引言

常年梅汛期(6—7月)期间，江淮流域进入相对多雨阶段, 各地暴雨日数较多，强降雨天气时常出现，这是该地区特有的天气气候现象；持续性强降雨常引发洪涝、泥石流、滑坡、内涝等灾害。针对梅雨，曾有许多预报员和气象学者作过深入研究，关于梅雨的典型形势和成因也有不少总结^[1-8]。但对梅汛期强降雨中期预报技术研究较少，关于Rossby波的下游效应与持续性强降雨的研究更少。陶诗言先生指出“目前业务上使用的全球数值预报模式对Rossby波列的下游发展效应有一定的中期预报能力，建议在日常业务预报中关注高空急流中Rossby波能量传播过程中大形势的突变与调整”^[9]。本文利用Rossby波效应对近30年当中10次典型的持续性强降雨过程个例进行分析，发现Rossby波下游发展效应是造成该天气的主要原因之一。研究表明，造成强降雨的成因相当复杂。110°~130°E副热带高压(简称副高)脊线稳定在20°~25°N之间，是江淮流域出现持续性降雨的有利条件，而不是必要条件。有时副高偏东或偏南、偏弱，同样可以出现持续性强降雨^[10-11]。

强降雨中期预报是一个极具挑战性的课题，又是预报员必须面对的难题。目前对强降雨的具体落区预报一直是中期预报的主要难点之一。在业务预报中还没有比较客观的、成熟的方法，而在预报服务的实践中，对中期预报的需求又很迫切。为提高强降雨中期预报的能力，本文根据近30年气象资料，分析总结归纳出了产生强降雨天气的500 hPa环流特征、低空急流和850 hPa风场特征；同时对10次典型个例利用Hovmoller图分析Rossby波列下游能量传播效应。重点寻找出持续性强降雨中期预报着眼点。

本文通过对气候背景、环流形势特征、风场及物理因子分析, 探讨造成强降雨的可能成因, 进而提高灾害性天气的中期预报能力。

1 梅汛期强降雨的气候特征 1.1 强降雨定义和划分标准

强降雨有两种情况，一是在短时间内某站出现暴雨或大暴雨，甚至特大暴雨，例如，1984年6月13日，选取的46站当中日雨量≥100 mm的有6个站，其中2个站≥200 mm；二是在较长一段时间内，出现持续性大雨或大雨以上量级的强降雨天气过程，例如，1991年6月29日至7月11日，2010年7月3—19日。

本文规定，江淮流域大致在111°E以东，27.5°N以北，34°N以南。在此范围内，涉及到9个省(市)，从中共选取46个代表站(图略)。满足以下条件之一则定为1个强降雨日，连续3或3 d以上强降雨日，则定为持续性强降雨天气过程(3 d以上强降雨日，允许间断1 d，连续2 d无强降雨日则为中断)。

(1) 选取的46个站当中有1个站≥50 mm，且另有10个或以上站日雨量≥25 mm；

(2) 有2个站≥50 mm，且另有5个或以上站日雨量≥25 mm；

(3) 有1个站≥100 mm，且另有5个或以上站日雨量≥25 mm；

(4) 有3个或以上站日雨量≥50 mm；

(5) 有1个或以上站日雨量≥100 mm，且另有1个或以上站日雨量≥50 mm；

(6) 有1个或以上站日雨量≥200 mm。

1.2 强降雨气候特征

对1981—2010年30年6—7月逐日降雨量资料进行统计的结果表明，30年(1830 d)当中，共出现527个强降雨日(见图 1)，平均每年有强降雨日17.6 d左右，6和7月，分别有8.7和8.9 d。日降雨量≥200 mm有36站次(表略)，6月14站次，7月22站次；其中有4站次日雨量≥300 mm，均出现在7月。持续3或3 d以上的强降雨天气过程共有63次(表略)，平均每年2.1次(6和7月次数基本相等)。1991年6月29日至7月11日连续13 d出现强降雨，为持续时间较长，强降雨过程期间日雨量≥100 mm最多的年份(≥100 mm有25站次)。1998年6月12日至7月3日连续22 d出现强降雨，为持续时间最长的一次过程，6和7两个月期间共出现27 d强降雨，为强降雨日数最多年份；2001年无持续性强降雨，仅有8 d零散强降雨日，为强降雨日数最少年份。

