孫力 馬梁臣 沈柏竹 董偉 隋波

?

2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程的水汽輸送特征分析

孫力1, 2馬梁臣1沈柏竹2董偉1隋波2

1長春市氣象局，長春130051,2吉林省氣象科學研究所，長春130062

本文根據(jù)影響天氣系統(tǒng)和雨帶位置的不同將2010年7～8月東北地區(qū)出現(xiàn)的22個暴雨日劃分成了三類暴雨，在以歐拉方法分析了各類暴雨的水汽輸送和收支的基礎上，利用基于拉格朗日方法的軌跡模式（HYSPLIT v4.9），模擬計算了各類暴雨的水汽輸送軌跡、主要通道以及不同源地的水汽貢獻。結(jié)果表明，影響暴雨的水汽輸送通道有三支，一支是沿西太平洋副高邊緣東南氣流的水汽輸送，另一支是起源于南海北部向北偏東氣流的水汽輸送，第三支是西風帶西北氣流的水汽輸送。第一類暴雨中，來自于西太平洋通道和南海通道的水汽輸送大體相當，均很重要，兩者可以占總水汽輸送的87.4%。第二類暴雨中，水汽輸送路徑偏東，西太平洋通道的水汽輸送貢獻可達近70%。第三類暴雨中，雖然西太平洋通道水汽輸送仍占主導地位，但北方通道的水汽輸送也變得不可忽視。西太平洋通道的水汽沿途損失較小，并主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa及以下的大氣之中，而南海通道的水汽沿途損失較多，與北方通道的水汽一樣，主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa以上的大氣之中。

東北地區(qū) 暴雨過程 水汽輸送 水汽收支 拉格朗日軌跡

1 引言

暴雨是東北地區(qū)最主要的災害性天氣，往往由此造成嚴重的人員傷亡并帶來巨大的財產(chǎn)損失，近十幾年來，有關(guān)東北暴雨的研究工作逐漸增多，一些學者針對1998年松嫩流域大暴雨成因（張慶云等，2001；孫力和安剛，2001；Zhao and Sun，2007）、東北地區(qū)典型的強對流暴雨系統(tǒng)（許秀紅等，2000；壽亦萱和許建民，2007；袁美英等，2010）以及東北冷渦暴雨過程（陳力強等，2005；喬楓雪等，2007；王東海等，2009；劉英等，2012；王培等，2012）做了很多天氣分析、動力診斷和數(shù)值試驗方面的研究，這些工作無疑加深了人們對東北暴雨的認識。但至今在有關(guān)東北暴雨過程的水汽輸送和收支方面的分析工作還不多見，事實上這也是東北暴雨成因研究中一個不可缺少的重要方向。眾所周知，水汽是形成降水的基本條件之一，任何一場大范圍暴雨過程，如果沒有源源不斷的水汽輸送和輻合都是不可能發(fā)生的。東北地區(qū)處于中高緯度，該地區(qū)降水的發(fā)生背景與我國南方地區(qū)的降水有所不同，南方地區(qū)降水往往發(fā)生在水汽供應比較充分的西南季風氣流當中，有時動力輻合不是很強就可能出現(xiàn)暴雨，而東北地區(qū)一般主要受相對較干的大陸性氣團控制，水汽供應并不是經(jīng)常地能夠得到滿足，有時盡管動力輻合很強，但也不一定發(fā)生暴雨，因此探討引發(fā)東北暴雨的水汽源地在哪里，他們是怎樣遠距離輸送和集中的可能顯得更為重要。

關(guān)于水汽輸送和收支的研究已經(jīng)有過不少分析工作，樊增全和劉春蓁（1992），高國棟等（1999）和謝安等（2002）分別研究了華北地區(qū)、淮河流域和長江中下游地區(qū)的水汽輸送氣候特征。徐祥德等（2002）探討了青藏高原和季風水汽輸送影響域的主要特征。黃榮輝等（1998）的研究認為，東亞季風區(qū)的水汽輻合主要由平流過程引起，并且其經(jīng)向輸送非常重要。Simmonds et al.（1999）指出，中國東南部的水汽主要來自南海和孟加拉灣，而對中國東北地區(qū)而言，中高緯度的西風水汽輸送起主導作用。Zhou and Yu（2005）討論了與中國夏季降水典型異常型相對應的水汽輸送變化，發(fā)現(xiàn)與降水異常相對應的水汽輸送的源頭為西太平洋。丁一匯和胡國權(quán)（2003）以及胡國權(quán)和丁一匯（2003）還全面分析了1998年和1991年長江流域和淮河流域大洪水時期的水汽收支狀況，指出南海地區(qū)的水汽輸送對這兩場大洪水的出現(xiàn)是十分重要的。申樂琳等（2010）研究了近50年來中國夏季降水的水汽輸送特征，認為對于中國東部降水異常而言，東南季風的水汽輸送和北方冷槽的水汽輸送是至關(guān)重要的。

上述有關(guān)水汽輸送和來源的研究大多基于歐拉方法，由于大氣風場往往具有瞬時變化特征，導致歐拉方法給出的水汽通量隨時間變化往往也具有瞬時特征，因此最終只能給出簡單的水汽輸送路徑，而無法定量確定水汽的源匯關(guān)系和各水汽源地對降水貢獻的大?。↗ames, et al.，2004；陳斌等，2011；江志紅等，2013）。近些年來，基于拉格朗日框架下發(fā)展的軌跡分析方法為水汽輸送及其源匯分析提供了一個很好的技術(shù)途徑，利用拉格朗日方法研究區(qū)域降水的水汽輸送過程也取得了很多有價值的研究成果，Brimelow and Reuter（2005）利用拉格朗日軌跡模式HYSPLIT研究了Mackenzie河流域的三次極端降水，并指出低層的水汽主要來源于墨西哥灣。Gimeno et al.（2010）利用軌跡模式FLEXPART研究了印度半島的水汽輸送狀況，發(fā)現(xiàn)來自副熱帶北大西洋的水汽輸送明顯比來自南印度洋和北太平洋的水汽輸送強。陳斌等（2011）同樣利用FLEXPART模式研究了2007年7月中國中東部地區(qū)一次極端降水過程的水汽輸送特征，指出此次極端降水事件的水汽輸送源地可以追溯到副熱帶和熱帶的低緯度海洋地區(qū)。江志紅等（2011）利用HYSPLIT模式分析了2007年淮河流域強降水期間的水汽來源，發(fā)現(xiàn)此次淮河流域強降水三個階段的主要水汽來源各不相同。江志紅等（2013）還基于該模式探討了江淮梅雨氣候平均的水汽輸送特征以及梅雨異常年水汽輸送的差異，給出了氣候平均態(tài)下不同水汽源地對梅雨水汽輸送的相對貢獻。

