華南前汛期持續(xù)暴雨環(huán)流分型初步研究

張端禹,鄭彬,汪小康,崔春光,趙玉春

(1.中國(guó)氣象局 武漢暴雨研究所 暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)警湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430205;

2.中國(guó)氣象局 廣州熱帶海洋氣象研究所/熱帶季風(fēng)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510080)

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華南前汛期持續(xù)暴雨環(huán)流分型初步研究

張端禹1,鄭彬2,汪小康1,崔春光1,趙玉春1

(1.中國(guó)氣象局 武漢暴雨研究所 暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)警湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430205;

2.中國(guó)氣象局 廣州熱帶海洋氣象研究所/熱帶季風(fēng)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510080)

摘要：采用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析資料和臺(tái)站觀測(cè)降水量資料,按一定標(biāo)準(zhǔn)選取了華南前汛期24個(gè)持續(xù)暴雨過(guò)程;并且按基本判據(jù)確定逐年華南夏季風(fēng)降水開(kāi)始日期。然后依據(jù)南亞高壓環(huán)流型和相對(duì)于該年夏季風(fēng)降水開(kāi)始的早晚,將這些暴雨過(guò)程劃分為夏季風(fēng)降水前、后南亞高壓東部型,夏季風(fēng)降水后南亞高壓帶狀、西部型共4個(gè)類型;其中,夏季風(fēng)后南亞高壓西部型次數(shù)最多、平均持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。所有類型持續(xù)暴雨的相同點(diǎn)是:廣東東北部附近均為暴雨頻率和雨量高值區(qū);暴雨期間華南150 hPa位勢(shì)高度增加、500 hPa位勢(shì)高度減少;華南處在150 hPa偏西風(fēng)急流南側(cè)輻散區(qū)中;850 hPa華南沿海有明顯的西南氣流,低層輻合在華南東北部最明顯;兩廣沿海為可降水量大值區(qū);華南的整層水汽輸送主要呈現(xiàn)西南向。不同點(diǎn)是:夏季風(fēng)后南亞高壓西部型平均雨量較小,夏季風(fēng)后南亞高壓帶狀型與西部型在印度洋上存在明顯的偏東風(fēng)高空急流;夏季風(fēng)后南亞高壓類型在兩廣沿海的可降水量數(shù)值較大。

關(guān)鍵詞：華南前汛期;持續(xù)暴雨;南亞高壓;華南夏季風(fēng)降水;環(huán)流型

0引言

南亞高壓是夏季出現(xiàn)在青藏高原及鄰近地區(qū)對(duì)流層上部的大型高壓系統(tǒng)(朱乾根等,2000),有明顯的年際和年代際變化(張瓊等,2000)。Qian et al.(2002)指出,南亞高壓存在兩個(gè)季節(jié)平衡態(tài),即夏半年大陸高壓和冬半年海洋高壓,加熱場(chǎng)對(duì)南亞高壓的季節(jié)變化有重要作用。南亞高壓活動(dòng)對(duì)我國(guó)夏季較大范圍旱澇分布有著重要影響(陳永仁等,2009;胡景高等,2010;張玲和智協(xié)飛,2010;朱玲等,2010;Liu et al.,2011;張嬌等,2012;朱科和張文娟,2012;曹鑫等,2013)。以往人們多關(guān)注它對(duì)我國(guó)東部夏季旱澇分布的影響,而依照其環(huán)流特點(diǎn)來(lái)劃分華南前汛期持續(xù)暴雨類型的研究還不多見(jiàn)。

南海夏季風(fēng)的爆發(fā)和向北推進(jìn)是每年我國(guó)天氣氣候的重要事件,其爆發(fā)最顯著的特征就是南海地區(qū)低層西南風(fēng)的突然增強(qiáng)和降水的明顯增多(Zheng et al.,2011)。根據(jù)鄭彬等(2006)的研究,華南夏季風(fēng)降水開(kāi)始于南海夏季風(fēng)爆發(fā)之后;就氣候平均狀態(tài)而言,南海夏季風(fēng)推進(jìn)到華南的時(shí)間約為1候。池艷珍等(2005)比較華南前汛期(4—6月)不同時(shí)段降水特征發(fā)現(xiàn),前汛期降水由鋒面降水和夏季風(fēng)降水兩個(gè)時(shí)段組成;夏季風(fēng)降水時(shí)段南亞高壓躍上高原,華南地區(qū)處于高壓東部,對(duì)流發(fā)展極其旺盛。華南前汛期包含著鋒面降水和夏季風(fēng)降水兩個(gè)時(shí)段的結(jié)論得到較為廣泛的證實(shí)(袁媛等,2012)。

南亞高壓活動(dòng)與亞洲南部夏季風(fēng)建立早晚密切聯(lián)系。王黎娟與郭帥宏(2012)研究了4—5月南亞高壓在中南半島上空建立與亞洲南部夏季風(fēng)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn):南亞高壓建立偏早年,孟加拉灣東部—中南半島夏季風(fēng)和南海夏季風(fēng)爆發(fā)早;南亞高壓建立偏晚年,孟加拉灣東部—中南半島夏季風(fēng)和南海夏季風(fēng)爆發(fā)晚。本文既考察南亞高壓環(huán)流型,又考慮華南夏季風(fēng)是否建立,以此來(lái)劃分華南前汛期持續(xù)暴雨的環(huán)流類型。具體作法是,在依據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)選出華南前汛期持續(xù)暴雨歷史個(gè)例的基礎(chǔ)上,按照華南夏季風(fēng)降水開(kāi)始的基本判據(jù),把每年華南前汛期劃分為夏季風(fēng)降水開(kāi)始前、后兩個(gè)階段;再在這兩個(gè)階段內(nèi)根據(jù)南亞高壓特點(diǎn),對(duì)各持續(xù)暴雨進(jìn)行分型。最后,比較夏季風(fēng)降水開(kāi)始前、后不同南亞高壓環(huán)流型控制下,持續(xù)暴雨主要影響天氣系統(tǒng)的異同。該項(xiàng)工作有助于我們提高對(duì)華南前汛期持續(xù)暴雨形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

