江淮地區(qū)夏季極端日降水事件變化特征及其與Rossby 波活動的聯(lián)系

孫思遠 管兆勇 金大超

1 南京信息工程大學氣象災害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044

2 中國氣象局地球系統(tǒng)數(shù)值預報中心，北京 100081

3 國家氣象中心，北京 100081

1 引言

近年來，極端氣候事件受到廣泛關(guān)注。研究表明，極端事件在全球范圍內(nèi)均有所增加，但各地區(qū)的極端事件又存在明顯的區(qū)域差異（Groisman et al., 1999; Emori and Brown, 2005; Kharin et al., 2007;Ren et al., 2012）。極端降水事件誘發(fā)的洪澇災害嚴重威脅人民生命財產(chǎn)安全。頻繁活動的暴雨天氣系統(tǒng)是洪澇形成的根本原因。江淮地區(qū)是我國經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)，受季風影響，夏季洪澇災害頻發(fā)，容易引起較大的經(jīng)濟損失（夏蕓等, 2008; 傅云飛等, 2020）。江淮地區(qū)的洪澇災害主要集中在6～8 月，其中6～7 月的洪澇災害主要是由梅雨引起的，8 月的洪澇災害主要受臺風活動影響。

江淮地區(qū)夏季降水受眾多因素影響。江淮地區(qū)降水明顯的年際和年代際異常與西風急流的位置有密切的關(guān)系（Liang and Wang, 1998; 魏林波等,2012; Huang et al., 2014）；而印度洋地區(qū)和西太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流異常同樣會影響江淮夏季降水（盧明等, 2013; 張璟等, 2014; Liu et al., 2014）；海洋信號包括El Ni?o 和IOD（Indian Ocean Dipole）對江淮夏季降水也有顯著影響，其對降水的正影響約為一年，一年后變?yōu)樨撚绊懀ㄥX永甫等, 2007）；我國鄰近海區(qū)以及太平洋、印度洋和大西洋的海溫異常變化會導致海陸熱力差異，進而也對江淮流域夏季降水有直接影響（王鐘睿和錢永甫, 2005; 李永平等, 2006; 王黎娟等, 2014）；青藏高原東部和其以北區(qū)域的大尺度熱力差異和高原積雪對江淮地區(qū)夏季降水有著很好的指示意義（章基嘉等, 1995;Wang et al., 2017）。這些降水異常事件通常與極端日降水事件有關(guān)。

江淮地區(qū)乃至中國東部極端強降水事件的發(fā)生與對流層上層斜壓波包的活動有關(guān)（如：陳丹萍等, 2016）。斜壓Rossby 波主要存在于中緯度對流層上層（Hoskins and Karoly, 1981; 譚本馗, 2008），副熱帶高空西風急流對Rossby 波及其在一定條件下組織成的波包的傳播有引導作用，可以對下游地區(qū)的降水產(chǎn)生一定影響（梅士龍和管兆勇, 2008,2009; 李明剛等, 2016）。

根據(jù)前人的研究可以知道，在個例年，江淮地區(qū)夏季強降水過程與對流層上層波包活動聯(lián)系密切，但是，統(tǒng)計意義上強降水發(fā)生時段波包活動特征及渦動能量變化如何尚需分析。所以，本文針對多年極端日降水事件與對流層上層波包活動的關(guān)系以及極端日降水發(fā)生時擾動渦度擬能的變化進行研究，以期進一步揭示極端強降水事件形成的機理。

2 資料和方法

本文的研究時段為1979～2016 年共38 年，使用的資料有：（1）NCEP/NCAR 逐日再分析資料，使用的變量有經(jīng)向風（v）、緯向風（u）、垂直速度（ ω）、位勢高度（h）、比濕（q）等，資料水平空間分辨率為2.5°×2.5°。各變量的擾動定義為該變量與其氣候平均值之間的偏差。這里的氣候平均被定義為1981～2010 年（30 年）的平均值。（2）中國國家級地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集的1979～2016 年夏季2425 個站點的逐日降水資料。江淮地區(qū)的選取使用Jin et al.（2015）所定義的范圍，即（31.5°～34.5°N，115.5°～121°E）。因為所選的區(qū)域站點分布比較均勻，且在空間上較為密集，所以在計算區(qū)域平均時使用簡單的算術(shù)平均。