2010年7～8月，東北地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)強降水，暴雨過程之頻繁，降雨量之大和降水落區(qū)之重復在歷史上都是罕見的，吉林中東部，遼寧大部降水偏多6～8成，部分地方偏多1倍以上（王文東，2010；趙偉，2010）。持續(xù)性強降水造成了吉林中東部和遼寧中東部發(fā)生了嚴重的洪澇災害，并帶來了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。孫軍等（2011）曾對此次暴雨洪澇過程的雨情、水情和影響天氣系統(tǒng)及預報著眼點進行過分析探討。本文則利用東北三省地面觀測網(wǎng)提供的降水資料和NCEP逐日再分析資料，首先以歐拉方法分析了2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程的水汽輸送和收支特征，然后利用NOAA空氣資源實驗室開發(fā)的拉格朗日軌跡模式HYSPLIT v4.9模擬計算了暴雨期間氣團的運動軌跡，得出了影響暴雨過程的主要水汽輸送通道以及不同水汽通道對水汽輸送的貢獻，并與傳統(tǒng)的歐拉方法得到的結(jié)果進行了對比，希望能加深人們對東北地區(qū)暴雨過程水汽輸送特征的認識，為該地區(qū)暴雨分析和預報提供參考依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料

本文所使用的資料為2010年7月19日至8月30日的NCEP/NCAR再分析資料，時間分辨率為每6小時一次，水平分辨率為2.5°×2.5°，變量包括1000～10 hPa共17層上的位勢高度（）、溫度（）、緯向風（）、經(jīng)向風（），1000～300 hPa各層比濕（）以及1000～100 hPa各層垂直速度（）。其他資料還有東北三省地面觀測網(wǎng)提供的降水資料。

2.2 軌跡模式簡介

假設空氣中的粒子隨風飄動，根據(jù)HYSPLIT v4.9 (Draxler and Hess, 1998)，氣流的移動軌跡就是其在時間和空間上位置矢量的積分。最終的位置由初始位置（）和第一猜測位置（）的平均速率計算得到：

其中，Δ為時間步長，本文Δ選取為6小時，為三維風矢量的大小。由于模式輸入的NCEP/ NCAR資料是等壓面數(shù)據(jù)，而HYSPLIT v4.9模式采用的是地形坐標，故在輸入氣象數(shù)據(jù)時，在垂直方向上將其內(nèi)插到了地形追隨坐標系統(tǒng)。

2.3 軌跡模擬方案

模擬區(qū)域選擇了暴雨過程最集中的吉林中東部和遼寧大部（40°N～45°N，120°E～130°E）區(qū)域，水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向選取500 m，1500 m，3000 m三個高度層次作為模擬的初始高度。整個模擬空間的軌跡初始點為45個，模擬其后向追蹤10天的三維運動軌跡，每6小時輸出一次軌跡點的位置，并插值得到相應位置上的物理量（如溫度、高度、氣壓和相對濕度等），每隔6小時所有的軌跡初始點重新后向追蹤模擬10天。由于模擬出的軌跡數(shù)量較大，為更加直觀地看出軌跡分布，本文利用簇分析方法對所有軌跡進行了聚類，其基本思想和做法江志紅等（2011）曾進行過詳細的描述。

2.4 不同通道水汽輸送貢獻率

定義某一通道水汽輸送的貢獻率為

2.5 歐拉方法的水汽收支計算

通過某個邊界的水汽輸送為

其中，為比濕，為重力加速度，s為表面氣壓，t為頂部氣壓，這里取300 hPa，為水平邊界，n為垂直于邊界的法向速度，為區(qū)域面積，F為正值表示流出，負值表示流入。

3 2010年7～8月東北地區(qū)的強降水過程及暴雨分類

從2010年7月19日開始一直到8月30日，遼寧省和吉林省連續(xù)出現(xiàn)強降水過程，這期間總共出現(xiàn)了10次較強降水過程，共22個暴雨日，遼寧的中部、北部和東部，吉林的中部和南部的部分地方降水量都達到了歷史同期的第1位（孫軍等，2011），從這22個暴雨日（具體日期見表1）的累積降水分布（圖1a）中可以看出，大于300 mm的范圍主要出現(xiàn)在遼寧的中東部和吉林的中東部，影響范圍覆蓋了遼河中下游、遼河上游的東遼河支流、渾河、太子河、第二松花江上游及下游的飲馬河以及渾江等流域，強降水導致了遼河、第二松花江、鴨綠江和太子河出現(xiàn)流域性洪澇災害。最大降水中心出現(xiàn)在遼寧東北部和吉林南部，達600 mm以上，遼寧東部的部分地方超過900 mm。

表1 2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程及其分類

圖1 2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程累積降水量（單位：mm）分布：（a）22個暴雨日；（b）第一類暴雨；（c）第二類暴雨；（d）第三類暴雨

孫軍等（2011）曾對這22個暴雨日的影響天氣系統(tǒng)和暴雨覆蓋范圍進行過確定和劃分，在此基礎上，本文根據(jù)影響天氣系統(tǒng)和雨帶位置的不同進一步將這22個暴雨日劃分成了三類暴雨（表1）。

第一類暴雨：共7個暴雨日，主要受500 hPa高空槽影響，暴雨分布范圍最廣（圖1b），累積雨量最大，主要出現(xiàn)在遼寧大部及吉林中部和南部，遼寧北部和東部的部分地方可達300～450 mm，影響流域包括遼河中下游、渾河、太子河、東遼河、第二松花江下游和上游輝發(fā)河。

第二類暴雨：共7個暴雨日，主要受850 hPa低渦切變影響，暴雨位置偏東偏南（圖1c），局部降水較強，主要出現(xiàn)在遼寧東部和吉林南部，遼寧東部的部分地方累積降水可達300～450 mm，影響流域包括渾河、太子河、第二松花江上游及渾江。

第三類暴雨：共8個暴雨日，主要受東北冷渦影響，暴雨位置相對偏北（圖1d），強降水范圍相對較小，主要出現(xiàn)在吉林中東部和遼寧北部，吉林中東部的部分地方降水達200～300 mm，影響流域包括第二松花江下游飲馬河和上游輝發(fā)河及渾江。

4 暴雨期間歐拉方法的水汽輸送和收支分析

圖2給出了22個暴雨日從地面積分到300 hPa的水汽通量分布?？梢钥吹?，暴雨期間東北地區(qū)的東南部是整個東亞地區(qū)水汽通量最顯著的大值區(qū)，影響該地區(qū)的水汽流（水汽通量矢量）向南可以追溯到低緯西太平洋、南海和孟加拉灣，向西北可以追溯至貝加爾湖附近，有三支不同源地的水汽流在我國東北地區(qū)交匯，從而對該地區(qū)暴雨產(chǎn)生影響，一支是源自低緯西太平洋的水汽流，向西傳播后向北伸展，一支是源自孟加拉灣的水汽流，向東傳播至南海后再向北輸送進入中國大陸，這兩支水汽流在我國東部沿海匯聚加強后繼續(xù)向北輸送，與另一支源自貝加爾湖附近并一直向東傳播的水汽流在東北地區(qū)匯合。相比之下，東北地區(qū)暴雨與源自西太平洋的水汽流關(guān)系更為密切，這支水汽流也明顯強于其他兩支水汽流。

