一次罕見的浙江連陰雨天氣成因分析*

陳懿妮 樓茂園* 婁小芬 張紀(jì)偉 李嘉鵬 劉漢華

(1.浙江省氣象臺，浙江 杭州 310017；2.浙江省氣象局，浙江 杭州 310002)

0 引 言

連陰雨通常是指連續(xù)5 d及以上的陰雨寡照天氣，累計(jì)雨量不大，不如冰雹、雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣發(fā)生時(shí)那么劇烈，故其影響容易被忽視，但隨著人們生活水平的不斷改善，民眾生活對氣象條件依賴程度不斷提高。一方面，長時(shí)間陰雨寡照天氣，影響農(nóng)作物生長，直接關(guān)系到市民的“菜籃子”[1]；另一方面，連陰雨期間時(shí)有暴雨過程發(fā)生，極易引發(fā)山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害；因此連陰雨天氣及其影響研究受到關(guān)注[2-4]。

長江流域連陰雨天氣一年四季均有可能發(fā)生。初夏連陰雨通常雨量較大，被歸為“梅雨”單獨(dú)研究[5]。冬春季節(jié)連陰雨現(xiàn)象較為常見，其主要特征是以低溫陰雨為主[6-7]。秋季以華西地區(qū)的連陰雨現(xiàn)象最為典型，常被稱作“華西秋雨”，有明顯的年際和年代際變化特征，與熱帶海溫強(qiáng)迫有密切聯(lián)系[8-10]。

在秋季3個(gè)月中，浙江連陰雨一般發(fā)生在9月[11]，但2016年浙江的秋季連陰雨卻發(fā)生在10月，出現(xiàn)了歷史同期罕見的連陰雨天氣，且具有日照少、雨日多、雨量大、氣溫高的特點(diǎn)，尤其是日照時(shí)數(shù)破了歷史同期最少記錄。當(dāng)年9月28日，浙江麗水市遂昌縣蘇村發(fā)生了嚴(yán)重的山體滑坡災(zāi)害，27人失聯(lián)，緊接著卻出現(xiàn)此次10月連續(xù)陰雨天氣，更是增加了現(xiàn)場救援搶險(xiǎn)工作的難度，政府與市民都極為關(guān)注?？梢?，做好此次連陰雨天氣的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)具有十分重要的意義和科學(xué)價(jià)值。以往對浙江10月份秋季連陰雨成因的研究較少，故有必要深入分析此次秋季連陰雨天氣的成因，為今后類似浙江秋季連陰雨的中期預(yù)報(bào)和服務(wù)提供新的思路。

1 資料與方法

采用了2016年10月浙江省72個(gè)常規(guī)地面氣象觀測站的溫度、降水和日照逐時(shí)資料，美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國家大氣研究中心NCEP/NCAR(National Centers for Environment Prediction/National center of Atmospheric Research)提供的2.5°×2.5°水平分辨率逐日再分析資料[12]，氣候場采用1980—2010年近30 a長時(shí)間平均資料。2016年臺風(fēng)路徑使用了中央氣象臺實(shí)況資料。此外，本文用到了天氣學(xué)診斷分析、合成分析等方法。

2 10月連陰雨天氣過程概況

參照浙江省天氣預(yù)報(bào)手冊對連陰雨的定義標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)了2016年10月期間浙江72個(gè)常規(guī)地面氣象觀測站連陰雨天氣的發(fā)生狀況。

2016年10月連陰雨與往年有所不同，以日照少、雨日多、雨量大、氣溫高為特點(diǎn)。10月全省平均降水日數(shù)17 d，較常年同期偏多8 d，為歷史同期第3多(1975年10月18 d，1964年10月17 d)；平均降水量138 mm，較常年同期偏多1倍，為歷史同期第7多，尤其是浙西北和沿海地區(qū)偏多最明顯(如圖1a)；日照時(shí)數(shù)平均為52 h，較常年同期偏少104 h，破歷史同期最少記錄(1953年10月82 h)，尤其是浙北地區(qū)偏少最明顯(如圖1b)；平均氣溫21.5 ℃，較常年同期偏高2.1 ℃，為歷史同期第2高(2006年10月21.9 ℃)。

單站統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，浙江省2016年10月連陰雨過程可分為3個(gè)階段。第一階段：3—8日東部沿海地區(qū)連陰雨，其中7—8日寧波、舟山地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣。第二階段：18—23日全省性連陰雨，其中18—19日杭州、衢州地區(qū)，22日嘉興地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣。第三階段：26—31日浙北地區(qū)連陰雨。其中第一階段沿海地區(qū)累計(jì)雨量60～120 mm局部大于180 mm，其他地區(qū)10～40 mm，第二階段浙北地區(qū)60～120 mm局部大于150 mm，其他地區(qū)30～50 mm，第三階段累計(jì)雨量較小，湖州北部大于50 mm，其他地區(qū)1～20 mm(圖略)。值得注意的是，在第一、第二階段期間有4個(gè)臺風(fēng)直接或間接影響浙江，分別是“暹芭”(1618號臺風(fēng))、“艾利”(1619號臺風(fēng))、“莎莉嘉”(1621號臺風(fēng))和“海馬”(1622號臺風(fēng))。

