system: [SYSTEM]

user: 5. 长江流域夏季降雨异常环流特征分析 5.1. 西太平洋副热带高压演变特征 受春季前期结束的弱“厄尔尼诺事件”和北印度洋海温异常偏暖的综合作用，2020年副高长时间持续异常，从500 hPa位势高度场距平剖面图(图3(a))可以看出，6月1日副高开始北跳，至6月中旬副高脊线已位于27˚N，且一直维持在气候平均态偏北一带，因此2020年长江中下游入梅较往年偏早。6月中旬之后副高脊线有小的南落，之后一直稳定维持在20˚~25˚N，较气候平均态略偏南，因此2020年梅雨期降雨带集中在长江中下游沿江附近及以南大部地区。2020年6月初、6月14~18日及6月下旬~8月中旬，中高纬冷空气活动频繁，30˚N以北主要为偏北风控制，冷暖气流频繁在中下游沿江一带交汇，利于长江中下游梅雨区降雨的出现。副高脊线一直到7月底才北跳至30˚N附近，导致2020年出梅时间较气候态偏晚18天，梅雨期超长。 副高面积指数是表示副高空间面积分布的特征量，通过定量地描述副热带高压笼罩范围的变化掌握副热带高压的活动规律。从图3(b)可以看出，2020年6~8月副高面积较气候平均态偏强100~120 × 10 5 km 2 ，强盛的副高稳定维持在长江中下游沿江偏南地区，使得冷暖气流交汇频繁在此交汇，导致2020年多降雨过程，梅雨期降雨量居1961年以来历史首位。 5.2. 中高纬阻塞高压活动 从2020年6~8月长江流域500 hPa高度场50˚N~70˚N平均位势高度随时间的演变来看(图4)，6月上中旬中高纬呈“两脊一槽”的环流形势，长波槽位于贝加尔湖附近，长波脊位于乌拉尔山、鄂霍茨克海地区；6月中下旬环流调整为“两槽一脊”型，乌拉尔山一带为低槽区，贝加尔湖为高值区。乌拉尔山附近除在6月1日、10日、19~30日阻塞高压较弱外，其余时间段均为强盛期。从6月2日开始至10日，乌拉尔山阻高稳定维持强盛状态，尤其是8~9日阻塞高压较为强大，中心强度可达5760 gpm。6月10日高压减弱，经历短暂的1天间歇期后，新一轮的降雨开始，一直持续到6月中旬结束，与6月上旬相比此次阻高强度相对较弱。6月下旬至7月初，贝加尔湖地区位势高度显著增加，维持高压状态，这段时期长江流域降雨以移动性降雨为主，在同一地区无明显持续性暴雨过程。 图3. 2020年6~8月西太平洋副热带高压位置及面积指数图。(a) 500 hPa位势高度场距平沿110˚E~140˚E的时间–纬度剖面(单位：gpm) (其中，蓝色虚线为2020年副高脊线，黑实线为气候平均副高脊线)；(b) 西太平洋副热带高压面积指数(单位：10 5 km 2 ) (其中，红线为西太副高面积指数，蓝线为副高面积5天滑动平均值，黑线为副高面积气候平均值) 7月开始，乌拉尔山阻塞高压一直处于稳定且强盛期，亚欧大陆一直稳定维持着“两脊一槽”型，低槽位于西西伯利亚地区至西亚地区。尤其是7月7~8日、15~16日阻高中心强度达5760 gpm，同时贝加尔湖地区在该时段处于位势高度低值区，对应着7月4~9日长江干流沿线地区连续4~6天和15~16日长江上游干流、下游干流的2次强降雨过程。 8月北半球中高纬度500 hPa环流调整较为频繁。8月上旬和下旬乌拉尔山阻高为强盛期，5~8日、25日、30~31日，这3次过程均对应长江上游嘉陵江、岷沱江暴雨、大暴雨过程。到了8月中旬乌拉尔山则一直处于低值区，贝加尔湖附近则为显著高压脊，副热带高压西伸北抬使得中纬度低槽稳定维持在长江上游，8月10~12日、14~17日、19~20日长江上游仍有明显的暴雨、大暴雨过程，给嘉陵江、岷沱江及汉江上游等地带来强降雨。从以上分析可以看出，6~8月长江流域持续性暴雨过程绝大多数是乌拉尔山和鄂霍茨克海地区为阻塞高压、贝加尔湖是低压槽形势。 图4. 2020年6~8月500 hPa 50˚~70˚N平均位势高度的经度–时间剖面(单位：gpm) 5.3. 越赤道气流 从盛行气流来源看，南亚夏季低层主要盛行索马里附近来自南半球的西南越赤道气流(45˚E附近)和青藏高原东南侧90˚E附近的孟加拉湾越赤道气流，这2支气流对我国夏季南海盛行西南季风的推进早晚和强弱变化有很大的影响 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。从图5可以看出，2020年5月第1~3候40˚~50˚E的索马里越赤道气流为显著的负距平，表明索马里越赤道气流爆发偏晚，强度偏弱与今年南海夏季风的爆发对应不是很好。