薛小寧?王彤?屈艷梅

摘 要：利用榆林12個國家氣象站1979—2019年的5—9月的汛期逐日降水資料和NCEP-DOE再分析資料，對榆林汛期極端強降水進(jìn)行了遴選，分析了準(zhǔn)雙周振蕩對榆林夏季極端強降水的影響，合成了榆林夏季極端強降水的要素場，并提煉了相關(guān)概念模型，利用該概念模型對榆林2019年夏季5次極端強降水事件進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：（1）榆林市夏季降水具有顯著準(zhǔn)雙周（10～30 d）振蕩特征；（2）整個汛期極端強降水呈現(xiàn)單峰分布，從5月入汛后，極端強降水事件增多，8月達(dá)到峰值，高頻區(qū)位于西部的定邊，西北部的榆陽、橫山、神木；（3）極端強降水對應(yīng)的準(zhǔn)雙周振蕩環(huán)流特征表現(xiàn)為副高西伸北抬，伴隨西風(fēng)帶低值系統(tǒng)的東移，副熱帶西風(fēng)急流北抬；物理場上高層輻散、中低層輻合，強輻合伸展至500 hPa；500、700 hPa風(fēng)為氣旋式輻合的西南風(fēng)，850 hPa先后表現(xiàn)為西南—東南—東北風(fēng)的轉(zhuǎn)變；整層水汽場上為西南風(fēng)水汽輸送；（4）利用概念模型診斷已出現(xiàn)的極端降水事件，只有一小部分符合其特征，這可能與模型建立時應(yīng)用了距平處理和濾波處理對中小系統(tǒng)進(jìn)行了平滑和過濾有關(guān)。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)雙周振蕩；夏季極端強降水；環(huán)流特征；物理量場特征

中圖分類號：P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

準(zhǔn)雙周振蕩是全球大氣季節(jié)內(nèi)變化的一個重要模態(tài)，其對夏季東亞天氣和氣候有重要影響[1]。金小霞等[2]研究表明，南?！鞅碧窖蟮貐^(qū)夏季（5—10月）熱帶氣旋的生成受到熱帶大氣準(zhǔn)雙周振蕩的明顯調(diào)制，多數(shù)熱帶氣旋發(fā)生在大氣準(zhǔn)雙周振蕩的濕位相，少數(shù)熱帶氣旋發(fā)生在干位相；當(dāng)處于濕位相時，西北太平洋季風(fēng)槽加強、非絕熱加熱增強和緯向風(fēng)垂直切變減弱。西北太平洋地區(qū)熱帶氣旋路徑亦受熱帶大氣準(zhǔn)雙周振蕩的影響[3]。陳思等[4]指出，熱帶和中緯度大氣準(zhǔn)雙周振蕩均對華南5—6月低頻降水有重要影響。黃少妮等[5]對陜西降水季節(jié)及季節(jié)內(nèi)振蕩的氣候特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為陜西大部分地區(qū)降水以季節(jié)變化（年循環(huán)）為主，降水準(zhǔn)雙周振蕩在全省范圍內(nèi)比較顯著，氣候平均態(tài)下降水的準(zhǔn)雙周振蕩幅度于4月中旬開始逐漸加強，7—9月振幅最強，10—11月開始逐漸減弱；降水準(zhǔn)雙周振蕩顯著時期主要在夏季，而30～60 d季節(jié)內(nèi)振蕩在全省全年都存在，夏季比冬季振幅大。

面對極端降水天氣過程，常規(guī)的預(yù)報技術(shù)和手段難以準(zhǔn)確預(yù)測。季節(jié)內(nèi)振蕩的時間尺度介于天氣和氣候之間，可以作為聯(lián)系天氣和氣候的紐帶。陜北夏季降水具有準(zhǔn)雙周振蕩的特征，通過對準(zhǔn)雙周振蕩特征的分析對夏季極端強降水事件的預(yù)報具有現(xiàn)實意義。提煉了大氣準(zhǔn)雙周振蕩影響極端強降水事件的概念模型，并挑選極端強降水典型個例，將概念模型應(yīng)用于個例診斷，對提高預(yù)報預(yù)測能力，做好氣象服務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要作用。

1 資料和方法

利用榆林市1981—2010年5—9月的逐日降水資料作為氣候平均資料，將日降水大于95%分位降水定義為極端降水，確定極端降水的臨界值。利用此臨界值遴選了1979—2019年間5—9月榆林發(fā)生的273次極端強降水事件，分析了榆林汛期各月的極端降水頻次分布。

將NCEP-DOE再分析資料利用lanczos濾波法進(jìn)行了合成，得到了榆林汛期產(chǎn)生極端強降水事件的概念模型。利用此概念模型對榆林2019年7月22日暴雨過程、7月29日對流性大暴雨過程、8月3日暴雨天氣過程、9月11日連陰雨中的大雨天氣過程、8月24日大雨天氣過程事件進(jìn)行了診斷分析。

