司福意, 徐林澤, 宋自福, 閆曉珍

(1.中國氣象局·河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,鄭州 450003; 2.焦作市氣象局,河南 焦作 454000)

引 言

在全球變暖背景下,氣象災(zāi)害事件特別是極端天氣氣候事件及其影響不斷增大[1]。連陰雨作為災(zāi)害性天氣的重要災(zāi)種之一,極易給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是給糧食產(chǎn)量造成嚴(yán)重危害[2]。我國氣象學(xué)家對(duì)各地的連陰雨進(jìn)行過廣泛的研究[3-14]。韓榮青等[5]指出,我國低溫連陰雨日數(shù)在每年的2-5月逐漸由長江以南向黃河流域北擴(kuò)。王記芳等[6]的分析表明,河南省連陰雨天氣豫南的最多,中部的次之,北部的最少;夏季的最多,秋季的次之,春季的最少。王秀文等[7]通過對(duì)北方麥?zhǔn)掌陂g出現(xiàn)連陰雨天氣過程的環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)關(guān)系進(jìn)行研究后指出,阻塞高壓形勢且貝加爾湖伴有冷渦是造成連陰雨天氣過程最主要的環(huán)流特征。不少學(xué)者還針對(duì)春末夏初的降水和環(huán)流作了研究[15-17],指出其環(huán)流和降水分布型與亞洲地區(qū)西風(fēng)環(huán)流、西太平洋副熱帶高壓及印緬低槽等環(huán)流系統(tǒng)的變化有關(guān)。

2023年5月下旬河南大部出現(xiàn)持續(xù)陰雨天氣,旬降水日數(shù)普遍達(dá)6～9天,平均日照時(shí)數(shù)僅24.3 h,較常年同期偏少63.4%。特別是25-30日的連陰雨天氣過程是河南1961年以來影響范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長的陰雨天氣過程,導(dǎo)致全省71%的測站土壤偏濕,既嚴(yán)重影響了即將進(jìn)入收獲期的小麥灌漿攻籽,更延遲了其成熟收獲進(jìn)程,部分麥田出現(xiàn)發(fā)芽、霉變、倒伏等災(zāi)情,并嚴(yán)重影響了小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),受災(zāi)地塊達(dá)66.7萬公頃以上,豫南種子基本報(bào)廢,豫中和豫東一部分失去種用價(jià)值。專家估測小麥千粒重減少4 g,減產(chǎn)量達(dá)10%～20%。由于24日前河南大部墑情良好,25-30日的連陰雨過程導(dǎo)致豐收在望的小麥大幅減產(chǎn),被評(píng)為“爛場雨”。本文從氣候背景、延伸期、中期,以及5天以內(nèi)預(yù)報(bào)等多角度對(duì)其形成原因和可預(yù)報(bào)性進(jìn)行深入探討。

1 資料與方法

(1)應(yīng)用河南省氣象預(yù)報(bào)預(yù)警一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)輸出資料對(duì)連陰雨過程的降水總量、連續(xù)降水日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。(2)應(yīng)用國家氣候中心“氣候與氣候變化監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)”運(yùn)算得出的亞洲季風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果(采用NCEPFNL資料)進(jìn)行氣候背景對(duì)比分析。(3)利用國家氣象中心“MICAPS氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)”進(jìn)行大氣環(huán)流、天氣影響系統(tǒng)和探空分析,并參照國家氣象中心“中尺度天氣分析規(guī)范”進(jìn)行中尺度分析。(4)應(yīng)用河南省氣象臺(tái)“天氣預(yù)報(bào)分析平臺(tái)”制作的中期預(yù)報(bào)輸出產(chǎn)品(EC數(shù)值模式),開展大氣環(huán)流、影響系統(tǒng)形成機(jī)理分析。

