江淮流域梅雨期大气环流模式特征及演变外文翻译资料

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第48卷，第2期 亚太大气科学杂志 Vol.48 No.12

2012年5月 Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences May,2012

江淮流域梅雨期大气环流模式特征及演变

刘丹妮１ 何金海１姚永红2 祁莉１

(1.教育部江苏省气象灾害重点实验室南京信息科技大学; 2. 南京大学大气科学学院；.）

摘要：本文主要着眼研究梅雨开始前后大尺度环流的演变，分析典型垂直环流模式的形成及其与梅雨雨带的关系。结果表明，梅雨季节期间典型的垂直环流模式在涡度场上具有“双支”型模式，等效位温场的台风眼状结构以及等效位温区的显著梯度，即梅雨锋通常出现在梅雨期。通过追踪其演变过程，我们发现典型垂直环流模式和长江以南地区的雨带形成于3月下旬和4月上旬。梅雨开始，典型模式和雨带向北推进影响江淮流域。此外，4月形成的典型梅雨期垂直环流模式与东亚和西太平洋海陆热力差异相反，说明了雨带和东亚副热带夏季风的运动密切相关。

关键词：梅雨 环流模式 东亚副热带夏季风

1 引 言

梅雨是中国东部一种持久的雨季，是6月中旬至7月初或7月中旬出现在长江中下游地区的准静止雨带（朱等，2000）。韩国的梅雨季节称为昌马，日本称为Baiu，梅雨是最显著的季节性气候现象之一。梅雨季节大约从6月17日开始，7月8日结束，持续22天左右。梅雨是我国东部的主要雨季，梅雨与东亚季风的关系成为了人们关注的重点。(Tao et al., 1987; Matsumoto, 1988, 1992; Lee et al., 1992; Kang et al., 1999; Zhao et al., 2007).梅雨季节的结束与东亚夏季风的周期性北移密切相关。

东亚副热带夏季风和南海夏季风是东亚夏季风的两个分支。东亚副热带夏季风及其相关的雨带是在3月底和4月初形成的。副热带夏季风爆发的特点是经向风发生逆转，而南海夏季风的发生则代表纬向风的逆转。梅雨带的移动是否与东亚夏季风或南海夏季季风有关仍存在争议。Chen et al. (2008)表明，副热带雨季梅雨季节与热带雨季不同，但它们爆发的都是从春季到夏季。与副热带夏季风相关的雨带在4月初发展到长江以南，在副热带夏季风爆发后随副热带高压的迁移向北移动。Chen et al. (2008) ， Zhao et al. (2008))和He et al. (2008)发现了类似的结论，并表明雨带的移动与东亚副热带季风的季节性北移有关。另一方面，一些研究表明，由于东亚夏季风的季节性迁移，南海夏季风爆发后形成了影响中国东部的大尺度雨带，雨带随时间向北推进（例如，Liu et al., 1997; Lian et al., 2007)。本研究的主要目的是进一步讨论副热带夏季风的推进或热带夏季风的推进是否导致梅雨季节的开始。

Ding et al. (2007)表明，850hPa和200hPa的风场表现出与梅雨雨带相似的季节性过程。通过分析梅雨季节的雨带形成过程和典型环流模式，有助于研究梅雨雨带与东亚夏季风的关系。过去，人们广泛研究了梅雨季节中期的大气环流特征（例如，Chang et al., 1998; Ding et al., 2007; Yang et al., 2010)。而关于梅雨爆发前与雨带有关的大气环流的研究很少，特别是涡度场的垂直分布差异。我们通过比较梅雨爆发前后环流的季节变化，定性地讨论梅雨的典型环流模式。并通过详细研究梅雨开始前后大尺度环流场，如涡度场、旋度场、温湿度场的变化，讨论东亚夏季风与我国东部地区雨带季节性变化的关系。本文还将介绍梅雨季节大气环流的典型模式和典型环流模式的形成时间。最后，本文将讨论东亚季风爆发与雨带季节性过程的关系。

2 资料与方法

本研究所使用的资料包括NCEP/NCAR逐日再分析大气场资料，和1954年至2001年由中国国家气象信息中心测定的中国753个台站的日降水量和长江中下游梅雨参数。根据梅雨参数，梅雨季节从6月18日开始。在长江中下游28°N-35°N、110°E-122°E江淮流域选取浙江、湖北、安徽、江苏、上海五省作为代表。根据这些省份提供的梅雨爆发日期，估算了梅雨的平均爆发日期。由于各省份对梅雨爆发的定义不同，梅雨爆发的时间也有很大差异。例如，相邻两省，江苏省和安徽省提供的1987年梅雨爆发日期分别为6月17日和6月30日。如果某一年五省梅雨爆发日期的差异小于5天，则选择此年作为代表。否则，梅雨的平均爆发日期将不可靠，不选择此年。例如，1987年就不符合研究条件。此外将上述选定年份的梅雨平均爆发日期与国家气象信息中心进行比较。一年中梅雨两个爆发日期之差小于（大于）5天被认为是一致（不一致）的一年。