(a)浙江省累計(jì)降水距平(單位：mm) (b)浙江省累計(jì)日照距平(單位：h)圖1 浙江11個(gè)地市的地理分布及2016年10月距平圖

3 連陰雨期間大氣環(huán)流異常分析

3.1 中層環(huán)流形勢異常

浙江天氣預(yù)報(bào)手冊曾統(tǒng)計(jì)了1971—2000年浙江省51個(gè)臺站的連陰雨過程，將浙江秋季連陰雨的環(huán)流形勢分為阻塞高壓(脊)型、寬廣的二槽一脊型、東北低渦型和北方大低壓型4種。通過普查天氣圖，詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，此次連陰雨期間3個(gè)階段的環(huán)流形勢特征與浙江天氣預(yù)報(bào)手冊中的環(huán)流分型并不完全對應(yīng)。

圖2給出了3個(gè)階段連陰雨過程的環(huán)流形勢分布，可見前兩個(gè)階段的環(huán)流形勢(圖2a、2b)與浙江天氣預(yù)報(bào)手冊中統(tǒng)計(jì)的4種類型都不太一樣，屬于一種新的環(huán)流分型，其主要特征為：高緯有穩(wěn)定的阻塞形勢，呈一槽一脊或兩槽一脊型，中緯環(huán)流平直，時(shí)有短波槽東移，低緯副熱帶高壓(以下簡稱副高)呈塊狀分布，主體位于西北太平洋海面上，強(qiáng)度偏強(qiáng)位置偏北，副高西側(cè)偏南氣流影響華東沿海，孟加拉灣至南海為寬廣的負(fù)距平區(qū)，與熱帶氣旋(以下簡稱臺風(fēng))活動密切相關(guān)。根據(jù)其特點(diǎn)可稱為遠(yuǎn)距離臺風(fēng)影響型。

第三階段(圖2c)屬于寬廣的二槽一脊型，屬于浙江天氣預(yù)報(bào)手冊中已總結(jié)的環(huán)流類型。其主要特征為：烏拉爾山阻塞高壓位置偏西強(qiáng)度較弱，西部長波槽在東歐，不斷分裂出南支槽東移，貝湖及其以東寬廣地區(qū)為強(qiáng)的負(fù)距平，表明中高緯冷空氣活動頻繁；副高呈帶狀分布，較常年偏強(qiáng)，脊線偏北，位于25°N附近，西脊點(diǎn)偏西，西伸到100°E附近。北方冷空氣南下深度不深，與南支槽前和副高西北側(cè)暖濕氣流交匯于長江中下游地區(qū)，給浙北地區(qū)帶來持續(xù)陰雨天氣。

(等值線是位勢高度，陰影是負(fù)距平區(qū)，長虛線是多年平均副高位置，單位：dgpm)圖2 連陰雨第一階段(a)、第二階段(b)和第三階段(c)500 hPa平均位勢高度和距平

3.2 影響系統(tǒng)演變特征

表1列出了連陰雨3階段各層影響系統(tǒng)的演變特征，對比發(fā)現(xiàn)3個(gè)階段高層都有明顯的輻散抽吸條件，中層中高緯度西風(fēng)帶中都有穩(wěn)定的長波槽脊構(gòu)架出亞洲中緯度地區(qū)的平直西風(fēng)環(huán)流，低層常有切變線和低空急流配合，地面有輻合線或鋒面。不同點(diǎn)在于：前兩個(gè)階段有臺風(fēng)影響，主要是臺風(fēng)外圍影響或者臺風(fēng)減弱后的殘余低渦影響，屬于遠(yuǎn)距離臺風(fēng)與中低緯度系統(tǒng)相互作用的結(jié)果[13-14]，由于前期副高控制浙江升溫明顯，有不穩(wěn)定能量積蓄，冷暖空氣交匯時(shí)產(chǎn)生了對流性質(zhì)的局地強(qiáng)降水天氣；第三階段沒有臺風(fēng)參與，屬于冷空氣擴(kuò)散影響下的冷鋒鋒前連續(xù)性降水，累計(jì)雨量不大。