2 結(jié)果分析

2.1 2023年麥?zhǔn)掌谶B陰雨過程概況

2023年5月25-30日河南全省出現(xiàn)了連陰雨天氣過程,圖1(a)為河南全省累計(jì)降水量分布情況。圖中所列120個(gè)國家站中,有91個(gè)站累計(jì)雨量≥30 mm,53個(gè)站累計(jì)雨量≥50 mm,8個(gè)站累計(jì)雨量≥100 mm。累計(jì)雨量最大為181.5 mm,出現(xiàn)在三門峽市的靈寶站,次大值出現(xiàn)在駐馬店的遂平站;有12站為當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠硗诮邓疃?49站為建站以來前三多。該過程為河南1961年以來影響范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長的陰雨天氣過程,有56個(gè)縣(市)達(dá)到連陰雨監(jiān)測等級(jí)。

圖1 2023年5月25-30日河南省累計(jì)降水量(a)和降水日數(shù)分布圖(b)圖片來源于“河南省氣象預(yù)報(bào)預(yù)警一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)”,圖(b)中實(shí)心圓點(diǎn)從左至右依次為靈寶、孟州、長葛和遂平站位置

圖1(b)為過程期間的累計(jì)降水日數(shù)分布情況。從中可見,除豫北和豫南部分地區(qū)(共有22個(gè)縣(市))外,全省82%的縣(市)連續(xù)陰雨日數(shù)≥5天,達(dá)到連陰雨標(biāo)準(zhǔn),其間多地還出現(xiàn)暴雨局部大暴雨的天氣過程。圖1(b)中用實(shí)心圓點(diǎn)所標(biāo)出的4個(gè)代表站的位置,從左至右依次為靈寶、孟州、長葛和遂平站。三門峽市靈寶站是此次連陰雨過程雨帶中最西端也是累計(jì)雨量最大的國家站;孟州站處于累計(jì)雨量≥50 mm雨帶的北部邊緣的居中位置,其所隸屬的焦作市是國家重要小麥種子基地;長葛站處于雨帶中心且累計(jì)雨量≥100 mm,隸屬于此次過程災(zāi)情最嚴(yán)重的許昌市;遂平站處于累計(jì)雨量≥50 mm雨帶的南端,隸屬駐馬店市,相繼出現(xiàn)兩個(gè)暴雨日,累計(jì)雨量為國家站中的次大值。

2.2 異常氣候背景分析

本次連陰雨天氣過程出現(xiàn)在異常的大氣環(huán)流背景下。5月下旬中后期西太平洋副熱帶高壓脊線的平均位置在20°N線以南,其北抬至25°N的平均日期在7月中旬初。副熱帶高壓脊線越過25°N是華北進(jìn)入汛雨階段的重要指標(biāo)[18-20]。2023年5月下旬初在經(jīng)歷過一次強(qiáng)冷空氣活動(dòng)后,西太平洋副熱帶高壓脊線迅速北跳,23日尚在16.5°N,26日已跳至24.4°N,28日已抬至26.4°N,也是此次過程的最北端,較常年同期偏北8.4個(gè)緯度(圖2a)。值得強(qiáng)調(diào)的是28日副熱帶高壓脊線的5天滑動(dòng)平均位置在25.1°N,也就是穩(wěn)定在25°N附近。圖2(b)和(c)為副熱帶高壓強(qiáng)度指數(shù)和西伸脊點(diǎn)演變曲線。分析可見,同期副高強(qiáng)度指數(shù)顯著偏強(qiáng),西伸脊點(diǎn)也明顯偏西。受高原槽東移影響,連陰雨過程前后副熱帶高壓西伸脊點(diǎn)從90.0°E東退至104.7°E。

圖2 2023年5月16日-6月9日西太平洋副熱帶高壓脊線位置(a)、強(qiáng)度指數(shù)(b)、西伸脊點(diǎn)(c)和西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)(d)演變曲線圖片來源于國家氣候中心“氣候與氣候變化監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)”

