江麗俐

(紹興市氣象局,浙江紹興312000)

2009年浙江省罕見的夏季連陰雨過程分析

江麗俐

(紹興市氣象局,浙江紹興312000)

通過實測降水資料和NCEP/NCAR提供的逐日再分析資料,對2009年夏季浙江省連陰雨天氣的大尺度環(huán)流特征和動力熱力學結構進行診斷分析,并與氣候同期環(huán)流形勢進行對比,結果表明:(1)此次夏季持續(xù)陰雨天氣發(fā)生持續(xù)性時間長,累計雨量大,期間短時強降水和雷暴天氣頻繁發(fā)生,強降水日數(shù)多,氣溫持續(xù)偏低,均為歷史同期罕見;(2)極渦強度較氣候平均明顯偏強,冷空氣活動頻繁,60°E附近的烏拉爾山地區(qū)不斷有低槽東移,攜帶冷空氣南下,而副高位置偏南偏東,強度偏弱,有利于冷暖空氣在浙江省頻繁交匯,維持長期低溫陰雨天氣;(3)連陰雨期間,長江中下游地區(qū)一直有較大水汽通量存在,副高西側偏南氣流為浙江省輸送充足的水汽,假相當位溫密集帶主要位于江蘇省和浙江北部一帶,密集帶南側的浙江省是假相當位溫高值區(qū)。

連陰雨;環(huán)流特征;對比分析

0 引 言

2009年7月22日—8月15日浙江省出現(xiàn)了罕見的夏季持續(xù)陰雨天氣,此次過程發(fā)生持續(xù)性時間長,累計雨量大,期間短時強降水和雷暴天氣頻繁發(fā)生,強降水日數(shù)多,氣溫持續(xù)偏低,均為歷史同期罕見。此次連陰雨帶來豐沛的降水,緩解了該地區(qū)前期的高溫干旱天氣,但長時間的持續(xù)陰雨天氣對交通運輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活等方面也造成了較大的不利影響,局部還引發(fā)了滑坡、泥石流等次生災害。

長江中下游大范圍連陰雨天氣的發(fā)生是受大型環(huán)流形勢所支配的,文獻[1-2]指出了長江中下游春季連陰雨發(fā)生和持續(xù)過程具有北半球中高緯長波和超長波的特征,以及南北兩支西風帶系統(tǒng)相互作用的事實。劉延英和彭治班[3]用7次連陰雨天氣過程合成資料,分析了長江中下游春季連陰雨前700 hPa流場及青藏高原東北側和東南側兩支氣流變化特點,發(fā)現(xiàn)連陰雨前高原東側有較強的緯向氣流,南支氣流向北擴展,是造成連陰雨時兩支氣流相向運動較強的主要原因。施寧等[4]分析了長江中下游春季連陰雨過程中熱帶和副熱帶系統(tǒng)的基本特征,討論了厄爾尼諾年熱帶和副熱帶異常的環(huán)流背景以及對長江中下游過渡季節(jié)持續(xù)降水的影響。

關于春季和秋季的連陰雨比較多,但長江中下游地區(qū)夏季受副熱帶高壓環(huán)流控制,一般為高溫干旱的天氣,出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣比較罕見,相關研究也較少。本文將利用常規(guī)氣象站的實測降水資料和NCEP/NCAR提供的分辨率為1°×1°逐日再分析資料,對2009年夏季浙江省連陰雨天氣的大尺度環(huán)流特征和動力熱力學結構進行診斷分析,并與氣候同期環(huán)流形勢(1978—2008年30 a氣候平均場)進行對比,揭示此次過程與氣候平均的差異,探尋其形成機制,為以后的業(yè)務預報提供參考。

1 連陰雨降水特征

2009年7月22日—8月15日的連陰雨過程大致可分為兩段。第1段7月22日—8月6日,由于副高北界位置偏南,導致冷暖空氣在浙江省上空頻繁交匯,全省普遍出現(xiàn)了100 mm以上的持續(xù)強降水;浙中北降水量達到200～300 mm;第2段8月7日—8月11日,莫拉克臺風先后登陸臺灣、福建,然后自南而北穿過全省,移動速度十分緩慢,受其影響,全省大部分地區(qū)出現(xiàn)了強降水,東部和東南部沿海地區(qū)及西北山區(qū)普遍出現(xiàn)了暴雨到大暴雨,部分特大暴雨。莫拉克臺風影響結束后,受副高邊緣影響,部分地區(qū)多午后雷陣雨天氣。7月22日20時—8月15日時全省累計總雨量(圖1):浙江全省的雨量均達到200 mm以上,其中浙江東南沿海和浙中北地區(qū)普遍達到300 mm以上。溫州、臺州地區(qū)雨量達400～600 mm以上,局部地區(qū)達到700 mm。