根據(jù)Wirth et al.（2018）的研究可知，盡管實際上每年組成中緯度對流層上層斜壓波包的主要波數(shù)是不同的（Kao and Wendell, 1970; Chang and Yu,1999; Chang, 2005），但是波數(shù)介于5～7 的波通常是組成中緯度對流層上層300 hPa 經(jīng)向風擾動的主要分量。本文在分析波包前，首先計算了極端日降水發(fā)生期間多年個例平均的經(jīng)向風的緯向波數(shù)，典型波數(shù)范圍確為5～7。采用Hilbert 變換來做包絡(luò)分析（Zimin et al., 2003），該變換能夠有效地從擾動經(jīng)向風場中提取出斜壓波包絡(luò)。波包（Ve）的表達式為

3 江淮地區(qū)夏季極端日降水事件特征

3.1 極端日降水事件的定義和降水分布

將1979～2016 年（38 年）夏季（共2318 d）的江淮地區(qū)97 站的日降水量進行區(qū)域平均，再將日降水量小于1 mm 的天數(shù)去掉，剩下的天數(shù)按升序排列，取95 百分位上的值作為閾值（李紅梅等,2008）。選取大于該閾值（33.95 mm d-1）的天數(shù)為極端日降水事件的日數(shù)。根據(jù)極端日降水的定義，可以得到63 個極端降水日（表1），其中發(fā)生在6 月的極端日降水事件有27 次，7 月有36 次。為了進一步了解江淮地區(qū)極端日降水的分布情況，繪制了63 次極端日降水事件的降水均值及其與前一日降水均值之差圖（圖1）。由圖1a 可以看出，極端降水的最大值出現(xiàn)在江蘇和安徽的交界處，最大值超過44 mm d-1；而由圖1b 可以看出，江淮地區(qū)63 次極端日降水事件的降水均值與前一日相比有顯著增加，最大值位置也在江蘇和安徽的交界處，最大值超過30 mm d-1。

圖1 1979～2016 年夏季（a）江淮地區(qū)極端日降水事件的平均降水量（單位：mm d-1）分布，及其（b）與前一日降水量之差的分布。紅色矩形框區(qū)域為江淮地區(qū)，藍色實線自南向北分別為長江、淮河和黃河Fig. 1 (a) Precipitation (units: mm d-1) averaged from RDPEs (regional daily precipitation extreme events) in YHR (Yangtze-Huaihe rivers) region and (b) the differences of mean precipitation between RDPEs and the day before RDPEs occurred in the summers of 1979-2016. The red rectangular frames represent YHR regions. The thick blue lines from south to north indicate the Yangtze River, Huaihe River, and Yellow River, respectively

表1 1979～2016 年夏季江淮地區(qū)極端日降水事件的發(fā)生日期和區(qū)域平均雨量Table 1 Occurrence dates of extreme daily precipitation events and regional average precipitation in the Yangtze-Huaihe rivers (YHR) region in the summers of 1979-2016

3.2 極端日降水事件與環(huán)流異常

為探討江淮地區(qū)極端日降水事件的發(fā)生與局地環(huán)流的關(guān)系，分析63 次極端日降水事件合成的異常流場和水汽輸送特征（圖2）。在中國東部，由南向北存在氣旋—反氣旋的水平分布。江淮地區(qū)在對流層中低層受氣旋性環(huán)流異常控制，在其南側(cè)為中心在東海附近的反氣旋性環(huán)流異常（圖2a、b）；而在對流層上層則受反氣旋性環(huán)流異?？刂?，在其北側(cè)為中心在華北地區(qū)的氣旋性環(huán)流異常（圖2c）。環(huán)流在垂直方向上，一方面表現(xiàn)為整體自下向上明顯北傾，呈斜壓結(jié)構(gòu)；另一方面表現(xiàn)為在對流層中低層西太平洋副熱帶高壓（簡稱西太副高）反氣旋性環(huán)流異常在中國東南沿海處西伸，而在對流層上層南亞高壓則異常東伸至江淮地區(qū)上空。異常輻散風在對流層中低層輻合（圖2a、b），在對流層上層輻散（圖2c），這種低層至高層的斜壓環(huán)流結(jié)構(gòu)對極端日降水事件的形成十分有利。同時注意到850 hPa 上，江淮地區(qū)處于西北風與西南風的輻合區(qū)（圖2a），這種輻合有利于鋒生的加強（Hou and Guan, 2013），而強鋒生有利于極端強降水事件的發(fā)生。