圖2(d)為西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)演變曲線。分析可知,5月中旬中后期到6月上旬前期,西伯利亞高壓也顯著偏強(qiáng),先后經(jīng)歷過3次增強(qiáng)向南暴發(fā)的過程。5月21-23日的向南暴發(fā)引發(fā)了下旬初的強(qiáng)降水。25-31日的發(fā)展增強(qiáng)再減弱與西風(fēng)帶阻塞系統(tǒng)的組建和消亡相一致,冷高壓向南暴發(fā),引導(dǎo)冷空氣持續(xù)南下,阻擋南來系統(tǒng)的北上;冷暖空氣相交于黃淮,導(dǎo)致了伴有多地強(qiáng)降水的持續(xù)6天之久的連陰雨天氣過程的形成。

2.3 環(huán)流形勢演變和影響系統(tǒng)

連陰雨是一種大范圍的天氣過程,它的形成主要受大尺度大氣環(huán)流的影響。本次連陰雨期間,中高緯度形成了穩(wěn)定的阻塞系統(tǒng),受超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響西太平洋副熱帶高壓異常偏西偏北。

2.3.1 中高緯度阻塞系統(tǒng)的形成

阻塞形勢是一種常見的大尺度大氣環(huán)流持續(xù)性異?，F(xiàn)象。圖3(a)為2023年5月29日08時(shí)500 hPa高度場天氣形勢分析圖。圖中在歐亞中高緯度從烏拉爾山伸展到貝加爾湖北部的阻塞形勢非常明顯,有568 dagpm等位勢高度線所圍的阻塞高壓,中心位于65°N、97°E,在其東南方還有一個(gè)由560 dagpm等位勢高度線所圍冷渦,中心位于55°N、87°E。

圖3 2023年5月29日08時(shí)500 hPa位勢高度場、24-29日588 dagpm線動(dòng)態(tài)及5月26-30日2號(hào)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑(a)和5月29日08時(shí)700 hPa形勢場和風(fēng)場分析(b)藍(lán)黑細(xì)實(shí)線為等位勢高度線,粗黑實(shí)線為588 dagpm線,紅色實(shí)線為等溫線,紫色粗空心箭頭為低空急流軸線,棕色單實(shí)線為槽線,雙實(shí)線為切變線,綠色虛線為等溫度露點(diǎn)差線

追溯可知,在本次連陰雨過程開始前,500 hPa上歐亞為一槽一脊型,槽區(qū)位于貝加爾湖附近,并伴有冷渦存在。25日開始貝加爾湖北側(cè)的冷渦槽開始旋轉(zhuǎn),并東移南下,向南調(diào)3個(gè)經(jīng)緯度以上。26日08時(shí)冷渦位于貝加爾湖東南側(cè)(圖3a有標(biāo)注),其所攜帶的冷空氣從蒙古國東部經(jīng)華北南下到河南中部形成冷高壓墊,并與從高原短波槽前西南氣流結(jié)合形成小雨天氣,雨帶沿著30°N線向兩側(cè)擴(kuò)展,開啟了本次連陰雨天氣過程。隨著烏拉爾山西側(cè)暖高壓脊強(qiáng)烈向北向東發(fā)展,26日08時(shí)在我國新疆正北方向,在54°N、88°E附近有切斷低壓形成,該低壓中心與貝加爾湖冷渦相距22個(gè)經(jīng)度。之后,切斷低壓快速加深成深厚的冷性渦旋,長時(shí)間在53°-57°N、85°-93°E范圍內(nèi)打轉(zhuǎn),中心最低高度552 dagpm,最低氣溫達(dá)-34 ℃。27日20時(shí)烏拉爾山西側(cè)出現(xiàn)580 dagpm等位勢高度線的閉合高壓環(huán)流(50°N、60°E),阻塞系統(tǒng)形成。隨后脊區(qū)快速向東向北發(fā)展,28日08時(shí)在中西伯利亞地區(qū)出現(xiàn)568 dagpm等位勢高度線的阻塞高壓中心(68°N、100°E),29日08時(shí)阻塞高壓中心向西向南壓至位于65°N、97°E附近,29日20時(shí)之后開始衰減。

