2020年和1998年江淮流域梅雨期降水過(guò)程對(duì)比分析

胡佳潔, 王 偉

(成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院四川省高原大氣與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610225)

0 引言

梅雨是春末夏初東亞夏季風(fēng)季節(jié)進(jìn)程中,中國(guó)東部夏季重要的氣候現(xiàn)象,由于正好是江南梅子成熟的季節(jié),所以稱為“梅雨”,又因此時(shí)空氣濕度大,物體極易受潮霉?fàn)€,故又有“霉雨”之稱[1]。梅雨最初開始于5月中旬,與東亞夏季風(fēng)在南海地區(qū)的爆發(fā)同步,隨著東亞夏季風(fēng)的向北推進(jìn),梅雨雨帶相繼北移到華南、臺(tái)灣、江淮流域、日本以及朝鮮半島[2]。中國(guó)江淮流域地理位置獨(dú)特,東臨太平洋,南接南嶺山脈,西連三峽、湘黔山地和秦(嶺)巴(山)山地,北通中原大地,是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和人口密集的區(qū)域之一,同時(shí)也是6-8月中國(guó)洪澇多發(fā)區(qū)域。江淮地區(qū)洪澇災(zāi)害的發(fā)生和維持與梅雨期降水有著密切關(guān)系,出、入梅的時(shí)間、梅雨期的長(zhǎng)短、梅雨量的豐枯以及梅雨的強(qiáng)弱是每年汛期預(yù)報(bào)中關(guān)注和研究的重點(diǎn)[3-5]。當(dāng)發(fā)生在該地區(qū)的梅雨存在降水異常時(shí),因其雨帶位置穩(wěn)定、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、累積雨量大,易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。

對(duì)于江淮流域夏季梅雨的研究已有許多重要的成果與結(jié)論。魏鳳英等[6]分析了1885-2000年長(zhǎng)江中下游梅雨特征量的統(tǒng)計(jì)特征,指出入梅和出梅是反映東亞過(guò)渡季節(jié)環(huán)流變化與調(diào)整的重要天氣氣候指標(biāo)。丁一匯等[2]指出東亞梅雨季是整個(gè)亞洲季風(fēng)系統(tǒng)中東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)與歐亞地區(qū)中高緯度環(huán)流系統(tǒng)相互作用的體現(xiàn),東亞夏季風(fēng)和中高緯環(huán)流系統(tǒng)的異?；顒?dòng)對(duì)江淮流域的入、出梅時(shí)間及梅雨持續(xù)時(shí)間有顯著影響。陶詩(shī)言等[7]指出梅雨期的開始和結(jié)束與亞洲高空西風(fēng)急流的兩次北跳過(guò)程有密切關(guān)系。李崇銀等[8]指出,東亞高空急流在6月的第二次北跳是梅雨開始的前期征兆。西太平洋副熱帶高壓位置和強(qiáng)度變化對(duì)梅雨也有著極其重要的作用。周曾奎[9]對(duì)27年江淮梅雨環(huán)流形勢(shì)特征進(jìn)行總結(jié),認(rèn)為副高脊線的北進(jìn)位置及其演變規(guī)律對(duì)入梅的早晚與梅雨持續(xù)時(shí)間起直接決定作用。梅汛期降水受到對(duì)流層高、中、低層多個(gè)大尺度大氣環(huán)流系統(tǒng)的直接或間接影響。對(duì)于梅雨期持續(xù)性異常降水的成因及機(jī)理前人也有大量的研究。金榮花等[10]指出阻塞高壓的頻繁出現(xiàn)和副熱帶季風(fēng)涌異常大尺度環(huán)流是造成2007年梅汛期降水異常的重要成因。劉梅等[11]認(rèn)為中高緯度穩(wěn)定超長(zhǎng)波和超長(zhǎng)波形勢(shì)下阻塞形勢(shì)的建立和穩(wěn)定少動(dòng)對(duì)2011年7月中旬江淮流域持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程中起到很好的基礎(chǔ)作用。王黎娟等[12]認(rèn)為西太平洋副熱帶高壓的南北擺動(dòng)與東西進(jìn)退對(duì)江淮流域持續(xù)性降水的差異起決定性作用。趙俊虎等[13]對(duì)2016年中國(guó)梅雨異常進(jìn)行特征及成因分析,指出梅雨期副高異常偏強(qiáng),副高西南側(cè)轉(zhuǎn)向的水汽輸送異常偏強(qiáng),并在長(zhǎng)江區(qū)和江淮區(qū)與北方弱冷空氣輻合,是造成梅雨量異常偏多的原因之一。嚴(yán)佩文等[14]認(rèn)為,伴隨著東亞副熱帶急流和極鋒急流的變化,西太平洋副熱帶高壓和北風(fēng)產(chǎn)生持續(xù)性異常,利于冷暖空氣活動(dòng),導(dǎo)致持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的區(qū)域性降水發(fā)生。頻繁的東北冷渦[15]、與低空急流相聯(lián)系的低層水汽輻合[16]、南亞高壓的東進(jìn)北抬[17]、Walk環(huán)流位置及強(qiáng)度的不同[18]都會(huì)對(duì)江淮流域降水造成影響。江淮流域洪澇災(zāi)害與海溫異常變化也存在密切關(guān)系[19-20],與前期青藏高原積雪也有明顯關(guān)聯(lián)[21]。