夏季江淮地區(qū)受到夏季風的影響，水汽主要來自于孟加拉灣、南海和西太平洋地區(qū)。從圖2d 給出的整層積分（1000～300 hPa）的水汽通量散度及水汽通量旋轉(zhuǎn)分量和輻散分量分布可見，江淮地區(qū)為水汽較強的匯（水汽通量散度和水汽通量輻散分量），該地區(qū)水汽主要來源于孟加拉灣和中國南海地區(qū)（水汽通量旋轉(zhuǎn)分量），這為江淮地區(qū)極端日降水事件提供了充足的水汽條件（李明剛等,2016）。

3.3 極端日降水事件與擾動渦度擬能變化

分析63 次極端日降水事件合成的擾動渦度擬能Ene的高度—時間變化（圖3a），可以發(fā)現(xiàn)Ene在Day-5（極端日降水事件發(fā)生前的第5 天）至Day-3 變化不大，從Day-2 開始Ene在400 hPa 及以上的對流層上層顯著增大，并在Day-1 時達到最大，隨后在對流層低層出現(xiàn)明顯變化，對流層低層從Day-1 開始顯著增大，并在極端降水發(fā)生當日Day0 時達到最大，隨后減小。擾動渦度擬能的變化有利于極端日降水事件的發(fā)生和發(fā)展，這種變化特征可為提前1～3 d 預報極端日降水事件提供線索。

值得注意的是，極端降水發(fā)生當日，500 hPa以下的擾動渦度擬能極大，表明極端降水與低層氣旋性環(huán)流的增強（表現(xiàn)為 ζ′達到極大值）有關(guān)，而此時，400 hPa 以上的對流層上層的擾動渦度已經(jīng)減弱（圖3a）。這種垂直結(jié)構(gòu)進一步表現(xiàn)出了環(huán)流系統(tǒng)的斜壓特征（圖2a、c）。

圖2 1979～2016 年夏季江淮地區(qū)極端日降水事件發(fā)生時合成的（a）850 hPa、（b）500 hPa、（c）300 hPa 異常風的流函數(shù)（陰影，單位：106 m2 s-1，打點表示通過90%信度水平的顯著性t 檢驗）、旋轉(zhuǎn)風分量（流線，單位：m s-1）和輻散風分量（單位：m s-1，箭頭表示通過90%信度水平的顯著性t 檢驗）以及（d）整層（1000～300 hPa）積分的水汽通量散度（陰影，單位：106 kg s-1，打點表示通過90%信度水平的顯著性t 檢驗）及水汽通量輻散分量（單位：kg m-1 s-1，箭頭表示通過90%信度水平的顯著性t 檢驗）和旋轉(zhuǎn)分量（流線，單位：kg m-1 s-1）Fig. 2 Composites of stream functions (shadings, units: 106 m2 s-1, areas passing t-test at 90% confidence level are stippled), rotational components(streamlines, units: m s-1), and divergent components (arrows, units: m s-1, arrows represent divergent components exceed the 90% confidence level using a t-test) of the anomalous winds at (a) 850 hPa, (b) 500 hPa, (c) 300 hPa, and (d) divergences (shadings, units: 106 kg s-1, areas exceeding 90%confidence level using a t-test are stippled), divergent components (units: kg m-1 s-1, arrows represent divergent components exceed the 90%confidence level using a t-test), and rotational components (streamlines, units: kg m-1 s-1) of water vapor fluxes integrated from 1000 hPa to 300 hPa for the RDPEs in the YHR region in the summers of 1979-2016

