1971—2017年榆林秋季區域連陰雨特征分析

萬 慧，高雪嬌，蔣伊蓉，馬 鋒，許曉艷

(榆林市氣象局，陜西榆林 719000)

榆林地處陜西省的最北部，陜北黃土高原和毛烏素沙漠交界處，北部為風沙草灘區，南部為黃土丘陵溝壑區，屬干旱半干旱氣候，是陜西降水最少的地區[1]。受地形的影響，榆林各縣區降水具有明顯的南北差異，且各季降水分布不均，9—10月多出現秋季連陰雨。連陰雨常常對工農業生產、交通運輸、糧食倉儲和人民群眾日常生活等帶來不便和危害。秋季是榆林秋糧作物的成熟收獲期，尤其是經濟作物紅棗的成熟采摘期，連陰雨常導致已成熟的作物無法收獲，紅棗等出現爛果、霉變。2003年9月上旬—10月中旬，榆林連續出現了3次區域連陰雨過程，大部分縣區降水日數17～21 d，平均總降水量143.6 mm，與常年同期相比偏多81%，陰雨天氣對各類糧食作物和經濟林果的成熟收獲造成不小的影響。2007年9月26日—10月12日，榆林發生罕見連陰雨天氣，陰雨持續11～15 d，過程總降水量為87.7～200.5 mm，這次連陰雨具有雨日長、雨強大、范圍廣的特點[2]。陰雨天氣導致黃河沿岸紅棗出現裂變霉爛，減產90%以上。

不少學者對秋季連陰雨進行了研究分析。方建剛[3]等對2003年陜西秋季連陰雨降水特點及環流條件作了詳細分析。王丹[4]等研究了1960—2011年陜西秋季連陰雨天氣的時空變化和成因。韓潔[5]等對2011年9月3—20日陜西省強秋淋天氣的環流特征和動力熱力學結構進行了分析。劉慧敏[2]等分析了2007年9月26日—10月13日陜北連陰雨天氣過程的時空分布和大氣環流特點。張凌云[6]分析了1998—2007年佳縣秋季連陰雨對紅棗裂果的影響。以上對連陰雨的研究多針對陜西省或者某一次典型的連陰雨過程，針對榆林秋季連陰雨的研究卻不多見。近年來，榆林秋季連陰雨有增多的趨勢，因此，以影響范圍較大的秋季區域連陰雨為研究對象，對其氣候特點、發生規律及環流形勢進行分析，以期更好地開展連陰雨的預報服務及防災減災工作。

1 資料來源與統計標準

1.1 資料來源

利用陜西省氣象信息中心整編的常規氣象資料，選取榆林境內12個氣象站1971—2017年9—11月逐日(20—20時)降水資料進行統計分析。

1.2 統計標準

參照陜西氣象部門天氣標準，并結合榆林本地天氣氣候特點，將秋季連陰雨的統計標準定義如下：對于單站，連續4 d及以上日降水量≥0.1 mm,且過程總降水量>15 mm的穩定性降水過程為一次連陰雨天氣過程。期間允許有1 d的微量或無降水間隔，但降水過程的持續時間必須在5 d或以上,連續2 d測站無≥0.1 mm降水或微量降水，則認為該站連陰雨天氣結束[7]。出現降水的第1天定義為連陰雨開始日,降水的最后1天為連陰雨的結束日。若區域內≥6站同時出現連陰雨，且降水持續4 d及以上為一次區域連陰雨過程，同時出現降水的第1天為區域性連陰雨的開始日；出現陰雨的站點中半數以上連陰雨結束,則區域連陰雨過程結束，不滿足連陰雨條件的前1日為結束日。

為了方便統計連陰雨出現的月(旬)，特作如下規定：單站或區域連陰雨一般以開始日期所在在月(旬)作為統計月(旬)；當連陰雨跨月(旬)時，若兩個月(旬)的持續日相同，仍以開始日所在的月(旬)作為統計月(旬)，否則取持續日多的月(旬)作為統計月(旬)。

