浙江省2015年多梅年和2018年少梅年大尺度环流特征的对比分析

王丽娟 邓方俊

(台州市气象局,浙江 台州 318000)

0 引 言

每年6—7月江淮流域常常有一段降水集中的连阴雨天气,也就是人们所称的“梅雨”。由于梅雨持续时间的长短和降雨量的多寡与旱涝灾害密切相关,长期以来对梅雨的研究与预报一直受到人们的特别关注。我国气象工作者对梅雨的研究由来已久,尤其从各方面探讨江淮梅雨预报,获得不少有价值的结论。周曾奎[1]在对1991年异常梅雨的研究中指出,1991梅雨异常偏多除了与副高脊线稳定维持在20°～25°N有关外,还与中高纬度阻高关系非常密切。刘梅等[2]讨论了南亚高压特征与江苏梅雨的关系,指出南亚高压特征指数和西风槽移动与江苏梅雨期有密切关系,梅雨期南亚高压脊线和东伸指数对梅雨强度预报有一定的指示意义。王登炎等[3]研究了南亚高压东西振荡对湖北极端暴雨的影响,得出结论,若中低层形势有利,很可能造成极端暴雨事件。张建海等[4-5]和张春艳等[6]在诊断分析2008年和2011年浙江梅汛期梅雨锋结构时,发现冷空气影响使梅雨锋两侧有明显的温度对比,梅雨锋向北倾斜,无冷空气影响的梅雨锋向南倾斜。冷春香等[7]在研究西太平洋副高在1998年和2001年梅汛期长江流域大涝大旱中的作用时指出,长江流域梅汛期的旱涝与副高强弱和东西位置关系密切,当副高平均脊线偏南、副高西伸到95°～115°E范围时,长江流域易产生强降水。胡伯威[8]和隆宵等[9]指出梅雨锋结构具有复杂性和多样性的特点,在梅雨锋暴雨的中尺度特征上强调了中尺度系统是暴雨的直接制造者。毛文书等[10]利用1954—2001年江淮地区入、出梅日期和雨量资料,比较了丰、枯梅年的大气环流差异,丰梅年南亚高压呈纬向分布,强度增强，副高120°E脊线位于20°～25°N之间。牛若云等[11]分析了2008年江淮梅雨异常的大尺度环流成因,认为该年入梅偏早是东亚大气环流由冬季型向夏季型转换提前所致,出梅偏早主要是受冷空气活动的影响。俞燎霓等[12]分析了浙江梅雨气候特征及梅汛期暴雨的形势发现,暖锋切变型雨带以东西向为多见,东北冷涡型雨带分布特征不明显；冷切低涡型、低槽型雨强相对大一些,出现大暴雨的概率更高。王建捷等[13]分析了1998年的梅雨锋结构指出,与一般认为梅雨锋只存在于800 hPa以下不同,该锋区可伸展至600 hPa,强降水出现时梅雨锋则演变为介于温带锋面结构和ITCZ结构之间的副热带锋系结构。江丽俐等[14]研究了2011年长江中下游梅雨的环流特征指出，通过对比分析2次梅雨锋暴雨过程发现,第一次上冷下暖不稳定层结造成强降水,第二次无明显冷空气影响,西南涡沿切变线东移造成强降水。尹东屏等[15]分析了江苏的典型梅雨和非典型梅雨的梅雨锋暴雨特征指出,典型梅雨锋暴雨在600 hPa以下有较强的锋生现象；非典型梅雨锋暴雨近地面锋生明显弱于典型梅雨锋暴雨,锋区垂直分布呈不连续状态。

以上对梅汛期降水的研究只局限于一年的研究,对比分析多梅年和少梅年的大尺度环流特征,可以更好地分析研究梅汛期的成因。2015年是浙江继1999年之后梅雨量降水最大的年份,而2018年梅雨量明显偏少,特别是浙中南一带,入梅迟,梅期偏短。因此本文对这两年梅汛期间的大尺度环流特征进行了对比分析,进一步总结浙江省梅雨预报的着眼点。

本文所采用的资料有：(1)美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,水平分辨率为2.5°×2.5°,格点数为144×73,垂直方向17层；(2)国内气象观测资料和浙江区域自动站降水资料。