1資料與方法

資料有:1)1961—2010年NCEP/NCAR 2.5°×2.5°日平均再分析資料,包括位勢(shì)高度、可降水量、經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)、地面氣壓和比濕等;2)1961—2010年中國(guó)氣象臺(tái)站逐日地面降雨觀測(cè)資料。

文中華南包括廣東、廣西以及湖南、江西、福建三省26.0°N以南的地區(qū)。華南前汛期持續(xù)暴雨是指在該地區(qū)每年4—6月滿足以下規(guī)定的降水過(guò)程:1)過(guò)程開(kāi)始日與結(jié)束日,華南至少有15個(gè)站點(diǎn)日降水超過(guò)50 mm,即均為區(qū)域暴雨日;2)區(qū)域暴雨日持續(xù)5 d及以上。期間可以有華南日降水量超過(guò)50 mm站數(shù)低于15的雨日,但這樣的雨日不得連續(xù)出現(xiàn)。依照朱乾根等(2000)方法區(qū)分華南持續(xù)暴雨期間150 hPa南亞高壓位勢(shì)高度場(chǎng)分布特征;若南亞高壓中心位于90°E以西屬于西部型,位于90°E以東屬于東部型,位于90°E附近或有幾個(gè)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)闹行某蕱|西向分布就稱為帶狀型。

因?yàn)槿A南夏季風(fēng)降水開(kāi)始前、后降水性質(zhì)有較大的差別,所以在對(duì)華南前汛期持續(xù)暴雨分型時(shí),不但要考慮南亞高壓環(huán)流型,還要考慮持續(xù)暴雨發(fā)生時(shí)間與華南夏季風(fēng)降水開(kāi)始時(shí)間的先后關(guān)系。鄭彬等(2006)給出了華南夏季風(fēng)降水開(kāi)始的基本判據(jù):100 hPa緯向風(fēng)由西風(fēng)轉(zhuǎn)為東風(fēng)并維持5 d以上。本文先應(yīng)用該判據(jù)得出1961—2010年逐年華南夏季風(fēng)降水開(kāi)始日期,然后在劃分每個(gè)持續(xù)暴雨過(guò)程環(huán)流型時(shí),應(yīng)用這些日期數(shù)字確定暴雨發(fā)生時(shí)間相對(duì)于華南夏季風(fēng)降水開(kāi)始時(shí)間的早晚。除了特別說(shuō)明外,后文夏季風(fēng)均指華南夏季風(fēng)。

2華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程

表1表明,1961—2010年華南前汛期共有24個(gè)持續(xù)暴雨過(guò)程,年均0.48個(gè),平均每個(gè)持續(xù)7.3 d。其中,有6個(gè)發(fā)生在夏季風(fēng)降水開(kāi)始前的南亞高壓東部型形勢(shì)下,它們主要發(fā)生在5月,平均持續(xù)5.8 d;有2個(gè)發(fā)生在夏季風(fēng)降水開(kāi)始后的南亞高壓東部型形勢(shì)下,它們發(fā)生在6月,平均持續(xù)6.5 d;有5個(gè)發(fā)生在夏季風(fēng)降水開(kāi)始后的南亞高壓帶狀型形勢(shì)下,它們發(fā)生在6月,平均持續(xù)7.2 d;有11個(gè)發(fā)生在夏季風(fēng)降水開(kāi)始后的南亞高壓西部型形勢(shì)下,它們發(fā)生在6月,平均持續(xù)8.2 d。

華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程的南亞高壓環(huán)流型,夏季風(fēng)前東部型有6次,以下簡(jiǎn)稱EB型;夏季風(fēng)后東部型有2次,以下簡(jiǎn)稱EA型;夏季風(fēng)后帶狀型有5次,以下簡(jiǎn)稱BA型;夏季風(fēng)后西部型有11次,以下簡(jiǎn)稱WA型。暴雨過(guò)程平均持續(xù)時(shí)間,EB型最短,WA型最長(zhǎng)。南亞高壓東部型主要發(fā)生在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之前,而南亞高壓帶狀型與西部型則都發(fā)生在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之后。華南前汛期持續(xù)暴雨多發(fā)生在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之后。其中,WA型次數(shù)最多,平均持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。

表11961—2010華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

Table 1Statistics of persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China

