2018连阴雨天气过程环流分析

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　　春季长江中下游地区连阴雨发生时，我国南方地区常常有一支强劲的西南气流维持，它与孟加拉湾南支槽、副热带高压外围以及低纬越赤道气流的发展有关，下面是小编搜集的一篇相关论文范文，欢迎阅读查看。
　　引言
　　连阴雨是指连续5天以上的连续阴雨天气现象，中间可以有短暂的日照时间，7天以上则为长连阴雨。如果连阴雨发生在农事活动的关键时节，其影响、危害非常大[1,2],例如春季的连阴雨常常伴有低温灾害，有可能造成棉花烂种或水稻烂秧。2012年2~3月我国长江中下游及以南部分地区出现了一次历史罕见的连阴雨天气过程，与持续雨雪天气伴随低温冰冻等灾害天气以及因持续降水引发的泥石流、滑坡等地质灾害对农业生产和人民生活造成重大影响和巨大的经济损失。以往研究表明[3-7],春季长江中下游地区连阴雨发生时，我国南方地区常常有一支强劲的西南气流维持，它与孟加拉湾南支槽、副热带高压外围以及低纬越赤道气流的发展有关，而中高纬地区则常出现巴贝湖宽槽,此背景又依赖于北半球长波系统以及超长波系统的稳定维持。由此可见，南、北两支西风带的相互作用对连阴雨的发生和维持影响甚大。潘旸等[8]研究了2009年2~3月我国南方的连阴雨过程，分析发现欧亚大陆上空阻塞形势稳定，而在中低纬地区，西太平洋副高稳定在菲律宾海上空，这种环流形势使得北方干冷空气和南方暖湿气流在长江流域长时间对峙，形成了稳定的准静止锋，是影响这次连阴雨过程的主要天气系统。张建海[9]等对2010年的春季连阴雨进行研究，发现此次连阴雨过程低层向南越赤道气流偏弱，南海至我国东南沿海西南风较常年异常偏强，西南气流主要由孟加拉湾西北气流向右越过中南半岛转向形成，为连阴雨天气输送了充沛的水汽。
　　本文利用所用降水资料为国家气象中心提供的6h降水观测资料，客观分析资料为NCEP再分析场(历史同期取1981-2010年同期平均值)，分析了2012年早春江南地区连阴雨天气的大尺度环流特征和动力、热力学结构，并与历史同期形势进行对比，揭示了两者差异，以期为业务连阴雨天气预报提供参考依据。
　　1、连阴雨天气过程概况
　　2012年早春江南地区出现了历史罕见的早汛和低温冻害天气，这次低温连阴雨过程从2月20日开始，一直持续到3月10日才结束。其特点一是降水强度强，2月20日~3月10日浙江、江西、福建和广东北部普遍有150mm以上的降水，比常年偏多50%~100%;部分200mm以上，比常年偏多100%~200%;浙、赣、闽三省交界处出现了300mm以上的降水，局部大于350mm,比常年偏多250%~300%.特点二是持续时间长，强降水日数明显偏多。此次连阴雨天气始于2月20日，一直持续到3月10日，共持续了20天，中间只有2月27日一天的降水间隙期。其中3月2日~7日连续6天出现大雨到暴雨天气。特点三是温度偏低。降水区大部分地区平均温度较常年偏低1~2C,局部偏低2~4C.持续的低温连阴雨天气对农业生产和人民生活造成了严重影响。
　　2、连阴雨过程环流分析
　　2.1 200hPa环流特征分析
　　副热带西风急流对中国地区的降水及异常有着非常重要的影响，它能够在高空形成有利的辐散环流，并与低空急流发生动力耦合，因而与暴雨区有很好的对应关系[10,11].为了了解连阴雨期间副热带西风急流的特征，作200hPa风场距平图，从图1a可见，在连阴雨期间，在我国江淮流域-日本上空为偏西风距平，表明东亚副热带西风急流较常年偏强，而同时在低纬地区为偏东风距平，异常强盛的东西风急流在降水区上空构成了一个反气旋型距平环流，增强了高空的辐散气流，有利于强降水的出现。