近10 a江淮气旋东移影响下梅州暴雨统计分析

2020-06-27张达文姚建春

广东水利水电 2020年6期

张达文,姚建春

(梅州市气象局，广东梅州 514000)

1 概述

江淮气旋是活动于我国江淮流域的重要天气系统，是造成江淮地区暴雨的主要天气系统之一，在春夏雨季出现最多，其中4—6月活动最盛[1-3]。江淮气旋大多活跃于江淮地区，伴随着江淮气旋的生成和东移，在一定天气系统配合下，给梅州带来较大范围的降雨过程，有时会造成非常严重的影响，如2013年5月18日夜间受江淮气旋槽式切变影响，梅州出现大范围的暴雨到大暴雨的降水，强降水造成27.516万多人受灾，死亡1人、失踪1人，经济损失达5.181 2亿元。

暴雨的预报一直是预报业务中的难点，虽然已有许多对不同天气系统下梅州暴雨个例的环流特征进行了研究[4-7]，但缺少江淮气旋对梅州暴雨的专门性研究。梅州位于广东省东北部，从地理位置上看，距离江淮气旋的主要源地和活动区域较近，在江淮气旋东移过程中，容易受江淮气旋的影响；从影响的天气系统上看，梅州前汛期的暴雨主要是由西风带系统的锋面活动或低空急流造成的暴雨，而江淮气旋的形成和移动过程往往伴随有锋面和低空急流的活动，因此，江淮气旋与梅州暴雨有很大的关系。但是,江淮气旋产生源地、强度及移动方向的不同，给梅州带来不同程度的影响，有时会带来大范围暴雨过程，有时会带来局地强降水的过程，有时仅出现阵雨或无降水的天气，因此，有必要对江淮气旋东移背景下，梅州暴雨的天气过程进行深入研究，通过研究环流背景下引发梅州暴雨的成因、时空分布特点，可为梅州地区防洪调度工作提供科学依据。

2 资料和方法

1)资料

本文所使用的降水资料是2010—2019年3—6月梅州自动站日降水量(北京时间：20：20)资料。形势场分析使用了2010—2019年NCEP再分析资料海平面气压场、高度场和风场，时间分辨率为6 h，水平分辨率为1°×1°。

2)气旋识别方法

本文使用的气旋识别方法是Lu(2017)改进的温带气旋识别和追踪方法，该方法使用了九点最低气压法确定气旋中心，再通过寻找闭合等值线来确定气旋范围并对同一个气旋进行追踪，这种方法相比其他方法有更明显的优势[8]。

3)暴雨过程定义

本文中使用的暴雨过程，是指当某个自动站观测的日降水量达到50 mm且同时段有江淮气旋过境，视为1次江淮气旋引起梅州暴雨的过程。

4)天气学统计方法

通过对天气形势图的统计和对比分析，对造成梅州暴雨的江淮气旋影响系统进行归类分析。

3 江淮气旋东移背景下的梅州暴雨

3.1 江淮气旋东移背景下梅州暴雨的主要天气系统分析

从大尺度角度江淮气旋的形成过程分为两类，一类是静止锋上的波动，另一类是倒槽锋生气旋[9]，是在北支槽与西南涡结合，河西冷锋进入地面倒槽与暖锋相接而产生的。两类气旋区分的着眼点是有无北支槽与西南涡的合并，江淮气旋发生和发展必须具备3个条件，发生前必先产生西南涡，西南涡前部有1支西南急流，有冷空气侵入西南涡后部[10]。

通过对2010—2019年江淮气旋造成的梅州暴雨过程统计，期间共累计发生24次暴雨过程，经统计分析有以下特征：

① 500 hPa上江淮气旋附近是明显的槽区，有时江淮气旋比较强时会形成闭合环流(见图1a)。在华南上空出现的天气形势有波动槽东移、受偏西、西南或西北气流控制4种，根据统计的结果(见表1)，受偏西气流控制和波动槽东移的占79%以上，同时，还发现有波动槽的配合更容易引发大范围的降水过程；

