董鶴松 張瑩瑩 馮景瑜 隋 妍

（延邊朝鮮族自治州氣象局，吉林 延吉 133000）

1 引言

延邊朝鮮族自治州是吉林省東部邊疆近海區(qū)，處于長白山脈腳下，地形地貌復雜，且東臨日本海， 海洋上的暖濕氣流時常自東向西進入延邊地區(qū)，氣象災害頻繁。每年5—10 月常有北上或東移進入朝鮮半島、日本海的氣旋影響吉林省東部，其北側東風氣流常給延邊地區(qū)帶來暴雨天氣，降水起止時間、落區(qū)等問題是預報難點和關鍵，困擾著當?shù)貧庀蠊ぷ髡?。國內對于回流天氣的研究，多集中于華北、山東半島地區(qū)，對吉林省乃至東北地區(qū)東部的回流天氣研究較少。 華北回流是指對流層底層自東北平原南下經(jīng)渤海影響華北平原的冷空氣， 而影響東北地區(qū)東部的回流是來自日本海的一股暖濕氣流，兩者雖有一定的相似之處，但卻是性質完全不同的兩種氣團。 張迎新等[1]發(fā)現(xiàn)，華北回流在降水中起“冷墊”作用，而東北回流則是降水的水汽“供應者”。 為充分認識吉林省回流暴雨天氣特征， 探討吉林省邊疆近海區(qū)東風急流暴雨天氣成因，本文通過分析研究暴雨環(huán)流形勢、風場擾動配置、系統(tǒng)演變、物理量指標等形成客觀預報方法， 提升此類暴雨天氣的分析和預報預警能力，為今后預報同類天氣起到參考作用。

2 資料和研究方法

本文利用1990—2019 年常規(guī)觀測資料、NCEP 再分析資料及Micaps 資料。取逐日降水量資料， 當受東風急流影響在延邊地區(qū)8 個縣（市）國家氣象觀測站中，至少有2 站出現(xiàn)日降水量≥50mm 時，定義為一次東風急流暴雨過程。經(jīng)統(tǒng)計，此類過程共出現(xiàn)26 次。

選取26 次暴雨的主要影響系統(tǒng)，根據(jù)主要影響天氣系統(tǒng)的相互配置對暴雨進行綜合分型，從地面影響系統(tǒng)來看， 其中受熱帶氣旋影響的占50%（13 例）， 受溫帶氣旋影響的占46%（12 例），受倒槽影響的占4%（1 例）。 可見，東風急流影響延邊地區(qū)出現(xiàn)的暴雨影響系統(tǒng)主要分為溫帶氣旋型和熱帶氣旋型。 在溫帶氣旋型12 個個例中，1個個例受蒙古氣旋影響， 其余個例均受南方氣旋影響，因此本文選取南方氣旋型11 個個例作為溫帶氣旋型研究樣本，熱帶氣旋型13 個個例作為熱帶氣旋型研究樣本， 應用天氣學方法將影響延邊地區(qū)的東風回流暴雨分為溫帶氣旋型和熱帶氣旋型兩類進行分析研究[2]。

3 東風急流暴雨時空特征

從暴雨個例時間分布來看， 暴雨主要發(fā)生在5—10 月， 其中7 月和9 月出現(xiàn)的個例最多，77%的個例出現(xiàn)在6 月中旬—9 月中旬。 從空間分布來看，此類暴雨呈非對稱結構，多出現(xiàn)在延邊地區(qū)東部， 位于延邊東部的琿春站出現(xiàn)暴雨的個例占85%， 而僅19%的個例在延邊西部敦化站出現(xiàn)了暴雨。

溫帶氣旋型11 個個例中，8 個個例出現(xiàn)在6—7 月，占73%（圖1a）。此類個例中，降水主要呈現(xiàn)出“東多西少”或“南多北少”的分布特點，暴雨中心出現(xiàn)在4 個縣（市），其中73%（8 個）的個例24h 最大降水量出現(xiàn)在琿春站（圖1b）。 降水中心的24h 降水量為51.8～81.3mm， 最大降水量出現(xiàn)在1992 年6 月17 日的琿春站。