2 時間變化特征

2.1 年際和年代際變化

1971—2017年，榆林秋季共出現區域連陰雨37次，平均每年0.8次。47 a中，榆林市秋季區域連陰雨出現最多的年份是2003年，為3次；1973、1975、2001、2008和2011年各出現2次；1972、1976、1979、1981、1983、1984、1986、1988—1991、1996、2000、2004—2006和2012年，全市未出現區域連陰雨。從年代際變化(表1)來看，20世紀70年代共出現連陰雨8次；80年代較70年代明顯減少，僅出現4次；90年代開始又有所增多，共7次；2000年以后繼續呈增多趨勢，2000—2009年最多，達10次；而2010—2017年已經出現了8次。由此可見, 從2000年以來,連陰雨呈顯著增加趨勢，平均每年出現1次。

表1 1971—2017年榆林秋季區域連陰雨年代際分布

2.2 月、旬變化

榆林秋季區域連陰雨主要出現在9月，共22次，占總數的59%；其次是10月，出現11次，占30%；11月出現最少，僅4次，占11%。這與西太平洋副熱帶高壓的脊線位置有關，9月副高脊線位置在25°N 附近，有利于陜西陰雨天氣的形成，10月之后脊線位置南撤，對陜西降水的影響越來越弱[4]。從圖1可知，9月中旬是榆林區域連陰雨出現最多的時段，其次是9月上旬和下旬；秋季區域連陰雨最晚出現在11月上旬。

圖1 1971—2017年榆林區域連陰雨頻次旬變化曲線

2.3 持續時間

從表2可以看出，榆林秋季區域連陰雨以4～7 d為主，占總數的81%；8～9 d的占14%；10 d以上持續時間較長的連陰雨過程并不多，占5%左右。連陰雨持續時間最長為15 d，共出現了2次。1978年8月25日—9月8日，榆林大部縣區分別出現連續9～15 d的連陰雨天氣過程，過程平均降水量126.8 mm，其中米脂總降水量達203.6 mm，是37次區域連陰雨過程中單站雨量最大的一次。2007年9月26日—10月10日，榆林出現持續15 d的區域連陰雨過程，過程平均降水量143.9 mm, 范圍涉及全市12縣區。長時間的陰雨天氣給各類作物的成熟和收獲帶來嚴重影響，部分已成熟的作物無法收獲，收獲了的蕎麥、糜子、谷子發芽，向日葵糜爛。持續降雨還導致黃河沿線紅棗種植區處于成熟期的紅棗出現裂變霉爛，大面積絕收，屬于歷史罕見[8]。

表2 1971—2017年榆林區域連陰雨過程持續時間統計

3 空間分布特征

分別統計37次秋季區域連陰雨過程12縣區的連陰雨出現情況，分析得出榆林市秋季區域連陰雨的空間分布特征(圖2)，總體上表現為自東南向西北呈遞減趨勢，這與榆林秋季降水量的分布相一致。東南部各縣區為連陰雨多發區，其中以綏德最多，子洲、吳堡次之。榆林位于東南季風氣候尾閭區[9]，東南部地區受季風影響，水汽較充足，加之多丘陵溝壑的特殊地形，熱力及動力抬升作用顯著，使得這一帶成為全市降水最多、秋季連陰雨天氣出現次數最多的地區；西北部各縣區連陰雨相對較少，最少的區域位于北部府谷，其次是西部定邊。西北部出現較多的區域位于榆陽、神木一帶。西北部受季風影響較弱，空氣干燥且地勢平坦無地形抬升作用，故而產生的降水少，連陰雨過程也相對較少。

圖2 1971—2017年榆林秋季區域連陰雨各縣區出現頻次(單位：次)

4 影響范圍分布

規定有8站及以上出現連陰雨為全市性連陰雨過程。從表3可以看出，榆林秋季區域連陰雨往往發生范圍較大，以全市性連陰雨過程為主，占連陰雨總數的68%，6～7站的相對較少，占32%。