從切斷低壓也就是冷渦的南部有深厚的冷槽向其西南方向(即我國新疆西北部)伸出。該冷槽的東南方是寬廣的高原槽。從冷渦槽中不斷有冷空氣分裂東移南下,自西向東影響河南。

圖3(a)中還附加了26日至29日588 dagpm等位勢高度線的動(dòng)態(tài)和2號(hào)臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑分析。

2.3.2 異常偏強(qiáng)的熱帶、副熱帶系統(tǒng)西進(jìn)北上

近年來遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)對(duì)內(nèi)陸中高緯度造成重大影響的天氣事件更加頻發(fā)[21-26],造成連陰雨過程的事件也不缺乏,如“21·7”河南大暴雨過程。2023年2號(hào)臺(tái)風(fēng)瑪娃(Mawar)5月21日20時(shí)在西太平洋海面生成之后便向北偏西方向移動(dòng)并不斷加強(qiáng)。22日20時(shí)達(dá)到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。23日20時(shí)達(dá)到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。24日08時(shí)前后轉(zhuǎn)向西偏北方向移動(dòng)。26日08時(shí)中心位置到達(dá)美國關(guān)島西偏北620 km(15.1°N、139.3°E)處,進(jìn)入圖3(a)的分析范圍。28日08時(shí)中心位置位于菲律賓東北部。29日08時(shí)地處19°N、126°E附近。30日08時(shí)位于臺(tái)灣東南部洋面(20.1°N、125.1°E),之后轉(zhuǎn)向北偏東方向移動(dòng)并逐步填塞。從圖3(a)中分析可知,緊隨著臺(tái)風(fēng)的西移北上,西太平洋副熱帶高壓迅速西伸北抬,從26日08時(shí)到29日08時(shí)在110°E線上,588 dagpm線北抬了近8個(gè)緯度。29日08時(shí)588 dagpm線位于麗江、重慶、老河口、阜陽到高郵一線,而584 dagpm線也壓至聶拉木、那曲、天水、洛川、介休、邢臺(tái)到萊陽一線,也就是除信陽外整個(gè)河南大部均處于584到588 dagpm線。

隨著西太平洋副熱帶高壓的加強(qiáng)并向西北伸展,結(jié)合高原東側(cè)低壓槽東移南下,對(duì)流層中低層從華南過江淮到黃河北岸中出現(xiàn)了一條寬廣、深厚的暖濕氣流輸送帶。700 hPa上西南風(fēng)速≥8 m/s的暖濕氣流輸送帶東西寬度達(dá)10個(gè)經(jīng)度左右。26日08時(shí)暖濕氣流輸送帶的前沿進(jìn)入河南南部。28日08時(shí)已越過黃河(鄭州風(fēng)速12 m/s)影響河南北部。隨著臺(tái)風(fēng)的不斷增強(qiáng)和進(jìn)一步向大陸靠近,暖濕氣流輸送帶中靠近西風(fēng)槽區(qū)的氣流不斷加強(qiáng)(東部風(fēng)速在減弱),低空急流軸線形成。28日20時(shí)急流軸線從貴陽、達(dá)縣伸到安康。29日08時(shí)西進(jìn)北伸至昆明、宜賓至漢中與西安間,20時(shí)又東退至威寧、達(dá)川到盧氏北側(cè)一帶。張尚印[3]研究指出,高原南側(cè)的南支西風(fēng)氣流與來自熱帶地區(qū)的南支氣流合并,可使華北一帶出現(xiàn)氣旋性曲率的流場,導(dǎo)致我國北方大部出現(xiàn)春季陰雨天氣。圖3(b)為5月29日08時(shí)700 hPa綜合分析圖。從中可見,冷溫槽已接近105°E,整個(gè)河南省都處于向北伸展的暖區(qū)中。29日08時(shí)至20時(shí),低空急流軸線緩慢進(jìn)入河南西部,在西南氣流輸送帶的北部還出現(xiàn)明顯的氣旋性彎曲,有暖切變線從延安伸向山西南部。地處三門峽市西部的靈寶站位于低空急流頭的前端和溫度露點(diǎn)差T-Td<1 ℃的高溫高濕區(qū)中。從16-19時(shí)該站3 h降水量達(dá)82 mm,其中有連續(xù)2 h雨強(qiáng)>30 mm。

