張端禹,鄭彬,汪小康,崔春光,趙玉春

(1.中國氣象局 武漢暴雨研究所 暴雨監(jiān)測預(yù)警湖北省重點(diǎn)實驗室,湖北 武漢 430205;

2.中國氣象局 廣州熱帶海洋氣象研究所/熱帶季風(fēng)重點(diǎn)開放實驗室,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.中國氣象局 武漢暴雨研究所 暴雨監(jiān)測預(yù)警湖北省重點(diǎn)實驗室,湖北 武漢 430205;

2.中國氣象局 廣州熱帶海洋氣象研究所/熱帶季風(fēng)重點(diǎn)開放實驗室,廣東 廣州 510080)

摘要：采用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析資料和臺站觀測降水量資料,按一定標(biāo)準(zhǔn)選取了華南前汛期24個持續(xù)暴雨過程;并且按基本判據(jù)確定逐年華南夏季風(fēng)降水開始日期。然后依據(jù)南亞高壓環(huán)流型和相對于該年夏季風(fēng)降水開始的早晚,將這些暴雨過程劃分為夏季風(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)時間最長。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位勢高度增加、500 hPa位勢高度減少;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,加熱場對南亞高壓的季節(jié)變化有重要作用。南亞高壓活動對我國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)注它對我國東部夏季旱澇分布的影響,而依照其環(huán)流特點(diǎn)來劃分華南前汛期持續(xù)暴雨類型的研究還不多見。

南海夏季風(fēng)的爆發(fā)和向北推進(jìn)是每年我國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)到華南的時間約為1候。池艷珍等(2005)比較華南前汛期(4—6月)不同時段降水特征發(fā)現(xiàn),前汛期降水由鋒面降水和夏季風(fēng)降水兩個時段組成;夏季風(fēng)降水時段南亞高壓躍上高原,華南地區(qū)處于高壓東部,對流發(fā)展極其旺盛。華南前汛期包含著鋒面降水和夏季風(fēng)降水兩個時段的結(jié)論得到較為廣泛的證實(袁媛等,2012)。

南亞高壓活動與亞洲南部夏季風(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)暴雨歷史個例的基礎(chǔ)上,按照華南夏季風(fēng)降水開始的基本判據(jù),把每年華南前汛期劃分為夏季風(fēng)降水開始前、后兩個階段;再在這兩個階段內(nèi)根據(jù)南亞高壓特點(diǎn),對各持續(xù)暴雨進(jìn)行分型。最后,比較夏季風(fēng)降水開始前、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。該項工作有助于我們提高對華南前汛期持續(xù)暴雨形成機(jī)理的認(rèn)識。

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年中國氣象臺站逐日地面降雨觀測資料。

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)定的降水過程:1)過程開始日與結(jié)束日,華南至少有15個站點(diǎn)日降水超過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南亞高壓位勢高度場分布特征;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附近或有幾個強(qiáng)度相當(dāng)?shù)闹行某蕱|西向分布就稱為帶狀型。

因為華南夏季風(fēng)降水開始前、后降水性質(zhì)有較大的差別,所以在對華南前汛期持續(xù)暴雨分型時,不但要考慮南亞高壓環(huán)流型,還要考慮持續(xù)暴雨發(fā)生時間與華南夏季風(fēng)降水開始時間的先后關(guān)系。鄭彬等(2006)給出了華南夏季風(fēng)降水開始的基本判據(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)降水開始日期,然后在劃分每個持續(xù)暴雨過程環(huán)流型時,應(yīng)用這些日期數(shù)字確定暴雨發(fā)生時間相對于華南夏季風(fēng)降水開始時間的早晚。除了特別說明外,后文夏季風(fēng)均指華南夏季風(fēng)。

2華南前汛期持續(xù)暴雨過程

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

華南前汛期持續(xù)暴雨過程的南亞高壓環(huán)流型,夏季風(fēng)前東部型有6次,以下簡稱EB型;夏季風(fēng)后東部型有2次,以下簡稱EA型;夏季風(fēng)后帶狀型有5次,以下簡稱BA型;夏季風(fēng)后西部型有11次,以下簡稱WA型。暴雨過程平均持續(xù)時間,EB型最短,WA型最長。南亞高壓東部型主要發(fā)生在夏季風(fēng)降水開始之前,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)降水開始之后。其中,WA型次數(shù)最多,平均持續(xù)時間最長。

表11961—2010華南前汛期持續(xù)暴雨過程的統(tǒng)計結(jié)果

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

序號暴雨過程日期過程雨量中心夏季風(fēng)降水開始日期南亞高壓型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,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程中這些天氣系統(tǒng)的演變特征。

3各型暴雨過程暴雨頻率與日降雨量

各型暴雨過程中,站點(diǎn)暴雨天數(shù)除以所有過程總天數(shù),得到該型站點(diǎn)暴雨頻率分布(圖1)。可以看出,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)。從各型暴雨過程平均來看,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

計算前汛期持續(xù)暴雨過程各型的平均雨量,發(fā)現(xiàn)華南大部地區(qū)日均降雨量都超過10 mm·d-1(圖略)。其中,對于超過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)計的各型單過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各型暴雨過程150 hPa與500 hPa位勢高度場演變

