2007, Vol. 33 夏季我国淮河以南地区的严重致洪暴雨，主要出现在东—西走向的静止锋(梅雨锋)上，锋面的位置位于淮河、长江、闽江和珠江流域。张顺利、陶诗言等[1]通过对1990年代3次江淮致洪暴雨(1991、1996和1998年)的多尺度条件分析，概括出江淮流域致洪暴雨的天气学模型(图 1)，指出太平洋副热带高压(以下简称副高)、南海季风涌、来自中高纬度的冷空气以及来自青藏高原的中-α尺度低压系统对致洪暴雨起着重要作用。在暴雨出现时，副高位于暴雨区南面，季风涌提供暴雨生成所需的水汽。季风涌与北方冷空气使得有一条水汽通量辐合带停滞在流域中，来自高原的中-α尺度系统使得静止锋上的垂直速度加强，引起强水汽垂直输送形成强降水。当这4个系统配合最佳(锁定)时，引发严重的暴雨洪涝。
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图 1 1998年夏季长江流域持续性暴雨的天气学模型 a.长江流域16站(武汉、黄石、英山、桑植、常德、芷江、长沙、南昌、修水、景德镇、庐山、贵溪、玉山、南城、宜春、岳阳)逐日降水量(单位：mm)；b.沿30°N的500hPa高度(单位：dgpm，大于588dgpm用阴影表示)和同期长江流域降水量(空心圆连线，单位：mm)；c.沿100~120°E平均的500hPa高度(单位：dgpm)；d.沿100~120°E平均的大气整层水汽输送通量矢量(箭头，单位：kg·m-1·s-1)和小于-5℃的TBB(阴影，单位：℃)；e、f分别为二段强降水期沿30°N的小于－10℃的TBB(单位：℃，等值线间隔10℃)和同期长江流域的降水量(空心圆连线，单位：mm) |
孙建华、张小玲等人[2]分析2003年6月29日至7月11日淮河流域的致洪暴雨时，得到了与1998年相似的天气学模型(图 2)。陶诗言、卫捷等人*分析2005年6—8月珠江流域的暴雨洪涝时，也得出与1998年相似的模型(图 3)，看来这个天气学模型对中国南部的3条河流是普遍适用的。
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图 2 2003年夏季淮河流域致洪暴雨的天气学模型 a、b分别为500 hPa位势高度(单位：dgpm)27.5~32.5°N平均的6—8月的经度-时间剖面和110~130°E平均的5—8月时间-纬度剖面；c为110~120°E平均的700 hPa温度的时间-纬度剖面，阴影区温度≤10℃，等值线间隔为2℃，实线表示温度≥0℃，虚线表示温度 < 0℃；d、g、h为淮河流域(32~34°N，115~120°E)逐日降水量(单位：mm)；e表示110~120°E平均的季风涌随时间的演变，箭头表示整层(地面~300 hPa)积分的水汽通量(kg·m-1·s-1)，阴影表示TBB≤-10℃；f为沿32~34°N的600 hPa涡度(单位：10-5 s-1)的经度-时间剖面 |
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图 3 2005年夏季华南地区致洪暴雨的天气学模型 (a)沿22.5~27.5°N的600 hPa相对涡度(单位：10-5 s-1)时间-经度剖面，阴影区：正相对涡度区；(b)、(d)与(f)华南地区15个代表站(厦门、梅县、汕头、韶关、河源、广州、阳江、湛江、海口、桂林、柳州、梧州、南宁、北海、百色)平均的逐日降水量(单位：mm)；(c)沿110~120°E的700 hPa温度时间-纬度剖面，阴影区温度≤10 ℃，等值线间隔为2 ℃；(e)沿110~120°E平均的整层(地面~300hPa)积分的水汽通量矢量(单位：kg·m-1·s-1)时间-纬度剖面，阴影区表示OLRA≤－10 w·m-2；(g)、(h)分别为500 hPa位势高度(单位：dgpm)沿22.5~27.5°N平均的时间-经度剖面和沿110~120°E平均的时间-纬度剖面 |
*2005年6月17—26日广东致洪暴雨的研究快报
本文研究纬向型的致洪暴雨生成时，中国南部季风涌是怎样形成的，并提出中国南部的4条大江大河发生流域性致洪暴雨时的中、短期预报思路。
