四川盆地連陰雨成因分析

四川盆地連陰雨成因分析

秋天，隨著季風(fēng)氣候系統(tǒng)的南下，中國大部分地區(qū)的雨季結(jié)束。然而在華西地區(qū)(21°~39°N,95°~114°E),即渭水流域、漢水流域?yàn)橹鞯年兡稀㈦]南地區(qū)以及四川盆地、貴州和云南等地常出現(xiàn)影響范圍大、持續(xù)時間長的連陰雨,稱之為華西秋雨綿綿秋雨是西南地區(qū)秋季的主要天氣,也是該地區(qū)的氣象災(zāi)害之一。9—10月是華西地區(qū)農(nóng)作物秋收的季節(jié),連陰雨天氣會導(dǎo)致成熟的秋糧易發(fā)芽霉變,棉花爛桃,也會影響晚稻抽穗揚(yáng)花,未成熟的秋收作物生長期延緩,容易遭受凍害等,給農(nóng)作物的收成造成嚴(yán)重影響。華西秋雨區(qū)山地多,長時間的連陰雨后容易出現(xiàn)滑坡、泥石流等。有些年份由于雨量大,持續(xù)時間長,造成洪澇災(zāi)害。華西秋雨對該地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水庫蓄水、人民生活和財產(chǎn)安全都有著重要的影響,因此研究華西秋雨不僅是個科學(xué)問題,在應(yīng)用上也具有重大的實(shí)際意義。有關(guān)華西地區(qū)的秋季連陰雨天氣,前人的研究多側(cè)重于連陰雨的年際變化、華西秋雨的分布特征、華西秋雨指數(shù)的對比與改進(jìn)、華西秋雨與大氣環(huán)流轉(zhuǎn)變的關(guān)系、季風(fēng)進(jìn)退(包括高原季風(fēng)、熱帶季風(fēng)和冬季風(fēng)等)與華西秋雨起止的關(guān)系等1降水測定指標(biāo)所用資料是國家氣象中心下發(fā)的東北半球T213客觀分析的逐日資料,時間為2014年9月7—19日,分辨率為2.5°×2.5°,物理量包括各標(biāo)準(zhǔn)等壓面的高度(H)、風(fēng)速(u,v)、垂直速度(w)、溫度(T)、相對濕度等。所用降水資料為中央氣象臺提供的逐日08:0024h實(shí)時觀測降水資料。副熱帶高壓(副高)指數(shù)的日資料來自國家氣候中心發(fā)布的74項(xiàng)環(huán)流指數(shù)。220盆地降水的年際分布根據(jù)羅霄等2014年9月7—19日,四川盆地出現(xiàn)大范圍的連陰雨天氣,降水量普遍在5~360mm(圖2)。從該過程的累計降水量分布(圖2)可以看出,降水的大值區(qū)(100mm以上)主要集中在盆地中東部,最大可達(dá)360mm左右。從氣象災(zāi)害的災(zāi)情直報中可知,這次連陰雨天氣造成盆地中東部地區(qū)直接經(jīng)濟(jì)損失3690萬元,總受災(zāi)人數(shù)達(dá)5萬多人,房屋倒塌154間,農(nóng)作物受災(zāi)2328.7hm3循環(huán)形勢分析3.15副高綜合西伸和西伸2014年9月7—19日500hPa平均高度場上,中高緯度為兩槽一脊形勢,烏拉爾山以東的歐亞中高緯地區(qū)維持寬廣的低壓區(qū);極渦偏于東半球,位于新地島以東洋面;北支鋒區(qū)平直且寬闊,位于40°~50°N。在連陰雨開始的前2d(5—6日),我國大陸35°~45°N出現(xiàn)3條及以上的等溫線,達(dá)到鋒區(qū)要求。從7日開始,北支鋒區(qū)上有不斷分裂的西風(fēng)帶低槽經(jīng)新疆、高原北側(cè)東移,給四川盆地帶來持續(xù)的冷空氣。同時,西太平洋副熱帶高壓勢力強(qiáng)大,588dagpm線控制了長江中下游以南的大部分地區(qū),副高整體呈現(xiàn)西伸北抬的趨勢(表1)。12—13日開始,中緯度的等溫線變密,鋒區(qū)加強(qiáng),副高脊線位于27°N附近、西伸點(diǎn)達(dá)到105°E以東。南支槽偏于80°E,位于印度半島,南支槽前的西南氣流與副高西側(cè)的偏南氣流向四川輸送暖濕空氣。在這種背景下,四川中東部地區(qū)受到冷暖氣流的持續(xù)影響,形成了持續(xù)的連陰雨天氣,且極易形成暴雨天氣。