2011年秋季许昌连阴雨环流特征分析

 摘要：选用许昌地区五个气象观测站的降水资料和实时天气图资料，以及NCEP 提供的1°×1°的再分析场资料分析了2011年9月10～19日许昌秋季连阴雨期间大尺度环流及物理量特征。分析表明，连阴雨前期，乌拉尔山阻塞高压逐渐建立并维持，北部西伯利亚地区横槽逐渐南压，不断分裂短波槽携带冷空气南下影响河南；连阴雨后期，伴随着乌拉尔山阻塞高压的崩溃，南压至贝加尔湖附近的横槽转竖携带强冷空气南下，连阴雨结束。副热带高压和其南侧的热带气旋分别在连阴雨前期（9月10～14日）和后期（9月15～19日）使低槽移动缓慢，利于阴雨天气的持续。高空南亚高压和强大的副热带西风急流带的稳定存在，利于中、低空产生降水的系统的维持和发展以及能量、水汽的输送, 为连阴雨提供了必要的条件。
关键字：连阴雨；阻塞高压；横槽；副热带高压；高空急流
中图分类号： P458.3

引言

连阴雨是影响农业生产的主要气象灾害之一，特别是秋季连阴雨，其危害更为严重，它不仅能造成农田土壤过湿、空气湿度过大，对秋作物收获晾晒带来严重危害；同时连续阴雨，也能造成小麦播种出苗期偏晚，使得小麦冬前生长时间缩短，影响小麦产量和质量等。因此对秋季连阴雨天气过程进行分析，具有重要的现实意义和较高的应用价值。
有关连阴雨天气的研究比较多。王记芳[1]等总结了河南省典型连阴雨过程的环流形势和成因，总结出在典型连阴雨过程中，中高纬经向环流较强，东亚大槽位置偏东且较深，有利于冷空气扩散南下；西太平洋副热带高压强而稳定，脊线位置偏东且来回摆动，副高西侧较强暖湿气流与冷空气交汇于黄淮流域，中纬度短波槽东移诱发降水，从而出现长时间稳定的东西向雨带。王红燕[2]等具体分析了许昌地区秋季连阴雨的时空分布及环流形势特征，指出影响许昌地区秋季连阴雨天气的主导系统有纬向环流、西太平洋副热带高压及长波槽。
本文主要通过分析2011年秋季许昌地区的连阴雨过程，揭示了连阴雨期间大尺度环流和物理量场特征，为许昌地区秋季连阴雨的中期天气预报和秋季气象服务提供参考。

1 天气实况及资料说明

许昌地处河南省中部，包含许昌县、长葛、禹州、鄢陵和襄城，经纬度范围在33°~35°N、113°~115E°之间。
根据文献[2]的标准，许昌市的许昌县、鄢陵和襄城在2011年9月4日至18日出现长达15天的连阴雨过程，长葛和禹州在2011年9月3日至19日出现长达17天的连阴雨过程，许昌、长葛、禹州和鄢陵的连阴雨持续时间均超过同期历史极值（禹州站及襄城站历史极值为16天，其他站为12天）。
此次连阴雨过程可分为两个阶段：第一阶段降水为9月3日到8日，第二阶段降水为9月10日到19日，过程降水量分别为许昌162.7毫米、长葛235.5毫米、禹州214.9毫米、鄢陵185.1毫米、襄城186.8毫米，其中第二阶段的14日08时至15日08时出现了46.4～87.3毫米的大到暴雨。据观测资料统计显示，河南省大部分地区在许昌第二阶段连阴雨过程中均出现了连阴雨天气过程。
本文选用资料为许昌地区五个气象观测站的降水资料和实时天气图资料，以及NCEP 提供的1°×1°的再分析场资料。由于连阴雨第一个阶段持续时间短，降水量相对较小，特点不明显, 因此本文仅对第二阶段( 9月10 ～9月19日)进行了分析。

