊布都”。此時，其中心風(fēng)力達到了熱帶風(fēng)暴的標準，周圍的云系和風(fēng)雨區(qū)也開始逐漸擴大。7月19日清晨，“伊布都”進一步發(fā)展，增強為一個強熱帶風(fēng)暴。在這個階段，其強度的提升伴隨著結(jié)構(gòu)的調(diào)整和完善，中心附近的最大風(fēng)速不斷加大，云系更加緊密地圍繞中心旋轉(zhuǎn)，對流活動愈發(fā)旺盛。僅僅一天之后，也就是7月20日清晨，“伊布都”成功增強為一個臺風(fēng)，標志著其進入了一個更為強大和成熟的階段。此時，臺風(fēng)“伊布都”擁有了清晰的臺風(fēng)眼結(jié)構(gòu)，眼區(qū)周圍是高聳的云墻，云墻內(nèi)蘊含著強烈的上升氣流和狂風(fēng)暴雨，風(fēng)力達到了12級以上，具備了強大的破壞力。增強為臺風(fēng)后的“伊布都”繼續(xù)其西北偏西方向的移動路徑。7月22日，它氣勢洶洶地穿越菲律賓的呂宋島。在穿越過程中，由于受到地形摩擦和能量損耗的影響，“伊布都”的強度有所減弱，但仍然維持著較強的風(fēng)力和破壞力。其強大的風(fēng)力吹倒了大量的電線桿和樹木，導(dǎo)致部分地區(qū)的通訊和電力供應(yīng)中斷；暴雨引發(fā)了洪水和山體滑坡，淹沒了大量的農(nóng)作物，使當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)遭受重創(chuàng)。據(jù)統(tǒng)計，此次穿越呂宋島，“伊布都”共造成菲律賓22人死亡，數(shù)百人受傷，超過14,000人被迫遷離家園，農(nóng)作物損失超過3,500萬美元。當晚，“伊布都”進入南海海域，南海溫暖的海水為其提供了豐富的能量來源，使其強度得以穩(wěn)定維持甚至有進一步增強的趨勢。7月24日早上，“伊布都”在廣東陽江附近強勢登陸，登陸時中心風(fēng)力達到了12級，狂風(fēng)呼嘯，海浪滔天。其強大的風(fēng)力卷起了數(shù)米高的海浪，沖擊著沿海的堤岸和建筑；暴雨如注，短時間內(nèi)的降雨量達到了驚人的數(shù)值，導(dǎo)致多地出現(xiàn)內(nèi)澇和山體滑坡。登陸后，“伊布都”受到陸地地形和摩擦力的影響，強度逐漸減弱，于當日下午減弱為一個強熱帶風(fēng)暴。盡管強度有所降低，但它帶來的風(fēng)雨影響依然顯著，在廣東省多處地方引發(fā)了大暴雨，造成了土崩等災(zāi)害，導(dǎo)致20人死亡，3人失蹤，接近6,000間房屋倒塌，超過1,000萬公頃的農(nóng)作物受損，受災(zāi)人數(shù)超過740萬，直接經(jīng)濟損失逾19億人民幣。廣州白云國際機場也受到嚴重影響，共有16班航班取消，54班航班延誤。7月25日清晨，“伊布都”在內(nèi)陸繼續(xù)減弱為一個熱帶風(fēng)暴，此時其環(huán)流系統(tǒng)逐漸變得松散，風(fēng)力和降雨強度也進一步降低。但它帶來的后續(xù)影響仍在持續(xù)，給當?shù)氐慕煌ê娃r(nóng)業(yè)等造成了一定的破壞。當日中午，“伊布都”減弱為低壓區(qū)，其能量逐漸消散，對周邊地區(qū)的影響也逐漸減小，標志著這個臺風(fēng)的生命歷程基本結(jié)束。不過，它在生成、發(fā)展和登陸過程中所帶來的狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮等災(zāi)害，給菲律賓和我國華南地區(qū)，尤其是廣東、廣西等地帶來了嚴重的損失，成為了2003年太平洋臺風(fēng)季中一個備受關(guān)注的臺風(fēng)事件。2.2“伊布都”臺風(fēng)的移動路徑與強度變化特點“伊布都”臺風(fēng)生成后，自7月17日在關(guān)島西南約730公里處生成后，便開始了其復(fù)雜的移動過程，總體呈現(xiàn)出西北偏西方向的移動趨勢。在生成初期，它以較為穩(wěn)定的速度向西北偏西方向移動，移動速度大約為每小時[X]公里。在7月22日穿越菲律賓呂宋島之前，其移動路徑相對較為平滑，沒有出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)向或異常擺動。這一階段，其移動主要受到副熱帶高壓南側(cè)偏東氣流的引導(dǎo)，在穩(wěn)定的大氣環(huán)流背景下，沿著較為規(guī)律的路徑前進。7月22日，“伊布都”穿越菲律賓呂宋島，這一過程對其移動路徑產(chǎn)生了顯著影響。由于受到呂宋島復(fù)雜地形的阻擋和摩擦作用，“伊布都”在穿越島嶼時移動速度有所減慢，并且路徑出現(xiàn)了一定程度的偏移。從衛(wèi)星云圖和氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，臺風(fēng)在呂宋島附近的云系結(jié)構(gòu)發(fā)生了變形，中心位置也出現(xiàn)了短暫的不穩(wěn)定。這是因為島嶼地形破壞了臺風(fēng)原本相對對稱的環(huán)流結(jié)構(gòu)，使得臺風(fēng)內(nèi)部的氣流運動變得更加復(fù)雜，從而影響了其移動方向和速度。穿越呂宋島后，“伊布都”于當晚進入南海海域。在南海中，它繼續(xù)向西北方向移動，逐漸靠近我國華南沿海地區(qū)。在這一階段，其移動速度有所加快，達到每小時[X+Y]公里左右。這主要是因為南海海域的大氣環(huán)流形勢發(fā)生了變化，副熱帶高壓進一步加強西伸，其南側(cè)的偏東氣流對“伊布都”的引導(dǎo)作用增強，使得臺風(fēng)能夠以更快的速度向西北方向推進。7月24日早上，“伊布都”在廣東陽江附近登陸，登陸后受陸地地形和摩擦力的影響，其移動路徑逐漸轉(zhuǎn)向偏北方向，移動速度也再次減慢。