熱帶氣旋型13 個個例中，11 個個例出現(xiàn)在7—9 月， 占84.6%；2 個個例出現(xiàn)在10 月，占15.4%（圖1c）。 在熱帶氣旋型個例中，降水同樣呈現(xiàn)出“東多西少”或“南多北少”的分布特點。 暴雨中心出現(xiàn)在5 個縣（市）， 其中46.2%的個例24h最大降水量出現(xiàn)在琿春站 （圖1d）。 降水中心的24h 降水量為51.1～174.6mm， 最大降水量出現(xiàn)在2016 年8 月30 日的圖們站。

圖1 1990—2019 年5—9 月溫帶氣旋型個例月分布（a）、各縣（市）出現(xiàn)最大降水中心概率（b）,1990—2019 年7—10 月熱帶氣旋型個例月分布（c）、各縣市出現(xiàn)最大降水中心概率（d）

4 天氣系統(tǒng)

4.1 副熱帶高壓

分析溫帶氣旋型個例的西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副高）特征發(fā)現(xiàn)，副高呈塊狀；中心強度為588～592dagpm；脊線在28°N 以北，最北可抬至40°N；西伸脊點在110°E～135°E。

分析熱帶氣旋型個例，副高均呈塊狀；中心強度為588～592dagpm；脊線位置偏北，位于35°N～40°N；西伸脊點位于135°E 附近，副高位置明顯偏東偏北。 副高在日本列島附近形成一個南北向的高壓壩，其西側有一條較強的偏南風急流帶，引導臺風北上。

可見暴雨發(fā)生時，副高多呈塊狀，位置偏北，強度偏強。 因此，副高的強度、位置和形狀對于東風急流暴雨的出現(xiàn)至關重要[3-4]。

4.2 高低空環(huán)流形勢

溫帶氣旋型個例中，500hPa 歐亞大陸中高緯地區(qū)多呈“兩脊一槽”型，高壓脊分別位于貝加爾湖附近和日本海附近， 蒙古國至東北地區(qū)西部多有南北向高空槽。 冷空氣沿貝加爾湖附近的高壓東側南下，使得高空槽不斷發(fā)展加強，并逐漸向東移動，但由于日本海附近高壓壩的存在，使得高空槽移動緩慢，降水時間較長。 700hPa 上均受切變線影響。過程開始初，切變線一般在渤海灣至朝鮮半島附近發(fā)展加強， 個別個例切變線位于吉林省西部，之后切變線逐漸向東北或向東移動。強降水期間，切變線多從延邊地區(qū)南部或西部穿過，且延邊地區(qū)多為東南風或偏東風風速輻合。 850hPa 上在過程開始初， 多在朝鮮半島附近或吉林省西部存在低渦，低渦逐漸東移北上，且部分個例存在人字形切變線。在主要降水期間，延邊地區(qū)多處于冷式切變線的東側，或人字形切變線的內部，個別個例位于暖式切變線的北側。隨著切變線移近，延邊地區(qū)風速輻合逐漸增強，降水強度逐漸增強。

熱帶氣旋型個例中，500hPa 歐亞大陸中高緯地區(qū)為“兩脊一槽”型或“兩脊兩槽”型，其中“兩脊一槽”型占多數(shù)，達61.5%。 “兩脊一槽”型中，一脊位于貝加爾湖以西， 另一脊位于庫頁島至日本列島一帶，兩高壓脊之間為寬廣的東亞槽區(qū)。之后整個東亞槽區(qū)緩慢東移南壓， 即在貝加爾湖以東為一個冷空氣堆，在槽（渦）后有冷空氣入侵，熱帶氣旋或臺風亦處于東亞槽區(qū)內。“兩脊兩槽”型中，一槽多位于巴爾喀什湖以北，其他槽脊位置與“兩脊一槽”型槽脊位置類似。 700hPa 和850hPa 上，均受熱帶氣旋北部切變線影響， 切變線一般從日本海或朝鮮半島附近北上影響延邊地區(qū)， 多為偏東風或東南風與東北風的風向切變以及偏東風或東南風的風速輻合。隨著切變線移近延邊地區(qū)，風速輻合增強，降水強度增強。

