台风与副高共同影响下的华西秋雨个例分析

冉津江，齐玉磊，龙治平

(1.中国气象局气象干部培训学院四川分院，四川成都 610072；2.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川成都 610072；3.成都信息工程大学大气科学学院，四川成都 610025；4.重庆市预警信息发布中心，重庆401147)

秋季，随着季风系统的南撤，我国大部分地区雨季结束。然而在华西地区(21°～39°N，95°～114°E)，即渭水流域、汉水流域为主的陕南、陇南地区以及四川盆地、贵州和云南等地常出现影响范围大、持续时间长的连阴雨，称之为华西秋雨[1]。我国华西地区位于青藏高原的东侧，秋季频繁南下的冷空气因受秦岭和云贵高原以及青藏高原东侧的地形阻滞，与原停留在该区域的暖湿空气相互作用，使低层锋面活跃加剧，产生仅次于夏季降水的一个次极大值降水。华西秋雨一般出现时段以9—10月为主，最早可从8月下旬开始，最晚可在11月下旬结束，出现地区以四川盆地、贵州北部及西南最为常见[2-3]。

绵绵秋雨是西南地区秋季的主要天气，也是该地区的气象灾害之一。9—10月是华西地区农作物秋收的季节，连阴雨天气会导致成熟的秋粮易发芽霉变，棉花烂桃，也会影响晚稻抽穗扬花，未成熟的秋收作物生长期延缓，容易遭受冻害等，给农作物的收成造成严重影响。华西秋雨区山地多，长时间的连阴雨后容易出现滑坡、泥石流等。有些年份由于雨量大，持续时间长，造成洪涝灾害。华西秋雨对该地区的工农业生产、水库蓄水、人民生活和财产安全都有着重要的影响，因此研究华西秋雨不仅是个科学问题，在应用上也具有重大的实际意义。

有关华西地区的秋季连阴雨天气，前人的研究多侧重于连阴雨的年际变化、华西秋雨的分布特征、华西秋雨指数的对比与改进、华西秋雨与大气环流转变的关系、季风进退(包括高原季风、热带季风和冬季风等)与华西秋雨起止的关系等[4-13]。林纾等[14]分析了太平洋副热带高压和海温对西北中东部秋季连阴雨的影响。鲍媛媛等[15]对2001年华西秋雨形成的物理成因进行了详细分析。王迎春等[16 ]分析了北京2002年冬季连续6 d降雪的天气环流形势及其垂直结构。方建刚等[17]分析了陕西强连阴雨天气的大气环流及物理量场。川东地区是华西秋雨的强中心之一，但对该地区持续性秋雨的持续时间和强度的研究较少。笔者通过对2014年9月7—19日连阴雨天气个例的大气环流形势、垂直结构、水汽条件和热力学特征进行综合分析，揭示此次连阴雨形成的物理机制，对华西秋雨的业务预报起到一定的参考作用。

1 资料介绍

所用资料是国家气象中心下发的东北半球T213客观分析的逐日资料，时间为2014年9月7—19日，分辨率为2.5°×2.5°，物理量包括各标准等压面的高度(H)、风速(u，v)、垂直速度(w)、温度(T)、相对湿度等。所用降水资料为中央气象台提供的逐日08：00 24 h实时观测降水资料。副热带高压(副高)指数的日资料来自国家气候中心发布的74项环流指数。

2 2014年华西秋雨主要特征

根据罗霄等[18]定义的华西秋雨指数(IAR)，IAR是指9—10月秋雨量占年降水量的百分比与9—10月秋雨日数占年降水日数的百分比之和。从全国2 410个站点中挑选出华西区域(21°～39°N，95°～114°E)共1 103个站点，计算该区域各站点的2014年华西秋雨指数(图1)，华西秋雨指数(IAR)≥0.4的区域为典型华西秋雨区。由图1可知，2014年四川盆地中东部华西秋雨明显，华西秋雨指数均在0.4以上，东部局地可达0.7。从天气现象上表现为2014年秋季(9—11月)四川盆地雨日多、日照少、连阴雨天气明显。全省有10县站连阴雨日在10 d以上，盐亭、射洪最多达13 d(9月7—19日)，为1961年以来秋季连阴雨日数最长年份；连阴雨持续日数在5 d以上的有82县站，主要集中于四川盆地。

图1 华西秋雨指数分布Fig.1 Distributions of autumn rain index in West China

图2 2014年9月7—19日华西地区累计降水量Fig.2 Precipitation in West China during the period from September 7 to 19，2014

