基于梅雨監(jiān)測指標的安徽江淮地區(qū)梅雨過程識別

周 平，周玉良, ，金菊良, ，寧少尉, ，崔 毅, ，吳成國,

(1. 合肥工業(yè)大學 土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009；2. 合肥工業(yè)大學 水資源與環(huán)境系統(tǒng)工程研究所，安徽 合肥 230009)

梅雨是東亞大氣環(huán)流從春到夏的環(huán)流季節(jié)性調(diào)整過程的產(chǎn)物，是東亞地區(qū)獨特的天氣氣候現(xiàn)象，一般于6—7月在中國江淮流域到韓國、日本一帶出現(xiàn)[1-4]。每年5月中下旬南海夏季風爆發(fā)，季風主雨帶隨后登陸華南，形成華南前汛期，華南發(fā)生春夏季節(jié)轉(zhuǎn)換。6月中旬季風雨帶隨西太平洋副熱帶高壓（簡稱副高）從南向北推進，副高脊線第一次跳越20°N，在20°N～25°N徘徊，極鋒雨帶到達江淮流域，容易形成持續(xù)性降水過程，即為江淮梅雨，此時華南進入盛夏季節(jié)，江淮流域發(fā)生春夏季節(jié)轉(zhuǎn)換。7月中下旬副高第二次北跳，副高脊線迅速越過25°N，擺動于25°N～30°N，江淮流域梅雨結(jié)束，盛夏伏期開始，此后至9月江淮流域的集中降水主要為臺風影響降水[5]，若臺風降水偏少，易發(fā)生伏旱。針對梅雨這一東亞地區(qū)獨有的天氣氣候現(xiàn)象，眾多研究者對梅雨的氣候特征及其影響因子、異常梅雨的成因、梅雨特征量的時空分布及其演變規(guī)律，以及梅雨與區(qū)域旱澇關系等開展了研究[1-4,6-14]。

梅雨發(fā)生的天氣氣候成因取得了較一致的認識，如梅雨發(fā)生在南海夏季風爆發(fā)后[8]，副高是梅雨發(fā)生發(fā)展和維持的決定性因素[3,9]，梅雨同時還受南亞高壓、東亞阻塞、印度季風等大氣環(huán)流的影響，與中東太平洋海溫具有一定的遙相關[4]等。但長時間以來梅雨的判別標準一直未統(tǒng)一，各地的天氣氣候業(yè)務實踐以及研究者在判別梅雨的入/出梅日所采用的指標及閾值不盡相同。入/出梅日的判別指標主要分為環(huán)流形勢和氣象要素兩大類，環(huán)流形勢中所采用的指標主要為副高脊線、假相當位溫等[10-11]，氣象要素所采用的指標主要為雨日、雨期、雨量、氣溫等[9-11]。各地所采用的指標定義和指標閾值也不完全相同，如副高脊線采用120°E 上的高壓脊位置[10-11]或 110°E～130°E[12-13]或 115°E～145°E[7]高壓脊位置的平均值表征，入梅的副高脊線閾值采用 18°N、19°N 或 20°N，出梅的副高脊線采用 25°N、26°N 或 27°N；各地所采用入/出梅的氣溫閾值也不相同；雨日定義以及滿足入梅標準的雨日數(shù)不同。所采用的指標及閾值不同，識別的梅雨過程就可能存在差別，甚至僅以環(huán)流形勢為入梅指標會得到“入梅日無降水”的結(jié)果，而不考慮環(huán)流形勢的梅雨標準可能將春雨或盛夏降雨識別為梅雨。針對不統(tǒng)一的梅雨識別標準，中國氣象局2013年下發(fā)了《梅雨監(jiān)測業(yè)務規(guī)定（試行）》，在江淮流域各省市2014—2016年進行了連續(xù)3年的運行和檢驗。2017年發(fā)布了國標《梅雨監(jiān)測指標》[15]（下稱國標），至此梅雨的監(jiān)測指標和識別標準得到了統(tǒng)一。

