黃河流域夏季6—8月極端強降水的主要環(huán)流型

常軍 ，王君 ，吳璐 ，史恒斌 ，竹磊磊

(1.中國氣象局·河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點開放實驗室，鄭州450003;2.河南省氣候中心，鄭州450003；3.河南省氣象學(xué)會，鄭州450003；4.河南省氣象科學(xué)研究所，鄭州450003)

引言

氣候極端事件一般是指在一定區(qū)域和時段發(fā)生的超出一定閾值的異常氣候事件(楊軍勇和蘇愛芳，2012；申莉莉等，2018)。極端氣候事件在統(tǒng)計學(xué)意義上雖然發(fā)生概率小，但其致災(zāi)風(fēng)險高，一旦發(fā)生，往往會給國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重損失。在氣候變暖背景下，極端氣候事件引起了國內(nèi)學(xué)者的普遍關(guān)注(余衛(wèi)東等，2008；鄭祚芳等，2013；楊軍勇和蘇愛芳，2021)。不少學(xué)者在分析我國極端降水時空分布特征與變化時，多使用百分位定義降水閾值，并指出氣候變暖背景下我國極端降水事件發(fā)生頻次增多、降水強度增加，且極端降水事件對總降水量的貢獻較為明顯(翟盤茂和潘曉華，2003；翟盤茂等，2007；李建等，2013)。黃河流域自西向東位于中緯度地帶，其東西向跨度大，包括高原、山地、平原和丘陵地區(qū)，流域各段間氣候差異較大，其大部處于我國西部干旱半干旱地區(qū)與東部濕潤半濕潤地區(qū)的分界線。該流域降水時空分布不均，受大氣環(huán)流和季風(fēng)環(huán)流影響較為復(fù)雜，流域內(nèi)不同地區(qū)降水差異較大，黃河上游的甘肅、寧夏、內(nèi)蒙段基本上屬于干旱或半干旱地區(qū)，常年降水很少，而中下游地區(qū)降水量較大，降水呈現(xiàn)明顯的地域分布不均特性，河套段屬于季風(fēng)邊緣區(qū)，降水主要集中在夏季，夏季降水量占年總降水量的54.7%(李棟梁等，2013；常軍等，2014；邵鵬程等，2015)。氣候上，東亞副熱帶夏季風(fēng)最北邊緣線位于黃河上游到華北北部，其維持時間從7 月初到8 月底(湯緒等，2008)。東亞夏季風(fēng)降水是受中高緯與低緯環(huán)流共同影響、多尺度天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果(張慶云和陶詩言，1998)。對于我國不同地區(qū)的極端強降水，國內(nèi)專家學(xué)者從不同角度分析了其發(fā)生發(fā)展的物理機制(胡婭敏等，2015；李澤椿等，2015；趙麗等，2016；任麗等，2019；諶蕓等，2019；王軍等，2021；周斌等，2021；楊曉亮等，2021)，并指出各地極端強降水的發(fā)生除表現(xiàn)為共同的環(huán)流特征外，還具有明顯的區(qū)域特征。其中，黃河中游夏季降水主要受同期東亞高空急流、西太平洋副熱帶高壓和貝加爾湖低槽共同影響(宋文玲等，2013)。每年我國雨帶隨著夏季風(fēng)向北推進而自南向北移動，環(huán)流形勢出現(xiàn)相應(yīng)調(diào)整，中高緯阻塞形勢是造成我國東部長江流域、華北和東北地區(qū)夏季區(qū)域性持續(xù)強降水的主要環(huán)流型(王小玲等，2017)。上述總結(jié)和成果為深入研究不同區(qū)域極端強降水的大尺度環(huán)流特征、提高災(zāi)害性天氣氣候預(yù)測準(zhǔn)確率和防災(zāi)減災(zāi)能力具有重要意義。但不同區(qū)域極端強降水因其天氣影響系統(tǒng)、地形地貌不同，所表現(xiàn)出來的環(huán)流特征也有一定差異，所以做好黃河流域夏季極端強降水主要環(huán)流型的的分析十分必要?？紤]到黃河流域極端強降水主要集中在夏季6—8 月，本文利用1961—2017年黃河流域247個地面氣象觀測站夏季逐日降水資料，通過定義該流域區(qū)域性極端強降水事件分析其分布特征，探討該流域區(qū)域性極端強降水事件出現(xiàn)時的中高緯環(huán)流特征、低緯水汽輸送特征等，以期加深對該流域區(qū)域性極端強降水環(huán)流特征的認識，為提高黃河流域延伸期強降水過程預(yù)報能力提供技術(shù)支撐。

