副热带高压对庆阳强降水的影响分析.pdf

刘英等：副热带高压对庆阳强降水的影响分析副热带高压对庆阳强降水的影响分析刘英1周忠文1张峰1柳东慧1李巧霞（1.甘肃省庆阳市气象局，庆阳日7 4 50 0 0；2.甘肃省环县气象局，庆阳7 4 57 0 0）摘要：利用陇东庆阳市2 0 11一2 0 2 0 年自动站、区域气象站降水量观测资料，副热带高压脊线数据，对庆阳的降水气候特征和副热带高压脊线位置及西伸脊点位置之间的相互关系进行统计分析，对比暴雨最多年份、暴雨最少年份、年降水量最多年和最少年的副高脊线及西伸脊点位置与近10 a副高平均位置。结果表明：西太平洋副高是影响庆阳区域性暴雨的桥梁，在副高位置偏北、偏强年，庆阳偏南风居多，有利于形成降水的水汽条件；在副高位置偏南、偏弱年，庆阳盛行偏北风，多是晴热少雨天气。庆阳强降水主要出现在盛夏（7 一8 月），这个峰值正好与西太平洋副高活动最盛期同步，盛夏副高的西伸北抬，为庆阳的强降水建立了良好的水汽通道，带来偏南暖湿气流与中高纬度东移的西风槽、低涡、切变线等冷性系统相互耦合共同影响，造成庆阳强降水的产生。关键词：副热带高压脊线；偏南水汽；强降水国内外诸多气象工作者对我国西北地区降水及引言其相关领域做了大量的研究工作，王雅琦等15-16 对近西太平洋副热带高压（以下简称副高）是影响东50a西北地区东部夏季降水研究发现：影响西北地区亚天气气候最主要的环流系统之一，我国的地理位东部夏季降水的主要因素是西太平洋副高，在多雨置决定了受副高影响很大，其位置和面积（强度）的年，副高偏强偏北，强度是少雨年的6 倍。西北地区变化对我国汛期降水有重要影响-2,每年夏季,副高东部夏季降水极大值区域集中在青海东部及陕西南的季节变化决定我国汛期雨带的几次向北推移3-,部秦岭一带，基本水汽来源于副高外围的西南暖湿而年际变化决定我国东部旱涝的出现6-8,因此，副高气流。副高边缘的强降水形成机制比较复杂，预报难一直是我国气象工作者关心的问题。关于副高与暴度较大，本人拟研究副高脊线及西伸脊点位置对庆雨的研究工作很多,陶诗言等9-10 研究了副高北跳与阳强降水的影响，以期提高暴雨的监测预报预警能中国雨带的分布关系，明确指出副高西北侧是暴雨力，是做好防灾减灾的关键，具有重大的经济和社会的频发区，并指出了斜压性、经向环流、副高变化对效益。暴雨产生的重要性1-12。毛冬艳等13对2 0 0 4 年7 月1资料与方法10日北京暴雨的中尺度分析表明西太平洋副高对暴雨重要作用。周鸣盛等14 对我国北方50 次区域性特大暴雨的环流分析中发现副高对北方特大暴雨的重要性。1.1研究区域状况陇东庆阳位于西北地区东部，黄土高原沟壑区，北邻毛乌苏沙漠，西靠六盘山，东接子午岭，辖7 县基金项目：庆阳市气象科技项目“西太平洋台风对陇东地区强降水影响分析(QY2021-3)。1作者简介：刘英（197 5年3月一），女，高级工程师，本科，主要从事天气预报、应用气象研究及服务工作。E-mail：。-22-第4 期2022年12 月1区。属半干旱半湿润气候过度区，全市年平均降水量在4 0 8.9 6 2 0.1mm之间，降水量从东南向西北逐渐减少，北部环县、华池、庆城三县属半干旱气候区域，其余县区属半湿润气候区域。虽然处于我国西北，相对于南方地区，出现暴雨的几率较小，但是较易出现相对较强的短时强降水。由于地势北高南低，海拔高度在8 8 5 2 0 8 2 m之间，地势落差极大，且山、川、塬兼有，沟、梁相间,地形复杂,既是国家级生态功能重要区，又是生态脆弱敏感区，尤其土质疏松，短时强降水最易造成水土流失、滑坡、泥石流等次生地质灾害，同时强地表径流易冲毁堤岸、淹没农田、村庄、冲毁道路，造成城市内涝等严重地质灾害。1.2资料来源与方法利用2 0 11一2 0 2 0 年庆阳市下辖8 县区国家基本站及近18 0 个区域自动站的年、月、旬降水量（2 0 一2 0 h）、暴雨和短时强降水，利用诊断分析、统计分析等方法对资料进行再分析。西太平洋副热带高压脊线数据、50 0 hPa平均高度场图、整层水汽输送距平场图均来自中国气象局国家气候中心。