2019年7月上半月中国南方降水异常偏多成因分析
Analysis on causes of precipitation anomaly in southern China in the first half of July in 2019
责任编辑: 黄小燕
收稿日期: 2021-03-12 修回日期: 2021-06-7
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Received: 2021-03-12 Revised: 2021-06-7
作者简介 About authors
吴珊珊(1982—),女,硕士,高级工程师,主要从事短期气候预测及气候异常诊断研究.E-mail:pilgrim_@163.com。
7月上半月我国南方地区降水异常对我国双季稻生产和社会经济有着重要影响。利用1981—2010年及2019年7月中国区域约2400个国家地面气象站逐日降水量资料、美国国家环境预报中心和大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)提供的分辨率为2.5°×2.5°的逐日及分辨率为1°×1°的逐6 h再分析资料,利用非地转湿
关键词:
The precipitation anomaly in the first half of July in southern China has an important impact on the double cropping rice production and social economy in China. Based on daily precipitation data from 2400 national meteorological stations in China, the daily reanalysis data with a resolution of 2.5°×2.5°and the six-hourly reanalysis data with a resolution of 1°×1°from National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)in July from 1981 to 2010 and 2019, the causes of precipitation anomaly in southern China in the first half of July in 2019 was analyzed by using ageostrophic wet
Keywords:
本文引用格式
吴珊珊, 邹海东.
WU Shanshan, ZOU Haidong.
引言
每年7月上半月正值我国南方地区双季早稻成熟收割期,降水量偏多会造成早稻谷穗出现发芽现象,影响双季稻产量和品质,持续性降水会使早稻长期浸泡,引起倒伏甚至绝收,给农业生产和社会经济带来重大影响。因此开展我国南方地区7月上半月降水异常的研究有重要科学意义和应用价值。
1 研究区域
本文研究区域为中国南方地区(110°E—120°E,25°N—30°N),包括湖南、江西、福建、浙江等地,是我国双季稻的主要产区,水稻产量和播种面积位居全国前列,在我国粮食安全中有至关重要的作用。7月上半月是该地区双季早稻成熟收割时期,持续性降水会使早稻谷穗发芽或倒伏。2019年7月上半月该地区出现了降水异常,从7月1—15日中国区域降水量及降水距平百分率空间分布(图略)可以看到,该地区降水量超过200 mm、降水距平百分率超过200%,累计降水量大、影响范围广、持续时间长,给当地早稻的品质和产量带来了严重影响。因此,主要针对2019年7月上半月中国南方地区降水异常进行分析。
2 资 料
利用国家气象信息中心提供的中国区域约2400个国家地面气象站1981—2010年及2019年7月1—31日逐日降水量进行降水实况分析。选用美国国家环境预报中心和大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)提供的再分析资料,具体为:(1)水平分辨率为2.5°×2.5°的1981—2010年及2019年7月1—15日逐日再分析资料,包括850~200 hPa风场和位势高度场、700 hPa比湿,用于大气环流分析;(2)水平分辨率为1°×1°的2019年7月1—15日逐6 h FNL(final operational global analysis)全球分析资料,包括850~500 hPa风场、温度场、垂直速度、相对湿度等,用于定量诊断分析。选用美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)提供的水平分辨率为2°×2°的1981—2010年及2019年7月1—15日ERSST v5海表温度资料,用于海温异常分析。各种资料的气候平均态均为1981—2010年平均。