1 1998、2003与2005年6—8月长江、淮河与珠江流域区域平均降水的滤波分析1998年6、7月长江流域中下游出现仅次于1954年6—7月的暴雨洪涝，强降水出现在6月12—28日和7月21—31日，间隔约1个月；2003年6—8月淮河流域也出现两场强降水，分别为6月29日至7月11日和8月中旬，相隔约50天，其中第一场暴雨引起淮河严重洪涝；2005年珠江的两场致洪暴雨出现在6月10—28日和8月10—25日，相隔也是50天。这两次暴雨均引起华南严重洪涝。看来这3条大江强降水有30~60天不等周期的季节内振荡。
我们将1998、2003和2005年6—8月3个流域日平均降水量分别作了对30~60天和10~20天的滤波分析，从图 4a可以看出，在1998年6—8月长江流域，流域日平均降水有30~60天的降水季节内振荡，对应着图 1a所示两场出现致洪暴雨的时段。图 4b上2003年6—8月淮河流域平均日降水量经过滤波后，同样对应图 1b上的两场暴雨。图 4c也指出，2005年6—8月珠江流域滤波后的平均日降水量的30~60天振荡也与图 1c上两段致洪暴雨时段相当。
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图 4 1998年长江流域(a)，2003年6—8月淮河流域(b)，2005年珠江流域(c)平均日降水量滤波分析 直方柱：逐日降水量；实线：30~60天滤波；点虚线：10~20天滤波(单位：mm) |
值得注意，在图 4a、b、c上流域日平均降水量还表现有10~15天的振荡，这主要是对应一次冷空气南下所引起的降水的准周期变化。
2 降水的30~60天振荡与季风涌的关系在产生致洪暴雨的环流系统中，季风涌的作用非常重要。对应淮河、长江和珠江夏季流域平均日降水量的30~60天振荡，中国南部大陆的季风涌也有30~60天振荡。图 5表示气候平均6—8月平均的850hPa的风场，南亚夏季风进入南海后折向偏北方向流动。当香港850hPa的纬向风增强时，中国南部对流层低层的偏南风加强，出现了季风涌。HUI T.W.等[3]也曾通过小波分析同样得到1998年4—9月香港850hPa纬向风表现出很强的30~60天周期的低频振荡信号。图 6a、b、c分别表示这3年4—9月香港(22.15°N, 114.10°E)850hPa纬向风的逐日演变及其小波分析，在1998、2003与2005这3年我国南方的致洪暴雨时期，均对应着香港850hPa纬向风出现加强。而香港850hPa纬向风的加强，表明南海夏季风的加强，中国南方大陆会出现季风涌。
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图 5 夏季气候平均850 hPa水平风场 (单位：m·s-1) |
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图 6 1998年(a)、2003年(b)与2005年(c)4—9月逐日香港(22.15°N、114.10°E)850hPa纬向风演变及其小波分析图 (单位：m·s-1) |
1970年代初Madden和Julian[4, 5]根据测站的风和海平面气压，发现了沿着赤道围绕全球的大气环流的振荡，人们称作MJO(Madden-Julian Oscillation)，或30~60天振荡。Krishnamurti等[6]通过对1979年6月9日至7月29日200hPa速度势的30~50天振荡进行了分析，指出MJO振荡在亚澳季风区最明显，当MJO传播到赤道印度洋和西部热带太平洋时, 会出现地面气压降低、850hPa西风加强，并且出现深对流。Chen等人[7]曾追踪1993年1月10日到12月6日来自赤道印度洋向东传播的MJO，在1月下旬移经澳洲的经度范围时，澳洲北部850hPa西风加强，对流旺盛；到2月初，MJO传播到日界线以东的赤道东太平洋，并引起该年的厄尔尼诺事件(图略)。
在1980年代到1990年代很多学者曾注意MJO与印度夏季风的活跃或中断时段的关系。Yasunari[8]讨论了MJO与印度夏季风的关系，指出当MJO的西风活跃时段出现在印度洋时，印度夏季风增强。S. Gadgil[9]根据季风槽脊的30~60天振荡预报印度半岛地区雨带的活动，指出在印度洋出现MJO的西风活跃时段，位于印度次大陆的恒河流域的季风槽(印度人称ITCZ)活跃，印度次大陆多雨；而在MJO的不活跃时段，印度次大陆少雨。中国南部大陆属副热带季风区，影响降水的因子远比印度次大陆复杂，MJO活动与我国夏季降水的关系，特别是对降水中期预报的影响在我国还未引起广泛关注。