圖2 2010年7～8月東北地區(qū)22個暴雨日平均的地面到300 hPa積分的水汽通量（單位：kg m?1 s?1）。陰影：水汽通量＞100 kg m?1 s?1

由此看出，影響2010年7～8月東北地區(qū)暴雨的水汽主要來源于亞洲季風區(qū)，這其中包括了東亞副熱帶季風區(qū)，南海季風區(qū)，特別是熱帶東南季風區(qū)，中國東部大陸及其附近海域是這些季風水汽流（尤其是西太平洋東南水汽流）的聚集地和水汽繼續(xù)向北輸送的“轉(zhuǎn)運站”，雖然影響該地區(qū)暴雨的天氣系統(tǒng)主要為北方天氣系統(tǒng)（東北冷渦和高空槽等），但實際上季風水汽輸送是聯(lián)系中低緯系統(tǒng)相互作用的主要橋梁和紐帶，是實現(xiàn)亞洲季風對該地區(qū)影響的重要形式和媒介。上述分析清晰地描述了2010年7～8月東北地區(qū)暴雨期間水汽輸送的敏感區(qū)及水汽遠距離輸送的結(jié)構(gòu)特征。

從22個暴雨日水汽通量距平和水汽通量散度距平（圖略）分布中可以看出，亞洲季風區(qū)水汽通量距平分布有兩個突出特點，一是從熱帶西太平洋一直到南海、孟加拉灣和印度半島均為一致的偏東水汽輸送距平氣流，說明其間東南季風水汽輸送偏強，而西南季風水汽輸送偏弱。二是在東南季風偏強的背景下有兩支偏北的距平水汽流在我國東部及其附近海域匯合后，并繼續(xù)向北伸展至東北地區(qū)的東南部，進而對暴雨產(chǎn)生影響，一支源自西北太平洋，向西傳播后向北伸展，另一支源自熱帶西太平洋，向西傳播至南海后，繼續(xù)向北偏東方向傳播?？傊?，西太平洋東南季風區(qū)水汽向西和向北輸送的異?？赡苁?010年7～8月東北地區(qū)暴雨產(chǎn)生的關(guān)鍵。

水汽通量散度距平的分布（圖略）特點是，暴雨期間東北地區(qū)的中東部，長江以北的我國東部地區(qū)及其附近海域以及朝鮮半島是明顯的水汽通量散度負距平區(qū)，即這些區(qū)域的水汽輻合要明顯強于常年，因此是水汽“匯區(qū)”，而日本東南部及其以東的西北太平洋，菲律賓以東的熱帶西太平洋，南海北部一直到華南和江南地區(qū)，以及貝加爾湖東南一直到東北西部地區(qū)是明顯的水汽通量散度正距平區(qū)，即這些地區(qū)的水汽輻散要強于常年，因此是水汽的“源區(qū)”。這可能意味著2010年7～8月東北暴雨雖然只是區(qū)域性的暴雨過程，但也需要從更大的范圍得到水汽供應，特別是廣大的西太平洋地區(qū)。

三類暴雨雖然均與亞洲季風水汽輸送密切相關(guān)，但他們之間也存在明顯差異（圖3），第一類暴雨中，源自西北太平洋途經(jīng)黃、渤海到達東北地區(qū)的水汽流最為顯著，源自南海北部向北偏東方向輸送的水汽流次之，源自貝加爾湖以東的西北方向水汽流不明顯，即此類暴雨中東南季風水汽輸送最為重要。第二類暴雨中，源自孟加拉灣南部，途經(jīng)中南半島、菲律賓北部一直向北輸送到東北地區(qū)的水汽流最為顯著，源自西太平洋的水汽流次之，源自中高緯度的西風水汽輸送不明顯，即此類暴雨中西南季風水汽輸送最為重要。第三類暴雨中，源自貝加爾湖并向東偏南方向輸送到東北地區(qū)的水汽流最為顯著，源自西太平洋的水汽流次之，而西南季風的水汽輸送不明顯，即此類暴雨中，中高緯度的西風水汽輸送最為重要。

圖3 2010年7～8月東北地區(qū)各類暴雨期間地面到300 hPa積分的水汽通量（單位：kg m?1 s?1）：（a）第一類暴雨；（b）第二類暴雨；（c）第三類暴雨

圖4 2010年7～8月東北地區(qū)22個暴雨日亞洲季風區(qū)各區(qū)域邊界的水汽通量（單位：107 kg s?1）和收支狀況（括號內(nèi)數(shù)值，單位：107 kg s?1）。I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV、V區(qū)、VI區(qū)、VII區(qū)和VIII區(qū)分別代表孟加拉灣、中南半島、南海北部、菲律賓以東洋面、中國東部大陸、中國東部沿海、貝加爾湖東南至華北東北部地區(qū)和東北地區(qū)

從圖4中可以看到，東北地區(qū)暴雨期間，與常年平均相比（圖5），西南季風向東的水汽輸送較弱，而東南季風向西和向北的水汽輸送明顯偏強，通過IV區(qū)東邊界進入菲律賓以東洋面的水汽通量較常年平均值高20倍以上，通過IV區(qū)北邊界輸送我國東部海域的水汽通量也明顯增加（約比常年平均高出1.5倍），而通過南海北部輸送到中國內(nèi)地的水汽與常年平均基本相當。在東亞副熱帶季風區(qū)（V區(qū)和VI區(qū)），水汽的經(jīng)向輸送也非?；钴S，其中以通過VI區(qū)北邊界輸送到東北地區(qū)的水汽增加最為顯著，大約是常年平均值的3倍，通過V區(qū)北邊界輸送至西風水汽輸送敏感區(qū)（VII區(qū)）的水汽也比常年高出60%。在VII區(qū)緯向水汽輸送非?；钴S，通過其東邊界輸入到東北地區(qū)的水汽大約是常年值的1.7倍。在東北地區(qū)（VIII區(qū)），來自其南邊界的水汽輸入最強，可以占到該區(qū)域水汽總輸入的63%，而來自其西邊界的水汽輸入占37%。東邊界的水汽輸出遠遠大于北邊界，說明暴雨期間東北地區(qū)存在著明顯的經(jīng)向水汽輻合，區(qū)域水汽通量之和可達24.4×107kg s?1，是整個東亞地區(qū)最顯著的水汽匯。

圖5 1980～2010年7月19至8月30日亞洲季風區(qū)各區(qū)域邊界氣候平均的水汽通量（單位：107 kg s?1）和收支狀況（單位：107 kg s?1）

因此，對2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程而言，熱帶東南季風活躍，且向西和向北的水汽輸送明顯增強是基礎，而東亞副熱帶季風區(qū)能否將主要由熱帶季風區(qū)輸送來的水汽繼續(xù)高效率地“轉(zhuǎn)運”至東北地區(qū)是關(guān)鍵。不僅如此，東亞副熱帶季風區(qū)（也包括西風輸送敏感區(qū)）在將他們南邊界輸入的水汽中的大部分“轉(zhuǎn)運”至東北地區(qū)的同時，自身還產(chǎn)生了水汽虧損，例如VI區(qū)的水汽虧損值大約可以占到該區(qū)域向北水汽輸送的1/4左右，所以，東亞副熱帶季風區(qū)不僅僅是“轉(zhuǎn)運站”，也是東北地區(qū)暴雨的水汽源。即暴雨可以從更大的范圍獲得更多的水汽供應。