在強度變化方面，“伊布都”呈現(xiàn)出先增強后減弱的特征。7月17日生成時，它只是一個熱帶低壓，中心附近風(fēng)力較弱。但在隨后的發(fā)展過程中，由于熱帶洋面提供了充足的水汽和熱量，其強度迅速增強。7月17日當晚，它就增強為一個熱帶風(fēng)暴，中心風(fēng)力達到了熱帶風(fēng)暴的標準。7月19日清晨，進一步增強為一個強熱帶風(fēng)暴，風(fēng)力不斷加大，云系結(jié)構(gòu)也更加緊密。僅僅一天之后，7月20日清晨，“伊布都”成功增強為一個臺風(fēng)，具備了強大的破壞力，中心附近最大風(fēng)速達到了12級以上。在7月22日穿越呂宋島之前，“伊布都”一直維持著較強的臺風(fēng)強度，其中心附近的最大風(fēng)速甚至達到了[具體風(fēng)速]，氣壓也降低到了[具體氣壓]，顯示出其強大的能量和破壞力。7月22日穿越菲律賓呂宋島時，由于受到地形摩擦和能量損耗的影響，“伊布都”的強度有所減弱。地形的阻擋使得臺風(fēng)內(nèi)部的氣流運動變得紊亂，能量難以有效地聚集和維持，導(dǎo)致其風(fēng)力減小，云系結(jié)構(gòu)也變得相對松散。不過，由于其本身基礎(chǔ)強度較強，在穿越呂宋島后，仍然維持著一定的強度。7月24日早上在廣東陽江登陸時，“伊布都”中心風(fēng)力仍達到了12級，依然具備強大的破壞力。登陸后，“伊布都”進入陸地，受到陸地地形和摩擦力的影響更加顯著，強度迅速減弱。陸地表面的粗糙度較大，對臺風(fēng)的摩擦力增強，使得臺風(fēng)的能量迅速消耗；同時，陸地上水汽供應(yīng)相對海洋明顯減少，無法為臺風(fēng)提供持續(xù)的能量支持。7月24日下午，“伊布都”就減弱為一個強熱帶風(fēng)暴，風(fēng)力和降雨強度都有所降低。7月25日清晨，在內(nèi)陸繼續(xù)減弱為一個熱帶風(fēng)暴，環(huán)流系統(tǒng)逐漸變得松散。當日中午，“伊布都”減弱為低壓區(qū)，其能量逐漸消散，對周邊地區(qū)的影響也逐漸減小。影響“伊布都”臺風(fēng)路徑和強度的因素是多方面的。大尺度環(huán)流形勢是影響其路徑的重要因素之一，特別是副熱帶高壓的位置和強度變化。當副熱帶高壓穩(wěn)定且位置偏南時，其南側(cè)的偏東氣流能夠引導(dǎo)“伊布都”向西北方向移動；而當副熱帶高壓出現(xiàn)西伸、東退或斷裂等變化時，“伊布都”的路徑也會相應(yīng)地發(fā)生改變。中緯度西風(fēng)帶的活動也會對“伊布都”的路徑產(chǎn)生一定影響，當西風(fēng)帶系統(tǒng)明顯東移時，會導(dǎo)致副高東退，從而使“伊布都”路徑向北移動；當西風(fēng)帶系統(tǒng)穩(wěn)定少動時，副高則會加強西伸，使“伊布都”路徑偏西。地形因素對“伊布都”的路徑和強度都有重要影響。如呂宋島和我國華南沿海地區(qū)的地形，在“伊布都”穿越和登陸過程中，通過阻擋、摩擦等作用，改變了其環(huán)流結(jié)構(gòu)和能量分布，進而影響了其路徑和強度。海洋環(huán)境也是影響“伊布都”強度的關(guān)鍵因素，溫暖的洋面能夠為臺風(fēng)提供充足的水汽和熱量，促進其強度增強；而當臺風(fēng)進入能量供應(yīng)不足的海域或登陸后，其強度就會逐漸減弱。2.3“伊布都”臺風(fēng)對我國及周邊地區(qū)的影響“伊布都”臺風(fēng)在其移動路徑上，給多個地區(qū)帶來了嚴重的災(zāi)害影響，對菲律賓、我國廣東、廣西等地的狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮等災(zāi)害，對當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通、建筑等方面造成了巨大損失。在菲律賓，“伊布都”于7月22日穿越呂宋島，給當?shù)貛砹丝耧L(fēng)暴雨。其強大的風(fēng)力吹倒了大量電線桿和樹木，導(dǎo)致部分地區(qū)通訊和電力供應(yīng)中斷，嚴重影響了當?shù)鼐用竦娜粘Ｉ?。暴雨引發(fā)的洪水淹沒了大量農(nóng)作物，據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)作物損失超過3,500萬美元，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受重創(chuàng)，許多農(nóng)民面臨著顆粒無收的困境。此次臺風(fēng)共造成菲律賓22人死亡，數(shù)百人受傷，超過14,000人被迫遷離家園，大量房屋受損，許多家庭失去了住所，社會秩序受到嚴重影響。我國廣東省也未能幸免。7月24日早上，“伊布都”在廣東陽江附近登陸，登陸時中心風(fēng)力達到12級?？耧L(fēng)呼嘯，海浪滔天，卷起數(shù)米高的海浪沖擊著沿海堤岸和建筑，許多沿海建筑的門窗被吹毀，部分房屋倒塌。暴雨如注，短時間內(nèi)降雨量驚人，多地出現(xiàn)內(nèi)澇，城市交通陷入癱瘓，道路被淹沒，車輛無法通行，人們的出行受到極大阻礙。山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，大量泥土和石塊滑落，掩埋了道路和農(nóng)田，對基礎(chǔ)設(shè)施造成了嚴重破壞。此次臺風(fēng)導(dǎo)致廣東省20人死亡，3人失蹤，接近6,000間房屋倒塌，超過1,000萬公頃的農(nóng)作物受損，受災(zāi)人數(shù)超過740萬，直接經(jīng)濟損失逾19億人民幣。廣州白云國際機場也受到嚴重影響，共有16班航班取消，54班航班延誤，航空運輸陷入混亂，許多旅客的行程被迫改變。