近10 a江淮氣旋東移影響下梅州暴雨統(tǒng)計分析

張達(dá)文,姚建春

(梅州市氣象局，廣東 梅州 514000)

1 概述

江淮氣旋是活動于我國江淮流域的重要天氣系統(tǒng)，是造成江淮地區(qū)暴雨的主要天氣系統(tǒng)之一，在春夏雨季出現(xiàn)最多，其中4—6月活動最盛[1-3]。江淮氣旋大多活躍于江淮地區(qū)，伴隨著江淮氣旋的生成和東移，在一定天氣系統(tǒng)配合下，給梅州帶來較大范圍的降雨過程，有時會造成非常嚴(yán)重的影響，如2013年5月18日夜間受江淮氣旋槽式切變影響，梅州出現(xiàn)大范圍的暴雨到大暴雨的降水，強(qiáng)降水造成27.516萬多人受災(zāi)，死亡1人、失蹤1人，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5.181 2億元。

暴雨的預(yù)報一直是預(yù)報業(yè)務(wù)中的難點(diǎn)，雖然已有許多對不同天氣系統(tǒng)下梅州暴雨個例的環(huán)流特征進(jìn)行了研究[4-7]，但缺少江淮氣旋對梅州暴雨的專門性研究。梅州位于廣東省東北部，從地理位置上看，距離江淮氣旋的主要源地和活動區(qū)域較近，在江淮氣旋東移過程中，容易受江淮氣旋的影響；從影響的天氣系統(tǒng)上看，梅州前汛期的暴雨主要是由西風(fēng)帶系統(tǒng)的鋒面活動或低空急流造成的暴雨，而江淮氣旋的形成和移動過程往往伴隨有鋒面和低空急流的活動，因此，江淮氣旋與梅州暴雨有很大的關(guān)系。但是,江淮氣旋產(chǎn)生源地、強(qiáng)度及移動方向的不同，給梅州帶來不同程度的影響，有時會帶來大范圍暴雨過程，有時會帶來局地強(qiáng)降水的過程，有時僅出現(xiàn)陣雨或無降水的天氣，因此，有必要對江淮氣旋東移背景下，梅州暴雨的天氣過程進(jìn)行深入研究，通過研究環(huán)流背景下引發(fā)梅州暴雨的成因、時空分布特點(diǎn)，可為梅州地區(qū)防洪調(diào)度工作提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料和方法

1)資料

本文所使用的降水資料是2010—2019年3—6月梅州自動站日降水量(北京時間：20：20)資料。形勢場分析使用了2010—2019年NCEP再分析資料海平面氣壓場、高度場和風(fēng)場，時間分辨率為6 h，水平分辨率為1°×1°。

2)氣旋識別方法

本文使用的氣旋識別方法是Lu(2017)改進(jìn)的溫帶氣旋識別和追蹤方法，該方法使用了九點(diǎn)最低氣壓法確定氣旋中心，再通過尋找閉合等值線來確定氣旋范圍并對同一個氣旋進(jìn)行追蹤，這種方法相比其他方法有更明顯的優(yōu)勢[8]。

3)暴雨過程定義

本文中使用的暴雨過程，是指當(dāng)某個自動站觀測的日降水量達(dá)到50 mm且同時段有江淮氣旋過境，視為1次江淮氣旋引起梅州暴雨的過程。

4)天氣學(xué)統(tǒng)計方法

通過對天氣形勢圖的統(tǒng)計和對比分析，對造成梅州暴雨的江淮氣旋影響系統(tǒng)進(jìn)行歸類分析。

3 江淮氣旋東移背景下的梅州暴雨

3.1 江淮氣旋東移背景下梅州暴雨的主要天氣系統(tǒng)分析

從大尺度角度江淮氣旋的形成過程分為兩類，一類是靜止鋒上的波動，另一類是倒槽鋒生氣旋[9]，是在北支槽與西南渦結(jié)合，河西冷鋒進(jìn)入地面倒槽與暖鋒相接而產(chǎn)生的。兩類氣旋區(qū)分的著眼點(diǎn)是有無北支槽與西南渦的合并，江淮氣旋發(fā)生和發(fā)展必須具備3個條件，發(fā)生前必先產(chǎn)生西南渦，西南渦前部有1支西南急流，有冷空氣侵入西南渦后部[10]。

