第３９卷 第１期２０２１年２月
凤凰古城有什么好玩的景点干 旱 气 象
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１
Ｆｅｂｒｕａｒｙ
，２０２１阙志萍，凌 婷，吴 凡，等．江西一次连续大暴雨的水汽特征分析［Ｊ］．干旱气象，２０２１，３９（１）：７６－８６，［ＱＵＥＺｈｉｐｉｎｇ，ＬＩＮＧＴｉｎｇ，ＷＵＦａｎ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＷａｔｅｒＶａｐｏｒＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＤｕｒｉｎｇａＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＨｅａｖｙＲａｉｎｆａｌｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎＪｉａｎｇｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，２０２１，３９（１）：７６－８６］，ＤＯＩ：１０．１１７５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７６３９（２０２１）－０１－００７６ 江西一次连续大暴雨的水汽特征分析
阙志萍１，凌 婷１，吴 凡１，辉２
（１．江西省气象服务中心，江西 南昌 ３３００９６；２．江西省气象台，江西 南昌 ３３００９６）
摘 要：利用江西省区域自动气象站和常规气象观测站降水资料、ＦＮＬ再分析资料和ＮＣＥＰＧＤＡＳ资料，分析２０１９年６月６—１０日江西出现的一次连续大暴雨过程的水汽输送特征，探究大气河水汽输送对区域性强降水强度和落区以及雨带移动的影响，并分析暴雨区４个边界的水汽收支，同时利用ＨＹＳＰＬＩＴ模式对连续暴雨过程中不同阶段的水汽输送轨迹进行追踪。结果表明：此次暴雨过程属于典型的“Ω型”暴雨形势，冷暖气流持续在江西上空交汇导致了此次连续大暴雨。大气河在此次暴雨过程中对水汽的输送起到了媒介作用，不同阶段大气河对来自南海、西太平洋和孟加拉湾的水汽输送表现出不同的强度和位置，导致各个阶段强降水的强度和位置不同。强降水区各边界水汽净流入的强度及维持时间对强降水的发展和维持起关键作用，且水汽辐合高度越高越有利于产生短时暴雨。ＨＹＳＰＬＩＴ模式模拟表明此次暴雨过程低层水汽主要源于南海和西太平洋，而中层水汽主要来自孟加拉湾，低层水汽从不同边界流入暴雨区也许是导致不同时段降雨强度不同的原因之一。关键词：连续大暴雨；大气河；水汽特征；ＨＹＳＰＬＩＴ模式 文章编号：１００６－７６３９（２０２１）０１－００７６－１１ ＤＯＩ：１０．１１７５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７６３９（２０２１）－０１－００７６
中图分类号：Ｐ４５８．１＋
２１．１ 文献标志码：Ａ
收稿日期：２０２０－０２－２６；改回日期：２０２０－０８－０７ 基金项目：江西省气象局预报员专项（ＪＸＹＢＹＺＸ２０２０－０５）和中国气象局预报员专项（ＣＭＡＹＢＹ２０１７－０３８）共同资助 作者简介：阙志萍（１９８７—），女，汉族，硕士，江西抚州人，高级工程师，主要从事天气预报及气象服务研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｕｅｚｈｉｐｉｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。 通信作者：辉（１９８６—），男，汉族，江西抚州人，高级工程师，主要从事天气预报研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｙｈ２０１＠１２６．ｃｏｍ。
引 言
江西省位于长江中下游，地处亚热带季风气候区，汛期多暴雨、大暴雨发生，经常造成洪涝、山体滑坡、城市积涝等严重灾害，导致严重经济损失和人员伤亡。江西大范围洪涝平均３ａ发生一次，局部洪涝几乎年年都有。因此，暴雨的预报与研究受到高度重视。
