华北地区一次秋季连阴雨过程分析
作者：王楠 刘炳杰
来源：《农业灾害研究》2022年第09期
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摘要 利用自动站观测资料、ERA5再分析资料和雷达资料，对2021年10月3—7日华北沧州地区一次连阴雨过程环流背景、物理量场进行分析。结果表明：100 hPa南亚高压和200 hPa副热带西风急流异常偏北利于雨带北跳；500 hPa上乌拉尔山高压脊、副热带高压及巴尔喀什湖低压较常年平均异常偏强，维持稳定降水形势；850 hPa切变线及近地面阻高利于低层长时间冷暖空气交汇。此次过程水汽来自西太平洋西部和南海海域，水汽通量分布上沧州地区水汽条件很好；中低层比湿和风场对降水强度演变有一定影响。过程前期，整层上升运动有利于触发中低层条件不稳定，导致对流性降水；后期，近地面偏东风回流冷却和中低层持续上升造成稳定性锋面降水，同时近地面风场變化对于连阴雨起止时间有一定指示意义。
关键词 秋季连阴雨；环流场异常；低层风场演变；物理量场特征
中图分类号：P426.6 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）09–0126–03
作为秋季常见气象灾害之一，连阴雨对秋收、秋种以及适时播种均会造成一定影响，甚至带来严重的经济损失。近年来，对秋季连阴雨的研究日渐增多。在大尺度环流背景方面，孙照渤等[1]阐述了不同级别华北秋季连阴雨期间大气环流重要特征，结合全国逐日降
水资料，给出我国秋季连阴雨定义。张芹等[2]利用多元观测资料，对2011年山东一次罕见秋季连阴雨分析得出南亚高压脊线会在一定程度影响雨带移动。刘慧敏等[3]通过对一次陕北秋季极端连阴雨过程的动力条件诊断，发现高空急流与副高外围西南低空急流耦合，提供了持续上升运动，有利于连阴雨过程。支蓉等[4]指出，2017年9—10月中国北部雨量异常偏多与500 hPa东亚环流型组合异常有关，并且850 hPa距平风场上朝鲜半岛存在异常反气旋式环流。在物理量方面，许多专家学者也进行了研究[5-7]，于凤英等[8]在研究鲁西北一次秋季连阴雨期间发现：在降水强度大、时间集中时段均有深厚湿层和明显水汽辐合。张荣刚等[9]在对黄河源区一次阴雨过程发现，在该区中低层积累的大量不稳定能量提供了有利的热力条件，冷暖空气交汇辐合上升加强，触发不稳定能量，温差正值区与降水落区对应很好。赵玲[10]对秋季北高南低形连阴雨预报表明，把握秋季连阴雨环流特征及形成过程，再充分利用欧洲中期数值预报中心提供的预报产品，并结合预报指标，就能提前3～5 d预报连阴雨天气。
2021年10月3—7日华北出现大范围的连阴雨天气，对沧州本地玉米收获、蔬菜生长、冬枣采摘、冬小麦播种等造成不利影响，给农业生产造成很大损失。秋季连续4 d及以上降雨较为罕见，2000年以来沧州市共出现过8次，其他7次分别出现在2000年10月、200
3年10月、2007年10月、2008年9月、2015年9月、2017年10月、2018年9月。使用来自常规观测和自动站资料、空间分辨率为0.25°×0.25°ERA5再分析格点资料、雷达资料，对此次连阴雨过程的环流背景、物理量场及雷达特征进行了分析，以期为提高未来对秋季连阴雨的预报能力，减少农业生产损失提供参考。
1 统计标准和降水实况
以持续3 d以上无日照，平均每日日照≤2 h；降水连续3 d以上，日均降水量≥5 mm标准称为一次连阴雨过程。根据图1a可知，本次过程日均雨量为13.7 mm，2021年10月3—6日持续4 d有降水，持续5 d地区平均日照数为0 h，符合连阴雨定义标准，为一次持续5 d的连阴雨过程。从2021年10月3日—7日华北地区累计降水分布来看（图略），降水中心在华北中东部，降水量达80～200 mm，此次发生在华北地区连阴雨过程降水量级和范围较大；其中，沧州处于华北中东部地区，沧州地区过程平均雨量达100.1 mm，累计雨量自西向东递减分布（图1b）。其中，累计降水量最大县为肃宁，达134.3 mm。
2 天气形势分析
2.1 100 hPa
离骚原文及翻译全文
从100 hPa实况场和近30年同期平均值来看（图2），此次过程南亚高压中心强度达1 672 dgpm，相比常年偏强4 dgpm，而且南亚高压北边沿处于36°N，比常年偏北10个经度，受南亚高压北移影响雨带从淮河流域北推至华北一带。同时此次过程南亚高压处于114°E附近，属于东部环流型，有利于中低层西太平洋副热带高压西伸北跳，为连阴雨天气提供有利环流背景。
2.2 200 hPa
