錢維宏，單曉龍，朱亞芬

北京大學(xué)大氣海洋科學(xué)系，北京 100871

天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力

錢維宏，單曉龍，朱亞芬

北京大學(xué)大氣海洋科學(xué)系，北京 100871

觀測(cè)的大氣流場(chǎng)可以物理分解為氣候流場(chǎng)、行星尺度緯圈平均擾動(dòng)流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng).低層大氣的天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的切變線、南方氣旋、北方氣旋、冷鋒槽線、西南渦暖切變線、熱帶氣旋、倒槽切變線、東風(fēng)波切變線等對(duì)區(qū)域暴雨具有指示意義.擾動(dòng)流場(chǎng)中的環(huán)流系統(tǒng)更適合天氣分析的原理.中國(guó)的暴雨帶多為擾動(dòng)輻合線兩側(cè)氣流對(duì)峙的結(jié)果.觀測(cè)流場(chǎng)中，暴雨帶出現(xiàn)在低空急流的左側(cè)，是因?yàn)闅夂蛄鲌?chǎng)掩蓋或削弱了天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)的作用.對(duì)切變線暴雨，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)有99%的診斷能力，而原始流場(chǎng)只有66%的指示能力.

觀測(cè)流場(chǎng)，氣候流場(chǎng)，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)，輻合線，區(qū)域暴雨

1 引 言

在省級(jí)和國(guó)家級(jí)的短期天氣預(yù)報(bào)中，區(qū)域性暴雨預(yù)報(bào)是一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容.區(qū)域性的，特別是持續(xù)性的區(qū)域暴雨是導(dǎo)致洪澇、泥石流、垮壩等災(zāi)害事件發(fā)生的觸發(fā)條件.發(fā)生在中國(guó)的區(qū)域性暴雨范圍從幾百公里至1～2000km不等.那些長(zhǎng)期穩(wěn)定在一個(gè)地區(qū)的區(qū)域性暴雨是致災(zāi)的重要因素.因此，暴雨發(fā)生時(shí)段及其落區(qū)的預(yù)報(bào)是各級(jí)政府和公眾十分關(guān)注的信息.

天氣圖是短期區(qū)域性暴雨預(yù)報(bào)信息來(lái)源的主要工具.暴雨發(fā)生的天氣學(xué)條件是對(duì)流層低層有源源不斷的水汽在一地產(chǎn)生輻合.利用實(shí)況探空天氣觀測(cè)可以定量地計(jì)算一地的水汽輻合量的大小，從而預(yù)報(bào)有無(wú)降水，或降水量的多少.由于用觀測(cè)風(fēng)場(chǎng)計(jì)算散度有誤差，預(yù)報(bào)員往往直接用850hPa層天氣圖上的站點(diǎn)風(fēng)分布，即風(fēng)向和風(fēng)速的輻合（氣旋性渦度）定性地判斷對(duì)流層低層水汽輻合的位置.

850hPa層的短波天氣系統(tǒng)，如槽線、低渦（溫帶氣旋和熱帶氣旋）、靜止鋒切變線、冷鋒切變線、暖鋒切變線、倒槽切變線等，應(yīng)該與對(duì)流層低層水汽輻合，即區(qū)域性暴雨相聯(lián)系.可是，很多的區(qū)域性暴雨并不發(fā)生在實(shí)況的上述切變線上，而是發(fā)生在低空急流的左側(cè)［1－4］.實(shí)際上，低空急流反映了氣流強(qiáng)弱，難以指示水汽的輻合位置.低空急流左側(cè)是一個(gè)相對(duì)的方位，于是也就難以具體地確定暴雨的落區(qū).在中國(guó)大陸1960—2009年期間，發(fā)生的持續(xù)3天以上456次區(qū)域性暴雨事件［5］中，暴雨落區(qū)位于低空急流左側(cè)的例子很多.本文以這些區(qū)域性暴雨事件為例，認(rèn)識(shí)暴雨帶與850hPa天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)之間的關(guān)系.建立天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)下的輻合線與暴雨落區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它是日常暴雨業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中從未使用過(guò)，而可能具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的新方法.