1 資料與方法

1.1 資料說明

本文分析黃河流域夏季(6—8月)極端降水事件時使用的資料為河南省大氣探測中心提供的1961—2017 年黃河流域247 個地面氣象觀測站(圖1)經(jīng)過質(zhì)量控制的逐日降水資料；在分析該流域極端強降水的環(huán)流形勢時，采用的是1961—2017年歐洲中期天氣預(yù)報中心(ECWMF)的ERA40逐日再分析格點資料(分辨率為1°×1°)，其氣象要素包括位勢高度、風(fēng)場等。

圖1 黃河流域247個氣象觀測站(彩點所示)空間分布(紅色、綠色和紫色圓點分別代表其上游、中游和下游站；陰影表示地形高度，單位:km)Fig.1 Spatial distribution of 247 meteorological observation stations(indicated by colored dots)in the Yellow River Basin.Red,green and purple dots mark the stations in the upper,middle and lower reaches of the Yellow River,respectively.Shadow represents the topographical altitude(unit:km)

1.2 研究方法

由于黃河流域南北、東西跨度較大，夏季降水差異明顯，其流域各省極端強降水標(biāo)準(zhǔn)不一，使得對該流域內(nèi)極端降水的判定難以使用統(tǒng)一的閾值。目前極端氣候事件尚無統(tǒng)一定義，業(yè)務(wù)及研究中通常使用百分位方法定義極端降水閾值，即將超過該閾值的要素值視為極端值。本文采用百分位數(shù)法確定黃河流域夏季極端降水閾值，百分位數(shù)計算采用Hyndman和Fan經(jīng)驗公式(翟盤茂等，1999；孟寒冬，2020)，即

式(1)—(3)中，p為百分位；Q^(p)為p百分位對應(yīng)的百分位數(shù)；X為升序排列后的某要素樣本序列；n為樣本長度；Xj為升序排列后的樣本序列的第j個值。

(1)單站極端強降水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)以往國內(nèi)使用百分位方法定義極端降水閾值時多以第95 百分位降水量定義極端降水閾值(翟盤茂和潘曉華，2003；翟盤茂等，2007；杜亮亮等，2017；申莉莉等，2018；唐永蘭等，2018)，即選取某個長序列特定百分位值(通常取第95百分位數(shù))作為閾值，超過該閾值即認為是極端值，該事件被確定為極端事件。本文定義黃河流域夏季單站極端強降水的具體方法是，對于該流域內(nèi)每個站點，將其1961—2017 年大于0.1 mm 的日降水量按升序排列的第95 百分位日降水量值作為該站極端降水閾值，某日降水量若超過該閾值，則認為該日出現(xiàn)了極端降水事件。流域所有站點均按此法統(tǒng)計，即每站閾值理論上都可能不同。

(2)區(qū)域性極端強降水標(biāo)準(zhǔn)。黃河流域夏季區(qū)域性極端強降水日標(biāo)準(zhǔn)是綜合考慮了其極端性和影響范圍兩個因素而確定的，具體是取日降水第95百分位流域內(nèi)站點數(shù)占比大于20%達到極端強降水標(biāo)準(zhǔn)時為一個區(qū)域性極端強降水日。據(jù)此定義，共得到27個區(qū)域性極端強降水個例。