分析这次连阴雨期间116~122E平均的200hPa散度场(图1b)发现，20日前，在30N附近为辐合区，而2月20日~3月10日期间在降水区上空的对流层高层稳定维持着辐散环流，辐散中心的位置与高层的反气旋环流异常正好是一致的，在辐散区北侧是西风异常，南侧东风异常。高空强辐散区正好位于江南地区上空，为该地区的降水提供了非常有利的高空辐散条件。而在对流层低层，高空辐散区南侧则稳定维持着气旋性辐合中心(图略)，其南侧的西风距平对应着低层加强的西南气流。高空急流与低层西南气流形成高层辐散低层辐合的配置结构，十分有利于该时期降水的维持和加强。
　　2.2 500hPa环流特征分析
　　连阴雨是大气环流相对稳定、长波系统在一定地区停滞的产物，是中高纬西风带系统和中低纬副热带系统共同作用而形成的。图2a为连阴雨期间500hPa平均高度场及其距平图。由图可见，500hPa欧亚地区高纬环流具有较大的经向度，为两槽一脊形势：位于乌拉尔山地区的高压脊较常年偏强，距平中心为120位势米;鄂霍次克海和里海分别有两个低槽，高度距平为-80位势米以上，高压脊和低压槽均较常年偏强。脊前槽后巴尔喀什湖以东至我国东北为一致宽广的西北气流，为连阴雨天气提供了持续的冷空气。
　　在低纬度地区，西太平洋副热带高压脊线位置在15N附近，较常年平均偏北2~3度。常年平均的586线在低纬地区呈带状分布，阻断了低纬地区水汽的向北输送，因此常年此阶段我国南方地区降水较弱。而2012年连阴雨期间，在孟加拉湾到南海地区为位势高度的低值区，有利于副高南部的水汽在南海附近向北输送。位于里海的低槽稳定，其分裂的短波槽不断东移到达青藏高原以西地区后，由于地形阻挡而分岔，向北的一支经新疆-河西走廊，最后到达华北地区，为连阴雨天气输送了西路冷空气;向南的气流沿青藏高原南麓向东南移动，到达孟加拉湾后使得南支槽强烈发展，南支槽距平为-40位势米，表明南支槽较常年偏强。南支槽和副高在这样的配置下，使得来自孟加拉湾和西太平洋的水汽在南海汇合，并沿着副高西北侧输送到江南和长江中下游地区，为持续的连阴雨天气提供了源源不断的水汽。
　　由2月19日到3月10日110~130E平均的纬度-时间演变图看出，常年平均副高平均西段的脊线位于13~14N附近，584线在21N附近，2012年副高的脊线位于15~16N,584线位于22~24N,均比常年偏北2~3个纬距，副高的北抬与两次较明显的降水过程对应较好，3月4~5日降水最强的阶段584线北抬到了24N附近，副高的强度也有所加强。由此可以发现连阴雨期间降水的加强都是伴随着副高的北抬和加强。
　　从2012年2月19日~3月12日沿着50~60N平均的位势高度纬向剖面(图3a)看，在连阴雨期间亚洲中高纬地区高压活动频繁，有两次比较明显的阻塞高压建立-东移的过程，在连阴雨期间在70E附近一直有阻塞存在，为我国南方持续的阴雨天气提供了一个稳定的阻塞形势背景。此外青藏高原南侧有一支较强的南支锋区，在锋区上不断东移的南支槽是这次阴雨天气的主要影响系统之一。从20~30N500hPa平均位势高度的时间纬向剖面图(图5b)上看到，在2月20日~3月10日，100E附近始终维持低的位势高度，表明南支槽稳定维持，在此期间，每当南支主槽有分裂小槽东移时，均造成降水的一次加强过程。
　　其中2月27日到3月上旬南支槽较前期加强，尤其是3月3日低值中心降到了568dagpm,达到了最低。从南支槽强度和降水强度的对应关系上发现，强降水前一天南支槽达到最强，分裂的小槽东移，增强降水，之后南支槽开始减弱。南支槽稳定维持，使得暖湿气流不断的沿着槽前西南气流输送到我国南方地区，为持续的阴雨天气提供了充沛的水汽。
