2017年浙江省梅汛期暴雨大尺度環流特征分析

王雪陽 桑明慧

摘要 利用NCEP/NCAR逐日和6 h再分析資料及站點降水資料，對2017年浙江省梅汛期暴雨的大尺度環流特征進行了分析。結果表明，①2017年浙江省梅汛期形勢較典型，降水量較常年平均偏多30%，其中有2次強降水過程；②在對流層中層，屬單阻型形勢，低緯副熱帶高壓西伸，120°E的副高脊線位置在20°N左右；③在對流層高層，南亞高壓提供了高空輻散形勢，在低層，來自孟加拉灣和南海的水汽向北輸送，為梅雨區提供了水汽來源；④通過對2次暴雨過程的物理量診斷發現，在渦度、散度場上，低層為正渦度和負散度，高層為負渦度和正散度，低層輻合、高層輻散；在垂直速度場上，強降水時段出現整層的負速度，即整層為上升運動；在假相當位溫上，梅雨鋒區等θse線水平分布密集，垂直方向上則梯度很小。

關鍵詞 梅汛期暴雨；大尺度；環流特征；浙江省；2017年

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）22-0213-05

Abstract Using the NCEP/NCAR day-by-day and 6-hour reanalysis data and site precipitation data，the large-scale circulation characteristics of rainstorms in Zhejiang Province during the Meiyu period of 2017 were analyzed.The results showed that：①The situation of Meiyu period in Zhejiang in 2017 was more typical，with precipitation more than 30% higher than the annual average，including two heavy precipitation processes.②In the middle troposphere，the circulation situation was a single-blocking high type and the west Pacific subtropical high in low latitude became stronger and stretched westward.The ridge at 120°E was located near 20°N.③In the upper troposphere，south Asia high provided a divergent situation and in the lower troposphere，the water vapor from Bay of Bengal and South China Sea was transported to Meiyu rainstorm region.④Through the physical diagnosis of the two rainstorms，it was found that in the vorticity divergence field，positive vorticity and negative divergence were in the lower layer，negative vorticity and positive divergence were in the upper layer，convergence was in the lower layer and divergence was in the upper layer.In the vertical velocity field，negative velocity of the whole layer occurred in the period of heavy precipitation，that was，the whole layer was ascending.At the pseudo-equivalent temperature（θse），the θse line in Meiyu front area was densely distributed horizontally，while the gradient in the vertical direction was very small.

Key words rainstorm during the Meiyu period；large-scale；circulation characteristic；Zhejiang Province；2017

浙江省地處長江中下游地區，每年6月中旬至7月上旬，隨著大氣環流形勢的調整，全省進入梅雨季節。梅汛期暴雨是浙江省重要的災害性天氣之一，由于其覆蓋面廣、降雨強度大、降雨時段集中，易形成嚴峻的防汛局面，嚴重威脅國民經濟和人民生命安全。長期以來，許多專家學者對梅雨進行了大量的研究[1-3]。鮑媛媛等[4]研究了東亞夏季風異常對江淮梅雨的影響，王建捷等[5]和張建海等[6]分析了梅雨鋒的結構特征，趙玉春等[7]分析了梅雨鋒上中尺度對流系統的形成機制。

由于梅雨受到對流層高、中、低層多個大尺度環流系統的共同影響，每年環流形勢的不同特征使各年的入出梅時間、梅汛期長短、梅雨量多寡等呈現顯著差異，從而給梅汛期降水預報造成一定難度。總結分析梅雨相關問題，對提高預報水平，增強防災減災能力有重要意義。本文通過對2017年梅汛期大尺度環流的特征分析，揭示其與浙江省梅汛期暴雨的內在關聯，以期為今后的梅汛期暴雨預報提供參考。

1 資料來源

本文分析大氣環流特征的資料來自美國NCEP/NCAR逐日和6 h再分析資料（Reanalysis 1），水平分辨率2.5°×2.5°；降雨量資料為浙江省常規氣象站觀測資料。

2 梅汛期降水特征

2017年浙江省梅汛期降水是自2012年以來較為典型的一年，于6月9日入梅，7月5日出梅，梅期26 d，全省平均梅雨量390 mm，比常年平均梅雨量（301 mm）偏多30%。全省26個縣（區、市）雨量超過400 mm，最大為衢州開化（705 mm），其間強降水集中，其中6月11—13日、21—25日出現2次大范圍持續性暴雨天氣。在梅汛期間，強降水引發了局地小流域山洪、泥石流、塌方等次生災害，部分農田受淹，房屋倒塌，6月25日20：15錢塘江流域的蘭江洪峰水位達32.01 m，為1955年以來的第二大洪峰。