處于安徽省長江和淮河之間的江淮地區(qū)為南北氣候過渡帶，受不穩(wěn)定的季風影響顯著，降水年內(nèi)年際變化大，加之該區(qū)域?qū)儆谂_地丘陵地貌，而沿江沿淮為平原地貌，降水偏多時易發(fā)生洪澇，偏少時易出現(xiàn)干旱。梅雨量一般占江淮地區(qū)夏季降水量的一半左右，梅雨量的多寡與該區(qū)域的旱澇緊密相關。最近的2016和2020年安徽江淮地區(qū)因多而集中的梅雨季降水，巢湖出現(xiàn)超保證水位和歷史最高水位，而2019年安徽江淮地區(qū)因空梅和缺乏臺風影響降水，發(fā)生了夏秋冬連旱。為此，這里主要依據(jù)梅雨國標，基于副高脊線、雨期等條件識別安徽省江淮地區(qū)1957—2020年的梅雨過程及其特征量，并對比分析國標與其發(fā)布前其他研究在雨日、出梅條件等方面的異同及其對梅雨過程識別和特征量的影響，進一步總結(jié)基本規(guī)律，為區(qū)域防汛抗旱和水資源利用提供科學支撐。

1 數(shù)據(jù)資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

梅雨國標根據(jù)梅雨發(fā)生時的大氣環(huán)流形勢和大范圍區(qū)域性地面降水過程的特征，主要采用副高脊線、雨期、雨日、氣溫指標判別梅雨過程，識別梅雨開始、中斷、結(jié)束時間和梅雨降水集中期、雨日數(shù)等特征量。根據(jù)國標要求，這里的氣象數(shù)據(jù)采用中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn）提供的1957—2020年安徽江淮地區(qū)數(shù)據(jù)完整的觀測站的日降水量和日均氣溫資料，高空環(huán)流數(shù)據(jù)采用美國NCEP/NCAR再分析資料中的日平均500 hPa位勢高度和緯向風速資料（ftp://ftp.cdc.noaa.gov/pub/Datasets）。

安徽江淮地區(qū)的空間平均日降水量、日均氣溫取區(qū)域內(nèi)觀測站的算術平均值。各經(jīng)度線上的副高脊線以500 hPa等壓面上位勢高度大于5 880 gpm區(qū)域內(nèi)的最大位勢高度的位置表示，以110°E～130°E內(nèi)各經(jīng)線上的副高脊線的平均位置為副高脊線指標值[16-17]，若110°E～130°E范圍內(nèi)沒有大于5 880 gpm的區(qū)域，則據(jù)脊線處緯向風速為0，脊線北側(cè)為西風的特征，輔以緯向風速確定副高脊線位置。

1.2 梅雨過程識別與梅雨特征量提取

1.2.1 區(qū)域雨日與雨期 國標中定義區(qū)域雨日為區(qū)域內(nèi)有1/3以上的站點為雨日（日降水量>0.1 mm），且區(qū)域平均日降水量超過2.0 mm。該定義與胡婭敏等[8]定義的區(qū)域雨日的降水量需大于氣候平均的6、7月的日降水量的1/2略有不同。

國標規(guī)定雨期需滿足：第1個（最后1個）雨日開始往后（前）的10 d內(nèi)，雨日數(shù)占至當前時刻累積時段數(shù)的比例超50%；任意10 d內(nèi)雨日數(shù)超過4個；雨日總數(shù)超過6個，且沒有超過5 d的非雨日，時段平均降水強度超過5 mm/d。該定義主要從降水的連續(xù)性、雨日數(shù)及其時段總量的角度劃定雨期，在雨日數(shù)方面，與劉勇等[10]定義的一次大雨后，連續(xù)5 d至少有4個陰雨日或連續(xù)10 d至少有7個陰雨日略有不同，也與梁萍等[7]采用的連續(xù)5個滑動候的候內(nèi)雨日超過4個的站點覆蓋率超1/3為區(qū)域雨期開始略有不同，國標中的雨期條件略放松。國際規(guī)定7月20日后不再有新的梅雨雨期開始，進入8月的梅雨雨期在該月的第一個非雨日前一天結(jié)束，且在立秋前結(jié)束。