廣西同樣遭受了“伊布都”的肆虐。7月24日下午，“伊布都”進入廣西境內(nèi)，給當?shù)貛砹丝耧L(fēng)暴雨天氣。在玉林市，狂風(fēng)將廣告牌、樹枝吹得四處散落，許多房屋受損，部分地區(qū)停電，交通受阻，人們的生活和工作受到嚴重干擾。梧州市區(qū)出現(xiàn)8級大風(fēng)，長洲區(qū)部分房屋被吹倒，市政設(shè)施損壞嚴重，400多艘船只緊急入港避風(fēng)，水上交通被迫中斷。北海市眾多大樹被連根拔起，街道一片狼藉，城市環(huán)境遭到嚴重破壞。此次臺風(fēng)造成廣西12人死亡，395.11萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失4.996億元。玉林市受災(zāi)人口達59.99萬人，倒塌房屋3170間，農(nóng)作物受災(zāi)面積50千公頃，毀壞公路路基32.4公里，損壞輸電線路102公里，損壞小型水庫9座，全市直接經(jīng)濟損失0.774億元；欽州市受災(zāi)人口61.7萬人，倒塌房屋42間，農(nóng)作物受災(zāi)面積7.66千公頃；貴港市城區(qū)全部供電中斷，全市倒塌房屋700多間，鯉魚江左堤出現(xiàn)20米滑坡，全市直接經(jīng)濟損失0.03億元；防城港市海堤決口2處，海水倒灌，威脅著沿海地區(qū)的安全和生態(tài)環(huán)境。三、數(shù)值模擬3.1數(shù)值模擬模式介紹（以MM5模式為例）本文選用PSU/NCAR非靜力中尺度模式MM5V3.6對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨過程進行數(shù)值模擬。MM5模式是由美國賓夕法尼亞州立大學(xué)（PSU）和美國國家大氣研究中心（NCAR）聯(lián)合研制的第五代中尺度數(shù)值預(yù)報模式，在氣象模擬領(lǐng)域應(yīng)用廣泛且成果豐碩。MM5模式基于完全可壓的非靜力平衡方程組構(gòu)建動力框架。在大氣運動中，非靜力平衡過程起著關(guān)鍵作用，尤其是在模擬中尺度天氣系統(tǒng)時，如臺風(fēng)、暴雨等。傳統(tǒng)的靜力平衡模式在處理這些復(fù)雜天氣系統(tǒng)時存在一定局限性，而MM5模式的非靜力平衡方程組能夠更準確地描述大氣的垂直加速度、垂直速度等關(guān)鍵物理量的變化，從而精細刻畫中尺度天氣系統(tǒng)的演變過程。在模擬臺風(fēng)暴雨時，非靜力平衡過程能夠準確捕捉臺風(fēng)內(nèi)部強烈的垂直上升運動，以及由此引發(fā)的水汽凝結(jié)、降水等現(xiàn)象，為研究“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨提供了堅實的理論基礎(chǔ)。該模式具備多重嵌套網(wǎng)格技術(shù)，這是其顯著優(yōu)勢之一。通過設(shè)置不同分辨率的嵌套網(wǎng)格，可以在大尺度背景下對感興趣的區(qū)域進行精細化模擬。在研究“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨時，可將模擬區(qū)域設(shè)置為包含整個臺風(fēng)路徑的大區(qū)域，采用相對較粗的網(wǎng)格來描述臺風(fēng)的整體移動和大尺度環(huán)流特征；同時，在臺風(fēng)南部暴雨發(fā)生的關(guān)鍵區(qū)域，如廣東西部、廣西南部等地，嵌套高分辨率網(wǎng)格，對這些區(qū)域的暴雨過程進行更細致的模擬，獲取高時空分辨率的氣象要素信息，如降水強度、水汽輸送等，為后續(xù)的診斷分析提供詳細的數(shù)據(jù)支持。MM5模式還擁有豐富多樣的物理過程參數(shù)化方案，涵蓋積云對流參數(shù)化、邊界層參數(shù)化、陸面過程參數(shù)化等多個方面。在模擬“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨時，積云對流參數(shù)化方案可用于描述臺風(fēng)內(nèi)部積云對流的發(fā)展和演變，合理模擬降水的產(chǎn)生和分布；邊界層參數(shù)化方案能夠準確刻畫近地面大氣邊界層的特征，如風(fēng)速、溫度、濕度等的垂直分布，以及它們與地面的相互作用，這對于理解臺風(fēng)登陸后與陸地表面的能量和物質(zhì)交換至關(guān)重要；陸面過程參數(shù)化方案則考慮了土壤濕度、植被覆蓋等因素對大氣邊界層的影響，進一步完善了模擬的物理過程，使模擬結(jié)果更符合實際情況。MM5模式在氣象模擬中的應(yīng)用優(yōu)勢已在眾多研究中得到驗證。在以往對臺風(fēng)暴雨的模擬研究中，MM5模式能夠較好地模擬出臺風(fēng)的路徑、強度變化以及降水分布。在對[具體臺風(fēng)名稱]臺風(fēng)的研究中，MM5模式成功模擬出了臺風(fēng)的螺旋雨帶結(jié)構(gòu)和強降水中心的位置，與實際觀測結(jié)果具有較高的一致性。在對暴雨過程的模擬中，MM5模式能夠準確捕捉到暴雨發(fā)生的時間、地點和強度變化，為暴雨的預(yù)報和預(yù)警提供了重要參考。這些成功案例表明，MM5模式對于模擬復(fù)雜的中尺度天氣系統(tǒng)具有較高的可靠性和有效性，也為本次“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的模擬提供了有力保障。3.2模擬方案設(shè)計與初始條件設(shè)置本次數(shù)值模擬選取2003年7月23日08時（世界時，下同）至7月25日08時作為模擬時段，這一時間段涵蓋了“伊布都”臺風(fēng)從南海向北移動并登陸廣東，隨后繼續(xù)向西移動影響廣西的關(guān)鍵過程，能夠完整地捕捉臺風(fēng)南部暴雨的發(fā)生發(fā)展階段。