2017年秋季黄河源区连阴雨成因分析

张荣刚 靳莉君 芦璐 刘静

摘要：对黄河源区2017年9月22日—10月4日连阴雨过程的环流背景及水汽特征、能量场进行了分析，结果表明：南亚高压和副高的异常变化使得此次连阴雨过程中大气环流较同期发生了显著变化；北方冷空气不断分裂南下与西太平洋副热带高压外围暖湿气流持续交汇于黄河源区，导致了这次连阴雨天气的发生；副高西侧较强的偏南气流不断把来自西太平洋和南海的水汽输送到源区，并在500～400hPa高度层形成水汽辐合，当500hPa层比湿>4g/kg时，黄河源区容易出现较强降水；在整个连阴雨期间，源区低层（主要是400hPa高度层以下）积累了大量不稳定能量，为连阴雨发生提供了有利的热力条件。

关键词：成因分析；连阴雨；秋季降雨；黄河源区；2017年

中图分类号：P339；P458；TV882.1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.05.002

黄河源区（唐乃亥以上）地处青藏高原东北部，集水面积约12.2万km2，平均年径流量205亿m3，是黄河流域最主要的产流区，被称为“黄河水塔”，区内95.9%的径流为降水径流[1-3]。湛芸等[4]对青藏高原东北部大到暴雨发生的气候特征进行了分析，发现高原暴雨主要集中在6-9月，近10a出现区域性大到暴雨的次数明显增加，并且南亚高压流型转换对该区的大到暴雨天气有一定的指示意义；田成娟等[5]对青藏高原东北部两次区域性大到暴雨的个例进行了对比分析，得出了各物理量的特征值。但是，上述研究多针对夏季，而秋季由于降水强度小，因此普遍重视不够，尤其是针对连阴雨的个例分析极少。

2017年9月22日至10月4日，黄河源区出现了持续性阴雨天气，造成源区流量持续增大，并形成了2017年汛期唐乃亥站最大洪水过程。本文将对此次连阴雨过程发生的环流特征、水汽特征、能量场进行分析，以期找出连阴雨天气发生的特殊性，为今后源区秋季降水以及径流的预报积累经验。1概况

2017年9月22日至10月4日，黄河源区出现持续性阴雨天气，累计降水量为62.8mm，占9-10月降水总量的32%，列1961年以来历史同期第二位。降水从东南向西北递减，红原站降水量超过100mm，久治、若尔盖、玛曲站为50～100mm，源区中部为20一50mm，西北部为10～20mm。期间共出现6站次大雨、73站次中雨，最大日降水量为47mm，出现在9月26日红原县麦洼雨量站。中到大雨主要位于源区东南部。研究区站点分布见图1，从逐日面降水量（黄河源区内所有报汛测站日降水量的平均值）变化（见图2）看，9月24-26日、10月2-3日降水最明显。综合以上分析，这次连阴雨具有持续时间长、降水总量大、雨区集中等特点。

受降雨影响，源区自9月24日起流量持续上涨，形成了2017年汛期源区干流最大洪水过程（图3）。干流门堂站10月5日8时最大流量为636m3/s，玛曲站5日11时最大流量为1570m3/s，军功站6日17时54分最大流量为1 860m3/s，唐乃亥站6日16时45分最大流量为1960m3/s。另外，支流白河唐克站9月30日8时最大流量为381m3/s，黑河若尔盖站10月6日8时最大流量为211m3/s（为1985年以来最大流量）。

本研究所用气象资料采用美国NCEP/NCAR提供的2017年9月22日—10月4日2.5°×2.5°逐日再分析资料，多年平均值为NCEP/NCAR再分析资料的1981-2010年逐日平均值。所用降水资料为水利部水利信息中心提供的逐日实时观测降水资料。