2 資料和方法

逐日降水觀測(cè)資料來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心，使用了1960—2010年期間位于中國(guó)大陸754個(gè)觀測(cè)站的數(shù)據(jù)，日（24h）降水量的統(tǒng)計(jì)時(shí)段為北京時(shí)間前日20時(shí)至當(dāng)日20時(shí).大氣資料使用了美國(guó)NCEP／NCAR Reanalysis 1逐日4個(gè)時(shí)次平均的850hPa風(fēng)場(chǎng)2.5°×2.5°格點(diǎn)資料［6］，范圍取為亞洲—西北太平洋地區(qū).

大氣中的瞬時(shí)天氣擾動(dòng)分量的分離與瞬變擾動(dòng)天氣圖的制作方法是：用歷史觀測(cè)的或模式預(yù)報(bào)的大氣變量減去氣候分量和緯圈平均擾動(dòng)分量［7］.以下的分解式中，V（λ，φ，t）＊′Y是第Y年相對(duì)1月1日第t日850hPa瞬時(shí)天氣擾動(dòng)風(fēng)分量［8］：

其中，V（λ，φ，t）Y為大氣風(fēng)的觀測(cè)或模式預(yù)報(bào)，是太陽(yáng)輻射季節(jié)氣候變化量，（λ，φ）是海陸、地形差異調(diào)節(jié)的逐日空間氣候變化量，這兩項(xiàng)是用1981—2010年美國(guó)再分析大氣變量資料確定的逐日氣候部分，［V（φ，t）］′Y是第t日緯圈平均的行星尺度擾動(dòng)分量.

3 擾動(dòng)流場(chǎng)比較

做環(huán)流物理分解的目的是要為區(qū)域暴雨預(yù)報(bào)找到更好的方法和信息.在降水強(qiáng)度上，1991年、1998年和1999年的暴雨事件分別排序在1960—2010年所有區(qū)域持續(xù)性暴雨事件的第一至第三位.我們先給出1991年6月29日至7月11日的站點(diǎn)降水量分布（圖1）.圖1中，圓點(diǎn)從大到小，分別表示24小時(shí)降水量大于100mm、50～100mm和25～50mm的站點(diǎn).1991年6月29日至7月11日的暴雨過(guò)程中，雨帶一直穩(wěn)定在江淮流域及其附近地區(qū)，南北擺動(dòng)幅度在一個(gè)緯度左右.從1991年6月29日至30日，帶狀暴雨形勢(shì)建立了起來(lái).13天中，共有200個(gè)站次日降水量達(dá)到50mm以上，平均每日15.4個(gè)站出現(xiàn)暴雨，大暴雨以上的臺(tái)站有59站次.1991年的暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降雨強(qiáng)度大，直接導(dǎo)致了江淮地區(qū)的嚴(yán)重洪澇災(zāi)害［9］.

我們關(guān)注50mm以上降水與流場(chǎng)的關(guān)系（圖2）.1991年6月29日至7月11日的江淮流域區(qū)域持續(xù)性暴雨過(guò)程主要是靜止鋒及其鋒面波動(dòng)（江淮氣旋）兩種環(huán)流系統(tǒng)下的降水.圖1中，7月1日、3日、6日和9日是這次區(qū)域性暴雨過(guò)程中暴雨雨帶長(zhǎng)度和強(qiáng)度最明顯的日子.圖2和圖3分別給出了對(duì)應(yīng)暴雨日的850hPa原始流場(chǎng)、擾動(dòng)流場(chǎng)和氣候與行星尺度緯圈平均瞬變擾動(dòng)相加的流場(chǎng).氣候與行星尺度緯圈平均瞬變擾動(dòng)相加的流場(chǎng)也就是（1）式中后三項(xiàng)之和.