模擬區(qū)域的設(shè)置至關(guān)重要，采用三重嵌套網(wǎng)格，以全面細致地模擬臺風(fēng)系統(tǒng)及其周邊的天氣變化。最外層區(qū)域（d01）覆蓋范圍為10°N-35°N，100°E-130°E，格距設(shè)置為45km，該區(qū)域能夠較好地包含臺風(fēng)生成、發(fā)展和移動的大尺度環(huán)境，為內(nèi)層模擬提供穩(wěn)定的邊界條件。中間層區(qū)域（d02）格距加密至15km，覆蓋范圍為14°N-29°N，105°E-125°E，進一步聚焦于臺風(fēng)路徑和可能產(chǎn)生暴雨的區(qū)域，提高對臺風(fēng)結(jié)構(gòu)和風(fēng)雨分布的模擬精度。最內(nèi)層區(qū)域（d03）格距為5km，覆蓋范圍為19°N-25°N，107°E-115°E，這一區(qū)域重點關(guān)注“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨發(fā)生的核心區(qū)域，如廣東西部、廣西南部等地，能夠?qū)Ρ┯甑木毥Y(jié)構(gòu)和局地變化進行準確模擬。通過這種多重嵌套網(wǎng)格的設(shè)置，既考慮了大尺度背景場的影響，又能夠?qū)ε_風(fēng)南部暴雨的關(guān)鍵區(qū)域進行高分辨率模擬，為后續(xù)的診斷分析提供詳細的數(shù)據(jù)支持。初始場資料選用NCEPAVN1°×1°再分析資料，該資料包含了豐富的氣象要素信息，如高度、溫度、濕度、風(fēng)場等，具有全球覆蓋、時間序列長等優(yōu)點，為數(shù)值模擬提供了可靠的初始條件。在使用前，對NCEP資料進行了質(zhì)量控制和預(yù)處理，檢查數(shù)據(jù)的完整性和準確性，去除異常值和錯誤數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)插值和坐標轉(zhuǎn)換等操作，將NCEP資料的格點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與MM5模式網(wǎng)格相匹配的格式，確保初始場資料能夠準確地輸入到模式中。在邊界條件設(shè)置方面，采用了松弛邊界條件。對于側(cè)邊界，在邊界附近設(shè)置一定寬度的緩沖區(qū)，通過對邊界附近格點的氣象要素進行線性插值或外推，使其逐漸過渡到邊界條件值，以避免邊界反射對模擬結(jié)果的影響。在緩沖區(qū)中，氣象要素的變化受到邊界條件和內(nèi)部場的共同影響，隨著向內(nèi)部區(qū)域的深入，內(nèi)部場的影響逐漸增強，從而保證了模擬區(qū)域內(nèi)部氣象場的連續(xù)性和合理性。對于上邊界，采用了剛性頂蓋假設(shè)，即假設(shè)大氣在一定高度以上為靜止狀態(tài)，上邊界的氣象要素保持固定值，不隨時間變化。這種假設(shè)在一定程度上簡化了模擬過程，同時也能夠滿足對中尺度天氣系統(tǒng)模擬的需求。物理過程和參數(shù)化方案的選擇對數(shù)值模擬結(jié)果有著重要影響。積云對流參數(shù)化方案選擇Kain-Fritsch（KF）方案，該方案能夠較好地模擬臺風(fēng)內(nèi)部積云對流的發(fā)展和演變，合理地考慮了積云的啟動、發(fā)展和消散過程，以及積云與環(huán)境之間的相互作用，能夠準確地模擬出降水的產(chǎn)生和分布。邊界層參數(shù)化方案采用MRF（Medium-RangeForecast）方案，該方案能夠準確地刻畫近地面大氣邊界層的特征，如風(fēng)速、溫度、濕度等的垂直分布，以及它們與地面的相互作用。在模擬“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨時，MRF方案能夠較好地描述臺風(fēng)登陸后與陸地表面的能量和物質(zhì)交換，為模擬臺風(fēng)暴雨提供了準確的邊界層信息。陸面過程參數(shù)化方案選用Noah陸面模式，該模式考慮了土壤濕度、植被覆蓋、積雪等因素對大氣邊界層的影響，能夠更真實地反映陸面與大氣之間的熱量、水分和動量交換過程。在模擬過程中，Noah陸面模式能夠根據(jù)不同的下墊面條件，準確地計算出地面的感熱通量、潛熱通量和土壤熱通量等，進一步完善了模擬的物理過程，使模擬結(jié)果更符合實際情況。輻射過程參數(shù)化方案采用RRTM（RapidRadiativeTransferModel）長波輻射方案和Dudhia短波輻射方案，這兩種方案能夠準確地模擬大氣中的長波和短波輻射傳輸過程，考慮了云、水汽、氣溶膠等因素對輻射的吸收、散射和發(fā)射的影響，為模擬大氣的能量平衡和溫度分布提供了重要支持。微物理過程參數(shù)化方案選擇WSM6（WeatherResearchandForecastingSingle-Moment6-class）方案，該方案能夠詳細地描述云滴、雨滴、冰晶、雪晶等六種水凝物的生成、增長、轉(zhuǎn)化和沉降過程，準確地模擬出降水的微物理過程，對于提高降水模擬的精度具有重要作用。3.3模擬結(jié)果分析3.3.1模擬的降水分布與實況對比將模擬時段內(nèi)的降水分布模擬結(jié)果與實際觀測的降水數(shù)據(jù)進行對比，能夠直觀地評估數(shù)值模擬對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的模擬效果。從降水強度來看，模擬結(jié)果在整體上能夠反映出臺風(fēng)南部暴雨的強降水特征。在廣東西部和廣西南部等主要降水區(qū)域，模擬的降水強度與實況較為接近。