不同影響天氣系統(tǒng)和不同影響范圍的暴雨，他們的水汽收支特征也存在著一定差異（圖6），第一類暴雨過程中通過副熱帶季風區(qū)（VI區(qū)和V區(qū)）北邊界輸送到東北地區(qū)和西風輸送敏感區(qū)（VII區(qū)）的水汽在三類暴雨中是最為顯著的，分別是氣候平均值的4.2倍和2.7倍，通過VII區(qū)東邊界輸送到東北地區(qū)的水汽也比較強，且其主要來源于VII區(qū)南邊界的水汽輸入而非西邊界，東北地區(qū)水汽的凈收入也最大，這可能是一類暴雨分布最廣雨量最大的原因之一。第二類暴雨過程中，水汽輸送路徑偏東，東北地區(qū)主要從VI區(qū)北邊界得到水汽供應，通過V區(qū)北邊界向北的水汽輸送和通過VII區(qū)東邊界向東的水汽輸送均不太突出，這可能也是第二類暴雨雨帶最為偏東的原因之一。第三類暴雨過程中，以通過西風水汽輸送敏感區(qū)東邊界輸送到東北地區(qū)的水汽最為顯著，可以占到該區(qū)域水汽總輸入的63%，且其主要來源于VII區(qū)西邊界的水汽輸入，即西風水汽輸送在三類暴雨中是最強的，這可能也是此類暴雨雨帶位置偏北的重要原因之一。

圖6 2010年7～8月東北地區(qū)各類暴雨期間亞洲季風區(qū)各區(qū)域邊界的水汽通量（單位：107 kg s?1）和收支狀況（單位：107 kg s?1）：（a）一類暴雨；（b）二類暴雨；（c）三類暴雨

從以上水汽輸送和收支的分析中得知，2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程可以從熱帶和副熱帶季風區(qū)獲得大量的水汽供應，但水汽究竟是通過何種途徑被輸送至東北地區(qū)，以及從不同水汽源地輸送到東北地區(qū)的水汽占總水汽輸送的相對貢獻等還是無法確定的，這些問題將通過下面的氣團拉格朗日軌跡追蹤方法加以探討。

5 暴雨期間水汽來源的拉格朗日軌跡分析

5.1 軌跡模式計算誤差分析

軌跡模式的計算誤差分為兩類，即積分誤差和分辨率誤差。積分誤差主要是由氣象數(shù)據(jù)在模式中的截斷而產(chǎn)生的，分辨率誤差是由格點氣象數(shù)據(jù)有限的時空分辨率產(chǎn)生的。積分誤差可以通過用后向軌跡的終點計算同樣時間長度的前向軌跡進行估計。誤差的大小等于后向軌跡起點與前向軌跡終點之間距離的1/2。選取模擬區(qū)域的中心點[(42.5°N, 125°E), 1500 m]，按照需要模擬的軌跡時間長度240小時進行后向追蹤模擬，將模擬最終位置的三維坐標輸入模式，進行相同時間長度的前向模擬，比較前后向模擬的兩條軌跡的一致程度。如圖7可知軌跡的水平空間位置和垂直高度位置，可以看到后向軌跡無論是從水平尺度上還是垂直尺度上與前向軌跡均非常吻合。說明在軌跡模式的模擬中積分誤差是非常小的。

圖7 軌跡模式HYSPLIT的積分誤差

分辨率誤差可以通過初始點的水平和垂直方向上偏移所模擬出的軌跡進行估計。取模擬區(qū)域中心點[(42.5°N, 125°E), 1500 m]，將該點的氣象數(shù)據(jù)在經(jīng)向和緯向上偏移0.5個格距，豎直方向上偏移0.01（值），進行240小時的后向模擬。比較這些軌跡的一致性，如圖8所示，可以看出分辨率誤差要明顯大于積分誤差，無論是水平還是垂直方向上軌跡間的偏離隨模擬時間的延長都有所增大，但軌跡間的發(fā)散程度并不十分明顯，仍可以較為一致地表征氣流的來向和高度變化。

圖8 軌跡模式HYSPLIT的分辨率誤差。圖中線條為27條240小時的后向軌跡

5.2 暴雨水汽來源的軌跡簇分析

對東北地區(qū)暴雨期間（共22個暴雨日）的拉格朗日模擬共得到1980條軌跡（每天選取0800和2000兩個時次），根據(jù)簇分析方法對所有軌跡進行聚類，通過分析空間方差增長率（圖略），可見軌跡在聚類過程中的方差增長率在聚類結(jié)果小于6條以后迅速增長，故確定模擬出的軌跡最終聚類為6條。圖9a給出了東北地區(qū)暴雨期間水汽輸送的6條通道，他們是，南海通道（通道3）起源于南海北部，途經(jīng)華南、華中，華北并向北偏東方向進入東北地區(qū)。西太平洋通道分為兩條（通道5和通道2），通道5起源于西北太平洋，向西輸送至日本島南部，然后向北偏西方向途經(jīng)黃、渤海到達東北地區(qū)，通道2相比通道5位置偏南，起源于低緯西太平洋，向西北方向輸送，經(jīng)過我國東部沿海進入東北地區(qū)，西太平洋的兩條水汽通道主要體現(xiàn)了西太平洋副高邊緣東南氣流的水汽輸送，并與西太平洋副高位置的逐漸北抬密切相關(guān)。北方輸送通道分為三條（通道1、6、4），分別是源自巴爾喀什湖附近、北大西洋和內(nèi)蒙古東北部的冷空氣輸送。

圖9 2010年7～8月東北地區(qū)22個暴雨日的（a）水汽輸送通道空間分布、（b）水汽輸送通道的高度變化和（c）水汽輸送通道的比濕變化

由圖9b和圖9c可知，西太平洋偏南通道（通道2）和南海通道（通道3）的氣流均來自于800 m左右近地面層的低緯地區(qū)，輸送至東北地區(qū)后分別被抬升至1300 m和1800 m左右的高度，兩支氣流初始水汽含量較高，但由于通道3氣流主要途經(jīng)我國大陸進入東北地區(qū)，因此其水汽含量出現(xiàn)了比較明顯的損失，通道2由于主要途徑西太平洋，可能受洋面蒸發(fā)影響通道比濕逐漸增加（類似情況也包括通道5），登陸東北地區(qū)后才開始降低。來自于1800 m左右高度的西太平洋偏北通道（通道5）氣流的初始比濕明顯不如前面的兩個通道高，但其在向西偏北方向輸送過程中高度有所下降，比濕有明顯增加，特別是在途經(jīng)黃海、渤海時（到達東北地區(qū)前1～2天），通道比濕達到最大，到達東北地區(qū)后又被抬升至1500 m左右的高度，說明我國東部沿海也是此次東北暴雨過程重要的水汽源。北方通道中，氣流比濕明顯偏小，其中源自北大西洋的冷空氣來自于5000 m左右的對流層中層，沿途下降至2000 m左右的東北地區(qū)上空，另一只源自巴爾喀什湖2000 m左右高度的冷空氣，沿途高度變化不大。