序號(hào)暴雨過(guò)程日期過(guò)程雨量中心夏季風(fēng)降水開(kāi)始日期南亞高壓型11964-06-11—15粵西沿海與粵北1964-05-20帶狀型21965-06-12—19福建沿海1965-06-02帶狀型31968-05-19—24粵西沿海1968-06-06東部型41968-06-08—24粵北地區(qū)1968-06-06西部型51969-05-12—16粵北地區(qū)1969-06-04東部型61972-05-04—11粵中沿海1972-06-07東部型71972-06-14—18粵東沿海1972-06-07西部型81973-05-31—06-04贛南至閩西南1973-06-14東部型91974-06-21—25粵東沿海1974-06-03帶狀型101977-05-27—31粵東沿海1977-05-31東部型111982-05-27—06-01粵中、粵東沿海1982-05-31東部型121983-06-15—21桂東北與粵東沿海1983-05-24東部型131993-06-07—11粵東沿海1963-06-01西部型141994-06-08—19粵西沿海與桂北1994-05-22西部型151996-06-20—24粵東沿海1996-06-19西部型161998-06-18—25粵西沿海1998-05-31西部型172000-06-08—12福建沿海2000-06-04帶狀型182001-06-03—13粵西沿海2001-05-21西部型192002-06-10—17桂東北地區(qū)2002-06-02西部型202005-06-01—06廣西南部2005-06-01東部型212005-06-011—23廣東中部2005-06-01帶狀型222007-06-06—10粵閩贛交界地區(qū)2007-05-21西部型232008-06-05—13粵中沿海地區(qū)2008-05-21西部型242008-06-25—29粵北地區(qū)2008-05-21西部型

研究表明,華南前汛期暴雨與高空急流、南亞高壓等形成的輻散,中層擾動(dòng),低層低渦、低空急流以及偏南風(fēng)加強(qiáng)等形成的輻合等關(guān)系密切(姜麗萍等,2007;Meng et al.,2008;趙玉春和王葉紅,2009;何編和孫照渤,2010;丁治英等,2011;何編等,2012;Yuan et al.,2012;張楠等,2013)。下面將分析各型暴雨過(guò)程中這些天氣系統(tǒng)的演變特征。

3各型暴雨過(guò)程暴雨頻率與日降雨量

各型暴雨過(guò)程中,站點(diǎn)暴雨天數(shù)除以所有過(guò)程總天數(shù),得到該型站點(diǎn)暴雨頻率分布(圖1)?？梢钥闯?EB型、EA型暴雨高頻區(qū)均呈東西走向,主要位于廣東、廣西;BA型與WA型暴雨高頻區(qū)呈西南至東北走向,主要位于華南的東部。在各型持續(xù)暴雨中,廣東均為暴雨頻率高值區(qū),廣西南部均為暴雨頻率低值區(qū)。從各型暴雨過(guò)程平均來(lái)看,廣西南部暴雨低頻區(qū)可能與當(dāng)?shù)氐蛯?50 hPa弱輻散區(qū)有關(guān),后文將對(duì)此進(jìn)行分析。

圖1　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨的頻率分布(陰影表示頻率≥10%)　　a.EB型;b.EA型;c.BA型;d.WA型Fig.1　Frequency distribution of persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China(units:%;shadings denote the frequency greater than or equal to 10%)　　a.east SAH(South Asia high) before SCSMR(South China summer monsoon rainfall);b.east SAH after SCSMR;c.belt SAH after SCSMR;d.west SAH after SCSMR

計(jì)算前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程各型的平均雨量,發(fā)現(xiàn)華南大部地區(qū)日均降雨量都超過(guò)10 mm·d-1(圖略)。其中,對(duì)于超過(guò)30 mm·d-1的較強(qiáng)降雨區(qū),EB型主要位于粵東到粵北,EA型主要位于粵東和桂北,BA型主要位于粵東和粵西,WA型主要位于粵東、粵西與桂北。各型平均的較強(qiáng)降雨中心出現(xiàn)地點(diǎn)與表1統(tǒng)計(jì)的各型單過(guò)程降雨中心較多出現(xiàn)的地點(diǎn)基本一致。各型平均的日降雨量在廣西南部附近,比華南其他地方都略小,其原因可能與廣西南部低層為弱的輻散有關(guān)。

4各型暴雨過(guò)程150 hPa與500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)演變

4.1　150 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)演變

由圖2a可見(jiàn),6場(chǎng)EB型持續(xù)暴雨過(guò)程150 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的合成特點(diǎn)是:南亞高壓中心偏在90°E以東,脊線偏在20°N以南;南亞高壓中心位勢(shì)高度在所有類型中最低,為1 430 dagpm;暴雨過(guò)程平均與暴雨之前1～5 d平均相減,華南正變高為2 dagpm,說(shuō)明暴雨區(qū)高層位勢(shì)高度增加。由圖2b可見(jiàn),2場(chǎng)EA型持續(xù)暴雨過(guò)程150 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的合成特點(diǎn)是:南亞高壓中心偏在90°E以東,脊線稍微偏在20°N以北;南亞高壓中心位勢(shì)高度超過(guò)1 438 dagpm的范圍較大;暴雨過(guò)程平均與暴雨之前1～5 d平均相減,華南正變高超過(guò)2 dagpm,在所有類型中增加最明顯。圖2c表明,5場(chǎng)BA型持續(xù)暴雨過(guò)程150 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的合成特點(diǎn)是:南亞高壓中心偏在90°E附近,高壓中心區(qū)呈東西向帶狀走向,且脊線偏北在25°N附近;高壓中心位勢(shì)高度為1 436 dagpm;暴雨過(guò)程平均與暴雨之前1～5 d平均相比,華南正變高為2 dagpm。圖2d顯示,11場(chǎng)WA型持續(xù)暴雨過(guò)程150 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的合成特點(diǎn)是:南亞高壓中心在70°E附近,明顯偏西,其中心區(qū)域呈東西向帶狀走向,脊線偏北于25°N附近;南亞高壓中心位勢(shì)高度偏高,為1 438 dagpm;暴雨過(guò)程平均與暴雨之前1～5 d平均相減,華南位勢(shì)高度正變化數(shù)值低于2 dagpm。