暴雨的形成必须具备３个条件：充足的水汽供应、强烈而持久的上升运动和大气层结构的不稳定，充足的水汽供应是出现暴雨的先决条件
［１］
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分析降
水的水汽特征对暴雨的成因研究有重要意义。研究发现夏季南海到中国东部地区的水汽输送存在明显的年代际变化，且长江以南，水汽辐合（辐散）异常
输送主要由风场辐合（辐散）异常造成［２］
。中国东
部地区降水的水汽输送通道主要有６条，其中长江中下游地区夏季降水主要受太平洋通道水汽输送主
导［３］。梅雨期当西太平洋水汽输送贡献更大时，江
淮地区降水会增多［
４］
。在季风降水偏少年，华南前汛期降水的水汽主要来自西北太平洋，而降水偏
多年，则以越赤道偏南气流的水汽输送为主［５］
陵川县人民政府信息网。
１９９８年夏季长江上游暴雨过程水汽主要来源于暴雨区的西边界和南边界，也存在由阿拉伯海北部经印度半岛北部再沿青藏高原东南部进入长江上游的路径；２０１２年北京“７．２１”特大暴雨过程中经向水汽输送起主导作用，暴雨区内水汽主要来源于中、低层
的南边界［
６－７］。周长艳等［８］
研究发现２０１３年四川一次特大暴雨过程中的水汽来源和气候平均状态并不完全一致，除了南海、西太平洋地区的偏南风水汽输送，孟加拉湾北部的西南风水汽输送及高原主体上空的偏西风水汽输送以外，还出现了一条新的水汽输送路径即阿拉伯海北部的西南风水汽输送途经高原主体、高原东南部进入四川。
近年来，国外学者在研究暴雨及引起暴雨的水汽输送时，提出了大气河（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｒｉｖｅｒ，ＡＲ）概念。ＡＲ通常是指从热带洋面延伸至中纬度地区的
大气低层一条长带状、瞬态的强水汽通道，大多位于气旋性环流暖输送带且水汽较集中的地方，一般宽３００～５００ｋｍ，长度约２０００ｋｍ，承担大气中９０％以上的经向水汽传输［９－１３］。北半球通常都有４～５条大气河存在，分别位于西太平洋、东太平洋和南印度洋，并且大气河
的强度和位置会受到ＭＪＯ和ＥＮＳＯ的影响［１４－１９］。ＲＡＬＰＨ等［２０］指出，低层大气中高水汽含量与强急流相伴随是大气河的基本特征，当大气河登陆时在海岸山地等的抬升作用下可以产生强降水，引发洪涝、泥石流和雪崩等自然灾害。研究还发现，由大气河引起的降水在沿海和内陆地区均随纬度发生改变［２１－２３］。目前，国内对大气河在暴雨过程中的作用已有相关研究，如岳俊等［２４］对四川一次暴雨过程研究中指出孟加拉湾大气河一方面越过云贵高原向四川盆地输送水汽，另一方面绕过云贵高原在南海与西太平洋副热带高压外围的水汽及越赤道气流汇合，在低空急流的输送下再抵达四川盆地，为这次暴雨过程提供了充足的水汽。孙颖姝等［２５］则发现东北一次冷涡暴雨的水汽来源于西太平洋的两条大气河，其中低层水汽主要来自偏南大气河，而中层水汽主要来自于西南大气河。蔡荣辉等［２６］则利用湖南省气象台大气河预报业务产品分析了大气河水汽输送在２０１７年湖南一次特大暴雨过程中对强降雨的影响，结果表明大气河的强弱及其水汽输送通道、辐合区位置以及强降雨区各边界的水汽净输入对强降水的发生、发展起关键作用。大气河对不同地区、不同影响系统的暴雨影响不尽相同，因此，相关的预报技术仍需进一步提高。
２０１９年６月６—１０日江西出现了入汛以来强度最强、范围最广、持续时间最长的大暴雨过程。据省应急厅统计，此次暴雨过程造成江西２９８．４万人受灾，因灾死亡１２人，因灾失踪３人，直接经济损失达８７．８亿元。ＥＣＷＭＦ模式总降水量预报显示６—９日暴雨落区都在赣北，对于整个暴雨过程中雨带的南北移动预报偏差较大，且暴雨范围预报偏小，强度偏弱，漏报了赣东北的特大
暴雨。针对此次特大暴雨过程，本文在结合大尺度环流背景和基本水汽特征分析的基础上，对此次强降水过程中水汽输送特征进行研究，探究大气河水汽输送对区域性强降水强度和落区及雨带移动的影响，以期为暴雨预报提供新思路。
１ 资料和方法
１．１ 资 料
