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江淮流域梅雨是东亚副热带季风及其雨带自南向北季节推进的一个典型阶段。江淮梅雨开始日期的确定,其降水型和环流特征以及发生在雨带上的暴雨的可能机制一直是人们关注的热点问题。本文利用NCEP/NCAR再分析资料、OLR、OISST资料以及中国160站和江淮流域114站逐日降水等资料,选用相关分析、EOF、SVD和小波分析等统计方法,通过合成分析、动力和天气学诊断,对上述与梅雨相关的科学问题进行了较为系统深入的应用性研究。取得的主要成果有:
(1)提出在确定梅雨建立/结束日期的问题上,应区分江淮流域整体入出梅(梅雨季节开始/结束日期)和局部入出梅(梅雨天气开始/结束日期)两个不同的概念,前者主要表现为大气环流的转变和雨带的建立,后者则主要表现为局地气象要素(主要是降水)的突变。局部或单站入梅日可在整体入梅后由局部或单站降水的开始日来确定。整体和局部出梅日可用类似方法确定。
(2)指出西太副高的两次北跳对于梅雨季节的开始和结束起着关键的作用。本文提出用副高脊线的南北位置结合700hPa相对湿度作为确定梅雨季节开始/结束日期的指标。用该指标确定的梅雨季节开始/结束日期与局部(单站)梅雨开始/结束日期有很高的相关,且比仅考虑环流季节性调整的方案好。
(3)梅雨季节开始日(入梅日)的年际变化较大,且与梅季雨量的多寡有较好的对应关系。一般来说,梅季开始早年,同期南亚高压位置偏北,强度偏强,东亚及西亚地区的西风急流偏弱北缩,东亚大槽较弱;从中南半岛到菲律宾以东的暖池区以及赤道中东太平洋地区对流活跃,南海ITCZ偏强;印度季风低压偏强,印度季风爆发偏早;高原附近出现正热力异常,海陆热力梯度偏强。上述形势有利于副高第1次北抬偏早,因而有利于梅雨开始偏早,梅季开始偏晚年情况相反。
(4)指出江淮流域梅雨期降水有四种不同的降水型,即全区一致旱、涝型和南旱北涝、南涝北旱型。它们分别对应着江淮流域降水的两个模态。全区一致旱、涝型,它们对应的500hPa高度异常几乎相反;涝年西太副高偏强,面积偏大,西伸脊点偏西,早年则相反。南涝北旱和南旱北涝降水型,其中高纬环流形势无明显差异,主要特点是,前者副高偏南,后者副高偏北。进一步的分析表明,四种降水型有不同的前期(冬、春)环流异常和海气异常信号。这一结果对于梅雨期降水型的预测有新的启发。
(5)本文定义了一个东北冷涡强度指数(NECVI),该指数能较好地反映东北冷涡的气候效应。结果表明,6-7月东北冷涡指数和长江中下游梅雨有显著的正相关。当东北冷涡偏强时,梅雨偏多;当东北冷涡偏弱时,梅雨偏少。而梅汛期东北冷涡指数和前期西太平洋暖池地区海温又呈显著正相关,这就为梅雨的预测提供了前期征兆。
(6)低频环流场是有利于产生降水的大尺度环流形势场。小波分析表明2007年夏季淮河降水低频振荡的主要周期为10-25天。江淮梅雨开始日以及淮河流域较强的降水均出现在低频周期的正位相阶段,而在低频周期正位相结束后梅雨天气也随之结束,同时在低频降水的负位相阶段淮河流域降水量明显减少。淮河降水低频周期的峰谷位相环流存在显著差异。在低频周期的峰(谷)值位相,对流层低层,我国东南沿海地区存在的低频反气旋(气旋)使得副热带高压增强(减弱),有利于(不利于)水汽向淮河流域输送,而在对流层高层中纬度地区的低频反气旋(气旋)也使南亚高压偏东(西),脊线偏北(南),对应在淮河流域的整个对流层垂直方向上有低频的上升(下沉)运动。此外,高纬度地区存在大片正(负)低频等熵面位涡区,冷空气的低频活动显著偏强(弱),南下侵入到我国淮河流域的冷空气较多(少),形成有(不)利于淮河流域强降水的环流场。
(7)2007年7月7日到9日长江下游地特大暴雨个例分析表明,这次特大暴雨由梅雨锋上的中尺度对流系统造成。静止锋上存在的中-β尺度的低压中心东移,呈现重力惯性波特征,波列的低谷带分别对应当地当时的强降水。暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过水汽通量散度中的风场散度项聚集水汽后向对流层的中上层输送,以维持对流云团的发展和暴雨的产生,而风场散度项主要是由局地风场决定的,表明局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用。
(8)本文在综合前人梅雨研究成果和自己研究的基础上,设计了梅雨的主要预报思路、方法和流程,包括中低空形势(副高动态、阻高形态、东北冷涡、风场和低空急流、温度线的推进)、高空形势(南亚高压位置、高空急流、对流层风场转变)和地面(梅雨锋的建立和降水)等因子,给出了主要定量指标。