圖2　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程的150 hPa位勢(shì)高度(單位:dagpm)及其與暴雨前1～5 d平均的差值(陰影;間隔:2 dagpm)　　a.EB型(虛線為1 430 dagpm);b.EA型(虛線是1 438 dagpm);c.BA型;d.WA型Fig.2　Composite 150 hPa geopotential height(units:dagpm) in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China,and its difference(shadings;interval:2 dagpm) with that averaged from one to five d before the persistent heavy rain processes　　a.east SAH before SCSMR(dashed line is 1 430 dagpm);b.east SAH after SCSMR(dashed line is 1 438 dagpm);c.belt SAH after SCSMR;d.west SAH after SCSMR

華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程中,華南150 hPa均受南亞高壓東伸脊影響。其中,EB型持續(xù)暴雨過(guò)程南亞高壓相對(duì)較弱,脊線位置偏南。這可能與它們發(fā)生時(shí)間偏早(均在5月)有關(guān)。EA型持續(xù)暴雨過(guò)程,南亞高壓中心最強(qiáng),距離華南最近,華南地區(qū)位勢(shì)高度增幅也最大。華南150 hPa位勢(shì)高度增加有利于高層輻散和暴雨維持。張嬌等(2012)分析淮河流域持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程也發(fā)現(xiàn),流域上空200 hPa位勢(shì)高度增加有利于暴雨的發(fā)生和維持。本文得到類似結(jié)論。

4.2　500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)演變

圖3顯示,6場(chǎng)EB型持續(xù)暴雨過(guò)程的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的合成特點(diǎn)是:副高呈東西向帶狀分布,且位于南海中部到菲律賓群島以東洋面上,其脊線偏在20°N以南,中心位勢(shì)高度較低,為586 dagpm,在所有類型中,此型副高位置最偏西南,強(qiáng)度最弱;華南受本區(qū)西部低槽影響。2場(chǎng)EA型持續(xù)暴雨過(guò)程的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的合成特點(diǎn)是:副高主體位于臺(tái)灣以東洋面,其位勢(shì)高度偏高,為590 dagpm,副高脊線偏在20°N以北;西藏南部到孟加拉灣北部為低槽區(qū),此型無(wú)論是在副高主體范圍上,還是在華南上空的位勢(shì)高度,于各型中均最大。5場(chǎng)BA型與11場(chǎng)WA型持續(xù)暴雨過(guò)程各自位勢(shì)高度場(chǎng)的合成特點(diǎn)是:副高主體均位于臺(tái)灣以東洋面,位勢(shì)高度均超過(guò)588 dagpm,其脊線均偏在20°N以北。華南地區(qū)BA型受孟加拉灣南支槽前西南氣流影響,WA型受本區(qū)西部低槽影響。另外,各型暴雨期間平均與前期1～5 d平均相減,華南地區(qū)500 hPa位勢(shì)高度均下降,說(shuō)明從暴雨之前到暴雨期間華南500 hPa位勢(shì)高度在降低,有利于該層等位勢(shì)高度線在華南氣旋性曲率的增加。

圖3　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程的500 hPa位勢(shì)高度(單位:dagpm)及其與暴雨前1～5 d平均的差值(陰影;間隔:2 dagpm)　　a.EB型(虛線是586 dagpm);b.EA型(虛線是590 dagpm);c.BA型;d.WA型Fig.3　Composite 500 hPa geopotential height(units:dagpm) in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China,and its difference(shadings;interval:2 dagpm) with that averaged from one to five d before the persistent heavy rain processes　　a.east SAH before SCSMR(dashed line is 586 dagpm);b.east SAH after SCSMR(dashed line is 590 dagpm);c.belt SAH after SCSMR;d.west SAH after SCSMR

4型華南持續(xù)暴雨過(guò)程500 hPa位勢(shì)高度的共同點(diǎn)是,與暴雨前期相比,暴雨過(guò)程華南位勢(shì)高度降低。不同點(diǎn)是,夏季風(fēng)降水開(kāi)始之前,較弱的副高主體位于菲律賓附近洋面,華南受副高北側(cè)低槽影響;夏季風(fēng)降水開(kāi)始后,較強(qiáng)副高主體位于臺(tái)灣以東洋面,華南受副高西側(cè)的西南或偏西氣流影響。

5各型暴雨過(guò)程高、低層風(fēng)場(chǎng)與散度場(chǎng)特征

5.1　150 hPa高空急流與輻散

圖4顯示了各型持續(xù)暴雨期間平均150 hPa高空急流的分布?？梢?jiàn),東亞中緯度地區(qū)特別是我國(guó)華北平原上空都有偏西風(fēng)急流,偏西風(fēng)急流中心多位于青藏高原東側(cè)至日本中部一帶。BA型與WA型在印度半島以南印度洋上空有偏東風(fēng)急流活動(dòng),中心位于斯里蘭卡附近。各型150 hPa水平風(fēng)散度場(chǎng)顯示,華南上空為輻散氣流控制,最大散度均超過(guò)8.0×10-6s-1;其中EA型輻散最明顯,最大散度超過(guò)10.0×10-6s-1。

