江西省2018年秋冬連陰雨天氣異常特征及成因

胡菊芳，馬鋒敏，占龍飛

江西省氣候中心，江西 南昌 330096

0 引 言

連陰雨是一種大范圍的天氣過程，也是我國常見的氣象災(zāi)害之一，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和人們?nèi)粘Ｉ钤斐珊艽笥绊?，社?huì)各級(jí)部門和公眾對(duì)連陰雨監(jiān)測預(yù)測服務(wù)的需求也在不斷增加。因此，科學(xué)認(rèn)識(shí)連陰雨的異常特征和發(fā)生成因，準(zhǔn)確預(yù)測連陰雨的異常程度成為迫切需要解決的科學(xué)問題，對(duì)進(jìn)一步提高防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)能力有重要的應(yīng)用價(jià)值。

江西地處東亞季風(fēng)氣候區(qū)，境內(nèi)山地丘陵起伏，省境邊緣群山環(huán)繞，氣候復(fù)雜多變，是長江中下游氣象災(zāi)害多發(fā)的省份之一。2018年11月1日—2019年3月10日江西出現(xiàn)區(qū)域性的連續(xù)陰雨寡照天氣，此次連陰雨天氣具有陰雨、連陰雨日數(shù)同期最多，累計(jì)雨量大、雨日多，日照時(shí)數(shù)創(chuàng)新低，無日照、連續(xù)無日照日數(shù)創(chuàng)新高等特點(diǎn)，對(duì)江西省農(nóng)業(yè)、交通、電力、居民生活等造成重大影響，并誘發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。江西氣象工作者對(duì)連陰雨開展了一些研究，楊愛萍(2014)對(duì)江西省秋季連陰雨變化特征及其對(duì)秋收的影響進(jìn)行了分析，張韻啟和謝遠(yuǎn)玉(2020)對(duì)贛州地區(qū)近38 a來贛南臍橙著色成熟期的連陰雨天氣變化特征進(jìn)行分析，但僅側(cè)重連陰雨氣候變化特征及影響，目前尚未見江西省連陰雨成因診斷方面的相關(guān)研究。國家氣候中心監(jiān)測顯示，赤道中東太平洋從2018年9月開始進(jìn)入厄爾尼諾狀態(tài)，并于2019年1月達(dá)到一次厄爾尼諾事件標(biāo)準(zhǔn)。為了揭示2018年秋冬季江西連續(xù)陰雨寡照的異常特征與這次厄爾尼諾事件的關(guān)系，文中利用江西常規(guī)氣象站的實(shí)測降水資料和災(zāi)情資料對(duì)這次連陰雨天氣的異常氣候特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步利用NCEP/NCAR逐日再分析資料以及全球海溫資料，從大尺度環(huán)流異常及ENSO事件對(duì)江西秋冬季降水影響的角度，對(duì)此次連陰雨的異常特征及成因進(jìn)行診斷，以期為秋冬季連陰雨監(jiān)測預(yù)測業(yè)務(wù)及服務(wù)提供一定的參考依據(jù)。

1 資料來源及說明

氣象資料為2018年11月1日—2019年3月10日(2018年秋冬季，下同)江西省87個(gè)國家氣象站的降水量、降水日數(shù)、陰雨日數(shù)、連續(xù)陰雨日數(shù)、日照時(shí)數(shù)等，歷史同期上述氣象要素平均值(1981—2010年平均)。大氣環(huán)流資料為NCEP/NCAR逐月再分析資料中的位勢高度場、水平風(fēng)場等變量，資料水平分辨率為2.5°×2.5°(Kalnay，1996)。海溫資料是美國國家海洋大氣管理局(NOAA)提供的擴(kuò)展重建海面溫度數(shù)據(jù)(ERSST-V5)，水平分辨率為2°×2°。 陰雨日是指日降水量大于等于0.1 mm或日照時(shí)數(shù)小于等于1 h的雨天或陰天。針對(duì)目前江西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有春季低溫連陰雨和秋季低溫連陰雨等相關(guān)指標(biāo)，而全年連陰雨天氣過程沒有明確指標(biāo)的情況，在業(yè)務(wù)服務(wù)中，當(dāng)陰雨日數(shù)持續(xù)時(shí)間達(dá)一周左右，并對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活等造成了一定影響，定義為一次連陰雨天氣過程。連陰雨天氣覆蓋范圍達(dá)到國家氣象站20%以上(對(duì)應(yīng)江西為20站)時(shí)，則認(rèn)定為一次區(qū)域性連陰雨天氣過程。

2 連陰雨天氣異常特征分析

2.1 陰雨、連陰雨日數(shù)特征分析

2018年11月1日—2019年3月10日，江西省平均陰雨日數(shù)98.3 d，較常年偏多29.8 d，創(chuàng)1961年以來同期新高(圖1)；贛北、贛中等地陰雨日數(shù)普遍有95—105 d，萬載、永新、樟樹、德興、上高、蓮花、安義、豐城和宜豐等地超過105 d，以宜豐(109 d)為江西省最多(圖2a)，較常年同期偏多25—35 d，局部偏多超過40 d；全省有41個(gè)縣(市、區(qū)；占全省總站數(shù)47%)陰雨日數(shù)為1961年以來同期最多。