通過對2010—2019年江淮氣旋造成的梅州暴雨過程統(tǒng)計，期間共累計發(fā)生24次暴雨過程，經(jīng)統(tǒng)計分析有以下特征：

① 500 hPa上江淮氣旋附近是明顯的槽區(qū)，有時江淮氣旋比較強(qiáng)時會形成閉合環(huán)流(見圖1a)。在華南上空出現(xiàn)的天氣形勢有波動槽東移、受偏西、西南或西北氣流控制4種，根據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果(見表1)，受偏西氣流控制和波動槽東移的占79%以上，同時，還發(fā)現(xiàn)有波動槽的配合更容易引發(fā)大范圍的降水過程；

② 在低層850 hPa或925 hPa上通常有閉合的低渦，90%以上的江淮氣旋南側(cè)有1支低層西南急流(見圖1b)；

③ 地面形成閉合的低壓中心，氣旋東移過后引導(dǎo)冷空氣南下(見圖1c)。

表1 暴雨發(fā)生時華南上空500 hPa 各類天氣形勢統(tǒng)計

圖1 2010年6月25日08：00 500 hPa(a)、850 hPa(b)和海平面氣壓(c)

低層的天氣系統(tǒng)往往是導(dǎo)致強(qiáng)降水的重要原因，因此，本文將根據(jù)低層(850 hPa或925 hPa)天氣系統(tǒng)的不同，分為以下2類。

1)江淮氣旋中的槽式切變造成的暴雨

槽式切變線呈東北—西南走向，切變線南側(cè)偏南氣流的通常比較強(qiáng)，且在氣旋移動過程中不會明顯減弱(見圖2a、b)，暴雨發(fā)生在切變線附近的偏南氣流中，槽式切變東移南壓過后一般會引導(dǎo)冷空氣南下。此類型造成梅州暴雨最為常見，出現(xiàn)17次，占70%以上。

2)江淮氣旋中偏南氣流輻合造成的暴雨

主要是由江淮氣旋偏南象限西南風(fēng)風(fēng)速輻合造成的，風(fēng)速的輻合形成可以分為兩類：一類是由江淮氣旋急流軸中的強(qiáng)風(fēng)速中心向北推進(jìn)形成的，如2013年6月25日08：00(見圖3a1)江淮氣旋南側(cè)急流中心在海南島附近，14：00(見圖3a2)急流中心逐漸向北推進(jìn)至江浙沿海一帶，在此期間梅州上空處于輻合氣流當(dāng)中；第二類是江淮氣旋東移過程中，其南側(cè)強(qiáng)偏南氣流逐漸靠近梅州上空形成，如2016年4月26日(見圖3b1、b2)江淮氣旋在東移過程中，強(qiáng)風(fēng)速區(qū)也同時東移，在梅州會形成輻合降水。需要注意的是2次過梅州僅出現(xiàn)局地暴雨，其余地區(qū)只出現(xiàn)陣雨降水，但如果西南渦位置距廣東較近，在發(fā)展成為江淮氣旋前，其前部急流輻合更容易造成梅州大范圍的強(qiáng)降水過程，如2016年的4月12—13日在西南渦發(fā)展形成江淮氣旋過程中，因其前沿低層西南急流加強(qiáng)和靠近，梅州出現(xiàn)大范圍大到暴雨，因此，應(yīng)對西南渦的發(fā)生和發(fā)展特別關(guān)注，尤其是其前沿低層急流的變化。

圖2 2010年4月22日08：00和2013年4月5日20：00 850 hPa高度場和風(fēng)場

圖3 2013年6月25日08：00(a1)和14：0450(a2)、2016年4月26日08：00(b1)和14：00(b2)850 hPa高度場及風(fēng)場