圖4　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨的150 hPa高空急流區(qū)(單位:m·s-1)與水平散度(深、淺陰影分別超過(guò)10.0×10-6s-1和8.0×10-6s-1)　　a.EB型;b.EA型;c.BA型;d.WA型Fig.4　Composite upper level jet stream zone(units:m·s-1) and horizontal divergence(shallow and dark shadings denote the divergence more than 8.0×10-6s-1and 10.0×10-6s-1,respectively) at 150 hPa in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China　　a.east SAH before SCSMR;b.east SAH after SCSMR;c.belt SAH after SCSMR;d.west SAH after SCSMR

5.2　850 hPa低層西南大風(fēng)與輻合

圖5顯示,前汛期各型持續(xù)暴雨過(guò)程的850 hPa上,華南沿海受西南風(fēng)影響,且最大風(fēng)速超過(guò)10 m·s-1;其中以BA型風(fēng)速最強(qiáng),最大風(fēng)速超過(guò)12 m·s-1。

圖5　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程的850 hPa低層風(fēng)(風(fēng)標(biāo)超過(guò)8 m·s-1)與水平輻合區(qū)(陰影低于-2.0×10-6s-1)(不規(guī)則空白區(qū)表示地形超過(guò)1 500 m)　　a.EB型;b.EA型;c.BA型;d.WA型Fig.5　Composite 850 hPa wind(wind barbs are more than 8 m·s-1) and horizontal divergence(shadings are the divergence less than -2.0×10-6s-1) in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China(Irregular blank area denotes topography more than 1 500 m)　　a.east SAH before SCSMR;b.east SAH after SCSMR;c.belt SAH after SCSMR;d.west SAH after SCSMR

各型暴雨過(guò)程的850 hPa上,廣西南部為弱輻散區(qū),其中BA型輻散最顯著,散度大于2.0×10-6s-1。低層弱輻散造成廣西南部暴雨頻率與平均雨量都較小。低層明顯輻合區(qū)出現(xiàn)在華南的東北部即贛南、閩南到粵東北一帶,其中EA型輻合相對(duì)較小。

6各型暴雨過(guò)程可降水量與整層水汽輸送特征

6.1　可降水量

圖6顯示,華南前汛期各型持續(xù)暴雨期間,華南西部為西南—東北走向的可降水量鋒區(qū)。其原因可能在于大氣中水汽主要分布在低層,而云貴高原海拔高,是可降水量的小值區(qū);同時(shí),兩廣沿海為可降水量的大值區(qū)。兩廣沿海可降水量大值中心在夏季風(fēng)降雨之前較小,僅為52 kg·m-2,而在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之后較大,超過(guò)56 kg·m-2。

圖6　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程的可降水量分布(單位:kg·m-2)　　a.EB型;b.EA型;c.BA型;d.WA型Fig.6　Composite precipitable water vapor(PWV) in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China(units:kg·m-2)　　a.east SAH before SCSMR;b.east SAH after SCSMR;c.belt SAH after SCSMR;d.west SAH after SCSMR

6.2　整層積分水汽輸送

依據(jù)劉蕓蕓等(2006)方法,單位邊長(zhǎng)整層大氣的水汽輸送通量Q的計(jì)算公式為:

(1)

式中:V為該單位氣柱內(nèi)各層大氣的風(fēng)矢量;q是各層大氣的比濕;ps、p分別是大氣柱下界氣壓(地面氣壓)和上界氣壓(取300 hPa);g為重力加速度;水汽輸送通量Q的單位為kg·m-1·s-1。劉蕓蕓和丁一匯(2008)計(jì)算了單位氣柱內(nèi)水汽輸送通量矢量。張端禹等(2010)分析2008年8月末湖北連續(xù)大暴雨過(guò)程發(fā)現(xiàn),暴雨發(fā)生時(shí)整層水汽輸送呈西南走向,當(dāng)其轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅弊呦驎r(shí)降雨減弱。

圖7顯示,6次EB型持續(xù)暴雨過(guò)程的地面至300 hPa積分的整層水汽輸送,華南大部超過(guò)40 kg·m-1·s-1,廣東西部沿海附近超過(guò)50 kg·m-1·s-1,多為西南—東北向的水汽輸送。赤道附近及其以北的印度洋上,整層水汽輸送大值區(qū)位于斯里蘭卡南側(cè)。2次EA型持續(xù)暴雨過(guò)程的整層水汽輸送,華南大部超過(guò)30 kg·m-1·s-1,廣西、廣東交界處超過(guò)40 kg·m-1·s-1,華南整層水汽輸送多為西南—東北走向。赤道附近及其以北的印度洋上空整層水汽輸送大值區(qū)位于索馬里以東至斯里蘭卡南側(cè)、孟加拉灣一帶。5次BA型持續(xù)暴雨過(guò)程的整層水汽輸送,華南東南部超過(guò)40 kg·m-1·s-1,局部超過(guò)50 kg·m-1·s-1,華南大部整層水汽輸送為西南—東北走向。赤道附近及其以北的印度洋上空整層水汽輸送大值區(qū)位于索馬里以東至斯里蘭卡南側(cè)、孟加拉灣一帶。11次WA型持續(xù)暴雨過(guò)程的華南東南部整層水汽輸送超過(guò)40 kg·m-1·s-1,其中粵東至閩南超過(guò)50 kg·m-1·s-1,華南大部整層水汽輸送為西南—東北走向。赤道附近及其以北的印度洋上空整層水汽輸送大值區(qū)位于索馬里以東到斯里蘭卡南側(cè)、孟加拉灣一帶。