為了驗證采用第95 百分位數(shù)定義極端降水的合理性，本文還分別采用第90、99 百分位來挑選極端降水事件(區(qū)域性范圍與第95 百分位相同)，結(jié)果分別得到336 個和0 個個例，可見按第90 百分位選取的個例數(shù)不能反映降水的極端性，而按第99百分位則選不到個例，從而佐證了采用第95 百分位的合理性。此外，本文采用第95 百分位挑選的區(qū)域性極端強降水個例數(shù)與王小玲等(2017)使用1957—2011年降水資料選取的21例華北地區(qū)夏季區(qū)域性持續(xù)強降水(同屬極端降水)個例相差不大。在流域氣候業(yè)務(wù)中，EOF分解第一模態(tài)是全流域一致型，第二模態(tài)是源頭和下游與流域其他區(qū)域相反的分布，解釋方差較大的前兩個模態(tài)顯示黃河流域夏季降水的一致性比較高，這也是將整個黃河流域作為研究區(qū)域的原因之一。另外，該流域區(qū)域性極端降水個例相對較少，不太適合再細分，不然按區(qū)域細分每種類型個例更少，缺乏代表性。

(3)環(huán)流分型。首先，分析黃河流域區(qū)域性極端強降水個例出現(xiàn)當(dāng)日及其前后1 d 的歐亞500 hPa 位勢高度場，尋找對極端強降水起主導(dǎo)作用的環(huán)流系統(tǒng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各區(qū)域性極端強降水個例的出現(xiàn)均與阻塞高壓、低槽等天氣系統(tǒng)有關(guān)。其中，阻塞高壓(簡稱阻高)出現(xiàn)的位置包括烏拉爾山、貝加爾湖、鄂霍茨克海地區(qū)，按其出現(xiàn)位置自西向東分別稱之為烏拉爾山阻高(西阻)、貝加爾湖阻高(中阻)、鄂霍茨克海阻高(東阻)，若西阻和東阻同時出現(xiàn)稱為雙阻。然后，根據(jù)上述分析結(jié)果，通過對該流域極端降水起主導(dǎo)作用的環(huán)流形勢進行分型。最后，將個例當(dāng)日環(huán)流場按上述分型進行合成分析，得到各型區(qū)域性極端強降水的平均場及距平場。

2 黃河流域極端強降水事件的空間分布特征

圖2 給出黃河流域極端強降水閾值的空間分布。從中可見，其閾值空間分布特征表現(xiàn)為自西向東、自北向南逐漸增加，上游源頭地區(qū)(青海段)最小，下游(鄭州花園口以下段)最大；其上游大部地區(qū)為20～50 mm，中游大部為50～70 mm，下游為70～120 mm。

圖2 黃河流域夏季極端強降水閾值的空間分布(單位:mm)Fig.2 Spatial distribution of extreme heavy precipitation threshold(unit:mm)in summer in the Yellow River Basin

另由黃河流域夏季各地極端強降水事件頻率的空間分布可見(圖3)，全流域平均每年出現(xiàn)的極端強降水事件次數(shù)均不足1 次，但上游源頭地區(qū)出現(xiàn)極端強降水的頻率較其他地區(qū)高，源頭地區(qū)平均每10 a出現(xiàn)5～6次，其他地區(qū)平均每10 a出現(xiàn)2～4次。

圖3 1961—2017年黃河流域夏季強降水事件頻率的空間分布(單位:次·a-1)Fig.3 Spatial distribution of the average number(unit:times·a-1)of severe precipitation events in summer in the Yellow River Basin from 1961 to 2017