1.3统计标准暴雨：2 4 h降水量50 mm；局地性暴雨：只有一个县站及一个或多个区域站达到暴雨；区域性暴雨：两个县站、三个区域站以上达到暴雨；极端暴雨：10个以上的测站（县市)2 4 h降水量50 mm,且有2 站年份年降水量2011543.32012497.82013697.72014589.82015486.72016432.62017680.82018681.02019669.32020557.6合计583.7青海气象Journal of Qinghai Meteorology日降水量10 0 mm;短时强降水：1h降水量2 0 mm。2庆阳暴雨统计特征2.1近10 a区域性、局地性暴雨分布特征近10 a庆阳出现7 9 次暴雨过程见表1，局地性暴雨33次，占比4 2%；区域性暴雨4 6 次，占比58%；极端暴雨19次，占比区域性暴雨过程的4 0%，说明庆阳暴雨极端性比较强；近10 a的7 9 次暴雨过程中，有53次暴雨过程中出现短时强降水；2 0 19年7月2 1一2 2 日的区域性暴雨过程中，最大小时雨强90.8mm出现在合水县刘家庄，打破历史极值。2.2庆庆阳暴雨的分布特征2.2.1年分布特征按照上述定义的标准，近10 a庆阳7 9 次暴雨中，平均每年7 8 次。2 0 18 年出现暴雨次数最多，达16场次,其中15次出现短时强降水，暴雨发生时段集中，大暴雨场次多，突发性强,短时强降水多,灾害严重；2 0 14 年暴雨最少，只有2 次，2 0 11年出现3次为次少年份。暴雨出现最早的是4 月19 一2 0 日（2 0 19年），最晚出现的是10 月14 一15日（2 0 19年）,均是出现一个站次的局地性暴雨。2.2.2月、旬分布特征近10 a庆阳暴雨月分布统计特征,见图1,暴雨4一10 月均可出现，其中4 月出现1次，10 月出现2次，均为局地性暴雨；5月和9月各出现3次，6 一8表1庆阳市近10 a暴雨、短强次数分布区域性局地性21411711222411211575554633NO.4Dec.2022暴雨次数短强次数3151842461316121079最大小时降水量29.445.629.3450.3641.8946.51568.6890.85635390.8短强地点环县曲子环县西峰环县樊家川宁县叶王庆城蔡口集合水太合水刘家庄合水孙家寨合水刘家庄-23-青海气象35近10 年4-10 月暴雨次数302425201510504月5月6月7月8月9月10月1331天气、气候3320近10 年逐旬暴雨次数15910iiili765523216101006月上旬6月中句6月下旬7月上旬7月中旬7月下旬8月上旬8月中包8月下旬月份图12 0 112 0 2 0 年4 10 月暴雨次数月达7 0 次之多，占比8 9%，7 一8 月达57 次，占比72%，可见庆阳暴雨集中出现在主汛期6 一8 月，说明夏季暴雨对全年的降水总量具有很好的贡献。近10 a庆阳暴雨旬分布统计特征（图2），7 月下旬10 次，8 月上旬10 次、中旬16 次为最多，7 月上旬9次和8 月下旬7 次，可见，庆阳暴雨集中出现在7月下旬和8 月上中旬期间，这与庆阳暴雨“七下八上”的出现时段吻合，而7、8 两个月这个峰值正好与西太平洋副高活动最盛期同步，再次说明副高与庆阳强降水关系甚密。3富副热带高压脊线对庆阳强降水的影响分析副热带高压脊线的季节性变化，与中国东部地区主要雨带的季节性位移相对应，我国大雨带一般出现在副高脊线西北部5 8 个纬距范围内17-19。庆阳地处西北地区东部，属北温带半湿润、半干旱气候过渡区，大范围强降水的水汽主要来源于副高外围偏4540副高脊线日变化位置353025201566666日期图322014年6 一8 月副高脊线及副高西伸脊点与近10 a对比-24-6一8 月上中下旬图2 2 0 112 0 2 0 年6 8 月逐旬暴雨次数南风带来的暖湿气流。