圖7　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程的整層水汽輸送(箭矢;單位:kg·m-1·s-1;陰影區(qū)表示水汽輸送超過(guò)10 kg·m-1·s-1)　　a.EB型;b.EA型;c.BA型;d.WA型Fig.7　Composite water vapor transport(arrows;units:kg·m-1·s-1) integrated from ground to 300 hPa in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China(shadings denote the water vapor transport more than 10 kg·m-1·s-1)　　a.east SAH before SCSMR;b.east SAH after SCSMR;c.belt SAH after SCSMR;d.west SAH after SCSMR

可見(jiàn),無(wú)論夏季風(fēng)降雨開(kāi)始與否,持續(xù)暴雨過(guò)程華南上空整層積分水汽輸送均為西南—東北走向。南亞高壓東部型,華南水汽輸送大值中心位于廣東西部附近;BA型與WA型,華南水汽輸送大值中心位于東南沿海。夏季風(fēng)降雨開(kāi)始以前,印度洋北部的水汽輸送大值區(qū)位于斯里蘭卡南側(cè);夏季風(fēng)降雨開(kāi)始以后,印度洋北部的水汽輸送大值區(qū)位于索馬里以東,經(jīng)斯里蘭卡南側(cè)到孟加拉灣一帶。

7結(jié)論

1)華南前汛期持續(xù)暴雨過(guò)程少數(shù)出現(xiàn)在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之前(5月),多數(shù)出現(xiàn)在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之后(6月)。暴雨過(guò)程分型結(jié)果按數(shù)量從多到少依次是WA型、EB型、BA型與EB型;按平均持續(xù)時(shí)間從長(zhǎng)到短依次是WA型、BA型、EA型與EB型。WA型是華南前汛期最重要的持續(xù)性暴雨類型。

2)4類持續(xù)暴雨過(guò)程的相同之處在于,廣東東北部附近為暴雨頻率與雨量高值區(qū)。暴雨期間華南150 hPa高層受南亞高壓東伸脊影響,且與前期相比,位勢(shì)高度升高;500 hPa中層則位于副熱帶高壓的北側(cè)或西側(cè),且位勢(shì)高度降低;華南高層位于西風(fēng)帶急流南側(cè)的輻散區(qū)中;華南沿海低層有較明顯的西南氣流活動(dòng),華南的東北部水平氣流輻合最明顯;廣西南部低層弱輻散區(qū)直接導(dǎo)致當(dāng)?shù)乇┯觐l率與強(qiáng)度較小;華南西部有較明顯的可降水量鋒區(qū);兩廣沿海為可降水量大值區(qū);華南整層水汽輸送主要為西南向。

3)4類持續(xù)暴雨過(guò)程的不同之處在于,WA型平均雨量相對(duì)較小。暴雨期間BA型與WA型在印度洋上有明顯的高空偏東風(fēng)急流區(qū);兩廣沿海PWV大值中心,在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之前數(shù)值較小,在夏季風(fēng)降水開(kāi)始之后數(shù)值較大。

華南前汛期暴雨具有影響范圍較廣、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、降水強(qiáng)度大等特征,其形成機(jī)理較復(fù)雜,本文初步研究了華南前汛期持續(xù)暴雨的環(huán)流分型。由于不同的資料存在差異性,所以本文結(jié)論有待得到更多華南前汛期連續(xù)暴雨過(guò)程的驗(yàn)證。

致謝:武漢暴雨研究所徐明、賴安偉同志在數(shù)據(jù)分析中給予幫助,謹(jǐn)致謝忱!

參考文獻(xiàn)(References)：

曹鑫,任雪娟,孫旭光.2013.江淮流域夏季持續(xù)性強(qiáng)降水的低頻特征分析[J].氣象科學(xué),33(4):362-370.Cao Xin,Ren Xuejuan,Sun Xuguang.2013.Low-frequency oscillations of persistent heavy rainfall over Yangtze-Huaihe River Basin[J].J Meteor Sci,33(4):362-370.(in Chinese).

陳永仁,李躍清,王春國(guó),等.2009.夏季南亞高壓與川渝地區(qū)降水的關(guān)系研究[J].高原氣象,28(3):539-548.Chen Yongren,Li Yueqing,Wang Chunguo,et al.2009.Study on the relationship between South Asia High and rainfall of Sichuan-Chongqing regions in summer[J].Plateau Meteorology,28(3):539-548.(in Chinese).

池艷珍,何金海,吳志偉.2005.華南前汛期不同降水時(shí)段的特征分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),28(2):163-171.Chi Yanzhen,He Jinhai,Wu Zhiwei.2005.Features analysis of the different precipitation periods in the pre-flood season in South China[J].J Nanjing Inst Meteor,28(2):163-171.(in Chinese).

丁治英,劉彩虹,沈新勇.2011.2005—2008年5、6月華南暖區(qū)暴雨與高、低空急流和南亞高壓關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),27(3):307-316.Ding Zhiying,Liu Caihong,Shen Xinyong.2011.Statistical analysis of the relationship among warm sector heavy rainfall,upper and lower tropospheric jet stream and South Asia High in May and June from 2005 to 2008[J].J Trop Meteor,27(3):307-316.(in Chinese).

何編,孫照渤.2010.“0806”華南持續(xù)性暴雨診斷分析與數(shù)值模擬[J].氣象科學(xué),30(2):164-171.He Bian,Sun Zhaobo.2010.Diagnostic analysis and numerical simulation of persistent torrential rain in South China in June 2008[J].Scientia Meteorologica Sinica,30(2):164-171.(in Chinese).