1 2015年和2018年梅汛期降水特征

2015年浙江省6月7日入梅,比常年略早(常年6月10日),7月12日出梅,梅期35 d,梅雨量总体比常年明显偏多,全省面雨量达472 mm,比常年偏多57%,其中市平均面雨量最大为衢州659 mm,最少为温州249 mm,是1999年以来梅雨量最多的年份,梅汛期共出现了3轮集中降水过程,分别出现在6月7—11日、6月13—19日和7月1—6日,7月8—12日主要受1509台风“灿鸿”的影响,浙江省中东部和东南沿海出现了强降水,不属于典型的梅汛期降水。

2018年浙江省于6月20日入梅,比常年偏晚(常年6月10日),7月9日出梅,梅期共19 d。全省平均面雨量为229 mm,比常年平均梅雨量(301 mm)偏少24%，只有2015年降水量的一半。强降水主要集中在浙中北地区,市平均面雨量最大为杭州296 mm,最少为丽水只有140 mm。梅期汛有2个降水时段。第一时段是6月19日夜里至23日，浙中北地区出现了两轮较强降水；第二时段是6月29日至7月9日，出现了多雷阵雨和对流天气,大部分气温达到32～35℃,甚至35℃以上。2018年梅汛期总体呈现了2个特点：一是入梅明显偏迟，出梅正常,梅期短,梅雨量偏少；二是梅雨类型不典型。

由梅汛期累积降水量分布可知,2015年累积降水量明显比2018年多,2015年降水大值区主要分布在浙中偏北一带地区,浙南和浙北相对偏少,出现了中间多两头少的格局；而2018年降水相对大值区位于浙北和沿海中北部一带。

2 梅汛期降水的大尺度环流对比分析

2.1 梅汛期降水的500 hPa高度场特征

本文对2015年和2018年整个梅汛期间平均500 hPa高度场(图1)进行了分析。从中低纬看,副热带高压强度都达到了591 hPa,但不同的是2015年副高110°～130°E纬向平均的脊线在23°N附近,西脊点西伸到东经118°E,这样的副热带高压位置有利于其西北侧西南暖湿气流北上,并将孟加拉湾、南海的水汽持续输送至浙江省上空,提供浙江梅汛期降水的水汽条件；同时中高纬度显示为两槽一脊的形势,鄂霍次克海槽比较强,其槽后西北气流有利于冷空气南下,同时中纬度南支槽前西南气流和副高西北侧西南气流叠加,冷空气偏强和西南气流偏强造成2015年降水明显偏多。而2018年副高西脊点明显偏东,在130°E以东,主体脊线位置达到了28°N左右,副高位置持续偏东,同时脊线偏北,不利于水汽输送,中高纬度鄂霍次克海处于横槽状态,冷空气输送能力弱,造成浙江降水偏少。

图1 平均500 hPa高度场(a.2015年6月7日—7月12日、b.2018年6月20日—7月9日)(单位：dagpm)

从2015年3个主要的强降水时段平均的500 hPa高度场(图略)看,西太平洋副热带高压110°～130°E平均的脊线位置稳定在19°～23°N之间,西脊点稳定在100°～125°E之间,这样的配置均有利于浙江梅汛期降水持续；而2018年6月20—23日的110°～130°E平均脊线在22°N左右,西脊点达到了118°E,在这期间,浙中北降水较明显,属于典型的梅汛期降水形势,但持续时间特别短。从6月底到梅汛期结束,副高位置明显偏东,西脊点在135°E左右,脊线达到了30°N,这种形势不利于典型梅汛期降水的发生,浙中北地区多雷阵雨和强对流天气,不属于典型梅雨。这也验证了之前的文献[16]提到的只有副高西脊点达到120°E,才能建立有利的水汽输送通道,梅雨锋才能稳定建立。

从整个6—7月西太平洋副热带高压110°～130°E平均脊线随时间的演变(图2a、图2b)来看,2015年梅汛期脊线比较稳定,整个梅汛期降水时段脊线维持在19°～23°N,7月6日台风影响期间开始北跳,8日后北跳至30°N以北,雨带随之北跳。而2018年副高脊线南北摆动比较大,20日之前脊线偏南在18°N以南地区,导致入梅明显偏迟,21—23日副高脊线稳定在20°～24°N,25日开始至梅汛期结束之前,脊线一直维持在25°N以北,导致浙江第二阶段降水不明显。从6—7月西太平洋副高西脊点的逐日演变(图2c、图2d)看,2015年梅汛期间西脊点相对比较稳定,7月2日之前稳定在120°E以西地区,2日到梅汛期结束也是持续在120°～130°E。而2018年西太平洋副高西脊点东西摆动比较大,平均西脊点位置明显偏东,梅汛期6月下旬之前西脊点在120°E以西,从6月29日一直到梅汛期结束,西脊点明显偏东,持续维持在130°E以东。西脊点偏东不利于水汽向浙江地区输送,不利于梅汛期降水产生。

