准双周振荡对榆林夏季极端强降水的影响

薛小宁?王彤?屈艳梅

摘 要：利用榆林12个国家气象站1979—2019年的5—9月的汛期逐日降水资料和NCEP-DOE再分析资料，对榆林汛期极端强降水进行了遴选，分析了准双周振荡对榆林夏季极端强降水的影响，合成了榆林夏季极端强降水的要素场，并提炼了相关概念模型，利用该概念模型对榆林2019年夏季5次极端强降水事件进行了分析。结果表明：（1）榆林市夏季降水具有显著准双周（10～30 d）振荡特征；（2）整个汛期极端强降水呈现单峰分布，从5月入汛后，极端强降水事件增多，8月达到峰值，高频区位于西部的定边，西北部的榆阳、横山、神木；（3）极端强降水对应的准双周振荡环流特征表现为副高西伸北抬，伴随西风带低值系统的东移，副热带西风急流北抬；物理场上高层辐散、中低层辐合，强辐合伸展至500 hPa；500、700 hPa风为气旋式辐合的西南风，850 hPa先后表现为西南—东南—东北风的转变；整层水汽场上为西南风水汽输送；（4）利用概念模型诊断已出现的极端降水事件，只有一小部分符合其特征，这可能与模型建立时应用了距平处理和滤波处理对中小系统进行了平滑和过滤有关。

关键词：准双周振荡；夏季极端强降水；环流特征；物理量场特征

中图分类号：P426.6 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

准双周振荡是全球大气季节内变化的一个重要模态，其对夏季东亚天气和气候有重要影响[1]。金小霞等[2]研究表明，南海—西北太平洋地区夏季（5—10月）热带气旋的生成受到热带大气准双周振荡的明显调制，多数热带气旋发生在大气准双周振荡的湿位相，少数热带气旋发生在干位相；当处于湿位相时，西北太平洋季风槽加强、非绝热加热增强和纬向风垂直切变减弱。西北太平洋地区热带气旋路径亦受热带大气准双周振荡的影响[3]。陈思等[4]指出，热带和中纬度大气准双周振荡均对华南5—6月低频降水有重要影响。黄少妮等[5]对陕西降水季节及季节内振荡的气候特征进行了分析，认为陕西大部分地区降水以季节变化（年循环）为主，降水准双周振荡在全省范围内比较显著，气候平均态下降水的准双周振荡幅度于4月中旬开始逐渐加强，7—9月振幅最强，10—11月开始逐渐减弱；降水准双周振荡显著时期主要在夏季，而30～60 d季节内振荡在全省全年都存在，夏季比冬季振幅大。

面对极端降水天气过程，常规的预报技术和手段难以准确预测。季节内振荡的时间尺度介于天气和气候之间，可以作为联系天气和气候的纽带。陕北夏季降水具有准双周振荡的特征，通过对准双周振荡特征的分析对夏季极端强降水事件的预报具有现实意义。提炼了大气准双周振荡影响极端强降水事件的概念模型，并挑选极端强降水典型个例，将概念模型应用于个例诊断，对提高预报预测能力，做好气象服务和防灾减灾工作具有重要作用。

1 资料和方法

利用榆林市1981—2010年5—9月的逐日降水资料作为气候平均资料，将日降水大于95%分位降水定义为极端降水，确定极端降水的临界值。利用此临界值遴选了1979—2019年间5—9月榆林发生的273次极端强降水事件，分析了榆林汛期各月的极端降水频次分布。

将NCEP-DOE再分析资料利用lanczos滤波法进行了合成，得到了榆林汛期产生极端强降水事件的概念模型。利用此概念模型对榆林2019年7月22日暴雨过程、7月29日对流性大暴雨过程、8月3日暴雨天气过程、9月11日连阴雨中的大雨天气过程、8月24日大雨天气过程事件进行了诊断分析。