圖4為2023年5月25-30日靈寶、孟州、長葛和遂平逐日雨量演變和5月29日20時(shí)盧氏站的探空情況(該站位于靈寶正南偏東方向,相距不足0.5經(jīng)緯度)。由圖4(b)分析可見,該站上空西南風(fēng)水汽輸送通道從850 hPa向上伸至650 hPa附近(高山站,拔海566.9 m),700 hPa上的西南風(fēng)速≥18 m/s;500 hPa及其以下溫度曲線和露點(diǎn)溫度曲線基本重合,表明其周圍對(duì)流層中下部基本處于飽和狀態(tài)。

圖4 2023年5月25-30日靈寶、孟州、長葛和遂平逐日雨量演變(a)和5月29日20時(shí)盧氏站探空曲線圖(b)盧氏站為高山站,海拔高度566.9 m

2.4 南北兩個(gè)系統(tǒng)的結(jié)合

2.4.1 南北兩條雨帶的合并

對(duì)雨帶的形成和發(fā)展追蹤分析發(fā)現(xiàn):2023年5月25日受第一波西風(fēng)帶短波槽影響,降水主要出現(xiàn)在沿黃河一帶,以小雨為主。26日副熱帶高壓外圍的西側(cè)西南暖濕氣流開始影響豫南,豫東南出現(xiàn)14個(gè)縣(市)連片的中雨以上降雨帶,其中1個(gè)縣大雨,1個(gè)縣暴雨。27日河南全省均有降水,以中雨為主的強(qiáng)降雨帶從信陽伸到安陽,呈南北向帶狀,并有11個(gè)縣(市)雨量≥20 mm。28日受第二波西風(fēng)帶短波槽影響,河南境內(nèi)呈現(xiàn)出兩個(gè)強(qiáng)降雨帶:與西風(fēng)槽對(duì)應(yīng)的雨帶呈西北-東南向,落區(qū)沿著太行山脈從安陽伸到三門峽,有19個(gè)縣(市)雨量≥10 mm,4個(gè)縣(市)雨量≥20 mm;另一條是副高外圍的雨帶,呈西南-東北向,從南陽東伸到商丘,共有25個(gè)縣(市)雨量≥10 mm,19個(gè)縣(市)雨量≥20 mm,6個(gè)縣(市)雨量≥50 mm。29日南、北兩條雨帶融合后呈東西向分布,落區(qū)主要在許昌以北到沿黃河一帶,有39個(gè)縣(市)雨量≥10 mm、19個(gè)縣(市)雨量≥20 mm、4個(gè)縣(市)雨量≥50 mm。30日強(qiáng)降水區(qū)明顯東移,并向南北兩個(gè)方向擴(kuò)張,有41個(gè)縣(市)雨量≥10 mm、21個(gè)縣(市)雨量≥20 mm、1個(gè)縣(市)雨量≥50 mm。

圖4(a)顯示了從25日到30日4個(gè)代表站逐日雨量演變情況。25日靈寶出現(xiàn)中雨,孟州出現(xiàn)小雨,其他2站無雨。26日遂平雨量達(dá)到15.1 mm,其余3個(gè)站為小雨。27日4個(gè)代表站雨量都在加大,遂平出現(xiàn)暴雨。28日降水持續(xù),遂平再次出現(xiàn)暴雨。29日長葛站出現(xiàn)暴雨,靈寶站出現(xiàn)大暴雨。30日雨勢減弱,僅遂平出現(xiàn)大雨。