3.2 與梅州暴雨相關(guān)的江淮氣旋的活動區(qū)域、主要源地和移動路徑分析

江海氣旋的活動區(qū)域在洞庭湖地區(qū)、江西省大部分地區(qū)及蘇皖平原一帶(見圖4a)，江淮氣旋源地的位置和移動方向?qū)τ诿分荼┯臧l(fā)生有很大的影響。江海氣旋源地位置，一方面受大氣環(huán)流季節(jié)變化的影響，另一方面受下墊面的影響，據(jù)周越等人研究[11-13]，江淮氣旋主要發(fā)源于洞庭湖地區(qū)、鄱陽湖地區(qū)及大別山區(qū)東北側(cè)(見圖4b)，造成此分類的原因是因為浙江氣象局對江淮氣旋的空間范圍作了嚴(yán)格的定義[14]。

圖4 江淮氣旋活動平的區(qū)域分布(a)和江淮氣旋生成源地分布(b)[11]

通過對直接造成梅州暴雨的江淮氣旋主要源地和移動路徑統(tǒng)計分析(見表2)，源地在洞庭湖、鄱陽湖以及大別山東北側(cè)的氣旋都有8次，在移動方向上可以分為偏東、東北、東南，其中偏東移動的最多，占70%以上，東北移動的次之，為5次，東南方向移動的最少，為2次，需要注意的是雖然江淮氣旋東南方向移動出現(xiàn)的次數(shù)比較少，但出現(xiàn)了極有可能會造成梅州地區(qū)的暴雨，尤其是30°N以南地區(qū)形成的。如果在西南渦向江淮氣旋發(fā)展過程中，若其在湖南—江西—福建一帶長時間維持，會給梅州帶來長時間的暴雨過程，如2016年4月12—13日和2019年6月13—14日發(fā)生的2次長時間暴雨過程，2次天氣過程江淮氣旋的位置偏南，離梅州較近，移動路徑以偏東為主(見圖5a、b)，給梅州帶來了大范圍的暴雨過程(見圖5c、d)；由于江河水位較高，降水范圍大、時間長的降水過程，引發(fā)了局地洪澇災(zāi)害。因此應(yīng)當(dāng)留意離梅州距離較近的江淮氣旋給梅州造成大范圍和長時間暴雨，進(jìn)而引發(fā)局地洪澇災(zāi)害的影響。

表2 與梅州暴雨相關(guān)江淮氣旋源地與移動方向統(tǒng)計

圖5 2016年4月13日02：00(a)和2019年6月13日20：00(b)850 hPa形勢場及2016年4月12日08：00至13日08：00(c)、2019年6月12日20：00至14日20：00(d)降水量

4 暴雨天氣系統(tǒng)成因分析

4.1 低渦與切變線

低渦和切變線往往是相伴相生，江淮氣旋是低渦發(fā)展到比較強(qiáng)盛的一種形態(tài)，據(jù)統(tǒng)計，近10 a造成梅州暴雨的江淮氣旋90%以上都是由西南低渦發(fā)展演變而形成的。江淮氣旋后側(cè)一般有冷空氣入侵，南側(cè)有強(qiáng)的西南急流，因此，在江淮氣旋中一般都存在1支東北-西南走向的切變線，由于低空急流和冷空氣的相互作用，在切變線附近形成強(qiáng)烈的氣流輻合和劇烈的冷暖氣團(tuán)交匯的過程，因此，切變線附近往往會出現(xiàn)劇烈的強(qiáng)降水過程，這是江淮氣旋槽式切變線造成梅州暴雨的主要原因。

4.2 低空急流

低空急流是造成華南暴雨的主要原因之一，據(jù)林良勛等人的統(tǒng)計華南75%暴雨在出現(xiàn)前1 d有低空急流，20%的暴雨與低空急流同時出現(xiàn)，只有5%的暴雨無低空急流配合[15]。由于江淮氣旋的產(chǎn)生需要足夠的水汽和熱量，江淮氣旋形成前必然有1支比較強(qiáng)盛的低空急流為其輸送水汽和不穩(wěn)定能量。低空急流造成梅州暴雨的原因，一方面是與冷空氣交匯形成切變線帶來強(qiáng)降水過程，另一方面是江淮氣旋在移動過程中，其南側(cè)西南急流隨著移動過程中與弱風(fēng)區(qū)形成風(fēng)速的輻合造成的強(qiáng)降水。根據(jù)統(tǒng)計，在江淮氣旋東移影響下，90%以上的梅州暴雨發(fā)生時伴有低空急流，在暴雨發(fā)生前梅州上空都有低空急流的存在。無論是槽式切變線造成的暴雨還是偏南氣流輻合造成的暴雨，都與江淮氣旋南側(cè)低空急流直接相關(guān)，因此，江淮氣旋南側(cè)的低空急流是造成梅州暴雨最直接的原因。