3 黃河流域夏季區(qū)域性極端強降水的主要環(huán)流類型

通過對1961—2017 年黃河流域27 個區(qū)域性極端強降水個例的診斷分析，并按500 hPa 高度場可將該流域夏季極端強降水天氣的典型環(huán)流形勢分為阻塞型、低槽型和臺風(fēng)外圍型3類，其中，阻塞型有14例(包括雙阻型和中阻型)，低槽型有11 例，臺風(fēng)外圍型僅2例；上述27例極端強降水中屬于同一次連續(xù)降水過程的有2 例；阻塞型、低槽型、臺風(fēng)外圍型極端強降水個例分別占51.9%、40.7%、7.4%。可見，阻塞型和低槽型是黃河流域夏季極端強降水的主要環(huán)流型。阻塞型表現(xiàn)為歐亞中高緯地區(qū)的環(huán)流特征，低槽型則表現(xiàn)為中緯度地區(qū)的環(huán)流特征。由于臺風(fēng)外圍型極端強降水個例僅2例，且屬同一次連續(xù)降水過程，將其作為一類環(huán)流型的代表性不足，所以本文只對阻塞型和低槽型極端強降水的主要環(huán)流特征進行分析。

3.1 阻塞型極端強降水的環(huán)流特征

統(tǒng)計結(jié)果表明，黃河流域夏季27個區(qū)域性極端強降水個例中，按照上節(jié)環(huán)流分型再細分阻塞型，有27.6%的個例屬于雙阻型，22.2%的個例屬于中阻型。

3.1.1 雙阻型

圖4 給出1961—2017 年黃河流域夏季雙阻型極端強降水天氣不同高度環(huán)流形勢合成圖。從中看到，200 hPa 層20°—55°N范圍緯向風(fēng)距平自北向南呈“- +-”分布(圖4a)，東亞高空急流軸基本位于33°—43°N 之間，風(fēng)速極大值中心位于黃河流域北部、華北到東北一帶，并疊加正異常緯向風(fēng)，表明該區(qū)域高空鋒區(qū)較強，而在貝加爾湖及以西地區(qū)緯向風(fēng)表現(xiàn)為負異常，表明緯向環(huán)流偏弱，有利于冷空氣活動。另外，500 hPa高度場上(圖4b)，高緯度烏拉爾山與鄂霍茨克海地區(qū)為高壓脊控制，兩個高壓脊之間的貝加爾湖東北部地區(qū)為低槽，其距平場上可見在歐亞中高緯度地區(qū)維持“+-+”分布，即烏拉爾山和鄂霍茨克海地區(qū)均為異常正距平控制，并出現(xiàn)了其距平大于60 gpm的正異常中心，從貝加爾湖南部經(jīng)內(nèi)蒙古到河套地區(qū)為負距平，黃河流域處于淺槽中，中低緯度副熱帶高壓(以下簡稱副高)總體偏強、偏西，其脊線位于25°N 附近，我國東部及沿海地區(qū)出現(xiàn)了大范圍正的高度距平，其正中心大于20 gpm，從副高西北側(cè)到黃河流域與烏拉山阻塞高壓之間出現(xiàn)了異常負距平，其中心位于內(nèi)蒙地區(qū)至蒙古國，負距平中心小于-20 gpm。由于高緯度地區(qū)歐亞東西部兩個高壓脊的穩(wěn)定維持，使得處在兩高之間寬廣槽區(qū)的黃河流域明顯受到低槽影響。

圖4 1961—2017年黃河流域夏季雙阻型極端強降水天氣不同高度環(huán)流形勢合成圖:(a)200 hPa緯向風(fēng)距平(填色區(qū))圖(等值線為高空急流，單位:m·s-1)；(b)500 hPa高度場(等值線)及距平(填色區(qū))圖(單位:gpm)；(c)850 hPa風(fēng)場(箭矢)及距平(填色區(qū))圖(單位:m·s-1)Fig.4 Composited chart of(a)zonal wind anomaly(color-filled areas,unit:m·s-1)at 200 hPa,(b)geopotential height field(contours,unit:gpm)and its anomaly(color-filled areas)at 500 hPa and(c)wind field(vector,unit:m·s-1)and its anomaly(color-filled areas)at 850 hPa.In(a)contours denote the high-level jet stream(unit:m·s-1)when the double blocking type extreme heavy precipitation occurs in summer in the Yellow River Basin from 1961 to 2017