所用资料包括２０１９年６月６—１０日江西省区域自动气象站、９２个国家气象站降水数据，用于大尺度形势和基本水汽特征分析的ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ的ＦＮＬ逐６ｈ再分析资料，以及用于ＨＹＳＰＬＩＴ模式的ＮＣＥＰＧＤＡＳ全球１°×１°数据。日降水量为当日０８：００（北京时，下同）至次日０８：００的２４ｈ降水量。
１．２ 方 法
大气河的判别标准用国际上常用标准：对于一个整层水汽通量（ＩＶＴ）大于等于２５０ｋｇ·ｍ－１·ｓ－１的连续区域，当其长度大于等于２０００ｋｍ，且长宽比大于等于２时，则可确定为一条大气河［２７］。其中
ＩＶＴ＝
１
桂林康辉国际旅行社ｇ
∫ ｐｔｐ
ｓ
ｑＶｄｐ
式中：ＩＶＴ（ｋｇ·ｍ－１·ｓ－１）为整层水汽通量，作为表征大气河的物理量；ｇ（ｍ·ｓ－２）为重力加速度；
ｑ（ｇ·ｋｇ－１）为比湿；Ｖ（ｍ·ｓ－１）为水平风矢量；ｐ
ｔ
和
ｐ
ｓ
（ｈＰａ）分别为大气顶部和大气底部的气压，其中顶部气压取３００ｈＰａ。
２ 降雨实况和大尺度环流
２．１ 降雨实况
在高空低槽、低层切变和西太平洋副热带高压（简称“副高”）西北侧西南气流的有利配置下，２０１９年６月６日０８：００至１０日０８：００，江西出现区域性大暴雨，局部特大暴雨天气。此次暴雨过程全省平均雨量达１１８ｍｍ，过程降水主要集中在赣北南部到赣南北部，降雨量为１００～３００ｍｍ，特大暴雨中心位于赣东北的上饶地区、江西中南部的抚州市南部、吉安市中部和赣州市的东北部［图１（ａ）］。６日主雨带位于浙赣铁路沿线以南地区［图１（ｂ）］，全省平均雨量达４３ｍｍ，其中上饶市玉山县２４ｈ雨量达２９６．６ｍｍ，强降水主要出现在６日１４：００至７日０２：００。７日主雨带略有南压，强降水主要位于赣中南部及赣南东北部［图１（ｃ）］，强度较前一天明显减弱，２４ｈ最大雨量仅１００．４ｍｍ，降雨主要出现在白天。８日降水范围再度向北扩展，强度加强，全省平均雨量为整个过程最大，达４６．５ｍｍ，赣州石城２４ｈ雨量达１６４．５ｍｍ［图１（ｄ）］，其中白天主雨带位于赣北南部和赣中北部，夜间雨带略有南压，位于赣中南部和赣南北部。９日白天强降水仍位于赣中南部和赣南北部［图１（ｅ）］，９日夜间雨带进一步南压至赣南南部，且强度较白天有所增强，赣州大余县１２ｈ雨量达１１８．４ｍｍ。
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第１期阙志萍等：江西一次连续大暴雨的水汽特征分析
图１ ２０１９年６月６日０８：００至１０日０８：００江西省累计降雨量（ａ）及６日（ｂ）、７日（ｃ）、
８日（ｄ）及９日（ｅ）２４ｈ雨量空间分布（单位：ｍｍ）
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｆｒｏｍ０８：００ＢＳＴｏｎ６ｔｏ０８：００ＢＳＴｏｎ１０（ａ）ａｎｄｄａｉｌｙ２４－ｈｏｕｒｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｎ６（ｂ），７（ｃ），８（ｄ）ａｎｄ９（ｅ）Ｊｕｎｅ２０１９ｉｎＪｉａｎｇｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）
８
７干 旱 气 象
３９卷
２．２ 大尺度环流形势
持续性暴雨的发生必须要有相对稳定的大尺度环流背景，影响系统有可能在同一地区反复出现或沿同一路径移动。图２为２０１９年６月６、８日高度场和风场，可以看出，此次持续性暴雨期间５００ｈＰａ位势高度场亚欧中高纬呈“两槽一脊”型，为典型的“Ω”
流型分布，２０１９年６月６日高压脊位于巴尔克什湖到贝加尔湖之间，高压脊的两侧分别为低压槽，８日高压脊由贝加尔湖以西东移至贝加尔湖附近，高压脊前冷涡伸至我国东北地区并向南加深，引导冷涡后部冷空气南下。整个暴雨过程中，中低纬副高脊线在２０°Ｎ附近南北摆动，江西位于副高西北侧西南气流中，有利于强水汽向江西输送。６日７００～８５０ｈＰａ低涡与５００ｈＰａ槽线位置相近，冷涡
和低槽系统深厚，切变线呈东北西南向，并随着低槽向东移动。８５０ｈＰａ切变线南侧西南急流达
２２～２４ｍ·ｓ－１
，且风速核和风速辐合在浙赣铁路
南侧最明显，因而６日强降雨也主要位于此。７日
西南风南退且减弱至１０～１２ｍ·ｓ－１，但仍有风速