圖1 1991年6月29日至7月11日江淮流域區(qū)域持續(xù)性暴雨過(guò)程逐日站點(diǎn)雨量分布24小時(shí)降水量大于100mm、50～100mm和25～50mm分別用大小不同的圓點(diǎn)表示.Fig.1 Daily rainfall stations for the regional persistent heavy rainfall event from 29June to 11July，1991.The maximum－size dot indicates the 24hprecipitation amount more than 100mm and other smaller dots indicate 50～100mm and 25～50mm

1991年7月1日、3日和9日的850hPa原始流場(chǎng)上（圖2a），江淮地區(qū)沒(méi)有波動(dòng)，暴雨帶發(fā)生在西南氣流中，大致位于低空急流的左側(cè)，但低空急流相對(duì)暴雨帶的距離難以客觀確定.可見(jiàn)，如果僅依靠850hPa觀測(cè)流場(chǎng)，則難以確定暴雨帶的具體位置.當(dāng)分解出天氣尺度瞬變擾動(dòng)流場(chǎng)后，暴雨帶就清楚地出現(xiàn)在江南西南氣流與江北偏北氣流的輻合線上（圖2b）.這種天氣尺度擾動(dòng)輻合線就對(duì)應(yīng)在實(shí)況天氣圖的地面靜止鋒上.于是，850hPa上天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)的輻合線就相當(dāng)于靜止鋒.一個(gè)觀測(cè)的流場(chǎng)被分解成緯圈和時(shí)間平均的氣候?qū)ΨQ部分、時(shí)間平均的氣候非對(duì)稱部分、緯圈平均的瞬時(shí)對(duì)稱異常部分和瞬時(shí)非對(duì)稱異常部分.瞬時(shí)非對(duì)稱異常部分就是圖2中的天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng).用原始流場(chǎng)減去天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)就得到圖2c中的氣候流場(chǎng)與行星尺度緯圈平均擾動(dòng)流場(chǎng)之和.這個(gè)氣候流場(chǎng)與行星尺度緯圈平均擾動(dòng)流場(chǎng)之和的分布形式與原始流場(chǎng)相似，暴雨也下落在850hPa西南氣流中.這部分氣候氣流對(duì)暴雨的落區(qū)并沒(méi)有指示意義，對(duì)暴雨落區(qū)有指示意義的是天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的輻合線，在圖2中是靜止鋒式切變線.行星尺度緯圈平均擾動(dòng)流場(chǎng)對(duì)暴雨的影響較弱.

圖2 1991年7月1日、3日、9日江淮流域區(qū)域持續(xù)性暴雨過(guò)程中當(dāng)日平均850hPa氣流與24h暴雨（≥50mm）站點(diǎn)（a1—a3）為原始流場(chǎng)；（b1—b3）為擾動(dòng)流場(chǎng)；虛線為輻合線；（c1—c3）為氣候流場(chǎng)與緯圈平均擾動(dòng)流場(chǎng)之和.Fig.2 Daily average 850hPa winds and stations with 24hprecipitation amount≥50mm for the persistent rainfall event on 1，3and 9July 1991in the basin of Yangtze and Huaihe rivers（a1—a3），（b1—b3）and（c1—c3）panels indicate the original winds，regional－scale wind anomaly，and climate winds plus planetary－scale zonal－mean wind anomaly，respectively.Dashed line indicates the convergence line.

在1991年6月29日至7月11日的江淮流域區(qū)域持續(xù)暴雨過(guò)程中，天氣尺度擾動(dòng)系統(tǒng)只出現(xiàn)了一次，它就是江淮氣旋.7月5日的850hPa原始流場(chǎng)上，江南地區(qū)的西南氣流非常強(qiáng)，暴雨帶出現(xiàn)在西南氣流中.在此強(qiáng)盛的低層西南暖濕氣流下，中國(guó)西南地區(qū)會(huì)出現(xiàn)倒槽，地面氣壓降低，有可能誘生出江淮氣旋.實(shí)際上，7月5日的850hPa天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上，氣旋波已經(jīng)在長(zhǎng)江中游地區(qū)形成.暴雨就出現(xiàn)在天氣尺度擾動(dòng)氣旋東側(cè)的暖切變線和西側(cè)的冷切變線上.冷、暖切變線的南北兩側(cè)西南氣流與東北氣流強(qiáng)度相當(dāng)，呈對(duì)峙狀態(tài).暴雨帶就是兩股不同性質(zhì)天氣尺度擾動(dòng)氣流對(duì)峙的結(jié)果.7月6日850hPa原始流場(chǎng)上，氣旋出現(xiàn)在江淮下游地區(qū).和擾動(dòng)場(chǎng)輻合線相比，原始流場(chǎng)輻合線與暴雨區(qū)的關(guān)系滯后1天才變得明確.在7月6日的850hPa天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上，江淮氣旋的強(qiáng)度和范圍比7月5日更清楚.暴雨區(qū)就沿天氣尺度擾動(dòng)氣流中的冷、暖式切變線分布.天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上，江淮氣旋的輻合環(huán)流特征比原始流場(chǎng)的江淮氣旋清楚.在圖3c中的氣候流場(chǎng)與行星尺度緯圈平均擾動(dòng)流場(chǎng)合成的氣流中，暴雨帶在西南氣流中，這部分流場(chǎng)對(duì)暴雨沒(méi)有指示意義.