2 大尺度环流特征

由于黄河源区平均海拔大于4000m，最高点超过5500m [6-7]，因此本文选用200hPa和500hPa高度层分别代表对流层的高层和低层来分析连阴雨过程中的平均大气环流形势，结果见图4（EQ代表赤道）。与历史同期相比，2017年9月22日—10月4日高、低层环流均表现出一些异常。由图4（a）可知，南亚高压势力明显偏强，面积偏大。中心脊线位于北纬25°，1248dagpm線向东伸至东经150°附近，比气候场位置偏北、偏东，这与张宇等[8-9]的研究结果相吻合，当南亚高压出现东部型时有利于西北降雨。黄河源区受高压顶部外围反气旋环流控制，盛行西南风。与此同时，北纬50°附近有低槽，这样以来，“北低南高”的气压分布使得中纬度地转风明显加大，出现西风异常，从而在北纬30°-45°形成了一支宽广的高空急流，急流核风速超过55m/s，黄河源区处在急流入口区右侧，具有较强的高空辐散，有利于大尺度上升运动的发生。上述特点是同期气候场上所没有的，由图4（b）可知，同期黄河源区上空高空辐散不显著，不利于对流发生。

对比图4（c）和图4（d）可知，此次连阴雨过程中在500hPa高度环流经向度明显加大，欧亚中高纬度为两槽两脊型，西欧附近为阻塞高压，里海到巴尔喀什湖为深厚的低压槽，槽底有冷空气不断分裂并东移南下。黄河源区处在高原（指青藏高原，下同）短波槽前西南气流控制下。西太平洋副热带高压（简称副高）偏强，588dagpm线明显西伸，西脊点在东经900附近，中心脊线位于北纬25°。由于副高异常偏西，通常在高原西部出现的低压槽被正位势高度差削减，因此高原槽减弱。而在同期气候场上，源区北侧的西风带较为平直，不利于高纬度冷空气向南入侵。同时，副高偏东不利于西太平洋水汽向黄河源区的输送，尽管高原槽偏深（图4（d）），但位置偏南，槽前暖湿气流与冷空气在源区西部交汇形成辐合。而在2017年连阴雨期间，大槽中分裂东移南下的冷空气与副高西北侧的偏南暖湿气流持续交汇于黄河源区，该区大部都在辐合气流控制下，为降水提供了有利条件。

综合以上分析，南亚高压和副高的异常偏强导致2017年连阴雨过程中大气环流形势较同期发生了显著变化。黄河源区处在高空辐散、低空辐合的有利形势下，冷空气不断分裂南下与副高外围暖湿气流的稳定维持导致了这次连阴雨的发生。

3 水汽输送与垂直运动

3.1 比湿场

分析9月22日—10月4日比湿场可知，水汽主要集中在400hPa以下。连阴雨期间黄河源区500hPa高度层维持比湿≥3g/kg，400hPa高度层比湿）2g/kg。第一个中雨时段出现在9月24-26日。结合流场结构可以看出，在500～400hPa高度层上，副高外围气流输送来的水汽在北纬280-350之间形成一条近似东西向的湿舌，并在黄河源区形成湿中心。500hPa高度层上源区大部处于比湿≥5 g/kg的高湿区内，久治、红原部分地区比湿>6 g/kg。400hPa高度层比湿具有类似分布，只是强度比500hPa的稍弱。10月2-3日，黄河源区再降中雨，对应500hPa高度层比湿场上，中南半岛、南海有湿舌经西南地区伸到高原东部，源区大部由4～5g/kg的高湿区所控制，并且源区南部比湿>5g/kg。由此可见，高比湿的长时间维持为黄河源区持续性降水提供了充足的水汽。当500hPa高度层比湿>4g/kg时，低层大气趋于饱和，有利于产生较强降水，并且比湿的大值中心对应着强降雨落区。