5 預報因子

從實際預報業(yè)務出發(fā)， 本文選取了基層臺站預報業(yè)務中常用的幾個物理量作為預報因子進行統(tǒng)計分析[5-8]。

5.1 低空急流

分析溫帶氣旋型個例700hPa 風場可以看出，在延邊地區(qū)附近多存在偏東或東南急流，風速大值區(qū)呈東南—西北向帶狀分布，延邊地區(qū)處于急流軸北側風速梯度大值區(qū)，700hPa 急流核最大風速多為12～24m·s-1，最強可達28m·s-1。 850hPa 風場上， 所有個例均存在偏東風或東南風急流，風速大值區(qū)呈東北—西南向或東南—西北向帶狀分布，延邊地區(qū)處于急流軸風速梯度大值區(qū)，急流核最大風速多為12～24m·s-1， 最大可達28m·s-1（圖2a）。

分析熱帶氣旋型個例700hPa 風場可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)個例在延邊地區(qū)附近存在偏東風或東南風急流， 風速大值區(qū)呈東南—西北向帶狀分布， 延邊東部處于急流軸風速梯度大值區(qū)，700hPa 急流核最大風速多為18～28m·s-1，最強可達32m·s-1。 850hPa 風場上，84.6%的個例在延邊地區(qū)附近存在偏東風或東南風急流，風速大值區(qū)呈東西向或東南—西北向帶狀分布，延邊東部處于急流軸風速梯度大值區(qū)， 急流核最大風速為12～24m·s-1（圖2b）。

綜上所述， 偏東風和東南風急流將水汽源源不斷地向延邊地區(qū)輸送， 為暴雨的產生提供了充沛的水汽和能量條件， 急流的方向和強度是判斷能否出現(xiàn)東風急流暴雨的重要指標[9]。

5.2 比濕

溫帶氣旋型個例中，850hPa 比濕均在6g·kg-1以上，最大達到13g·kg-1；700hPa 比濕均在4g·kg-1以上，最大達到10g·kg-1（圖2a）。

圖2 溫帶氣旋型（a）、熱帶氣旋型（b）東風急流暴雨預報因子（風速，單位：m·s-1；比濕，單位：g·kg-1；垂直速度，單位：10-1Pa·s-1；水汽通量，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1；水汽通量散度，單位：10-8g·cm-2·hPa-1·s-1；假相當位溫，單位：℃）

熱帶氣旋型個例中，850hPa 比濕均在6g·kg-1以 上， 最 大 可 達14g·kg-1；700hPa 比 濕 基 本 在6.5g·kg-1以上，最大可達11g·kg-1（圖2b）。

5.3 水汽通量及水汽通量散度

分析溫帶氣旋型個例850hPa 水汽通量分布可以看出，水汽通量大值軸呈現(xiàn)東南—西北向分布，且多位于日本海附近， 中心強度為10g·（cm·hPa·s）-1以上， 最大可達25g·（cm·hPa·s）-1。 延邊地區(qū)850hPa 水汽通量在3g·（cm·hPa·s）-1以上， 最大達15g·（cm·hPa·s）-1。 從850hPa 水汽通量散度分布來看， 延邊地區(qū)位于水汽通量輻合區(qū)內， 強度在-1.5×10-8g·（cm2·hPa·s）-1以上， 最強可達-8×10-8g·（cm2·hPa·s）-1（圖2a）。

分析熱帶氣旋型個例850hPa 水汽通量分布可以發(fā)現(xiàn)， 熱帶氣旋與日本海附近的副熱帶高壓之間所形成的偏東風和東南風低空急流將日本海水汽源源不斷地向延邊地區(qū)輸送。 水汽通量大值軸呈現(xiàn)東西向或東南—西北向分布， 中心位于日本海附近，強度在10g·（cm·hPa·s）-1以上，最大可達33g·（cm·hPa·s）-1。 延邊地區(qū)850hPa 最大水汽通量在6g·（cm·hPa·s）-1以上， 最大達22g·（cm·hPa·s）-1。 從850hPa 水汽通量散度的分布來看，延邊地區(qū)位于水汽通量輻合區(qū)內，強度在-1.0×10-8g·（cm2·hPa·s）-1以上，最強可達-17×10-8g·（cm2·hPa·s）-1（圖2b）。