4 北方暴雨系統(tǒng)

造成中國(guó)區(qū)域性的暴雨，除了南方氣旋（位于梅雨鋒上的江淮氣旋和位于華南靜止鋒上的氣旋）外，在北方地區(qū)主要是黃河氣旋和東北氣旋.圖4和圖5分別給出了黃河氣旋和東北氣旋環(huán)流下的區(qū)域性暴雨.2004年7月11日，850hPa原始流場(chǎng)上的黃河氣旋中心位于黃河中游，暴雨區(qū)主要位于氣旋中心東南側(cè)暖氣團(tuán)內(nèi)，冷切變線上沒(méi)有暴雨（圖4a）.同日，850hPa天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上，氣旋中心位于黃河的下游，暴雨位于冷、暖切變線附近.圖4b清楚地顯示了暴雨是天氣尺度擾動(dòng)輻合線兩側(cè)冷、暖氣流對(duì)峙的結(jié)果.

2003年7月8日，850hPa原始流場(chǎng)上有一東北氣旋（圖5a）.東北地區(qū)的5個(gè)站構(gòu)成了區(qū)域性的暴雨，暴雨區(qū)在冷切變線前的暖區(qū)中.黃河下游的暴雨與冷切變有關(guān).長(zhǎng)江中游的暴雨區(qū)位于西南低空急流的左側(cè)，與冷切變沒(méi)有關(guān)系.同日850hPa天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上，東北氣旋中心和向西南延伸的冷切變線都比原始流場(chǎng)上的氣旋中心和冷切變線的位置偏東南（圖5b）.東北暴雨區(qū)位于東北擾動(dòng)氣旋中心附近，黃河下游和長(zhǎng)江中游的暴雨區(qū)在擾動(dòng)氣流冷切變延長(zhǎng)線上.天氣尺度擾動(dòng)冷切變延長(zhǎng)線相當(dāng)于東北、黃河下游和長(zhǎng)江中游幾個(gè)暴雨區(qū)的擬合線.

北方降水系統(tǒng)的另一形式是冷鋒槽線.2004年9月20日，原始流場(chǎng)上的一條冷鋒槽線出現(xiàn)在中國(guó)東部沿海地區(qū)，中國(guó)東北處于850hPa槽后偏北氣流下，暴雨區(qū)也位于槽后偏北氣流下，沒(méi)有系統(tǒng)可以指示這些暴雨（圖6a）.與原始流場(chǎng)不同，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)的氣旋式環(huán)流中心位于黃海北部，一條冷鋒槽線從遼東半島向西南延伸到長(zhǎng)江中游，正好把淮北的區(qū)域暴雨和長(zhǎng)江中游的區(qū)域暴雨連接起來(lái)了（圖6b）.天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)的冷鋒槽線較好地指示了冷鋒附近的區(qū)域性暴雨.

與圖6中的冷鋒槽線不同，2010年7月6日850hPa原始流場(chǎng)上位于沿長(zhǎng)江的虛線是北方黃河反氣旋性環(huán)流與南海反氣旋性環(huán)流之間的切變線（圖7a）.江南暴雨區(qū)位于原始流場(chǎng)沿江切變線南側(cè)的西南氣流中.在同日的850hPa天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)下，中國(guó)東部海上有一條冷鋒槽線，其尾端延伸至江南，正好把三處暴雨連接起來(lái)了（圖7b）.可見(jiàn)，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)下的系統(tǒng)與原始流場(chǎng)下的系統(tǒng)，它們的性質(zhì)可能會(huì)不相同，對(duì)暴雨的指示能力也不同.