3 2019年7月南方地区降水分布及环流形势
3.1 7月降水分布
图1为2019年7月南方地区区域平均降水量的逐日变化。可以看出,降水主要发生在7月1—15日,其中3—9日和12—14日先后出现两次强降水集中时段,且9日区域平均降水量超过40 mm。由于降水范围广、强度大,且第二次强降水集中时段的降水范围与第一次强降雨区重叠度高,导致湖南、江西、福建多地出现较为严重的洪涝灾害。7月15日随着西太副高北跳并控制我国南方地区,集中降水期结束,并出现持续高温天气。
图1
图1
2019年7月南方地区区域平均逐日降水量
Fig.1
The average daily precipitation in the southern China in July 2019
3.2 7月上半月大尺度环流形势
2019年7月上半月500 hPa位势高度场[图2(a)]显示,欧亚中高纬地区为“两槽一脊”型,其中高压脊位于贝加尔湖附近,低压槽分别位于乌拉尔山和鄂霍茨克海附近。中低纬地区,西太副高脊线位于20°N附近,较常年同期偏南5°N左右,5880 gpm线西脊点位于117°E附近,较常年同期偏西4°E。在贝加尔湖高压脊与西太副高之间,有一东北—西南向的低压槽从我国东北一直延伸至江南地区。我国中东部至日本东部海洋地区为位势高度负异常区,负异常中心位于渤海附近。位势高度负异常区正好位于500 hPa位势高度场的槽线附近,表明2019年7月上半月我国中东部地区的低压槽明显偏强。偏强偏南偏西的西太副高和偏强的低压槽有利于来自南海及西太平洋的暖湿气流和低压槽后干冷的西北气流在江南地区交汇。200 hPa南亚高压脊线在25°N附近,与气候平均态相比明显偏南,南亚高压的东脊点(12 500 gpm等值线)位于150°E附近,较常年同期偏东约12°E[图2(b)]。受南亚高压偏南偏东影响,7月上半月主雨带集中于我国南方地区。华南至江南地区高空(200 hPa)辐散明显偏强,有利于中低层上升运动加强。受中层(500 hPa)我国中东部地区异常偏强的低压槽影响,低层(850 hPa)风场距平显示华南至日本南部地区出现明显的气旋性环流[图2(c)],气旋性环流南侧正好位于南海低压槽前,导致我国南方地区风场辐合,且该区域上空存在水汽异常辐合区[图2(d)],有利于强降水出现。综上所述,2019年7月上半月高层南亚高压偏南偏东、中层西太副高偏强偏南偏西、我国中东部地区异常偏强的低压槽、低层江南华南地区位势高度场偏弱共同造成该时段南方地区的异常持续性降水。
图2
图2
2019年7月上半月500 hPa(a)、200 hPa(b)、850 hPa(c)、700 hPa(d)位势高度场
(a、b、c,黑色等值线,单位:gpm)、位势高度距平场(a,彩色填色区,单位:gpm)、散度距平场(b,彩色填色区,单位:10-6s-1)、风场距平(c,箭矢,单位:m·s-1)、水汽通量距平(d,箭矢,单位:10-3g·hPa-1·cm-1·s-1)及水汽通量散度距平场(d,灰色填色区为水汽辐合区,单位:10-8g·hPa-1·cm-2·s-1)(红色实线分别为气候平均态5880 gpm线及12 500 gpm线)
Fig.2
The geopotential height fields (a,b,c, black isolines, Unit: gpm), geopotential height anomaly field
(a, color shaded areas, Unit: gpm), divergence anomaly field (b, color shaded areas, Unit:10-6 s-1),wind anomaly field (c, vectors, Unit: m·s-1), water vapor flux anomaly field (d, vectors,Unit:10-3g·hPa-1·cm-1·s-1) and water vapor flux divergence anomaly field (d, grey shaded areas represents convergence areas,Unit:10-8g·hPa-1·cm-2·s-1) at 500 hPa (a),200 hPa (b),850 hPa (c) and 700 hPa (d) in the first half of July in 2019(The red solid lines are 5880 gpm line and 12 500 gpm line of climate mean state, respectively)
4 诊断分析