2014年9月7—19日，四川盆地出现大范围的连阴雨天气，降水量普遍在5～360 mm(图2)。从该过程的累计降水量分布(图2)可以看出，降水的大值区(100 mm以上)主要集中在盆地中东部，最大可达360 mm左右。从气象灾害的灾情直报中可知，这次连阴雨天气造成盆地中东部地区直接经济损失3 690万元，总受灾人数达5万多人，房屋倒塌154间，农作物受灾2 328.7 hm2，成灾905.3 hm2，绝收304.7 hm2。9月11—12日，遂宁市接连出现了暴雨、大暴雨天气过程，区域及山洪站中有110站累计雨量大于50 mm，有41站累计雨量大于100 mm。其中，位于四川盆地中东部地区的射洪县出现了长达13 d的连阴雨天气，累计降水量达252 mm，较强降水主要出现在3个时段，分别为11日(49 mm)、12日(95 mm)和18日(42 mm)。

3 环流形势分析

3.1500hPa平均高度场及环流特征2014年9月7—19日500 hPa平均高度场上，中高纬度为两槽一脊形势，乌拉尔山以东的欧亚中高纬地区维持宽广的低压区；极涡偏于东半球，位于新地岛以东洋面；北支锋区平直且宽阔，位于40°～50° N。在连阴雨开始的前2 d(5—6日)，我国大陆35°～45° N出现3条及以上的等温线，达到锋区要求。从7日开始，北支锋区上有不断分裂的西风带低槽经新疆、高原北侧东移，给四川盆地带来持续的冷空气。同时，西太平洋副热带高压势力强大，588 dagpm线控制了长江中下游以南的大部分地区，副高整体呈现西伸北抬的趋势(表1)。12—13日开始，中纬度的等温线变密，锋区加强，副高脊线位于27°N附近、西伸点达到105°E以东。南支槽偏于80°E，位于印度半岛，南支槽前的西南气流与副高西侧的偏南气流向四川输送暖湿空气。在这种背景下，四川中东部地区受到冷暖气流的持续影响，形成了持续的连阴雨天气，且极易形成暴雨天气。

表12014年9月7—20日副高指数

Table1ThesubtropicalhighindexduringSeptember7to20，2014

日期Date副高面积Area of subtropical high×105 km2副高强度Intensity of subtropical high×106 km2·gpm副高脊线Ridge of subtropical high西伸脊点West ridge point09-07140.9358.722.6°N90.0°E09-08125.2365.619.9°N106.9°E09-09116.8367.922.9°N107.5°E09-10131.8481.323.9°N102.5°E09-11121.3422.924.3°N95.0°E09-12107.1395.724.4°N107.5°E09-1397.8317.724.3°N106.8°E09-1489.5302.624.8°N103.3°E09-1580.8284.726.1°N103.4°E09-16107.5342.326.9°N106.3°E09-17180.6651.626.4°N105.0°E09-18177.6604.524.6°N90.0°E09-19114.7362.024.0°N90.0°E09-2096.8330.422.3°N124.5°E

这种形势维持到15日08：00，中低纬度环流出现了明显的调整。这是由于2014年15号台风“海鸥”的出现改变了环流背景，“海鸥”于12日14：00在西北太平洋上生成(表2)。14日08：00台风“海鸥”进入中国南海海域，开始改变副高的形状，使得副高变成东西走向的带状分布(图3)。台风逐渐向西北方向移动，使得副高从15日开始，向北向东移动。台风 “海鸥”于16日09：40在海南文昌首次登陆，同日12：45在广东徐闻第2次登陆，23：00在越南广宁第3次登陆，登陆后强度减弱，并于17日23：00在云南普洱境内停止编号。同时，副高在“海鸥”停止编号前后迅速西伸。17日20：00，当“海鸥”在中越边界减弱为倒槽时，副高西伸点从108°E附近迅速西伸至100°E附近，到18日西太平洋副高与中心位于高原的大陆高压打通合并形成东西带状的高压坝。19—20日盆地中东部处于副高外围的波动浅槽附近，还有少量降水。20日之后四川盆地全部受到高压控制，连阴雨天气结束。

图3 2014年9月14日08：00 500 hPa高度场Fig.3 The circulation of 500 hPa at 08：00 on September 14，2014