当MJO的活跃期进入南海时，南海上空850hPa西风加强，对流活动加强；同时，在中国南部大陆，850hPa的西南风加强，出现季风涌，将大量水汽输送到中国南部大陆。如果季风涌与来自北方的冷空气相互作用，便有大量降水产生。图 7表示在这3年夏季发生第一段的强降水前期和同期来自赤道印度洋的MJO的活动。1998年6月3日(图 7a)，在10°N、60°E附近的印度洋上出现强西风和对流活跃区；在6月13日(图 7b)，强西风和对流活跃区移到90°E附近；而到了6月23日(图 7c)，强西风和对流活跃区移到了南海地区(120°E)，这时正是长江第一场梅雨时期。2003年6月8日(图 7d)，在60°E附近的赤道印度洋上出现强西风和对流活跃区；在6月18日(图 7e)，强西风和对流活跃区向东北方向移到10°N、90°E附近，到了6月28日(图 7f)，强西风和对流活跃区到了江淮流域(120°E)，这时淮河流域出现强降水。同样，2005年6月3日(图 7g)，在5°N、85°E附近的印度洋上的西风和对流活跃区，6月13日(图 7h)移到南海海面上，6月18日(图 7i)强西风和对流活跃区到了南海以北(120°E)，致使华南地区出现了致洪暴雨。
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图 7 1998年6月(a、b、c)、2003年6月(d、e、f)与2005年6月上旬(g、h、i)前后5天平均的850 hPa水平风场(单位：m·s-1)和对流活跃区(阴影区表示OLRA≤0) |
美国气候预测中心(CPC)的全球预报系统(GFS)在2006年开始发布MJO的中期(14天)预报。中国南部大陆在6月1—10日以及7月14—18日出现两场致洪暴雨，我们以2006年这两次暴雨为例，分析热带MJO活动、南海850 hPa西风、北上大陆的季风涌和闽江致洪暴雨及碧利斯台风登陆后所引起的致洪暴雨的关系，以及美国CPC的MJO中期预报对中国南方大陆致洪暴雨中期预报的参考意义。
2006年5月22日美国CPC预测在未来1~2周(5月22日至6月4日)，MJO活动比较活跃，将影响东印度洋、孟加拉湾、印度支那半岛以及南海地区(图 8)。在第二周MJO活跃区位于印度支那半岛和南海地区，这时，香港850 hPa的西风(图 9)以及中国南部大陆季风涌加强(图 10b), 此时来自北方的强冷锋移到闽江流域，造成6月4—7日闽江致洪暴雨(图 10a)。6月9—10日冷锋移到南海海面，从9日00时开始，先后有8个MCS在广西南部与珠江三角洲生成，这些MCS沿着静止锋不断东移到台湾西南部(图 10c)。静止锋上的中尺度对流系统(MCS)是暴雨的制造者，正是这几个MCS在台湾南部的暴雨区停留持续时间达48小时, 台湾西南部2天的降水量1042mm，其中10日08—12时(北京时)降水量达387mm，超过台湾的超级暴雨标准，这是造成台湾历史上非台风造成的最强暴雨。
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图 8 2006年5月22日美国气候预测中心(CPC)根据MJO预测未来一周(a)和二周(b)热带地区天气情况示意图 说明：90~120°E、赤道到25°N出现强对流天气 |
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图 9 2006年4—9月逐日香港(22.15°N、114.10°E)850 hPa纬向风演变及其小波分析图 (单位：m·s-1) |
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图 10 2006年6月1—10日平均(a)500 hPa位势高度场(dgpm，阴影区表示OLRA≤－10 W·m-2)；(b)850 hPa水平风场(m·s-1)与正涡度区(10-5 s-1)；(c)6月8—10日平均的850 hPa水汽通量(10-3·g·kg-1·m·s-1)及其散度(10-8·g·kg-1·s-1)，箭矢：MCS移动轨迹 |