再由此型850 hPa風(fēng)場及其距平分布看出(圖4c)，存在2 支向黃河流域輸送水汽的通道，其源地分別為印度洋和太平洋，東南沿海為顯著的反氣旋環(huán)流，來自印度洋至孟加拉灣的水汽與來自西太平洋至南海的水汽在貴州和廣西附近匯合后明顯加強，在重慶—四川一帶出現(xiàn)大于7 m·s-1的風(fēng)速正距平中心。充沛的水汽向東北偏北方向輸送，偏南風(fēng)風(fēng)速加大，在黃河流域中南部地區(qū)形成顯著的氣旋性環(huán)流，極有利于黃河流域形成強降水。

為了分析黃河流域夏季雙阻型極端強降水500 hPa高度場前期阻塞高壓的演變特征，同時考慮到極端強降水發(fā)生期間烏拉爾山阻高(西阻)和鄂霍茨克海阻高(東阻)一般都出現(xiàn)在45°—70°N范圍，圖5給出黃河流域夏季雙阻型極端強降水發(fā)生前0—20 d 500 hPa 沿45°—70°N 平均位勢高度的時間演變。從中看出，極端強降水發(fā)生前20—15 d 西阻高壓中心最初位于20°—30°E之間，前10 d左右高壓中心強度持續(xù)增強，范圍逐漸擴大至40—70°E；而東阻是逐漸在140°—160°E范圍內(nèi)建立的，其建立時間較西阻明顯偏晚，距形成黃河流域極端強降水僅一周左右時間，強度也明顯弱于西阻。由此可見，造成阻塞型極端強降水的雙阻型高壓基本上以原地發(fā)展為主，其發(fā)生前1～2周就能捕捉到阻塞高壓發(fā)生發(fā)展信號。

圖5 黃河流域夏季雙阻型極端強降水發(fā)生前0—20 d 500 hPa沿45°—70°N平均位勢高度(單位:gpm)的時間演變(圖中左右2個箭頭分別指示西、東阻塞高壓變化)Fig.5 Height-time cross section of averaged geopotential height(unit:gpm)at 500 hPa along 45°-70°N during 0-20 days before the double blocking type extreme heavy precipitation occurred in summer in the Yellow River Basin.Two hollow arrows in the left and right in this figure indicatethe change of blocking high in the West and East,respectively

3.1.2 中阻型

圖6 給出1961—2017 年黃河流域夏季中阻型極端強降水天氣不同高度環(huán)流形勢合成圖。從中看到，200 hPa緯向風(fēng)距平分布同雙阻型十分相似，也是自北向南呈“-+-”分布(圖6a)，東亞高空急流軸基本位于33°—43°N 之間，其風(fēng)速極大值中心位置較雙阻型偏東，緯向風(fēng)正異常區(qū)位于河套北部、華北到東北一帶，表明高空鋒區(qū)較強。另外，500 hPa 高度場上(圖6b)，高緯歐亞地區(qū)維持一脊兩槽型環(huán)流，貝加爾湖及其以北地區(qū)為龐大的阻塞高壓控制，高壓兩側(cè)為低槽，其距平場上歐亞中高緯度地區(qū)自西向東呈現(xiàn)明顯的“-+-”分布，顯著正高度異常區(qū)出現(xiàn)在80°—150°E、50°—80°N 范圍，大于80 gpm 的正異常中心位于貝加爾湖及其以北地區(qū)，阻高面積也明顯大于上節(jié)雙阻型中任何一個阻高的面積。中低緯度副高顯著偏強、偏北，其脊線位于30°N 附近，我國東部及沿海地區(qū)出現(xiàn)大范圍正高度距平，且正高度距平區(qū)較雙阻型位置偏北，其中心值大于20 gpm，在阻高和副高之間為相對低壓和負距平區(qū)，黃河流域處于弱低槽中。由于貝加爾湖以北地區(qū)高壓脊的穩(wěn)定，環(huán)流在高壓脊南側(cè)出現(xiàn)分支，黃河流域受南支氣流短波槽影響。