5 南方暴雨系統(tǒng)

南方暴雨系統(tǒng)包括西南渦、臺(tái)風(fēng)（熱帶氣旋）環(huán)流、臺(tái)風(fēng)倒槽和東風(fēng)波等.2004年7月16日，中國(guó)西南地區(qū)850hPa上出現(xiàn)了西南渦（圖8a）.西南渦伸向東北有一條西南氣流與東北氣流的切變線，暴雨并不下在切變線上，而是在西南低空急流的左側(cè)和前方.同日850hPa天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上，暴雨帶就發(fā)生在西南渦伸向東北的暖切變線上（圖8b）.天氣尺度暖切變線南側(cè)的西南氣流和北側(cè)的東北氣流相當(dāng)，形成氣流強(qiáng)度上和方向上的對(duì)峙，很好地解釋了暴雨帶的落區(qū).

2005年8月5日一個(gè)臺(tái)風(fēng)在浙江沿海登陸，經(jīng)過(guò)安徽、江蘇、山東，5—8日在浙江、上海、江蘇、山東、遼寧等省市形成了區(qū)域性暴雨.圖9分別為2005年8月7日臺(tái)風(fēng)原始流場(chǎng)與天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng).從8月5日至8日，臺(tái)風(fēng)原始流場(chǎng)和擾動(dòng)流場(chǎng)與區(qū)域暴雨落區(qū)之間沒(méi)有本質(zhì)的差異.暴雨區(qū)都位于臺(tái)風(fēng)中心的東北部位.這一對(duì)比說(shuō)明，對(duì)深厚的系統(tǒng)，包括深厚的臺(tái)風(fēng)（熱帶氣旋）和溫帶氣旋，原始流場(chǎng)與天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)對(duì)暴雨的落區(qū)指示意義相當(dāng).

與臺(tái)風(fēng)相聯(lián)系的暴雨有兩種形式.一是臺(tái)風(fēng)環(huán)流本身的暴雨，如圖9.二是遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)中心的外圍暴雨.臺(tái)風(fēng)外圍氣流為暴雨輸送了大量的水汽，當(dāng)遇到冷空氣時(shí)可形成遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)中心的區(qū)域性暴雨.圖10a中，中國(guó)東部地區(qū)，南北方各有一處暴雨.在東北氣旋的冷鋒切變線上，有一區(qū)域性暴雨.在遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)中心的福建，出現(xiàn)了南方區(qū)域性暴雨.發(fā)生在福建的區(qū)域性暴雨幾乎處于原始流場(chǎng)的副熱帶高壓脊線位置上，沒(méi)有輻合系統(tǒng)可以解釋它的成因.在同日的天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上，福建的區(qū)域性暴雨正好位于臺(tái)風(fēng)環(huán)流向北延伸的臺(tái)風(fēng)倒槽上（圖10b），也就是在東側(cè)南風(fēng)擾動(dòng)氣流與西側(cè)北風(fēng)擾動(dòng)氣流對(duì)峙的倒槽切變線上.

氣候上，7月底是多臺(tái)風(fēng)影響中國(guó)的季節(jié)，副高和降水位置也到達(dá)偏北的位置.2005年7月23日華北地區(qū)出現(xiàn)了區(qū)域性暴雨（圖11a）.850hPa原始流場(chǎng)上，高壓位于中國(guó)東北地區(qū)，西南渦環(huán)流也明顯可見(jiàn).從大的環(huán)流形勢(shì)上看，華北的區(qū)域暴雨就出現(xiàn)在東北高壓與西南低壓（東高－西低）之間，但沒(méi)有確切的系統(tǒng)與之對(duì)應(yīng).當(dāng)關(guān)注850hPa上的天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)時(shí)，華北區(qū)域性暴雨就下落在東風(fēng)波上（圖11b）.天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)的環(huán)流形勢(shì)上呈“北高－南低”型分布，從西北太平洋經(jīng)過(guò)南海中南部到孟加拉灣有一熱帶輻合帶.東西向的高壓帶與熱帶輻合帶之間的東風(fēng)氣流中存在多個(gè)東風(fēng)波擾動(dòng).位于中國(guó)東部大陸上的東風(fēng)波切變線正好可以解釋華北的區(qū)域性暴雨.天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)下東風(fēng)波所在的緯度與原始流場(chǎng)下的東風(fēng)波位置發(fā)生了變化.