Table2ThepositionandstrengthoftyphoonKalmaegiduringSeptember12-17，2014

时间Time纬度Latitude经度Longitude气压Pressure∥hPa风速Wind speed∥m/s12日14:0013.6°N131.1°E9981812日20:0013.7°N130.1°E9952013日08:0013.9°N128.7°E9982513日20:0015.0°N126.8°E9703514日08:0016.5°N124.6°E9703514日20:0017.8°N121.8°E9653815日08:0018.0°N118.2°E9703515日20:0018.8°N114.7°E9604016日08:0019.7°N111.6°E9604016日20:0021.0°N108.5°E9604017日08:0022.1°N104.8°E99520

3.2700hPa环流特征700 hPa切变线的建立和维持是四川中东部连阴雨天气形成的主要影响系统。2014年9月11日08：00从甘肃南部至四川西南部有切变建立，20：00切变线东移南压至陕西—川东北一线。12日08：00—15日20：00，切变线在四川东北部维持，并且切变线上不断有低涡形成(图4a)，由此造成川东北连续数日出现暴雨天气。16日08：00—17日08：00随着切变线西退北抬，四川中东部转为偏南气流控制(图4b)，暴雨天气结束。即前期降水(15日之前)高低空系统配置较好，动力条件较强；后期降水(15日之后)高低空系统配置相对较差，动力条件相对较弱。中尺度分析中显著流线和湿舌(T-Td≤5 ℃)范围表明，偏南气流带来的暖湿水汽在四川中东部形成高湿区，从而造成四川中东部在16—20日仍出现降水天气。

图4 2014年9月12日08：00(a)和16日08：00(b) 700 hPa风场与中尺度分析Fig.4 The wind and mesoscale analysis of 700 hPa at 08：00 on September 12(a)and September 16(b)，2014

3.3850hPa环流特征850 hPa四川盆地中东部从9月7—15日一直有低涡不断生成和发展，以11日20：00 850 hPa的天气图为例(图5)，在四川盆地中东部有西南涡维持，盆地内以回流的偏东气流(东北风和东南风)为主。在盆地北部有甘肃、陕西南部携带的冷平流进入四川盆地，南海的水汽由副高边缘的南风输送到四川东部，盆地内的温度露点差为3 ℃以内，水汽条件较好，形成高湿区。充沛的水汽与低层的辐合上升气流相配合，造成了11—12日盆地中东部的降水强度较大，其中射洪站日降水量达95 mm。16—18日川东北地区低涡仍维持，但位势高度升高至148～152 dagpm，表明低层辐合在此期间减弱，降水强度随着减弱。

图5 2014年9月11日20：00 850 hPa风场与中尺度分析Fig.5 The wind and mesoscale analysis of 850 hPa at 20：00 on September 11，2014

4 水汽条件

对比分析850、700、500 hPa的水汽输送通量发现，连阴雨期间水汽输送以低层为主。逐日分析盆地中东部低层水汽通量散度发现，15日08：00之前该地区的水汽来源主要是副高外围的偏南风，之后的水汽来源主要是台风 “海鸥”的外围云系。以11日08：00和17日08：00的水汽通量散度(图6)为例，11日08：00盆地中东部受到副高外围南风和东南风输送的水汽为主，辐合中心为-30×10-8g/(cm2·hPa·s)；17日08：00盆地中东部主要受到台风登陆东风和东南风带来的水汽，辐合中心在云南地区，盆地中东部水汽通量散度为-20×10-8g/(cm2·hPa·s)以上。分析9月7—19日的水汽通量散度剖面发现，这一段时间四川中东部地区低层都有一定的水汽辐合。11日20：00在四川盆地中东部地区600～925 hPa维持-0.7×10-8g/(cm2·hPa·s)的辐合区，而在500 hPa附近为0.3×10-8g/(cm2·hPa·s)的辐散区，整体表现为低层辐合、高层辐散。对应着中低层有切变线和西南涡等天气系统，水汽条件和动力条件均较好，因此12日08：00盆地中东部降水明显，局地降水可达95 mm。

一般而言，秋季降水的有利条件是850 hPa的比湿大于8 g/kg， 700 hPa的比湿大于6 g/kg。分析对流层低层850和700 hPa的比湿剖面图发现，9月7—19日四川盆地的850 hPa的比湿均在11 g/kg以上， 700 hPa的比湿均在9 g/kg以上，水汽条件较好。在相对湿度的剖面图中，9月7—19日四川盆地的相对湿度整体较高，水汽条件较好。以12日08：00的100°～110°E水汽通量散度剖面图为例，在四川中东部地区(104°E，30.2°N)500～925 hPa维持为80%的湿区，整体表现为对流层中低层水汽条件较好。从水汽输送通量、比湿、相对湿度等不同物理量的诊断分析中均可以发现，9月7—19日盆地中东部水汽条件较好，有利于连阴雨天气过程的持续。

