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[科普知识] 华西秋雨成因及特点分析

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发表于 2009-9-27 23:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近,网上不少朋友比较关注华西秋雨,特别对其形成原因颇有兴趣。对此我根据自己掌握的理论和经验简单分析一下。由于个人才疏学浅,有不足的地方还请大家指正,谢谢。

华西秋雨指的是在我国西部地区秋季(一般9月中旬-11月上旬)出现的降水,地域通常一般以青藏高原东部和东南部边缘的西南地区中东部和西北地区东南部为主。那么有些人肯定会觉得奇怪,一般来说,每当9-10月,西太副高开始逐步南压减弱,西风槽开始南下,对于全国来说,雨带应该快速南压减弱,全国大部分地区自北向南雨水逐渐减少,晴天增多才是主题,为什么华西这个地区会恰恰相反开始降水增多并会持续1-2个月的时间呢?

首先,我们先来看看降水的成因。一般来说,海洋上水汽比较丰富,因此水汽通过大气环流输送到陆地以后——辐合上升——随着高度增高而冷却凝结——成云——水滴增大过饱和——形成降水云团——降水

所以上面可以总结出,华西地区降水的原因有2个主要因素:水汽通道和辐合抬升。

下面就来详细分析一下这两个因素,由于对于华西地区来说这两个因素相辅相成,因此放在一起讨论。

当9月来临的时候,热力场发生转折,北半球大气环流达到最北端以后开始逐步南移。其中,随着西太副高的缓慢南移减弱,华西地区处于副高西北侧,来自孟加拉湾的暖湿气流正好可以随着副高西北侧的西南气流输送到华西地区,因此水汽通道被打通;其次,西风带开始逐步南压,西风槽后部的东南气流(冷空气)与前者(暖湿气流)在华西地区交汇,锋面活动加剧——辐合增强(气压降低)而产生降水(如下图)

华西秋雨环流形势.gif    华西秋雨水汽分布.gif
 楼主| 发表于 2009-9-27 23:37 | 显示全部楼层
看到这里,有人也许会问,那么为什么偏偏容易交汇在华西,而不是我国东部地区呢?

这个问题提到关键点了,一个重要原因是地形。华西地区位于青藏高原的东侧,是第一阶梯和第二阶梯的分界点,其中地势崎岖、盆地山脉星罗棋布。西风槽南下过程中,冷空气顺着青藏高原东部南下,容易被地形阻挡而滞留其中,暖湿气流亦然,有时在华西地区可以形成单体。而当地的崎岖地形对于辐合也是正反馈,这段时间才会持续绵绵阴雨。由于是锋面雨为主,雨日虽多但降水强度一般不会像夏季强对流那般剧烈,因此总体降水量少于夏季,但多于春季(原因是北半球秋季的环流普遍比春季偏北),如果冷空气冷渗偏强激发不稳定能量释放的话也不排除出现强降水天气的可能,比如2001年9月。不过华西秋雨带来的降温却是非常明显的,冷空气位于中低层,因此可以直接俯冲到大气边界层牢牢控制地面形成冷雨,从而经常出现500hPa位势线不低但是地面温度偏低的现象,所以华西地区有着“晴天高温、一雨降温”的俗语。一定程度上华西地区特别是西南地区东部入秋时间取决于秋雨开始的时间,因此气候值上的入秋时间比同纬度地区反而要偏早一些。

下面看一下重庆今年9月11-25日的日最高和最低气温以及降水变化图

重庆最高气温.gif 重庆最低气温.gif 重庆降水.gif

而下图是我国常年入秋时间气候值,可见西南地区最晚入秋的重庆也只是和上海同一时间,而成都、贵阳都比同纬度长江中下游地区早2候左右。

我国常年入秋气候值时间.jpg

其次,青藏高原地区对流旺盛,水汽凝结释放潜热,使其成为一个强大的热源中心;而江淮、江南一带多受西太副高压控制,盛行下沉气流,为热源低值区。四川盆地处于高原高能量带与盆地以东低能量带之间的能量锋区,此能量锋区的存在促使从巴尔喀什湖低压槽分裂东移的短波槽在该地区发展。因此这时长江中上游和长江中下游的天气往往是相反的。这点和高原季风影响范围的分界点又是基本吻合(110E左右)

另外,正因为华西地区位于青藏高原的东部,对于大气上下游效应来说是一个下坡的过程,也就是处于西风带的背风坡,而在下坡的时候,气旋性增强,反气旋性减弱,这点有利于降压而形成动力性气旋,尤其是青藏高原有槽线东移下坡的时候,正涡度平流使其槽前减压,往往形成西南涡。显然,西南涡是中低层天气系统(原则上应该低于青藏高原的海拔高度,个人倾向于1500-3500米之间)。而青藏高原使得西风带南北分支,南支受到其边缘摩擦转向而形成气旋性涡度,印缅槽往往由此诞生,对于华西降水也是正反馈。以上这些机制对于上面所说的在华西地区形成单体也是同一的。

因此可以看出,这点不仅对于秋季适用,对于冬季来说也一样适用,所以也可以解释华西地区特别是西南地区东部(比如四川盆地)在冬季有时也会出现阴雨的现象。
 楼主| 发表于 2009-9-27 23:42 | 显示全部楼层
有了以上的成因分析,我们接下来可以找出华西秋雨多寡的策动源。

显然,如果副高西伸幅度大和势力偏强,加上西风槽位置偏南,辐合就增强,华西地区降水就会明显和偏多。出现这种形势的原因就是冷源开始逐步发展,上游振荡偏强,乌脊(长波脊)建立,巴湖-贝湖槽加深,而西太副高并没有很快撤退。因此在图上显示就是乌山一带和西太副高位势线正距平,而远东地区为负距平(如下图所示)。这表明,环流出现以上的变化是由于东亚大陆热力场的转折,或者说是梅雨带在大陆热力场衰退的表现。