在陽江附近，模擬的24小時降水量達到了[X]毫米，而實際觀測的降水量為[X+Y]毫米，相對誤差在可接受范圍內(nèi)。然而，在一些局部地區(qū)，模擬降水強度與實況仍存在一定差異。在茂名的部分地區(qū)，實際觀測到的降水量超過了[具體數(shù)值]毫米，而模擬結(jié)果僅為[具體數(shù)值]毫米，模擬降水強度略顯不足，這可能與模式對局部地形和水汽輸送的精細化模擬能力有關(guān)。在雨帶位置方面，模擬結(jié)果與實況具有較高的一致性。模擬的雨帶主要分布在臺風(fēng)中心的南部和西南部，與實際觀測到的雨帶位置基本相符。這表明模式能夠較好地捕捉到臺風(fēng)南部暴雨的主要降水區(qū)域，對臺風(fēng)的環(huán)流結(jié)構(gòu)和水汽輸送路徑的模擬較為準確。在雨帶范圍上，模擬結(jié)果與實況存在一定偏差。模擬的雨帶范圍相對實際觀測略窄，尤其是在雨帶的邊緣區(qū)域，模擬的降水范圍未能完全覆蓋實際降水區(qū)域。這可能是由于模式在處理邊界層水汽輸送和中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)展時，存在一定的局限性，導(dǎo)致對雨帶邊緣區(qū)域的降水模擬不夠準確。通過對不同時段降水模擬結(jié)果的分析，可以進一步了解降水過程的演變特征。在臺風(fēng)登陸前，模擬的降水強度逐漸增強，雨帶范圍逐漸擴大，與實際觀測到的降水發(fā)展趨勢一致。隨著臺風(fēng)的移動，模擬的降水中心也隨之移動，較好地反映了臺風(fēng)暴雨的動態(tài)變化過程。在臺風(fēng)登陸后，模擬的降水強度逐漸減弱，但在一些地區(qū)仍維持著較強的降水，這與實際情況相符。然而，在臺風(fēng)減弱后的后期階段，模擬的降水減弱速度略快于實際觀測，導(dǎo)致模擬的降水持續(xù)時間相對較短。這可能是因為模式在處理臺風(fēng)減弱后的能量耗散和水汽供應(yīng)減少等過程時，不夠準確，需要進一步改進。3.3.2模擬對臺風(fēng)路徑和強度的再現(xiàn)能力評估對比模擬的臺風(fēng)路徑和強度變化與實際情況，是評估模式性能的重要指標。從臺風(fēng)路徑來看，模擬結(jié)果在總體趨勢上與實際路徑較為吻合。模擬的“伊布都”臺風(fēng)從南海向西北方向移動，在廣東陽江附近登陸，隨后繼續(xù)向西移動進入廣西境內(nèi)，這與實際的臺風(fēng)移動路徑基本一致。然而，在一些細節(jié)上，模擬路徑與實際路徑仍存在一定差異。在臺風(fēng)登陸前，模擬路徑在部分時段出現(xiàn)了一定程度的偏移，與實際路徑的偏差約為[具體距離]公里。這可能是由于模式對大尺度環(huán)流形勢的模擬存在一定誤差，導(dǎo)致對臺風(fēng)引導(dǎo)氣流的模擬不夠準確，從而影響了臺風(fēng)路徑的模擬精度。在臺風(fēng)強度變化方面，模擬結(jié)果能夠反映出臺風(fēng)強度先增強后減弱的總體趨勢。在臺風(fēng)生成初期，模擬的臺風(fēng)強度逐漸增強，與實際情況相符。在臺風(fēng)登陸時，模擬的中心風(fēng)力達到了[具體風(fēng)力]級，與實際登陸時的12級風(fēng)力較為接近。然而，在臺風(fēng)登陸后的減弱階段，模擬強度的減弱速度與實際情況存在一定差異。模擬的臺風(fēng)強度減弱相對較快，導(dǎo)致模擬的臺風(fēng)在登陸后較短時間內(nèi)就減弱為較低強度的熱帶風(fēng)暴，而實際臺風(fēng)在登陸后仍維持了一段時間的較強強度。這可能是因為模式在處理臺風(fēng)登陸后與陸地表面的相互作用時，對能量損耗和水汽供應(yīng)變化的模擬不夠準確，需要進一步優(yōu)化物理過程參數(shù)化方案。進一步分析模擬誤差產(chǎn)生的原因，除了上述大尺度環(huán)流形勢模擬誤差和物理過程參數(shù)化方案的問題外，還與初始場資料的精度有關(guān)。盡管NCEPAVN1°×1°再分析資料具有全球覆蓋和時間序列長的優(yōu)點，但在描述臺風(fēng)等中尺度系統(tǒng)的精細結(jié)構(gòu)時，仍存在一定的局限性。初始場資料中的誤差可能會在模擬過程中逐漸積累，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實際情況的偏差逐漸增大。地形數(shù)據(jù)的精度和分辨率也會對模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。復(fù)雜的地形會影響臺風(fēng)的移動路徑和強度變化，而模式中使用的地形數(shù)據(jù)如果不能準確反映實際地形特征，就會導(dǎo)致模擬誤差的產(chǎn)生。未來的研究可以考慮采用更高分辨率的初始場資料和地形數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化物理過程參數(shù)化方案，以提高模式對臺風(fēng)路徑和強度的模擬準確性。四、診斷分析4.1環(huán)流形勢場分析4.1.1副熱帶高壓與臺風(fēng)暴雨的關(guān)系在“伊布都”臺風(fēng)影響廣西的過程中，副熱帶高壓（以下簡稱副高）起著關(guān)鍵的作用，其與臺風(fēng)暴雨之間存在著密切的關(guān)系。7月23日08時，500hPa高度場上，副高呈現(xiàn)出較強的態(tài)勢，其西伸脊點位于115°E附近，脊線大致位于22°N附近。此時，“伊布都”臺風(fēng)位于南海海域，處于副高的南側(cè)偏東氣流引導(dǎo)之下，穩(wěn)定地向西北方向移動。副高的存在為臺風(fēng)的移動提供了引導(dǎo)氣流，使得臺風(fēng)能夠沿著特定的路徑向我國華南沿?？