气候资料统计结果表明，强降雨出现的概率很高，日雨量≥200 mm的站次7月比6月明显多。统计数据提示我们，强降雨是每年汛期预报员必须面对的事实，探索中期预报方法是业务上迫切需要解决的课题。

2 持续性强降雨的环流特征 2.1 阻塞高压

根据1981—2010年30年历史资料分析得出，持续性强降雨天气过程有63次，其中43次过程是在有阻塞高压(以下简称阻高)形势下出现的，占68%左右；10次长持续性强降雨过程中8次有阻高活动，占80%。由此可见，阻高是造成持续性强降雨天气最常见的一种形势。阻高又分为乌阻、中阻、东阻和双阻四种阻塞型(见图 2)，也就是将亚洲分为乌拉尔山(50°~79°E)、贝加尔湖(80°~110°E)、东亚(111°~160°E)三个区域，即对应人们常说的乌阻、中阻和东阻；若乌拉尔山和东亚地区同时出现阻塞高压，则称为双阻^[11]。

2.2 孟加拉湾季风槽区

所谓孟加拉湾季风槽区是指500 hPa高度场上青藏高原、孟加拉湾附近地区的高度相对周围低，80°E以西和110°E以东均为副热带高压区，西北太平洋副高西伸脊点通常在105°E以东，此时江淮流域一带在副高的北侧(见图 2d)。亚欧中高纬度有时为两脊—槽型，110°E附近为长波槽区，槽底在35°N附近；80°E附近和130°E附近分别为高压脊区(有时有阻高活动)；长江中下游沿江地区500 hPa高空图上等高线处于580~584 dagpm之间，有时呈东—西走向，有时呈东北—西南走向。强降雨区出现在584线附近及其以南至588线以北地区。统计结果表明，63次强降雨天气过程中，此类型出现60次，几率高达95%以上；其中10次长持续性强降雨过程均是在本型下发生的；可见，孟加拉湾季风槽区对持续性强降雨产生重要影响。

2.3 西北太平洋副热带高压

副高稳定与否，对江淮流域持续性强降雨的发生起着至关重要的作用。江淮流域持续性强降雨期间，副高多呈东西带状分布，副高脊线稳定在20°~25°N之间(图略)；63次持续性强降雨天气过程中，有46次符合本型，占73%；其中10次长持续性强降雨过程，有8次属于此类型，占80%。

强降雨带在淮河流域徘徊时的副高特征是500 hPa高度场上，30°N、120°E格点值基本上在585~590 dagpm之间，沿淮地区500 hPa等高线处于580~584 dagpm之间，淮河流域位于副高北侧或西北侧边缘；无论588线北界，还是副高脊线，都相对稳定。

长江中下游沿江或江南地区北部出现持续性强降雨期间，588线北界一般在28°N以南，相应副高脊线位置也稍有偏南，副高西伸脊点位置大约在105°E以东，脊线位置与588线北界位置距离较近(小于或等于3个纬距)。据统计，副高脊线(120°E处)位于18°~26°N之间(平均为21°N)，588线的西脊点位于105°~115°E之间(平均为109°E)，将有利于湖北暴雨的发生^[12]。

2.4 低空急流

统计表明，梅汛期850 hPa低空急流活动与江淮流域强降雨有伴随性，出现急流天数越多，强降雨天数也越多。强降雨出现的当天，850 hPa风场上，自广西、湖南到长江中下游沿江一带有3或3个以上成片的格点风出现≥12 m·s^-1西南风急流，有时风速可达16~20 m·s^-1，此时华南到江南一带盛行西南风，无明显风向切变，急流北侧的地区往往有气旋性环流，强降雨处于急流北侧、气旋性环流中心附近偏南地区。统计结果表明，近30年6和7月期间，一天当中有3或3站以上日雨量≥100 mm共计58 d，850 hPa风场上出现≥12 m·s^-1低空急流有47 d，占总数的81%；其中≥16 m·s^-1低空急流有19 d，占总数的33%。

