華北地區一次秋季連陰雨過程分析

王 楠，劉炳杰

滄州市氣象局，河北滄州 061001

作為秋季常見氣象災害之一，連陰雨對秋收、秋種以及適時播種均會造成一定影響，甚至帶來嚴重的經濟損失。近年來，對秋季連陰雨的研究日漸增多。在大尺度環流背景方面，孫照渤等[1]闡述了不同級別華北秋季連陰雨期間大氣環流重要特征，結合全國逐日降水資料，給出我國秋季連陰雨定義。張芹等[2]利用多元觀測資料，對2011年山東一次罕見秋季連陰雨分析得出南亞高壓脊線會在一定程度影響雨帶移動。劉慧敏等[3]通過對一次陜北秋季極端連陰雨過程的動力條件診斷，發現高空急流與副高外圍西南低空急流耦合，提供了持續上升運動，有利于連陰雨過程。支蓉等[4]指出，2017年9—10月中國北部雨量異常偏多與500 hPa東亞環流型組合異常有關，并且850 hPa距平風場上朝鮮半島存在異常反氣旋式環流。在物理量方面，許多專家學者也進行了研究[5-7]，于鳳英等[8]在研究魯西北一次秋季連陰雨期間發現：在降水強度大、時間集中時段均有深厚濕層和明顯水汽輻合。張榮剛等[9]在對黃河源區一次陰雨過程發現，在該區中低層積累的大量不穩定能量提供了有利的熱力條件，冷暖空氣交匯輻合上升加強，觸發不穩定能量，溫差正值區與降水落區對應很好。趙玲[10]對秋季北高南低形連陰雨預報表明，把握秋季連陰雨環流特征及形成過程，再充分利用歐洲中期數值預報中心提供的預報產品，并結合預報指標，就能提前3～5 d預報連陰雨天氣。

2021年10月3—7日華北出現大范圍的連陰雨天氣，對滄州本地玉米收獲、蔬菜生長、冬棗采摘、冬小麥播種等造成不利影響，給農業生產造成很大損失。秋季連續4 d及以上降雨較為罕見，2000年以來滄州市共出現過8次，其他7次分別出現在2000年10月、2003年10月、2007年10月、2008年9月、2015年9月、2017年10月、2018年9月。使用來自常規觀測和自動站資料、空間分辨率為0.25°×0.25°ERA5再分析格點資料、雷達資料，對此次連陰雨過程的環流背景、物理量場及雷達特征進行了分析，以期為提高未來對秋季連陰雨的預報能力，減少農業生產損失提供參考。

1 統計標準和降水實況

以持續3 d以上無日照，平均每日日照≤2 h；降水連續3 d以上，日均降水量≥5 mm標準稱為一次連陰雨過程。根據圖1a可知，本次過程日均雨量為13.7 mm，2021年10月3—6日 持 續4 d有降水，持續5 d地區平均日照數為0 h，符合連陰雨定義標準，為一次持續5 d的連陰雨過程。從2021年10月3日—7日華北地區累計降水分布來看（圖略），降水中心在華北中東部，降水量達80～200 mm，此次發生在華北地區連陰雨過程降水量級和范圍較大；其中，滄州處于華北中東部地區，滄州地區過程平均雨量達100.1 mm，累計雨量自西向東遞減分布（圖1b）。其中，累計降水量最大縣為肅寧，達134.3 mm。

圖1 2021年10月3—7日滄州地區逐日平均降水量和逐日平均日照時數（a）、滄州地區累計降水分布（b）

2 天氣形勢分析

2.1 100 hPa

從100 hPa實況場和近30年同期平均值來看（圖2），此次過程南亞高壓中心強度達1 672 dgpm，相比常年偏強4 dgpm，而且南亞高壓北邊沿處于36°N，比常年偏北10個經度，受南亞高壓北移影響雨帶從淮河流域北推至華北一帶。同時此次過程南亞高壓處于114°E附近，屬于東部環流型，有利于中低層西太平洋副熱帶高壓西伸北跳，為連陰雨天氣提供有利環流背景。

圖2 1990—2020年10月3—7日100 hPa平均高度場（a）、2021年10月3—7日100 hPa平均高度場（b）

2.2 200 hPa

急流對于連陰雨的產生和維持非常重要，尤其是急流南側有強的輻散，有利于上升運動。在200 hPa上，3—7日副熱帶西風急流軸線位置均分布于41°N～45°N之間（圖略），歷史同期統計軸線位于39°N附近，此次過程異常偏北，河北處于急流南側，對應強高空輻散，為強降水提供有力上升條件。其中5日急流軸位置在這次過程中最為偏北，中心值最大達到80 m/s，對應滄州地區平均雨量最大，達到34.6 mm/24 h。