表1列出了所有一致和不一致的年份。在这些一致的年份中，平均大气环流是在梅雨发生后10天内通过平均环流得到的。结果表明，梅雨爆发后10天内的平均大气环流与整个梅雨季节的相似。因此，梅雨平均爆发日期可以作为研究梅雨大尺度演变的基点，利用五次均值资料研究梅雨季节典型环流模式的形成及其演变过程。

3 梅雨爆发前后降水、涡度和散度特征

江淮流域大尺度雨带的形成代表梅雨季节的开始。图1显示梅雨爆发前21°N处为最大降水区，即主要雨带。梅雨爆发后，主要雨带向北移至江淮流域约30°N，是华南第二大降水中心。

辐合造成大尺度垂直运动，将水汽向降水区输送。图2a-b表明，强辐合区与最大降水区完全一致。梅雨爆发前最大降水量和强辐合区均位于长江以南，梅雨爆发后向长江中下游移动。115°E以东强降水区与强辐合区吻合较好。在115°E以西，没有与强降雨区相对应的强辐合区。而经向风分量的散度为minus;4times;10eminus;6，与这片强降雨区相符合（图2d）。这表明主要雨带的演化可能取决于经向风分量的散度。

梅雨爆发前后（前10天和后10天）纬向风和径向风分量散度场的演变如图所示。3a-b.发现纬向风的辐散和经向风的辐合都出现在低层。在梅雨爆发前5天，辐合强度和辐散强度不断增加，在梅雨爆发后1天达到最大值。

图1 梅雨（10d）前和梅雨（10d）后110°E到120°E 10天平均日降水量（mm d-1）的经向变化.

图2（a）梅雨前850 hPa散度（实线，单位为10e-6 s-1）、降水量（阴影区，单位为mm d-1）和风矢量（箭头），（b）梅雨后850 hPa散度（实线，单位为10e-6 s-1）、时降水量（阴影区，单位为mm d-1）和风矢量（箭头）；（c）梅雨前850 hPa经向风分量（实线，单位为10-6 s-1）的散度、降水量（阴影区，单位为mm d-1）和风矢量（箭头）（d）梅雨后850 hPa经向风分量（实线，单位为10-6 s-1）的散度、降水量（阴影区，单位为mm d-1）和风矢量（箭头）.

图3（a）28°N至32°N，110°E至120°E区域内，850 hPa散度（times;10-6 s-1）的平均日变化。d1代表纬向风分量的辐散，d2代表经向风分量的辐散，d1 d2代表辐散和。图（b）与图（a）相同，200 hPa除外。

经向风的辐合大于纬向风的辐合，使低层产生辐合。高层的散度变化比较复杂。梅雨爆发前4天，辐合辐散强度逐渐减弱。梅雨爆发前2天，经向风辐合显著减弱，甚至变为辐合，其辐合强度大于纬向风辐合强度。梅雨爆发后，经向风的辐散由正值逐渐变为负值，但其强度小于纬向风。因此，净辐散强度在高层表现为正值。径向风辐合的增强使低层净辐合强度也增强。同时，经向风辐合的显著减弱和纬向风的持续辐散使高层辐散增强。梅雨爆发前后经向风的变化对辐散场的变化和降水的影响显著。梅雨爆发前后，低空涡度场中常出现两个分散的正涡度区。位于内蒙古高原之上的东北地区无明显变化，而正涡度南部仍处于长江以南，并逐渐向北推进至江淮流域，与最大降水带的移动一致（图未示出）。

4 梅雨期环流、水汽和温度的垂直结构与演变

通过对（图4f）110°E至120°E典型梅雨季节的分析，揭示了梅雨季节垂直环流的特征和演变过程，其中梅雨季节三个主要的正涡度区位于的对流层中下部，中心分别位于南海（SCS，10°N至20°N）、江淮流域（25°N至35°N）和内蒙古高原（北部至42°N）。南海的正涡度区代表了南海夏季风的活动，其中心高度（gt;3times;10e-6 s-1）基本没有到达对流层中层。江淮流域和内蒙古高原正涡区贯穿整个对流层，这两个区域在低层被负涡度区分开，但在高层合并形成一个完整的部分，这种涡度场的模式被称为“双支模式”。其中一条支是指江淮流域的正涡度区，另一条支腿是指内蒙古高原的正涡度区，分别称为南支腿和北支腿。南支对应梅雨锋上暖气团与下冷气团之间的界面。正涡度南支随高度向北倾斜，表明对流层低层为正涡度，中、高层为负涡度的斜压结构。斜压结构意味着对流层低层的梅雨锋和中层副热带高压以及高层南亚高压并列，(Zhu et al., 2000)。双支模式的北支表现为较小的斜压结构。

图4 日平均气温°C（虚线）、比湿g/kg-1（实线）和涡度10e-6 s-1（阴影）的经向横截面在（a）从11日到12日，（b）从22日到23日，（c）从26日到27日，（d）从28日29日，（e）梅雨爆发前，（f）梅雨爆发后。