對比不同通道的水汽輸送貢獻（表2）可以看出，東北暴雨期間，以西太平洋通道的水汽輸送最為強盛，可以占水汽輸送總量的52%，北方通道和南海通道相差不大，分別占水汽輸送總量的26.5%和21.5%，南方水汽輸送（西太平洋通道和南海通道之和）可以占水汽總輸送的73.5%。

表2 2010年7～8月東北地區(qū)暴雨期間各水汽輸送通道的水汽貢獻

不同類型暴雨的水汽輸送軌跡和各源地的水汽輸送貢獻存在著明顯差異。第一類暴雨的模擬共得到1260條軌跡，通過簇分析方法，并分析空間方差增長率（圖略），最終聚類得到6條軌跡簇（圖10），他們是，南海通道分為兩條（通道4和通道2），通道4起源于孟加拉灣，途經(jīng)中南半島，南海并向北偏東方向進入東北地區(qū)，通道2起源于華南地區(qū)，途經(jīng)華中，華北進入東北地區(qū)，兩條通道的水汽均來自于1000 m左右的近地面層，向北輸送中逐漸抬升至1800～2000 m左右的高度，兩條通道的初始水汽含量較高，但由于主要途經(jīng)我國東部大陸，所以到達東北地區(qū)以后，水汽含量出現(xiàn)了比較明顯的損失，南海通道的水汽輸送占水汽總輸送的43%。西太平洋通道也分為兩條（通道6和通道3），通道6起源于西北太平洋，通道3起源于菲律賓以東的低緯西太平洋，西太平洋的兩條通道與西太平洋副熱帶高壓位置的逐漸北抬密切相關(guān)。兩支通道的水汽同樣來自于1000 m左右的近地面層，到達東北地區(qū)后也被抬升至1300～1500 m左右的高度，由于他們主要途經(jīng)洋面，因此輸送過程中水汽含量逐漸增加，到達東北地區(qū)前1～2天，水汽含量達到最大。西太平洋通道的水汽輸送占水汽總輸送量的44.3%。北方通道的兩支（通道5和通道1）分別是來自于北大西洋5000 m左右高度和西西伯利亞3000 m左右高度的冷空氣，到達東北地區(qū)后下降至2000～2500 m左右。北方通道的水汽輸送只占水汽輸送總量的12.6%。

圖10 同圖9，但為第一類暴雨

第二類暴雨的模擬總共得到1260條軌跡，最終聚類得到了6條水汽輸送通道（圖11），他們是，南海通道（通道3）起源于1000 m左右的南海地區(qū)，初始水汽含量較高，沿途水汽損失較多，水汽輸送只占總水汽輸送的5.1%。西太平洋通道分為兩條（通道1和通道2），通道1起源于1000 m左右高度的低緯西太平洋，通道2起源于2000 m左右高度的西北太平洋，與第一類暴雨相似，西太平洋通道水汽在輸送過程中比濕逐漸增加，到達東北地區(qū)前1～2天，水汽含量達到最大，水汽輸送占總水汽輸送的69.2%，具有主導作用。北方通道也分為三條（通道4、5、6），分別是源自貝加爾湖以東1000 m左右高度，西西伯利亞2300 m左右高度和北大西洋5000 m左右高度的冷空氣，北方通道水汽輸送占總水汽輸送的大約1/4（25.7%）左右。

圖11 同圖10，但為第二類暴雨

第三類暴雨的模擬總共得到1440條軌跡，最終聚類得到5條水汽輸送通道（圖12），他們是，西太平洋通道分為兩條（通道1和通道3），一支起源于1500 m左右高度的西太平洋，輸送過程中高度降低，水汽含量增加，即將到達東北地區(qū)時，高度又被抬升，通道位置較第一和第二類暴雨北支西太平洋通道偏南，而較南支西太平洋通道偏北，這與第三類暴雨過程中西太平洋副高穩(wěn)定且位置相比第一和第二類暴雨偏南是一致的。另一條起源于600 m左右高度的臺灣以東洋面，途經(jīng)我國東部大陸后進入東北地區(qū)。西太平洋通道的水汽輸送占總水汽輸送的62.6%，具有主導作用，并主要被輸送至東北地區(qū)1000～1500 m左右的高度。北方通道分為三條（通道5、4、2），分別是源自北大西洋、西西伯利亞和蒙古國中部的冷空氣，水汽輸送占總水汽輸送的37.4%，并主要被輸送至東北地區(qū)2000～2500 m左右的高度。

圖12 同圖11，但為第三類暴雨

從以上分析中可以看出，東北地區(qū)暴雨期間，主要的水汽輸送通道有三支，一支是沿西太平洋副高邊緣東南氣流的水汽輸送，可能受洋面蒸發(fā)影響，沿途水汽含量逐漸增加，到達東北地區(qū)前1～2天比濕達到最大，進入東北地區(qū)后才有所減少，主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa及以下的低層大氣之中，水汽輸送占總水汽輸送的50%以上，起主導作用。另一支是起源于南海北部向北偏東方向氣流的水汽輸送，沿途水汽含量損失較多，主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa以上的大氣之中，水汽輸送大約占總水汽輸送的1/5。第三支是西風帶西北或偏北氣流的水汽輸送，也主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa以上的大氣之中，水汽輸送大約占總水汽輸送的1/4。不同類型暴雨的水汽輸送通道和各源地的水汽貢獻存在著明顯差異。第一類暴雨可以從東南和西南兩個方向在更大的范圍內(nèi)獲得水汽供應，來自于西太平洋通道和南海通道的水汽輸送大致相當，均很重要，兩者可以占總水汽輸送的87.3%，南方通道水汽輸送的貢獻在三類暴雨中是最顯著的，而北方通道水汽輸送的貢獻在三類暴雨中最小，只有12.6%，因此，這可能是第一類暴雨范圍最廣，雨量最大的主要原因之一。第二類暴雨過程中，南方通道水汽輸送的貢獻可達74.3%，但水汽輸送路徑偏東，來自東南方向西太平洋通道水汽輸送的貢獻達到70%左右，是三類暴雨中最高的，占有主導地位，而南海通道水汽輸送的貢獻很?。ㄖ挥写蠹s5%），因此，第二類暴雨位置偏東，局部雨量較大。第三類暴雨的水汽輸送只有西太平洋通道和北方通道，其中西太平洋通道仍然占有主導地位，水汽輸送貢獻率可達62.6%，說明即使是東北冷渦這樣的中高緯度天氣系統(tǒng)造成的暴雨，其水汽仍然主要來自于東南季風區(qū)，但北方通道的水汽輸送也變得不可忽視，其貢獻率可達37.4%，在三類暴雨中最高。這可能與第三類暴雨位置偏北和雨量相對偏小有一定的聯(lián)系。以上分析似乎表明，南方通道水汽輸送的貢獻越大，降水量也就最大，影響降水的南方水汽輸送通道越多，強降水的范圍也就越廣。