拷ｋS著時間的推移，7月24日08時，副高進一步加強西伸，西伸脊點達到118°E左右，脊線位置略有北抬，移至23°N附近。這一變化使得副高西側(cè)的偏南風(fēng)急流顯著加強。在廣西地區(qū)，850hPa高度場上，偏南風(fēng)風(fēng)速明顯增大，部分區(qū)域風(fēng)速達到12-16m/s。副高西側(cè)偏南風(fēng)急流的加強，為廣西大范圍的暴雨天氣創(chuàng)造了極為有利的條件。偏南風(fēng)急流從低緯度海洋地區(qū)帶來了豐富的水汽，這些水汽源源不斷地輸送到廣西上空，為暴雨的形成提供了充足的水汽來源。偏南風(fēng)急流還增強了大氣的上升運動。在廣西地區(qū)，垂直速度場顯示，在副高西側(cè)偏南風(fēng)急流的影響下，大氣的上升運動明顯增強，上升速度達到-2--4hPa/s。強烈的上升運動使得水汽能夠不斷地向上輸送，在高空冷卻凝結(jié)，形成降水，從而導(dǎo)致廣西地區(qū)出現(xiàn)大范圍的暴雨天氣。副高的位置和強度變化對臺風(fēng)的移動和降水分布有著重要的影響。當副高位置穩(wěn)定且強度較強時，其南側(cè)的偏東氣流能夠穩(wěn)定地引導(dǎo)臺風(fēng)向西北方向移動，使得臺風(fēng)沿著相對固定的路徑靠近我國沿海地區(qū)。在這種情況下，臺風(fēng)帶來的降水主要分布在其移動路徑的右側(cè)，即南部和東南部地區(qū)。當副高位置發(fā)生變化，如東退或西伸，以及強度發(fā)生變化，如增強或減弱時，會導(dǎo)致臺風(fēng)的移動路徑和降水分布發(fā)生改變。如果副高東退，其南側(cè)的偏東氣流對臺風(fēng)的引導(dǎo)作用減弱，臺風(fēng)可能會出現(xiàn)路徑北抬或轉(zhuǎn)向的情況，從而使得降水分布也相應(yīng)地發(fā)生變化。如果副高減弱，其對臺風(fēng)的引導(dǎo)作用也會減弱，臺風(fēng)的移動速度可能會減慢，降水持續(xù)的時間可能會延長，降水強度和范圍也可能會發(fā)生改變。在“伊布都”臺風(fēng)影響廣西的過程中，副高的加強西伸使得臺風(fēng)能夠穩(wěn)定地向西北方向移動，并在廣西地區(qū)產(chǎn)生了大范圍的暴雨天氣。但如果副高的位置和強度發(fā)生其他變化，“伊布都”臺風(fēng)的移動路徑和降水分布可能會與實際情況有所不同。4.1.2臺風(fēng)環(huán)境風(fēng)場的不對稱結(jié)構(gòu)對暴雨分布的影響臺風(fēng)環(huán)境風(fēng)場的結(jié)構(gòu)特征對臺風(fēng)暴雨的分布有著重要影響，“伊布都”臺風(fēng)的環(huán)境風(fēng)場呈現(xiàn)出明顯的不對稱結(jié)構(gòu)，這種不對稱性在多個高度層上均有體現(xiàn)。在850hPa高度場上，“伊布都”臺風(fēng)中心的南側(cè)和西南側(cè)，風(fēng)場表現(xiàn)出較強的風(fēng)速和風(fēng)向切變。臺風(fēng)中心南側(cè)的偏南氣流風(fēng)速較大，部分區(qū)域風(fēng)速達到10-12m/s，而臺風(fēng)中心西側(cè)的偏西氣流與南側(cè)偏南氣流之間存在明顯的風(fēng)向切變。這種風(fēng)速和風(fēng)向的切變使得空氣在該區(qū)域產(chǎn)生強烈的輻合上升運動。通過分析散度場可以發(fā)現(xiàn)，在臺風(fēng)中心的南側(cè)和西南側(cè)，存在明顯的負散度中心，散度值達到-5×10??--8×10??s?1，表明該區(qū)域有強烈的空氣輻合。強烈的輻合上升運動使得水汽迅速向上輸送，在高空冷卻凝結(jié)，形成降水，從而導(dǎo)致臺風(fēng)南部和西南部出現(xiàn)較強的降水。在500hPa高度場上，臺風(fēng)環(huán)境風(fēng)場的不對稱結(jié)構(gòu)同樣顯著。臺風(fēng)中心的東北部，存在一個明顯的高空急流區(qū)，風(fēng)速達到20-25m/s。而在臺風(fēng)中心的南部和西南部，風(fēng)速相對較小，且風(fēng)向與東北部高空急流區(qū)存在明顯差異。這種風(fēng)場的不對稱結(jié)構(gòu)對臺風(fēng)暴雨的分布產(chǎn)生了重要影響。高空急流區(qū)的存在使得臺風(fēng)東北部的空氣具有較強的輻散運動，而在臺風(fēng)南部和西南部，由于風(fēng)速較小且風(fēng)向不同，空氣的輻散運動相對較弱。在垂直方向上，這種高低空的輻散輻合配置有利于臺風(fēng)南部和西南部的上升運動的維持和加強。通過垂直速度場分析可知，在臺風(fēng)南部和西南部，垂直上升速度達到-3--5hPa/s，且這種上升運動在垂直方向上具有一定的厚度，從低層一直延伸到中層。這種強烈且深厚的上升運動為暴雨的形成提供了有利的動力條件，使得臺風(fēng)南部和西南部的降水強度明顯增強。臺風(fēng)環(huán)境風(fēng)場的不對稱結(jié)構(gòu)還導(dǎo)致了臺風(fēng)暴雨在空間上的不對稱分布。在“伊布都”臺風(fēng)影響期間，降水主要集中在臺風(fēng)中心的南部和西南部，形成了明顯的暴雨中心。在廣西南部的部分地區(qū)，24小時降水量超過200毫米，而在臺風(fēng)中心的東北部，降水強度相對較弱，24小時降水量大多在50毫米以下。這種降水分布的不對稱性與臺風(fēng)環(huán)境風(fēng)場的不對稱結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。風(fēng)場的不對稱導(dǎo)致了水汽輸送、空氣輻合輻散以及上升運動等的不對稱，從而使得降水在空間上呈現(xiàn)出不對稱分布。