从1981年以来的10次持续性强降雨天气过程的850 hPa经向风时间演变图可见(图略)，10或10 d以上持续性强降雨期间，110°~120°E平均850 hPa经向风场上，淮河流域盛行南风，强降雨区均为南风控制，强度一般为4~8 m·s^-1。近30年著名的1991、1998和2003年梅汛期持续性强降雨期间，850 hPa经向南风强度一般在8~10 m·s^-1，有时南风超过10 m·s^-1，比其他7年任何一次强降雨过程中的南风强度都强，一般偏强2~4 m·s^-1(见图 3)。850 hPa经向风图上稳定维持南风，一方面起着输送水汽和能量的作用，另一方面又是产生强降雨的有利动力条件；这也是形成持续性强降雨天气的主要原因。

2.5 切变线

根据经验可知，江淮切变线是江淮流域的一个重要天气系统，是造成江淮流域梅汛期持续性强降雨天气最稳定、最典型、最主要的天气系统之一。

在江淮流域的某一地区，850 hPa格点风场上有风向切变线(3对风以上)，一般称为江淮切变。在切变线北侧的偏北风速一般为4~6 m·s^-1之间, 切变线南侧的偏南风速一般为8~12 m·s^-1；切变线附近及其南侧均可以出现强降雨；切变风的范围越大，降雨的范围也越大。统计结果表明，≥200 mm的36站次当中，仅有5站次无切变线(偏南风控制)，3站次属台风减弱后低气压造成的强降雨，其他28站次强降雨均有切变线相对应。

3 Rossby波列能量频散对持续性强降雨中期预报的启示

陶诗言^[9]指出：“Rossby波列能量频散对提高高影响天气的中期预报能力非常重要”。“Rossby波列的下游发展效应是中国严重洪涝灾害的重要制造者”。并表明：“对于暴雨的中期预报，关键是抓住亚洲高空急流中Rossby波能量传播过程中大形势的突变与调整。中期数值预报模式对此有一定的预报能力，这为我们提高此类暴雨的中期预报水平开辟了新的途径。因此，在暴雨的预报业务中，应监测Rossby波的下游效应”。沿着这个思路，我们选择了10次持续性强降雨过程(见表 1)进行了个例分析。

针对上述10次过程分析35°~45°N的200 hPa平均经向风的时间剖面图(也称Hovmǒller图)。结果表明，10次过程中有7次表现出明显的Rossby波自西向东传播的现象，另有3次过程也能表现出Rossby波列的形态，但强度较弱。下面对个例进行具体分析。

3.1 2010年7月8—19日强降雨过程

这次强降雨过程是2010年梅雨期(2010年7月3日入梅，24日出梅)出现的暴雨至大暴雨过程。图 4给出2010年6月25日至7月21日200 hPa 35°~45°N平均经向风时间-经度剖面图。从图 4可见，从6月底至7月15日有两次明显的Rossby波列传播过程。第一次过程为6月30日至7月8日，0°~150°E范围内有3列Rossby波列，分别对应着3对高空槽脊的活动。首先在6月30日至7月2日10°W~0°附近有高空槽发展，7月2—5日在40°~45°E附近有高空脊发展。3—6日在70°~75°E有高空槽强烈发展，5—8日在100°~110°E有脊发展，其下游110°~120°E有槽强烈发展。注意到槽线和脊线的移动非常缓慢，特别是40°E附近的脊和70°E附近的槽呈准静止状态，但Rossby波列的能量频散速度却相当快，南风中心的传播速度大约每天25~27个经度，北风中心的传播速度大约每天20~22个经度，平均传播速度约每天23.5个经度。对照500 hPa形势看，Rossby波列分别对应着东欧脊，乌拉尔山以东槽，我国中部的脊和东部的槽(图 5)。特别值得注意的是200 hPa 100°~120°E范围内4—9日北风明显加大，最大达到25 m·s^-1以上。高空如此强盛的北风有利于动量下传和气流的辐散，对暴雨的发生和维持是十分有利的。对照该时段逐日降雨量可见，自7月3日开始，江淮地区已经出现大范围中到大雨，局地暴雨，7日出现区域性暴雨和大暴雨。