何編,孫照渤,李忠賢.2012.一次華南持續(xù)性暴雨的動(dòng)力診斷分析和數(shù)值模擬[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),35(4):466-476.He Bian,Sun Zhaobo,Li Zhongxian.2012.Dynamic diagnosis and numerical simulation of a persistent torrential rain case in South China[J].Trans Atmos Sci,35(4):466-476.(in Chinese).

胡景高,陶麗,周兵.2010.南亞高壓活動(dòng)特征及其與我國(guó)東部夏季降水的關(guān)系[J].高原氣象,29(1):128-136.Hu Jinggao,Tao Li,Zhou Bing.2010.Characteristic of South Asia High activity and its relation with the precipitation of East China in summer[J].Plateau Meteorology,29(1):128-136.(in Chinese).

姜麗萍,尤紅,夏冠聰,等.2007.廣東罕見(jiàn)特大致洪暴雨形成機(jī)理個(gè)例分析[J].氣象科技,35(3):374-378.Jiang Liping,You Hong,Xia Guancong,et al.2007.Formation mechanism analysis of a flood-inducing heavy rain in Guangdong Province[J].Meteorological Science and Technology,35(3):374-378.(in Chinese).

Liu M,Pei H Y,Yu J W,et al.2011.On the relationship between 100-hPa South Asia High and Mei-yu in Jiangsu province[J].J Trop Meteor,17(3):302-309.

劉蕓蕓,丁一匯.2008.印度夏季風(fēng)與中國(guó)華北降水的遙相關(guān)分析及數(shù)值模擬[J].氣象學(xué)報(bào),66(5):789-799.Liu Yunyun,Ding Yihui.2008.Analysis and numerical simulation of the teleconnection between India summer monsoon and precipitation in North China[J].Acta Meteor Sinica,66(5):789-799.(in Chinese).

劉蕓蕓,何金海,梁建茵,等.2006.亞澳季風(fēng)區(qū)水汽輸送季節(jié)轉(zhuǎn)換特征[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),22(2):138-146.Liu Yunyun,He Jinhai,Liang Jianyin,et al.2006.Features of moisture transport in seasonal transition over Asian-Australian monsoon regions[J].J Trop Meteor,22(2):138-146.(in Chinese).

Meng W G,Zhang Y X,Dai G F,et al.2008.The formation and development of a mesoscale convective system with heavy rainfall along South China coastal area[J].J Trop Meteor,14(1):57-60.

Qian Y F,Zhang Q,Yao Y H,et al.2002.Seasonal variation and heat preference of the South Asia High[J].Adv Atmos Sci,19(5):821-836.

王黎娟,郭帥宏.2012.4—5月南亞高壓在中南半島上空建立的年際變化特征及其與亞洲南部夏季風(fēng)的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),35(1):10-23.Wang Lijuan,Guo Shuaihong.2012.Interannual variability of the South-Asia high establishment over the Indo-China Peninsula from April to May and its relation to Southern Asian summer monsoon[J].Trans Atmos Sci,35(1):10-23.(in Chinese).

Yuan F,Chen W,Zhou W.2012.Analysis of the role played by circulation in the persistent precipitation over South China in June 2010[J].Adv Atmos Sci,29(4):769-781.

袁媛,任福民,王艷嬌,等.2012.2012年華南前汛期降水特征及環(huán)流異常分析[J].氣象,38(10):1247-1254.Yuan Yuan,Ren Fuming,Wang Yanjiao,et al.2012.Analysis of the precipitation feature and general circulation anomaly during the pre-flood season in South China in 2012[J].Meteor Mon,38(10):1247-1254.(in Chinese).

張端禹,王明歡,陳波.2010.2008年8月末湖北連續(xù)大暴雨的水汽輸送特征[J].氣象,36(2):48-53.Zhang Duanyu,Wang Minghuan,Chen Bo.2010.Features of moisture transportation in a continuous torrential rain in Hubei Province at the end of August 2008[J].Meteor Mon,36(2):48-53.(in Chinese).

張嬌,郭品文,王東勇,等.2012.淮河流域持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程的環(huán)流變化特征[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),35(3):322-328.Zhang Jiao,Guo Pinwen,Wang Dongyong,et al.2012.Atmospheric circulation change during the persistent and strong precipitation process over the Huaihe River Valley[J].Trans Atmos Sci,35(3):322-328.(in Chinese).

張玲,智協(xié)飛.2010.南亞高壓和西太副高位置與中國(guó)盛夏降水異常[J].氣象科學(xué),30(4):438-444.Zhang Ling,Zhi Xiefei.2010.South Asia high and the subtropical western Pacific high and its relation to the mid-summer precipitation anomalies over China[J].Scientia Meteorologica Sinica,30(4):438-444.(in Chinese).

張楠,沈新勇,楊宇紅,等.2013.2008年6月一次華南暴雨過(guò)程的云分辨模擬分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),36(4):447-457.Zhang Nan,Shen Xinyong,Yang Yuhong,et al.2013.Analysis of cloud-resolving simulation of a heavy rainfall process in South China during June 2008[J].Trans Atmos Sci,36(4):447-457.(in Chinese).