2020年和1998年夏季梅雨期均存在降水異常的現(xiàn)象,導(dǎo)致江淮流域出現(xiàn)了大范圍的洪澇,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[22-24]。本文從梅雨期的降水階段時(shí)空分布特征、降水過(guò)程的大氣環(huán)流演變形勢(shì)對(duì)比分析2020年與1998年梅雨過(guò)程,著重研究梅雨期大氣環(huán)流異常,分析2020年與1998年梅雨期異常年存在的異同點(diǎn),為今后江淮流域異常梅雨期的預(yù)測(cè)提供參考信息。

1 資料與方法

降水資料來(lái)自美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)提供的全球逐日降水?dāng)?shù)據(jù),分辨率為0.5°×0.5°。環(huán)流數(shù)據(jù)為美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP/NCAR)的大氣再分析資料,分辨率為2.5°×2.5°。 1998年、2020年出入梅時(shí)間、梅雨期長(zhǎng)度均來(lái)自于國(guó)家氣候中心提供的梅雨基本監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)中國(guó)氣象局《梅雨監(jiān)測(cè)指標(biāo)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[25],江淮流域梅雨的監(jiān)測(cè)可分成3個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè),即江南區(qū)(28°N～30°N)、長(zhǎng)江中下游區(qū)(30 °N～32 °N)、江淮區(qū)(32 °N～34 °N)。 江淮流域梅雨的研究范圍選取南嶺以北 28°N～34°N、湖北宜昌以東110°E～122.5°E。文中夏季指北半球夏季(6-8月),變量的氣候態(tài)(常年)為1991-2020年的平均,距平場(chǎng)去除的都是氣候態(tài)的平均。熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(MJO)指數(shù)資料,采用Wheeler等[26]2004年提出的RMM實(shí)時(shí)多變量MJO指數(shù),取自澳大利亞氣象局官方網(wǎng)站(http://www.bom.gov.au/climate/mjo/)。用以表征110°E～130°E西太平洋副高脊線位置的指數(shù)為10 °N～45 °N、110 °E～130 °E范圍內(nèi)5880 gpm等值線所包圍的西太副高體內(nèi)緯向風(fēng)切變線所在緯度位置的平均值(即 u=0,?u/?y＞0)。

2 2020年、1998年梅雨期降水特征對(duì)比

圖1為1991-2020年夏季江淮流域平均降水量歷年序列圖。2020年夏季,江淮流域平均降水量為916.6 mm,較常年同期(530.1 mm)偏多72.9%,為1991年來(lái)同期最多。1998年夏季,江淮流域平均降水量為638.4 mm,較常年同期偏多20.4%,僅次于2020年,為歷史同期次多。圖2為2020年、1998年夏季降水累計(jì)距平分布圖。2020年夏季江淮流域累計(jì)降水明顯偏多,特別是安徽西南部地區(qū)累計(jì)降水距平較大,最大累計(jì)降水距平可達(dá)941.0 mm,位于安徽六安附近。1998年夏季長(zhǎng)江流域以北存在降水顯著減少的地區(qū),長(zhǎng)江流域以南累計(jì)降水明顯偏多,多雨帶位置較2020年偏南,其中鄱陽(yáng)湖、洞庭湖(兩湖)流域之間以及江西、安徽、浙江交界地區(qū)累計(jì)降水距平較大,最大累計(jì)降水距平達(dá)512.1 mm,位于兩湖流域之間。