圖1 1961—2019年11月1日—3月10日江西省陰雨和連陰雨日數(shù)變化Fig. 1 Variations of rainy days and continuous rainy days during November 1 to March 10 1961—2019 in Jiangxi province

連陰雨期間，江西省連續(xù)陰雨日數(shù)平均27.8 d，較常年同期偏多13.9 d，也位居1961年以來同期第一高位(圖1)；贛北贛中等地連陰雨日數(shù)普遍有27—32 d，萬載、永新、新干、吉安、樟樹、新余、南康、德興、上高、蓮花、安義、豐城和宜豐等地超過32 d，以蓮花(36 d)為全省最多(圖2b)，較常年同期偏多10—20 d，局部偏多超過20 d；省內(nèi)有43個(gè)縣(市、區(qū)；占全省總站數(shù)49%)連續(xù)陰雨日數(shù)均創(chuàng)1961年以來同期新高。

圖2 2018年11月1日—2019年3月10日江西省陰雨(a)及連陰雨(b)日數(shù)分布Fig. 2 Distribution of rainy days (a) and continuous rainy days (b) in Jiangxi province from November 1，2018 to March 10，2019

2.2 累計(jì)雨量、雨日特征分析

2018年11月1日—2019年3月10日，江西省平均雨量643.6 mm，較常年同期偏多82.2%，位居1961年以來同期第二高位(圖3a)，僅次于1997/1998年同期(875.5 mm)。江西省有65個(gè)縣(市、區(qū)；占全省總站數(shù)75%)累計(jì)雨量位列前三位，其中南昌縣、都昌和德興等三地創(chuàng)新高。

連陰雨期間，江西省平均雨日78.4 d，較常年同期平均偏多27.8 d，也位居1961年以來同期第二高位(圖3a)，僅次于1963/1964年同期(80.4 d)。省內(nèi)有28個(gè)縣(市、區(qū)；占全省總站數(shù)32%)雨日創(chuàng)1961年以來同期新高。

2.3 日照時(shí)數(shù)、無日照、連續(xù)無日照日數(shù)特征分析

2018年11月1日—2019年3月10日，江西省平均日照時(shí)數(shù)213.6 h，較常年偏少235.5 h，為同期最小值(圖3b)，其中贛北大部、贛中大部和贛南東北部以及三南地區(qū)日照時(shí)數(shù)較常年同期偏少220—270 h，局部偏少270—320 h；省內(nèi)有84%的縣(市、區(qū)；共73個(gè))日照日數(shù)創(chuàng)了同期新低(圖4)。

圖3 1961—2019年11月1日—3月10日降水量、雨日(a)和日照時(shí)數(shù)、無日照日數(shù)(b)變化Fig. 3 Variations of precipitation and rainy days (a), sunshine hours and total number of days without sunshine (b) during November 1 to March 10 from 1961 to 2019

圖4 2018 年11月1 日—2019年3 月10日江西省日照時(shí)數(shù)距平(a)及低值排位(b)空間分布Fig. 4 Distributions of sunshine hours anomaly(a) and low ranks (b) from November 1, 2018 to March 10, 2019 in Jiangxi province

連陰雨期間，江西省平均無日照日數(shù)87.9 d，較常年偏多31.5 d，位居同期第一高位(圖3b)，各地?zé)o日照日數(shù)為62—102 d，較常年偏多20—39 d，有94%的縣(市、區(qū)；共82個(gè))無日照日數(shù)創(chuàng)同期新高；其中宜春大部、撫州大部、新余、景德鎮(zhèn)大部、吉安大部等地?zé)o日照日數(shù)90—100 d，樂平、鄱陽、上高和宜春等地則超過100 d。全省連續(xù)無日照日數(shù)24 d，較常年偏多12.9 d，也位居同期第一高位，贛北大部連續(xù)無日照日數(shù)為25—30 d，永修、湖口、蓮花和萬載等地則超過30 d(圖5b)。

圖5 2018年11月1日—2019年3月10日江西省無日照(a)及連續(xù)無日照日數(shù)(b)分布Fig. 5 Distributions of no sunshine (a) and continuous no sunshine days (b) in Jiangxi province from November 1, 2018 to March 10, 2019

2.4 連陰雨天氣的時(shí)間變化特征分析

2018年11月1日—2019年3月10日，江西省僅有11月下旬、1月下旬至2月初出現(xiàn)了間斷性的晴好天氣，其它時(shí)段都為陰天或雨天，其中12月下旬至1月中旬和2月上旬后期至3月上旬出現(xiàn)的兩段連陰雨天氣持續(xù)時(shí)間均超過1個(gè)月(圖6)。