利用擾動渦度擬能變化方程（2）對江淮地區(qū)63 次極端日降水事件合成的擾動渦度擬能隨時間的變化進行診斷分析，各項變化情況如圖3b 所示?？梢钥闯?，Enet在Day-3 至Day+1 先增后減，在Day-1 達到極大值，即Ene的整層積分在Day-1 達到最強，隨后快速減弱；Ene1和Ene5的變化趨勢相似：在Day-3 至Day0 先減后增，均在Day-1 達到極小值，且符號大多為負，說明整個變化過程中擾動氣流對時間平均渦度的平流輸送較弱，同時擾動渦度擬能呈現(xiàn)出輻散特征，即不利于Ene在江淮地區(qū)上空的增強和維持；Ene6和Ene7在Day-1 至Day+1 先減后增，在Day0 達到極小值，同樣不利于Ene在江淮地區(qū)上空的維持，且殘差項Ene7的貢獻略強于傾側(cè)項Ene6；Ene3對Ene在江淮地區(qū)上空的增強和維持貢獻較小，在Day-3 至Day-1 起正作用，而在Day0 至Day+1 起負作用。Ene2在極端日降水發(fā)生期間先增再減后增，在Day-2 達到最大值，在Day0 達到最小值。除在Day-2 起到正作用外，Ene2對Ene在江淮地區(qū)上空的增強和維持起到負作用；Ene4作為量級較大的一項，符號始終為正，在Day-2至Day+1 先增后減，于Day0 達到最大值，說明渦度在擾動氣流中有較強的輻合，且作為渦度制造項是有利于Ene在江淮地區(qū)上空的增強和維持的。具體數(shù)值變化見表2。

表2 1979～2016 年夏季江淮地區(qū)區(qū)域極端日降水事件合成的擾動渦度擬能的變化（ Enet）及引起其變化的各項（Ene1、 Ene2、Ene3、 Ene4、 Ene5 、Ene6 、Ene7）的整層（1000～100 hPa）積分的變化Table 2 Temporal variations of the eddy enstrophy changing ( Enet) and terms causing the eddy enstrophy changing(including Ene1, Ene2, ······, and Ene7) integrated vertically from 1000 hPa to 100 hPa over the YHR region during RDPEs in the summers of 1979-2016

由于擬能制造項Ene4相對較大，這里給出江淮地區(qū)上空Ene4的時間—高度剖面（圖3c）。由圖3c可以看出，Ene4在極端日降水事件發(fā)生期間幾乎均為正值，且在Day-1 的對流層上層和Day0 的對流層低層各存在一個大值中心，這與擾動渦度擬能Ene本身的變化是相吻合的。同時，該項主要是擾動渦度 ζ′和水平散度?·V′的共同作用，可以發(fā)現(xiàn)，在對流層上層ζ′<0、?·V′>0，因此對流層上層的反氣旋環(huán)流系統(tǒng)隨著極端降水事件的發(fā)展逐漸增強，并于Day-1 達到最強；而在對流層低層ζ′>0、?·V′<0，此時對流層低層的氣旋性環(huán)流系統(tǒng)也在發(fā)展加強，并于Day0 達到最強。也就是說，先有對流層上層的輻散增強，反氣旋性渦度增強，擬能增強，1 天后，對流層低層繼而有了正渦度增強，輻合增強，擬能達到最大。這種垂直方向的斜壓性環(huán)流的變化有利于極端降水事件的發(fā)展和維持。

要說明的是，圖3a 中給出了江淮地區(qū)極端日降水事件發(fā)生期間該地區(qū)上空擾動渦度擬能隨高度和時間的變化，而圖3b 則分析的是引起整層擾動渦度擬能變化的方程（2）中各項的隨時間變化，但擾動渦度擬能變化在對流層上層和下層間的聯(lián)系并未討論。事實上，對流層上層擾動渦度擬能發(fā)生變化時，對流層中下層的擾動渦度擬能也將發(fā)生變化，這種上下層間聯(lián)系的途徑主要有：（1）斜壓Rossby 波的傳播在對流層各層均有反映，且存在位相差（黃榮輝等, 2016）；（2）對流層中上層槽脊移動會伴隨或引起地面氣旋/反氣旋的移動和變化，槽前通常伴隨上升運動，槽后往往伴隨下沉運動；（3）對流層上層和中下層擾動渦度擬能變化均與擬能制造項（Ene4）有關(guān)，也就是與?·V′有關(guān)（圖3c）。當對流層上層（如200 hPa）?·V′>0時，將導致反氣旋性擾動渦度增強，也就使得上層擾動渦度擬能增強，此時，因為大氣質(zhì)量補償，對流層下層（如850 hPa）?·V′<0，導致氣旋性擾動渦度增大，進而造成擬能增強；（4）由擾動渦度擬能變化方程（2）可見，不同等壓面層之間的擾動渦度擬能的變化可以通過Ene1和Ene2中的垂直輸送項產(chǎn)生聯(lián)系。