2 榆林汛期极端强降水的分布特征

发生极端强降水的天数定义为极端降水频次。榆林1979—2019年共出现273次极端强降水事件，最多年11次，最少年1次。其中5月29次，6月40次，7月75次，8月84次，9月45次。整个汛期呈现单峰分布，从5月入汛后，极端强降水事件增多，8月达到峰值。

5月极端强降水的高频次区位于榆林西部的定边、靖边县，为1.0和1.1次；6月极端强降水事件较5月增多且高频次区位于榆林西部的定边、靖边、横山区，为1.4、1.3和1.4次；7月极端强降水的高频次区位于榆林北部的神木、府谷，为2.7和2.5次，较6月显著增多；8月极端强降水的高频次区位于北部的神木、府谷、榆阳、横山、佳县，最大为榆阳3.0次；9月极端强降水的高频次区南落至东南部县区，中心位于子洲为1.8次。整个汛期高频区位于西部的定边、西北部的榆阳、横山、神木。

3 榆林夏季极端强降水与大气准双周振荡的关系

对榆林1979—2019年夏季逐日降水距平進行EOF分析，其第一模态的空间场EOF1和第二模态的空间场EOF2如图1所示，第一模态降水呈现全区符号一致的变化，第二模态东南部呈现出其他地区降水反位相的变化特征，这反映了全区降水一致，即可以当作一个整体来进行研究。因重点关注季节内时间尺度，因此对降水距平预先进行5 d滑动平均，对多年夏季降水距平进行功率谱分析，然后平均多年的功率谱，得到功率谱分布，其中，绿线为马尔可夫红噪声谱，蓝线和红线分别是马尔可夫红噪声谱的5%和95%置信水平，降水时间序列的功率谱（黑线）大于95%置信水平，说明榆林地区的降水距平存在10～30 d准双周振荡特征。

4 榆林夏季极端强降水的环流特征概念模型

选取榆林1979—2019年间273次极端降水事件。将NECP-DOE再分析数据利用lanczos滤波器进行要素场合成，得到区域平均极端降水事件对应的准双周环流概念模型。

4.1 500 hPa位势高度和垂直速度特征

榆林地区极端降水的发生对应于欧洲地区异常低压向东南逐渐移动至巴尔喀什湖以东地区。日本附近2个异常高压向西移动，约在Day-4时融合成一个高压，并大致在渤海上空维持；这导致西太副高西伸、北抬，东亚副热带急流北移。极端强降水发生时，中纬度为东高西低环流形势，东部的高压环流对西部的低槽有一定的阻挡作用，有利于降水的维持，环流经向度大，垂直运动强，垂直速度在Day-2～Day0持续达-2.4×10-2 Pa/s，为强降水产生提供强烈的上升运动条件（图2）。

4.2 200 hPa副热带西风急流特征

榆林地区极端降水的发生对应于欧洲地区副热带西风急流向东逐渐移动至贝湖以南地区，中心位于（115°E，43°N）附近。同时贝湖南部的东风气流加强向东南移至江淮流域上空，在Day-2强度显著加强。极端强降水发生时，榆林位于东西风带的过渡区，副热带西风急流的南侧，高空锋区的南侧，按照锋区随高度向北倾斜的原理，中低层榆林正处于锋区中，利于产生极端强降水。

4.3 风场特征

榆林地区极端降水的发生对应850 hPa风场的特征为：Day-8有显著的西南风发展，Day-6西南风气流的气旋性涡度增强，Day-4转为一支东南风急流，Day-2东南风急流显著加强。极端强降水发生时，850 hPa榆林上空转为东北气流。

极端降水的发生对应700 hPa风场的特征为：Day-6有显著的西南风发展，Day-4转为一支南风急流，Day-2南风急流气旋性涡度显著加强，向西南风转变。极端强降水发生时，700 hPa榆林上空转为西南风气流。