這種形勢維持到15日08:00,中低緯度環(huán)流出現(xiàn)了明顯的調(diào)整。這是由于2014年15號臺風(fēng)“海鷗”的出現(xiàn)改變了環(huán)流背景,“海鷗”于12日14:00在西北太平洋上生成(表2)。14日08:00臺風(fēng)“海鷗”進(jìn)入中國南海海域,開始改變副高的形狀,使得副高變成東西走向的帶狀分布(圖3)。臺風(fēng)逐漸向西北方向移動,使得副高從15日開始,向北向東移動。臺風(fēng)“海鷗”于16日09:40在海南文昌首次登陸,同日12:45在廣東徐聞第2次登陸,23:00在越南廣寧第3次登陸,登陸后強(qiáng)度減弱,并于17日23:00在云南普洱境內(nèi)停止編號。同時,副高在“海鷗”停止編號前后迅速西伸。17日20:00,當(dāng)“海鷗”在中越邊界減弱為倒槽時,副高西伸點(diǎn)從108°E附近迅速西伸至100°E附近,到18日西太平洋副高與中心位于高原的大陸高壓打通合并形成東西帶狀的高壓壩。19—20日盆地中東部處于副高外圍的波動淺槽附近,還有少量降水。20日之后四川盆地全部受到高壓控制,連陰雨天氣結(jié)束。3.27月之后川東北暴雨天氣700hPa切變線的建立和維持是四川中東部連陰雨天氣形成的主要影響系統(tǒng)。2014年9月11日08:00從甘肅南部至四川西南部有切變建立,20:00切變線東移南壓至陜西—川東北一線。12日08:00—15日20:00,切變線在四川東北部維持,并且切變線上不斷有低渦形成(圖4a),由此造成川東北連續(xù)數(shù)日出現(xiàn)暴雨天氣。16日08:00—17日08:00隨著切變線西退北抬,四川中東部轉(zhuǎn)為偏南氣流控制(圖4b),暴雨天氣結(jié)束。即前期降水(15日之前)高低空系統(tǒng)配置較好,動力條件較強(qiáng);后期降水(15日之后)高低空系統(tǒng)配置相對較差,動力條件相對較弱。中尺度分析中顯著流線和濕舌(T-Td≤5℃)范圍表明,偏南氣流帶來的暖濕水汽在四川中東部形成高濕區(qū),從而造成四川中東部在16—20日仍出現(xiàn)降水天氣。3.38西部沿邊地區(qū)—50hPa環(huán)流特征850hPa四川盆地中東部從9月7—15日一直有低渦不斷生成和發(fā)展,以11日20:00850hPa的天氣圖為例(圖5),在四川盆地中東部有西南渦維持,盆地內(nèi)以回流的偏東氣流(東北風(fēng)和東南風(fēng))為主。在盆地北部有甘肅、陜西南部攜帶的冷平流進(jìn)入四川盆地,南海的水汽由副高邊緣的南風(fēng)輸送到四川東部,盆地內(nèi)的溫度露點(diǎn)差為3℃以內(nèi),水汽條件較好,形成高濕區(qū)。充沛的水汽與低層的輻合上升氣流相配合,造成了11—12日盆地中東部的降水強(qiáng)度較大,其中射洪站日降水量達(dá)95mm。16—18日川東北地區(qū)低渦仍維持,但位勢高度升高至148~152dagpm,表明低層輻合在此期間減弱,降水強(qiáng)度隨著減弱。4u3000水汽通量散度對比分析850、700、500hPa的水汽輸送通量發(fā)現(xiàn),連陰雨期間水汽輸送以低層為主。逐日分析盆地中東部低層水汽通量散度發(fā)現(xiàn),15日08:00之前該地區(qū)的水汽來源主要是副高外圍的偏南風(fēng),之后的水汽來源主要是臺風(fēng)“海鷗”的外圍云系。以11日08:00和17日08:00的水汽通量散度(圖6)為例,11日08:00盆地中東部受到副高外圍南風(fēng)和東南風(fēng)輸送的水汽為主,輻合中心為-30×10一般而言,秋季降水的有利條件是850hPa的比濕大于8g/kg,700hPa的比濕大于6g/kg。分析對流層低層850和700hPa的比濕剖面圖發(fā)現(xiàn),9月7—19日四川盆地的850hPa的比濕均在11g/kg以上,700hPa的比濕均在9g/kg以上,水汽條件較好。在相對濕度的剖面圖中,9月7—19日四川盆地的相對濕度整體較高,水汽條件較好。