图5中的结果与Ding et al. (2007)总结的梅雨季节的温度场和湿度场特征大体一致。图5显示梅雨区对流层低层内有一个高比湿区。从径向截面来看，“双支模式”中南支的温度脊和湿度脊贯穿整个对流层。北支在对流层下部也有一个弱的温度脊，这种温度分布使得梅雨区低层处于低温区。

图5 110°E至120°E日平均theta;se（虚线，单位为k）经向截面，（a）11日～12日；（b）22日～23日；（c）26日～27日；（d）28日～29日；（e）梅雨前；（f）梅雨后，实线为theta;se 328K等值线，阴影为数值小于12K的theta;se带。

弱的温度脊的出现意味着暖湿气团位于“南支”正涡度区的南部，从相当位温场可以很明显地发现这一特性（图5f）。theta;se（阴影）的急剧变化区，代表梅雨锋锋区。在梅雨季节，位于梅雨锋锋区北侧的低theta;se区存在干冷气团。同时，梅雨锋锋区以南的高theta;se区为暖湿气团。在暖气团的两侧，对流层低层theta;se随高度降低，说明那里的空气是潮湿不稳定的。中层theta;se分布是均匀的，并达到最小值。在高层，theta;se随高度增加而增大。相当位温的垂直结构类似于台风眼的垂直结构（Ding et al，2007），其特征是温度脊和湿度脊贯穿整个对流层，theta;se的高值区位于梅雨锋的南部。与梅雨爆发后的垂直涡度、温度和湿度结构相比，梅雨爆发前的涡度场也呈现“双支”模式、暖湿空气两侧的台风眼状垂直结构和相当位温场中的梯度大的特点，但对流层低层的位置更偏南（图5a）。而“双支”模式的南支（约27°N）的正涡度在梅雨爆发前非常弱，同时有温度脊和湿舌存在。随着梅雨的爆发， “双支”模式的南支随着正涡度的增加而增强，并逐渐向30°N方向移动，温度脊和湿舌的变化趋势一致。theta;se的特征等值线328K向北撤，theta;se的梯度大值区由30°N向33°N移动。

基于以上分析，梅雨季节典型的环流模式的总结如下：（1）涡度场中的“双支”模式；（2）相当位温场中的台风眼状结构；（3）theta;se的陡峭梯度带，即梅雨锋，这些突出的特征出现在梅雨爆发时。它们在梅雨爆发前后是如何演变的？接下来进一步研究平均涡度、相当位温的垂直结构及其与梅雨雨带的关系。

2月底（图4a），与“双支”模式相关的正涡度区位于850 hPa以上。中国东部负涡度主要集中在低层，这是由冬季高压系统在该地区低层停滞导致的。这一地区的温度和湿度场上存在冷干的空气团，表明这是一个典型的冬季模式。与此同时，热带地区仍有温暖湿润的空气，从3月底开始，正涡度带的南支和北支（即“两支”模式）向下延伸到低层，大陆冷高压系统向东移动（图6a）。“两支”模式开始形成。4月中旬开始，南支正涡度区靠近地面并向江淮流域移动（图4b）。北支的正涡度区也与地面靠近，但仍维持在42°N以北。正涡度区的这种转换代表着中国东部大陆冷高压系统的后退，即向北移动，以及东亚和西太平洋之间海陆气压差的逆转(Guo, 1983). 5月中旬，高层南亚高压的向北移动导致正涡度区的南支向极倾斜（图4c）。随着副热带高压的发展（图6b），“两支”正涡度区中的南支在中层开始向北移动。同时，低层正涡度区停滞在长江以南地区，导致“两支”正涡度区中南支向极倾斜。因此，长江流域上空形成了一个强的斜压带，低层为正涡度区，高层为负涡度区的垂直结构（图4d）。同时，另一个正涡度区在南海上空形成，并在南海季风爆发后向中层延伸（图4d）。

图6（a）8日至19日大陆冷高压系统在925 hPa的移动。实心圆代表大陆冷高压系统的中心，实心圆的数字表示时间，（b）110°E至120°E 500 hPa上平均风场（流线），散度（实线，单位为10-6 s-1），西太平洋高压脊（长虚线）和负涡度（阴影区）的经向变化。

同时证明了相当位温场的时间变化。2月底（图5a），代表暖湿不稳定空气团的328Ktheta;se特征等值线位于北回归线以南。代表干冷气团的低theta;se区控制了中国东部地区。在theta;se特征线以北有一条宽而陡的水平theta;se梯度带，该区域存在强烈的冷空气，从而形成了冬季环流模式。在4月底（图5b），328K的theta;se特征线向北移动到长江以南的副热带地区。theta;se的梯度区变窄，锋或锋区变清晰。同时，随着低层theta;se的增加，不稳定层延伸至850 hPa。相当位温的小值区分别位于theta;se（图中阴影区）梯度密集带的南部和北部附

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