第二次Rossby波列传播过程为7月4—15日，7月4日在55°W附近有槽发展，7—9日在20°E有槽发展，11—12日在80°E，13—14日在130°E有槽发展。波列传播速度大约每天18~20个经度左右。注意到4—8日和14—15日110°~130°E有两次北风加强过程，平均风速15~25 m·s^-1, 此时段江淮地区出现大范围暴雨至大暴雨过程。

综合看，两次Rossby波的传播在110°~120°E引起北风加强，标志着冷空气加强，从110°~120°E沿30°N经向风剖面图(图 6)可以看到，7月4—8日和13—15日有两次冷空气从高空下传，前一次过程下传到850 hPa的低空；表明冷空气的活动与强降雨的发生是密切相关的。

3.2 2007年6月30日至7月10日强降雨过程

2007年6月30日至7月10日，江淮、江南地区北部出现了一次较大范围的持续性强降雨，其中有8天局部地区出现大暴雨或特大暴雨。

此次持续性强降雨过程出现在亚欧中高纬度大尺度环流形势发生调整的时期。6月25日后，500 hPa北半球大气环流形势发生明显的变化，尤其中高纬度阻塞形势建立，环流经向度明显加大；26—28日在100°~110°E对流层高、中层都有低压槽发展(图略)，此时锋区南压，并不断有冷空气南下；副高脊线北抬，江淮流域处在副高西北侧，冷暖空气不断在此交汇，致使该地区出现持续性强降雨。图 7给出2007年6月15日至7月13日200 hPa 35°~45°N平均经向风时间-经度剖面图。由图 7可见，在强降雨即将开始和持续过程中有3次Rossby波列东传的过程。

第一次，6月17—19日10°W有槽发展，21—22日在40°E附近有槽发展，22—24日在70°E附近有脊发展，26—28日在100°~110°E有槽发展，此槽一直维持到7月1日。Rossby波列传播的速度大约每天16~18个经度。对照降雨实况，26—27日江淮至江南地区北部有大雨，28日有局地暴雨。

第二次Rossby波列传播过程表现为，6月21—24日在60°W附近有槽强烈发展，27日在0°附近有槽发展，7月1日在40°E附近有槽发展，在60°E附近有脊强烈发展，2—4日在85°E有槽发展，110°E为脊区。

第三次Rossby波列传播过程与第二次相似，只是在60°~120°E范围内比第二次过程增加一个槽，110°E处在槽后强北风中。

对比降雨实况，出现大暴雨的时间分别是：1、3、4、5、7、8、9和10日，都对应110°E有强的北风发展。

综合分析10次持续性强降雨过程，其中7次共同的特点是在强降雨期间100°~120°E都有北风加大，北风的大值区都与Rossby波列传播密切相关。从表 1也可以看出，10次强降雨过程开始日均为北风，8次过程最大风速超过12 m·s^-1，其中3次超过20 m·s^-1。配合形势分析可知，200 hPa槽后的北风区和下沉气流相关联，有利于能量的下传，这样的形势对强降雨的发生是有利的。陶诗言^[9]指出：“亚洲急流区Rossby波的能量传播过程，是东亚高空槽发展加深的重要动力机制”。利用数值预报产品对Rossby波列进行分析，可使预报时效提高4~6 d。