張瓊,錢(qián)永甫,張學(xué)洪.2000.南亞高壓的年際和年代際變化[J].大氣科學(xué),24(1):67-78.Zhang Qiong,Qian Yongfu,Zhang Xuehong.2000.Interannual and interdecadal variations of the South Asia High[J].Chinese J Atmos Sci,24(1):67-78.(in Chinese).

趙玉春,王葉紅.2009.近30年華南前汛期暴雨研究概述[J].暴雨災(zāi)害,28(3):193-202;228.Zhao Yuchun,Wang Yehong.2009.A review of studies on torrential rain during pre-summer flood season in South China since the 1980’s[J].Torrential Rain and Disasters,28(3):193-202;228.(in Chinese).

鄭彬,梁建茵,林愛(ài)蘭,等.2006.華南前汛期的鋒面降水和夏季風(fēng)降水Ⅰ.劃分日期的確定[J].大氣科學(xué),30(6):1207-1216.Zheng Bin,Liang Jianyin,Lin Ailan,et al.2006.Frontal rain and summer monsoon rain during pre-rainy season in South China.Part Ⅰ:Determination of the division dates[J].Chinese J Atmos Sci,30(6):1207-1216.(in Chinese).

Zheng B,Lin A L,Gu D J,et al.2011.Determination of onset date of the South China Sea summer monsoon in 2006 using large-scale circulations[J].J Trop Meteor,17(3):202-208.

朱科,張文娟.2012.江淮流域持續(xù)性暴雨過(guò)程前期環(huán)流特征[J].氣象科技,40(3):423-427.Zhu Ke,Zhang Wenjuan.2012.Preceding atmospheric circulation characteristics of persistent heavy rainfall in Yangtze and Huaihe River basin[J].Meteorological Science and Technology,40(3):423-427.(in Chinese).

朱玲,左洪超,李強(qiáng),等.2010.夏季南亞高壓的氣候變化特征及其對(duì)中國(guó)東部降水的影響[J].高原氣象,29(3):671-679.Zhu Ling,Zuo Hongchao,Li Qiang,et al.2010.Characteristics of climate change of South Asia High in summer and its impact on precipitation in eastern China[J].Plateau Meteorology,29(3):671-679.(in Chinese).

朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.2000.天氣學(xué)原理與方法[M].3版.北京:氣象出版社:484-491.Zhu Qiangen,Lin Jingrui,Shou Shaowen,et al.2000.The principle and method of synoptic meteorology[M].3rd ed.Beijing:Meteorological Press:484-491.(in Chinese).

(責(zé)任編輯：倪東鴻)

Preliminary research on circulation patterns in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China

ZHANG Duan-yu1,ZHENG Bin2,WANG Xiao-kang1,

CUI Chun-guang1,ZHAO Yu-chun1

(1.Hubei Key Laboratory for Heavy Rain Monitoring and Warning Research,Institute of Heavy Rain, China Meteorological Administration,Wuhan 430205,China; 2.Guangzhou Institute of Tropical Marine and Meteorology/Key Open Laboratory for Tropical Monsoon, China Meteorological Administration,Guangzhou 510080,China)

Abstract:Based on the NCEP/NCAR daily reanalysis data and observational rainfall data from 1961 to 2010,24 persistent heavy rain events are selected in the first rainy season in South China,and the beginning dates of annual South China summer monsoon rainfall(SCSMR) are chosen according to the basic criterion.According to the SCSMR beginning date and the average circulation pattern of South Asia High(SAH) at 150 hPa during a heavy rain event,the 24 persistent heavy rain events fall into four categories,including east SAH pattern before SCSMR,east SAH pattern after SCSMR,belt SAH pattern after SCSMR,and west SAH pattern after SCSMR.Among them,west SAH pattern after SCSMR is the most with the longest average duration.The same points of persistent heavy rain events in all SAH patterns show that:The center of both high frequency and large rainfall locates near northeast Guangdong Province;During the heavy rain,South China geopotential height increases at 150 hPa but decreases at 500 hPa;South China lies in the 150 hPa divergence zone to south side of westerly jet;The southwesterly is obvious over coastal area of South China at 850 hPa,and the low level convergence over northeast South China is the most obvious;Precipitable water vapor(PWV) over coastal area of both Guangdong and Guangxi provinces is the most.Direction of water vapor transportation integrated from surface to 300 hPa is mainly southwest over South China.The differences show that the mean rainfall is the least in the west SAH pattern after SCSMR;The easterly jet over the Indian Ocean emerges in both the belt and the west SAH patterns after SCSMR;PWV in the patterns after SCSMR is larger than that in the pattern before SCSMR over the coastal area of both Guangdong and Guangxi provinces.

Key words:the first rainy season in South China;persistent heavy rain;South Asia high;South China summer monsoon rainfall;circulation pattern

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130520002

文章編號(hào)：1674-7097(2015)03-0310-11

中圖分類號(hào)：P426.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通信作者：張端禹,碩士,副研究員,研究方向?yàn)楸┯隀C(jī)理,540601662@qq.com.

基金項(xiàng)目:公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201106003;GYHY201206003);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41105073)

收稿日期：2013-05-20;改回日期:2014-06-27

張端禹,鄭彬,汪小康，等.2015.華南前汛期持續(xù)暴雨環(huán)流分型初步研究[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),38(3):310-320.doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130520002.

Zhang Duan-yu,Zheng Bin,Wang Xiao-kang,et al.2015.Preliminary research on circulation patterns in the persistent heavy rain processes during the first rainy season in South China[J].Trans Atmos Sci,38(3):310-320.(in Chinese).