圖6 1961—2017年黃河流域夏季中阻型極端強降水天氣不同高度環(huán)流形勢合成圖:(a)200 hPa緯向風(fēng)距平(填色區(qū))圖(等值線為高空急流，單位:m·s-1)；(b)500 hPa高度場(等值線)及距平(填色區(qū))圖(單位:gpm)；(c)850 hPa風(fēng)場(箭矢)及距平(填色區(qū))圖(單位:m·s-1)Fig.6 Same as Fig.4,but for the extreme heavy precipitation under the middle blocking type condition

再由此型850 hPa風(fēng)場及其距平分布看出(圖6c)，也存在2 支向黃河流域輸送水汽的通道，其源地分別為太平洋和印度洋，但水汽主要源自西北太平洋，由此通道輸送的水汽與來自印度洋的水汽在廣東至福建一帶匯合，由于兩股氣流疊加使得偏南風(fēng)風(fēng)速加強，向偏北方向輸送了大量的水汽，在湖南和湖北地區(qū)出現(xiàn)風(fēng)速大于5.5 m·s-1的正距平中心，并在河套地區(qū)形成氣旋性環(huán)流，為黃河流域強降水的產(chǎn)生提供了有利的水汽條件。

同樣，為了分析黃河流域夏季中阻型極端強降水500 hPa高度場前期阻塞高壓的演變特征，同時考慮到極端強降水發(fā)生期間貝加爾湖阻高(中阻)一般都出現(xiàn)在45°—75°N 范圍，圖7 給出黃河流域夏季中阻型極端強降水發(fā)生前0—20 d 500 hPa沿45°—75°N平均位勢高度的時間演變。從中看到，極端強降水發(fā)生前20—7 d歐亞地區(qū)基本維持歐洲阻塞高壓形勢，即歐亞中高緯在7 d前500 hPa位勢高度自西向東呈“高-低”分布，前1周左右歐洲阻塞高壓逐漸消失，并演變?yōu)榈筒?，而貝加爾湖地區(qū)阻塞高壓建立并發(fā)展，前7 d高壓中心形成于105°E附近，之后其范圍逐漸擴大、強度增強，高壓中心位于120°E附近，歐亞中高緯地區(qū)位勢高度自西向東由7 d 前的“高-低”分布變?yōu)椤暗?高-低”分布，從而看出造成阻塞型極端強降水的中阻型高壓同樣是以原地發(fā)展為主，其發(fā)生前1 周就能捕捉到阻塞高壓發(fā)生發(fā)展信號。

圖7 黃河流域夏季中阻型極端強降水發(fā)生前0—20 d 500 hPa沿45°—75°N平均位勢高度(單位:gpm)的時間演變Fig.7 Height-time cross section of averaged geopotential height(unit:gpm)at 500 hPa along 45°-75°N during 0-20 days before the extreme heavy precipitation under the middle blocking type condition occurred in summer in the Yellow River Basin

3.2 低槽型極端強降水的環(huán)流特征

圖8 給出1961—2017 年黃河流域夏季低槽型極端強降水天氣不同高度環(huán)流形勢合成圖。從中看到，200 hPa緯向風(fēng)距平在20°—55°N之間自北向南呈“-+-”分布(圖8a)，風(fēng)速極大值中心位置較上述雙阻型偏東，與中阻型較為接近，緯向風(fēng)正異常區(qū)位于河套北部、華北至東北一帶。另外，500 hPa高度場上(圖8b)，歐亞地區(qū)整體以緯向環(huán)流為主，30°—65°N范圍多小槽小脊自西向東移動，副高主體偏東、偏南，我國東部及沿海地區(qū)為高壓脊和異常正高度距平區(qū)。