由圖1可知，強降水帶呈東西走向的帶狀分布，主要位于浙中地區，尤其在浙中西部地區出現了600 mm以上的強降水中心，因而給當地造成了巨大的防汛壓力。浙北北部和浙東南地區降水量較小。

3 梅汛期環流特征分析

3.1 高度場和流場分析

2017年浙江省梅雨總體上可以分為2個階段：第一階段為6月9—28日，這一階段降水集中，出現了多次大范圍的暴雨天氣；第二階段為6月29日至7月4日，這一階段多強對流天氣。由圖2可知，在第一階段，中高緯地區為單阻型形勢，在貝加爾湖地區為高壓脊，在鄂霍次克海地區為一個低槽，有利于北方冷空氣的不斷補充南下。中低緯此時在華西地區為低槽區，其上的短波槽東移有利于強降水的發生。西太平洋副熱帶高壓呈略偏東北—西南向的帶狀分布，西伸極點位于110°E，120°E處的副高脊線位置在18°～20°N之間，這有利于在副高的西北側建立穩定的水汽通道，為浙江省梅雨提供源源不斷的水汽，同時也阻止了冷空氣進一步南下，從而使西南暖濕氣流與北方冷空氣在浙江一帶交綏，形成持續的強降水。第二階段500 hPa高度場，此時副高較第一階段有明顯增強和北跳，120°E脊線位置在22°N左右，副高588 dgpm線西北邊界在30°N附近，此時浙江省處于副高西北邊緣，多強對流天氣。

從850 hPa平均流場和全風速場可見，在低緯地區主要有2支氣流，一支為來自印度洋和孟加拉灣的強西南氣流，另一支為來自菲律賓以東洋面上的東南氣流，這2支氣流在南海交匯后合并增強北上，影響我國東南沿海和日本地區，具體見圖3（a）。比較東、西2支偏南氣流的強度可以看出，來自孟加拉灣的西南氣流強度明顯強于來自西北太平洋的東南氣流，在孟加拉灣地區可以看到風速在12 m/s以上，已達到低空急流的標準，這表明西南季風在梅雨形勢建立和維持中起到了關鍵作用。

由圖3（b）可知，在30°～40°N之間存在最大風速超過40 m/s的高空副熱帶西風急流，而在低緯15°N附近為風速較小的熱帶東風急流，這2支高空氣流構成一個從青藏高原到華東地區的巨大反氣旋環流，即為南亞高壓。浙江地區在梅汛期位于高空西風急流的南側，為強的輻散區，高空輻散區下方形成高空急流入口區次級環流的上升支，并與此處的低層輻合上升運動相疊加，形成深厚的強上升氣流，同時超低空的偏南氣流將低空急流的水汽通過邊界層向北輸送，因而梅汛期暴雨落區常位于200 hPa高空急流入口區的右側與850 hPa低空急流的左側之間。

3.2 溫濕場分析

從850 hPa溫度場中可以看出，在梅雨帶兩側等溫線分布十分稀疏，并不存在明顯的溫度梯度，對于這個問題，朱乾根等[8]認為，由于梅雨鋒北側大陸的增暖較鋒前快，從而使鋒上經向水平溫度梯度減弱。但梅雨鋒上濕度梯度仍然很大，由圖4（a）可知，假相當位溫為未飽和濕空氣塊上升，按干絕熱直減率降溫，至凝結高度后，繼續上升并按濕絕熱直減率降溫，其間全部水汽凝結并降落離開氣塊，此時其按干絕熱直減率下降至1 000 hPa具有的溫度，通常以θse表示。干絕熱、濕絕熱、假絕熱過程同一氣塊的θse值都保持不變，這一特性常被用來鑒別氣團，因為氣團移動中其θse值等于常數。從圖4（a）可以看出，在長江中下游流域存在一個東西向的密集的θse分布帶，梯度很大，其南側為θse的高值區，這表明南側為暖濕氣團，而北側為干的大陸氣團，梅雨帶是由暖濕的熱帶氣團與大陸變性氣團對峙形成的。由圖4（b）可知，在長江中下游地區存在一個水汽通量的高梯度區，南側水汽通量值較大，從中也可以看出在梅雨帶兩側存在明顯的濕度對比。

4 2次梅汛期暴雨診斷分析

2017年6月11—13日、21—25日，分別發生了2次持續性強降水過程，也是2017年梅汛期中浙江地區最強的2次降水過程。圖5（a）為第1次暴雨過程的累計雨量，可見全省大部降水量達到100 mm以上，最強雨帶位于浙中地區，呈東西帶狀分布，暴雨中心雨量超過240 mm。圖5（b）為第2次暴雨過程累計雨量，這次過程雨量分布較前次不均勻，在浙北和浙東南地區雨量較小，強降雨區主要位于浙中西部地區，最強降雨中心雨量達360 mm以上。為進一步比較2次過程的異同點，從渦度、散度、垂直速度、假相當位溫等特征物理量進行診斷分析。