5.3 拉格朗日與歐拉水汽輸送分析方法的對比

針對三類暴雨過程，我們對歐拉方法和拉格朗日方法得到的水汽輸送結(jié)果進行了對比分析，在第一類暴雨的歐拉流場中，東北地區(qū)主要受東南季風水汽輸送的影響（圖3a），一條明顯的水汽流起源于西太平洋，向西偏北方向輸送至東北地區(qū)，來自南海從西南方向進入東北地區(qū)的水汽輸送相比之下并不顯著。然而，拉格朗日軌跡分析的結(jié)果卻表明，由南海通道輸送到東北地區(qū)的水汽與西太平洋通道相比大致相當，具有同等的重要性。第二類暴雨的歐拉流場中，一條明顯的水汽流源自阿拉伯海、孟加拉灣，向東偏北方向輸送至我國東部沿海，再向北偏東方向進入東北地區(qū)（圖3b），而來自西太平洋的東南水汽輸送是次要的。然而，拉格朗日軌跡分析的結(jié)果卻顯示出，西太平洋通道的水汽輸送占有主導作用，水汽輸送貢獻率可達近70%。對第三類暴雨而言，在歐拉流場上，東北地區(qū)最顯著的水汽輸送是起源于貝加爾湖東南部向東偏南方向伸展的水汽流（圖3c），東北地區(qū)水汽的多少主要受西風帶水汽輸送的影響。然而，在所對應的拉格朗日水汽輸送通道分布圖上卻可以看出（圖12a），雖然北方通道的水汽輸送在三類暴雨中是最顯著的，但水汽輸送的貢獻率也只有1/3強，而來自于西太平洋通道的水汽輸送仍然是最主要。由此可見，由于歐拉方法給出的二維流場水汽輸送隨時間變化往往具有瞬時特征，因此無法真實和準確定量地反映水汽輸送的三維變化和水汽的源匯關(guān)系以及各水汽源地對降水貢獻的大小，而拉格朗日后向軌跡追蹤方法可以克服這些缺點，能更加客觀和定量地分析出三維水汽輸送路徑和不同水汽通道的相對重要性。

6 結(jié)論

本文首先以歐拉方法分析了2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程的水汽輸送和收支特征，然后利用NOAA（National Oceanic and Atmospheric Admin- istration）空氣資源實驗室開發(fā)的拉格朗日軌跡模式（HYSPLIT v4.9），模擬計算了影響暴雨的主要水汽輸送通道以及不同通道對水汽輸送的貢獻，并與歐拉方法的計算結(jié)果進行了對比，得到如下一些結(jié)論：

（1）影響2010年7～8月東北地區(qū)暴雨的水汽主要來源于亞洲季風區(qū)，包括熱帶東南季風區(qū)，南海季風區(qū)和東亞副熱帶季風區(qū)，中國東部大陸及其附近海域是這些季風水汽流的聚集地和水汽繼續(xù)向北輸送的“轉(zhuǎn)運站”，這其中尤其以西太平洋東南季風水汽輸送最為顯著，在季風水汽的向北輸送中起主導作用，雖然影響該地區(qū)暴雨的天氣系統(tǒng)主要是北方天氣系統(tǒng)（東北冷渦和高空槽等），但實際上在暴雨期間，季風水汽的向北輸送是聯(lián)系中低緯系統(tǒng)相互作用的主要橋梁和紐帶。

（2）影響2010年7～8月東北地區(qū)暴雨的水汽輸送通道主要有三支，一支是起源于西太平洋，并沿西太平洋副高邊緣先向西偏北方向輸送至我國東部海域，再向北偏東方向進入東北地區(qū)的水汽輸送，此通道占總水汽輸送的52.0%，起主導作用。另一支是起源于南海北部，途經(jīng)華南、華中和華北并向北偏東方向進入東北地區(qū)的水汽輸送，此通道占總水汽輸送的21.5%。第三支是西風帶上西北或偏北氣流的水汽輸送，此通道占總水汽輸送的26.5%。來自南方通道（西太平洋通道和南海通道之和）的水汽輸送貢獻率可達73.5%，將近3/4。

（3）不同類型暴雨的水汽輸送存在著明顯差異，第一類暴雨可以從東南和西南兩個方向在更大的范圍內(nèi)獲得水汽供應，來自西太平洋通道和南海通道的水汽輸送大體相當（水汽輸送貢獻率分別為44.3%和43.0%），均很重要，兩者占總水汽輸送的87.3%，在三類暴雨中最大，而北方通道水汽輸送的貢獻在三類暴雨中最小，這可能是第一類暴雨范圍最廣、雨量最大的重要原因。第二類暴雨水汽輸送路徑偏東，西太平洋通道水汽輸送的貢獻率可達70%左右，是三類暴雨中最高的，南海通道水汽輸送的貢獻率很?。ㄖ挥写蠹s5%），這可能是第二類暴雨位置偏東偏南的原因之一。第三類暴雨的水汽輸送只有西太平洋和北方兩個通道，西太平洋通道的水汽輸送仍然占有主導地位（貢獻率達62.6%），但北方通道的水汽輸送也變得不可忽視，其水汽輸送的貢獻率可達37.4%，在三類暴雨中最高，這可能與第三類暴雨位置相對偏北和雨量相對偏小有一定的聯(lián)系。

（4）西太平洋通道的水汽輸送在途經(jīng)洋面時，水汽含量逐漸增加，在到達東北地區(qū)前1～2天，比濕達到最大，登陸以后才有所減小，并主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa及以下的低層大氣之中，來自南海通道的水汽流在途經(jīng)我國東部大陸并向北偏東方向輸送過程中被逐漸抬升，盡管初始階段比濕較高，但沿途水汽含量損失較多，并主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa以上的大氣之中，北方通道的水汽輸送，水汽含量相對較低，也主要被輸送到東北地區(qū)850 hPa以上的大氣之中。

（References）

Brimelow J C, Reuter G W. 2005. Transport of atmospheric moisture during three extreme rainfall events over the Mackenzie River basin [J]. J. Hydrometeor., 6 (4): 423–440, doi:10.1175/JHM430.1.

陳斌, 徐祥德, 施曉暉. 2011. 拉格朗日方法診斷2007年7月中國東部系列極端降水的水汽輸送路徑及其可能蒸發(fā)源區(qū) [J]. 氣象學報, 69 (5): 810–818. Chen Bin, Xu Xiangde, Shi Xiaohui. 2011. Estimating the water vapor transport pathways and associated sources of water vapor for the extreme rainfall event over east of China in July 2007 using the Lagrangian method [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 69 (5): 810–818, doi:10.11676/qxxb2011.071.

陳力強, 陳受鈞, 周小珊, 等. 2005. 東北冷渦誘發(fā)的一次MCS結(jié)構(gòu)特征數(shù)值模擬 [J]. 氣象學報, 63 (2): 173–183. Chen Liqiang, Chen Shoujun, Zhou Xiaoshan, et al. 2005. A numerical study of the MCS in a cold vortex over northeastern China [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 63 (2): 173–183, doi:10.11676/qxxb2005.017.