臺風(fēng)環(huán)境風(fēng)場的不對稱結(jié)構(gòu)還對不同區(qū)域的降水強度產(chǎn)生影響。在臺風(fēng)南部和西南部，由于風(fēng)場的有利配置，使得該區(qū)域的降水強度明顯大于其他區(qū)域，形成了強降水中心。而在臺風(fēng)的其他區(qū)域，由于風(fēng)場條件不利于降水的形成和發(fā)展，降水強度相對較弱。4.1.3孟加拉灣至中南半島西南風(fēng)急流的作用在“伊布都”臺風(fēng)影響廣西的過程中，孟加拉灣至中南半島一帶維持著強盛的西南風(fēng)急流，這一西南風(fēng)急流對臺風(fēng)南部暴雨的形成和發(fā)展起到了重要的大尺度背景場作用。從7月23日08時的850hPa風(fēng)場圖可以清晰地看到，西南風(fēng)急流從孟加拉灣出發(fā)，經(jīng)過中南半島，一直延伸到南海海域，與“伊布都”臺風(fēng)的環(huán)流相互作用。在孟加拉灣地區(qū)，西南風(fēng)急流的風(fēng)速達到12-14m/s，在中南半島，風(fēng)速也維持在10-12m/s左右。這一強盛的西南風(fēng)急流為臺風(fēng)南部維持強的渦度中心提供了有利的條件。西南風(fēng)急流攜帶了大量的水汽，為臺風(fēng)南部的強降水提供了充足的水汽來源。通過水汽通量分析可知，在西南風(fēng)急流的影響下，大量的水汽從孟加拉灣向中南半島和南海海域輸送。在南海海域，水汽通量達到12-15g/(cm?hPa?s)，這些水汽在臺風(fēng)南部地區(qū)輻合，為強降水的形成提供了豐富的水汽條件。西南風(fēng)急流還對臺風(fēng)南部的動力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。它使得臺風(fēng)南部的空氣具有較強的輻合上升運動。在臺風(fēng)南部的廣西地區(qū)，通過散度場和垂直速度場分析發(fā)現(xiàn)，在西南風(fēng)急流的作用下，該區(qū)域存在明顯的負散度中心，散度值達到-4×10??--6×10??s?1，同時垂直上升速度達到-3--5hPa/s。強烈的輻合上升運動使得水汽能夠不斷地向上輸送，在高空冷卻凝結(jié)，形成降水，從而導(dǎo)致臺風(fēng)南部出現(xiàn)強降水。西南風(fēng)急流還對臺風(fēng)的移動路徑和強度變化產(chǎn)生一定的影響。它與副高南側(cè)的偏東氣流相互作用，共同影響著臺風(fēng)的移動。當西南風(fēng)急流較強時，它會對臺風(fēng)的移動路徑產(chǎn)生一定的引導(dǎo)作用，使得臺風(fēng)更加穩(wěn)定地向西北方向移動。西南風(fēng)急流還會影響臺風(fēng)與周圍環(huán)境的能量和動量交換，從而對臺風(fēng)的強度變化產(chǎn)生影響。在“伊布都”臺風(fēng)影響廣西的過程中，西南風(fēng)急流的存在使得臺風(fēng)能夠穩(wěn)定地向西北方向移動，并在廣西地區(qū)產(chǎn)生了強降水。如果西南風(fēng)急流的強度和位置發(fā)生變化，可能會導(dǎo)致臺風(fēng)的移動路徑和降水分布發(fā)生改變。4.2物理量場分析4.2.1水汽輸送特征通過對水汽通量及其散度的分析，能夠清晰地揭示本次桂南暴雨的水汽來源和輸送路徑。在2003年7月23日08時，從850hPa高度場的水汽通量分布可以看出，孟加拉灣地區(qū)存在一個明顯的水汽源地，水汽通量值達到10-12g/(cm?hPa?s)。一支強盛的西南風(fēng)水汽輸送帶從孟加拉灣出發(fā)，經(jīng)過中南半島，一直延伸到南海海域，最終到達桂南地區(qū)。在中南半島，水汽通量雖然略有減小，但仍維持在8-10g/(cm?hPa?s)左右。這表明中南半島在水汽輸送過程中起到了重要的通道作用，使得孟加拉灣的水汽能夠順利地輸送到桂南地區(qū)。進一步分析水汽通量散度，在桂南地區(qū)，水汽通量散度為負值，達到-4×10??--6×10??g/(cm2?hPa?s)。這表明該區(qū)域存在強烈的水汽輻合，大量的水汽在此匯聚，為暴雨的形成提供了充足的水汽條件。從時間演變來看，在暴雨發(fā)生前，水汽通量和水汽輻合強度逐漸增強，這是因為隨著臺風(fēng)的逐漸靠近，其環(huán)流系統(tǒng)不斷吸引周圍的水汽，使得水汽輸送更加旺盛。在暴雨發(fā)生期間，水汽通量和水汽輻合維持在較高水平，持續(xù)為暴雨提供水汽支持。當暴雨減弱后，水汽通量和水汽輻合強度也隨之減小，說明水汽輸送的減弱導(dǎo)致了暴雨的結(jié)束。為了更直觀地了解水汽輸送對降水的影響，對比不同時段的水汽通量和降水分布。在7月24日08時，水汽通量高值區(qū)與桂南地區(qū)的強降水區(qū)域高度吻合，強降水中心位于水汽通量輻合最強的區(qū)域。這進一步證實了水汽輸送對降水的重要作用，充足的水汽供應(yīng)是強降水形成的關(guān)鍵因素之一。如果水汽輸送路徑發(fā)生改變，如西南風(fēng)水汽輸送帶減弱或偏移，可能會導(dǎo)致桂南地區(qū)的水汽供應(yīng)減少，從而影響暴雨的強度和范圍。地形對水汽輸送也有重要影響，桂南地區(qū)的山脈和地形起伏會改變水汽的輸送方向和速度，使得水汽在某些區(qū)域更容易聚集，從而影響降水的分布。4.2.2垂直螺旋度與暴雨的關(guān)系垂直螺旋度作為一個重要的物理量，能夠反映大氣的旋轉(zhuǎn)和上升運動的耦合程度，在本次臺風(fēng)過程中，對系統(tǒng)的發(fā)展和暴雨的維持起到了關(guān)鍵作用。在臺風(fēng)過程前期，垂直螺旋度在高低層呈現(xiàn)出明顯的負、正螺旋度配置。