　　综上所述，造成2012年江南连阴雨天气的成因有三方面，一方面是乌拉尔山地区长波脊的长久维持起了阻塞作用，使得贝加尔湖以东至鄂霍次克海地区的大低涡稳定维持，脊前槽后的偏北气流为连阴雨提供了冷空气条件。另外一方面强盛的西亚低槽不断从槽中分裂小槽东移，北支越过西北地区，将冷空气输送到我国中东部地区;南支到达孟加拉湾后使得西南气流加强，从而为连阴雨提供能量和充沛的水汽。北方南下冷空气与南支槽前暖湿气流在长江流域交汇，形成切变线和静止锋，使降水持续，形成连阴雨天气。对比历史同期500hPa高度场(图略)，差异之处在于：一是历史同期鄂霍次克海地区的低涡位置较偏南，其后部西北气流已抵达30N附近，江南北部地区受偏北气流控制。二是常年西太副高偏南，且与北印度洋副高打通，呈带状分布，我国华南至江南南部盛行偏西风，西南暖湿气流无法北上到达江南地区。由于冷空气偏强，历史同期江南这一时期为少雨期。
　　2.3 季风和水汽特征分析
　　连阴雨是由冷暖气流长时间交汇产生的，低层暖湿气流在连阴雨形成中有着重要作用。从850hPa平均风场看(图略)，2012年连阴雨期期间阿拉伯海-印度半岛盛行偏西气流，这支气流在越过孟加拉湾时转向成为西南气流，西南气流将孟加拉湾水汽输送到我国华南至江南。连阴雨期间另一部分西南气流是由西太副高南侧部分偏东气流在南海转向形成的，两支西南气流在南海汇合，并沿着副高西侧向北输送，为江南地区的连阴雨天气输送了充沛的水汽;携带丰富水汽的西南气流输送至30N附近，与北侧南下的弱冷空气在长江流域汇合，构成切变，形成连阴雨天气，降水基本出现在切变南侧。而在常年平均场上，孟加拉湾附近低空偏西气流大部分在70~80E附近向南偏转，并越过赤道，将水汽向南输送，减弱了对我国东南沿海的水汽输送。水平风场距平更能反映低层环流的异常，从风矢量距平分布来看(图4a)，中高纬30N以北我国东部至蒙古国一带为弱的东南风，表明连阴雨期间北方冷空气势力较常年偏弱，有利于其与南方暖湿气流在江南北部上空对峙;相反，一旦冷空气偏强，在偏北气流控制下江南地区将出现多晴少雨天气。低纬连阴雨期低空(图4a)南海至我国东南沿海为显著的西南风异常，西南风异常加强了来自南海和孟加拉湾的水汽输送。
　　上述分析表明，西南气流分别由来自孟加拉湾的西南气流和西太副高南侧转向的西南气流两部分组成。风矢量距平显示，连阴雨期间西南气流的贡献主要是来自孟加拉湾的西南气流。
　　从图中还可看到，在菲律宾以东洋面为偏东风异常，加强了西太副高南侧的偏东气流;而从阿拉伯海至孟加拉湾再到中南半岛则为明显的偏西风异常，两支气流的异常对我国东南沿海的西南气流的加强起了主导作用。追溯气流来源，孟加拉湾偏西风异常还与里海低槽分裂小槽东移有关。
　　低层环流分析表明，连阴雨天气是由偏强的西南暖湿气流和偏弱的冷空气长时间在江南北部交绥所致。图4b为低层平均经向风随时间的演变图。由图可见，连阴雨开始前即2月20日南风异常强劲，40N附近经向风速中心值达6ms-1以上，且南风急流向北一直伸展至中高纬，24日起南风逐渐减小，降水也随之减弱。27日北方有较强冷空气南下，降雨出现了短暂的间歇。28日起南风又开始增强，之后在20~30N始终维持着一支强劲的偏南气流，特别是3月4~6日宽广的偏南风异常强盛，这对水汽输送的持续和上升运动的产生都十分有利。3月9日起北方强冷空气大举南下，偏南气流迅速减弱，连阴雨结束。
　　另外，结合图4b的雨量演变还可看到：(1)以2月27日为界，总体上第二阶段南风强于第一阶段，这是第二阶段雨势比第一阶段明显的原因之一;(2)连阴雨第二阶段3月4~6日最显著降水过程与经向风的辐合增强对应，图4b显示，伴随着强劲偏南风维持的同时，对应时段30N以北的偏北风也显著增强，风速分别达到了10ms-1,辐合上升运动较其他时段加强，使得雨势也更加明显。