2.4.2 暖濕氣流對(duì)水汽的輸送

隨著暖濕氣流輸送帶的建立和向北擴(kuò)展,其最大風(fēng)速區(qū)域前方的低層空氣質(zhì)量和水汽有著明顯輻合,進(jìn)而產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng),使降水得以不斷發(fā)生發(fā)展并推動(dòng)雨帶向北移動(dòng)。圖 5(a)是用NCEP再分析資料獲取的2023年5月25-30日整層水汽通量分布情況,其中紅色圓點(diǎn)從左到右依次為靈寶、孟州、長葛和遂平所處位置。從中可見,所輸送的水汽主要來自中國華南沿海,有一個(gè)呈西南-東北向水汽通量大值區(qū)自南海伸向中緯度地區(qū),最大水汽通量中心位于26.5°N、108.5°E,中心強(qiáng)度>400 kg/s·m。連陰雨區(qū)(32°-36°N、110°-117°E)均處于水汽通量中心軸線通道的左前端,其整層水汽通量在150～250 kg/s·m。分析可知,連陰雨區(qū)存在明顯的水汽集中即水汽輻合。

2.4.3 能量鋒區(qū)的形成

暖濕氣流輸送的不僅是水汽,還有熱力不穩(wěn)定能量[27-28]。圖5(b)是用NCEP再分析資料獲取的中國及其周邊地區(qū)2023年5月25-30日850 hPa等壓面上平均假相當(dāng)位溫的分布情況。分析發(fā)現(xiàn),連陰雨過程期間,中國西部、南部處于假相當(dāng)位溫高值區(qū)也即高能區(qū),其軸向近似呈東西向,大值中心在青藏高原上。與此同時(shí),與強(qiáng)大的西伯利亞冷高壓及其伸向中國北方的冷高壓脊相匹配的假相當(dāng)位溫低值區(qū)域從西伯利亞經(jīng)蒙古國伸向中國東北并擴(kuò)展至華北南部。其在蒙古國與東北交界處形成的低值中心強(qiáng)度<320 K。冷暖空氣相向而行,沿著35°N線在其兩側(cè)對(duì)峙成東西向的能量鋒區(qū),鋒區(qū)強(qiáng)度達(dá)到4K/經(jīng)緯度。能量鋒區(qū)北側(cè)相對(duì)應(yīng)的是東北經(jīng)華北南下的冷高壓,其對(duì)西南暖濕氣流具有明顯冷墊抬升作用,對(duì)降水有著維持和增強(qiáng)作用。

圖5 2023年5月25-30日亞洲中部整層水汽通量(a)和850 hPa等壓面上假相當(dāng)位溫(b)分布(a)中4個(gè)實(shí)心圓點(diǎn)從左到右依次為靈寶、孟州、長葛和遂平站的位置,圖片源于國家氣候中心“氣候與氣候變化監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)”

2.5 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的可預(yù)報(bào)性分析

數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)此次連陰雨過程的分析預(yù)報(bào)具有不可或缺的指導(dǎo)作用[29-30]。本文以常用的歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品為例進(jìn)行分析。圖6為歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)中心2023年5月21日12時(shí)起報(bào)的5月24-31日500 hPa高度(距平)場,以及累計(jì)降水量(距平)分布圖。

圖6 歐州數(shù)值預(yù)報(bào)中心2023年5月21日20時(shí)起報(bào)的5月24-31日500 hPa高度和距平場(a)、累計(jì)降水量和距平分布圖(b)圖片來源于河南省氣象臺(tái)“天氣預(yù)報(bào)分析平臺(tái)”,圖中等值線顯示物理量值,陰影部分為物理量距平場,色卡顯示距平量值

