2022年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因分析.pdf

第 卷第 期 年 月广 东气 象 收稿日期：基金项目：广西气象科研计划（桂气科 ）作者简介：廖胜石（年生），男，硕士，高级工程师，主要从事气候监测与评价研究。：廖胜石，罗小莉，陆甲 年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因分析 广东气象，（）：年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因分析廖胜石，罗小莉，陆甲（广西壮族自治区气候中心，广西南宁 ）摘要：利用 大气再分析资料、广西降雨量资料，对 年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因进行了分析，结果表明：年龙舟水期间高层欧亚中高纬地区高压脊异常偏强，引导冷空气持续南下影响华南地区，副热带西风急流强度偏强、位置偏南，南亚高压强度偏强、位置偏东，在广西上空构成了有利于垂直运动的环流配置。中层西太平洋副热带高压强度偏弱，西段脊线位置偏南，导致水汽输送偏南。低层索马里越赤道气流异常偏强，南海夏季风爆发偏早，前沿位置偏南，水汽收支在华南地区较常年偏多 。在多个大尺度环流系统异常特征共同作用下，广西发生了大范围持续性暴雨天气。关键词：天气学；龙舟水；环流特征；南海夏季风；副热带高压；广西中图分类号：文献标志码：每年 月华南前汛期端午节前后，暴雨集中发生，容易引发流域性洪水，被称作“龙舟水”。华南地区“”、“”、“”、“”等致洪过程都与当年“龙舟水”暴雨过程关系密切。对于华南前汛期特别是龙舟水期间大范围持续性暴雨过程，研究人员已进行了不少的研究，并取得了很多成果，如林良勋等 针对 年龙舟水过程从环流及天气系统的配置进行讨论，特别对低空急流和水汽条件等对过程的成因进行了诊断分析；王婷等 认为从 年 月持续到 年 月的拉尼娜事件，是 年广东“史上最强龙舟水 的主要气候诱因；郭永婷等 分析了 年韶关典型“龙舟水”成因；庞古乾等 分析 年 月两次“龙舟水”过程中不同类型降水的天气雷达回波特征；梁晓媛等 利用广州市 个国家气象观测站和 个区域自动气象站的逐日降水量监测数据，研究广州市“龙舟水”的时空分布特征；张凌云等 对广西柳州 年一次“龙舟水”成因及预报偏差分析，发现夏季风带来的强盛西南气流和急流脉动为“龙舟水”持续暴雨提供源源不断的水汽、能量供应；钱维宏等 研究了 年广东龙舟水暴雨过程发现，“龙舟水”期间的极端降水，常以近似平行的多条雨带出现，分解大气中的基本变量为瞬变气候与瞬时扰动两个部分，用扰动物理量的时空变化能够指示极端降水的位置和强度。从前人的研究可以发现，影响华南“龙舟水”降水过程的因子较多，除低频振荡、热带对流、西太平洋副热带高压、南海季风等大气环流因子外，还有海温、海冰、积雪等受外强迫因子 ，这些因子导致不同地区、不同气候背景下的“龙舟水”降水差异显著。由于龙舟水的形成机理比较复杂，业务预报难度仍很大，仍需要从更多的角度做深入的探讨。年 月下旬至 月中旬广西出现罕见的龙舟水过程，那么该次异常“龙舟水”期间，同期大气环流的异常特征以及高、中、低层存在哪些相关区域和影响系统？本研究对此进行探讨，以期为今后类似过程提供参考。资料说明本研究使用的资料主要包括广西 个国家气象站逐日降雨资料；提供的逐日再分析资料，水平分辨率为 ，要素包括位势高度、风、比湿等；提供的向外长波辐射（，）日平均资料，水平分辨率为 ；国家气候中心 提供的西太平洋副热带高压的脊线位置、强度指数、面积指数、南海夏季风爆发时间、强度资料。某日雨量指 ：（北京 时，下 同）累 计 雨 量。气 候 态 指 的 是 年的平均场。年“龙舟水”分布 年“龙舟水”期间（月 日月 日），广西发生了多次大范围持续性强降雨过程。据统计，各地降雨量 ，全区平均降水量 ，是常年同期 倍，为 年以来最强的一次“龙舟水”（图 ）。“龙舟水”降雨量自桂东北向桂西南逐渐递减，过程累计雨量超过 的降水区域分布在桂东北地区，其中昭平、灵川、临桂、融水等地多个乡镇超过 ，较气候态值偏多 至 倍；桂西南地区平均降雨量在 左右，接近气候态值，沿海的防城港、上思等地降水量则比气候态偏少。图 年广西“龙舟水”降水量逐年分布 年广西罕见龙舟水的成因 大尺度环流形势）。