圖6 2018年11月1日—2019年3月10日江西省逐日降水量和日照時(shí)數(shù)變化Fig. 6 Variations in daily rainfall and sunshine hours in Jiangxi Province from November 1, 2018 to March 10, 2019

3 連陰雨天氣成因分析

3.1 大氣環(huán)流異常

圖7為2018年11月1日—2019年3月10日江西省連陰雨天氣期間平均的500 hPa高度場及距平場、850 hPa風(fēng)場和整層水汽通量散度場。由圖7a可見，連陰雨天氣期間，北半球環(huán)流形勢出現(xiàn)異常，貝加爾湖以東至鄂霍次克海西部為正高度距平區(qū)，而貝加爾湖以西至烏拉爾山為負(fù)高度距平區(qū)。除西北地區(qū)之外，我國大部地區(qū)處在正高度距平區(qū)內(nèi)。歐亞中高緯大氣環(huán)流呈“兩脊兩槽”型，中高緯環(huán)流經(jīng)向度加大，有利于冷空氣入侵我國南方地區(qū)；西太平洋副熱帶高壓較常年偏強(qiáng)，西伸脊點(diǎn)偏西，脊線位置偏北，控制我國華南沿海和南海地區(qū)。這種環(huán)流配置有利于副高西側(cè)的西南暖濕氣流輸送至我國南方地區(qū)，并與南下冷空氣在江淮至江南地區(qū)交匯，造成江西降水異常偏多。

分析850 hPa風(fēng)場距平(圖7b)可見，臺(tái)灣島以東洋面上為異常反氣旋環(huán)流控制，孟加拉灣地區(qū)為異常反氣旋環(huán)流，增強(qiáng)了南方地區(qū)的水汽輸送。從水汽輸送場可以看出(圖7c)，異常西南風(fēng)水汽輸送可延伸至長江中下游地區(qū)，為該地區(qū)的持續(xù)陰雨天氣提供了豐沛的水汽條件，造成水汽通量異常輻合區(qū)主要位于長江中下游地區(qū)(圖7d)，導(dǎo)致該地降水異常偏多。

圖7 2018年11月1日—2019年3月10日平均的(a)500 hPa位勢高度(等值線)、距平(陰影)(單位：gpm;紅色實(shí)線：氣候態(tài)5 860 gpm等值線)，(b)850 hPa距平風(fēng)場(單位：m/s)，(c)1000—300 hPa整層水汽通量平均場(單位：kg/(s·m))，(d) 1000—300 hPa整層積分水汽輸送距平場(單位：kg/(s·m))及水汽輸送輻合輻散距平場(單位：10-5 kg/(s·m2))Fig. 7 Average atmospheric circulation fields from November 1，2018 to March 10, 2019 for (a) 500 hPa geopotential height (contour) and anomaly (shadow) (unit: gpm； red contour： climate average 5 860 gpm); (b) 850 hPa anomalous wind field (unit: m/s))； (c) 1000—300 hPa whole-layer water vapor flux average field (unit: kg/(s·m)); (d) 1000—300 hPa integral layer water vapor transport anomaly field (unit: kg/(s·m)) and water vapor transport convergence divergence anomaly field (unit: 10-5 kg/(s·m2))

圖8 1961—2017年秋冬季指數(shù)與江西同期降水量(a)、陰雨日數(shù)(b)的相關(guān)系數(shù)空間分布Fig. 8 Distributions of correlation coefficient of the indexes with precipitation (a)，rainy days (b) for the same period in autumn and winter from 1961 to 2017 of Jiangxi

圖9 1981—2017年夏秋季節(jié)發(fā)生典型事件年份秋冬季降水距平百分率(a)、陰雨日數(shù)距平(b)合成Fig. 9 Synthetic map of precipitation anomalies (a)，rainy days anomalies (b) in the autumn and winter of the typical El events occurred in summer and autumn from 1981 to 2017

4 結(jié) 論

文中基于江西省國家氣象觀測站實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)、NCEP/NCAR逐日再分析和NOAA全球海表溫度資料，對(duì)2018年11月1日—2019年3月10日江西出現(xiàn)的持續(xù)性陰雨天氣異常氣候特征和成因進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1) 此次連陰雨天氣具有陰雨、連陰雨日數(shù)多，過程雨量大、雨日多，日照時(shí)數(shù)少、無日照和連續(xù)無日照日數(shù)多等特點(diǎn)。

2) 連陰雨天氣期間，北半球環(huán)流形勢異常，歐亞中高緯環(huán)流呈“兩脊兩槽”型，有利于冷空氣入侵我國南方地區(qū)；西太平洋副熱帶高壓較常年偏強(qiáng)，西伸脊點(diǎn)偏西，脊線位置偏北，異常西南風(fēng)水汽輸送為持續(xù)陰雨天氣提供了豐沛的水汽條件，與南下冷空氣在江淮至江南地區(qū)交匯，造成江西降水異常偏多。