圖3 1979～2016 年夏季江淮地區(qū)上空區(qū)域平均的（a）擾動渦度擬能（單位：10-11 s-2）的高度—時間剖面（打點區(qū)域表示通過99%信度水平的顯著性t 檢驗），（b）區(qū)域極端日降水事件中擾動渦度擬能變化（Enet）及引起其變化的各項（Ene1、 Ene2、······、Ene7，單位：10-14 s-3）的整層（1000～100 hPa）積分隨時間的變化，（c）水平散度項（陰影，單位：10-15 s-3）和擾動渦度（等值線，單位：10-5 s-1）的高度—時間剖面Fig. 3 (a) Height-time cross section of the regional average eddy enstrophy (units: 10-11 s-2) (areas exceeding 90% confidence level using a t-test are stippled), (b) temporal variations of the eddy enstrophy (Ene) changing (Enet) and terms causing the eddy enstrophy changing (units: 10-14 s-3, including Ene1, Ene2, ······, and Ene7) integrated vertically from 1000 hPa to 100 hPa during RDPEs, and (c) height-time cross section of the horizontal dispersion term (shadings, units: 10-15 s-3) and the disturbance vorticity (contours, units: 10-5 s-1) over the YHR region in the summers of 1979-2016. Day-5 presents 5 days before RDPEs

整體來說，江淮地區(qū)擾動渦度擬能變化方程中各項的變化集中在Day-3 至Day+1，方程的貢獻大項以時間平均氣流對擾動渦度的平流輸送項Ene2和擾動氣流中的水平散度項（渦度制造項）Ene4為主，其他項相對而言均為小項，可在討論過程中忽略。值得注意的是，在Day0 時，水平散度項（Ene4和Ene5）均為正變化（Ene5貢獻很?。?，但Enet和其他項均為負變化，其中Enet在Day-1 至Day0由正轉(zhuǎn)負，即整層擾動渦度擬能在Day0 迅速減弱，與圖3a 中所示的Ene在對流層上層迅速減小、對流層低層迅速增大且減小明顯強于增大這一變化特征相吻合。Rossby 波波動的傳播可導致下游擾動的增強，擾動氣流中的水平散度項Ene4作為大項時，江淮地區(qū)上空擾動的增強對強降水事件的發(fā)生具有重要作用。

4 與江淮地區(qū)夏季極端日降水事件相關(guān)的波包活動特征

江淮地區(qū)對流層中上層擾動渦度擬能的變化反映了該地區(qū)上空能量輸入和能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果，而局地擬能的變化與Rossby 波的能量傳播有關(guān)（Takaya and Nakamura, 2001）。為揭示江淮地區(qū)夏季極端日降水事件發(fā)生時Ene的變化原因，這里分析斜壓Rossby 波包的傳播特征。除了圖4 所示的江淮地區(qū)上空Day-5 至Day+1 的區(qū)域平均的經(jīng)向風擾動v′和波包Ve的變化曲線，還對江淮地區(qū)300 hPa 上經(jīng)向風擾動v′及波包Ve的一點超前滯后相關(guān)進行分析，給出了江淮地區(qū)63 次極端日降水事件合成的區(qū)域平均v′序列與整個v′場（陰影）以及Ve序列與整個Ve場（等值線）的一點相關(guān)分布（圖5）。