1.2.2 入梅和出梅條件 國標將中國梅雨發(fā)生的地理范圍分為江南、長江中下游和江淮3個梅雨區(qū)，安徽省江淮地區(qū)屬于其中的江淮梅雨區(qū)。國標3.2.5條中規(guī)定該區(qū)域入梅的環(huán)流條件為副高脊線越過20°N，5 d滑動位置位于20°N～27°N，在此背景下日均氣溫達到22 ℃以上的首個雨日記為入梅日。徐群等[12]以副高脊線連續(xù)2侯越過20°N的梅雨集中期的首日為入梅日，比國際規(guī)定的梅雨條件更加嚴格。姚學祥等[13]認為副高脊線穩(wěn)定在20°N～25°N是出現(xiàn)梅雨的有利條件，而非必要條件。說明入梅日除環(huán)流背景外，還需結(jié)合雨期確定。國標3.2.5條中規(guī)定入梅日為第1個雨期的開始日，對該雨日無特殊規(guī)定。劉勇等[10]和各地在梅雨過程識別時所規(guī)定的入梅日對雨日的要求更嚴格，認為入梅日需為大雨日。各地在梅雨過程劃分中，遇到滿足入梅的環(huán)流和氣溫條件所對應雨期的起始日早于滿足該條件的日期，通常將入梅日定為該雨期的起始日。

國標3.2.8條規(guī)定出梅的環(huán)流條件為副高脊線有連續(xù)5個5 d滑動位置超出29°N，且不再繼續(xù)出現(xiàn)雨日，區(qū)域為高溫干熱天氣。該入/出梅的環(huán)流條件與胡婭敏等[8]采用的梅雨期間副高脊線位于19°N～26°N，連續(xù)5 d以上副高脊線在26°N以北、且有1/3以上的站點連續(xù)5 d以上出現(xiàn)35 ℃以上高溫干熱天氣為梅雨結(jié)束條件基本相同。由于副高脊線自南向北兩次跳動十分迅速，第一、二次跳動分別對應江淮流域入/出梅，故以脊線超過18°N、19°N或20°N作為入梅環(huán)流條件和以26°N、27°N或29°N作為出梅環(huán)流條件對梅雨識別結(jié)果影響不大。國標對出梅的氣溫條件未設具體數(shù)值，而在國標發(fā)布前安徽、江蘇出梅的氣溫規(guī)定為28 ℃，上海規(guī)定為27 ℃[11]。實際上出梅的環(huán)流條件達到后，江淮流域處于副高控制下，晴熱少雨，各地規(guī)定的氣溫條件易達到。

由梅雨為大范圍的連陰雨過程可知，國標3.2.8條按環(huán)流和雨日條件判斷所得的梅雨區(qū)梅雨期結(jié)束時間即為梅雨區(qū)最后1個雨期結(jié)束日的次日，與3.2.6條定義的出梅日為最后1個雨期結(jié)束日的次日，出梅時副高第二次北跳，脊線超出梅雨期北界相吻合。但當研究區(qū)小于梅雨區(qū)時，由于梅雨降水的空間不均勻性，可能存在梅雨區(qū)尚在雨期內(nèi)，而研究區(qū)的雨期已結(jié)束，則按3.2.6條定義的出梅日，可能與研究區(qū)按環(huán)流和雨日條件判斷所得的梅雨期結(jié)束時間不同。故這里以3.2.8條環(huán)流和雨日、氣溫識別的梅雨期結(jié)束日的次日為可能最晚的出梅日，以副高脊線北跳前的最后1個雨日的次日為可能最早的出梅日，從后往前將可形成雨期的雨日的次日作為安徽江淮地區(qū)的出梅日。出梅日可能晚于最后1個雨期結(jié)束日的次日，兩者之間可能有一段梅雨間斷期。