　　综合上述分析，2012年连阴雨期间20~30N地区存在的一支强劲偏南气流，低层风场呈现南强北弱的分布态势，即南方暖湿气流偏强，北方冷空气偏弱，我国东南沿海有充沛的水汽输送，对江南地区连阴雨的维持和强降水的产生起了重要作用。
　　3、连阴雨的水汽及热力条件
　　图5为连阴雨期间850hPa水汽通量和假相当位温平均场及其时间演变图。由图5a可见，从我国长江中下游至日本是一条东北-西南向的se密集带，为强能量锋区，该强能量锋区的形成既与西南气流的水汽输送有关，也与北方南下冷空气活动有关。同时，南海至我国东南沿海为se高能区和水汽通量大值带的辐合区，代表着暖湿的西南气流，水汽通量大值区分布在西南风强风速带上，证明低空西南气流是水汽的输送带;而30N以北为se低值区，反映了北方干冷空气的活动，暖湿气流的持续北上和弱冷空气不断南下，形成并加强了能量锋区的强度，使不稳定能量得以释放，造成持续阴雨天气，连阴雨分布与能量锋区位置相一致。
　　从沿116~122E水汽通量和se的随时间演变可看出，在整个连阴雨过程中，24~30N区域长时间维持高通量的水汽输入，这表明低空偏南气流水汽输送在连阴雨天气中的重要作用，水汽场的变化与降水的变化基本一致：在20日之前，在25~30N范围内水汽通量比较小，在4g(cmhPas)-1以下，降水还未开始。20日开始，水汽通量开始明显加大，降水增强。2月27日有冷空气南下，南风减弱，降水出现短暂的间歇。水汽输送最强出现在3月5日前后，在27N附近有一个水汽通量高值中心(图6b)，其值在12g(cmhPas)-1以上，3月4~6日正是连阴雨过程降水最为显著的时期。另外，3月9日起水汽输送减弱，这与9日起雨势减弱十分吻合。从se演变来看，在连阴雨期间，25~30N之间se等值线密集，其北部不断有se低值向南输送，表明频繁的冷空气活动在雨势加剧中也起了重要作用。
　　持续性的降水过程需要有充足的水汽供应来维持，因而水汽条件以及与大尺度环流相联系的水汽输送对降水的作用十分显著，要认识造成这次连阴雨过程的原因，有必要弄清楚该时期的水汽条件及输送特征。基于对2012年2月20日至3月10日平均的整层水汽通量散度的垂直积分(地面至300hPa)的分析发现，该期间长江中下游以南地区为一个明显水汽通量辐合区，辐合中心大致位于浙江、江西和福建3省的交界处，与过程累积降水中心的位置比较一致。具体的水汽输送路径为：来自西太平洋的水汽沿着副高南部向西输送，在南海折向北，与青藏高原南麓的一支偏西水汽输送支汇合后，再转向东北经云贵高原输送入我国东部长江中下游及以南部分地区输送。由此可见，来自西太平洋、南海以及孟加拉湾北部上空的水汽均对这次连阴雨过程造成了影响。从水汽通量的值来看，来自西太平洋副高南侧的转向气流输送的水汽更多一些。
　　从850hPa水汽通量散度随时间的变化可以发现，在2月21日~3月9日期间除了27日前后，在25~30之间都维持着水汽通量的辐合。通过与降水的时间演变可以发现，水汽通量辐合中心的位置和强度变化与降水中心的变化基本一致。
　　4、连阴雨动力条件分析
　　沿雨量中心做散度和上升运动时间演变的垂直剖面图。从散度场的演变可看到(图7a)，连阴雨过程中呈现了低层辐合，高层辐散的分布特点，高层辐散所造成的抽吸作用能够导致上升运动和低层辐合的发展，这种配置为连阴雨天气提供了良好的动力抬升条件。分析表明：(1)高层维持强辐散对降水强度和阴雨持续起着主导作用，高层辐散不仅有利于上升运动的产生和维持，也有利于气旋性涡度柱上空抽吸作用的加强。纵观连阴雨过程，辐散中心基本位于200~300hPa之间，且辐散强度增强，雨势也相应加大。(2)低层辐合强度与雨势有很好的对应关系，由图可见，2月下旬至3月上旬低层为弱的辐合，而3月4~6日则出现两次明显的辐合增强过程，低层散度的这些演变特征与逐日雨势变化一致。垂直速度的演变亦是如此，除了2月27日出现下沉气流连阴雨短暂中断外，其余时段都维持着较强的上升运动，而且上升运动一直伸展至对流层顶，强中心出现在对流层中层。