圖4 1979～2016 年夏季江淮地區(qū)300 hPa 區(qū)域平均的經(jīng)向風擾動v′和波包Ve 隨時間的變化。左（右）側(cè)縱坐標表示經(jīng)向風擾動 v′數(shù)值（Ve 數(shù)值）Fig. 4 Temporal variations of regional mean meridional wind perturbations v′ and wave packet Ve at 300 hPa over the YHR region in the summers of 1979-2016. Values on the left (right) y-axis represent meridional winds perturbations (wave packet)

波列表現(xiàn)出明顯向下游頻散的特征。從圖4 中可以發(fā)現(xiàn)，在江淮地區(qū)上空擾動經(jīng)向風v′在Day-5至Day-3 和Day0 時為正，在Day-2 至Day-1 和Day+1 為負，表明v′在Day-5 至Day+1 有明顯的異常北風和異常南風的轉(zhuǎn)向，即該地區(qū)上空有擾動過程。擾動經(jīng)向風v′的變化在Day-4 至Day+1 呈現(xiàn)出先減后增再減的趨勢，而波包Ve則在Day-3至Day+1 先減后增再減，值得注意的是，v′在極端日降水事件發(fā)生前的減弱趨勢要比Ve早一天。由圖5 則可見，波列源于里海和黑海附近（-5 d，-5 d表示區(qū)域平均v′滯后整個空間場5 d），從-5 d至+1 d，波動自西北向東南沿高空西風急流從上游地區(qū)向江淮地區(qū)傳播。-5 d 至+1 d 的傳播中，上游的擾動強度不斷減弱，下游的擾動強度不斷增強。波列在0 d 時到達了江淮地區(qū)，隨后繼續(xù)向下游（海上）傳播。同時，波動組織成的波包同樣表現(xiàn)出明顯的上游效應(yīng)。-2 d 時，波包中心位于天山山脈附近，波包中心明顯向下游傳播；-1 d 時，波包中心傳播到華北平原附近；0 d 時，波包傳播到江淮地區(qū)。波包主要沿高空西風急流自西向東傳播。

盡管圖5 顯示波包傳播至江淮地區(qū)時發(fā)生極端強降水事件，但并不意味著在300 hPa 上的擾動渦度擬能達到極大值（圖3a），這是因為波包Ve與實際的擾動渦度強弱并不對應(yīng)。在Ve的大值區(qū)，可出現(xiàn)v′和 ζ′等于0 的情形，這可從圖5 中0 d 時的經(jīng)向風擾動v′及波包Ve的一點相關(guān)分布中加以判斷。

為進一步揭示波列和波包傳播特征，這里給出江淮地區(qū)極端日降水事件合成的300 hPa 區(qū)域平均v′和Ve與整個場的一點相關(guān)在30°～60°N 之間的時間—經(jīng)度剖面（圖6）。從圖中可以看出，波動能量的傳播始于-3 d 左右，在0 d時達到位于下游的江淮地區(qū)，持續(xù)5 d 左右。波動的相位傳播很明顯，每天東移4～5 個經(jīng)度，但群速度為每天18 個經(jīng)度左右，遠快于相速度。在高空波包整個傳播過程中，上游擾動逐步減弱，下游擾動逐步增強，表現(xiàn)出明顯的下游頻散特征。由以上分析可知，江淮地區(qū)極端日降水事件的形成與Rossby 波能量頻散以及由此引起的擾動渦度擬能變化關(guān)系密切。

圖6 1979～2016 年夏季江淮地區(qū)極端日降水事件合成的300 hPa 區(qū)域平均的（a）經(jīng)向風擾動 v′、（b）波包Ve 分別與整個場的經(jīng)向風擾動v′、波包Ve 的一點相關(guān)在30°～60°N 之間的時間－經(jīng)度剖面。綠色虛線表示群速度，相關(guān)系數(shù)≥0.2 即為通過90%信度水平的顯著性t 檢驗Fig. 6 The time-longitude cross-sections of one-point correlations of the regional mean (a) meridional wind perturbations v′ and (b) wave packet Ve with respectively the corresponding meridional wind perturbations v′ and wave packet Ve in the whole study domain at 300 hPa averaged over the zonal belt (30°-60°N) during RDPEs in the YHR region in the summers of 1979-2016. The green dashed lines depict the group velocity. Correlation coefficients more than 0.2 represent the value passing the 90% confidence level using a t-test

