1、华南前汛期不同降水时段的特征分析第 28 卷第 2 期2005 年 4 月南京气象学院JournalofNanjingInstituteofMeteorologyV01.28No.2Apr.2005文章编号:10002022(2005)02-0163-09华南前汛期不同降水时段的特征分析池艳珍,何金海,吴志伟(1.南京信息工程大学大气科学系,江苏南京 210044;2.中国气象局广州热带海洋气象研究所,广东广州 510080)摘要:利用 1957_2001 年华南地区 74 个测站逐日降水资料和同期 NCEP/NCAR逐日再分析格点资料,对华南前汛期(4_6 月)不同降水时段的特征进行了比较.
2、分析发现,华南前汛期降水由锋面降水和夏季风降水两个时段组成.锋面降水时段主要集中在 4 月,为典型的由冬到夏过渡的环流形势,华南地区高空为平直的副热带西风急流,大气层结稳定,水汽来源主要是阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送;南海夏季风爆发前,副高仍控制南海地区 ,华南地区水汽输送主要来源于阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送及孟加拉湾的西南输送;南海夏季风爆发后,副高东撤退出南海地区,南半球越赤道水汽输送加强并与孟加拉湾水汽输送连通,华南区域内对流发展;夏季风降水时段盛期主要集中在 6 月,此时南亚高压跃上高原,华南地区处于南亚高压东部,对流发展极其旺盛,强大的南
3、半球越赤道水汽输送越过孟加拉湾和南海地区向华南地区输送.关键词:华南前汛期;锋面降水;夏季风降水中图分类号:P468.0 文献标识码:A华南地区受到热带季风和副热带季风的共同影响,是我国雨量最充沛的一个区域.与国内其它地区比较,平均年雨量最大,暴雨次数最多,而且雨季汛期也最长,早至 3 月底,4 月初开始直到 9 月甚至 10 月才结束.4_6 月为第一个多雨期(称为前汛期),占全年降水的 40%50%或更多 ,降水集中,雨量大,故历来受到重视.这方面的研究很多,并取得一定的成果.已有的研究表明,华南前汛期降水有显着的准 3a 周期,降水主要受大尺度西风带锋面系统影响.此外,西太平洋副高,海温
4、,青藏高原积雪,南极海冰和季风爆发等也可以影响华南前汛期降水.上述研究在讨论华南前汛期降水的时空演变特征,影响因子和影响机理时,大多把华南前汛期作为一个整体来讨论.事实上,东亚地区自春到夏存在副热带季风雨季和热带季风雨季,相应地华南前汛期降水可分为前期的锋面降水和后期的夏季风降水,因此,将其作为一个整体来研究它的影响因子,影响机理和预测方法是不恰当的.本文将华南前汛期降水收稿日期:2004-09.06;改回日期:200412.16基金项目:广东省自然科学基金资助项目(0400391);“热带海洋气象科学研究基金“资助作者简介:池艳珍(1972-),女 ,福建连城人,硕士生,现在福建省气象局工作
5、 .Email:cyz0605sina.eom.164 南京气象学院第 28 卷分为“ 锋面降水“ 时段和“夏季风降水“时段,比较了这两种性质的降水在热力学 ,动力学和环流特征等方面的差异,试图为华南前汛期降水的预测提供新的思路.1 资料及处理本文所用资料包括:(1) 国家气候中心整编的 740 站逐日降水资料,时间为 1957-2001年;(2)同期 NCEP/NCAR 的温度 ,水平风场,位势高度,比湿及地面气压逐 13 再分析格点资料,分辨率为 2.5.2.5.以上资料时段均取 3-_6 月.为研究整个华南地区的前汛期降水特点,本文选取 106121.E,20 27.5.N 作为研究区域
6、,但剔除降水资料长度不足 45a 的站点,最后选取 74 个测站代表华南地区,其分布见图 1.本文计算了垂直积分的水汽通量,计算方法 32.N如下:设在 P 坐标系中单位时间通过垂直于风向 28?N的底边为单位长度,高为整层大气柱的面积上的总的水汽通量(即垂直积分的水汽通量)Q(单望 24.N位:kg?m?s),则有:纬向水汽输送通量:20.N1tPQn 言 JqMN经向水汽输送通量:1 广 psQ=寺 J.其中,P 为地表面气压 ,P 取为 300hPa,q 为比湿(kg/kg),g 为重力加速度.图 l 华南地区站点分布Fig.1Locationsofobservationalstatio
7、nsinSouthChina为了研究华南地区的大气层结状况,本文还通过 1000300hPa 各等压面层的温度和比湿计算各层的假相当位温(0),并用它随高度的变化来讨论大气稳定度的变化情况.2 华南前汛期降水特征2.1 降水量的时间演变图 2 是 1957-2001 年 3-_6 月多年平均华南地区候平均降水量演变.由图 2 可以看出:从春季到初夏,华南地区候平均降水量总体呈逐渐增加的趋势,但是在 4 月第 5 候至第 6 候降水量有所减少,至 5 月 1 候降水量出现剧增,而在 5月 5 候的略微减少之后,5 月第 6 候后又明显增加.华南前汛期降水存在两个较明显的峰值,第1 个峰值主要集中