2 大尺度环流特征

长时间的连阴雨是在大型环流形势相对稳定的背景下, 影响降水的天气系统重复出现的结果[3]。分析表明, 此次连阴雨天气过程与乌拉尔山阻塞高压、横槽、副热带高压、热带气旋、高空急流和南压高压等相关联。
2.1 乌拉尔山阻塞高压和横槽
在连阴雨过程开始时（9月10日），500hpa上西伯利亚至乌拉尔山附近有一横槽。连阴雨前期横槽缓慢南压，乌拉尔山地区阻塞高压逐渐建立，伴随着乌拉尔山阻塞高压的建立和维持，横槽稳定在贝加尔湖附近，并不断分裂短波槽携带冷空气东移南下，使河南省不断受低槽影响，中低层（700hpa）低槽维持，形成连阴雨；9月16日后，乌拉尔山阻塞高压逐渐崩溃，横槽转竖并缓慢东移，河南省受转竖后的槽前西南气流影响，700hpa低槽维持，并逐渐转为东西向切变线，阴雨天气持续。9月19日低槽继续东移，河南省逐渐转受槽后偏西气流影响，低槽后部携带的冷空气使中低层（700hpa）切变线东移南压出河南省，降水结束。
500hPa高度场沿115°E的时间纬度剖面图（图1）清楚地反应了在连阴雨期间的短波槽和低槽的活动。可以看出持续短波的活动和横槽转竖后的低槽，配合700hpa的槽线或切变线是造成此次长时间连阴雨的主要原因。

图1 500hpa沿115°E的时间维度剖面图 高度单位：dagpm
2.2副热带高压和低纬地区热带气旋活动
按照一般气候规律，9 月上旬副热带高压脊线南退到25°N 以南 [4]。近10 年( 1997～2006年) 9 月份西太平洋副热带高压脊线平均位置在26°N，北界位置31°N[3]。从2011 年9 月9～19日500hpa沿30°N的时间—经度剖面图（图2a）上可以看出，过程开始前西太平洋副热带高压势力强大，呈东西带状分布，588dagpm线控制我国黄淮及以南的广大中东部区域，最西伸到95°E附近，明显比常年同期偏强。588dagpm线随时间缓慢东退，到9月15日588dagpm线已东退至120°E以东地区，对连阴雨的影响基本结束。9月9～15日期间，588dagpm线北界位于30°～34°N之间（图2b），比常年同期明显偏北。16日横槽转竖后，其后部携带的冷空气使副热带高压迅速南落，对连阴雨的影响结束。
可见在连阴雨期间，副热带高压随着横槽的东移南压而东退南落，仅在连阴雨前期即9月9日至15日期间，强大的副热带高压使横槽转竖减缓，并使横槽分裂的短波槽东移速度减慢，利于阴雨天气的持续，同时其西北侧源源不断的西南暖湿气流也为连阴雨提供了丰沛的水汽条件和不稳定能量。
9月中下旬，中低纬地区热带气旋十分活跃，先后有两个热带气旋生成、发展、移动和消亡。9月13号20时2011年第15号热带气旋在138.1°E，23.8°N附近生成，随后沿副热带高压外围西移。9月16日副热带高压迅速东退南落后，15号热带风暴在日本冲绳岛东偏南约210公里的西北太平洋原地回旋的过程中，阻挡了转竖后的低槽快速东移，使阴雨天气持续。9月15日14时在155.2°E，22.3°N生成的第16号热带气旋，在其生成后主要在日本海移动的洋面上移动，对此次连阴雨过程基本无影响。

(a) (b)
图2 2011年9月9日至19日588dagpm线沿30°N的时间经度剖面图（a）和沿120°E的时间维度剖面图（b）
高度单位：dagpm
2.3 南亚高压和高空急流
从2011年9月9～19日连阴雨期间对流层上部100hPa 南亚高压时间平均图(图3a)上可以看出，在连阴雨期间，南压高压整体呈西部型，河南刚好位于南亚高压脊线北侧辐散区，利于降水的产生。
根据2011年9月9～19日连阴雨期间200hPa平均风速图上(图3b)可以看出，在连阴雨期间副热带西风急流中心风速达48m.s-1, 轴线呈东西向分布, 稳定在40°N 附近。河南上空位于这支急流带的南侧, 正是由于这支强大的副热带急流带的存在和稳定,有利于中、低空产生降水的系统的维持和发展以及能量、水汽的输送, 为连阴雨提供了必要条件。