式中:
式中:
根据公式(1)和(2),将公式(3)右端的非地转湿
在运用非地转湿
降水是由富含水汽的空气抬升冷却凝结而成,抬升(上升)运动是降水发生的必要条件。图3为2019年7月上半月南方地区平均500 hPa垂直速度、850~550 hPa平均非地转湿
图3
图3
2019年7月上半月中国南方地区500 hPa平均垂直速度、850~550 hPa平均非地转湿
Fig.3
The 6-hourly variation of 500 hPa regional mean vertical velocity, mean ageostrophic wet
由2019年7月1—15日南方地区500 hPa(无辐散层)平均垂直速度逐6 h演变看出,3—9日和12—14日该区域上空垂直速度出现明显负值,与图1中降水集中期正好对应,说明通过诊断垂直运动来诊断降水成因可信。由于500 hPa垂直速度主要是中低层非地转湿
5 海温异常及其对大气环流的影响
非地转湿
我国南方地区的风场距平与水汽通量距平场非常相似(图2),说明水汽通量的异常主要由风场异常造成,而风场异常即大气环流异常与海表温度等外强迫源的异常密切相关。2018—2019年发生了一次弱中部型厄尔尼诺事件[28],2018年9月进入厄尔尼诺状态,2019年1月达到厄尔尼诺事件标准,2019年7月结束,持续时间达10个月(2018年9月至2019年6月)。中部型厄尔尼诺事件当年夏季,对我国南方降水偏多的影响更为显著[29-30]。2019年7月上半月海表温度距平场[图4(a)]显示,从我国南海及菲律宾附近的海洋性大陆地区至赤道中东太平洋海表温度仍然是正异常,而印度尼西亚群岛邻近海域为负异常,这在赤道西太平洋(120°E—160°E)形成了较大的水平海温梯度,有利于越赤道气流的形成和加强[31],使得低层空气在赤道以北的低空堆积辐合上升[图4(b)],在高层偏东风气流的引导下向西输送,并在80°E—120°E的高空堆积下沉,形成了一个类似于Walker cell的纬向环流。该纬向环流的下沉支位于孟加拉湾至菲律宾一带,且异常的下沉气流有利于激发反气旋环流异常,使西太副高加强和南伸,增加孟加拉湾和南海向我国南方地区的水汽输送,为2019年7月上半月我国南方地区的强降水提供有利条件。
图4
图4
2019年7月上半月海表温度距平场(彩色填色区,单位:℃)及850 hPa风场距平(箭矢,单位:m·s-1)(a),沿0°-10°N的纬向环流距平(箭矢)及垂直速度距平(彩色填色区,单位:Pa·s-1)的经度-高度剖面(b)
Fig.4
The sea surface temperature anomaly field (color shaded areas, Unit: ℃), 850 hPa field wind anomaly (vectors, Unit: m·s-1) (a), the longitude-height profile of zonal circulation anomaly (vectors) and vertical velocity anomaly (color shaded areas, Unit: Pa·s-1) along 0°-10°N (b) in the first half of July 2019
6 结论
7月上半月正值我国南方地区双季早稻成熟收割期,此时降水异常会对农业生产和社会经济带来重大影响。2019年7月上半月我国南方地区出现较为严重的洪涝灾害,本文对2019年7月上半月该区域降水异常进行诊断分析,得到以下结论:
(1)2019年7月上半月南方地区的异常持续性降水发生在高层南亚高压偏南偏东、中层西太副高偏强偏南偏西及我国中东部地区异常偏强的低压槽、低层江南华南地区位势高度场偏弱(气旋性环流异常)的环境中。
(2)持续性降水主要由持续性上升运动造成,2019年7月上半月,非地转湿
(3)2019年7月上半月南方地区的对流层低层处于水汽通量辐合区,南方地区强盛的非绝热加热主要由中低层强盛的水汽通量辐合造成。
(4)赤道西太平洋较大的海温水平梯度,有利于越赤道气流的加强,造成低层空气在赤道以北辐合上升,上升气流在高层偏东风作用下在80°E—120°E附近堆积下沉,形成一个类似Walker cell的纬向环流,且下沉支有利于孟加拉湾至菲律宾一带出现反气旋环流异常,增加孟加拉湾和南海向北的水汽输送,为2019年7月上半月我国南方地区的强降水提供了有利条件。
参考文献
Impact of the North Atlantic sea surface temperature tripole on the East Asian summer monsoon
[J].
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