丁一匯, 胡國權(quán). 2003. 1998年中國大洪水時期的水汽收支研究 [J]. 氣象學報, 61(2): 129–145. Ding Yihui, Hu Guoquan. 2003. A study on water vapor budget over China during the 1998 severe flood periods [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 61 (2): 129–145, doi:10.11676/ qxxb2003.014.

Draxler R R, Hess G D. 1998. An overview of the HYSPLIT_4 modeling system for trajectories, dispersion, and deposition [J]. Aust. Meteor. Mag., 47: 295–308.

樊增全, 劉春蓁. 1992. 1980～1987年華北地區(qū)上空水汽輸送特征 [J]. 大氣科學, 16 (5): 548–555. Fan Zengquan, Liu Chunzhen. 1992. Analysis on the processed of water vapor transfer over North China during 1980–1987 [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 16 (5): 548–555, doi:10.3878/j.issn.1006-9895.1992.05.05.

高國棟, 陸瑜蓉, 翟盤茂, 等. 1999. 淮河流域大氣水汽輸送特征及其對早澇形成的影響 [M]// 淮河流域能量與水分循環(huán)研究. 北京: 氣象出版社, 75–81. Gao Guodong, Lu Yurong, Zhai Panmao, et al. 1999. The features of water vapor transport in atmosphere and their effects on flood/drought over the Huaihe River valley [M]// Study on Energy and Water Cycle over Huaihe Basin (in Chinese). Beijing: China Meteorological Press, 75–81.

Gimeno L, Drumond A, Nieto R, et al. 2010. On the origin of continental precipitation [J]. Geophys. Res. Lett., 37 (13): L13804, doi:10.1029/2010GL043712.

胡國權(quán), 丁一匯. 2003. 1991年江淮暴雨時期的能量和水汽循環(huán)研究 [J]. 氣象學報, 61 (2): 146–163. Hu Guoquan, Ding Yihui. 2003. A study on the energy and water cycles over Changjiang-Huaihe River basins during the 1991 heavy rain periods [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 61 (2): 146–163, doi:10.11676/qxxb2003.015.

黃榮輝, 張振洲, 黃剛, 等. 1998. 夏季東亞季風區(qū)水汽輸送特征及其與南亞季風區(qū)水汽輸送的差別 [J]. 大氣科學, 22 (4): 460–469. Huang Ronghui, Zhang Zhenzhou, Huang Gang, et al. 1998. Characteristics of the water vapor transport in East Asian monsoon region and its difference from that in South Asian monsoon region in summer [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 22 (4): 460–469, doi:10.3878/j. issn.1006-9895.1998.04.08.

James P, Stohl A, Spichtinger N, et al. 2004. Climatological aspects of the extreme European rainfall of August 2002 and a trajectory method for estimating the associated evaporative source regions [J]. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 4: 733–746, doi:10.5194/nhess-4-733-2004.

江志紅, 任偉, 劉征宇, 等. 2013. 基于拉格朗日方法的江淮梅雨水汽輸送特征分析. 氣象學報, 71 (2): 295–304. Jiang Zhihong, Ren Wei, Liu Zhengyu, et al. 2013. Analysis of water vapor transport characteristics during the Meiyu over the Yangtze-Huaihe River valley using the Lagrangian method [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 71 (2): 295–304, doi:10.11676/qxxb2013.017.

江志紅, 梁卓然, 劉征宇, 等. 2011. 2007年淮河流域強降水過程的水汽輸送特征分析 [J]. 大氣科學, 35 (2): 361–372. Jiang Zhihong, Liang Zhuoran, Liu Zhengyu, et al. 2011. A diagnostic study of water vapor transport and budget during heavy precipitation over the Huaihe River basin in 2007 [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 35 (2): 361–372, doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.14.

喬楓雪, 趙思雄, 孫建華. 2007. 一次引發(fā)暴雨的東北低渦的渦度和水汽收支分析 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 12 (3): 397–412. Qiao Fengxue, Zhao Sixiong, Sun Jianhua. 2007. Study of the vorticity and moisture budget of a northeast vortex producing heavy rainfall [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 12 (3): 397–412, doi:10.3969/j.issn. 1006-9585.2007.03.021.

劉英, 王東海, 張中鋒, 等. 2012. 東北冷渦的結(jié)構(gòu)及其演變特征的個例綜合分析 [J]. 氣象學報, 70 (3): 354–370. Liu Ying, Wang Donghai, Zhang Zhongfeng, et al. 2012. A comprehensive analysis of the structure of a northeast China-cold-vortex and its characteristics of evolution [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 70 (3): 345–370, doi:10.11676/ qxxb2012.032.

申樂琳, 何金海, 周秀驥, 等. 2010. 近50年來中國夏季降水及水汽輸送特征研究 [J]. 氣象學報, 68 (6): 918–931. Shen Yuelin, He Jinhai, Zhou Xiuji, et al. 2010. The regional variabilities of the summer rainfall in China and its relation with anomalous moisture transport during the recent 50 years [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 68 (6): 918–931, doi:10.11676/qxxb2010.087.

壽亦萱, 許健民. 2007. “05.6”東北暴雨中尺度對流系統(tǒng)研究 I：常規(guī)資料和衛(wèi)星資料分析 [J]. 氣象學報, 65 (2): 160–170. Shou Yixuan and Xu Jianmin. 2007. The rainstorm and mesoscale convective systems over Northeast China in June 2005. I: A synthetic analysis of MCS by conventional observations and satellite data [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 65 (2): 160–170, doi:10.11676/qxxb2007.016.

Simmonds I, Bi D H, Hope P. 1999. Atmospheric water vapor flux and its association with rainfall over China in summer [J]. J. Climate, 12 (5): 1353–1367, doi:10.1175/1520-0442(1999)012<1353:AWVFAI>2.0.CO;2.

孫軍, 代刊, 樊利強. 2011. 2010年7～8月東北地區(qū)強降雨過程分析和預報技術(shù)探討 [J]. 氣象, 37 (7): 785–794. Sun Jun, Dai Kan, Fan Liqiang. 2011. Analysis and forecasting technology on the heavy rainfall processes in the Northeast China during July to August 2010 [J]. Meteor. Mon. (in Chinese), 37 (7): 785–794, doi:10.7519/j.issn.1000-0526.2011.7.002.

孫力, 安剛. 2001. 1998年松嫩流域東北冷渦大暴雨過程的診斷分析 [J]. 大氣科學, 25 (3): 342–354. Sun Li, An Gang. 2001. A diagnostic study of northeast cold vortex heavy rain over the Songhuajiang–Nenjiang River basin in the summer of 1998 [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 25 (3): 342–354, doi:10.3878/j.issn.1006-9895. 2001.03.05.

王東海, 楊帥, 鐘水新, 等. 2009. 切變風螺旋度和熱成風螺旋度在東北冷渦暴雨中的應用 [J]. 大氣科學, 33 (6): 1238–1246. Wang Donghai, Yang Shuai, Zhong Shuixin, et al. 2009. The application of shearing wind helicity and thermal wind helicity in northeastern cold vortex rainfall event [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 33 (6): 1238–1246, doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2009.06.10.