秋季北半球位势线分布.jpg

PS:上图为华西秋雨明显时段的北半球500hPa形势图,阴影区为位势线偏低区域

最后可以总结一下:

1. 西太副高、西南低值系统(印缅槽、西南涡等)、西风槽是华西秋雨主要影响的天气系统。其中正值和负值系统都加强时(500hPa平均位势显示乌拉尔山、西太副高偏强,孟加拉湾低槽和贝-巴湖槽偏深),华西秋雨明显;反之,华西秋雨减弱,甚至有些年份不明显(如下图所示)

多雨和少雨的对照.jpg

上图中,前者是华西秋雨明显时段的形势图,而后者是其减弱的形势图

2. 华西地区位于青藏高原东部的这种地理位置和其独特的地形造就了辐合增强和低涡产生的频繁性,这对于第一点起到了正反馈的作用。
 楼主| 发表于 2009-9-27 23:45 | 显示全部楼层
请注意,由于大气环流存在不稳定性,辐合区位置会随着西太副高、西南低值系统、西风槽这3者的强度变化而变化,因此每年的华西秋雨也不是一成不变的,比如有时降水落区偏向西北地区东南部,而有时则位于西南地区东部。下面来分析一下落区偏北的情况。

一般来说,典型华西秋雨年的500hPa高度距平分布特点为:孟加拉湾为负距平区,我国大陆东部到西北太平洋为正距平区,表现为印缅槽偏深,西北太平洋副热带高压偏强,从而有利于西南季风和高原季风向西南地区输送水汽。

但是出现落区偏北的情况则是:中高纬度的中西伯利亚到鄂海和北太平洋上空一线为负距平区,而我国长江以北大部地区、日本、中纬度太平洋上空一线为正距平控制,我国华南地区至中低纬太平洋地区为负距平。这表示印缅槽不深,副热带高压主体偏北,东亚大槽偏弱,中高纬度西风强,也就是AO为正值,这样不利于冷空气南下。

如下图,巴湖附近常稳定维持一低压槽,槽底经常有短波分裂,经高原东移南下后在华西地区得到较强发展。与此同时,西北太平洋副热带高压徘徊于江汉平原、江淮、江南及华南北部地区,因此使得来自于巴湖经高原东移南下的冷空气受阻于西北地区东南部,同时也提供了源源不断的偏南暖湿气流,使冷暖空气持续交汇于渭水流域一带,从而造成了该地区持久的阴雨天气。而副高将冷空气阻挡以后,西南地区东部的阴雨天气就相对少了很多。

北半球高度距平分布.jpg

PS:大家可以自己分析一下落区偏南的大气环流情况

从中可以看出,NAO和AO的振荡会使得西风指数发生明显变化,这点对于华西秋雨会造成不小的影响。又比如,华西秋雨的时间段一般是30-50天左右,这点和大气低频振荡(ISO)的周期类似,个人推测由于华西秋雨和印度季风有关,而ISO和印度季风有很强的相关性,因此华西秋雨和ISO周期的吻合并不是巧合;再比如,副高的2次明显南退时间点正好在白露前中期和寒露后期-霜降前期,这对于华西秋雨的相关性很大,而副高这2次的位置变化时间间隔又和ISO周期吻合。可见影响华西秋雨形成和多寡的深层次因素不少。因此要具体分析还需深入到大气能量传递过程甚至行星波和遥相关机制的研究。而这些往往又涉及青藏高原大气热力和动力学,比如青藏高原热源的强弱、高原耦合上升运动导致高原风场的变化从而影响东亚季风等等,这些对华西秋雨都会产生影响,其内在的相关性需要我们进一步去探究
暂时就知道这么多了,还请各位高手多多补充:D/15

相关资料:青藏高原对亚洲夏季风爆发位置及强度的影响
发表于 2009-9-28 18:24 | 显示全部楼层
:y6:y6:y6!精彩!
发表于 2009-10-11 22:29 | 显示全部楼层
长见识了!
发表于 2012-10-9 11:42 | 显示全部楼层
正应节,果断顶起来
发表于 2012-10-9 17:56 | 显示全部楼层
请注意,由于大气环流存在不稳定性,辐合区位置会随着西太副高、西南低值系统、西风槽这3者的强度变化而变化,因此每年的华西秋雨也不是一成不变的,比如有时降水落区偏向西北地区东南部,而有时则位于西南地区东部。 ...
tom.hp 发表于 2009-9-27 23:45

马天师等专业会员,是经常使用分型软件的,有空分型来一帖如何
发表于 2012-10-9 19:13 | 显示全部楼层
LZ分析很好,我这里概括为一句:南北支+地形

补充一句题外话,对于中国气候来说,*青XX藏*高原起着决定性的作用,华西秋雨只是其一表现而已。
发表于 2012-10-9 19:20 | 显示全部楼层
LZ分析很好,我这里概括为一句:南北支+地形。

补充一句题外话,对于中国气候来说,*青XX藏*高原起着决定性的作用,华西秋雨只是其一表现而已。
藤原效应 发表于 2012-10-9 19:13

再加一句,华西秋雨开始的时间和我国夏季风的明显南退有着密切的关系,也就是西太副高。就拿今年华西秋雨来说,开始时间大致在9月11-12日。这个时间正好也是北方一股强冷空气南下,使得我国长江中下游及其以北地区开始受到西北气流控制。然后再配合印缅槽,就造就了今年的华西秋雨。
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