2 榆林汛期極端強降水的分布特征

發(fā)生極端強降水的天數(shù)定義為極端降水頻次。榆林1979—2019年共出現(xiàn)273次極端強降水事件，最多年11次，最少年1次。其中5月29次，6月40次，7月75次，8月84次，9月45次。整個汛期呈現(xiàn)單峰分布，從5月入汛后，極端強降水事件增多，8月達(dá)到峰值。

5月極端強降水的高頻次區(qū)位于榆林西部的定邊、靖邊縣，為1.0和1.1次；6月極端強降水事件較5月增多且高頻次區(qū)位于榆林西部的定邊、靖邊、橫山區(qū)，為1.4、1.3和1.4次；7月極端強降水的高頻次區(qū)位于榆林北部的神木、府谷，為2.7和2.5次，較6月顯著增多；8月極端強降水的高頻次區(qū)位于北部的神木、府谷、榆陽、橫山、佳縣，最大為榆陽3.0次；9月極端強降水的高頻次區(qū)南落至東南部縣區(qū)，中心位于子洲為1.8次。整個汛期高頻區(qū)位于西部的定邊、西北部的榆陽、橫山、神木。

3 榆林夏季極端強降水與大氣準(zhǔn)雙周振蕩的關(guān)系

對榆林1979—2019年夏季逐日降水距平進(jìn)行EOF分析，其第一模態(tài)的空間場EOF1和第二模態(tài)的空間場EOF2如圖1所示，第一模態(tài)降水呈現(xiàn)全區(qū)符號一致的變化，第二模態(tài)東南部呈現(xiàn)出其他地區(qū)降水反位相的變化特征，這反映了全區(qū)降水一致，即可以當(dāng)作一個整體來進(jìn)行研究。因重點關(guān)注季節(jié)內(nèi)時間尺度，因此對降水距平預(yù)先進(jìn)行5 d滑動平均，對多年夏季降水距平進(jìn)行功率譜分析，然后平均多年的功率譜，得到功率譜分布，其中，綠線為馬爾可夫紅噪聲譜，藍(lán)線和紅線分別是馬爾可夫紅噪聲譜的5%和95%置信水平，降水時間序列的功率譜（黑線）大于95%置信水平，說明榆林地區(qū)的降水距平存在10～30 d準(zhǔn)雙周振蕩特征。

4 榆林夏季極端強降水的環(huán)流特征概念模型

選取榆林1979—2019年間273次極端降水事件。將NECP-DOE再分析數(shù)據(jù)利用lanczos濾波器進(jìn)行要素場合成，得到區(qū)域平均極端降水事件對應(yīng)的準(zhǔn)雙周環(huán)流概念模型。

4.1 500 hPa位勢高度和垂直速度特征

榆林地區(qū)極端降水的發(fā)生對應(yīng)于歐洲地區(qū)異常低壓向東南逐漸移動至巴爾喀什湖以東地區(qū)。日本附近2個異常高壓向西移動，約在Day-4時融合成一個高壓，并大致在渤海上空維持；這導(dǎo)致西太副高西伸、北抬，東亞副熱帶急流北移。極端強降水發(fā)生時，中緯度為東高西低環(huán)流形勢，東部的高壓環(huán)流對西部的低槽有一定的阻擋作用，有利于降水的維持，環(huán)流經(jīng)向度大，垂直運動強，垂直速度在Day-2～Day0持續(xù)達(dá)-2.4×10-2 Pa/s，為強降水產(chǎn)生提供強烈的上升運動條件（圖2）。

4.2 200 hPa副熱帶西風(fēng)急流特征

榆林地區(qū)極端降水的發(fā)生對應(yīng)于歐洲地區(qū)副熱帶西風(fēng)急流向東逐漸移動至貝湖以南地區(qū)，中心位于（115°E，43°N）附近。同時貝湖南部的東風(fēng)氣流加強向東南移至江淮流域上空，在Day-2強度顯著加強。極端強降水發(fā)生時，榆林位于東西風(fēng)帶的過渡區(qū)，副熱帶西風(fēng)急流的南側(cè)，高空鋒區(qū)的南側(cè)，按照鋒區(qū)隨高度向北傾斜的原理，中低層榆林正處于鋒區(qū)中，利于產(chǎn)生極端強降水。

4.3 風(fēng)場特征

榆林地區(qū)極端降水的發(fā)生對應(yīng)850 hPa風(fēng)場的特征為：Day-8有顯著的西南風(fēng)發(fā)展，Day-6西南風(fēng)氣流的氣旋性渦度增強，Day-4轉(zhuǎn)為一支東南風(fēng)急流，Day-2東南風(fēng)急流顯著加強。極端強降水發(fā)生時，850 hPa榆林上空轉(zhuǎn)為東北氣流。

極端降水的發(fā)生對應(yīng)700 hPa風(fēng)場的特征為：Day-6有顯著的西南風(fēng)發(fā)展，Day-4轉(zhuǎn)為一支南風(fēng)急流，Day-2南風(fēng)急流氣旋性渦度顯著加強，向西南風(fēng)轉(zhuǎn)變。極端強降水發(fā)生時，700 hPa榆林上空轉(zhuǎn)為西南風(fēng)氣流。