圖1 1991-2020年夏季江淮流域平均降水量歷年序列(黑色實(shí)線為1991-2020年平均)

圖2 2020年、1998年夏季降水總距平(陰影部分)

2.1 時(shí)空特征

根據(jù)2020年梅雨基本監(jiān)測(cè)信息,2020年夏季江淮流域于6月1日入梅,8月2日出梅,梅雨期為6月1日-8月2日,持續(xù)時(shí)間為63 d。圖3(a)為2020年梅雨期江淮流域平均的逐日降水量演變序列,區(qū)域平均總梅雨量為783.3 mm,區(qū)域平均日降水最大值出現(xiàn)在7月18日,降水量為38.3 mm。圖3(b)為2020年江淮區(qū)域梅雨期累計(jì)降水量的空間分布,可以看到降水范圍覆蓋整個(gè)江淮流域,南北范圍跨度廣,累計(jì)降水量普遍超過(guò)600 mm。強(qiáng)降水中心出現(xiàn)長(zhǎng)江中下游沿江一帶,湖北東部、安徽南部、江西北部等地受災(zāi)嚴(yán)重,部分沿江區(qū)域達(dá)800 mm以上,最大累計(jì)降水量為1623.6 mm,位于安徽黃山附近。

圖3 2020年6月1日-8月2日梅雨期江淮流域區(qū)域平均的逐日降水量演變序列及累計(jì)降水量空間分布(陰影部分)

根據(jù)國(guó)家氣候中心的1998年梅雨監(jiān)測(cè)信息,1998年夏季江淮流域于6月8日入梅,8月4日出梅,梅雨期為6月8日-8月4日,梅雨期持續(xù)時(shí)間為58 d。圖4(a)為1998年梅雨期江淮流域平均的逐日降水量演變序列,1998年梅雨期存在顯著的“二度梅”特征。第一段梅雨期為6月11日-7月4日,持續(xù)時(shí)間為24 d,區(qū)域平均梅雨量為264.5 mm;第二段梅雨期為7月16日-8月3日,持續(xù)時(shí)間為19 d,區(qū)域平均梅雨量為203.4 mm。第一段梅雨期較第二段梅雨期,持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng),累計(jì)降水量更大。第一段梅雨期區(qū)域平均最大降水量出現(xiàn)在6月24日,降水量為21.1 mm;第二段梅雨期區(qū)域平均最大降水量出現(xiàn)在7月22日,降水量為31.6 mm。圖4(b、d)分別為1998年江淮流域總梅雨期、第一段梅雨期、第二段梅雨期累計(jì)降水量的空間分布。從圖4(b)看總梅雨期,降水呈東西向帶狀分布,雨帶位置偏南,降水大值區(qū)主要位于江南區(qū)中北部,降水量普遍超過(guò)500 mm。湖南東北部、江西北部、安徽南部、浙江西南部、福建西北部等地累計(jì)降水量達(dá)600 mm以上。特別是鄱陽(yáng)湖、洞庭湖(兩湖)流域之間以及江西、安徽、浙江、福建4省交界地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重洪澇,降水量達(dá)900 mm以上,最大累計(jì)降水量為1119.0 mm,位于江西景德鎮(zhèn)附近。從圖4(c)看,第一段梅雨期降水空間分布與總梅雨期一致,雨帶位置偏南,江淮流域降水大值區(qū)主要位于江南以北,局地最大降水量超過(guò)700 mm。從圖4(d)看,第二段梅雨期降水雨帶較第一段梅雨期北移,降水大值區(qū)主要位于湖北東部、安徽南部、江西北部,局地最大降水量超過(guò)600 mm。

圖4 1998年6月8日-8月4日梅雨期江淮流域區(qū)域平均的逐日降水量演變序列、1998年總梅雨期、第一段梅雨期、第二段梅雨期累計(jì)降水量空間分布(陰影部分)

