2011年梅雨特征及其环流分析外文翻译资料

 2022-11-19 11:11

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再论东亚梅雨雨季

吕俊梅，鞠建华，陶世炎

1中国气象科学研究院，北京100081

2中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京100081

3云南省气象局，云南昆明650034

4中国科学院大气物理研究所，北京100029

2013年3月4日收到; 2013年4月27日修订; 2013年4月28日接受; 2013年9月16日发布

摘要：本文讨论了东亚梅雨的天气气候，提出梅雨雨带的位置从气候学角度来看是稳定的，尽管梅雨活跃（湿）和断裂（干）会受到天气系统的影响。梅雨的持续时间和起止日期呈现出巨大的年际变化，因此它们在季节气候预测中几乎不可预测。梅雨已被用作天气概念，并应用于东亚国家气象机构数十年的业务预测。因此，对梅雨发生时间和预报日期的预测已成为气象服务的重要业务工作。这也误导了公众和科学家。与季节内振荡有关的东亚夏季风（EASM）的向北传播与梅雨的活跃和破裂密切相关。东亚季风爆发的活动和传播调节了引发集中严重降水过程和洪水或干旱的活跃/破碎梅雨;因此，作者建议改变目前梅雨的预测方法。从科学和应用的角度来看，建立EASM激增的监测预报，取代当前梅雨季节进展进入气候学梅雨期后的当前业务预报。

关键词：梅雨季节；气候学；季风爆发；季节内振荡

  1. 引言

与东亚夏季风有关的雨季（EASM）在中国称为梅雨，在日本称为伯乌，在韩国称为昌马。在东亚，年降水量的一半以上发生在夏季，而夏季降水超过40％发生在梅雨期。因此，梅雨是最重要的水汽供应源，但由于活跃的梅雨造成的强降雨经常导致东亚国家的灾害。因此，日本气象厅（JMA），韩国气象局（KMA）以及中国长江-淮河流域的气象部门，对梅雨的发生和撤退日期的预测以及梅雨是多还是空（即降雨量）多年来给予了很大的关注。然而，在预测梅雨方面遇到了很多困难和问题。例如，雨期报得早，但梅雨来得迟，预报湿梅，可是干梅发生。此外，根据梅雨撤退的定义，有时气象部门在年内宣布梅雨结束之后，梅雨几天后又重新出现。上述问题发生在东亚国家的气象机构将气候学概念应用于业务预报已经超过50年的情况下。

梅雨锋是EASM系统的主要组成部分。 EASM的季节性进展包括从6月中旬到7月中旬长江流域和日本主要群岛的一个明显的逐步雨季，以及从6月下旬到7月下旬雨带稍微晚些时候雨带向北迁移到朝鲜半岛。梅雨季节的降水可能导致持续数天或数周的降雨。有时候，它也可能是间歇性的，包括频繁的强阵雨和暴雨。关于梅雨的各项研究，如梅雨的起止时间，梅雨的持续时间，梅雨的强度，湿梅还是干梅，以及与梅雨锋有关的强降雨现象。目前准确预测梅雨的这些特征还很难，进一步的分析可以帮助我们了解相同现象的成因。

EASM的突出特征是其异常的海平面变化，即其季节性进展和梅雨起止期间的北抬。突变和稳定演化之间的交替与季节内振荡（ISO）直接相关。 Kang等（1999）认为昌马云带与气候季节内振荡（CISO）向北传播有关。Wang和Xu（1997）提出，ISO对年周期的影响导致向西传播一个重要的CISO，这反过来又导致夏季风的海水变化。 Ju 等（2005，2007，2008）发现东亚地区EASM的ISO表现为波动活动强度向北传播的EASM波动。当低频波达到高峰或低谷时，长江中下游将发生活动或相应的断裂阶段，这表明ISO在东亚季风区的活动可能会使大尺度夏季华东地区降水减少。北向传播的ISO在调控梅雨中的作用尚未完全研究清楚。在这项研究中，我们调查了EASM激增活动与梅雨起止之间的联系，希望提出一种前瞻性预测方法。