6 輻合線對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力

以上的例子分析可以大致看出，天氣尺度擾動(dòng)環(huán)流系統(tǒng)對(duì)區(qū)域性暴雨的指示意義比原始環(huán)流系統(tǒng)的指示意義清楚.表1進(jìn)一步給出了原始流場(chǎng)中輻合線與天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中輻合線對(duì)區(qū)域暴雨指示能力的比較.這些輻合線系統(tǒng)分別為：兩個(gè)高壓環(huán)流之間的靜止鋒式切變線、南方氣旋（江淮氣旋和華南氣旋）、北方氣旋（黃河氣旋和東北氣旋）、冷鋒槽線、西南渦暖切變線、熱帶氣旋、倒槽切變線、東風(fēng)波切變線.2003—2010年期間大于和等于相鄰4站的區(qū)域性暴雨有772日次，其中624日次（81%）區(qū)域暴雨與原始流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的輻合線位置有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，140日次（18%）區(qū)域暴雨僅僅與天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的輻合線位置有對(duì)應(yīng)關(guān)系，還有8日次（1%）區(qū)域暴雨沒(méi)有對(duì)應(yīng)的原始流場(chǎng)輻合線和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)輻合線.

表1 原始流場(chǎng)中輻合線與天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中輻合線對(duì)區(qū)域暴雨指示能力的比較Table 1 Comparison of the ability of indicating regional heavy rainfall days from convergence lines in observational airflows and regional－scale wind anomalies

表1中，不同的輻合線系統(tǒng)對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力不同.兩個(gè)高壓之間的切變式輻合線與區(qū)域暴雨的關(guān)系，8年中有216日次，其中143日次（占66%）原始流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的切變線對(duì)區(qū)域暴雨都有指示能力，但73日次（占34%）中只有天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的切變線對(duì)區(qū)域暴雨有指示能力.倒槽切變線的區(qū)域暴雨有71日次，原始流場(chǎng)不能指示，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)切變線指示的暴雨達(dá)到38%.其他還有東風(fēng)波切變線、北方氣旋和暖式切變線，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上的這些系統(tǒng)對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力分別提高了21%、14%和12%.天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上的南方氣旋和冷切變線對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力提高了10%和7%.原始流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的氣旋系統(tǒng)對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力都一樣.這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明，對(duì)深厚的氣旋（北方氣旋、南方氣旋和熱帶氣旋）系統(tǒng)，原始流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)對(duì)區(qū)域暴雨有幾乎同樣的指示能力.對(duì)夏季風(fēng)期間的東亞靜止鋒式切變線，暴雨帶多位于原始流場(chǎng)低空急流的左側(cè)，而暴雨帶就在天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)的切變線上.利用天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的切變線，區(qū)域暴雨的位置判斷能力會(huì)提高三分之一.有99%的區(qū)域暴雨能夠被天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)輻合系統(tǒng)所指示，而只有81%的區(qū)域暴雨能夠被原始流場(chǎng)輻合系統(tǒng)所指示.

7 結(jié) 論

（1）一個(gè)觀測(cè)的流場(chǎng)可以按照物理分解的原理，分解成緯圈和時(shí)間平均的氣候?qū)ΨQ流場(chǎng)、時(shí)間平均的氣候非對(duì)稱流場(chǎng)、緯圈平均的瞬時(shí)對(duì)稱擾動(dòng)流場(chǎng)和瞬時(shí)非對(duì)稱的天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng).只有天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)對(duì)區(qū)域暴雨，特別是暴雨帶具有指示意義，暴雨就下落在擾動(dòng)流場(chǎng)的輻合線上，而原始流場(chǎng)與擾動(dòng)流場(chǎng)指示暴雨落區(qū)差異的原因就是其中包含了對(duì)暴雨落區(qū)缺乏指示意義的氣候流場(chǎng).暴雨直接與天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)的輻合相聯(lián)系.