表1 2016年10月浙江連陰雨3階段各層影響系統(tǒng)演變特征

可見，2016年10月浙江連陰雨主要降水過程分3個(gè)階段。前兩個(gè)階段發(fā)生在臺風(fēng)遠(yuǎn)距離影響的背景下，由臺風(fēng)倒槽、冷空氣、副高或臺風(fēng)殘余低渦共同影響，期間不但有連續(xù)陰雨天氣，更出現(xiàn)了對流性質(zhì)的短時(shí)強(qiáng)降水，造成局地暴雨天氣，隨著臺風(fēng)減弱消亡或遠(yuǎn)離，連陰雨過程即可結(jié)束。第三階段是在冷空氣和副高勢力相當(dāng)、一進(jìn)一退的背景下產(chǎn)生的持續(xù)陰雨天氣，伴隨著冷空氣大舉南下和東亞大槽重建，連陰雨過程即宣告結(jié)束。

4 臺風(fēng)活動對浙江連陰雨的影響

4.1 臺風(fēng)活動范圍

陳聯(lián)壽等將降水發(fā)生在臺風(fēng)范圍之外，但降水區(qū)與臺風(fēng)存在內(nèi)在物理聯(lián)系的降水稱為遠(yuǎn)距離臺風(fēng)降水[15-16]。在第一、二階段的連陰雨天氣中，遠(yuǎn)距離臺風(fēng)起到了重要的作用。

如圖3所示，3—5日受臺風(fēng)“暹芭”西側(cè)外圍云系影響，浙北地區(qū)有小雨天氣；6—8日臺風(fēng)“艾利”在廣東以南洋面活動，副高被擠壓成塊狀，其西側(cè)偏南氣流給浙江帶來暖濕氣流，7—8日臺風(fēng)倒槽與中路冷空氣共同影響，給全省帶來陰雨天氣，其中沿海地區(qū)出現(xiàn)暴雨；18—19日臺風(fēng)“莎莉嘉”先后在海南廣西登陸，帶狀副高西脊點(diǎn)東退到115°E，其西北側(cè)西南急流給浙江帶來暖濕氣流，南支小槽波動，低層切變線在浙西北地區(qū)建立，產(chǎn)生暴雨；20—21日臺風(fēng)“海馬”緊隨其后，副高退居西北太平洋，呈塊狀分布，其西側(cè)水汽通道穩(wěn)定維持，陰雨天氣持續(xù)，21—22日“海馬”登陸后減弱的殘余云系途徑浙江中北部東移入海，嘉興出現(xiàn)暴雨天氣。可見此次浙江連陰雨與以上4個(gè)臺風(fēng)在近海的先后活動密切相關(guān)。

根據(jù)圖3所示臺風(fēng)實(shí)況路徑，可分析出此次連陰雨過程，近海臺風(fēng)活動主要在：125°E以東、128°E以西，117°E以西、107°E以東，18°N以北、25°N以南范圍內(nèi)。即圖3中長虛線和短虛線之間的范圍。一旦臺風(fēng)可能進(jìn)入該范圍，可以作為分析浙江是否出現(xiàn)秋季連陰雨的參考條件之一。

(數(shù)字標(biāo)注為定位時(shí)間，北京時(shí)，長虛線和短虛線之間的范圍表示遠(yuǎn)距離影響臺風(fēng)活動范圍)圖3 2016年10月影響浙江臺風(fēng)路徑實(shí)況

4.2 臺風(fēng)對動力、水汽、熱力條件的影響

普通降水需要有水汽條件和垂直運(yùn)動條件，強(qiáng)降水需要有充足的水汽輸送和強(qiáng)烈的抬升運(yùn)動。產(chǎn)生連陰雨天氣的必要條件是要有穩(wěn)定且持續(xù)的水汽來源以及一定的抬升力。整層積分水汽通量可以表征水汽輸送通道的位置；高層水平輻散和低層輻合可以加強(qiáng)垂直上升運(yùn)動利于降水，可用高層水平散度和垂直速度進(jìn)行診斷；低層經(jīng)向風(fēng)速的大小可以反映低層水汽輸送狀況，假相當(dāng)位溫分布可以表示能量鋒區(qū)的變化，用以診斷水汽和熱力條件[17-18]。

圖4給出了對流層整層積分水汽通量分布圖。多年平均10月(圖4a)，浙江處于高通量水汽輸出區(qū)域，而高水汽通量匯合區(qū)域位于廣東福建沿海海面以南。2016年10月(圖4b)，有兩支異常水汽通道往浙江區(qū)域輸送水汽，說明低層臺風(fēng)東側(cè)建立了偏南急流，向浙江輸送水汽。這與浙江天氣預(yù)報(bào)手冊總結(jié)的靠近副高西北側(cè)的西南氣流輸送水汽不同。