2.2 梅汛期降水的100 hPa高度场特征

南亚高压的位置与梅汛期雨带的位置和季节性变化有密切关系。从2015年梅汛期间100 hPa平均高度场(图3a)来看,2015年南亚高压中心位于60°E、33°N附近,120°E附近脊线大概在28°N附近,1676 dagpm线东脊点位于125°E附近。而2018年南亚高压中心偏东(图3b),中心位于90°E、32°N附近,120°E附近脊线大概在30°N附近,比2015年偏北,1676 dagpm线东脊点位于120°E附近,比2015年明显偏西,从强度来说2018年南亚高压强度比2015年强。

图3 梅汛期间100hPa平均高度场(a.2015年、b.2018年)和南亚高压120°E脊线和东脊点逐日演变(c.2015年6—7月、d.2018年6—7月)

以100 hPa 1676 dagpm线东脊点的经度表征南亚高压东伸脊点,用南亚高压东西向脊线与120°E经线交点处纬度来分析南亚高压脊线位置变化。由6—7月南亚高压120°E脊线位置和东脊点变化的逐日演变(图3c)可知,2015年6月1日至7月10日南亚高压脊线基本稳定在24°～29°N之间,也就是说2015年整个梅汛期南亚高压120°E脊线稳定在24°～29°N之间,东脊点维持在100°～130°E之间,7日开始南亚高压虽没有北跳,但是东脊点东伸到130°～180°E,对应台风影响期,不利于典型梅汛期降水。而2018年120°E脊线一路北跳(图3d),同时东伸脊点也一路东伸,从6月1—16日基本维持在21°～24°N之间,17日北跳,一直到24日维持在26°～29°N之间,6月25日开始脊线就已经到达32°N,之后一直到7月底,除了偶尔1～2 d外,都持续在30°N以北地区,而东伸脊点在梅汛期降水期间维持在110°～120°E,前期脊点偏西,后期偏东。南亚高压120°E脊线在30°N以北,东脊点偏东或者偏西,都不利于浙江省典型梅汛期降水的发生。南亚高压120°E脊线位于24°～29°N之间,东脊点在100°～130°E之间,有利于浙江梅汛期降水的发生。

2.3 低层风场特征对比分析

梅雨锋是西南季风和北方冷空气之间的交界面,季风进退与梅雨形成和雨带南北摆动密切相关。

从2015年850 hPa纬向风和经向风110°～120°E平均纬度时间演变图(图4a、图4c)看,6月7—11日西风中心区和13—20日西风中心区与北面东风中心交汇在30°N附近,而7—20日经向风显示,大部分时间段南北风交汇在30°N附近,说明稳定的暖湿气流和冷空气交汇在30°N附近,形成梅雨锋和中低层切变线,对应第一次和第二次降水过程。23日至月底西风中心区向北扩展到35°N附近，与东风中心区交汇,同时南风中心也非常强,向北扩展到45°N甚至50°N以北,说明暖湿气流很强,且北抬明显,雨区也随之北抬,降水中断。7月1—2日东西风交汇中心南撤到25°N,南北风也交汇到30°N附近,对应第三次降水。3日开始持续到11日东西风和南北风交汇中心都南撤到15°～20°N之间。

从2018年850 hPa纬向风和经向风110°～120°E平均纬度时间演变图(图4b、图4d)看,19日之前,东西风交汇位置在25°N以南,同时冷空气影响偏南,南北风交汇在20°N附近,造成入梅偏迟。19—23日西风中心与东风中心交汇到30°N附近,同时19—21日南北风交汇到30°N附近,21—23日南风向北扩展到45°～50°N,东西风和南北风都交汇到30°N,造成2018年第一次降水。之后一直到梅汛期结束前南风气流非常强盛,暖湿气流较强但冷空气影响弱,导致2018年第二阶段降水偏弱。

图4 850 hPa纬向风110°～120°E平均纬度时间演变(a.2015年、b.2018年)和850 hPa经向风110°～120°E平均纬度时间演变(c.2015年、d.2018年)(单位：m.s-1)