1.2.3 梅雨過程特征量 以入/出梅日、梅雨期長度（簡稱梅長）、梅雨期降水量（簡稱梅雨量）和梅雨降水集中期的雨期數(shù)、雨日數(shù)及集中期降水量為梅雨過程特征量。以國標為基礎，取入梅日為滿足梅雨環(huán)流條件的第1個雨期的開始日，若開始日前有連陰雨的雨日，則以該連陰雨過程的第1個雨日為入梅日；出梅日按國標3.2.8條的環(huán)流和雨日條件識別；梅雨期為入梅到出梅日的前一天間的時段，梅長為其時段長，梅雨期由1個或多個雨期構成，相鄰雨期之間為梅雨間斷期，梅雨期內(nèi)的1個或多個雨期構成梅雨降水集中期。當安徽江淮地區(qū)在副高脊線位于20°N～27°N不能識別出雨期的年份為空梅年，空梅雨量以脊線穩(wěn)定到達20°N后的第1次明顯降水開始日至脊線穩(wěn)定越過27°N前的一次明顯降水結(jié)束日間的降水量表示。梅雨量低于氣候平均值50%的為枯梅年。

2 實例分析

據(jù)合肥、巢湖、六安、滁州、壽縣、霍山等6個雨量站資料得安徽江淮地區(qū)1957—2019年的1—12月多年平均降水量分別為 38.9、52.7、76.2、91.4、103.9、148.7、192.3、145.0、88.8、61.3、58.0、30.1 mm，多年平均年降水量1 087.2 mm，7—8月和6—8月降水量占年降水量的31%和45%。據(jù)國標識別的各年梅雨過程及其特征量見表1。

表1 安徽江淮地區(qū)1957—2020年梅雨主要特征量Tab. 1 Signatures of Meiyu processes in Yangtze-Huaihe region of Anhui province during 1957—2020

由表1可得：（1）1957—2020年的64年中有13個空梅年（雨期數(shù)為0），約占1/5?？彰纺攴菖c梁萍等[7]、胡婭敏等[8]、劉勇等[10]識別的結(jié)果基本一致。13個空梅年在副高脊線位于20°N～27°N階段的降水量小于100 mm的有8年，另外5年中，除2013年外的其余4年該階段降水強度均低于6 mm/d。2013年該階段的7個雨日中有5個大雨日，其中3個大雨日連續(xù)，2個為暴雨日，階段降水量為242.6 mm，接近梅雨量均值，則可視該年為梅雨年。此外1959年梅雨期的雨日數(shù)為6 d，剛達到雨期的最低標準，降水量僅為58.9 mm，可視為空梅年。（2）非空梅年平均于6月19日入梅，7月13日出梅，梅長平均為23.7 d。梁萍等[7]基于1961—2006年的資料所得的平均入/出梅日分別為6月18日和7月13日，黃青蘭等[1]識別的江淮流域1978—2007年平均入出梅時間為6月16日和7月13日。最早入梅日為1991年5月18日，其余年份均在6月后入梅，最晚入梅日為1982年7月9日，最早出梅日為2001年6月20日，最晚出梅日為2020年8月1日，其余年份均在7月前出梅，與劉勇等[10]基于1951—2002年的資料分析結(jié)果十分接近（識別的最晚出梅日為1987年7月31日，與表1相同）。（3）51個梅雨年的多年平均梅雨期和降水集中期的降水量分別為270.7和263.0 mm，約占年降水量的1/4，占6—7月降水量的3/4，而梅雨間斷期降水量不足10 mm。（4）51個梅雨年中有2段和1段雨期的年數(shù)分別為9和42，降水集中期和梅雨期的平均雨日數(shù)分別為13.6和 14.2 d。（5）梅雨量低于 125 mm的枯梅年有 7年，分別為 1964、1967、1981、1992、2000、2001、2017年；空、枯梅年均出現(xiàn)了較重的旱情[18]，連續(xù)的空、枯梅年旱情尤為突出，如1958—1959、1964—1967、1976—1978、2000—2001，2019和1994年空梅遭遇后期的臺風降水虧缺，發(fā)生夏秋冬連旱，旱情嚴重。（6）梅雨量大且集中的年份易發(fā)生洪澇，梅雨量大于400 mm的年份有2020、1991、1996、2003、2016、1969、1980、2015年，1980和2015年梅雨期較長、且相鄰區(qū)域（長江以南和淮河以北）降水正常，安徽江淮地區(qū)的洪澇災害稍輕，其他年份均發(fā)生了嚴重的洪澇災害；2020年安徽江淮地區(qū)梅雨量僅稍少于1991年，而長江以南和淮河以北地區(qū)的梅雨量均為最大值，該年長江和淮河流域發(fā)生嚴重洪澇，其中巢湖出現(xiàn)超歷史水位。1983年梅雨量雖不到400 mm，但由于安徽長江以南地區(qū)梅雨量接近多年均值的2倍，長江水位高，造成了巢湖流域嚴重的洪澇災害；而與1983年梅雨量相差不大的1982年，由于安徽長江以南地區(qū)梅雨量很少，淮河以北地區(qū)降水接近正常，該年安徽江淮地區(qū)洪澇災害程度明顯低于1983年。

