除热带气旋影响造成的短时间洪涝外,长江中下游地区汛期旱涝总趋势主要决定于梅雨量的丰歉。因此,长江中下游梅雨到来的迟早和梅雨量的多少,直接影响长江中下游地区的夏收夏种、防汛抗洪及抗旱蓄水。而梅雨量的多寡很大程度上取决于入出梅的时间,因此,入出梅的划分和确定一直是我国天气气候学关注的重要问题。
1980年代初,我国气象界开展了关于梅雨问题尤其是入、出梅标准的讨论。讨论的分歧主要在于:是以天气(降水)实况为主或是以环流调整为主或二者兼顾来划分入、出梅日期[1];关于长江中下游单站梅雨期的划分标准也是不同的[2-3]。总的来说,目前各个省市业务天气预报主要通过副高位置、气温、雨日或雨量来确定入梅期和出梅期。由于划分标准因地、因人而异,因而所得结果的可比性较差[4]。此外,各省市台站主要关心本地的梅雨出入期,迄今尚未开展整个区域梅雨的入出时间的划定业务。从整个长江中下游地区层面出发,亟待有一种统一的认定梅雨的思路和方法。由于梅雨是大气环流季节性调整的产物[5],本文主要从环流形势的角度出发,探讨2006年夏季长江中下游地区梅雨季节的划分。
1 资料与方法本文使用的资料包括:(1)1971—2000年及2006年NCEP/NCAR逐日再分析风场、水汽场资料,空间分辨率均为2.5°×2.5°;(2)国家气候中心2006年5月1日至7月23日长江中下游5站(汉口、九江、芜湖、南京、上海)总降水;(3)国家气候中心2006年5月1日至7月23日的110~130°E平均副高脊线位置。
单位边长整层大气的水汽输送通量矢量通过如下公式计算:
其中λ是经度,φ是纬度,ps是地面气压。q为比湿,u,v分别为纬向、经向风。
2 2006年区域梅雨划分的诊断结果根据于达人[5]的研究,统一划定长江中下游的梅雨季节应从环流形势着眼,而单站的梅雨期则在长江中下游梅雨季节的基础上根据当地的降水实况作适当的订正。由此可见,整个区域对应的是梅雨季节,它属于区域气候的概念,并以环流形势的季节转换为特点。区域中的台站对应的是梅雨期,它属于局地气候的概念,并以降水和温湿指标为特征。
以上述划分区域梅雨的思路为指导,根据对长江中下游5站(汉口、九江、芜湖、南京、上海)雨量、副高特征量、环流形势、卫星云图等资料的诊断分析,划定2006年长江中下游梅雨季节的起始时间为6月5候,结束时间为7月4候;梅雨季节中上述5站的总雨量为1113.5mm,少于常年值(1208mm)。图 1为2006年5月1日至7月23日长江中下游5站总降水及110~130°E平均副高脊线位置的逐日演变图。从5站总降水的演变曲线看,自6月5候至7月4候对应一段连续降水时段,符合梅雨季节的特点。
2006年的梅雨在环流形势上不属于典型“双阻”和“三阻”的阻塞形势。在冷暖空气的相互作用上并不是明显表现为准静止锋和切变线的长时间维持,而是表现为冷暖空气交汇带的南北拉锯。由于2006年初夏东北冷涡的长时间维持和活动,整个梅雨期间西风带环流势力偏强,一方面造成2006年华南前汛期降水成灾(见图 2a)而长江中下游入梅偏晚(见图 2b),另一方面造成梅雨带呈东北西南走向,造成淮河流域梅汛期降水偏多(见图 2c)。长江中下游梅雨偏少,成为继2005年以来又一个梅雨偏少年。
对6—7月连续5天滑动平均的500hPa位势高度场的诊断分析发现,在6月4候后期副高有一个加强北抬突变的过程,从6月5候起副高脊线基本稳定于24°N左右,长江中下游盛行西南风,符合梅雨季节的环流条件(见图 3a)。7月3候受台风碧丽斯影响,副高东退;但到7月4候后期,随着碧丽斯台风的移出和消亡,副高明显加强西伸北抬,其脊线维持在25°N以北,进而完成了副高南北向位置的第二次突变,长江中下游地区完全受副高控制并出现高温天气(见图 3b)。从区域的角度看,碧丽斯台风属2006年长江中下游梅雨季节的出梅台风。由此,可将长江中下游的梅雨季节定为6月5候至7月4候。根据NOAA阻塞强度时间演变产品(图略),2006年梅雨季节对应的西风带的阻塞形势不明显,导致梅雨锋不能长期稳定在长江中下游地区,这可能是造成2006年长江5站梅雨总量少于常年的原因之一。
副高位置的逐日演变(图 3)也表明,其脊线位置从6月5候至7月2候大体位于20~25°N之间,符合梅雨季节副高脊线的配置情况。副高脊线在7月3—4候中出现大幅北抬,甚至有4天的脊线位置超过30°N,这似乎是不符合梅雨季节的副高脊线配置。但进一步分析7月11—20日的500hPa逐日天气图可以发现,台风碧丽斯的西行登陆过程导致副高的东退北抬,而并非是副高的第二次突变北上(见图 4)。由此,确定6月5候至7月4候为长江中下游的梅雨季节是较为合适的。