2.2 緯向變化特征

圖5為2020年、1998年梅雨期江淮流域110°E～122.5°E平均日降水量的時(shí)間-緯度剖面圖,從南至北分別代表江南區(qū)(28°N～30°N)、長(zhǎng)江中下游區(qū)(30 °N～32 °N)、江淮區(qū)(32 °N～34 °N)。 從圖5(a)看,2020年6月1日主雨帶進(jìn)入江淮流域,江南區(qū)開始入梅,6月上旬雨帶位置偏南,強(qiáng)降水中心主要位于江南區(qū)與華南北部。6月9日梅雨帶開始北抬,雨帶位置主要位于長(zhǎng)江中下游區(qū)域江淮區(qū)及黃淮南部。隨后6月下旬至7月上旬主雨帶穩(wěn)定維持在長(zhǎng)江中下游區(qū)域,期間雨帶位置存在多次的南北擺動(dòng),造成雨帶南北分布跨度廣。7月10日雨帶再次北抬至江淮區(qū),后回落至長(zhǎng)江中下游區(qū)至江淮區(qū),后又北抬。此后江淮流域降水強(qiáng)度逐漸減弱,梅雨趨于結(jié)束。從圖5(b)看,1998年6與8日雨帶進(jìn)入江南區(qū),6月中下旬強(qiáng)降水雨帶位置偏南,主要位于江南與華南北部,后逐漸向北移動(dòng)。6月28日前后雨帶位置快速北抬至江淮地區(qū),7月4日雨帶位置北抬移出江淮流域,華北地區(qū)進(jìn)入多雨期,對(duì)應(yīng)1998年第一段梅雨期結(jié)束。隨后,7月16日前后,主雨帶回落到江淮流域,強(qiáng)降水區(qū)域主要位于長(zhǎng)江中下游區(qū)和江南區(qū)。8月4日雨帶再次北抬移出江淮流域,此后雨帶位置存在輕微擺動(dòng),江淮流域仍有小范圍低強(qiáng)度降水產(chǎn)生。

圖5 2020年、1998年梅雨期沿110°E～122.5°E平均的逐日降水量的時(shí)間-緯度剖面圖(陰影部分)(虛線代表梅雨監(jiān)測(cè)區(qū))

總體來(lái)說(shuō),2020年與1998年均為梅雨異常年份,夏季江淮流域梅雨期降水較常年同期均偏多。2020年降水偏多區(qū)域位于長(zhǎng)江沿江流域和淮河流域,1998年降水偏多區(qū)域位置較2020年偏南,位于長(zhǎng)江流域以南。2020年梅雨期入梅時(shí)間為6月1日,比1998年早7 d;出梅時(shí)間為8月2日,比1998年早2 d;2020梅雨期持續(xù)時(shí)間為63 d,比1998年梅雨期長(zhǎng)5 d。這兩年梅雨期降水多雨帶位置均位于長(zhǎng)江沿江流域,2020年較1998年分布范圍更大,南北跨度更大,梅雨量更大,降水強(qiáng)度更大。從這兩年梅雨期降水的緯向分布來(lái)看,2020年與1998年雨帶位置均在江淮流域內(nèi)存在顯著的南北位移的階段性變化。2020年雨帶位置基本以30°N～32°N為中心,在28°N～34°N南北擺動(dòng),具有明顯的階段性變化,最強(qiáng)降水時(shí)段為7月中旬。1998年雨帶位置較2020年偏南,雨帶位置基本以28°N～30°N為中心,南北擺動(dòng)明顯,出現(xiàn)顯著“二度梅”特征[22],兩段梅雨降水期均存在各自最強(qiáng)降水時(shí)段,分別為6月下旬和7月下旬。

3 2020年、1998年梅雨期大氣環(huán)流特征對(duì)比

對(duì)2020年、1998年江淮流域梅雨期大尺度環(huán)流的演變特征進(jìn)行對(duì)比討論,分析這兩年大氣環(huán)流異常的差異。

3.1 西太平洋副熱帶高壓

西太平洋副熱帶高壓是東亞季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)中最重要的成員之一,對(duì)中國(guó)江淮流域夏季降水意義重大。副高脊線的南北位移和西伸東退與降水雨帶位置的變化有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,副高強(qiáng)度和位置的異常直接決定了水汽輸送的異常以及冷暖空氣的交綏位置。當(dāng)脊線位于18°N～26°N,有利于江淮梅雨的發(fā)生和維持[9,23]。圖6分別為2020年、1998年梅雨期110°E～130°E副高脊線位置的逐日演變序列。從圖6(a)看,2020年5月27日前后西太副高第一次開始北抬,江淮流域有小范圍降水產(chǎn)生。6月1日副高脊線到達(dá)20°N附近,江淮流域進(jìn)入梅雨期。此后脊線有短暫的南落和停留,對(duì)應(yīng)圖5(a)降水剖面圖中,主雨帶位置偏南。6月9日副高脊線再次到達(dá)20°N附近,此時(shí)雨帶位置開始北抬。6月24日副高開始第三次北抬,并于6月25至7月10日期間穩(wěn)定維持在20°N～23°N,為長(zhǎng)江中下游沿江出現(xiàn)持續(xù)性降水過(guò)程提供了非常有利且穩(wěn)定的環(huán)流條件。7月中旬,副高再次出現(xiàn)兩次波動(dòng),對(duì)應(yīng)江淮流域主雨帶也發(fā)生南北跨度較大的擺動(dòng),強(qiáng)降水過(guò)程頻繁,影響范圍增大。直到7月28-31日,副高第六次明顯北抬至26°N以北,夏季主雨帶移出江淮流域,江淮流域梅雨趨于結(jié)束。

