2. 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京 210044
2. Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044
由于地处东亚季风区,我国大部地区降水的峰值出现在夏季。而到了秋季有些地区的降水量虽然少于夏季,但却多于春季,形成年内仅次于夏季的第二个降水峰值,这些地区就是秋雨区,其中以华西地区的秋雨天气最为显著。华西秋雨虽然以绵绵细雨为主,但也不乏强降水天气的出现,容易引发秋汛(《大气科学辞典》编委会,1994)。例如2011年秋季,华西地区受持续强降雨影响,四川、陕西、重庆、湖北4省(市)遭受洪涝、滑坡、泥石流等灾害。秋雨还导致嘉陵江、汉江以及渭河等出现超警戒洪水,多次出现洪峰(柳艳菊等,2012; 蔡芗宁等,2012)。持续的秋雨天气还对秋收作物造成了很大影响(李莹等,2012)。
2014年,华西秋雨异常偏强,9月中旬,华西地区出现持续降雨过程,部分地区出现大到暴雨,局地大暴雨甚至特大暴雨。9月9—18日,华西地区累计降水量50~200 mm,其中陕西南部、四川东北部等地200~250 mm,局部超过250 mm,普遍比常年同期偏多2倍以上。强降水造成了农田被淹、城镇内涝,局地出现山洪、滑坡、泥石流等灾害,造成的经济损失为近5年最重,四川、陕西、湖北、重庆、湖南、贵州、云南7省(市)789.7万人受灾,48人死亡,27人失踪;农作物受灾面积82.1万hm2,其中绝收面积5.3万hm2;直接经济损失98.4亿元(国家气候中心,2014;侯威等,2015;王朋岭等,2015)。
华西秋雨一直是国家级气候监测、诊断、预测业务的重点,因此,本文将从海温和大气环流等因子着手重点分析2014年华西秋雨的异常特征及其可能成因。
1 资料本文主要使用了1948—2014年美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)提供的2.5°×2.5°水平分辨率的逐日再分析资料以及美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的月平均海表温度数据等。中国地区的气温、降水资料来源于中国气象局国家气象信息中心整编的中国地区台站观测气候数据集。本文使用的各要素的气候平均值为1981—2010年平均值,秋季指北半球9—11月。
2 2014年秋季我国降水异常特征2014年秋季,全国平均降水量为134.6 mm,较常年同期(119.8 mm)偏多12.4%(图 1a)。从空间分布看(图 1b),东北中南部、长江中下游及其以南地区、西南地区西部、新疆南部和甘肃北部等地降水偏少2~5成,部分地区偏少8成以上;而内蒙古大部、华北、黄淮、江淮、江汉、江南北部、青海大部和新疆中北部等地降水偏多2~5成,局部地区偏多5成以上。
由图 1可见,我国华西地区大部降水偏多2~5成,其中华西地区北部偏多更加明显,陕西大部、甘肃东南部、四川东部、重庆北部以及湖北西部偏多达5成至1倍。2014年秋季,华西地区平均降水量为292.8 mm,较常年秋雨期(212.0 mm)偏多38.1%(图 2)。从华西地区秋季降水的历年演变中可以看出,近几年来华西地区秋季降水量呈现增多的趋势,而2014年秋季降水是1984年以来最多的一年(图 2)。
季内,我国降水阶段性变化显著,总体呈现“多—少—多”的特征。2014年9和11月全国平均降水量分别为80.7和22.6 mm,分别较常年同期(65.3和18.8 mm)偏多23.6%和20.2%。而10月,全国平均降水量为31.2 mm,较常年同期(35.8 mm)偏少12.8%。从空间分布来看,9月,我国中东部降水异常呈现“北多南少”的特征,10月,我国中东部降水异常由北至南呈现“多—少—多—少”的分布特征,而到了11月,降水异常又转为“北少南多”。纵观9—11月,我国降水偏多区域总体呈现出明显的由北向南的移动特征(图 3)。
受我国降水大范围异常型演变的影响,我国华西地区降水偏多的区域也呈现出明显的由北向南的移动特征,9月,我国华西地区北部降水异常偏多,其中甘肃东南部、陕西南部降水偏多达2倍以上,到了10月,降水偏多的区域南移到了四川中东部、重庆地区。而到了11月,降水偏多区继续南移到了贵州和湖南等地,导致华西地区降水呈现出“北少南多”的异常分布(图 3)。