如圖3所示，極端降水的發(fā)生對應(yīng)500 hPa風(fēng)場的特征為：Day-6之前為氣旋后部的東北氣流，Day-4轉(zhuǎn)為一支南風(fēng)氣流，Day-2受環(huán)流徑向度加大，東西高壓對形成后，氣壓梯度對比加大，南風(fēng)氣流顯著加強。極端強降水發(fā)生時，東部的反氣旋性環(huán)流減弱東退，500 hPa榆林上空轉(zhuǎn)反氣旋西北側(cè)的西南風(fēng)氣流。

4.4 低層渦度場和高層散度場特征

極端降水的發(fā)生對應(yīng)850 hPa渦度場的特征為：Day-4正渦度顯著加強，且在東北和東海有負(fù)渦度中心存在；Day-2正渦度減弱，且在東北和東海有負(fù)渦度中心加強，趨于合并；極端強降水發(fā)生時，850 hPa榆林上空正渦度較弱。

如圖3所示，極端降水的發(fā)生對應(yīng)700 hPa渦度場的特征為：Day-4正渦度較弱，且在東北和東海有負(fù)渦度中心存在；Day-2正渦度顯著加強，且在東北和東海有負(fù)渦度中心加強，趨于合并；極端強降水發(fā)生時，700 hPa正渦度中心位于榆林上空。

極端降水的發(fā)生對應(yīng)200 hPa散度場的特征為：前期正散度中心位于中亞地區(qū)的咸海以東，不斷向東發(fā)展，Day-4移至貝湖南側(cè)，強度增強；Day-2正散度顯著加強，中心位于河套地區(qū)；極端強降水發(fā)生時，200 hPa正散度中心位于榆林上空。高空正散度為降水的產(chǎn)生提供了有利的高空輻散場。

4.5 水汽通量及其散度場

極端降水的發(fā)生對應(yīng)于歐洲地區(qū)異常低壓環(huán)流向東南逐漸移動至巴爾喀什湖以東地區(qū)。日本附近2個異常高壓環(huán)流向西移動，約在Day-4時融合成一個高壓環(huán)流，并大致在渤海上空維持；極端強降水發(fā)生時，中緯度為東高西低環(huán)流形勢，東部的高壓環(huán)流對西部的低槽有一定的阻擋作用，有利于降水的維持，環(huán)流經(jīng)向度大，高低壓環(huán)流對峙，有利于偏南氣流的加大，加大西南風(fēng)水汽輸送和水汽的輻合，榆林上空為強水汽輻合區(qū)。

5 2019年榆林5次極端強降水過程診斷分析

對比分析榆林7月22日暴雨過程、7月29日對流性大暴雨過程、8月3日暴雨天氣過程、9月11日連陰雨中的大雨天氣過程、8月24日大雨天氣過程事件的要素合成場，前4次過程與所建立的概念模型不相符，只有8月24日的中到大雨天氣過程與概念模型相符。

6 結(jié)論

（1）榆林市夏季降水具有顯著準(zhǔn)雙周（10～30 d）振蕩特征。

（2）整個汛期極端強降水呈現(xiàn)單峰分布，從5月入汛后，極端強降水事件增多，8月達(dá)到峰值，高頻區(qū)位于西部的定邊、西北部的榆陽、橫山、神木。

（3）極端強降水對應(yīng)的準(zhǔn)雙周振蕩環(huán)流特征表現(xiàn)為副高西伸北抬，伴隨西風(fēng)帶低值系統(tǒng)的東移，副熱帶西風(fēng)急流北抬；物理場上高層輻散、中低層輻合，強輻合伸展至500 hPa；500、700 hPa風(fēng)為氣旋式輻合的西南風(fēng)，850 hPa先后表現(xiàn)為西南—東南—東北風(fēng)的轉(zhuǎn)變；整層水汽場上為西南風(fēng)水汽輸送。

（4）利用概念模型診斷已出現(xiàn)的極端降水事件，只有一小部分符合其特征。這可能與模型建立時應(yīng)用了距平處理和濾波處理，對中小系統(tǒng)進(jìn)行了平滑和過濾有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊雙艷，武炳義，胡景高，等.大氣準(zhǔn)雙周振蕩的研究進(jìn)展[J].大氣科學(xué)學(xué)報，2015，38（6）：855-864.

[2] 金小霞，何金海，占瑞芬，等.南?！鞅碧窖蟮貐^(qū)大氣準(zhǔn)雙周振蕩對TC生成的調(diào)節(jié)作用[J].熱帶氣象學(xué)報， 2012，28（4）：451-460.

[3] 陶麗，李雙君，濮梅娟，等.熱帶大氣準(zhǔn)雙周振蕩對西北太平洋地區(qū)熱帶氣旋路徑的影響[J].大氣科學(xué)學(xué)報， 2012，35（4）：404-414.

[4] 陳思，簡茂球.影響華南前汛期降水異常的準(zhǔn)雙周振蕩傳播特征[J].中山大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，54（3）：130-137.

[5] 黃少妮，許新田，王丹.陜西降水季節(jié)及季節(jié)內(nèi)振蕩的氣候特征[J].干旱氣象，2014，32（1）：46-51.