辐合，主要位于赣中南部和赣南东北部，与７日雨带相对应。８日低层切变线位于赣北南部，切变线
南侧沿东北—西南向出现６～８ｍ·ｓ－１的风速差，
持续的冷暖气流交汇和风速辐合造成８日江西出现大范围的暴雨和大暴雨。由于冷涡和低槽系统的不断南压，８日２０：００开始副高５８８ｄａｇｐｍ线南落到华南沿海地区，雨带南压。至１０日０８：００，副高退至海上，长江中下游地区上空转为一致的西北气流，
降水趋于结束。
图２ ２０１９年６月６日０８：００（ａ）和８日０８：００（ｂ）５００ｈＰａ位势高度场（实线，单位：ｄａｇｐｍ）
和风场（风向杆：单位：
ｍ·ｓ－１）以及６日０８：００７００ｈＰａ（ｃ）和８５０ｈＰａ（ｄ）风场（风向杆，单位：ｍ·ｓ－１
）Ｆｉｇ．２ Ｇｅｏｐｏｔｅｎｔｉａｌｈｅｉｇｈｔ（ｓｏｌｉｄｉｓｏｌｉｎｅ，Ｕｎｉｔ：ｄａｇｐｍ）ａｎｄｗｉｎｄ（ｗｉｎｄｓｔｅｍ，Ｕｎｉｔ：ｍ·ｓ－１
）ｆｉｅｌｄｓｏｎ５００ｈＰａａｔ０８：００ＢＳＴｏｎ６（ａ）ａｎｄ８（ｂ）Ｊｕｎｅ２０１９ａｎｄｗｉｎｄｆｉｅｌｄ（ｗｉｎｄｓｔｅｍ，Ｕｎｉｔ：ｍ·ｓ－１
）
ｏｎ７００ｈＰａ（ｃ）ａｎｄ８５０ｈＰａ（ｄ）ａｔ０８：００ＢＳＴｏｎ６Ｊｕｎｅ２０１９
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７ 第１期阙志萍等：江西一次连续大暴雨的水汽特征分析
３ 水汽输送特征
３．１ 水汽通量的势函数和流函数
丁一汇等
［２８］
指出水汽输送在大尺度范围内甚
至是全球范围内存在。水汽通量的流函数可以表征大尺度空间范围的水汽输送，而势函数可以揭示整个降水过程中水汽的辐合辐散状况。大暴雨的形成和维持与整层水汽通量流函数和势函数的全球分布密切相关。
２０１９年６月６日０８：００至１０日０８：００在太平洋、大西洋和印度洋存在３个流函数大值中心，特别是西北太平洋水汽通量流函数的中心值达
８００×１０６ｋｇ·ｓ－１
，
较２０１７年湖南６月发生的持续性暴雨过程中流函数中心值７００×１０６ｋｇ·ｓ－１更大［
２９］
。非辐散分量反映水汽通量的输送。在赤道附近存在向西的水汽输送，至１１０°Ｅ附近一部分向北输送至南海，另一部分继续向西至非洲东岸索马里地区越赤道向东北输送，在孟加拉湾分为两支，一支经我国西南地区输送至江南上空，另一支越过中印半岛经南海与位于西北太平洋的水汽流汇合。在西北太平洋上空汇合后的水汽流，一部分直接输送至江南上空，另一部分继续输送至日本海附近［图３
（ａ）］
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。图３ ２０１９年６月６日０８：００至１０日０８：００平均整层水汽通量的流函数（等值线，单位：１０６ｋｇ·ｓ－１
）
及非辐散分量（矢量，单位：
１０６ｋｇ·ｍ－１·ｓ－１
）（ａ）和势函数（等值线，单位：１０６ｋｇ·ｓ－１）及辐散分量（矢量，单位：１０６ｋｇ·ｍ－１·ｓ－１
）（ｂ）全球分布Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅｇｌｏｂａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅａｍｆｕｎｃｔｉｏｎ（ｉｓｏｌｉｎｅ，Ｕｎｉｔ：１０６ｋｇ·ｓ－１
）ａｎｄｎｏｎ－ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ（ｖｅｃｔｏｒ，Ｕｎｉｔ：１０６ｋｇ·ｍ－１·ｓ－１）（ａ）ａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ（ｉｓｏｌｉｎｅ，Ｕｎｉｔ：１０６ｋｇ·ｓ－１）
ａｎｄｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ（ｖｅｃｔｏｒ，Ｕｎｉｔ：１０６ｋｇ·ｍ－１·ｓ－１
）（ｂ）ｏｆａｖｅｒａｇｅｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗａｔｅｒｖａｐｏｒｆｌｕｘｆｒｏｍ０８
：００ＢＳＴ６ｔｏ０８：００ＢＳＴ１０Ｊｕｎｅ２０１９０
８干 旱 气 象
３９卷
好玩的水上乐园