图给出了高层 的位势高度场及其气候异常分布（指其与气候态的差异，阴影区），绿色虚线为气候平均大于 的区域（代表南亚高压）。可以看出，在 地区，大气环流呈“两槽一脊”型，附近存在一个位势高度的正异常中心，异常中心值超过 ，表明中纬度地区高压脊异常强大。在 以东地区，则是大片的位势高度负异常区，与 附近的正异常中心形成强烈的对比。这种明显的西高东低形势非常有利于高压脊前的冷空气东移南下影响我国江南和华南地区。南亚高压东部脊线位于 附近，强度异常偏强，影响范围异常偏东、偏广，范围远远大于气候态。从 纬向风分布情况（图略）来看，以东地区副热带西风急流（纬向风大于 ）较常年偏强、位置偏南。图 年 月 月 日平均的 位势高度场（阴影区为距平值，绿色虚线为气候态 ）广西东部位于南亚高压东部脊线北侧的喇叭形辐散区域内，同时也处于副热带西风急流入口区右后方的强辐散区内。金荣花等 研究发现，当副热带高空急流的入口区右侧位于我国东部地区上空时，急流入口区产生的垂直直接次级环流的上升支使急流入口右侧和副高北侧之间的垂直运动随高度变化增加，这时涡度变化相对于平均状态为正，抑制副高北抬，同时也使得利于降水的垂直运动条件加强。可见龙舟水期间高层大型环流系统位置和辐散抽吸条件非常有利于华南、江南地区出现大范围暴雨天气。）。在中层 （图 ）上，在 地区大气环流呈“两槽一脊”型，距平场呈现“”的异常分布特征，高压脊位于贝加尔湖以西地区 附近，位势高度正异常中心值为 ，我国东北地区仍然是大片负异常区，东亚大槽位于我国东北地区到东部海面上，强度偏强（位势高度负距平），槽后西北气流不断引导高纬地区冷空气东移南下，影响我国华南地区。图 年 月 月 日平均的 位势高度场（阴影区为距平值，单位：）另外，根据国家气候中心 提供的数据表明，西太平洋副热带高压较常年同期偏东、偏弱，脊线南落。月下旬，西太平洋副热带高压西段脊线北抬，维持在 以北，越过了气候态；进入 月份后，副高脊线并未继续北第 期廖胜石等：年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因分析跳，反而迅速南落，西段脊线连续近 位于气候态以南，月下旬副高才北跳到长江中下游地区。龙舟水期间，线沿着中南半岛和华南沿海一带向东北延伸到福建、台湾一带，未超过 。由于冷空气势力偏强，抑制了副热带高压向北移动。副高西北侧的西南暖湿气流汇集在华南地区，有利于华南地区雨带的长时间维持。）。低层 位势高度场上（图略），我国大部地区是负的位势高度场异常，孟加拉湾至广西一带为低压槽区，且为负的位势高度场异常，广西处于槽前西南气流之中。以南的西太平洋地区为弱的正异常，阻挡中南半岛上的低槽快速向东移动，有利于暖湿气流在广西上空停留。风场（图 ）上，我国江南、华南上空长时间被西南气流控制，距平风场（图 ）上，附近的索马里越赤道气流较常年同期偏强，西南急流向北伸展到 附近，这股越赤道气流在印度洋北部转向为偏西气流后途经印度洋 孟加拉湾 中南半岛区域，进入我国南海。同时，菲律宾以东的西北太平洋洋面上为异常反气旋式环流，其南侧形成了强大的异常偏东风，在南海地区与热带西风急流汇合后，沿异常反气旋西侧发生转向，在南海、华南和华东地区上空形成了一致的异常偏西南风。但在四川、贵州和广西西部，为异常西北风（负距平），低层风场的这种异常分布有利于将南海地区的水汽向华南地区输送，为降水异常偏多提供了丰沛的水汽条件。可以发现，广西龙舟水期间的降水落区和风场距平分布比较一致，也是桂东地区降水正距平，桂西地区则为降水负距平。图 年 月 月 日平均的 风场（阴影区 ）（）和距平场（单位：）（）综上所述，在有利于冷暖空气活动的环流系统的共同影响下，广西龙舟水强降水得以维持较长的时间和较强的强度。南海夏季风与水汽输送南海夏季风平均在 月第 候爆发，之后向北和向西传播，其强弱演变和南北推进对我国雨带位置及变化，旱涝异常分布有重大影响 。根据国家气候中心统计，年南海夏风于 月第 候爆发，比气候态偏早 候，龙舟水期间南海夏季风强度强于常年气候态。从 年龙舟水期间 平均的纬向风和经向风的纬度高度剖面图（图 ）可以看到，在华南地区上空，中低层纬向风 的范围比气候态（虚线）向下伸展到更低的高度（图 ），位置更偏南，南落到 以南，经向风 的范围更大，位置也更偏南，同样伸展到比气候态更低高度（图 ）。