3 成因分析 3.1 华西秋季降水偏多的成因从全球海表温度距平分布(图 4a)上可以看出,2014年秋季,除了海洋性大陆的部分地区海温偏低以外,其余的热带印度洋至太平洋地区的海温都明显偏高,部分地区海温都较常年同期偏高1℃以上。虽然秋季,赤道太平洋海温偏高的程度要超过赤道印度洋,但海洋上空大气活动对太平洋暖海温的响应却没有对印度洋暖海温响应得更明显。从海洋上空对流活动的异常情况(图 4b)来看,秋季印度洋上空的对流活动明显偏强,其偏强的程度明显超过太平洋上空的对流活动。
对流活动的加强有利于上升运动的发展。由图 5可见,2014年9月以来赤道印度洋地区上升运动明显偏强,而在西太平洋地区出现了一个异常下沉气流区,形成了一个异常纬向环流圈,该环流圈的出现有利于西北太平洋地区对流层低层反气旋式环流的发展(图 6)。此外,印度洋暖海温的发展通过Matsuno Gill响应(Matsuno, 1966; Gill, 1980)激发开尔文波东传(Chou, 2004; Xie et al, 2009), 也有利于西北太平洋地区对流层低层反气旋式环流的发展加强。该反气旋环流有利于西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)的加强和西伸(Yuan et al,2012;司东等,2008)。
2014年秋季,对流层中层,西太副高强度与常年同期相比明显偏强、西伸脊点明显偏西(图 7)。偏强偏西的西太副高有利于我国华西地区降水的偏多。与此同时,500 hPa高度场上欧亚中高纬呈“两脊一槽”型的环流分布,乌拉尔山以西地区和鄂霍次克海为正高度距平控制,而乌拉尔山以东至贝加尔湖地区为偏强的低压槽控制。这种环流型有利于冷空气沿西路南下影响我国华西地区(图 7)。
秋季是夏季风向冬季风转换的季节,此时,来自印度洋地区的西南水汽输送仍然较强。由于2014年秋季印度洋海温偏高,对流活跃,在水汽输送场上,低纬地区西南水汽输送明显偏强,该支气流与西北太平洋异常反气旋引导的东南水汽输送汇合后输送到我国(图 8),导致秋季我国华西大部地区水汽辐合、降水偏多,而我国东南沿海地区受异常反气旋环流控制降水偏少。
从第2节的分析中我们发现,2014年秋季,我国降水季内变化显著,总体呈现“多—少—多”的演变特征。而纵观9—11月,我国降水偏多区域又呈现出明显的由北向南的移动特征,受此影响,我国华西地区降水偏多的区域也呈现出明显的由北向南的移动特征。下文将分析造成这一变化的可能原因。
由图 9a可见,虽然2014年秋季西太副高强度总体偏强,但季内并不是每个月都异常的偏强,而是表现出“强—弱—强”的演变特征,西太副高强弱的变化影响水气输送强弱的变化,导致我国中东部和华西地区降水出现“多—少—多”的异常变化。而多雨区由北向南的移动主要与西太副高的南撤有关,由图 9b可见,2014年9—11月,西太副高呈现出明显的南撤的特征,受西太副高南撤的影响,我国中东部和华西地区多雨区季内表现出明显的南撤特征。
本文利用观测的降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及观测的海温资料,分析了2014年秋季我国华西地区降水异常及其可能的成因。主要得出以下结论:
(1) 2014年秋季,全国平均降水量134.6 mm,较常年同期偏多12.4%。华西地区平均降水量为292.8 mm,较常年同期(212.0 mm)偏多38.1%。季内,我国华西地区降水阶段性变化显著,降水偏多的区域呈现出明显的由北向南的移动特征。
(2)2014年秋季,热带印度洋海温异常偏高,印度洋上空对流活动偏强,上升运动的发展,有利于赤道地区异常纬向环流圈的加强,而该环流圈的加强有利于西北太平洋地区对流层低层异常反气旋式环流的出现。加之,对流层中层西太副高强度偏强,西伸脊点偏西的影响,综合导致低纬地区输送到我国华西地区的水汽偏强,加上北方冷空气的配合最终导致华西地区降水偏多。
(3)2014年我国华西地区秋季降水的季内变化主要受西太副高活动的影响。季内,华西地区降水的多少与西太副高的强弱变化有关,而多雨区由北向南的移动与西太副高的南撤有关。
致谢:感谢国家气候中心“气候系统监测—诊断—预测—评估系统”以及“气象灾害影响评估系统”提供的部分产品。
大气科学辞典, 1994. 大气科学辞典[M]. 北京: 气象出版社.
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