5 热力条件

分析连阴雨期间假相当位温分布特征(图7)发现，盆地南部及东北部处于高值区，盆地西北侧为能量低值区。能量高值区呈现先向北扩展再向南退的过程，对应着西南和东南方向暖湿气流的水汽输送，由于副高的西伸，大量暖湿空气输送到盆地地区，盆地能量逐渐积累，至12—13日暴雨天气过程结束，能量耗散，700和850 hPa的假相当位温均明显降低(表3)。而西北侧的低值区的演变对应着干冷空气的变化。分析9月3—21日单站(射洪)850 hPa的假相当位温场发现，在9月9日降水开始之前不断有能量的累积，假相当位温逐渐增加达到最大值79 ℃，降水开始之后能量不断耗散，假相当位温逐渐降低至60 ℃，降水结束后随着能量的聚集，假相当位温逐渐增加。分析此次连阴雨天气过程的假相当位温差值(700 hPa-850 hPa)(表3)发现，13日之前差值基本为负，代表大气处于不稳定层结，属于不稳定降水；13日之后，随着暴雨天气结束，不稳定能量释放，差值基本为正，代表大气处于稳定层结，属于稳定性降水。

图7 2014年9月12日850 hPa假相当位温(单位：℃)Fig.7 The pseudo-potential temperature of 850 hPa on September 12，2014

Table3Themeanpseudo-potentialtemperatureincentralandeasternofSichuanfromSeptember7to19，2014

℃

6 动力条件

沿连阴雨区做垂直速度的剖面图发现，在连阴雨天气期间，四川中东部地区中低层一直是上升运动，其中9月9日20：00整层大气都维持着上升运动，一直延展到对流层顶，强中心出现在850 hPa以上。结合散度场的垂直剖面图发现，在连阴雨过程中呈现出低层辐合、高层辐散的分布特点，高层辐散所造成的抽吸作用能够导致上升运动和低层辐合的发展，这种配置为连阴雨天气提供了良好的动力抬升条件。高层维持强辐散，对降水强度和阴雨持续起主导作用，高层辐散不仅有利于上升运动的产生和维持，也有利于气旋性涡度柱上空抽吸作用的加强。连阴雨期间，辐散中心位于500 hPa左右，当高空辐散增强、低层辐合加强，雨势也相应加大。

分析850 hPa涡度场的剖面图发现，9月7—19日盆地中东部的涡度值均为正值，且在12日达到最大值(15 s-1)，之后减弱。说明该地区低层空气有气旋性旋转，有利于低层的辐合上升和系统的发展，有利于连阴雨天气过程的持续。

7 结论

(1)此次连阴雨天气过程500 hPa中高纬度呈现两槽一脊的环流形势，乌拉尔山长波脊较常年偏强，在连阴雨天气过程中，不断经向发展，脊前的西北气流为连阴雨提供了冷空气。巴尔喀什湖分裂的小槽东移过程中，经过新疆、青海等地，输送冷空气到四川盆地。西太平洋副热带高压在连阴雨过程中不断西伸北抬，最西到达100°E以西地区，其西南边缘建立了一个持续的水汽通道，不断为四川盆地输送暖湿空气。后期由于台风 “海鸥”使副高东撤，但台风外围持续为该地区输送暖湿空气。在这一环流背景下，北方南下冷空气与南方北上暖湿空气在四川中东部交汇，导致连阴雨天气。

(2)中低层的天气形势表明，700 hPa有西南涡不断生成，同时在盆地中东部有切变线，850 hPa在四川盆地中东部也有西南涡维持，且盆地内以东北风和东南风气流为主。切变线是连阴雨天气的直接影响系统。从甘肃南部有冷平流进入四川盆地，从南海沿副高边缘源源不断地输送暖湿气流到四川盆地，盆地内冷暖空气交汇，同时盆地内的温度露点差均小于3 ℃，水汽条件较好，有利于连阴雨天气的维持。

(3)连阴雨期间，前期(15日之前)由副高边缘提供水汽输送，低层辐合、高层辐散高低层配置较好，为较强的不稳定性降水；后期(15日之后)由台风外围云系输送水汽，水汽条件相当，但动力条件减弱，为较弱的稳定性降水。副高和台风“海鸥”的共同作用，造成此次连阴雨天气降水强度大、持续时间长、过程总雨量偏大等。

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