圖1 2009年7月22日20時—8月15日20時浙江省累計降水量(單位:mm)

2 環(huán)流特征分析

2.1 環(huán)流形勢

連陰雨是大氣環(huán)流相對穩(wěn)定、長波系統(tǒng)在一定地區(qū)停滯的結果。圖2為連陰雨時期500 hPa平均高度場,由圖2a可知,2009年連陰雨期間500 hPa中高緯環(huán)流經(jīng)向度較大,表現(xiàn)為兩槽一脊的形勢,60°E附近的烏拉爾山地區(qū)為一低槽,亞洲東部到鄂霍次克海地區(qū)為一個長波槽,兩槽之間的巴爾喀什湖以東至我國東北地區(qū)為寬廣的高壓脊,強的東北低渦中心位于75°N,引導冷空氣不斷南下。在中低緯地區(qū),副熱帶高壓脊線位于28°N附近,588線西脊點伸至122°E附近,副熱帶高壓強度偏弱,位置偏東,副高北界位置較常年偏南。巴爾喀什湖以東的長波脊的長久維持起了阻塞作用,烏拉爾山地區(qū)的大低槽內(nèi)不斷分裂的短波槽攜帶弱冷空氣東移,冷空氣和副高西側邊緣的西南暖濕氣流在浙江省上空交匯,產(chǎn)生持續(xù)性的強降水。而歷史同期環(huán)流形勢(圖2b)中,中高緯西風帶系統(tǒng)較弱,表現(xiàn)為“二槽一脊”形勢,從青藏高原東北側至貝加爾湖為一寬廣的高壓脊,副高呈帶狀分布,完全控制長江中下游地區(qū),持續(xù)高溫酷暑的天氣。為更清楚的了解連陰雨時期500 hPa平均高度場的異常分布特征,將2009年的高度場減去氣候平均場,得到該時期的位勢高度的距平場(圖2c)。可以看到,2009年500 hPa位勢高度場上,75°N有一個強的位勢高度負值區(qū),這說明極渦強度較氣候平均明顯偏強,冷空氣活動也就比較頻繁,60°E附近的烏拉爾山地區(qū)也為負值區(qū),表現(xiàn)出不斷有低槽東移,并攜帶極渦分裂出的冷空氣南下,而110°E～130°E,25°N～45°N的區(qū)域也為負值區(qū),說明副高位置偏東,強度偏弱,有利于冷暖空氣在浙江省頻繁交匯,維持長期低溫陰雨天氣。

2.2 副高演變特征

按照一般氣候規(guī)律,7月下旬至8月上副熱帶高壓脊線北跳至30°N附近,長江中下游地區(qū)受副熱帶高壓環(huán)流控制,出現(xiàn)高溫伏旱的天氣。而2009年7月下旬至8月上旬西太平洋副熱帶高壓強度偏弱,位置偏東,588 dagpm線基本上維持在130°E以東(圖3a),在位勢高度場上這一區(qū)域為負值區(qū)(圖2c),明顯比常年同期偏弱。受臺風“莫拉克”影響,8月7—11日期間副高588 dagpm線迅速撤退到140°E附近,臺風影響結束后副高西伸到120°E以東地區(qū)。連陰雨期間副高的北界也較常年位置偏南,588 dagpm線北界基本維持25°N以南,僅7月29—30日副高短暫的北抬,但588 dagpm線北界依然維持在30°N以南。在臺風“莫拉克”對我國的影響基本結束以后,從8月11日開始副高開始北跳,控制長江中下游地區(qū),但由于在副高北抬西伸的過程中不穩(wěn)定條件仍然存在,仍多午后雷陣雨。連陰雨期間,浙江省500 hPa西太平洋副熱帶高壓異常偏弱,來自副熱帶高壓西側源源不斷的偏南暖濕氣流為長時間連陰雨提供豐沛的水汽條件。

2.3 低空環(huán)流

從以上分析可知,此次連陰雨天氣是由南方暖濕氣流和北方弱冷空氣長時間在長江中下游交匯形成的,連陰雨期間低層120°E經(jīng)向風隨時間的逐日演變可以看到(圖4a),在7月22日—8月7日期間30°N一直維持弱的南風氣流,近風速中心值已達6 m·s-1以上,同時北方不斷有冷空氣南下,偏南風和偏北風在30°N附近構成一支切變,連陰雨維持。隨后在整個連陰雨時段,除7月29日—8月1日南風減弱降水出現(xiàn)短暫中斷外,其余時間在30°N以南始終維持著一支偏南氣流,正是這支偏南氣流為陰連雨提供了持續(xù)的水汽輸送。