② 在低层850 hPa或925 hPa上通常有闭合的低涡，90%以上的江淮气旋南侧有1支低层西南急流(见图1b)；

③ 地面形成闭合的低压中心，气旋东移过后引导冷空气南下(见图1c)。

表1 暴雨发生时华南上空500 hPa 各类天气形势统计

图1 2010年6月25日08：00 500 hPa(a)、850 hPa(b)和海平面气压(c)

低层的天气系统往往是导致强降水的重要原因，因此，本文将根据低层(850 hPa或925 hPa)天气系统的不同，分为以下2类。

1)江淮气旋中的槽式切变造成的暴雨

槽式切变线呈东北—西南走向，切变线南侧偏南气流的通常比较强，且在气旋移动过程中不会明显减弱(见图2a、b)，暴雨发生在切变线附近的偏南气流中，槽式切变东移南压过后一般会引导冷空气南下。此类型造成梅州暴雨最为常见，出现17次，占70%以上。

2)江淮气旋中偏南气流辐合造成的暴雨

主要是由江淮气旋偏南象限西南风风速辐合造成的，风速的辐合形成可以分为两类：一类是由江淮气旋急流轴中的强风速中心向北推进形成的，如2013年6月25日08：00(见图3a1)江淮气旋南侧急流中心在海南岛附近，14：00(见图3a2)急流中心逐渐向北推进至江浙沿海一带，在此期间梅州上空处于辐合气流当中；第二类是江淮气旋东移过程中，其南侧强偏南气流逐渐靠近梅州上空形成，如2016年4月26日(见图3b1、b2)江淮气旋在东移过程中，强风速区也同时东移，在梅州会形成辐合降水。需要注意的是2次过梅州仅出现局地暴雨，其余地区只出现阵雨降水，但如果西南涡位置距广东较近，在发展成为江淮气旋前，其前部急流辐合更容易造成梅州大范围的强降水过程，如2016年的4月12—13日在西南涡发展形成江淮气旋过程中，因其前沿低层西南急流加强和靠近，梅州出现大范围大到暴雨，因此，应对西南涡的发生和发展特别关注，尤其是其前沿低层急流的变化。

图2 2010年4月22日08：00和2013年4月5日20：00 850 hPa高度场和风场

图3 2013年6月25日08：00(a1)和14：0450(a2)、2016年4月26日08：00(b1)和14：00(b2)850 hPa高度场及风场

3.2 与梅州暴雨相关的江淮气旋的活动区域、主要源地和移动路径分析

江海气旋的活动区域在洞庭湖地区、江西省大部分地区及苏皖平原一带(见图4a)，江淮气旋源地的位置和移动方向对于梅州暴雨发生有很大的影响。江海气旋源地位置，一方面受大气环流季节变化的影响，另一方面受下垫面的影响，据周越等人研究[11-13]，江淮气旋主要发源于洞庭湖地区、鄱阳湖地区及大别山区东北侧(见图4b)，造成此分类的原因是因为浙江气象局对江淮气旋的空间范围作了严格的定义[14]。

图4 江淮气旋活动平的区域分布(a)和江淮气旋生成源地分布(b)[11]

通过对直接造成梅州暴雨的江淮气旋主要源地和移动路径统计分析(见表2)，源地在洞庭湖、鄱阳湖以及大别山东北侧的气旋都有8次，在移动方向上可以分为偏东、东北、东南，其中偏东移动的最多，占70%以上，东北移动的次之，为5次，东南方向移动的最少，为2次，需要注意的是虽然江淮气旋东南方向移动出现的次数比较少，但出现了极有可能会造成梅州地区的暴雨，尤其是30°N以南地区形成的。如果在西南涡向江淮气旋发展过程中，若其在湖南—江西—福建一带长时间维持，会给梅州带来长时间的暴雨过程，如2016年4月12—13日和2019年6月13—14日发生的2次长时间暴雨过程，2次天气过程江淮气旋的位置偏南，离梅州较近，移动路径以偏东为主(见图5a、b)，给梅州带来了大范围的暴雨过程(见图5c、d)；由于江河水位较高，降水范围大、时间长的降水过程，引发了局地洪涝灾害。因此应当留意离梅州距离较近的江淮气旋给梅州造成大范围和长时间暴雨，进而引发局地洪涝灾害的影响。