3.2 水汽通量与水汽通量散度

图5为9月22日—10月4日500、400hPa高度层平均水汽通量及水汽通量散度场。由图5可以看出，由于副高异常偏强，因此伴随着副高西侧较强的偏南气流，大量水汽北推进入我国。水汽的主要源地是西太平洋和南海，该水汽通道在东经90°附近分成2股，一股向南流向孟加拉湾，另一股则由偏西转向偏北到达高原东部上空，形成近似东西走向的水汽输送轴，大于4g/（s·hPa·cm）的水汽通量大值区覆盖黄河源区一渭河一三花间（三门峡一花园口区间）南部一带，中心有两个，分别在黄河源区南部和豫鄂皖交界附近，这也是高登义等[10-11]提到的雅鲁藏布江水汽通道，但与其研究结果不同的是，受副高异常变化影响，本次水汽源地在西太平洋和南海，而不是孟加拉湾。本应在盛夏发生的情形出现在了2017年秋季[12]。400hPa高度层水汽通量分布形态与500hPa的十分相似，并且无论是500hPa高度层还是400hPa高度层，黄河源区均为水汽辐合区。尤其是500hPa高度层，从西太平洋和南海输送来的水汽正好在源区形成了-20×10-7g/（s·hPa·cm2）强辐合中心。400hPa高度层水汽含量明显减小，辐合强度也随之变弱。以上分析表明，在副高西侧较强偏南气流引导下，水汽持续向黄河源区输送并在该区形成一条强水汽输送带，同时配合500～400hPa高度层辐合，形成了对本次连阴雨天气十分有利的水汽环境。

3.3 上升运动

区域性连阴雨天气的发生除了与高低层大气环流异常有关外，还与该区低层大气的水汽含量以及垂直运动密切相关[13]。通过前文分析可知，黄河源区低层水汽含量十分充足，要形成持续性降雨，必须有上升运动相配合。对连阴雨期间东经95°-105°、北纬32.5°-37.5°区域内的垂直运动做时间剖面图（见图6，垂直速度为负表示为上升运动，彩色部分为上升速度>0.06Pa/s的区域）可知，500hPa高度层以上升运动为主，两次明显降雨过程源区上升运动都有加强。第一次加强出现在9月25-26日，上升区主要集中在500～200hPa高度层，100hPa高度层以上为下沉运动，之后低层一直维持弱上升气流，对应降水以稳定性降水为主。从10月2日起，上升运动重新加强，最大上升速度超过0.18Pa/s，中心位于500～400hPa高度层，且上升区向上伸展至150hPa高度层附近，相应地10月2日降水明显加强并持续至3日，之后低层转为弱下沉区，降水开始减弱。另外，对比9月30日和9月28-29日上升运动和低层比湿发现，尽管前者比湿条件明显好于后者（图略），但9月30日上升运动较弱，当日降雨量并不大，这说明源区降雨除了须具备良好的水汽条件外，离不开垂直运动的配合。

4 能量场

在此次连阴雨期间，在500hPa高度层平均假相当位温场上（见图7（a）），自高原南部伸向源区有一条近似东西向的高能舌，中心值超过348K，黄河源区处于高能舌的顶部，400hPa高度层情况类似，源区南部为假相当位温高值区，并且在北纬350附近等值线分布密集，这表明源区低层大气高温高湿，积累了大量能量。当假相当位温随高度减小时，表示大气层结是不稳定的。由图7（b）可以看出，从500hPa高度层到400hPa高度层，高能舌区假相当位温随高度减小最显著，这说明低层高能量区也是位势不稳定区。随着冷暖空气在该区交汇辐合上升，促使了不稳定能量得以释放，温差正值区基本对应了降水落区。

5 结语

（1）南亚高压和副高异常偏强是2017年9月22日—10月4日黄河源区连阴雨过程中最显著的大气环流异常特征。

（2）200hPa高度层上西风急流和500hPa高度层低压槽的稳定维持，为此次连阴雨天气的发生提供了有利的大尺度环流背景。

（3）水汽主要来源于西太平洋和南海，当低层（主要指500hPa高度层）比湿达到4g/kg以上时，有利于黄河源区产生较明显的降水。降水落区位于500-400hPa高度層水汽辐合区内。

（4）连阴雨期间低层（400hPa高度层以下）积累了大量不稳定能量，在低层辐合、高层辐散的有利形势下，配合垂直上升运动，产生了本次连阴雨天气。

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