8、于 4 月,最大降水量约为6mm;第 2 个峰值出现在 6 月,量值上明显大于第 1 个,特别是 6 月中上旬,候平均降水量可达10mm 左右图 21957-2001 年华南地区候平均降水量演变Fig.2PentadmeanrainfallsinSouthChinaaveragedoverl957_20ol第 2 期池艳珍等:华南前汛期不同降水时段的特征分析 1652.2 水汽输送为了解从春到夏华南地区水汽输送的演变,绘制了多年平均的垂直积分的逐候水汽通量分布图(图 3).由图可以看出,4 月 1 候(图 3a)水汽输送仍属于较典型的冬季输送形势:中纬度为一致的西风输送,低纬度为带状的东风输送
9、,而 100110.E 间为西太平洋副热带高压(下称副高) 西南侧的东风转向气流输送.在这种水汽输送的背景下,华南地区的水汽来源主要有两个:一是源自阿拉伯海的西风水汽输送;二是副高南侧的东风水汽输送,前者向东伸展直接进入华南地区,后者在中南半岛和南海地区转向进入华南地区.相比较而言,4月 6 候(图 3b)输送形势发生了较大变化,最突出的特征是热带东风水汽输送带崩溃,7090.E 的热带印度洋上出现了较强的西风输送,105.E 出现了非常弱的越赤道输送 ,但此时索马里越赤道气流仍未形成.35N25N15?N5.N5S35.N25N望 15?N5N5.S35.N25N15?N5N5.S40.E6
10、0.E80*E1o(rEl2E经度40.E60*E80.E10(rE12E经度 400图 31957-2001 年逐候垂直积分的水汽输送通量 Q 分布(单位:kg?m ?s; 阴影表示 Q100)a.4 月 l 候;b.4 月 6 候;e.5 月 1 候;d.5 月 4 候;e.6 月 3 候Fig.3DistributionsofpentadmeanverticallyintegratedvaporfluxQover1957-2001(units:kg?m?s ;areaswhereQ 100kg?m ?soreshaded)a.firstpentadofApril;b,sixthpenta
11、dofApril;e,firstpentadofMay;d.fourthpentadofMay;e.thirdpentadofJune166 南京气象学院第 28 卷5 月 1 候(图 3c)水汽输送形势变得更加明朗,华南地区除了 4 月第 6 侯的两个水汽通道仍然维持外,由于热带印度洋上的西风输送大大增强,来自孟加拉湾地区的水汽输送显着加强.此时虽然索马里越赤道气流输送不断增强,但并没有和源于孟加拉湾的水汽输送相联结,这种形势一直维持到 5 月 3 侯(图略).到 5 月 4 候(图 3d),输送形势发生了显着变化,此时副高东移撤出南海地区,其南侧的转向气流对华南地区已基本不产生影响;源于阿
12、拉伯海的西风水汽输送显着减弱但仍然存在,而来自南半球强大的索马里越赤道水汽输送(中心值大于400kg?m.?s 与孟加拉湾中南部水汽输送汇合,并转向流经中南半岛和南海源源不断地向华南地区输送,105.E 越赤道气流加强,整个南海地区为西南气流控制 ,南海夏季风全面爆发.到了 6 月份(图 3e),副高持续东撤至 130.E 菲律宾以东洋面,其南侧的东风转向输送气流对华南地区已完全没有贡献,源自阿拉伯海的西风输送逐渐消失;此时来自南半球的强大的越赤道水汽输送汇合源自阿拉伯海,孟加拉湾的水汽和 105.E 越赤道的水汽,形成一条行星尺度的水汽输送带,向印度半岛,中南半岛和我国华南地区,江淮地区直至
13、日本输送水汽.综上所述,4 一_6 月影响华南地区的水汽输送形势前后期有较大的区别,4 月华南地区的水汽主要来自西风输送和副高南侧东风转向气流输送;5 月南海夏季风爆发前,副高南侧的东风输送维持,源自阿拉伯海的西风输送虽然强度逐渐减弱但仍影响华南,此时孟加拉湾的西南水汽输送逐渐形成;而南海夏季风爆发后(特别是 6 月份 ),华南地区水汽主要来源于南半球越赤道水汽在孟加拉湾和南海的转向输送.2.3 层结稳定性由于对流性不稳定的判据是用假相当位温(0)随高度的递减率来进行判断的,因而假相当位温随高度的变化就能很好地反映大气的层结稳定性,从而可以揭示对流发展状况.图 4给出了时段平均的高,低层的假相