(a) (b)
图3 2011年9月9日至19日100hpa平均高度场（a）和200hpa平均u风速场（b）
高度单位：dagpm；风速单位：m.s-1

3 水汽条件和垂直运动特征分析
通过对经过114°E，34°N的相对湿度时间高度剖面图（图4a）和垂直速度时间高度剖面图（图4b）的分析可以发现，连阴雨期间的降水较强时段与垂直上升运动和相对湿度的之间的配合有着密切关系。
在降水强度较大的9月13～14日，相对湿度逐渐增大，湿层增厚，特别是出现大到暴雨的14日，相对湿度≥90%湿层超过300hpa，为强降水的产生提供了有利的水汽条件。同时，在9月13～14日的垂直速度场上发现，850hpa～800hpa之间存在上升速度的大值中心，14日不仅在800hpa上下存在一个-10×10-3hPa·s-1的强上升运动中心，而且上升高度一直延伸到300hpa以上，为暴雨的产生提供了强烈的上升运动。

图4 2011年9月9～19日经114°E，34°N的相对湿度时间高度剖面图（a）和垂直速度时间高度剖面（b）
相对湿度单位：%；垂直速度单位：10-3hPa·s-1

长时间的连阴雨必须有源源不断的水汽供应。连阴雨期间，700hPa平均水汽通量场的分布显示从我国西南伸向黄河下游为一西南—东北向的水汽输送通道，许昌地区平均水汽通量在6～8g.s-1.cm-1.hPa-1（图5a）。较强的水汽通量为许昌地区出现连阴雨提供了丰富的水汽条件。
在许昌地区连阴雨期间五个观测站的逐日降水柱状图（图5b）上可以发现，12日降水量是最少的一天，但图5a显示12日的相对湿度并不是最小的，而16日和18日在900～850hpa之间存在相对湿度较小值的中心，均比12日相对湿度小，且16日从底层到高层，相对湿度均较小。结合图4b，不难发现，虽然12日的相对湿度不小，但是12日的垂直速度在整层都逐渐转为了弱的下沉运动，因此12日的降水量最小，仅有0.6～1.4毫米的降水。虽然16日和18日在900～850hpa之间均存在相对湿度较小值的中心，但18日在800hpa以上则为相对湿度大值区，且从底层到高层均为上升运动，因此18日降水较16日大。19日许昌地区上空整层相对湿度迅速减小，仅在900～850hpa之间存在一个相对湿度≥80%的大值中心，但垂直运动则转为上升运动，因此仅在局地产生了降水。

(a) (b)
图5 2011年9月9～19日700hpa平均水汽通量场（a）和许昌地区连阴雨期间五个观测站的逐日降水柱状图（b）、
降水量单位：毫米；水汽通量单位：g.s-1.cm-1.hPa-1

4结论

（1）此次连阴雨过程的发生是不同尺度、不同性质的天气系统相互制约又互相作用的结果。连阴雨期间，伴随着乌拉尔山阻塞高压的建立、维持及崩溃，西伯利亚地区横槽南压分裂短波槽及转竖东移，成为此次连阴雨天气过程的主导系统。
（2）副热带高压主要在连阴雨前期起到作用。它使横槽转竖减缓，并使横槽分裂的短波槽东移速度减慢，利于阴雨天气的维持。同时副热带高压在东退南落的过程中，其西北侧源源不断的西南暖湿气流为连阴雨提供了丰沛的水汽条件和不稳定能量。副热带高压南侧的低纬度地区热带气旋活跃，使连阴雨后期（9月15～19日）转竖后的低槽移动缓慢，利于阴雨天气的持续。
（3）高空南亚高压和强大的副热带西风急流带的稳定存在，有利于中、低空产生降水的系统的维持和发展以及能量、水汽的输送, 为连阴雨提供了必要条件。
（4）连阴雨期间的降水强度与垂直上升运动和相对湿度之间的配合有着密切关系。

参考文献

[1]王记芳,朱业玉.近50年河南省连阴雨灾害气候特点[J]. 河南气象, 2000( 4) : 16- 18.
[2]王红燕, 王东平等.许昌秋季连阴雨时空分布及环流形势特征[J]. 河南气象, 2006( 4) : 37- 38.
[3] 于凤英、常平等. 鲁西北罕见的秋季连阴雨环流特征分析[J]. 气象,Vol.35 No.10 October, 2009: 71- 78.
[4] 曹钢锋, 张善君, 朱官忠, 等. 山东天气分析与预报[M].北京:气象出版社,1988:25,148.