  1. 资料和方法

在分析梅雨雨带的气候平均分布时，我们选择了亚洲降水—高分辨率观测数据对水资源评估数据库中的降水逐日格点数据（Yatagai等，2008）（APHRODITE），由JMA根据亚洲天气观测站的数据建立。数据分辨率为0.25°times;0.25°，可以很好地描述韩国和日本的降水分布，时间范围从1980年1月1日到2001年12月31日。为了求得EASM在东亚副热带地区的增长形势，把基于一级巴特沃思函数的30-60天带通滤波器（Marakami，1979）应用于850 hPa的区域平均纬向风。 850 hPa纬向风来自美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP / NCAR）逐月再分析资料（Kalnay等，1996）。

  1. 结果与讨论

为了以可测量的方式描述梅雨的特征变化，东亚不同的国家对梅雨的起止时间以及梅雨的强度和持续时间有不同的定义。中国气象局（CMA）为长江流域梅雨季节制定的定义标准如下：(1)在长江中下游地区选出5个有代表性的气象台站，表征梅雨期的降雨量，这五个台站分别为上海、南京、芜湖、九江和武汉。当有2个及以上台站同时发生降雨，而且5站总日降雨量达到10mm以上，这种情况定义为雨日。(2)在梅雨季期间内，西太平洋副热带高压脊线要始终位于20°N～25°N。(3)从入梅之日起连续10个雨日中满足条件(1)的雨日大于等于50%，则定义开始降水的第一日为入梅日。(4)在梅雨季期间，可以有一次或者更多的降雨事件发生，但每次事件必须持续6天以上的雨日，同时5站的日平均降雨量应该大于25mm。(5)最后一次梅雨事件的第二天定义为梅雨结束日。撤退按以下标准确定：非降水持续时间应超过三天，准静止锋应从半岛向北移动。很明显，东亚国家的雨季开始和撤退的定义是艰难的，人为的，而不是特定的。

根据CMA和KMA的定义，图1显示了梅雨和昌马在1961年到2005年的持续时间和起止时间。由于天气系统的作用，梅雨和昌马的年际变化明显不同，梅雨季节的发生和退出情况明显不同。气候场上，梅雨于6月19日开始，7月8日结束，而昌马则于6月24日开始，7月24日结束。也就是说，梅雨持续约20天，而昌马持续约30天。为了研究梅雨和昌马年际变化的幅度，梅雨/昌马持续时间的标准偏差，起止日期列于表1，可见梅雨变化显着大于根据长马的标准偏差值。此外，梅雨/昌马持续时间和撤退日期的标准偏差均大于发生日期。另外值得注意的是，梅雨持续时间和撤退日期的标准偏差（13天）占气候平均梅雨时间（20天）的65％。这意味着梅雨的年际变化已经大大超过气候梅雨期的一半，并且在海洋气候预测中几乎不可预测。

图1梅雨（a）和长马（b）在1961-2005年的持续时间和起止日期（ 阴影区域表示梅雨的持续时间，实心圆表示开始日期，空心圆表示退出日期，虚线表示平均值）

表1 1961-2005年间梅雨持续时间和起止日期的标准差

Standard deviation Days

Meiyu onset dates 8.68 days

Meiyu retreat dates 12.66 days

Meiyu duration 12.74 days

Changma onset dates 5.40 days

Changma retreat dates 7.99 days

Changma duration 8.47 days

虽然雨季特征（包括起止日期，持续时间，总降水量和强度）表现出大的年际变化，但梅雨锋的位置是准静止的。梅雨锋通常表现为一个平均寿命为八天的准静止锋。在这里，我们介绍一下梅雨的气候特征。根据APHRO日逐日降水资料（Yatagai等，1998），梅雨白乌和昌马的气候雨带位置分别来源于梅雨期总降雨量的22年平均值。

图2显示了江淮流域，日本和韩国的梅雨—白乌/昌马气候雨带。可以看出，梅雨—白乌带主要分布在长江中下游，东部的边缘通过日本群岛。梅雨期最大降雨总量的轴线，即梅雨锋的气候平均位置，大致位于日本南部至中国中部的东西方向。随着季节性进展，雨带北移到韩国，东亚雨季在7月下旬终止。丁等（2007）表明，梅雨系统的热力因子和动力因子的年际变化也相对较小。梅雨从这个角度来讲应该是一个气候学的概念，但它已被视为天气气象学的概念，并在东亚国家气象部门的业务预报中实施了50年或更长时间，误导了公众和决策者。社区，公共和媒体每年都关注梅雨的发生和退出日期，更重要的是因为他们认识到梅雨的气候特征为降水的年际变化提供了一个平均态东亚季节。