表3 1971—2017年榆林區域連陰雨影響范圍統計

5 周期變化

小波方差反映出序列的波動能量隨時間尺度的分布情況，可以更準確地診斷主周期。應用morlet小波變換分析1971—2017年榆林市秋季區域連陰雨的周期變化。正小波系數對應連陰雨偏多時期，負小波系數對應連陰雨偏少時期。小波系數絕對值越大，表明該時間尺度變化越顯著。由圖3可看出，榆林連陰雨無明顯年代際周期變化。在年際周期上，存在一個明顯8 a左右的周期變化，貫穿于1985—2015年，出現了4次周期交替，交替時間點分別位于1992、2002、2007、2013年，一個周期內有一次明顯的正負中心振蕩。1994—2015年閉合曲線中心絕對值在2以上，表明振蕩最為強烈。1990—2005年有明顯的5 a周期變化。此外，1975年以前和2005年以后還存在明顯的準2 a周期振蕩。

圖3 1971—2017年榆林市秋季區域連陰雨天氣小波變換系數圖

從圖4小波方差圖可看出，從1971—2017年間，榆林秋季區域連陰雨天氣出現頻次存在3個明顯的峰值，依次對應2 a、8 a和5 a的時間尺度。其中，2 a周期振蕩最強。圖中在15 a后有上升趨勢，但未出現拐點。由于數據僅有47 a，是否有更大尺度的周期，有待后續研究。

圖4 1971—2017年榆林市秋季區域連陰雨天氣小波變換方差圖

6 環流形勢分析

連陰雨一般是較大范圍的系統性天氣過程, 降水天氣系統穩定少變[10]。榆林秋季連陰雨每年都有,強度不同，通過篩選典型個例進行分析,掌握不同環流形勢下連陰雨的特點。選取了2003年9月25—30日(以下簡稱“03·9過程”)和2007年9月27日—10月10日(以下簡稱“07·9過程”)兩次榆林近年來持續時間較長、過程雨量較大,造成災害較重的連陰雨環流形勢進行分析，比較其異同。

6.1 天氣概況

“03·9過程”出現時間為2003年9月25—30日，連續6 d出現降水，除27日神木微量降水外，其它11個國家站均觀測到日降水量>0.1 mm的有效降水。過程降水量最小為定邊26.9 mm ，最大為清澗89.9 mm。單站最大日降水量為31 mm，25日出現在子洲站。

“07·9過程”出現時間為2007年9月27日—10月10日，榆林出現強秋淋天氣，降水時間長，降水總量大。榆林市所轄12個縣氣象站分別出現12～15 d連陰雨，7縣氣象站持續14 d均有有效降水，過程降水量最小定邊91.4 mm，最大清澗198.0 mm。10月6日佳縣站降暴雨，日降水量50.9 mm。

兩次連陰雨天氣均從9月下旬開始，降水中心均位于榆林東南部。相比較，“07·9過程”連陰雨持續時間更長，過程雨量更大，并出現1站暴雨。

6.2 環流形勢演變

6.2.1 “03·9過程” 2003年9月25—30日，榆林連陰雨在低槽與副高對峙的形勢下形成。25日08時，高空為“兩槽一脊”的環流形勢，在巴湖至貝湖以北有一切斷低壓，125°E附近有一長波槽，兩者之間在華北形成高壓脊(圖5)。東亞中緯度地區為寬廣低槽區，受西西南氣流控制，切斷低壓在東移過程中引導冷空氣南下影響河套地區，低槽不斷分裂短波槽。副高強大而穩定，588 dagpm線位于長江以北，27日20時退至長江以南，584 dagpm線在黃河下游以南33°N附近擺動，700 hPa的西南急流帶來孟加拉灣的水汽，切斷低壓分裂的短波槽與副高外圍的西南暖濕氣流頻繁交匯形成陰雨天氣。30日切斷低壓東移南壓，東部脊減弱，東高西低的環流形勢破壞，30日20時榆林轉為槽后西北氣流控制，連陰雨天氣結束。

圖5 2003-09-25T08 500 hPa環流形勢(單位為dagpm)和700 hPa風場(黑粗線為500 hPa槽線，雙實線為700 hPa切變線)