4 持续性强降雨概念模型及中期预报着眼点

统计表明，Rossby波能量传播与梅汛期持续性强降雨有着很好的对应关系，200 hPa 35°~45°N纬度带内有经向风强度在15 m·s^-1以上的波列自西向东传播，并且在110°~120°E范围内有强北风区出现时，是持续性强降雨出现的征兆。

持续性强降雨成因非常复杂，它与上下游效应、高低空配置和南北系统结合等都有着密切的关系。通过前面的分析我们认识到抓住持续性强降雨发生的环流背景、对流层高层能量频散的下游效应及850 hPa风场的特征可以为中期强降雨预报提供依据。为此，我们构建起强降雨发生的概念模型。

(1) 在500 hPa形势场上，中高纬度有稳定的阻高，贝加尔湖以东至我国东北多为低压带，100°~110°E为长波槽区，槽底在35°N附近，110°~130°E副高脊线稳定在20°~25°N之间，孟加拉湾和青藏高原地区为季风槽区。

(2) 在850 hPa形势场上，江淮切变建立并维持，存在一支12 m·s^-1以上的西南低空急流；特别是850 hPa经向风时间演变图上，110°~120°E范围内淮河以南盛行南风，平均风速达8~10 m·s^-1。

(3) 强降雨一般发生在584 dagpm附近及其以南至588 dagpm线以北，低层850 hPa急流北侧，气旋性环流中心附近偏南地区。

强降雨中期预报业务应用结果表明，200 hPa波列下游效应，500 hPa高度场上的阻塞高压活动频繁、副高稳定、孟加拉湾低值区，850 hPa切变线、急流、强经向南风等显著特征可作为江淮流域持续性强降雨的预报着眼点，为预报员对强降雨天气系统的结构配置、演变规律的认识和理解，提供了很好的参考素材和依据。在2010和2011年的梅汛期强降雨中期预报中，这些预报方法发挥了有效的参考作用。2011年6月4—6日，江南地区中北部出现持续性强降雨。这是在该地区长期严重干旱的背景下，一次极为关键的天气过程。在5月27日梅汛期专题会商和随后的几次大会商中，应用了上述预报技术方法，给出强降雨发生的时段、落区，提前5~8天制作出了较为准确的强降雨中期预报。天气会商中主要依据是，在200 hPa图上，5月28日至6月5日有明显的Rossby波列东传，3日100°~110°E北风达到20 m·s^-1；500 hPa高度场上，584线位于长江中下游沿江地区，副高脊线位于22°N附近，孟加拉湾为低值区；对应850 hPa风场上，30°N以南地区由原来的北风转为南风，并有西南急流建立，长江中下游沿江附近地区有切变线形成，110°~120°E平均南风强盛(风速达8~10 m·s^-1)。业务应用表明，以上几种预报方法进一步加强了中央气象台梅汛期强降雨中期预报业务的技术支撑能力，为预报员制作强降雨预报提供了重要科学依据。

5 结语

通过对近30年梅汛期强降雨过程的分析，可以得出如下几点看法：

(1) 强降雨出现的气候概率很高，平均每年17.6 d强降雨日，持续3 d以上的降雨过程，平均每年2.1次。

(2) Rossby波的下游效应表明，持续的强降雨过程与Rossby波的东传关系密切。利用200 hPa急流区经向风资料分析Rossby波的强度和传播速度，可为强降雨中期预报提供新的思路。

(3) 强降雨的成因非常复杂，其环流背景和影响系统每年呈现出不同的特点。持续性强降雨期间，总的大尺度环流特征为：中高纬度盛行阻塞形势；贝加尔湖附近至130°E多为低值区，冷空气活动异常频繁；西北太平洋副高相对稳定；孟加拉湾和青藏高原地区多为低值区；中纬度环流较平直，沿淮地区500 hPa等高线处于580~584 dagpm之间。

(4) 2010—2011年业务预报实践表明，本工作可为预报员提供参考并取得了显著效果。但是，目前的工作还是基础性的，还需要在大量统计分析的基础上归纳出系统的定量的预报指标。