（2）天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的靜止鋒式切變線、南方氣旋（江淮氣旋和華南氣旋）、北方氣旋（黃河氣旋和東北氣旋）、冷鋒槽線、西南渦暖切變線、熱帶氣旋、倒槽切變線、東風(fēng)波切變線等，與常規(guī)（原始）天氣圖的定義一樣.物理分解后的天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)環(huán)流形勢(shì)或環(huán)流系統(tǒng)與暴雨的關(guān)系更符合天氣學(xué)原理.在很多的情況下，靜止鋒式切變線在原始流場(chǎng)上不出現(xiàn)，但在天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上非常清楚，它對(duì)暴雨落區(qū)具有明確的指示意義.

（3）只有渦旋（溫帶氣旋和熱帶氣旋）暴雨在原始流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)上有一致性的輻合環(huán)流，從而原始流場(chǎng)和擾動(dòng)流場(chǎng)中的氣旋系統(tǒng)對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力都一樣.

（4）對(duì)切變式輻合線與區(qū)域暴雨的關(guān)系，在原始流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中，共同出現(xiàn)的切變線對(duì)區(qū)域暴雨有66%的指示能力，另外34%的暴雨只有天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的切變線才有指示能力.對(duì)倒槽切變線，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)切變線對(duì)暴雨的指示能力提高了38%.發(fā)生在中國(guó)的帶狀暴雨都是天氣尺度擾動(dòng)氣流輻合線兩側(cè)氣流對(duì)峙的結(jié)果.

（5）統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在2003—2010年期間占81%的區(qū)域暴雨與原始流場(chǎng)和天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的輻合線位置對(duì)應(yīng)關(guān)系都好，有18%的區(qū)域暴雨僅僅與天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)中的輻合線位置對(duì)應(yīng)好，還有1%的區(qū)域暴雨沒(méi)有對(duì)應(yīng)的原始流場(chǎng)輻合線和擾動(dòng)流場(chǎng)輻合線.于是，天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)輻合線對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力達(dá)到99%.在原始流場(chǎng)上，暴雨帶常出現(xiàn)在低空急流的左側(cè)，但不同個(gè)例的低空急流及其與暴雨的相對(duì)位置距離難以確定.

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Capability of regional－scale transient wind anomalies to indicate regional heavy rains

QIAN Wei－Hong，SHAN Xiao－Long，ZHU Ya－Fen
Department of Atmospheric and Oceanic Sciences，Peking University，Beijing100871，China

The observational atmospheric airflow can be physically interpreted as the combination of climatic airflow，planetary－scale zonal－mean wind anomalies and regional－scale wind anomalies.The regional－scale wind anomalies in lower atmosphere，such as shear lines，southern cyclones，northern cyclones，cold frontal troughs，warm shear lines with vortex in southwestern China，tropical cyclones，shear lines in inverted troughs and easterly waves，can indicate regional heavy rains.These circulation systems in wind anomalies agree with principles of synoptic analysis better than actual wind observations.The heavy rainfall bands in China are mainly the result of confrontation between airflows from both sides of convergence line in anomalous wind fields.Rainfall bands in actual observations are located to the left of low level jets because the climatic airflow and zonal－mean wind anomalies masked or weakened the role of regional－scale wind anomalies.For heavy rainfall caused by shear lines，almost 99%cases can be diagnosed with regional－scale wind anomalies.By comparison，only 66%cases can be indicated by actual observational airflows.

Observational airflow，Climatic airflow，Regional－scale wind anomalies，Convergence line，Regional heavy rainfall

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.008

P433

2011－12－06，2012－04－19收修定稿

國(guó)家自然科學(xué)基金（40975039）資助.

錢維宏，男，1957年生，教授.主要從事天氣氣候教學(xué)和研究.E－mail：qianwh＠pku.edu.cn

錢維宏，單曉龍，朱亞芬.天氣尺度擾動(dòng)流場(chǎng)對(duì)區(qū)域暴雨的指示能力.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（5）：1513－1522，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.008.

Qian W H，Shan X L，Zhu Y F.Capability of regional－scale transient wind anomalies to indicate regional heavy rains.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1513－1522，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.008.

（本文編輯 汪海英）