6.2.2 “07·9過程” 2007年9月27日—10月10日，連陰雨期間烏拉爾山為阻塞形勢。9月27日08時，500 hPa上烏拉爾山附近有一阻塞高壓，位置穩定少動，其東側巴爾喀什湖起至咸海為一切斷低壓，我國黃河以北處于寬廣的低槽區，受西西南氣流控制(圖6)。陰雨期間不斷有冷空氣從極地沿脊前下滑補充低槽，槽前不斷有短波槽分裂東移南下，為陰雨天氣提供了冷空氣來源。副高位于長江中下游以南，30日20時副高588 dagpm線略南壓西伸，584 dagpm線在35°N以南附近擺動，外圍的偏南暖濕氣流為雨區輸送了大量的水汽。10月1日副高北進西伸，5日08時最強盛(圖7)，西脊點為 90°E,北界 33°N ,隨后因登陸臺風北上，副高斷裂退至海上。冷暖空氣在榆林上空長期交匯，受臺風北側外圍東風氣流的水汽輸送影響， 6日是這次連陰雨過程中雨量最大的一天。降水期間水汽主要來自700 hPa 偏南暖濕氣流，這支氣流不斷輸送水汽，在榆林上空形成風速輻合，有利于垂直上升運動，使陰雨維持。10日以后，阻高轉為東北向減弱崩潰，貝加爾湖以西的橫槽轉豎并東移，中亞有弱脊建立，700 hPa轉為偏北氣流控制，持續陰雨轉為零星降水，逐漸結束。

圖6 2007-09-27T08 500 hPa環流形勢(單位為dagpm；黑粗線為500 hPa槽線)

圖7 2007-10-05T08 500 hPa環流形勢(單位為dagpm；黑粗線為500 hPa槽線)

6.2.3 兩次連陰雨天氣過程的異同點 “03·9過程”歐亞環流形勢呈兩槽一脊“W”型，東亞呈徑向環流。切斷低壓分裂冷空氣與副高外圍的暖濕氣流形成對峙，華北高脊穩定，導致降水持續。這一類型的連陰雨天氣影響范圍大，全市11站出現降水，持續時間較長，達到6 d，雨強較弱，無暴雨出現。“07·9過程”歐亞環流形勢是烏山阻高“L”型，東亞呈緯向型環流。烏拉爾山阻塞高壓穩定少動，冷空氣不斷從脊前下滑，形成冷槽東移南下與副高外圍暖濕氣流在榆林形成對峙，出現連陰雨天氣。連陰雨期間有遠距離臺風的共同影響，導致連陰雨持續時間延長，雨量雨強大，并出現暴雨。這一類型的連陰雨有阻高、副高和臺風三者的共同作用，造成的連陰雨無論范圍、時間、雨強均更大。兩次過程的相同點：副高偏西偏北，其外圍的低空急流向榆林輸送水汽和熱量。

通過對兩次典型連陰雨天氣過程的環流形勢分析發現，榆林連陰雨天氣主要由高原北側冷空氣與西太平洋副熱帶高壓西南邊緣的東南風或高原東側來自孟加拉灣的西南氣流所輸送來的暖濕氣流交匯所致。

7 結論

(1)榆林市秋季區域連陰雨過程的年際變化較明顯 , 2000—2009年出現最多,20世紀80年代最少,90年代后呈增多趨勢，2000年以后平均每年出現1次。

(2)秋季區域連陰雨過程出現時段以9月最多，10月次之，最晚出現于11月上旬；持續時間一般以4～7 d為主，其次為8～9 d，10 d以上的出現不多；持續時間最長的區域連陰雨為 15 d，出現在1978年8月25—9月8日和2007年9月26日—10月10日。

(3)榆林秋季區域連陰雨的空間分布為東南部多于西北部；東南部的高中心位于綏德、子洲一帶，西北部出現較多的區域位于榆陽、神木一帶。

(4)榆林秋季區域連陰雨存在2 a、5 a和8 a變化周期，2 a周期振蕩最強。

(5)榆林連陰雨天氣主要由高原北側冷空氣與西太平洋副熱帶高壓西南邊緣的東南風或高原東側來自孟加拉灣的西南氣流所輸送來的暖濕氣流交匯所致。