4.3 與副熱帶高壓的相互作用

副熱帶高壓的加強(qiáng)及其低值系統(tǒng)的發(fā)展是華南低空急流形成的主要原因之一，因此,有必要對副熱帶高壓位置和江淮氣旋共同影響下梅州暴雨進(jìn)行分析。當(dāng)梅州處于副高邊緣時，若江淮氣旋槽式切變線南下到副高邊緣附近，更容易觸發(fā)激烈的降水過程，如2013年5月19日02：00(見圖6)，梅州正處于副熱帶高壓邊緣地區(qū)(圖6a)，江淮氣旋中心位于渤海，其后部的槽式切變線南壓(圖6b)，引導(dǎo)弱冷空氣南下(圖6c)，與副高邊緣的偏西南氣流交匯于江西、福建與梅州交界處，18日夜間到19日早晨梅州北部出現(xiàn)暴雨的降水過程(圖6d)，雨量最大的蕉嶺縣廣福鎮(zhèn)，19日03：00到06：00連續(xù)小時雨強(qiáng)在30 mm以上，此次天氣過程中 850 hPa的切變線最南端在江西、福建一帶，并沒有進(jìn)入廣東，因此，注意當(dāng)系統(tǒng)在周邊省(尤其是比較靠近福建、江西)活動并可能產(chǎn)生大的降水，要充分考慮偏向梅州的可能性。

圖6 2013年5月19日02：00 500 hPa(a)、925 hPa(b)、海平面氣壓(c)及19日降水量(d)

4.4 無明顯降水的江淮氣旋過程

江淮氣旋在春夏季是非常常見的天氣系統(tǒng)，但并不是每一個江淮氣旋的產(chǎn)生、移動過程都會造成梅州暴雨，即使有些天氣過程伴隨著槽式切變的南下?？傮w來說，無明顯降水過程的江淮氣旋有以下特征：

1)江淮氣旋生成位置偏北，移動方向以偏東和東北為主，冷空氣過弱或者華南地區(qū)受高壓控制，導(dǎo)致江淮氣旋的槽式切變線沒有南下影響；

2)雖然有槽式切變線，由于偏南氣流過弱，或者移動過程中偏南氣流減弱明顯，不至于形成明顯的降水過程。如2018年3月5日的1次江淮氣旋槽式切變南下過程(見圖7)，雖然在850 hPa前期西南急流強(qiáng)盛(見圖7a)，但到達(dá)南嶺附近時急速衰減，轉(zhuǎn)為弱南風(fēng)影響梅州(見圖7b)，給梅州造成的降水也僅僅是小雨量級的降水(見圖7c)。

5 結(jié)語

通過分析2010—2019年形勢場和梅州降水資料，得出在江淮氣旋東移背景下，梅州暴雨有以下特征：

圖7 2018年3月5日02：00(a)和5日08：00 850 hPa高度場合風(fēng)場

1)90%以上江淮氣旋是由西南低渦f發(fā)展形成的；江淮氣旋南側(cè)的低空急流是造成梅州暴雨最主要原因；

2)低層系統(tǒng)造成梅州暴雨的主要分為槽式切變線和其前沿偏南氣流輻合，70%以上都是槽式切變線南壓造成的，暴雨多發(fā)生在切變線附近強(qiáng)偏南風(fēng)氣流中;

3)中層在梅州上空有波動槽的配合更容易出現(xiàn)大范圍暴雨過程；

4)江淮氣旋處于湖南、江西、福建一帶時，并且移動方向以偏東移或東南移時，更容易給梅州帶來暴雨；

5)江淮氣旋槽式切變線南壓到副高附近時會觸發(fā)強(qiáng)烈的強(qiáng)對流天氣。