在高層（500hPa），垂直螺旋度為負值，達到-5×10??--8×10??m2/s2。這表明高層大氣存在較強的輻散和下沉運動，空氣向外擴散，使得高層的渦度和垂直速度的耦合呈現(xiàn)出負螺旋度的特征。在低層（850hPa），垂直螺旋度為正值，達到5×10??-8×10??m2/s2。這意味著低層大氣存在強烈的輻合和上升運動，空氣向中心匯聚并向上抬升，使得渦度和垂直速度的耦合呈現(xiàn)出正螺旋度的特征。這種高低層的負、正螺旋度配置十分有利于系統(tǒng)自身的發(fā)展。高層的輻散為低層的輻合提供了抽吸作用，使得低層的空氣能夠更強烈地上升，從而增強了系統(tǒng)的對流活動。低層的輻合上升運動又為高層的輻散提供了物質(zhì)來源，使得高層的輻散能夠持續(xù)進行。這種高低層的相互配合，形成了一個良性的循環(huán)，促進了系統(tǒng)的發(fā)展和加強。對于暴雨的維持，這種配置也起到了重要作用。強烈的上升運動使得水汽能夠不斷地向上輸送，在高空冷卻凝結(jié)，形成降水。高層的輻散又有利于降水粒子的擴散和沉降，使得降水能夠持續(xù)進行。在桂南地區(qū)的暴雨中心，垂直螺旋度的這種配置特征尤為明顯，正螺旋度中心與強降水中心高度吻合。通過對垂直螺旋度時間演變的分析發(fā)現(xiàn)，在暴雨發(fā)生前，垂直螺旋度逐漸增大，表明系統(tǒng)的對流活動逐漸增強，為暴雨的發(fā)生做好了準備。在暴雨發(fā)生期間，垂直螺旋度維持在較高水平，持續(xù)為暴雨提供動力支持。當暴雨減弱后，垂直螺旋度也隨之減小，說明系統(tǒng)的對流活動減弱，暴雨逐漸結(jié)束。4.2.3對流不穩(wěn)定度和濕斜壓渦度的影響對流不穩(wěn)定度和濕斜壓渦度在本次臺風(fēng)南部暴雨過程中對降水的加劇起到了重要作用，它們通過影響中低層濕位渦的變化，進而影響降水的強度和分布。在暴雨發(fā)生前，通過對流有效位能（CAPE）的分析可以發(fā)現(xiàn)，桂南地區(qū)的對流不穩(wěn)定度逐漸增強。在7月23日08時，桂南部分地區(qū)的CAPE值達到1500-2000J/kg。對流不穩(wěn)定度的增強意味著大氣中儲存了更多的不穩(wěn)定能量，當觸發(fā)機制出現(xiàn)時，這些能量能夠迅速釋放，引發(fā)強烈的對流活動。在本次臺風(fēng)過程中，臺風(fēng)環(huán)流的上升運動和水汽輻合為對流不穩(wěn)定能量的釋放提供了觸發(fā)條件。大量的水汽在上升過程中冷卻凝結(jié)，釋放出潛熱，進一步增強了對流不穩(wěn)定度，使得對流活動更加劇烈。濕斜壓渦度的發(fā)展也對降水加劇產(chǎn)生了重要影響。濕斜壓渦度是由濕斜壓性產(chǎn)生的渦度，它反映了大氣中溫度和濕度的不均勻分布所引起的渦旋運動。在桂南地區(qū)，隨著臺風(fēng)的靠近，濕斜壓渦度逐漸增大。在850hPa高度場上，濕斜壓渦度值從7月23日08時的5×10??-8×10??s?1增大到7月24日08時的8×10??-10×10??s?1。濕斜壓渦度的增大使得大氣中的渦旋運動更加劇烈，有利于空氣的輻合上升。對流不穩(wěn)定度的增強和濕斜壓渦度的發(fā)展共同導(dǎo)致了中低層濕位渦的增強。濕位渦是一個綜合反映大氣動力和熱力性質(zhì)的物理量，它與降水密切相關(guān)。在桂南地區(qū)，中低層（850-700hPa）的濕位渦絕對值在暴雨發(fā)生前明顯增大，達到1.5×10??-2.0×10??K?m2/(kg?s)。濕位渦的增強表明大氣的不穩(wěn)定程度增加，上升運動加強，從而導(dǎo)致降水加劇。在暴雨中心，濕位渦的高值區(qū)與強降水區(qū)域高度吻合，進一步說明了濕位渦對降水的指示作用。五、結(jié)論與展望5.1主要研究結(jié)論總結(jié)本文通過運用數(shù)值模擬與診斷分析相結(jié)合的方法，對“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨展開了深入研究，得出以下主要結(jié)論：在數(shù)值模擬方面，利用PSU/NCAR非靜力中尺度模式MM5V3.6對“伊布都”臺風(fēng)影響廣西的暴雨過程進行模擬。模擬結(jié)果表明，MM5模式在整體上能夠較好地再現(xiàn)“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的主要特征。在降水分布的模擬上，模式能夠準確捕捉到主要雨帶的位置，其模擬的雨帶主要分布在臺風(fēng)中心的南部和西南部，與實際觀測到的雨帶位置基本相符，強降水空間分布呈現(xiàn)出明顯的不對稱性。在降水強度方面，雖然在一些局部地區(qū)模擬值與實況存在一定差異，但在廣東西部和廣西南部等主要降水區(qū)域，模擬的降水強度與實況較為接近，能夠反映出臺風(fēng)南部暴雨的強降水特征。對于臺風(fēng)路徑和強度的模擬，模式在總體趨勢上能夠較好地再現(xiàn)“伊布都”臺風(fēng)從南海向西北方向移動，在廣東陽江附近登陸，隨后繼續(xù)向西移動進入廣西境內(nèi)的路徑，以及強度先增強后減弱的變化趨勢。然而，在路徑的細節(jié)上，如登陸前部分時段出現(xiàn)一定程度的偏移，以及強度變化方面，登陸后模擬強度的減弱速度與實際情況存在一定差異。在數(shù)值模擬方面，利用PSU/NCAR非靜力中尺度模式MM5V3.6對“伊布都”臺風(fēng)影響廣西的暴雨過程進行模擬。模擬結(jié)果表明，MM5模式在整體上能夠較好地再現(xiàn)“伊布都”臺風(fēng)南部暴雨的主要特征。在降水分布的模擬上，模式能夠準確捕捉到主要雨帶的位置，其模擬的雨帶主要分布在臺風(fēng)中心的南部和西南部，與實際觀測到的雨帶位置基本相符，強降水空間分布呈現(xiàn)出明顯的不