4.1 渦度和散度分析

圖6為2次暴雨過程沿120°E的合成平均的垂直渦度和散度剖面圖。由圖6（a）可知，在第1次過程中，在28°～30°N附近，低層為正渦度區，最大渦度出現在700～850 hPa，正渦度區一直向上伸展至500 hPa附近，其上為負渦度區，最小值出現在200 hPa附近。結合散度場來看，在400 hPa以下均為負散度區，負值在-0.4×10-5～-0.2×10-5/s之間，見圖6（c）。這表明低層氣流輻合，在400 hPa以上散度為正，為輻散區，最大值在300 hPa附近，達1×10-5/s。這表明，在第1次暴雨過程中，垂直方向上的動力特征為低層輻合、高層輻散。由圖6（b）（d）可以看出，第2次過程中低層也為正渦度區和負散度區，高層則為負渦度區和正散度區，同為低層輻合、高層輻散，無輻散層在400 hPa左右。不同的地方在于第1次過程的正渦度中心和輻合中心對應較好，第2次的正渦度較輻合中心偏北2～3個緯距，且輻合區伸展高度略高于第1次。

4.2 垂直速度分析

研究認為，強烈的上升運動是暴雨形成的必要條件[8]。圖7為第1次和第2次暴雨期間在30°N、120°E處垂直速度ω的時間-高度剖面圖。由圖7（a）可知，6月10日20：00至13日20：00，從地面到100 hPa整層的ω皆為負值，這表明整層大氣都為上升運動。其中，6月11日12：00前后、6月12日00：00—14：00、6月13日8：00—14：00出現了3個負值中心，最小負值達-0.45 Pa/s，對比杭州站在此期間的逐小時降水圖可以看出，這3個時段實況均出現了較強降水，即整層垂直運動較強時對應出現暴雨。此外，在6月10日20：00至11日12：00，大氣垂直上升運動很弱，實況也未出現降水。對比圖7（b）和實況降水情況，發現垂直上升運動的最強時段與強降水時段也有較好的對應關系。由此可見，強的上升運動對暴雨出現時段確有較好的指示作用。

4.3 假相當位溫（θse）分析

圖8是2次暴雨過程沿120°E的合成平均θse剖面圖。可以看出，2次暴雨過程期間，在30°N梅雨帶附近的梅雨鋒坡度很陡，等θse接近于垂直伸展，這反映出梅雨帶降水濕絕熱過程中位溫的守恒性。在梅雨帶的南側，低層的高θse區和高層的高θse區在中層交匯，形成中性層結，而低層等θse線的上突，有利于南側暖濕空氣沿等熵面上升，為暴雨區持續供應水汽，在25°N以南地區因中層存在低θse區，使中低層大氣對流不穩定。2次暴雨過程的差別在于第1次過程的梅雨帶北側低層700 hPa以下存在一個低θse區，低層水平方向上θse的梯度大于第2次，這反映出北側低層冷空氣對暴雨的影響。

5 結論

本文對2017年浙江省梅汛期和其間2輪暴雨時段的大尺度環流特征進行了診斷分析，得出以下結論。

（1）2017年浙江省出現了近年來較典型的梅汛期降水，降水量較常年偏多約30%，雨帶呈東西向帶狀分布，浙西、浙中地區雨量大于浙北和浙東南地區，其間主要有2次較為集中的強降水時段。

（2）分析梅汛期環流形勢表明，2017年浙江省梅雨屬單阻型，500 hPa在貝加爾湖附近為阻高，鄂霍茨克海地區為低槽，低緯地區副熱帶高壓120°E的脊線位于18°～22°N之間，穩定的形勢有利于高緯度的冷空氣與西南暖濕氣流在浙江地區交匯，形成持續的陰雨天氣。高層200 hPa為南亞高壓，其北側為強的西風急流區，低層為強西南氣流，暴雨區位于低層低空急流的左側、高空急流入口區的右側。

（3）分析表明，在梅雨帶兩側不存在明顯的溫度對比，但假相當位溫和水汽通量的梯度很大，體現梅雨帶兩側存在顯著的濕度梯度。

（4）通過對2次暴雨過程的合成平均物理量診斷分析表明，在暴雨發生時，低層為正渦度區和負散度區，高層為負渦度區和正散度區，即低層輻合、高層輻散。在強降水時段，整層ω速度為負，為上升運動。從假相當位溫來看，在梅雨鋒區，其垂直梯度極小，水平方向上則存在較大的梯度。

6 參考文獻

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