利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2008年梅汛期暴雨过程中干冷空气侵入对暴雨发生、发展和维持的作用。结果表明:梅雨期中高纬度环流的演变和调整与暴雨过程密切相关,亚洲北部阻塞高压(高压脊)的建立和维持,使得500hPa高度上西风锋区南压,导致干冷空气南下,极涡活动的异常偏东和加强有助于冷空气向江淮流域输送,有利于江淮流域暴雨的发展。在江淮流域梅雨期间,干冷空气的活跃与暴雨过程相对应。干冷空气来源于中高纬度和中高层。干冷空气侵入有利于对流层中高层干层的形成和维持。而且,干冷空气侵入是梅雨湿度锋形成和维持的一个重要动力和热力原因。在此研究基础上, 归纳出中期预报着眼点, 供实际业务预报参考使用。
By employing the NCEP/NCAR reanalysis data, the characteristics of the dry cold air activity, the dry cold air intrusion and evolution, as well as its impacts on the torrential rain during the 2008 Meiyu period are diagnosed.It is shown that there exists a close relationship between the evolution of the circulation over the mid-high latitudes and the torrential rain process, and the establishment and maintenance of the blocking anticyclone (pressure ridge) over Northern Asia lead to the southward movement of the westerly frontal zone and the dry cold air. The abnormal eastward movement and the enhancement of the polar cyclone transfer the dry cold air to the Changjiang River and the Huaihe River Basins, thus enhance the torrential rain over that area. It is also revealed that the northerly activities are in coherence with the torrential rain process, the dry cold air comes from the mid-high latitudes and the mid-high level. The Changjiang River and the Huaihe River Basins locate in the low level air convergence area. The north wind plays an important role in the enhancement of the convergence in the lower level and the divergence in the upper leve1.The dry cold air intrusion contributes to the formation and maintenance of the dry level. The dry cold air intrusion is one of the important dynamical and thermal causes for the formation and maintenance of moist front during the Meiyu period. At last, the keys of mid-range forecast are summarized on the basis of these results.
我国气象专家对江淮梅雨暴雨的研究由来已久, 取得了很多研究成果[
本文用NCEP 2.5×2.5的日平均资料,分析2008年梅雨期干冷空气活动的特征、暴雨过程中干冷空气侵入和演变的特征以及干冷空气侵入对暴雨发展和维持的作用。进一步总结归纳江淮梅雨中期预报着眼点, 旨在深化对极端降水事件的大气演变过程的理解, 提高预报技术水平。
大尺度环流形势是暴雨发生发展的背景,尤其对于我国江淮流域的梅雨降水。典型梅雨天气形势的存在对暴雨的维持和发展极为有利[
携带干冷空气南下的中高纬度系统主要有阻塞高压(以下简称阻高)和极涡。它们在梅雨期的演变特征也反映了冷空气的活动特征以及与江淮流域暴雨过程的关系。根据中高纬度阻塞高压的分布,以沿60°N的500hPa高度场的纬向时间演变图来表征阻高的演变特征(
2008年6月500hPa高度场的纬向-时间演变(单位:dgpm)
可见,江淮梅雨期间中高纬度所对应的的环流特征表现为欧亚上空单阻(高压脊)或双阻型的建立和维持,也就是在贝加尔湖附近高压脊的出现,雅库茨克地区附近单阻的出现以及乌拉尔山和雅库茨克地区双阻的出现。
亚洲北部阻塞高压(高压脊)的建立和维持,使得500hPa高度上西风锋区南压,导致冷空气南下,造成中纬度地区频繁的物质和能量交换。尤其是6月16日以后,阻塞高压活动加强,阻塞高压的异常活动通过大气动量和热量的一次次向南频散造成江淮流域的持续性暴雨过程。
以下分析江淮流域降水过程中高纬度的环流演变和调整特征。从500hPa的环流形势(图略)来看,6月7日前,贝加尔湖以西的高压脊缓慢东移,7—10日稳定在贝加尔湖附近(
2003年梅雨期暴雨过程平均的500hPa高度场(细实线,单位:dgpm)、温度场(虚线,单位:℃)分布