浙江橫跨118°～123°E，圖5給出了沿此經(jīng)度范圍平均的高層水平散度、無輻散層(大致在500～600 hPa之間，本文取600 hPa代替)垂直速度、低層經(jīng)向風(fēng)和假相當(dāng)位溫的時(shí)間-緯度剖面圖。由圖5a、5b可見，在降水間歇期浙江上空高層為輻合區(qū)，對應(yīng)下沉運(yùn)動；在連陰雨第一、二階段高層存在持續(xù)的1×10-5s-1以上的輻散區(qū)，對應(yīng)持續(xù)的-2×10-1hPa·s-1以上的上升運(yùn)動；這與在連陰雨第三階段高層弱輻散對應(yīng)間歇性的弱上升運(yùn)動不同。圖5c、5d顯示降水間歇期浙江上空低層為北風(fēng)控制，是320 K以下的低能區(qū)；連陰雨第一、二階段低層偏南風(fēng)加強(qiáng)，后期有弱北風(fēng)南下，對應(yīng)θse密集帶壓在30°N附近，暴雨發(fā)生前一天南風(fēng)增強(qiáng)明顯，暴雨發(fā)生時(shí)對應(yīng)高θse舌區(qū)，表示有強(qiáng)暖濕氣流和不穩(wěn)定能量積蓄；這與連陰雨第三階段前期有弱偏南風(fēng)，后期北風(fēng)緩慢南下，對應(yīng)強(qiáng)能量鋒區(qū)減弱南壓也明顯不同。

圖4 (a)多年平均10月對流層整層積分水汽通量場(矢量，單位:kg·s-1·m-1，陰影區(qū)為水汽通量大小)和(b)2016年10月整層積分水汽通量距平場(矢量，單位:kg·s-1·m-1)及水汽通量散度異常場(陰影區(qū)，單位:10-5kg·s-1·m-2)[淺灰色(深灰色)陰影表示異常輻散(輻合)]

圖5 2016年10月沿118°～123°E平均的(a)200 hPa水平散度、(b)600 hPa垂直速度、(c)850 hPa經(jīng)向風(fēng)和(d)850 hPa假相當(dāng)位溫的時(shí)間-緯度剖面(單位分別為10-5s-1，10-1 hPa·s-1，m·s-1和K，陰影表示大值區(qū))，圖中長虛線對應(yīng)暴雨發(fā)生時(shí)間(7—8日、18—19日、22日)

可見遠(yuǎn)距離臺風(fēng)先后近海活動對浙江連陰雨期間水汽輸送的加強(qiáng)起到了重要作用。低層臺風(fēng)東側(cè)的偏南急流向浙江輸送水汽，造成浙江水汽強(qiáng)輻合和不穩(wěn)定能量的積累，使得大氣層結(jié)不穩(wěn)定增強(qiáng)。同時(shí)，受遠(yuǎn)距離臺風(fēng)的水汽輸送影響，秋季連陰雨期間容易出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，暴雨發(fā)生前一天有明顯的低層南風(fēng)增強(qiáng)、高通量水汽輸入和中低層干冷空氣楔入，暴雨發(fā)生時(shí)積累了高不穩(wěn)定能量。中緯度西風(fēng)槽提供有利于降水發(fā)展的大尺度背景和抬升機(jī)制，利于低層輻合的加強(qiáng)和垂直運(yùn)動的發(fā)展和維持。

5 結(jié) 語

利用常規(guī)氣象觀測資料、臺風(fēng)實(shí)況資料和NCEP/NCAR再分析資料，采用天氣學(xué)診斷分析、合成分析等方法，分析了2016年浙江發(fā)生在10月的歷史罕見陰雨寡照天氣，得出主要結(jié)論如下：

1)2016年10月浙江連陰雨與往年大多發(fā)生在9月的有所不同，此次連陰雨的發(fā)生與我國東南沿海近海有多臺風(fēng)先后活動密切相關(guān)。

2)在所分析的3段連陰雨中，只有最后一段屬于浙江天氣預(yù)報(bào)手冊中已總結(jié)的類型，其他兩段連陰雨均未被總結(jié)，屬于一種新的環(huán)流類型，可稱為臺風(fēng)遠(yuǎn)距離影響型。

3)該新環(huán)流類型連陰雨形成機(jī)理，主要是通過臺風(fēng)與副高相互作用，建立低空偏南急流，向浙江區(qū)域提供更多水汽和能量，大大增強(qiáng)連陰雨期間的水汽和不穩(wěn)定層結(jié)條件，使得該類型連陰雨比其他類型連陰雨更易出現(xiàn)暴雨或區(qū)域性暴雨。

4)該新環(huán)流類型對近海臺風(fēng)活動提供了一個(gè)基本的范圍。這個(gè)范圍可大致劃定為125°E以東、128°E以西，117°E以西、107°E以東，18°N以北、25°N以南。這可以作為分析浙江是否出現(xiàn)秋季連陰雨值得參考的一個(gè)條件。

對于該新類型的一些具體指標(biāo)仍值得后續(xù)樣本進(jìn)一步細(xì)化完善。