從圖6(b)看,1998年6月8日前后西太副高開始第一次北抬,江淮流域進(jìn)入第一段梅雨期。6月10日脊線位于18°N附近,此后副高脊線在18°N～21°N浮動(dòng),對(duì)應(yīng)圖5(b)此階段強(qiáng)降水雨帶位置偏南。6月24日,脊線開始北抬,雨帶位置也開始逐漸北移。7月4日前后副高脊線迅速北抬至26°N,江淮流域第一階段梅雨期結(jié)束。此后脊線繼續(xù)北抬到達(dá)26°N以北,進(jìn)入華北地區(qū),對(duì)應(yīng)于華北地區(qū)進(jìn)入夏季強(qiáng)降水階段。7月13日副高脊線再次南退至23°N附近,雨帶位置也漸漸南落到江淮流域,并于7月16日進(jìn)入到第二段梅雨期,即“二度梅”。8月3日前后,副高脊線再次北抬出26°N,至此江淮流域梅雨期結(jié)束。

圖6 2020年、1998年梅雨期110°E～130°E副高脊線位置的逐日演變序列

2020年、1998年副高脊線階段性的北抬南落,與圖5分析得到的梅雨期雨帶位置和強(qiáng)降水過(guò)程的南北移動(dòng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。西太副高南北位置的異常變化是導(dǎo)致中國(guó)東部夏季降水的雨帶位置移動(dòng)的重要原因。2020年與1998年,梅雨期副高脊線均存在顯著的北抬和南撤階段,副高脊線的變化對(duì)應(yīng)梅雨期的開始和結(jié)束,主雨帶的南北擺動(dòng)。其中,2020年副高脊線多次北抬和南撤的階段性變化,與梅雨期主雨帶的位置變化有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1998年副高脊線也有明顯的北抬和南撤,導(dǎo)致江淮流域出現(xiàn)顯著“二度梅”特征。

3.2 大氣環(huán)流異常特征分析

圖7為2020年梅雨期大氣環(huán)流及距平圖。從圖7(a)可見,南亞高壓呈帶狀分布,較氣候平均偏強(qiáng)偏東。南亞高壓北側(cè)為高空西風(fēng)急流,急流中心軸位于35°N～40°N。江淮流域位于南亞高壓范圍內(nèi),處于高空急流南側(cè)的輻散上升區(qū)。南亞高壓主體范圍內(nèi),包括江淮流域上空,處于異常反氣旋環(huán)流控制下,西太平洋為異常氣旋型環(huán)流控制。從圖7(b)可見,500 hPa歐亞中高緯度大氣環(huán)流表現(xiàn)為“兩脊一槽”型,其中烏拉爾山以西和鄂霍茨克海為較強(qiáng)的高壓脊,高壓脊向極區(qū)伸展,且鄂霍次克海存在偏強(qiáng)的阻塞高壓。巴爾喀什湖附近為低壓槽,經(jīng)向度較大,有利于來(lái)自中高緯地區(qū)的冷空氣南下。亞洲中高緯東亞地區(qū)從高緯到低緯為“+-+”的距平型,江淮流域位于位勢(shì)高度場(chǎng)正距平場(chǎng)。同時(shí),西太平洋副熱帶高壓顯著偏強(qiáng)、偏西。從圖7(c)可見,從孟加拉灣到南海西南季風(fēng)偏弱。華北地區(qū)為較弱的異常反氣旋環(huán)流控制,黃海附近有一異常氣旋性環(huán)流,菲律賓附近、南海與西北太平洋為異常反氣旋環(huán)流控制。東北反氣旋東部以及黃海氣旋西部外圍的東北風(fēng),使冷空氣南下并正好與南海反氣旋帶來(lái)的西南暖濕水汽交匯,造成江淮流域的降水偏多。