綜上所述，850hPa 水汽通量輻合中心位于延邊東部，與暴雨落區(qū)有較好的對應關系，可用于預報強降水中心位置。

5.4 垂直速度

溫帶氣旋型個例中， 暴雨期間垂直速度上升區(qū)呈帶狀分布， 延邊地區(qū)700hPa 垂直速度≤-0.4Pa·s-1， 最強為-1.2Pa·s-1；850hPa 多為正負速度對，延邊地區(qū)在垂直速度上升區(qū)內，垂直速度≤-0.1Pa·s-1，最強為-1.0Pa·s-1（圖2a）。

熱帶氣旋型個例中， 暴雨期間垂直速度上升區(qū)呈帶狀分布， 延邊地區(qū)700hPa 垂直速度≤-0.4Pa·s-1，最強為-2Pa·s-1；850hPa 多為正負速度對， 延邊地區(qū)在垂直速度上升區(qū)內， 垂直速度≤-0.3Pa·s-1，最強為-2Pa·s-1（圖2b）。

5.5 假相當位溫

分析溫帶氣旋型個例850hPa 假相當位溫水平分布， 從中可見假相當位溫大值中心起初位于日本?；虿澈掣浇?，并逐漸向北推進，且梯度增強， 延邊地區(qū)最大值為36～68℃， 平均值為47℃（圖2a）。

分析熱帶氣旋型個例850hPa 假相當位溫水平分布， 從中可見假相當位溫大值中心起初位于日本海上，隨著熱帶氣旋或臺風北上，大值區(qū)逐漸從海上跨上大陸，并伸入延邊東部。此后假相當位溫量值增大、梯度增強，延邊東部最大量值為31～74℃，平均值為57℃（圖2b）。

通過分析發(fā)現(xiàn)， 暴雨中心一般位于能量舌上或能量鋒區(qū)附近且靠近大值區(qū)一側。

6 概念模型的建立

根據(jù)不同環(huán)流形勢配置，對溫帶氣旋型11 個個例，熱帶氣旋型13 個個例的常規(guī)預報因子進行統(tǒng)計分析， 在此基礎上建立溫帶氣旋型東風急流暴雨概念模型（圖3）和熱帶氣旋型東風急流暴雨概念模型（圖4）。

圖3 溫帶氣旋型東風急流暴雨概念模型（藍色箭頭：干冷氣流；紅色箭頭：暖濕氣流；棕色實線：500hPa 槽線；紅色雙實線：850hPa 切變線；綠色實線：850hPa 濕區(qū)；綠色陰影：暴雨區(qū)）

圖4 熱帶氣旋型東風急流暴雨概念模型（紅色實線：熱帶氣旋路徑；棕色實線：500hPa 槽線；棕色箭頭：700hPa 急流；紅色箭頭：850hPa 急流；綠色實線：850hPa 濕區(qū)；綠色陰影：暴雨區(qū)）

6.1 溫帶氣旋型東風急流暴雨概念模型

500hPa 歐亞大陸中高緯地區(qū)呈“兩脊一槽”型，冷空氣沿貝加爾湖附近高壓脊南下， 使得東北一帶高空槽不斷發(fā)展加強， 日本海附近高壓壩使高空槽東移緩慢。副高呈塊狀，中心強度為588～592dagpm，脊線位于28°N～40°N，西伸脊點在110°E～135°E。

700hPa 切變線從延邊地區(qū)南部或西部穿過后減弱入海， 延邊地區(qū)多處于東南風或偏東風風速輻合區(qū)內。 850hPa 低渦東移北上，在主要降水期間位于冷式切變線東側。