表2 与梅州暴雨相关江淮气旋源地与移动方向统计

图5 2016年4月13日02：00(a)和2019年6月13日20：00(b)850 hPa形势场及2016年4月12日08：00至13日08：00(c)、2019年6月12日20：00至14日20：00(d)降水量

4 暴雨天气系统成因分析

4.1 低涡与切变线

低涡和切变线往往是相伴相生，江淮气旋是低涡发展到比较强盛的一种形态，据统计，近10 a造成梅州暴雨的江淮气旋90%以上都是由西南低涡发展演变而形成的。江淮气旋后侧一般有冷空气入侵，南侧有强的西南急流，因此，在江淮气旋中一般都存在1支东北-西南走向的切变线，由于低空急流和冷空气的相互作用，在切变线附近形成强烈的气流辐合和剧烈的冷暖气团交汇的过程，因此，切变线附近往往会出现剧烈的强降水过程，这是江淮气旋槽式切变线造成梅州暴雨的主要原因。

4.2 低空急流

低空急流是造成华南暴雨的主要原因之一，据林良勋等人的统计华南75%暴雨在出现前1 d有低空急流，20%的暴雨与低空急流同时出现，只有5%的暴雨无低空急流配合[15]。由于江淮气旋的产生需要足够的水汽和热量，江淮气旋形成前必然有1支比较强盛的低空急流为其输送水汽和不稳定能量。低空急流造成梅州暴雨的原因，一方面是与冷空气交汇形成切变线带来强降水过程，另一方面是江淮气旋在移动过程中，其南侧西南急流随着移动过程中与弱风区形成风速的辐合造成的强降水。根据统计，在江淮气旋东移影响下，90%以上的梅州暴雨发生时伴有低空急流，在暴雨发生前梅州上空都有低空急流的存在。无论是槽式切变线造成的暴雨还是偏南气流辐合造成的暴雨，都与江淮气旋南侧低空急流直接相关，因此，江淮气旋南侧的低空急流是造成梅州暴雨最直接的原因。

4.3 与副热带高压的相互作用

副热带高压的加强及其低值系统的发展是华南低空急流形成的主要原因之一，因此,有必要对副热带高压位置和江淮气旋共同影响下梅州暴雨进行分析。当梅州处于副高边缘时，若江淮气旋槽式切变线南下到副高边缘附近，更容易触发激烈的降水过程，如2013年5月19日02：00(见图6)，梅州正处于副热带高压边缘地区(图6a)，江淮气旋中心位于渤海，其后部的槽式切变线南压(图6b)，引导弱冷空气南下(图6c)，与副高边缘的偏西南气流交汇于江西、福建与梅州交界处，18日夜间到19日早晨梅州北部出现暴雨的降水过程(图6d)，雨量最大的蕉岭县广福镇，19日03：00到06：00连续小时雨强在30 mm以上，此次天气过程中 850 hPa的切变线最南端在江西、福建一带，并没有进入广东，因此，注意当系统在周边省(尤其是比较靠近福建、江西)活动并可能产生大的降水，要充分考虑偏向梅州的可能性。

图6 2013年5月19日02：00 500 hPa(a)、925 hPa(b)、海平面气压(c)及19日降水量(d)

4.4 无明显降水的江淮气旋过程

江淮气旋在春夏季是非常常见的天气系统，但并不是每一个江淮气旋的产生、移动过程都会造成梅州暴雨，即使有些天气过程伴随着槽式切变的南下。总体来说，无明显降水过程的江淮气旋有以下特征：

1)江淮气旋生成位置偏北，移动方向以偏东和东北为主，冷空气过弱或者华南地区受高压控制，导致江淮气旋的槽式切变线没有南下影响；

2)虽然有槽式切变线，由于偏南气流过弱，或者移动过程中偏南气流减弱明显，不至于形成明显的降水过程。如2018年3月5日的1次江淮气旋槽式切变南下过程(见图7)，虽然在850 hPa前期西南急流强盛(见图7a)，但到达南岭附近时急速衰减，转为弱南风影响梅州(见图7b)，给梅州造成的降水也仅仅是小雨量级的降水(见图7c)。