以12日08:00的100°~110°E水汽通量散度剖面圖為例,在四川中東部地區(qū)(104°E,30.2°N)500~925hPa維持為80%的濕區(qū),整體表現(xiàn)為對流層中低層水汽條件較好。從水汽輸送通量、比濕、相對濕度等不同物理量的診斷分析中均可以發(fā)現(xiàn),9月7—19日盆地中東部水汽條件較好,有利于連陰雨天氣過程的持續(xù)。5暴雨天氣過程分析連陰雨期間假相當(dāng)位溫分布特征(圖7)發(fā)現(xiàn),盆地南部及東北部處于高值區(qū),盆地西北側(cè)為能量低值區(qū)。能量高值區(qū)呈現(xiàn)先向北擴(kuò)展再向南退的過程,對應(yīng)著西南和東南方向暖濕氣流的水汽輸送,由于副高的西伸,大量暖濕空氣輸送到盆地地區(qū),盆地能量逐漸積累,至12—13日暴雨天氣過程結(jié)束,能量耗散,700和850hPa的假相當(dāng)位溫均明顯降低(表3)。而西北側(cè)的低值區(qū)的演變對應(yīng)著干冷空氣的變化。分析9月3—21日單站(射洪)850hPa的假相當(dāng)位溫場發(fā)現(xiàn),在9月9日降水開始之前不斷有能量的累積,假相當(dāng)位溫逐漸增加達(dá)到最大值79℃,降水開始之后能量不斷耗散,假相當(dāng)位溫逐漸降低至60℃,降水結(jié)束后隨著能量的聚集,假相當(dāng)位溫逐漸增加。分析此次連陰雨天氣過程的假相當(dāng)位溫差值(700hPa-850hPa)(表3)發(fā)現(xiàn),13日之前差值基本為負(fù),代表大氣處于不穩(wěn)定層結(jié),屬于不穩(wěn)定降水;13日之后,隨著暴雨天氣結(jié)束,不穩(wěn)定能量釋放,差值基本為正,代表大氣處于穩(wěn)定層結(jié),屬于穩(wěn)定性降水。6連陰雨輻合場對比分析沿連陰雨區(qū)做垂直速度的剖面圖發(fā)現(xiàn),在連陰雨天氣期間,四川中東部地區(qū)中低層一直是上升運(yùn)動,其中9月9日20:00整層大氣都維持著上升運(yùn)動,一直延展到對流層頂,強(qiáng)中心出現(xiàn)在850hPa以上。結(jié)合散度場的垂直剖面圖發(fā)現(xiàn),在連陰雨過程中呈現(xiàn)出低層輻合、高層輻散的分布特點(diǎn),高層輻散所造成的抽吸作用能夠?qū)е律仙\(yùn)動和低層輻合的發(fā)展,這種配置為連陰雨天氣提供了良好的動力抬升條件。高層維持強(qiáng)輻散,對降水強(qiáng)度和陰雨持續(xù)起主導(dǎo)作用,高層輻散不僅有利于上升運(yùn)動的產(chǎn)生和維持,也有利于氣旋性渦度柱上空抽吸作用的加強(qiáng)。連陰雨期間,輻散中心位于500hPa左右,當(dāng)高空輻散增強(qiáng)、低層輻合加強(qiáng),雨勢也相應(yīng)加大。分析850hPa渦度場的剖面圖發(fā)現(xiàn),9月7—19日盆地中東部的渦度值均為正值,且在12日達(dá)到最大值(15s7u3000利用副高邊緣輸送、運(yùn)輸暖濕空氣過程(1)此次連陰雨天氣過程500hPa中高緯度呈現(xiàn)兩槽一脊的環(huán)流形勢,烏拉爾山長波脊較常年偏強(qiáng),在連陰雨天氣過程中,不斷經(jīng)向發(fā)展,脊前的西北氣流為連陰雨提供了冷空氣。巴爾喀什湖分裂的小槽東移過程中,經(jīng)過新疆、青海等地,輸送冷空氣到四川盆地。西太平洋副熱帶高壓在連陰雨過程中不斷西伸北抬,最西到達(dá)100°E以西地區(qū),其西南邊緣建立了一個持續(xù)的水汽通道,不斷為四川盆地輸送暖濕空氣。后期由于臺風(fēng)“海鷗”使副高東撤,但臺風(fēng)外圍持續(xù)為該地區(qū)輸送暖濕空氣。在這一環(huán)流背景下,北方南下冷空氣與南方北上暖濕空氣在四川中東部交匯,導(dǎo)致連陰雨天氣。(2)中低層的天氣形勢表明,700hPa有西南渦不斷生成,同時在盆地中東部有切變線,850hPa在四川盆地中東部也有西南渦維持,且盆地內(nèi)以東北風(fēng)和東南風(fēng)氣流為主。切變線是連陰雨天氣的直接影響系統(tǒng)。從甘肅南部有冷平流進(jìn)入四川盆地,從南海沿副高