急流对于连阴雨的产生和维持非常重要，尤其是急流南侧有强的辐散，有利于上升运动。在200 hPa上，3—7日副热带西风急流轴线位置均分布于41°N～45°N之间（图略），历史同期统计轴线位于39°N附近，此次过程异常偏北，河北处于急流南侧，对应强高空辐散，为强降水提供有力上升条件。其中5日急流轴位置在这次过程中最为偏北，中心值最大达到80 m/s，对应沧州地区平均雨量最大，达到34.6 mm/24 h。
2.3 500 hPa
从3—7日500 hPa平均高度场上乌拉尔山有一高压脊、巴尔喀什湖有一低压槽（图3a）
，槽后偏北气流引导冷空气不断南下影响华北地区，同时588 线平均位置在山东附近，有利于副高外围西南气流引导暖湿空气北上，在华北上空形成冷暖空气交汇，为连阴雨过程提供稳定环流形势。距平图（图3b）上，乌拉尔山附近和我国东部沿海为正距平场区，中心值分别为20、15 dagpm，较历史同期偏高；巴尔喀什湖为明显负距平区，其中心值达-15 dagpm，东亚大槽较历史同期偏低，两高一低环流形势较常年异常偏强，这种形势维持利于形成华北地区气候异常，造成这次初秋较强且范围较大连阴雨天气。和了
2.4 850 hPa和地面
对于低层的影响系统，10月3—7日850 hPa平均风场上（图略）在华北中东部地区有明显东北-西南向切变线，北边有来自贝加尔湖以北地区的冷空气，南方有来自副高外围暖湿气流，冷暖空气长期交汇有利于降水天气维持。同时地面平均气压场上（图略）在贝加尔湖和巴尔喀什湖之间存在阻塞高压，中心值达到1 024 hPa，高压呈东—西纬向分布，华北处于高压前部，有利于东北风携带干冷空气侵入华北东部地区。
3 物理量分析
3.1 水汽条件
从图4a可知降水过程中在西太平洋西部和南海海域到华北地区有一条水汽通道；在35°N～40°N之间有条水汽通量大值带，沧州地区最大达5×10-4 kg/（m2/s）水汽条件较好。过程中沧州泊头交河镇（38°N，117°E）累计雨量为全区最大，故选此站为代表，比湿风场时序图上2—3日为西南风输送水汽过程（图4b），4日开始中高层湿度条件转好，低层逐渐转为偏东风，冷暖空气交汇降水逐渐增强，由交河镇逐日降水分布可知3—5日对应降水为增强过程，5日累计降水最强达到56.2 mm/24 h；6—7日低层逐渐受反气旋控制，比湿降到5 g/kg以下，水汽条件转差，降水逐渐减弱停止。
3.2 动力条件
从垂直速度时序分布可知（图5a），3日白天上升运动强，在500 hPa垂直上升速度最大达到-1.8 Pa/s，在500 hPa以上也存在一定上升运动，上升高度较高，动力条件有利，降水过程开始，到3日夜间转为500 hPa以下存在下沉运动，最大达到0.4 Pa/s，降水间歇；4日开始700 hPa附近广大上升运动一直维持到6日夜间，有利于这次阴雨过程持续。
伦斯勒理工 3.3 不稳定条件
从假相当位温和风场垂直分布可知（图5b），2—3日850 hPa以下θ在320～340 K之间，低层以暖平流为主，同時在3日-∂θ/∂z<0，存在一定不稳定能量，配合整层上升运动，造成对流性降水，雷达拼图组合反射率最大达
65 dBz。4日低层转为偏东风，并不断加强，θ<305 K，有冷平流，冷暖空气在华北地区上空交汇，存在假相当位温密集带有弱的锋区，有利于暖空气沿着冷空气动力爬升以及凝结，造成4—6日连续的稳定性降水。7日700 hPa以下受冷空气控制，低层偏东风减弱，降水减弱停止，本次连阴雨过程结束。
4 结论与讨论
（1）2021年10月3—7日沧州地区出现一次连阴雨天气过程，累计平均雨量达100.1 mm，呈西多东少阶梯状分布。中高层主要影响系统较常年平均异常偏强，同时配合中低层及近地面长时间冷暖气流交汇，维持此次连阴雨过程稳定降水形势。
（2）此次过程比湿局地变化对于降水强度演变有一定影响，水汽主要来自西太平洋西部和南海海域，在沧州地区有明显水汽通量大值区，为强降雨过程提供有利水汽条件。
（3）过程前期对流不稳定降水和整层上升运动导致条件不稳定能量释放；后期稳定性降水主要由于近地面偏东风回流冷却作用，抬升暖湿空气在中层累积不稳定能量，外加中低层持续上升运动造成锋面降水。
（4）这次连阴雨期间近地面风的变化对于连阴雨起止时间有一定指示意义：偏南风加强，预示着过程开始；偏东风转弱预示着过程结束。
参考文献
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责任编辑：黄艳飞
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