如图3所示，极端降水的发生对应500 hPa风场的特征为：Day-6之前为气旋后部的东北气流，Day-4转为一支南风气流，Day-2受环流径向度加大，东西高压对形成后，气压梯度对比加大，南风气流显著加强。极端强降水发生时，东部的反气旋性环流减弱东退，500 hPa榆林上空转反气旋西北侧的西南风气流。

4.4 低层涡度场和高层散度场特征

极端降水的发生对应850 hPa涡度场的特征为：Day-4正涡度显著加强，且在东北和东海有负涡度中心存在；Day-2正涡度减弱，且在东北和东海有负涡度中心加强，趋于合并；极端强降水发生时，850 hPa榆林上空正涡度较弱。

如图3所示，极端降水的发生对应700 hPa涡度场的特征为：Day-4正涡度较弱，且在东北和东海有负涡度中心存在；Day-2正渦度显著加强，且在东北和东海有负涡度中心加强，趋于合并；极端强降水发生时，700 hPa正涡度中心位于榆林上空。

极端降水的发生对应200 hPa散度场的特征为：前期正散度中心位于中亚地区的咸海以东，不断向东发展，Day-4移至贝湖南侧，强度增强；Day-2正散度显著加强，中心位于河套地区；极端强降水发生时，200 hPa正散度中心位于榆林上空。高空正散度为降水的产生提供了有利的高空辐散场。

4.5 水汽通量及其散度场

极端降水的发生对应于欧洲地区异常低压环流向东南逐渐移动至巴尔喀什湖以东地区。日本附近2个异常高压环流向西移动，约在Day-4时融合成一个高压环流，并大致在渤海上空维持；极端强降水发生时，中纬度为东高西低环流形势，东部的高压环流对西部的低槽有一定的阻挡作用，有利于降水的维持，环流经向度大，高低压环流对峙，有利于偏南气流的加大，加大西南风水汽输送和水汽的辐合，榆林上空为强水汽辐合区。

5 2019年榆林5次极端强降水过程诊断分析

对比分析榆林7月22日暴雨过程、7月29日对流性大暴雨过程、8月3日暴雨天气过程、9月11日连阴雨中的大雨天气过程、8月24日大雨天气过程事件的要素合成场，前4次过程与所建立的概念模型不相符，只有8月24日的中到大雨天气过程与概念模型相符。

6 结论

（1）榆林市夏季降水具有显著准双周（10～30 d）振荡特征。

（2）整个汛期极端强降水呈现单峰分布，从5月入汛后，极端强降水事件增多，8月达到峰值，高频区位于西部的定边、西北部的榆阳、横山、神木。

（3）极端强降水对应的准双周振荡环流特征表现为副高西伸北抬，伴随西风带低值系统的东移，副热带西风急流北抬；物理场上高层辐散、中低层辐合，强辐合伸展至500 hPa；500、700 hPa风为气旋式辐合的西南风，850 hPa先后表现为西南—东南—东北风的转变；整层水汽场上为西南风水汽输送。

（4）利用概念模型诊断已出现的极端降水事件，只有一小部分符合其特征。这可能与模型建立时应用了距平处理和滤波处理，对中小系统进行了平滑和过滤有关。

参考文献

[1] 杨双艳，武炳义，胡景高，等.大气准双周振荡的研究进展[J].大气科学学报，2015，38（6）：855-864.

[2] 金小霞，何金海，占瑞芬，等.南海—西北太平洋地区大气准双周振荡对TC生成的调节作用[J].热带气象学报， 2012，28（4）：451-460.

[3] 陶丽，李双君，濮梅娟，等.热带大气准双周振荡对西北太平洋地区热带气旋路径的影响[J].大气科学学报， 2012，35（4）：404-414.

[4] 陈思，简茂球.影响华南前汛期降水异常的准双周振荡传播特征[J].中山大学学报（自然科学版），2015，54（3）：130-137.

[5] 黄少妮，许新田，王丹.陕西降水季节及季节内振荡的气候特征[J].干旱气象，2014，32（1）：46-51.