圖7 2020年梅雨期200 hPa距平風(fēng)場(chǎng)(黑色實(shí)線為12520等值線,紅色實(shí)線為6-7月氣候平均12520等值線,陰影部分為風(fēng)速≥30 m·s-1的高空急流)、500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線)和距平場(chǎng)(陰影區(qū))(紅色等值線表示6-7月氣候平均5880和5860等值線)及850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)(陰影部分為風(fēng)速≥7 m·s-1的低空急流)

圖8為1998年兩段梅雨期大氣環(huán)流及距平圖。從圖8(a)、(d)可見,1998年兩段梅雨期南亞高壓均呈帶狀分布,較氣候平均偏強(qiáng)偏東。第一段梅雨期較第二段梅雨期南亞高壓東脊點(diǎn)位置偏西,且南亞高壓脊線位置偏南,主體也偏南,對(duì)應(yīng)此階段江淮流域梅雨雨帶位置偏南。南亞高壓北側(cè)為高空西風(fēng)急流,兩段梅雨期急流中心軸位于35°N～40°N,第一段梅雨期較第二段梅雨期高空急流范圍更大,強(qiáng)度更強(qiáng)。兩段梅雨期江淮流域上空,均處于異常反氣旋環(huán)流控制下,處于高空急流南側(cè)的輻散上升區(qū)。從圖8(b)、(e)可見,1998年兩段梅雨期,500 hPa歐亞中高緯均呈“兩脊一槽”形勢(shì)。第一段梅雨期烏拉爾山與鄂霍次克海均為加強(qiáng)的高壓脊,貝加爾湖為加強(qiáng)的低壓槽;第二段梅雨期烏拉爾山以東與鄂霍次克海以西均為加強(qiáng)的高壓脊,貝加爾湖至中國(guó)東部為加強(qiáng)的低壓槽。第一段梅雨期較第二段梅雨期,歐亞中高緯度高壓脊與低壓槽的強(qiáng)度更強(qiáng),大氣環(huán)流的經(jīng)向度更大,冷空氣更活躍,對(duì)應(yīng)于第一段梅雨期降水強(qiáng)度大于第二段梅雨期。亞洲中高緯東亞地區(qū)從高緯到低緯均為“+-+”的距平型,第一段梅雨期江淮流域位于位勢(shì)高度場(chǎng)正距平場(chǎng);第二段梅雨期江淮流域位于位勢(shì)高度場(chǎng)負(fù)距平場(chǎng)。西太副高均偏西、偏強(qiáng),第一段梅雨期較第二段梅雨期,副高脊線偏南,對(duì)應(yīng)于第一段梅雨期雨帶位置分布較第二段偏南。從圖8(c)、(f)可見,兩段梅雨期從孟加拉灣到南海的西南季風(fēng)均偏弱。第一段梅雨期,西北太平洋對(duì)流層低層為異常反氣旋環(huán)流控制;第二段梅雨期,中國(guó)南海、菲律賓附近與西北太平洋對(duì)流層低層存在多個(gè)異常反氣旋環(huán)流。來(lái)自南海和西太平洋的低空急流將水汽輸送到江淮流域,為梅雨期降水提供有利的水汽條件。

圖8 1998年第一段梅雨期、第二段梅雨期200 hPa距平風(fēng)場(chǎng)(黑色實(shí)線為12520等值線;紅色實(shí)線為6-7月氣候平均12520等值線;陰影部分為風(fēng)速≥30 m·s-1的高空急流)、500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線)和距平場(chǎng)(陰影區(qū))(紅色等值線表示6-7月氣候平均5880和5860等值線及850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)(陰影部分為風(fēng)速≥7 m·s-1的低空急流)