在副热带高压东部，盛行下沉气流，天气持续晴好，高压西部是低层暖湿空气辐合上升运动区，在副高脊线北侧的西风带中,其西部偏南气流向副高北侧的锋区源源不断地输送高温高湿的气流，当西风带一旦有低槽或低涡经过锋区上空时，在系统性上升运动和不稳定能量释放的共同作用下，充沛的水汽遇冷便会凝结产生大范围的降水，容易形成雷雨，通常还伴有暴雨。故而可以说副热带高压是庆阳市区域性暴雨的主要影响系统。3.1暴雨最少年份2 0 14 年副高脊线位置与近10 a对比分析2014年仅出现两次暴雨过程，一次区域性、一次局地性暴雨，没有出现短时强降水，对2 0 14 年68月副高脊线位置与2 0 112 0 2 0 年6 8 月10a平均位置做对比分析（图3），2 0 14 年副高位置整体偏南，大部分都在平均线以南。7 月7 一8 日第一次北跳，幅度也不大,庆阳出现第一次区域性暴雨145副高西伸脊点日变化，10年平均值2014年10年平均2014年1351251151059585日STE日日9日日TE日日亿78078080880日OT日T日忆日ST80666日07日期日OT80日忆80第4 期2022年12 月过程，9站暴雨，过程最大降水量10 2 mm；7 月16 一20日、7 月2 4 一2 6 日北跳，都在1 2 个纬距左右，其中7 月18 日副高脊线最北端到31.4 N;7月318月2 日最后一次北跳，偏北3个纬距左右，7 月31日副高脊线最北端仅到达33.7 N；比平均位置偏南最多达5.8 纬距。2014年副高脊线大部在30 N以南，西伸脊点东西摆动非常大，一部分在12 0 E以东，大部分在90E以西，副高脊线偏东，位置偏南，陇东庆阳缺少强降水应具有的水汽条件，西伸脊点偏西，位置偏南，同样阻断了水汽输送，在副高脊线偏南、面积较小、强度较弱的影响下，庆阳出现近10 a暴雨最少的年份。3.2暴雨最多年份2 0 18 年副高脊线位置与近10 a对比分析2018年出现16 场暴雨，是近10 a暴雨场次最多年份，而且，暴雨发生时段集中，大暴雨场次多，突发性暴雨多，短时强降水多，小时降水量大，灾害严重。对2 0 18 年6 一8 月的副高脊线位置与历年副高脊线平均位置对比分析（图4)。暴雨多发期副高脊线位45副高脊线日日变化-4035N30252015日E9日8 93.3年降水量最少年份2 0 16 年副高脊线位置与近10a对比分析2016年出现6 次暴雨过程，2 次区域性和4 次局地性暴雨过程，但是年总降水量仅4 32.6 mm，比近10年平均降水量（58 3.7 mm）偏少2 5%6 次暴雨过程同时出现6 次短时强降水，最大小时降水量41.8mm。对2 0 16 年6 一8 月副高脊线位置与近10 a副高平均位置做对比分析（图5）。6 月副高脊线接近青海气象Journal of Qinghai Meteorology置以偏北为主，尤其是7 月2 9日，副高脊线最北端到达4 2.6 N，较常年平均偏北了10 个纬距；而在16场暴雨过程中，除6 月2 0 一2 1日暴雨期间脊线较常年偏南1一2 个纬距，7 月12 日暴雨期间脊线位置接近常年略偏南外，其余暴雨过程的副高脊线位置均较常年偏北，以8 月12、13、15日暴雨期间,脊线位置较平均值偏北5个纬距以上。与历年相比，6 月下旬副高脊线较平均值偏北1一3纬距，7 月上旬偏南5纬距，中旬至8 月上旬，副高位置均偏北5个纬距以上，尤其是7 月下旬偏北10 个纬距；副高脊线达到最北端的时间较常年偏早5天以上。2018年7 一8 月庆阳的主汛期，副高脊线大部在30 N附近及以北，西伸脊点东西摆动较大，一部分在12 0 E以东，一部分在90 E以西,大部分在多年的平均位置。副高面积较大，强度较强，副高脊线位置在30 N35N,西伸脊点在110 E附近，庆阳处于副高外围偏南暖湿气流中，水汽条件充沛，与历年相比，在副高的影响下，2 0 18 年夏季我国大雨带整体位置偏北，是庆阳出现区域性暴雨最多的年份。145副高西伸脊点日变化10年平均.2018年1351251151059585日6 2日9日2日T6 6日期图4 2 0 18 年6 8 月副高脊线及副高西伸脊点与近10 a对比NO.4Dec.202210年平均值2018年1日2日8日OT日T日忆百日T80808080日STE66常年,7 月之后南北振幅很大。