从200hPa环流演变来看,6月3—4候南亚高压1252线的位置要么在27°N以南(见图 5a),要么在110°E以西(见图 5b)。6月23日从青藏高原东部分离出一个高压,南亚高压向东扩展,1252线开始控制长江中下游地区。在整个6月5候至7月4候的梅雨季节中,长江中下游的高空环流基本受南亚暖性高压控制(见图 5c)。从7月5候起,南亚高压进一步加强东移北抬(见图 5d),这意味着梅雨季节的结束。这与已有的关于梅雨期和高空环流形势对应关系的研究较为一致。
南亚高压在上述演变过程中的作用,可通过下述P坐标的准地转涡度方程来分析说明(下述符号按常规意义定义):
由于这里主要考虑南亚高压的移动,故可设
不失一般性,可设ω在p方向上为单波函数
在讨论高层大气随高度的纬向运动情形,
上式表明,涡度平流随高度的变化决定着垂直运动的方向。当中高层大气随高度出现负涡度平流时,即在中低层出现下沉运动,诱发副高反气旋的发展[7]。对应本文所讨论的情况,6月5候南亚高压的向东扩展,可直接在动力学上导致该时段西太平洋副高的西伸与北抬。从梅雨季节500hPa到200hPa的环流演变诊断以及它们的内在动力学联系上看,确定6月5候为长江中下游梅雨季节开始有着中高层环流上的一致性。
3.3 水汽输送演变考察6月3—4候平均、6月5候至7月4候平均、7月5候平均的水汽输送场,如图 6所示。6月3—4候,中国东部水汽输送的大值区位于长江以南—湘、赣、闽一带(沿25°N附近),而长江中下游地区的水汽输送较小(小于100kg·m·s-1);在6月5候至7月4候,我国东部水汽输送大值区位于长江中下游一带;到7月5候,长江中下游一带的水汽输送明显减弱。这样的水汽输送特征与上述确定的6月5候至7月4候为梅雨季节是相吻合的。
印缅槽的活动为长江中下游梅雨季节提供丰沛的水汽来源。2006年印缅槽指数与梅雨关系的诊断发现,在6—7月期间,当印缅槽指数出现谷值时,未来1~3天都伴随长江中下游的明显降水过程。印缅槽3次较强的加深过程正好发生在6月5候至7月4候期间(见图 7),这从低纬环流角度印证了划定6月5候至7月4候为长江中下游梅雨季节的合理性,因为它体现了不同环流要素所表征的梅雨这一天气气候事实的相对一致性。
据国家气候中心的南海季风逐候演变图[8](图 8),2006年6—7月总体上南海季风以偏弱的状态为主。值得注意的是,2006年6—7月南海季风的每次加强在未来2~3候都伴随着副高的突变。6月2候南海季风的加强与6月4候后期副高的第一次突变相对应,长江中下游在此候进入梅雨季节。7月2—3候南海季风的加强对应7月4候后期的副高第二次突变和梅雨季节的结束。而长江中下游的梅雨季节却与南海夏季风的减弱期相对应。
根据上海区域气候中心的东亚副热带季风指数[9]逐候演变图(图 9),从6月中旬至7月上旬,东亚副热带季风强度处于低谷,可能是造成区域梅雨降水较常年偏少的原因之一。
另外,根据WY(WEBSTER P J, YANG S.)印度季风指数[10]的逐候演变图(图 10),2006年33—37侯的印度夏季风较常年偏弱,也可能是造成长江中下游梅雨降水较常年偏少的原因之一。
总的来说,无论是印度夏季风还是东亚夏季风(南海夏季风和副热带夏季风),在长江中下游梅汛期时段均较常年偏弱,可能也是造成2006年梅雨较常年偏少的重要原因之一。
5 结论与讨论本文主要从环流角度,根据对长江中下游5站雨量、副高特征量、环流形势、水汽输送等的诊断分析,划定2006年长江中下游梅雨季节的起始时间为6月5候,结束时间为7月4候;梅雨季节中长江中下游5站的总雨量较常年偏少。对梅雨与东亚夏季风(南海夏季风和副热带夏季风)及印度夏季风关系的研究表明,印度夏季风和东亚夏季风在长江中下游梅汛期时段均较常年偏弱,可能是造成2006年梅雨较常年偏少的重要原因。
长江中下游的梅雨属副热带季风特有的天气气候现象,也是我国气象学界普遍重视的课题。梅雨的划定是一个极其重要和基础的问题,在此基础上才能对其进行更深入的认识和研究。准确认定梅雨涉及到许多方面的工作,并且从不同的角度研究梅雨所得出的结论也不完全一致。本文只是从以环流为主导的常规角度出发,对2006年长江中下游梅雨季节作一个初步的确定;其目的一方面是通过诊断分析加深对梅雨的认识从而提高梅雨诊断的水平,另一方面则是为天气气候的科研与业务建立区域层面梅雨季节的客观样本,从而推动副热带季风以及相关业务与研究的发展。
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