由此可見,2020年與1998年兩段梅雨期的大氣環(huán)流存在許多相似之處:200 hPa南亞高壓呈帶狀分布,偏東偏強(qiáng)。江淮流域上空位于南亞高壓主體范圍內(nèi),處于異常反氣旋環(huán)流控制下的高空輻散上升區(qū);500 hPa歐亞中高緯均呈“兩脊一槽”形勢(shì),亞洲中高緯東亞地區(qū)從高緯到低緯為“+-+”的距平型,環(huán)流經(jīng)向發(fā)展強(qiáng),有利于中高緯度阻塞形勢(shì)的出現(xiàn),導(dǎo)致降水偏多;副高均偏強(qiáng)偏西,從孟加拉灣到南海的西南季風(fēng)均偏弱,索馬里急流和赤道印度洋至南海越赤道氣流大體接近常年,無(wú)明顯異常。雖然西南季風(fēng)偏弱,但強(qiáng)大的副高持續(xù)穩(wěn)定地將西南季風(fēng)引導(dǎo)至江南至華南北部,使這一帶西南暖濕氣流偏強(qiáng),與冷槽引導(dǎo)的北方南下干冷空氣在長(zhǎng)江中下游輻合,在高層輻散形勢(shì)配合下形成強(qiáng)降水。這兩年大氣環(huán)流也存在諸多差異:500 hPa高度場(chǎng),1998年兩段梅雨期烏拉爾山與鄂霍次克海附近高壓脊距平場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)于2020年梅雨期,貝加爾湖低壓槽也更強(qiáng),經(jīng)向發(fā)展更強(qiáng);2020年?yáng)|亞沿海附近較1998年更多平均低槽區(qū),且槽區(qū)位勢(shì)高度為負(fù)距平,表明東亞沿岸低槽活躍,冷空氣勢(shì)力也較強(qiáng);1998年第一段梅雨期的高空西風(fēng)急流中心軸、南亞高壓脊線和副高脊線較2020年梅雨期和1998年第二段梅雨期偏南,對(duì)應(yīng)此階段雨帶位置較偏南。

3.3 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(MJO)對(duì)比分析

MJO是熱帶地區(qū)大氣低頻振蕩最顯著的信號(hào),時(shí)間尺度為30～60 d,MJO對(duì)流通過(guò)向東向北的傳播特征,影響到水汽輸送進(jìn)而影響東部降水[24-29]。無(wú)論在春季還是在夏季,當(dāng)MJO對(duì)流主體位于熱帶印度洋時(shí)(2、3位相),長(zhǎng)江中下游地區(qū)、西南、華南地區(qū)降水偏多;而MJO對(duì)流主體位于西太平洋時(shí)(6、7位相),南方和長(zhǎng)江流域降水偏少。

圖9為2020年、1998年6-8月 MJO指數(shù)位相圖。從圖9(a)可見,2020年MJO表現(xiàn)出異常東傳現(xiàn)象,在主要梅雨期的6-7月,MJO對(duì)流活躍在熱帶印度洋(1、2、3位相),這兩個(gè)月有59個(gè)“活躍 MJO”日。在熱帶印度洋中活躍的MJO有利于西北太平洋對(duì)流低層產(chǎn)生異常的反氣旋環(huán)流(圖7c),從熱帶海洋為東亞持續(xù)輸送豐富的水汽,為江淮流域持續(xù)性降水提供有利的條件。8月,MJO經(jīng)3、4位相依次東傳經(jīng)過(guò)5～8位相,再回到1、2位相,完成一個(gè)全位相循環(huán)。從圖9(b)可見,1998年MJO活躍程度低于2020年,在主要梅雨期的6-7月,MJO從4、5位相逐漸東傳至6、7位相,后穩(wěn)定活躍在2、3位相。8月MJO主要活躍在熱帶印度洋西部(1、2位相),處于6～7位相只有2 d,且強(qiáng)度較弱。

圖9 2020年、1998年6-8月MJO指數(shù)位相(藍(lán)、綠、紅分別代表 6、7、8 月指數(shù))

4 結(jié)論

利用多種數(shù)據(jù)資料,對(duì)比分析了2020年和1998年兩個(gè)典型的強(qiáng)梅雨年江淮流域梅雨期降水特征,以及造成持續(xù)性異常降水的大氣環(huán)流變化的異同點(diǎn),得出以下結(jié)論:

(1)2020年與1998年江淮流域梅雨期降水特征的異同點(diǎn):2020年和1998年均為梅雨異常年,夏季江淮流域降水量較常年同期均偏多,2020年偏多72.9%,為 1991年以來(lái)最強(qiáng),且明顯強(qiáng)于 1998年(20.4%),均給長(zhǎng)江中下游地區(qū)帶來(lái)了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。這兩年梅雨均存在以下特點(diǎn):入梅時(shí)間早,出梅時(shí)間晚,雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),降水范圍廣,降水強(qiáng)度大。2020年梅雨降水異常程度總體上強(qiáng)于超強(qiáng)厄爾尼諾事件次年的1998年梅雨期,入梅時(shí)間更早,梅雨期更長(zhǎng),累計(jì)降水量更大。2020年最大累計(jì)降水量為1623.6 mm,位于安徽黃山附近;1998年最大累計(jì)降水量為1119.0 mm,位于江西景德鎮(zhèn)附近。2020年梅雨期多雨帶南北分布范圍更廣,累計(jì)降水量普遍超過(guò)600 mm,而1998年多雨帶位置較2020年偏南,降水量普遍超過(guò)500 mm。2020年梅雨影響范圍主要位于長(zhǎng)江中下游沿江一帶,湖北東部、安徽南部、江西北部等地受災(zāi)嚴(yán)重。1998年梅雨期影響區(qū)域主要在長(zhǎng)江中游和兩湖流域,“二度梅”進(jìn)一步增強(qiáng)了長(zhǎng)江中游洪澇災(zāi)害。

(2)西太副高的南北位移振蕩特征與梅雨期的開始和結(jié)束、主雨帶位置和強(qiáng)降水過(guò)程的南北移動(dòng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系變化。2020年梅雨期間副高脊線共經(jīng)歷了6次北抬和南撤的階段性變化,前兩次北抬振幅較強(qiáng),主雨帶進(jìn)入江淮流域,梅雨期開始,中間3次振幅相對(duì)較小,主雨帶位置穩(wěn)定于江淮流域內(nèi),存在小幅度的南北位移。最后一次北抬對(duì)應(yīng)江淮梅雨趨于結(jié)束。1998年梅雨期間副高脊線第一次明顯北抬,江淮流域進(jìn)入梅雨期,主雨帶位置偏南,之后副高北抬時(shí)雨帶位置也有明顯的北跳。7月4日前后副高持續(xù)北抬進(jìn)入華北地區(qū),對(duì)應(yīng)第一段梅雨期結(jié)束。之后副高南退,雨帶位置回落到江淮流域,出現(xiàn)顯著“二度梅”特征。

(3)2020年梅雨期和1998年兩段梅雨期大氣環(huán)流存在諸多共同特點(diǎn):200 hPa南亞高壓主體位于青藏高原上部,呈帶狀分布,江淮流域位于南亞高壓主體內(nèi)。南亞高壓脊線穩(wěn)定維持在20°N～30°N,東伸脊點(diǎn)較氣候平均偏東。同時(shí),副熱帶高壓向西延伸,脊點(diǎn)較氣候平均偏西,副高北側(cè)5840 gpm線則始終維持在江淮流域附近。500 hPa中高緯表現(xiàn)為典型的“兩脊一槽”型,烏拉爾山和鄂霍次克海附近為高壓脊,貝加爾湖附近為低壓槽,槽脊位置的不同、槽脊經(jīng)向發(fā)展的強(qiáng)度對(duì)冷空氣的活動(dòng)有重要影響。200 hPa高空急流主要位于江淮流域的北部,850 hPa低空西南急流主要位于江淮流域上,江淮流域同時(shí)受到槽后南下冷空氣與副高西南側(cè)北上暖濕氣流的共同作用,高空強(qiáng)輻散與低空強(qiáng)輻合長(zhǎng)時(shí)間維持為持續(xù)性強(qiáng)降水提供了有利的動(dòng)力條件。1998年兩段梅雨期烏拉爾山與鄂霍次克海附近高壓脊、貝加爾湖低壓槽強(qiáng)度,槽脊經(jīng)向發(fā)展強(qiáng)度較2020年梅雨期偏強(qiáng),但是2020年梅雨期中高緯阻塞高壓、東亞沿海低槽、冷空氣勢(shì)力活躍強(qiáng)度較1998年兩段梅雨期更強(qiáng),因此南下冷空氣與副高西南側(cè)北上暖濕氣流在江淮流域的輻合更強(qiáng),導(dǎo)致2020年梅雨期降水強(qiáng)度強(qiáng)于1998年。

(4)2020年和1998年MJO表現(xiàn)出異常東傳現(xiàn)象,在主要梅雨期的6-7月,2020年MJO對(duì)流活躍在熱帶印度洋。1998年 MJO活躍程度低于2020年,MJO從4、5位相逐漸東傳至6、7位相,后穩(wěn)定活躍在熱帶印度洋。在熱帶印度洋中活躍的MJO有利于西北太平洋對(duì)流低層產(chǎn)生異常的反氣旋環(huán)流,為江淮流域持續(xù)性降水提供有利的條件。