4.1　150 hPa位勢高度場演變

由圖2a可見,6場EB型持續(xù)暴雨過程150 hPa位勢高度場的合成特點(diǎn)是:南亞高壓中心偏在90°E以東,脊線偏在20°N以南;南亞高壓中心位勢高度在所有類型中最低,為1 430 dagpm;暴雨過程平均與暴雨之前1～5 d平均相減,華南正變高為2 dagpm,說明暴雨區(qū)高層位勢高度增加。由圖2b可見,2場EA型持續(xù)暴雨過程150 hPa位勢高度場的合成特點(diǎn)是:南亞高壓中心偏在90°E以東,脊線稍微偏在20°N以北;南亞高壓中心位勢高度超過1 438 dagpm的范圍較大;暴雨過程平均與暴雨之前1～5 d平均相減,華南正變高超過2 dagpm,在所有類型中增加最明顯。圖2c表明,5場BA型持續(xù)暴雨過程150 hPa位勢高度場的合成特點(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;高壓中心位勢高度為1 436 dagpm;暴雨過程平均與暴雨之前1～5 d平均相比,華南正變高為2 dagpm。圖2d顯示,11場WA型持續(xù)暴雨過程150 hPa位勢高度場的合成特點(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;南亞高壓中心位勢高度偏高,為1 438 dagpm;暴雨過程平均與暴雨之前1～5 d平均相減,華南位勢高度正變化數(shù)值低于2 dagpm。

圖2　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過程的150 hPa位勢高度(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)暴雨過程南亞高壓相對較弱,脊線位置偏南。這可能與它們發(fā)生時間偏早(均在5月)有關(guān)。EA型持續(xù)暴雨過程,南亞高壓中心最強(qiáng),距離華南最近,華南地區(qū)位勢高度增幅也最大。華南150 hPa位勢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)降水過程也發(fā)現(xiàn),流域上空200 hPa位勢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位勢高度場演變

圖3顯示,6場EB型持續(xù)暴雨過程的500 hPa位勢高度場的合成特點(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EA型持續(xù)暴雨過程的500 hPa位勢高度場的合成特點(diǎn)是:副高主體位于臺灣以東洋面,其位勢高度偏高,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),此型無論是在副高主體范圍上,還是在華南上空的位勢高度,于各型中均最大。5場BA型與11場WA型持續(xù)暴雨過程各自位勢高度場的合成特點(diǎn)是:副高主體均位于臺灣以東洋面,位勢高度均超過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位勢高度均下降,說明從暴雨之前到暴雨期間華南500 hPa位勢高度在降低,有利于該層等位勢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)暴雨過程的500 hPa位勢高度(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)暴雨過程500 hPa位勢高度的共同點(diǎn)是,與暴雨前期相比,暴雨過程華南位勢高度降低。不同點(diǎn)是,夏季風(fēng)降水開始之前,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)降水開始后,較強(qiáng)副高主體位于臺灣以東洋面,華南受副高西側(cè)的西南或偏西氣流影響。

5各型暴雨過程高、低層風(fēng)場與散度場特征

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?東亞中緯度地區(qū)特別是我國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,中心位于斯里蘭卡附近。各型150 hPa水平風(fēng)散度場顯示,華南上空為輻散氣流控制,最大散度均超過8.0×10-6s-1;其中EA型輻散最明顯,最大散度超過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)暴雨過程的850 hPa上,華南沿海受西南風(fēng)影響,且最大風(fēng)速超過10 m·s-1;其中以BA型風(fēng)速最強(qiáng),最大風(fēng)速超過12 m·s-1。

圖5　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過程的850 hPa低層風(fēng)(風(fēng)標(biāo)超過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型輻合相對較小。

6各型暴雨過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,兩廣沿海為可降水量的大值區(qū)。兩廣沿?？山邓看笾抵行脑谙募撅L(fēng)降雨之前較小,僅為52 kg·m-2,而在夏季風(fēng)降水開始之后較大,超過56 kg·m-2。

圖6　各型平均華南前汛期持續(xù)暴雨過程的可降水量分布(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,單位邊長整層大氣的水汽輸送通量Q的計算公式為:

(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)大暴雨過程發(fā)現(xiàn),暴雨發(fā)生時整層水汽輸送呈西南走向,當(dāng)其轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅弊呦驎r降雨減弱。

圖7顯示,6次EB型持續(xù)暴雨過程的地面至300 hPa積分的整層水汽輸送,華南大部超過40 kg·m-1·s-1,廣東西部沿海附近超過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)暴雨過程的整層水汽輸送,華南大部超過30 kg·m-1·s-1,廣西、廣東交界處超過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)暴雨過程的整層水汽輸送,華南東南部超過40 kg·m-1·s-1,局部超過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)暴雨過程的華南東南部整層水汽輸送超過40 kg·m-1·s-1,其中粵東至閩南超過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,無論夏季風(fēng)降雨開始與否,持續(xù)暴雨過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)暴雨過程少數(shù)出現(xiàn)在夏季風(fēng)降水開始之前(5月),多數(shù)出現(xiàn)在夏季風(fēng)降水開始之后(6月)。暴雨過程分型結(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)時間從長到短依次是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,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)暴雨過程的不同之處在于,WA型平均雨量相對較小。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)降水開始之前數(shù)值較小,在夏季風(fēng)降水開始之后數(shù)值較大。

華南前汛期暴雨具有影響范圍較廣、持續(xù)時間較長、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)暴雨過程的驗證。

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!

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(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：1674-7097(2015)03-0310-11

中圖分類號：P426.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通信作者：張端禹,碩士,副研究員,研究方向為暴雨機(jī)理,540601662@qq.com.

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

收稿日期：2013-05-20;改回日期:2014-06-27

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