6月12日开始,中高纬度环流出现了大的调整,100°E附近的贝加尔湖的阻高逐渐向东移至鄂霍次克海地区,并且发展为阻塞高压,单阻形势建立,与此同时,黑海、里海地区以北的高压脊发展,欧亚中高纬度环流形式为两脊一槽型(
6月16日开始,稳定的双阻形势建立,东面的阻高位于雅库茨克地区,西面阻高位于乌拉尔山附近,也就是典型梅雨的标准形势。中纬度地区西风环流平直,频繁的短波活动为江淮地区提供冷空气条件,锋区压在江淮流域及其以北地区(
极涡作为极地地区的低压系统,对冷空气的贡献也很重要,东半球6月极涡的活动出现2次活跃过程(
因此在东亚地区中高纬度系统的影响下,与其相对应,江淮流域地区梅雨强降水期间出现了3次暴雨过程。
2003年6月7日00时至24日00时(世界时)雨量分布(单位:mm)
暴雨的产生和发展除了与暖湿气流息息相关外,还与南下的干冷空气密不可分。根据文献[
由梅雨期间经向风的纬度时间演变图(
2008年梅雨期间500hPa(a)、850hPa(b)110~120°E平均经向风的纬度-时间演变和27—34°N、110—120°E平均经向风的时间-高度剖面(c)
江淮梅雨暴雨过程的冷空气不仅来源于中高纬度,而且也来源于对流层高层。从(27~34 °N、110~120°E)上空经向风的时空剖面(
因此,江淮流域暴雨过程的冷空气活跃的特征,表现形式既有来自中高纬度的干冷空气南下,也有来自于中高层干冷空气的下降。不论方式如何,它们共同的作用均是携带着干冷空气到达江淮流域以北或上空,在此与北上的暖湿气流交汇,产生暴雨。因为此时的江淮流域处于夏季风控制之中,暖湿气流供应充分,并且能够北上到江淮流域地区,在该地区等待冷空气的来临,一旦有冷空气的下降或南下,就能够为暴雨的产生和发展提供有利的条件[
江淮流域梅雨期干冷空气的侵入不仅对暴雨的产生发展起着重要的动力作用,还能够调整湿度场的结构,产生热力效应。
考虑到当由温度露点差(
从
2008年6月28~35°N,110~120°E平均的温度露点差垂直剖面(a)及其时间演变曲线(b)
从江淮流域对流层不同高度上温度露点差的时间演变曲线(
既然干层与暴雨过程关系密切,那么,在暴雨过程中它的演变又是如何?从入梅后连续性暴雨过程(19—23日)酝酿、产生、发展、维持和减弱整个过程的温度露点差的垂直演变情况(图略)来加以说明。总的来说,垂直方向的温度露点差的变化非常迅速。在暴雨酝酿阶段,700hPa的温度露点差为10℃;到暴雨临近时,温度露点差迅速下降到4℃,空气达到准饱和;暴雨出现时,在650hPa以上形成一个干层,温度露点差最大出现在500hPa,达到20℃;随着暴雨的发展,干层厚度向上收缩,低层饱和层向上扩展,但500hPa及其以上层次的温度露点差依然大于8℃。暴雨减弱时,温度露点差最大值减小至6℃。
干层在暴雨过程中起着重要的作用。在干层最干层次的下方为深厚的对流不稳定层,其上方为对流稳定层,下方的对流不稳定层提供大量的对流不稳定能量,上方的对流稳定层使得不稳定能量得以聚积,由于垂直方向这种层结的分布,有利于暴雨天气的发生发展[
在梅雨期间,对流层低层、中层和高层都维持着一假相当位温的密集带,这是梅雨锋区之所在。在锋区以南,为高温高湿的暖湿气流,在其以北为干冷空气(
2008年梅雨期间100~130°E范围内平均的假相当位温(单位:K)的纬度-时间演变
由以上的分析可以看出,在江淮流域的梅雨期中,尽管干冷空气的侵入与暴雨过程有着较好的对应关系,但是干冷空气侵入的强度各异,其中入梅后的第一场暴雨过程中的干冷空气侵入最强,这与其所处的大气环流背景有关。姚秀萍等[
2008年梅雨期间沿115°E假相当位温经向垂直剖面平均图(单位:K)
江淮流域低层存在假相当位温的高值中心,为高能区所在。在600hPa高度上,30°N的南北两侧各自存在一个假相当位温的低值中心,从而形成在30°N附近从低层到高层假相当位温的密集带,假相当位温等值线在中低层呈陡立分布[
因此,梅雨暴雨过程中,江淮流域上空为较强的湿度锋区,该锋区结构特征对江淮流域暴雨起着重要作用。而江淮流域以北的干冷空气是湿度锋形成和维持的一个重要动力和热力原因。
每年汛期, 中央气象台中期预报服务的重点就是对主要雨带位置移动和强度的预报, 因为历史上罕见的暴雨致洪灾害都发生在江淮梅雨期间, 因此对江淮梅雨的预报服务更是中央气象台中期预报任务的重中之重。通过对2008年梅汛期干冷空气活动对梅雨降水作用的分析, 结合预报实践经验, 可以从中得出如下江淮梅雨暴雨预报的着眼点。
(1) 对于持续性强降水的预报必须抓住大尺度环流关键系统的演变, 如阻塞高压(高压脊)以及副热带高压等的调整和演变,这是中期预报技术路线中的基本条件。
(2) 梅雨期,江淮流域处于夏季风的控制之中,暖湿气流供应充分并且能够北上到江淮流域地区,此时要密切关注高纬冷空气的南下和高层冷空气下降。
(3) 对于梅雨期持续性暴雨预报,对流层中层是否能维持深厚干层是关键条件之一。
(1) 2008年梅雨期中高纬度环流的演变和调整与雨带的移动密切相关;亚洲北部阻塞高压(高压脊)的建立和维持,使得500hPa高度上西风锋区南压,导致冷空气南下;江淮梅雨期间中高纬度所对应的的环流特征表现为欧亚上空单阻(高压脊)或双阻型的建立和维持;极涡活动的异常偏东和加强有助于冷空气向江淮流域的输送,造成江淮流域的暴雨过程。
(2) 2008年梅雨期存在3次北风活跃阶段,每次北风活跃对应于一次暴雨过程。冷空气活跃的特征表现形式既有来自中高纬度的干冷空气南下,也有来自于中高层干冷空气的下降。
(3) 干冷空气的侵入能够引发干层的形成和维持,干层的存在加强了暴雨过程的对流性不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用。而且,干冷空气侵入是梅雨湿度锋形成和维持的一个重要的动力和热力原因。
(4) 第一场暴雨干冷空气比较强的原因:除了在30°N北侧存在一锋区外,在其北侧的50 °N附近还存在一条锋区,该冷锋锋区不断给江淮流域补充冷空气。
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