14、当位温差值图,其中高,低层分别以 600300hPa的平均值和 1000700hPa 的平均值代替.由图 4a 可以看出 ,4 月份我国东部地区均为 A0 正值区,黄海洋面附近中心值达到16K.此时华南大部分地区处在正值区中,仅在西南部有一很小范围的负值区,说明此时段华南地区总的来说大气层结是稳定的,不利于对流发展,降水所需的垂直运动主要以锋面抬升为主.南海夏季风爆发前(图 4b),随着 A0 零线的向北推进(从 10.N 到 20.N 附近),华南地区负值区逐渐向东推移,但我国东部地区仍为正值区覆盖,此时南海地区已为负值控制,说明该地区不稳定性增加;在南海夏季风爆发后(图 4c),虽然东部地
15、区仍为正值 ,但高低层差值明显减小,华南地区负值向东北推移则更加明显;到了 6 月份(图 4d),华南地区已全为负值所替代,大气层结不稳定性大大增加,此时段的对流发展旺盛,符合以对流为主的夏季风降水性质.从图 4c 和图 4d 比较也可看出 ,南海夏季风爆发后,强对流区域由南向北迅速扩展.为了进一步分析不同降水时段大气的稳定性,给出了相应时段区域平均的层结曲线(图5,根据图 1 所示站点分布情况,这里取区域为:110 120.E,2227.5.N).由图 5a 可知,4 月不稳定层结只出现在很浅薄的低层(850hPa 以下),从 850hPa 以上 0 随高度迅速增加,总的来说大气层结是对流性
16、稳定的;至 6 月(图 5b),不稳定层结伸展至 700hPa,700hPa至600hPa 之间为近中性层结,说明此时段低层对流较强,系统深厚,可到达对流层中部,对流层中上层虽为稳定层结,但 0 随高度增幅很小;700hPa 以下 0 随高度显着减小,差值接近一15K,说明该层以下对流性不稳定很强,对流发展旺盛 .南海夏季风爆发前后(图略),大气层结状况为 4 月和 6 月的过渡形势,即不稳定层结虽向高层发展,但仍在 700hPa以下.第 2 期池艳珍等:华南前汛期不同降水时段的特征分析 167图 4 时段平均的 A0(600300hPa)一(1000 700hPa)分布(单位:K)a.4 月
17、 1_6 候 Ib.5 月 13 候;c.5 月 4_6 候;d.6 月 1_4 候Fig.4DistributionsoftimeaveragedA0(600300hPa)一(1000 700hPa)(units:K)a.firsttosixthpentadofApril:b.firsttothirdpentadofMay;e.fourthtosixthpentadofMay:d.firsttofourthpentadofJune综上所述,4 月份华南地区大气层结稳定,对流活动不强,因而降水应是锋面降水;南海夏季风爆发后特别是 6 月份该地区大气层结不稳定,对流发展旺盛,因而降水应为夏季风降
18、水.因此,本文把 4 月称为华南前汛期锋面降水时段,而将 6 月称为华南前汛期夏季风降水盛期.2.4 温度场分布为了讨论华南前汛期对流层中上层温度场的演变特征,制作了多年平均的沿105120.E平均经向温度偏差的时间一纬度剖面图(图 6).由图可以看出,5 月 1 候以前,20.N以南为温度正偏差,20.N 以北为温度负偏差,4 月前正偏差中心位于南半球 ,呈明显的南暖北冷形势;5月 1 候后,20.s 以北开始出现温度负偏差,5 月 4 候前后 ,赤道附近虽仍是温度正偏差,但其北部的偏差值明显大于其南侧,北暖南冷的经向温度分布形势开始建立;到了 6 月份,赤道以南地区为温度负偏差,而 20.
19、N 附近出现较大的温度正偏差 ,为显着的北高南低的经向温度分布l68 南京气象学院第 28 卷-c乱4lx)/K-c乱图 51957-2001 年 4 月 1_6 候(a)和 6 月 1-_4 候(b)时段平均的区域 0 随高度变化Fig.5Timeaveraged0profilesfromfirsttosixthpentadofApril(a)andfromfirsttofourthpentadofJune(binl957200linSouthChina形势.因此,华南前汛期不同时段对应着不同的温度经向分布形势,南海经夏季风爆发时间与该经度南冷北暖的经向温度梯度的建立时间基本是一致的,从而表
20、明南海夏季风爆发过程本质上是经向温度梯度转向和结果.图 6 对流层中上层(500200hPa)沿 105l20.E 平均经向温度偏差的时间一纬度剖面(单位 :)(实线表示正偏差,虚线表示负偏差)Fig.6Timelatitudecrosssectionofmeridionaltemperaturedeviationsaveragedover105 一 l20.E(units:)inthetroposphericmidupperlevel(500 200hPa)(Solidlinesdenotethepositive,anddottedlinesthenegative)2.5 高空环流特征图 7 展示了不同降水时段平均的 200hPa 环流形势.从图中可见,锋面降水时段(图7a)瑚姗咖XXXXX6789O