2006年7月8日美国CPC根据MJO的中期预报，预测热带气旋碧利斯未来会加强并影响中国台湾与东南地区(图 11)。7月14—18日在40°N附近有Rossby波发展[10], 在110°E附近35°N以北地区对流层中下层建立了闭合高压(图 12a)，同时, 华南地区对流层下层盛行西南风，高压南侧的偏东风与西南暖湿气流汇合形成一条东西走向的辐合带(图 12b), 使得台风碧利斯登陆后, 沿着辐合带自东向西南移动(图 12c)，从福建经江西、广东、湖南、广西进入云南，对流活动持续，历时5天。上述地区过程降雨量一般有50~200mm，其中浙江南部、福建东部、广东东部以及江西和湖南两省的南部地区达200~400mm，造成浙、闽、赣、粤、湘、桂六省暴雨洪涝，因灾死亡612人，失踪208人，碧利斯造成的死亡人数为近10年最多。
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图 11 2006年7月10日美国气候预测中心(CPC)根据MJO预测的未来1周(a)和2周(b)热带地区天气情况示意图 说明：0~25°N、90~120°E出现强对流天气 |
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图 12a 2006年7月14—18日平均的500hPa位势高度场(dgpm，阴影区表示OLRA≤－10W·m-2) |
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图 12b 2006年7月14—18日850 hPa水平风场(m·s-1)与正涡度区(10-5 s-1) |
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图 12c 2006年7月14—18日850 hPa水汽通量(10-3g·kg-1·m·s-1)及其散度(10-8g·kg-1·s-1) A~D分别表示7月14日12时—17日12时(北京时)碧利斯扰动中心的位置 |
通过上述分析，得到这样的主要结论：来自赤道印度洋的MJO，引起南海地区西风的加强，南海西风的加强，触发中国南部大陆出现季风涌，季风涌与来自北方的冷空气交绥，造成静止锋(梅雨锋)上的致洪暴雨。
本文的分析针对1998、2003、2005及2006年中国南部流域性致洪暴雨和东亚季风涌以及MJO活动的关系。我们曾将1991年的江淮暴雨、1994年的珠江暴雨、1999年的长江暴雨与本文所得结论进行验证，发现与本文结论很一致。
1991、1994、1998、1999、2003、2005与2006年的致洪暴雨都是出现在东西走向的静止锋上，静止锋位置与淮河、长江、闽江及珠江的走向一致。中国南部大陆上有时也会出现南北走向跨流域的致洪暴雨。这类经向型致洪暴雨有时也能产生严重洪涝。张小玲等[11]曾分析1996年7月14—17日在湖南境内的一场致洪暴雨，这类经向型跨流域的致洪暴雨作者拟在另文讨论。
最近中国气象局正在筹备“中国气象灾害的预警系统工程”项目，其中气象灾害的预报和预警是一个关键的子系统。我们认为通过国家973“中国南方致洪暴雨的机理和预测理论”项目的支持，目前有条件研究中国南部致洪暴雨的预警问题。我们认为致洪暴雨的预警应包括：
(1) 中期预报(一周左右)：根据CPC预报MJO中期活动的预报，监测未来南海地区850 hPa纬向风中期可能变化趋势，是否位于MJO活跃位相，预测是否有一次中国大陆南部强季风涌出现。如果将有季风涌出现，预示可能会有一次强暴雨出现。
(2) 短期预报(1~3天):密切注意北方冷空气的活动与冷锋的动向，估计未来雨带的位置。这与季节有关，一般而言，6月中旬以前，雨带多位于华南地区，6月中下旬到7月上旬主要位于长江流域或江淮流域。配合西太平洋副高的位置，提出未来雨带可能的位置。
(3) 临近预报(6~24小时)：在梅雨锋活跃时期，可能会有多个强对流雨团产生，它们是梅雨锋上暴雨的制造者。预报员要在6~12小时前预报它的发生发展，要用中尺度预报模式输出的每3、6、9、与12小时有利于暴雨产生的物理量场，如：850 hPa水汽通量、850 hPa水汽通量辐合区、CAPE、整层可降水量以及由模式输出的降水量等；同时, 利用雷达、卫星等提供的加密观测资料，追踪梅雨锋上中尺度对流系统的活动，进一步明确降水发生的地点、时间与等级(强降水，中等强度降水，弱降水)。
建议在2007年外场试验时段，增加暴雨预报的试验，试验我国南方致洪暴雨预报的定区、定时与定量(等级)的问题。
本文的研究只注意110°E以东、淮河以南的地区。110°E以西云南、贵州、四川等地未作研究。在北方地区东西走向的静止锋暴雨很少出现，我们也没有进行研究。
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