6 月18 日一7 月10日、7 月2 8 日一8 月2 4 日，副高脊线位置较常年偏北，其中8 月4 13日副高脊线偏北5一8 纬距，尤其8 月5日偏北8 个纬距，最北端到4 0 N附近。2016年的6 次暴雨过程中，除7 月18 日的区域性暴雨过程副高脊线偏南以外6 月2 2 日、7 月2 4 日、8月2 日、8 月2 4 日局地性暴雨过程及7 月9 日的区域性暴雨过程，副高脊线均偏北,其中8 月2 日副-25-日9日766日期日日日日OTE8077日忆日T808080青海气象45副高脊线日变化位置4035?3025$20156高脊线偏北5个纬距。2016年副高脊线位置南北振幅较大，虽然副高面积大，强度强，但副高脊线西伸脊点异常偏西，加之位置偏北,庆阳市处于副高包围中,阻断了南海和孟加拉湾水汽向西北地区东部输送通道，庆阳晴热少雨，主要以局地性、小范围降水为主，出现大范围暴雨过程少，整体年总降水量属偏少年份。3.4年降水量最多年份2 0 13年副高脊线位置与近10a对比分析2013年出现8 次暴雨过程，只有1次区域性暴雨，7 次局地性暴雨过程，其中4 次暴雨过程出现了短时强降水过程，2 0 13年年总降水量是近10 a最多年份，比近10 a平均降水量58 3.7 mm，偏多19%。对2013年6 一8 月副高脊线位置与近10 a副高平均位置做对比分析(图6)。2 0 13年6 月上中旬副高脊线较常年偏北，最多偏北6 一8 个纬距，副高脊线最北端到达30 N附近，6 月下旬偏南；7 月上中旬偏北，最多5个纬距，副高脊线最北端到达32 N附近，7 月45副高脊线日变化位置4035N转30252015-26-10年平均日9TE日日日日日E日日日OTE日TE日期图522016年6 一8 月月副高脊线及副高西伸脊点与近10 a对比下旬偏北，之后副高减弱南退。6月上中旬副高西伸脊点偏东，6 月2 2 日副高开始西伸并稳定维持在10 5E一115E附近区域，7月上旬出现一次北跳,控制范围在2 5N一32 N并稳定维持，8 月上旬再次西伸，副高西伸脊点在107E附近,8 月中下旬又一次北跳至30 N一33N区域，8 月下旬后期逐渐减弱东退。2 0 13年副高面积较大，强度较强，6 月副高西伸脊点偏东，7 一8月西伸脊点偏西,且大部分在常年平均位置。在副高的控制下，我国大范围出现持续性高温少雨时段，盛夏(7 一8 月)中国发生大范围持续性高温事件,其影响范围之广、持续时间之长、强度之强均为历史罕见。庆阳处于副高外围，水汽条件较好，2 0 13年出现年降水量最多年份，主要以局地性、小范围降水为主。综上所述，当庆阳夏季降水偏多时，副高强度偏强偏西，且有闭合的58 8 dagpm线，脊线异常西伸145：副高西伸脊点日变化10年平均2013年：135125/11510595日6日日TE日日期图6 22013年6 一8 月副高脊线及副高西伸脊点与近10 a对比天气、气候145副高西伸脊点日变化2016年13512511510595000000085日ST66下旬到8 月上旬，副高脊线较平均位置偏南，8 月中10年平均值2013年：日OTE8510年平均值2016年;：日6日9L77日期日8 9日忆6日亿8日T日日期日OT日T日日T8Y日TE日忆日T目第4 期2022年12 月至我国内陆地区，对庆阳而言，副高脊线位置在(30N35N,105E110E)范围内,庆阳处于副高外围的西南风控制下，引导气流可以将南海和孟加拉湾较多的水汽输送到庆阳，对应夏季降水增多;少雨年虽然也有闭合的58 8 agpm线,但相对于多雨年，强度较弱、位置偏东，脊线位置偏南且西伸脊点未到达我国内陆，西南引导气流位置偏东，对应庆阳夏季降水偏少。以上结果表明，由于副高脊线位置的变化,对庆阳的水汽输送产生了显著影响，导致该地区降水有显著变化。总而言之，西太平洋副高的强弱及位置，与我国中东部地区的天气气候以及旱涝等关系极其密切，决定了我国中东部地区的雨带分布。