而位于90˚E附近的孟加拉湾越赤道气流从5月第1候开始就为非常显著的正距平，推动南海夏季风于5月第四侯爆发，较常年略偏早。孟加拉湾越赤道气流除了在6月第3候、5候和7月5候、6候为负距平，减弱南海夏季风的水汽输送外，其它时间的越赤道气流都非常强盛，且较往年偏强4~8 m∙s −1 ，这种持续长时间的水汽输送，非常利于长江中下游地区梅雨期降雨。另外，105˚E以东的越赤道气流在7月较常年明显偏弱，赤道辐合带(ITCZ)不活跃且位置持续偏南 [ 13 ] [ 14 ]，在此形势下，副高位置一直偏南，迟迟难以北跳，造成2020年长江中下游出梅晚，梅雨期延长，同时，整个7月在西北太平洋和南海无台风生成，创新历史记录。 图5. 2020年5~7月925 hPa越赤道经向风(等值线)及其距平(阴影)的时间–经度剖面(单位：m∙s −1 ) 5.4. 大气斜压性演变 一般来说，持续性降雨与冷空气的活动密切相关，北方冷槽南下携带高纬度冷空气是强降雨发生的重要影响因子，冷空气南下，造成高、低压系统间存在巨大水平气压梯度，导致气流速度的不断增强，进而诱导低空急流的发生 [ 9 ]。图6为2020年6~8月850 hPa 100˚~120˚N平均假相当位温和平均经向风风量的纬度–时间演变图，图中阴影区为平均经向北方、南风风量随时间变化。可以看出2020年6~8月35˚N以北大部分时间被北风控制，中高纬地区在6月1~3日、11~17日、24~25日、6月29日~7月26日、8月7~10日、14~17日等多次出现冷空气南下过程，同时中低纬南风分量加大，低空急流加强，中低层锋面梯度增大，在锋面附近产生强降雨。其中6月中旬开始~7月中旬基本是较为持续的冷空气南下，对应着长江流域中下游梅雨期间的10次集中的降雨过程。6月~7月下旬，100˚~120˚N平均假相当位温纬度–时间变化在850 hPa的30˚~35˚N附近一直维持θ se 大值区，这表明2020年梅雨锋在长时间维持在长江流域中下游地区，锋区较强。尤其是当南风风量显著增大，西南急流带着充沛的水汽，配合着北风风量的加强，给流域中东部地区带来强降雨过程，如6月15~17日、7月4~9日、7月17~19日。8月开始，受副高西伸北抬影响整个θ se 大值区北抬，长江流域中下游降雨过程明显较少，降雨多集中在长江上游嘉陵江、岷沱江一带。 5.5. 气旋性环流及切变演变 西南低涡是青藏高原特殊地形与环流相互作用下，产生的中尺度低压系统，由于2019年~2020年冬季青藏高原积雪异常偏多，积雪覆盖率达到50%左右，2020年夏季表现出冷源作用，青藏高原地区中纬度地区对流层上层冷暖空气交换异常活跃，伴随融雪产生的水汽丰富，产生的冷涡增多，其东部的正涡度平流和负值非平衡强迫与四川盆地浅薄低涡产生耦合作用，两者同时发展，造成2020年西南低涡形成较往年显著偏多。西南低涡暴雨的发生有明显的不均匀性，降雨量雨团主要出现在西南低涡东侧的切变线附近，低空急流急流轴左前方 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]。图7为2020年6~8月涡度沿26˚~33˚N的平均纬度–时间剖面演变(黑色等值线)，其中阴影区为2020年涡度场与气候平均场的距平，红色代表正异常，值越大表示较气候态的气旋性弯曲更为明显。从图7中可以看出涡度大值区为6月11日、16日、23日、28~29日及7月10~16日、19日、8月10日、16日。这些涡度大值区与2020年6~8月的部分强降雨过程对应较好，表明这些过程的发生往往有西南涡或是中低层切变线的参与。从气旋性环流的时间变化角度来看6月上旬开始~6月28日，涡度除了部分时段为0，大部分时间都为正值分布，表明这个月西南地区的系统非常活跃。而7月只有中后旬涡度大值分布较为明显，西南地区系统较6月比出现频次明显降低。到了8月只有中旬西南地区多气旋性环流。同时，从图中也可以看出与往年平均态相比2020年西南地区气旋性环流更强，差值在0.5~2 s −1 ∙e 5 。 图6. 2020年6~8月850 hPa沿100˚~120˚N剖的平均假相当位温(实线，单位：K)和经向风风量(阴影，单位：m∙s −1 )的纬度–时间演变(单位：gpm) 图7. 2020年6~8月涡度(等值线，单位：s −1 ∙e 5 )及其距平(阴影)沿26˚~33˚N的平均纬度–时间剖面演变(单位：m∙s −1 )