由此可见，2015年梅汛期暖湿气流和冷空气交汇在30°N附近,使中低层切变和梅雨锋在浙江附近维持,降水偏多。而2018年前期南北风交汇偏南,冷空气强,暖湿气流偏弱,后期暖湿气流偏强造成北推明显,降水偏少。

2.4 高层风场特征对比分析

由2015年200 hPa纬向风110°～130°E平均纬度时间演变图(图5a)可以看到,2015年高空副热带西风急流很强,且相对比较稳定,从6月1日到7月6日,维持稳定不变的强西风急流,南界位置稳定在30°～32°N之间,6月7日梅汛期开始,高空西风急流中心达到50m.s-1以上,之后位置稳定少动,但是强度有所减弱,7月1—6日强度又有所加强,6日后急流消失。梅汛期高空急流入口处右侧和低空西南急流左侧形成高空辐散低空辐合的配置,为梅汛期降水的发生提供非常有利的动力条件。2018年高空副热带西风急流明显偏弱(图5b),16日之前高空也维持较强的西风急流,但由于低空辐合不明显,高低空配合较差,未发生较强降水。17—22日有高空急流存在,南界在35°N附近,但强度不强,配合低空辐合,对应第一次降水。2—5日也有较弱高空急流存在,南界在35°N附近,该期间也有降水发生。

图5 200 hPa纬向风110°～130°E平均纬度时间演变(a.2015年、b.2018年)(单位：m.s-1,阴影区大于30m.s-1)

对比2015年和2018年高空200 hPa纬向风,2015年梅汛期高空西风急流偏强,且稳定少动,梅汛期降水发生期间,南界稳定在30°～32°N之间；而2018年梅汛期高空西风急流偏弱,且位置随时间北跳明显,梅汛期降水发生期间,南界稳定在35°N，比2015年偏北。由此可见,高空急流强且位置稳定,造成高空辐散加强,2015年降水偏多；而2018年高空急流明显偏弱,且北跳明显,位置偏北,造成2018年降水偏少。

3 梅汛期降水时段温湿场及梅雨锋结构对比分析

3.1 梅汛期降水时段温湿场特征

分析2015年和2018年梅汛期强降水期间平均温度场和湿度场分布可知,2015年第一阶段和第二阶段浙江均处于温度梯度大值区偏暖空气一侧,第三阶段降水期间北侧极地冷气团南压,水平温度梯度加大,且位置也有所南压,浙江处于水平温度梯度大值区内。湿度场分布显示3个阶段浙江均处于大值湿度区内,第三阶段湿度最大,实况显示第三阶段降水最明显；2018年第一阶段降水期间浙江处于水平温度梯度大值区,第二阶段浙江在水平温度梯度大值区南侧暖空气一侧。湿度场分布显示第一阶段浙江处在湿度大值区内,第二阶段湿度大值区位于其北侧,主要降水发生在苏皖一带。由此可见,强降水不一定发生在水平温度梯度大值区内,但是都处于相对湿度大值区内。

3.2 梅雨锋水平和垂直分布特征

假相当位温是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量,其分布反映大气中能量分布,是一个能综合反映温度和水汽条件(湿度)的物理量,其高值区也是高能区,可用来表征梅雨锋的温湿分布特征。从2015年和2018年各降水阶段的平均850 hPa假相当位温图来看(图6),2015年25°N以南地区存在一个东北—西南向的假相当位温大值区,代表高温高湿的热带海洋气团,30°N以北地区是假相当位温低值区,代表干冷的极地大陆气团；2个气团之间是假相当位温密集分布区,即梅雨锋所在的位置；以345 K作为梅雨锋南界,325 K作为北界,在强降水的第一和第二阶段，假相当位温密集带(梅雨锋区)位置类似；在降水的第三阶段，假相当位温密集带明显南压。3个阶段浙江均处在非常明显的干冷空气和暖湿空气之间的假相当位温密集区即梅雨锋内,说明3段降水均是冷暖空气配合造成明显降水的。而2018年第一阶段降水假相当位温仍存在密集带,但位置比2015年3个阶段都偏北,且呈西北—东南向,浙江处于假相当位温密集区南侧的高温高湿气团内,说明该阶段浙江降水主要是以暖区降水为主,受冷空气影响不大；2018年第二阶段降水北侧梅雨锋区进一步北抬,浙江位于梅雨锋密集带南侧,由于梅雨锋位置太偏北且锋区较弱,造成降水偏弱。