已有的阻塞高壓客觀定量化表征方法可歸納為距平方法、T &M方法、動(dòng)力學(xué)方法和環(huán)流型方法4種。Charney[31]等根據(jù)阻塞高壓的物理特征進(jìn)行試驗(yàn),最終認(rèn)為500 hPa上某一格點(diǎn)的高度值與氣候平均值的正偏差以20 dagpm的界限值和7天的持續(xù)時(shí)間,確定有阻塞高壓存在較為合理,并在50°N、60°N和70°N緯圈上進(jìn)行高度場掃描分析來進(jìn)行阻塞高壓過程確定,這種方法歸為距平方法。金榮花等[32]認(rèn)為距平方法簡單易行,對(duì)穩(wěn)定的、相對(duì)較強(qiáng)的強(qiáng)阻塞高壓識(shí)別效果較好,缺點(diǎn)在于距平中心值的位置并不一定是阻塞高壓中心的位置。因此該方法不能確定阻塞高壓位置。從圖6(a)中可見,旬初該模式對(duì)5月24-31日的環(huán)流形勢作出了較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。模式預(yù)測出了在50°-60°N,從60°E伸向90°E的暖高壓脊,其中心距平>20 dagpm。按照距平方法可以確定有阻塞高壓形成。盡管模式把低渦位置定在貝加爾湖附近,但仍然預(yù)報(bào)出了從低渦中伸展至新疆西北部的冷槽及其東南方向?qū)拸V的高原槽。模式還預(yù)報(bào)出了臺(tái)灣東南方的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)低壓中心,預(yù)報(bào)出584 dagpm線位置從孟加拉灣西側(cè)過青藏高原東部伸至河南中部,在兩廣地區(qū)有588 dagpm線所圍的閉合高壓環(huán)流,整個(gè)河南都處于槽前西南氣流中,許昌以南處于584和588 dagpm線之間。

圖6(b)是EC數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)該次連陰雨過程累計(jì)降水量及其距平分布預(yù)測圖。從中可見,模式預(yù)報(bào)25-31日河南省有一個(gè)全省性的強(qiáng)降水過程,雨帶分布大體呈東北-西南走向。在河南西部(三門峽、洛陽南部)有一個(gè)雨量在50 mm以上、中心超過75 mm的強(qiáng)降水中心,京廣線兩側(cè)及其以東有雨量大于75 mm,中心強(qiáng)度超過100 mm的強(qiáng)降水中心。對(duì)比圖1(a)中強(qiáng)降雨帶呈東西走向的分布態(tài)勢可知,模式對(duì)河南東南部100 mm以上降水中心出現(xiàn)在駐馬店、周口一帶的落區(qū)預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確,而對(duì)河南東北部降水的量級(jí)預(yù)報(bào)明顯偏大,對(duì)河南西部降水中心的預(yù)報(bào)量級(jí)明顯偏小,且位置明顯偏南。

以位于黃河北岸頗具代表意義的孟州站作為參考,分析EC模式短、中期單站預(yù)報(bào)情況。圖7(a)為5月21日20時(shí)起報(bào)的該站上空0-240 h包含風(fēng)向、風(fēng)力、氣溫、濕度和上升速度5要素的時(shí)序圖。分析顯示該站上空25日08時(shí)700 hPa和850 hPa上均有短波槽滑過,對(duì)流層中下層垂直上升速度也達(dá)-0.6 Pa/s,相對(duì)濕度≥90%的高濕度區(qū)為600-800 hPa間,稍顯不足的是近地面相對(duì)濕度僅為60%～70%。26日白天到30日夜里500 hPa和700 hPa上均處于西南風(fēng)中,對(duì)流層中、下層持續(xù)存在深厚的濕層(相對(duì)濕度≥90%),且有明顯的上升運(yùn)動(dòng)(v<0 Pa/s),對(duì)流層中下層最大垂直上升速度逐日依次分別為-0.5、-0.2、-0.5、-0.5和-0.4 Pa/s;地面從26日08時(shí)開始持續(xù)受偏東風(fēng)影響,925 hPa維持強(qiáng)勁的偏東風(fēng),30日08時(shí)轉(zhuǎn)為弱的偏西風(fēng)。與之相應(yīng)的降水預(yù)報(bào)25-30日每日均有降水(圖7b),但雨量比實(shí)況明顯偏小(對(duì)比圖3a)。