延邊地區(qū)處于低空急流軸風速梯度大值區(qū)，700hPa 和850hPa 急流核最大風速多為12～24m·s-1，最大可達28m·s-1。

850hPa 比 濕 大 于6g·kg-1，700hPa 比 濕 大 于4g·kg-1。 有來自日本海中心強度在10g·（cm·hPa·s）-1以上的850hPa 水汽通量輸送， 延邊地區(qū)850hPa水汽通量值在3g·（cm·hPa·s）-1以上， 且位于850hPa 水汽輻合區(qū)內， 水汽通量散度小于-1.5×10-8g·（cm2·hPa·s）-1。

700hPa 垂直速度小于-0.4Pa·s-1；850hPa 垂直速度小于-0.1Pa·s-1。

延邊地區(qū)位于能量舌上或能量鋒區(qū)附近且靠近大值區(qū)一側，假相當位溫為36～68℃。

6.2 熱帶氣旋型東風急流暴雨概念模型

500hPa 歐亞大陸中高緯地區(qū)為 “兩脊一槽”或“兩脊兩槽”型。 副高呈塊狀；中心強度為588～592dagpm；脊線位置偏北，位于35°N～40°N；西伸脊點位于135°E 附近， 在日本列島附近形成一個南北向高壓壩。

700hPa 和850hPa 上均受熱帶氣旋或臺風北部切變線影響， 多為偏東風或東南風與東北風風向切變以及偏東風或東南風風速輻合。

延邊東部處于急流軸風速梯度大值區(qū)，700hPa 急流核最大風速為18～28m·s-1；850hPa 急流核最大風速為12～24m·s-1。

850hPa 比 濕 大 于6g·kg-1，700hPa 比 濕 大 于6.5g·kg-1；有中心位于日本海強度在10g·（cm·hPa·s）-1以上的850hPa 水汽通量輸送。延邊地區(qū)850hPa 水汽通量值大于6g·（cm·hPa·s）-1，且位于850hPa 水汽輻合區(qū)內；水汽通量散度小于-1.0×10-8g·（cm2·hPa·s）-1。

700hPa 垂直速度小于-0.4Pa·s-1；850hPa 垂直速度小于-0.3Pa·s-1。假相當位溫從日本海伸入延邊地區(qū)東部，量值大、梯度強，最大量值為31～74℃。

7 結語

利用1990—2019 年常規(guī)觀測資料、NCEP 再分析資料及Micaps 資料，統(tǒng)計了吉林省邊疆近海區(qū)東風急流暴雨發(fā)生時空分布特征， 劃分了天氣類型， 在此基礎上對常規(guī)預報因子進行了統(tǒng)計分析，建立概念模型，給出了定量化的物理量判別指標。

（1）東風急流暴雨主要發(fā)生在5—10 月，其中77%個例出現(xiàn)在6 月中旬—9 月中旬。暴雨呈非對稱結構，多出現(xiàn)在延邊地區(qū)東部，琿春站最多，占個例總數(shù)的85%。

（2） 東風急流暴雨環(huán)流形勢配置劃分為溫帶氣旋型和熱帶氣旋型。中高緯地區(qū)均呈經(jīng)向環(huán)流，暴雨發(fā)生時，副高多呈塊狀，位置偏北，強度偏強，中心強度一般為588～592dagpm。 偏東風和東南風急流的建立為暴雨發(fā)生提供了充沛的水汽和能量條件。 850hPa 水汽通量輻合中心位于延邊東部，與暴雨落區(qū)有較好的對應關系。

（3） 選取了基層臺站預報業(yè)務中常用的低空急流、比濕、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度、假相當位溫作為預報因子進行統(tǒng)計分析， 給出了定量化的物理量判別指標， 建立了溫帶氣旋型和熱帶氣旋型東風急流暴雨概念模型。

（4） 本文填補了與東風急流相伴的吉林省邊疆近海區(qū)暴雨的研究空白， 為提高此類天氣過程的診斷分析和預報預警能力提供了科學依據(jù)。 下一步開展地形因素對此類暴雨落區(qū)影響的研究工作。