当副高偏北时，则西伸脊点正常至偏东的概率较大，当副高偏南时,则西伸脊点正常至偏西的概率较大。我国夏季降水雨带位置与副高位置存在很好的对应关系，脊线位置的南北异常直接决定夏季主雨带的南北分布，而西伸脊点的东西匹配特征则影响雨带的影响范围或出现次雨带。4小结近10 a出现7 9 次暴雨过程,其中，局地性暴雨33次，区域性暴雨4 6 次，极端暴雨19次，2 0 19年7 月2 1一2 2 日的区域性暴雨过程中,最大小时雨强90.8 mm，出现在合水县刘家庄，打破历史极值。暴雨集中出现在主汛期6 一8 月，7 一8 月达57次，占比7 2%，这与陇东庆阳暴雨大多出现7 8月非常吻合，说明夏季暴雨对全年的降水总量具有很好的贡献。庆阳暴雨集中出现在7 月下旬和8 月上中旬期间，这与庆阳暴雨“七下八上”的出现时段吻合，而7、8 两个月峰值正好与西太平洋副高活动最盛期同步，再次说明副高与庆阳强降水关系甚密。西北地区东部暴雨的出现是由于副高的南北进退所造成的。对近10 a暴雨频发的2 0 18 年、暴雨最少2 0 14 年、年降水量最少2 0 16 年、年降水量最多2 0 13年的6 一8 月副高脊线日变化位置及副高西伸脊点与近10 a平均位置作对比，发现暴雨多发年青海气象Journal of Qinghai Meteorology副高脊线位置较常年以偏北为主，庆阳处于副高外围的暖湿气流中，容易产生降水，具有副高强度较强、西伸脊点偏西，面积较大等特点。参考文献：1刘芸芸,李维京，等.月尺度西太平洋副热带高压指数的重建与应用.应用气象学报，2 0 12,2 3(5):4 14 4 2 3.2吴国雄,丑纪范,刘屹民,等.副热带高压形成和变异的动力学问题.北京：科学出版社,2 0 0 2:1一2 0.3陶诗言.中国夏季副热带天气系统若干问题的研究,北京：科学出版社,196 3:114 6.4陶诗言，卫捷.再论夏季西太平洋副热带高压的西伸北跳，应用气象学报,2 0 0 6,17(5)51352 5.5徐海明，何金梅，周兵.江海入梅前后大气环流的演变特征和西太平洋副高北跳西伸的可能机制应用气象学报，2001,12(2):150158.6陶诗言，朱福康.夏季亚洲南部10 0 毫巴流型的变化及其与西太平洋副热带高压进退的关系，气象学报，196 4,34(4):385390.7黄仕松副热带高压东西向移动及其预报的研究气象学报,196 3,33(3):32 0 330.8黄仕松,余志豪.副热带高压结构及其同大气环流有关若干问题的研究.气象学报，196 2,31(4)339359.9陶诗言,等.中国之暴雨M,北京：科学出版社,198 0:33.10陶诗言,卫捷，张小玲.2 0 0 7 年梅雨锋降水的大尺度特征分析，气象,2 0 0 8,34(4):315.11郭大海,许新田,刘勇.陕西中南部一次突发性大暴雨分析D),气象,2 0 0 8,34(9):4 0 4 6.12郁淑华.诱发泥石流灾害的四川盆地大暴雨过程分析.气象,2 0 0 2,2 8(8):2 512 8 8.13毛冬艳,乔林，陈涛，等.2 0 0 4 年7 月10 日北京暴雨的中尺度分析，气象,2 0 0 5,31(5):4 2 4 6.14周鸣盛，我国北方50 次区域性特大暴雨的环流分析.气象,1993,19(7):14 18.15王雅琦,冯娟,李建平,安然.西北地区东部夏季降水年际变化特征及其与环流的关系D.高原气象,2 0 2 0,39(2):290300.16陈添宇，陈乾,付双喜，毛玉琴.西北地区东部一次持续性暴雨的成因分析).气象科学,2 0 0 9,2 9(1):11512 0.17朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法M.北京：气象出版社,2 0 0 0:34 2 36 6.18高守亭，冉令坤，李小凡，等.大气中尺度动力学基础及暴雨动力预报方法M.北京：气象出版社，2 0 15:2 4.19丁一汇.高等天气学M.北京：气象出版社，2 0 0 8:4 2 3一443.NO.4Dec.2022-27-