　　5、结论
　　本文利用常规观测资料、necp再分析资料，通过对2012江南地区连阴雨期间的环流特征和物理量场进行分析，并与常年同期进行对比，总结了此次连阴雨天气的特征及其成因：
　　(1)此次连阴雨天气过程具有降水强度强、持续时间长、过程总雨量大和温度偏低等特点。
　　(2)500hPa高纬度呈现两槽一脊的环流形势，乌拉尔山长波脊较常年偏强，脊前西北气流为连阴雨提供了冷空气。里海低槽分裂的小槽东移过程中，北支经途径我国西北地区，输送了冷空气至我国中东部地区。西太副高较历史同期偏北，副高的每次加强和北跳都对应着降水的阶段性增强。南支槽稳定维持在100E,比常年同期偏强，在副高西北侧建立了一个稳定持久的水汽通道，在这一环流背景下，北方南下冷空气与南方北上暖湿气流在江南北部交汇，促进锋生，导致连阴雨天气。
　　(3)连阴雨天气过程中高空的副热带西风急流较常年偏强，在江南上空存在着反气旋型环流距平，降雨区位于急流轴南侧的高空辐散区下方，高空辐散与低层辐合区相配合，形成有利于连阴雨天气的动力抬升条件。
　　(4)连阴雨期间低层南海至我国长江流域西南风较常年异常偏强。里海低槽不断分裂的冷空气增强了来自孟加拉湾的西南气流，孟加拉湾的西南气流和副高南部的偏东气流在南海汇合并沿着副高的西北侧一直输送到我国华南至江南，为连阴雨天气提供了充沛的水汽条件。从水汽通量的量值来看，水汽输送主要来自副高南部的转向气流。
　　(5)温湿条件分析表明，雨带分布于水汽通量湿舌北侧，与相当位温能量锋区基本重合，水汽场的演变与逐日雨势变化相一致。同时，频繁的冷空气活动使得低层稳定度降低和暖湿空气抬升，在雨势加剧中起了重要作用。
　　(6)连阴雨期间维持着低层辐合、高层辐散的动力配置，这对上升运动的加强和气旋性涡度柱上空抽吸作用的加强起了主导作用。
　　参考文献：
　　[1]陆均天.华南等地少雨旱情持续长江中下游地区连阴雨-2002年4月[J].气象，2002,28(7)：62-63.
　　[2]马巧英.阳春三月气温变幅大南方低温霜冻灾害-1998年3月[J].气象，1998,24(6)：62-63.
　　[3]葛非，肖天贵，金荣花，等.2008年低温雨雪天气扰动能量的积累和传播[J].气象，2008,34(12)：11-20.
　　[4]孙锦铨，陈永秀.长江中下游春季连阴雨天气气候分析[J].气象，1991,17(5)：29-34.
　　[5]施宁.长江中下游春季连阴雨的低纬环流及其低频振荡背景[J].气象科学，1991,11(1)：103-111.
　　[6]施宁.长江中下游春季连阴雨及厄尔尼诺年的环流背景[J].气象，1990,16(12)：8-14.
　　[7]王继志，郭敬修.我国南方低温连阴雨天气的研究[J].气象科技，1981,1:1-9.
　　[8]潘旸，李建，廖捷，等.2009年2-3月我国南方连阴雨天气过程分析[J].气象，2010,36(3)：39-46.
　　[9]张建海，曹艳艳.2010年早春浙江罕见连阴雨天气环流特征及成因分析[J].高原气象，2011,30(6)：1543-1553.
　　[10]况雪源，张耀存.东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响[J].高原气象，2006,25(3)：382-389.
　　[11]徐海明，何金海，周兵.倾斜高空急流轴在大暴雨过程中的作用[J].南京气象学院学报，2001,24(2)：155-161.