圖7 歐州數(shù)值模式2023年5月21日20時(shí)起報(bào)孟州站0-240 h 6 h間隔的氣象要素空間剖面時(shí)序圖(a)與降水量變化分布圖(b)圖片來源于河南省氣象臺(tái)天氣預(yù)報(bào)分析平臺(tái),(a)中細(xì)實(shí)線為等溫線,虛線為垂直上升速度,陰影為相對(duì)濕度

總體分析,模式能夠?qū)B陰雨過程的環(huán)流趨勢和影響系統(tǒng)作出較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào),但雨量的分布和量級(jí)預(yù)報(bào)還需綜合要素預(yù)報(bào)進(jìn)一步訂正。

3 討論和結(jié)論

本文利用常規(guī)高、低空觀測資料,NCEPFNL資料,EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品,從多角度對(duì)2023年5月下旬河南省連陰雨天氣過程的形成原因和可預(yù)報(bào)性進(jìn)行了探討。主要結(jié)論如下。

(1)2023年5月25-30日河南省有56個(gè)縣(市)達(dá)到連陰雨監(jiān)測等級(jí)。該過程為河南1961年以來影響范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長的連陰雨天氣過程,導(dǎo)致小麥大幅減產(chǎn),品質(zhì)下降,被評(píng)為“爛場雨”。

(2)過程發(fā)生在異常的大氣環(huán)流背景下,西太平洋副熱帶高壓顯著偏強(qiáng),脊線位置偏北達(dá)8個(gè)緯度,越過了25°N,這是華北常年進(jìn)入汛雨季節(jié)的重要指標(biāo)。另外,代表北方冷空氣活動(dòng)的西伯利亞高壓也顯著偏強(qiáng),并不斷向南推進(jìn)。

(3)環(huán)流演變分析顯示,中高緯度阻塞系統(tǒng)的形成,在35°-40°N形成了穩(wěn)定的緯向環(huán)流,由切斷低壓發(fā)展出來的冷渦底部有冷空氣不斷分裂南下。2號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)瑪娃在西太平洋洋面的生成和強(qiáng)烈發(fā)展,引發(fā)副熱帶高壓的快速西伸北抬,584 dagpm線最終甚至越過黃河抵達(dá)山西南部,使河南大部長時(shí)間處于其外圍顯著的西南暖濕氣流中,有源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量被輸送進(jìn)來。

(4)南北兩個(gè)系統(tǒng)的相遇,促成了中緯度能量鋒區(qū)的穩(wěn)定維持,鋒面抬升對(duì)暖區(qū)降水起到了維持和增幅作用。

(5)數(shù)值模式已能夠?qū)Νh(huán)流形勢和影響系統(tǒng)作出較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào),但其降雨量級(jí)和落區(qū)的預(yù)報(bào)還需要進(jìn)一步推敲訂正。因而,目前針對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品應(yīng)用,還應(yīng)把對(duì)天氣形勢的分析作為參考的重點(diǎn)。

綜上,做好關(guān)鍵農(nóng)事季節(jié)的氣象保障預(yù)報(bào)服務(wù),必須建立在掌握所處的氣候背景和當(dāng)時(shí)的大氣環(huán)流演變特征基礎(chǔ)上,根據(jù)所預(yù)報(bào)的高影響天氣形成機(jī)理,結(jié)合對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的解釋應(yīng)用,針對(duì)影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和物理量變化進(jìn)行分析,從延伸期、中期到5天以內(nèi)預(yù)報(bào)遞進(jìn)式做好服務(wù)工作。異常氣候背景下的要素預(yù)報(bào)量,需突破均值束縛。