夏季亚洲中高纬度地区阻塞高压与中国强降雨的关系及其活动机理研究

【摘要】：本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和国家气象中心提供的740站日降水量资料对夏季亚欧中高纬度阻塞高压活动的时空分布及其对中国夏季雨带的维持作用进行了统计研究;对发生在1998年和2003年长江和淮河大水期阻塞高压的活动特点,对降雨带的作用及其建立、维持机理进行了诊断分析;最后,结合数值试验和气候统计结果,提出了亚欧中高纬地区阻高活动的基本特征及年际差异的可能机制和原因。结果表明: (1) 亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动频繁。生命期10天以下的高压过程占83.4%,其中以维持时间3天和8天的贡献最大;地理分布主要集中在45°～70°N之间,纬向上可划分5个高发区,其中乌拉尔山和贝加尔湖东部阻高活动频次最高,同时,每个区域中又存在着相应的阻高活跃区。亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动具有明显的季节内变化特征和年际、年代际变化特征。6月份以双阻形势为主,7月份,双阻形势逐渐减弱,贝湖地区的中阻形势有所增强。8月份,阻塞形势主要存在于贝加尔湖附近,其它各区的阻塞活动明显减少,中阻形势占据主导地位。除了年周期外,亚欧中高纬地区夏季阻塞高压总体活动还存在准8年的长周期变化,这种年际振荡有明显的地理差异,例如,贝湖东部地区阻高活动的长周期约为5.8年,短于亚欧总体水平,其它各区情况也各有特点。亚洲北部的阻高活动多以稳定性为主,移动性阻高个例仅占6.6%。 (2) 中国的强降雨天气事件存在着明显的时空变化,年际、年代际特征明显。连续性强降雨表现与强降雨天气相同的特征,往往在强降雨偏多的时期连续性强降雨的频次也明显增加,强降雨、连续性强降雨发生频次高的年份通常会出现特大洪涝灾害。 中国连续3天以上的降雨事件于华南地区出现的频次最高,江南也是高发地区。四川南部、重庆以及广西、贵州交界的地区连续性强降雨较多。北方地区,除辽宁南部和新疆东部地区的频次相对较高一些,其它地区山连续性强降雨造成的降水量一般都不足10毫米,10年难遇一次。中国连续性强降雨天气季内变化特征也非常明显。6～8月,连续性大雨自南向北,自东向西依次推进,而华南地区变化不大。 长江中下游地区发生三类(出现连续3天以上日降水量≥25mm降雨的天气为Ⅰ类天气,连续3天以上≥50mm的天气为Ⅱ类天气,出现连续5天以上≥25mm降雨的天气为Ⅲ类天气)连续性强降雨天气的环流背景都有共同的特点。背景形势通常比较稳定,长波系统异常是造成该地区连续性灾害性天气的主要原因,尤其是亚洲中高纬地区阻塞形势最为重要,在一些极端年份反映更为突出。华南地区出现三类连续性强降雨年份,则有明显的环流差异,这也反映了华南地区降雨的复杂性,即连续性降雨不完全是由大尺度环流造成,它们可以由一系列中尺度对流系统引发的强降雨通过同一地区造成,从而降雨表现为时间上的连续性。 (3)欧亚中高纬地区阻塞高压与中国夏季降雨存在非常密切的关系,阻高位置不 同则雨带分布有明显差异。‘双阻型’和‘西阻型’阻塞形势对应的降雨最为明 显,长江以南的南方地区都会出现较强的降雨,中心位于江南中部;‘东阻型’ 降雨中心偏东一些,位于长江中下游地区,华南地区一般降雨也偏多;‘中阻东 部型’和‘西部型’也有明显差别,阻高位于贝加尔湖以东时,中国东部雨带位 置位于偏南偏东的地区,而贝湖西部维持阻高时,降雨常常发生在江淮至黄淮一 带。 作为两次阻塞高压的典型个例,本文对2003年和1998年6月份淮河、长江 大水期阻高活动对雨带维持作用进行了诊断分析,结果表明,阻塞高压的建立和 维持,使得500hPa高度上西风锋区南压,引导冷空气南下,造成中纬度地区冷 暖空气交换频繁。阻塞高压活动加强,通常会在雨带北部维持为大气能量锋区。 由于阻高活动特点不同,2003年6月这种锋区一般位于淮河以北地区,低层 850hPa副热带锋区也长期停滞在35“N附近;1998年对流层低层能量锋区则长期 停滞在35oN以南。大气中动量和热量的一次次向南频散,造成淮河或长江中下 游地区连续发生暴雨天气过程。 阻塞高压的强度及位置变化与西风带环流系统以及副热带高压的活动密切 相关。阻塞高压通过扰动动量的向南输送以改变中纬度地区平均西风的强度从而 影响副热带高压的状态及南北进退,最终决定了雨带的位置和维持。 (4)2003年6月份亚欧中高纬度阻塞高压的活动是大气内部多尺度波共同作用 的结果,在其建立维持过程中,波流作用和波波作用以及能量转换具有明显的阶 段性特点。阻高建立前期和维持过程中,上游地区天气尺度波动活跃,欧洲斜压 区不断有时变动能生成,并在阻塞区向阻高平均流转化。从时变涡动的作用来看, 上游传播而来的瞬变波不断将较低纬度的低位涡空气向阻塞区输送,有利于阻塞 高压的建立维持;平均流则使得位涡变化呈相反形势发展,削弱了扰动位涡输送 的贡献,对阻高的维持起到耗散作用。阻高建立前期,瞬变涡作用强于平均流, 有利于阻高生成和发展;阻高维持期间,瞬变涡与平均流两者势力相当;6月6 候,阻塞高压发展,并有明显西退,该阶段瞬变涡动明显强于平均耗散作用,低 位涡场向西移动。 阻塞高压活动期间,亚洲北部大气内部超常波l波和长波5波活跃。阻塞高 压建立时,1波和5波都出现明显的振幅增长,尤