圖2 7月22日—8月15日500 hPa平均位勢高度場

圖3 2009年7月22日—8月15日500 hPa高度沿30°N(a)和120°E(b)的時間剖面圖(單位:dagpm)

圖4 2009年連陰雨期間850 hPa沿120°E的經(jīng)向風(v)隨時間變化(a)和850 hPa水汽通量平均場(b)

3 水汽條件

對7月22日20時至8月15日20時850 hPa的水汽通量場(圖4b)進行分析可知,在連陰雨期間,長江中下游地區(qū)和華南地區(qū)一直有較大水汽通量存在,濕舌從我國南海一直延伸至日本南部,長江中下游處于這支濕舌的西北側。水汽通量大值區(qū)分布在偏南風帶上,表明低空副高西側的偏南氣流是水汽的輸送帶,水汽通量中心位于中國東部沿海,其中心最大值在14 g/cm2·hPa·s以上。

4 熱力條件

圖5a為2009年連陰雨時期850 hPa溫度場,由于連陰雨期間冷空氣勢力偏弱,等溫線密集區(qū)位置偏北,位于華北東部地區(qū),而長江中下游地區(qū)等溫線比較稀疏,連陰雨地區(qū)沒有形成明顯的溫度梯度。

圖5 2009年7月22日—8月15日850 hPa溫度和假相當位溫的平均分布

假相當位溫(θse)是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征量,其分布反映了大氣中能量的分布,是一個能綜合反映溫度和水汽條件(濕度)的物理量。其高值區(qū)也是高能區(qū),θse場中等值線密集區(qū)為能量鋒區(qū)。在850 hPa假相當位溫場(圖5b),連陰雨天氣過程期間,能量鋒主要位于江蘇省和浙江北部一帶,密集帶南側是假相當位溫高值區(qū),代表著暖濕的偏南氣流,而北側假相當位溫值較小,代表相對干冷的偏北氣流,兩者在長江中下游形成很大的梯度,連陰雨靜止鋒濕度對比特征非常明顯,假相當位溫鋒區(qū)走向與江蘇北部和浙江中北部的雨帶有著很好的對應關系。

5 結 論

利用常規(guī)氣象站的實測降水資料和NCEP/ NCAR提供的逐日再分析資料,研究了2009年7月22日—8月15日浙江省連陰雨天氣的大尺度環(huán)流特征,并與氣候同期環(huán)流形勢進行對比,揭示此次過程與氣候平均環(huán)流的差異,并對動力熱力學結構相關物理量進行診斷分析,探尋其形成原因。得到下面幾點結論:

(1)此次夏季持續(xù)陰雨天氣發(fā)生持續(xù)性時間長,累計雨量大,期間短時強降水和雷暴天氣頻繁發(fā)生,強降水日數(shù)多,氣溫持續(xù)偏低,均為歷史同期罕見。

(2)極渦強度較氣候平均明顯偏強,冷空氣活動頻繁,60°E附近的烏拉爾山地區(qū)不斷有低槽東移,攜帶冷空氣南下,而副高位置偏東,強度偏弱,有利于冷暖空氣在浙江省頻繁交匯,維持長期低溫陰雨天氣。同時,臺風“莫拉克”自南而北穿過全省,移動速度十分緩慢,給浙江省帶來持續(xù)強降水。

(3)在連陰雨期間,長江中下游地區(qū)和華南地區(qū)一直有較大水汽通量存在,濕舌從我國南海一直延伸至日本南部,副高西側偏南氣流為浙江省源源不斷輸送水汽。同時,假相當位溫密集帶主要位于江蘇省和浙江北部一帶,密集帶南側的浙江省是假相當位溫高值區(qū),假相當位溫鋒區(qū)走向與江蘇北部和浙江中北部的雨帶有著很好的對應關系。

[1] 王繼志,郭進修.我國南方低溫連陰雨天氣的研究.氣象科技,1981(01).

[2] 黃上松,湯明欽.西北太平洋和南印度洋上環(huán)流系統(tǒng)和中期振蕩與遙相關.氣象科學,1988(04).

[3] 劉延英,彭治班.連晴和連陰雨前兩支氣流變化的一般特點.應用氣象學報,1990,1(3):298-304.

[4] 施 寧.長江中下游春季連陰雨的低緯環(huán)流及其低頻振蕩背景.氣象科學,1991,11(1):103-111.

2009-12-28