王培, 沈新勇, 高守亭. 2012. 一次東北冷渦過程的數(shù)值模擬與降水分析 [J]. 大氣科學, 36 (1): 130–144. Wang Pei, Shen Xinyong, Gao Shouting. 2012. A numerical study and rainfall analysis of a cold vortex process over Northeast China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 36 (1): 130–144, doi:10.3878/j.issn.1006-9895. 2012.01.11.

王文東. 2010. 2010年7月大氣環(huán)流和天氣分析 [J]. 氣象, 36 (10): 122– 127. Wang Wendong. 2010. Analysis of the July 2010 atmospheric general circulation and weather [J]. Meteor. Mon. (in Chinese), 36 (10): 122–127, doi:10.7519/j.issn.1000-0526.2010.10.021.

謝安, 毛江玉, 宋焱云, 等. 2002. 長江中下游地區(qū)水汽輸送的氣候特征 [J]. 應用氣象學報, 13 (1): 67–77. Xie An, Mao Jiangyu, Song Yanyun, et al. 2002. Climatological characteristics of moisture transport over Yangtze River basin [J]. J. Appl. Meteor. Sci. (in Chinese), 13 (1): 67–77, doi:10.3969/j.issn.1001-7313.2002.01.008.

徐祥德, 陶詩言, 王繼志, 等. 2002. 青藏高原—季風水汽輸送“大三角扇型”影響域特征與中國區(qū)域旱澇異常的關(guān)系 [J]. 氣象學報, 60 (3): 257–266. Xu Xiangde, Tao Shiyan, Wang Jizhi, et al. 2002. The relationship between water vapor transport features of Tibetan Plateau–monsoon “Large Triangle” affecting region and drought–flood abnormality of China [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 60 (3): 257– 266, doi:10.11676/qxxb2002.032.

許秀紅, 王承偉, 石定樸, 等. 2000. 1998年盛夏嫩江、松花江流域暴雨過程中尺度雨團特征 [J]. 氣象, 26 (10): 35–40. Xu Xiuhong, Wang Chengwei, Shi Dingpu, et al. 2000. The features of meso-scale rain clusters over Nenjiang and Songhuajiang in 1998 [J]. Meteor. Mon. (in Chinese), 26 (10): 35–40, doi:10.3969/j.issn.1000-0526.2000.10.007.

袁美英, 李澤椿, 張小玲. 2010. 東北地區(qū)一次短時大暴雨β中尺度對流系統(tǒng)分析 [J]. 氣象學報, 6 8(1): 125–136. Yuan Meiying, Li Zechun, Zhang Xiaoling. 2010. Analysis of a meso-scale convective system during a brief torrential rain event in Northeast China [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 68 (1): 125–136, doi:10.11676/qxxb2010.013.

張慶云, 陶詩言, 張順利. 2001. 1998年嫩江、松花江流域持續(xù)性暴雨的環(huán)流條件 [J]. 大氣科學, 25 (4): 567–576. Zhang Qingyun, Tao Shiyan, Zhang Shunli. 2001. A study of excessively heavy rainfall in the Songhuajiang–Nenjiang River valley in 1998 [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 25 (4): 567–576, doi:10.3878/j.issn. 1006-9895.2001.04.13.

趙偉. 2010. 2010年8月大氣環(huán)流和天氣分析 [J]. 氣象, 36 (11): 109–114. Zhao Wei. 2010. Analysis of the August 2010 atmospheric circulation and weather [J]. Meteor. Mon. (in Chinese), 36 (11): 109–114, doi:10.7519/j. issn.1000-0526.2010.11.017.

Zhao S X, Sun J H. 2007. Study on cut-off low-pressure systems with floods over in Northeast Asia [J]. Meteor. Atmos. Phys., 96 (1): 159–180, doi:10.1007/s00703-006-0226-3.

Zhou T J, Yu R C. 2005. Atmospheric water vapor transport associated with typical anomalous summer rainfall patterns in China [J]. J. Geophys. Res., 110(D8): D08104, doi:10.1029/2004 JD005413.

A Diagnostic Study of Water Vapor Transport and Budget of Heavy Rainfall over Northeast China during July to August 2010

SUN Li1, 2, MA Liangchen1, SHEN Baizhu2, DONG Wei1, and SUI Bo2

1,130051,2130062

The 22 heavy rain days that occurred over Northeast China during July–August 2010 were divided into three types according to their differences in synoptic system and precipitation area. Based on an analysis of the water vapor transport and budget using a Eulerian method, the characteristics of the major water vapor passages and their contribution ratios to water vapor transportation were studied using NCEP/NCAR reanalysis data and the HYSPLIT v4.9 model. The results showed that there are three major water vapor passages that act to affect heavy rain over Northeast China. One is the water vapor transport of the southeast moisture current along the edge of the western Pacific subtropical high. Another is the water vapor transport of the southwest moisture current that originates from the north of the South China Sea. And the third is the water vapor transport of the northwest flow, which originates from the westerlies. During the first type of heavy rain, there is little difference in value between the transportation coming from the western Pacific Ocean passage and that from the South China Sea passage; they are both important, and can each account for up to 87.4% of the total moisture transport. During the second type of heavy rain, the moisture transport path is shifted slightly to the east compared with that of the other types of heavy rain. The water vapor transport of the western Pacific Ocean passage can account for close to 70% of the total transportation. During the third type of heavy rain, the water vapor transport of the northern passage becomes prominent, although the moisture transport of the western Pacific Ocean passage also plays a leading role in the total transportation. The moisture of the western Pacific Ocean passage has smaller losses during transportation and is mainly transported to levels beneath 850 hPa. The moisture of the South China Sea passage has larger losses during transportation and is mainly transported to levels above 850 hPa, as is the moisture of the northern passage.

Northeast China, Heavy rainfall, Water vapor transport, Water vapor budget, Lagrange trajectory

10.3878/j.issn.1006-9895.1506.15101.

1006-9895(2016)03-0630-17

P426

A

10.3878/j.issn.1006-9895.1506.15101

2015-01-02；網(wǎng)絡預出版日期 2015-07-22

孫力，男，1960年出生，研究員，主要從事天氣、氣候分析和預報。E-mail: sunl@cma.gov.cn

國家自然科學基金項目40633016、41275096，公益性行業(yè)（氣象）科研專項GYHY201006006

Funded by National Natural Science Foundation of China (Grants 40633016 and 41275096), Special Fund for Meteorological Research in the Public Interest (Grant GYHY201006006)

孫力，馬梁臣，沈柏竹，等. 2016. 2010年7～8月東北地區(qū)暴雨過程的水汽輸送特征分析 [J]. 大氣科學, 40 (3): 630–646. Sun Li, Ma Liangchen, Shen Baizhu, et al. 2016. A diagnostic study of water vapor transport and budget of heavy rainfall over Northeast China during July to August 2010 [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 40 (3): 630–646,