图6 平均850 hPa假相当位温(a.2015年6月7—11日、b.2015年6月13—19日、c.2015年7月1—6日)和2018年平均850 hPa假相当位温(d.2018年6月20—23日、e.2018年6月29—7月9日)(单位：K)

从850 hPa沿120°E的假相当位温垂直剖面(图7)看,假相当位温垂直方向梯度很小,接近垂直分布,反映了梅雨降水湿绝热过程位温的守恒性。在25°～30°N假相当位温等值线呈典型的漏斗状向上向下伸展,漏斗的中低层是上凸的高温高湿大气,700～800 hPa以下假相当位温随高度递减,为强的位势不稳定层结。漏斗以北在30°N附近的密集带为梅雨锋,以北是小值区干冷大气,以南是大值区的暖湿大气。2015年3个降水阶段垂直剖面图均表现出类似特征,梅雨锋接近垂直分布,而且都持续到对流层中高层,但都略向北倾斜,表现出一定的斜压性,说明降水都与冷空气密切相关。而2018年梅雨锋密集带位置明显偏北,与2015年不同的是梅雨锋只在600 hPa以下比较明显,且向南倾斜,说明降水过程没有冷空气影响；而第二阶段降水期间的梅雨锋密集带进一步北移,而且低层大气也没有明显的漏斗状,但偏北的梅雨锋密集带也有向北倾斜,由于梅雨锋位置太偏北,浙江降水不明显,雨区北移。

图7 沿120°E的假相当位温垂直剖面图(a.2015年6月7—11日、b.2015年6月13—19日、c.2015年7月1—6日)和沿120°E的假相当位温垂直剖面图(d.2018年6月20—23日、e.2018年6月29—7月9日)(单位：K)

4 结 语

通过NCEP/NCAR再分析资料和实测降水资料,对浙江省2015年多梅年和2018年少梅年梅汛期降水的大尺度环流特征和各降水时段的温湿场及梅雨锋结构进行了对比分析,得到以下几点结论。

(1)2015年梅汛期西太平洋副热带高压脊线稳定,位置持续在19°～23°N之间,西脊点相对位置比较偏西,副高这种位置利于其西北侧西南暖湿气流与北侧冷空气在浙江交汇,造成降水偏多；而2018年西太平洋副高脊线偏北明显,西脊点位置明显偏东,副高西北侧未能建立有效的水汽输送通道,造成降水偏少。2015年梅汛期南亚高压120°E脊线稳定在24°～29°N,而2018年梅汛期南亚高压120°E脊线位置明显偏北,大部分时段在30°N以北。西太平洋副热带高压脊线稳定在19°～23°N之间,西脊点稳定在100°～125°E；南亚高压120°E脊线稳定在24°～29°N,有利于浙江梅汛期降水持续发生。

(2)低空西南季风和高空副热带西风急流与梅汛期降水关系重大。2015年梅汛期低空西南季风和冷空气交汇在30°N附近,使中低层切变在浙江附近维持,高空副热带西风急流强且稳定维持,造成浙江上空高空辐散明显,降水偏多。而2018年前期冷空气强,低空西南季风偏弱,后期西南季风偏强北推明显,冷空气弱,且高空副热带西风急流偏弱,位置偏北,造成降水偏少。低层西南季风和冷空气交汇在30°N附近，高空副热带西风急流强,且稳定少动,其南界在30°～32°N之间,有利于浙江梅汛期降水发生。

(3)2015年850 hPa温度场和湿度场分布显示,强降水不一定发生在水平温度梯度大值区内,但是都处于相对湿度大值区内。2015年850 hPa假相当位温场显示3个强降水阶段浙江均处于梅雨锋密集带内,即处于冷暖气流交汇处,说明2015年的梅汛期降水都与冷空气影响密切相关；从2015年3个阶段降水的垂直剖面图可以看出,梅雨锋持续到对流层中高层,且垂直方向都是向北倾斜的,同样也说明降水与冷空气影响有关。而2018年第一阶段降水浙江位于梅雨锋南侧的高温高湿气团内,该阶段降水与冷空气无关,梅雨锋在600 hPa以下比较明显,且垂直方向向南倾斜,同样也说明此问题； 2018年第二阶段梅雨锋进一步北移,浙江位于偏北偏弱的梅雨锋的南侧,降水明显偏弱。冷空气活动与浙江梅汛期降水的发生有非常重要的关系,冷空气偏强造成梅雨锋偏强维持,有利于浙江梅汛期降水偏重。