2.3 500 hPa

從3—7日500 hPa平均高度場上烏拉爾山有一高壓脊、巴爾喀什湖有一低壓槽（圖3a），槽后偏北氣流引導冷空氣不斷南下影響華北地區，同時588 線平均位置在山東附近，有利于副高外圍西南氣流引導暖濕空氣北上，在華北上空形成冷暖空氣交匯，為連陰雨過程提供穩定環流形勢。距平圖（圖3b）上，烏拉爾山附近和我國東部沿海為正距平場區，中心值分別為20、15 dagpm，較歷史同期偏高；巴爾喀什湖為明顯負距平區，其中心值達-15 dagpm，東亞大槽較歷史同期偏低，兩高一低環流形勢較常年異常偏強，這種形勢維持利于形成華北地區氣候異常，造成這次初秋較強且范圍較大連陰雨天氣。

圖3 2021年10月3—7日500 hPa平均高度場（a）、2021年與1990—2020年10月3日—7日500 hPa高度距平場（b）

2.4 850 hPa和地面

對于低層的影響系統，10月3—7日850 hPa平均風場上（圖略）在華北中東部地區有明顯東北-西南向切變線，北邊有來自貝加爾湖以北地區的冷空氣，南方有來自副高外圍暖濕氣流，冷暖空氣長期交匯有利于降水天氣維持。同時地面平均氣壓場上（圖略）在貝加爾湖和巴爾喀什湖之間存在阻塞高壓，中心值達到1 024 hPa，高壓呈東—西緯向分布，華北處于高壓前部，有利于東北風攜帶干冷空氣侵入華北東部地區。

3 物理量分析

3.1 水汽條件

從圖4a可知降水過程中在西太平洋西部和南海海域到華北地區有一條水汽通道；在35°N～40°N之間有條水汽通量大值帶，滄州地區最大 達5×10-4kg/(m2/s)水 汽 條 件 較好。過程中滄州泊頭交河鎮（38°N，117°E）累計雨量為全區最大，故選此站為代表，比濕風場時序圖上2—3日為西南風輸送水汽過程（圖4b），4日開始中高層濕度條件轉好,低層逐漸轉為偏東風，冷暖空氣交匯降水逐漸增強，由交河鎮逐日降水分布可知3—5日對應降水為增強過程，5日累計降水最強達到56.2 mm/24 h；6—7日低層逐漸受反氣旋控制，比濕降到5 g/kg以下，水汽條件轉差，降水逐漸減弱停止。

圖4 2021年10月3—7日平均700 hPa以下水汽通量垂直積分疊加850 hPa風場（a）、2021年10月2—7日比濕和風場時序圖 38°N，117°E（b）

3.2 動力條件

從垂直速度時序分布可知（圖5a），3日白天上升運動強，在500 hPa垂直上升速度最大達到-1.8 Pa/s，在500 hPa以上也存在一定上升運動，上升高度較高，動力條件有利，降水過程開始，到3日夜間轉為500 hPa以下存在下沉運動，最大達到0.4 Pa/s，降水間歇；4日開始700 hPa附近廣大上升運動一直維持到6日夜間，有利于這次陰雨過程持續。

圖5 2021年10月2—7日38°N，117°E垂直速度時間序列圖（a）、θse疊加風場時序圖（b）

3.3 不穩定條件

從假相當位溫和風場垂直分布可知（圖5b），2—3日850 hPa以 下θse在320～340 K之間，低層以暖平流為主，同時在3日-?θse/?z＜0，存在一定不穩定能量，配合整層上升運動，造成對流性降水,雷達拼圖組合反射率最大達65 dBz。4日低層轉為偏東風，并不斷加強，θse＜305 K，有冷平流，冷暖空氣在華北地區上空交匯，存在假相當位溫密集帶有弱的鋒區，有利于暖空氣沿著冷空氣動力爬升以及凝結，造成4—6日連續的穩定性降水。7日700 hPa以下受冷空氣控制，低層偏東風減弱，降水減弱停止，本次連陰雨過程結束。

4 結論與討論

（1）2021年10月3—7日滄州地區出現一次連陰雨天氣過程，累計平均雨量達100.1 mm，呈西多東少階梯狀分布。中高層主要影響系統較常年平均異常偏強，同時配合中低層及近地面長時間冷暖氣流交匯，維持此次連陰雨過程穩定降水形勢。

（2）此次過程比濕局地變化對于降水強度演變有一定影響，水汽主要來自西太平洋西部和南海海域，在滄州地區有明顯水汽通量大值區，為強降雨過程提供有利水汽條件。

（3）過程前期對流不穩定降水和整層上升運動導致條件不穩定能量釋放；后期穩定性降水主要由于近地面偏東風回流冷卻作用，抬升暖濕空氣在中層累積不穩定能量，外加中低層持續上升運動造成鋒面降水。

（4）這次連陰雨期間近地面風的變化對于連陰雨起止時間有一定指示意義：偏南風加強，預示著過程開始；偏東風轉弱預示著過程結束。