此外，從表1 中可以發(fā)現(xiàn)江淮地區(qū)共有7 次連續(xù)的極端日降水事件發(fā)生，分別是1988 年7 月24日和1988 年7 月25 日、1991 年6 月13 日和1991 年6 月14 日、1996 年7 月3 日和1996 年7月4 日、1998 年6 月29 日和1998 年6 月30 日、2000 年6 月2 日和2000 年6 月3 日、2003 年7月1 日和2003 年7 月2 日、2007 年7 月8 日和2007 年7 月9 日。原則上連續(xù)兩天的極端日降水事件可以視為同一過程。為了揭示連續(xù)性極端降水事件的影響，首先扣除這些事件中降水較少的一天，即1988 年7 月24 日、1991 年6 月13 日、1996年7 月4 日、1998 年6 月29 日、2000 年6 月2 日、2003 年7 月2 日、2007 年7 月8 日，再使用同樣的方法分析波包活動過程，最后發(fā)現(xiàn)波包的傳播特征與圖5 所示相似。

圖5 1979～2016 年夏季江淮地區(qū)極端日降水事件合成的300 hPa 區(qū)域平均經(jīng)向風擾動 v′（波包Ve）與整個場的經(jīng)向風擾動 v′（波包Ve）在-5 d 至+1 d 的一點相關(guān)（陰影：經(jīng)向風擾動 v′的相關(guān)；等值線：波包Ve 的相關(guān)）。等值線間隔為0.1，相關(guān)系數(shù)≥0.2 即為通過90%信度水平的顯著性t 檢驗Fig. 5 One-point correlations between the regional mean meridional wind perturbations v′ (wave packet Ve) and meridional wind perturbationsv′(wave packet Ve) in the whole study domain at 300 hPa over the YHR region in the summers of 1979-2016. Time-lags are set in a range from -5 d (the regional mean series lags the whole space field by 5 days) to +1 d. Shadings (contours) are the correlations for meridional wind perturbations v′ (wave packet Ve). Contour intervals are 0.1. Correlation coefficients more than 0.2 represent the value passing the 90% confidence level using a t-test

5 總結(jié)

本文對江淮地區(qū)區(qū)域性日降水極端事件的統(tǒng)計特征及其與波包活動的聯(lián)系進行了討論，得到的結(jié)論如下：

（1）在1979～2016 年夏季，共發(fā)生了63 次極端日降水事件，其中發(fā)生在7 月的極端日降水事件略多于6 月，95 百分位上的降水閾值為33.95 mm d-1。江淮地區(qū)發(fā)生極端日降水時，該地區(qū)850 hPa 上空處于西北風和西南風輻合型流場控制下，而在對流層上層300 hPa 上則為輻散所主導。同時，孟加拉灣和中國南海地區(qū)為該地區(qū)帶來充足的水汽，這些為極端日降水事件的發(fā)生和維持提供了有利的條件。

（2）影響江淮地區(qū)擾動渦度擬能變化的主要是時間平均氣流對擾動渦度的平流輸送項和擾動氣流中的水平散度項，對流層上層的擾動渦度擬能從Day-1 至Day0 的過程中迅速減小，對流層低層的擾動渦度擬能則在此過程中增強，江淮地區(qū)上空擾動增強對極端日降水事件的發(fā)生具有重要作用，且Day-2 和Day-1 對流層上層擾動擬能的增強對預報具有重要價值。

（3）江淮地區(qū)發(fā)生極端日降水事件期間，擾動經(jīng)向風場在極端日降水事件發(fā)生前幾日的減弱趨勢比波包的減弱趨勢要早一天，波動能量向下游傳播，波動起源于里海和黑海附近，傳至江淮地區(qū)約需要3～5 d 時間；波能到達江淮地區(qū)，為江淮地區(qū)極端日降水事件的形成時對流層低層氣旋異常增強提供了擾動能量。

致謝 中國氣象局國家氣象信息中心提供的中國國家級地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集（V3.0）；再分析資料取自NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center（https://www.noaa.gov/[2020-10-26]）；文中插圖使用NCL 軟件繪制。謹致謝忱！