1971年梅雨降水集中期結(jié)束于6月19日，按（國標3.2.6條）最后1個雨期結(jié)束日的次日確定的出梅日為6月20日，而本文按（國標3.2.8條）環(huán)流和雨日條件確定的出梅日為6月27日，與劉勇等[10]識別結(jié)果一致，即6月21—26日為梅雨間斷期，其中有2個雨日。此外1976、1979、1987、1993、1999、2014年情況也與1971年類似。

若區(qū)域雨日[8]采用日降水量大于氣候平均的6—7月的日降水量的1/2，則識別的部分年份梅雨過程與表1存在差別，表現(xiàn)為空梅年增多，入梅偏晚。6—7月的日降水量的1/2約為3.4 mm，以此閾值識別的1957、1959、1976和2001年為空梅年，1963、1983、1990和2011年的入梅日分別比表1中的入梅日遲15、11、7和9 d，其他年份差別不大。

3 結(jié) 語

基于副高脊線位置、雨期、氣溫等環(huán)流和氣象要素，依據(jù)《梅雨監(jiān)測指標》規(guī)定的入/出梅條件，識別了安徽省江淮地區(qū)1957—2020的梅雨過程及其特征量，對比分析了國標與其發(fā)布前其他研究在雨日、出梅條件等方面的異同及其對梅雨過程識別的影響，得出主要結(jié)論如下：

（1）依據(jù)國標《梅雨監(jiān)測指標》識別的安徽江淮地區(qū)的梅雨過程及其特征量與其他現(xiàn)有研究方法基本一致。以國標規(guī)定的區(qū)域雨日和以日降水量大于氣候平均6—7月日降水量的1/2為區(qū)域雨日，后者識別的空梅年增多，非空梅年入梅可能偏晚。

（2）安徽江淮地區(qū)1957—2020年中有13個空梅年，約占1/5；梅雨期中有1段和2段雨期的為42年和9年；非空梅年平均于6月19日入梅，7月13日出梅，梅雨期長23.7 d，梅雨期和降水集中期的降水量分別為270.7和263.0 mm，約占年降水量的1/4，占6—7月降水量的3/4。

（3）《梅雨監(jiān)測指標》中的入/出梅條件是針對其劃分的江南、長江中下游和江淮梅雨區(qū)制定的，以最后1個雨期結(jié)束日的次日定義的出梅日與根據(jù)環(huán)流和雨日條件確定的出梅日是等效的，但當實際研究區(qū)小于梅雨區(qū)時，兩者識別的出梅日并不等效，應據(jù)環(huán)流和雨日條件確定研究區(qū)的出梅日。

（4）安徽江淮地區(qū)在空、枯梅年均出現(xiàn)了較重的旱情，尤其是連續(xù)的空、枯梅年，而梅雨量大且集中的年份易發(fā)生洪澇，尤其是梅雨量大于400 mm的年份，因此梅雨量是地區(qū)水旱災害防控的重要指標，今后需要繼續(xù)深入開展梅雨量的預測預報研究。