图2基于22年APHRO数据集的梅雨/白乌/昌马雨带（单位：mm， 粗虚线表示梅雨季节总降雨量的最大轴线，阴影区域表示总降雨量大于200mm）

根据中国气象局定义的梅雨参数，选取梅雨期总降水量大于2000mm的3个相对湿润年份，研究了1961〜2005年EASM波动（ISO）与梅雨的关系。图3显示了1969年，1996年和1998年EASM激增对9个代表性气象站在长江中下游地区的平均降水量变化的影响。虚线表示东亚副热带地区（22.5°N-32.5°N，112.5°E-122.5°E）的区域平均850 hPa纬向风的30-60天过滤曲线，表明EASM激增主要发生在长江中下游，降水以条形表示。此外，空心方块代表梅雨的活跃期。当1998年5月的“早梅雨”来临时，东亚夏季风的高峰出现在波峰上，后来在6月，当东亚夏季风爆发再次到达波峰位置时，出现了典型的梅雨期。相应地，EASM激增的第三个波峰与“二度梅”相匹配。 1969年和1996年，典型的梅雨期只出现一次，但持续时间比平时长，而EASM波浪的波峰也相应发生。

图3典型梅雨和二度梅年平均850 hPa纬向风30-60天过滤曲线日变化（单位：ms-1），以及梅雨期长江中下游地区东部9个台站的平均降水量（单位：times;20 mm d-1）。（a）1969年，（b）1996年和（c）1998年； 1998年分为早期梅雨和二度梅。

综上所述，从初夏到盛夏，入梅对应着EASM波动的波峰，而出梅与波谷一致，说明EASM波在一定程度上调节了梅雨入梅出梅。换句话说，EASM波动与梅雨之间存在同相关系。东亚夏季风加剧通常从热带地区开始，然后向北扩展到长江中下游地区。这意味着EASM波动往往是梅雨出梅入梅的前兆。我们认为对EASM激增活动的监测和预报对预测梅雨季节的大规模强降水过程具有重要意义。

  1. 讨论和总结发言

最近的一项分析（Tao and Wei，2007）显示，当来自赤道印度洋的ISO（也称为Madden-Julian Oscillation，MJO）传播到中国南海时，EASM会在华南地区出现波动，夏季季风爆发与中国北方的冷空气相遇，最终导致华南地区梅雨锋暴雨。 Ju 等（2008）研究了EASM地区大气ISO（EASM波动）的纬向和经向传播特征。结果表明，ISO的经向传播主要来自热带地区，而纬向传播包括印度季风区向东传播和西太平洋向西传播。 ISO的这两个纬向传播会在110°E-120°E处汇合，然后加强ISO的北向传播。 ISO向北延续传播，影响长江中下游夏季降水。 Wang和Xu（1997）提出，CISO的强大活动和季风对东亚的突然变化是夏季北半球环流的一些突出特征，它们对季节性气候预测有深远的影响。

我们认为，EASM激增的活动和传播在起止日期起着非常重要的作用，尽管有许多因素可以调节起止日期。这意味着对东亚国家梅雨入梅出梅的预测很可能取决于对EASM激增的检测和预测。作为气候学的一个概念，梅雨为雨季的严重降水提供了气候背景。梅雨季节出现在气候方面时，气象部门应加强对热带地区EASM激增的活动和传播的监测和预报，重点监测和预测EASM激增对大尺度环流的调节影响，东亚不同地区有强度各异的降水过程，EASM波动影响梅雨的机制仍不清楚。此外，还有其他一些问题有待进一步研究，比如：EASM波动的来源，其向北的传播速度，波峰/波谷与梅雨入梅出梅的关系，以及梅雨预报方法里EASM激增的根源，进一步的研究将帮助我们理解这些问题。

致谢

对于本文的两位匿名评论者的有用评论，我们谨表示衷心的感谢。本次调查由中国国家基础研究发展计划（2012CB417205），中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室开放基金（2012LASW-A02），中国气象科学研究院基础科学研究基金（2010Z001）共同资助）。

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