图 年龙舟水期间 平均的纬向风（）和经向风（）纬度 高度剖面图广东气象第 卷 由图 可见，华南地区上空的风速（纬向风、经向风）均大于气候态，表明 年龙舟水期间南海夏季风较常年强盛，但前沿位置更偏南，有利于南海夏季风带来的水汽滞留在华南地区形成降雨。取 ，为研究区域，对其 个边界求龙舟水时段平均的整层积分水汽输送，得到广西水汽收支的大致情况，如表 所示。表 龙舟水期间各边界整层大气水汽通量收支边界水汽通量收支（）气候态 年距平距平百分率 西 东 南 北 合计 由表 看出，年龙舟水期间通过该区域各边界的水汽通量的贡献不尽相同。气候态上龙舟水期间，广西南北边界的水汽收支为正值，东西边界收支为微弱正值，整个区域为正值。年龙舟水期间该区域南北边界收支依然为正值，但东西边界收支却为负值，但最值得关注的是南边界的水汽输入远远大于气候态，超过 ；尽管东边界的水汽输出也超过 ，但西边界输入超过了近 ，北边界基本持平，得益于南、西边界的异常水汽收支，整个广西区域水汽收支总和超过气候态 ，可见广西异常的水汽收支造成了罕见的龙舟水降水。向外长波辐射（）与对流运动 反映了对流云的辐射，能很好反映大气中大规模上升与下沉（对流）运动的状况 。值越小，表明对流强度越大。从广西区域（）平均 的时间 纬度剖面图（图 ）可以看出，在 年 月 日月 日期间，上空一直维持低值区，大部分时间均小于 ，说明广西上空一直有较强的对流活动，尤其 月份，对流更加活跃。从同期 的距平场（图略）来看，华南、江南一带是 负距平，广西、广东、湖南、江西交界处的负距平低值中心达到 ，可见 年龙舟水期间该区域的 远超过气候态，说明对流活动远比常年同期活跃和强烈。从 年 月 日月 日区域平均（）的 垂直速度时间 纬度剖面图（图 ）可以发现，在 地区 上空，整个龙舟水期间，垂直速度均为负值，即垂直上升运动强烈。在月 日、月 日、月 日、月 日的 次强降雨过程中，垂直速度都对应出现明显的低值中心。图 年 月 日月 日区域平均（）（阴影区 ）（）和 垂直速度（单位：）（）时间 纬度剖面 结论本研究运用 的再分析资料、广西降雨量资料，对 年广西龙舟水强降水过程的大尺度环流成因进行了分析，所得主要结论如下：）年龙舟水期间，高层 欧亚中高纬地区高压脊异常偏强，引导冷空气持续南下影响华南地区，副热带西风急流强度偏强、位置偏南，南亚高压强度偏强、位置偏东，这种环流配置不仅有利于高低空耦合作用在广西上空产生强烈的垂直运动，而且抑制了副高的北抬。中层 西太平洋副热带高压强度偏弱、西段脊线偏南，西南气流的水汽无法向北输送到江南地区而汇集在华南地区。低层 广西上空受季风槽影响，同时索马里越赤道气流异常偏强，异常偏强的西南气流长时间控制华南地区。第 期廖胜石等：年广西罕见龙舟水的大尺度环流成因分析）年龙舟水期间南海夏季风较常年强盛，季风前沿更偏南、位置偏东，有利于南海夏季风带来的水汽在华南地区辐合上升形成降雨，广西区域的水汽收支较常年偏多 。）年龙舟水期间的 次强降雨过程中，和垂直速度在广西上空都对应出现明显的低值中心，活跃和强烈的垂直运动有利于广西产生持续性大范围强降水。参考文献：黄士松，李真光，包澄澜，等 华南前汛期暴雨 广州：广东科技出版社，：林良勋，吴乃庚，黄忠，等 广东 年罕见“龙舟水”特点及成因诊断分析 气象，（）：王婷，胡娅敏，潘蔚娟 年广东“史上最强龙舟水”的气候成因 广东气象，（）：郭永婷，王文星，郑勇，等 年韶关典型“龙舟水”成因 广东气象，（）：庞古乾，伍志方，谌志刚，等 两次龙舟水降水过程中不同类型的天气雷达特征分析 广东气象，（）：梁晓媛，翁佳烽，肖伟军，等 广州市“龙舟水”的时空分布特征分析 广东气象，（）：张凌云，刘蕾 柳州 年一次“龙舟水”成因及预报偏差分析 气象研究与应用，（）：钱维宏，艾阳，陈绿文，等 一次广东典型龙舟水暴雨过程的扰动形势分析 热带气象学报，（）：胡娅敏，杜尧东，罗晓玲 近 年华南“龙舟水”的降水分型 气象，（）：伍红雨，李春梅，王迪龙 近 年广东“龙舟水”异常特征及成因分析 热带气象学报，（）：王娟怀，杨守懋，韦智嘉，等 全球气候变暖背景下广东“龙舟水”的变化特征 广东气象，（）：金荣花，陈涛，鲍媛媛，等 年梅汛期异常降水的大尺度环流成因分析 气象，（）：陈隆勋，张博，张瑛 东亚季风研究的进展 应用气象学报，（）：谢安，陈隆勋，存上多喜雄 地球向外长波辐射（）资料所显示的热带环流季节特征和年际变化 海洋学报，（）：“”，（，）：，“”（），：；广东气象第 卷