圖8 1961—2017年黃河流域夏季低槽型極端強降水天氣不同高度環(huán)流形勢合成圖:(a)200 hPa緯向風(fēng)距平(填色區(qū))圖(等值線為高空急流，單位:m·s-1)；(b)500 hPa高度場(等值線)及距平(填色區(qū))圖(單位:gpm)；(c)850 hPa風(fēng)場(箭矢)及距平(填色區(qū))圖(單位:m·s-1)Fig.8 Same as Fig.4,but for the extreme heavy precipitation under the low-trough type condition

再由此型850 hPa風(fēng)場及其距平分布看出(圖8c)，黃河流域夏季極端強降水過程所需的水汽主要源自太平洋和南海，其中來自太平洋的水汽通過我國沿海附近的反氣旋環(huán)流經(jīng)東海輸送到海南再與來自南海的水汽匯合，由于兩股氣流的疊加使西南風(fēng)風(fēng)速在廣西和湖南附近加強，將水汽向東北偏北方向輸送，在重慶至四川一帶出現(xiàn)風(fēng)速大于6 m·s-1的正距平中心，同時青藏高原維持反氣旋環(huán)流，東部沿海也存在反氣旋環(huán)流，河套地區(qū)形成顯著的氣旋性環(huán)流，使得黃河流域形成輻合上升運動，這種水汽和環(huán)流配置對黃河流域形成強降水極為有利。

為了分析黃河流域夏季低槽型極端強降水500 hPa高度場前期阻塞高壓的演變特征，同時考慮到極端強降水發(fā)生期間低槽一般都出現(xiàn)在30°—50°N范圍，圖9給出黃河流域夏季低槽型極端強降水發(fā)生前0—20 d 500 hPa 沿30°—50°N 平均位勢高度的時間演變。從中可見，此型極端強降水發(fā)生前20—14 d中高緯度歐亞地區(qū)基本維持兩槽一脊環(huán)流型，東亞大槽明顯偏強，前13—7 d歐亞槽脊波動活躍，環(huán)流變?yōu)槿蹆杉剐?，而?—0 d 又變?yōu)閮刹垡患剐?，黃河流域處在槽區(qū)，低槽只是在此型極端強降水發(fā)生前2—3 d才相對明顯?？梢姡斐傻筒坌蜆O端強降水的低槽以移動性為主，其初始信號出現(xiàn)在極端強降水前7 d左右，強信號出現(xiàn)在極端強降水前2—3 d。

圖9 黃河流域夏季低槽型極端強降水發(fā)生前0—20 d 500 hPa沿30°—50°N平均位勢高度(單位:gpm)的時間演變Fig.9 Height-time cross section of averaged geopotential height(unit:gpm)at 500 hPa along 30°-50°N during 0-20 days before the extreme heavy precipitation under the low-trough type condition occurred in summer in the Yellow River Basin

4 結(jié)論與討論

本文使用1961—2017 年黃河流域247 個地面氣象觀測站夏季逐日降水資料，首先定義該流域區(qū)域性極端強降水事件并分析其分布特征，再根據(jù)500 hPa中高緯度環(huán)流特點將造成黃河流域夏季極端強降水的主要環(huán)流型進行歸納分類和合成分析，從而總結(jié)每種環(huán)流型的環(huán)流特點及其前期演變、水汽輸送特征。主要得到如下結(jié)論：

(1)1961—2017 年黃河流域夏季極端強降水閾值自西向東、自北向南逐漸增加，上游源頭地區(qū)最小，下游鄭州花園口以下段最大；但極端強降水事件次數(shù)上游源頭地區(qū)出現(xiàn)的概率較其它地區(qū)高。

(2)阻塞型和低槽型是黃河流域夏季極端強降水發(fā)生的主要環(huán)流型，兩型極端強降水具有相似的200 hPa 緯向風(fēng)距平分布特征，緯向風(fēng)距平在20°—55°N 范圍內(nèi)自北向南均呈“-+-”分布，且40°N 左右緯向風(fēng)速極大值中心區(qū)與緯向風(fēng)正異常區(qū)疊加，高空鋒區(qū)較強；阻塞型和低槽型極端強降水500 hPa 環(huán)流表現(xiàn)為較大差異，低槽型在歐亞地區(qū)整體以緯向環(huán)流為主，30°—65°N 范圍多小槽小脊活動，副高主體偏東、偏南，我國東部及沿海地區(qū)為高壓脊和異常正高度距平區(qū)，而阻塞型在歐亞中高緯以徑向環(huán)流為主，雙阻型和中阻型雖其阻塞高壓位置不同，但黃河流域均受低值環(huán)流系統(tǒng)影響，且副高偏強，低緯地區(qū)均為正高度距平控制。

(3)黃河流域夏季各型極端強降水發(fā)生所需的水汽主要來自印度洋和太平洋，其中雙阻型水汽通道有2 支，即印度洋—孟加拉灣與西太平洋—南海的水汽在貴州和廣西附近匯合，再向東北偏北方向輸送，由于兩股氣流的疊加使得西南風(fēng)風(fēng)速加強，在河套中南部地區(qū)形成顯著氣旋性環(huán)流；中阻型極端強降水的水汽通道也有2支，一是來自西北太平洋，二是來自印度洋，由2 支通道而來的水汽在廣東到福建一帶匯合后向偏北方向輸送，偏南風(fēng)風(fēng)速加強，在河套地區(qū)形成氣旋性環(huán)流；低槽型極端強降水發(fā)生所需水汽主要來自西太平洋和南海，其中來自太平洋的水汽通過我國沿海附近的反氣旋環(huán)流經(jīng)東海輸送到海南再與來自南海的水汽匯合，使得西南風(fēng)風(fēng)速在廣西和湖南附近加強并將水汽向東北偏北方向輸送，在河套地區(qū)形成顯著的氣旋性環(huán)流。

(4) 分析黃河流域夏季各型極端強降水發(fā)生前500 hP平均環(huán)流形勢可知，造成阻塞型極端強降水的阻塞高壓以原地發(fā)展為主，其發(fā)生前1～2周就能捕捉到阻塞高壓發(fā)生發(fā)展信號；造成低槽型極端強降水的低槽以移動性為主，其初始信號出現(xiàn)在極端強降水前7 d左右，強信號出現(xiàn)在極端強降水前2～3 d。

本文歸納總結(jié)了黃河流域夏季極端強降水發(fā)生時的高低空環(huán)流場配置，并分析了極端強降水前期環(huán)流演變特征，得到了影響極端強降水的主要環(huán)流型。目前10 d以上強天氣延伸期預(yù)報、氣候預(yù)測尤其關(guān)注其環(huán)流場，正是基于其環(huán)流預(yù)報的參考價值較高；而10 d以上模式要素預(yù)報還達不到直接應(yīng)用的水平，所以上述結(jié)論可作為下一步利用逐日模式預(yù)測產(chǎn)品與極端強降水環(huán)流型結(jié)合開展短期氣候預(yù)報預(yù)測的依據(jù)，并為流域延伸期強降水相似預(yù)報提供技術(shù)支撐。另外，文中提到無論是阻塞型還是低槽型極端強降水的發(fā)生，均對應(yīng)著副熱帶高壓均明顯偏強，但并未對副高位置及強弱變化對該流域區(qū)域性極端強降水的具體影響進行深入討論。下一步，仍需針對副熱帶高壓對流域極端強降水的影響進行深入分析，以期全面了解造成黃河流域極端強降水的對流層高、中、低層主要影響系統(tǒng)的特征。