天气型对大别山夏季极端降水日变化的影响

研究背景

江淮流域夏季频发极端降水，易造成严重的洪涝灾害和重大的经济损失。该流域地势总体平坦，但也分布着复杂的中尺度地形，其中大别山是最具代表性且相对孤立的中尺度山脉之一，也是夏季地形降水的一个中心。大别山极端降水的时空分布特征，受到大尺度环流、夜间低空急流、梅雨锋面及其伴随的涡旋与地形等多尺度因素的共同影响。这些因素的相互耦合，使得极端降水的形成机制更为复杂。

南京大学大气科学学院赵坤教授课题组利用2008至2020年的长期数据，采用T模态倾斜旋转主成分分析法（PCT）对江淮流域夏季的大气环流进行了客观分型。在此基础上，研究团队结合了长达13年的中国自动站与CMORPH融合逐时降水数据，揭示出不同天气型、地形及多尺度天气系统之间的相互作用，在影响大别山地区夏季极端降水过程中所起的关键作用。

图1 江淮地区地形分布及大别山研究范围（红色方框）

大别山极端降水发生时的环境特征

研究表明，研究区域内日降水量排前10%对应的极端降水天可贡献超过60%的总降水量，其中超过90%的极端降水天发生在两种西南季风型天气型（P1和P2）下（图2）。两个天气型下极端降水发生时，更强的低空西南风携带充沛的暖湿水汽，在大别山地区辐合抬升，导致降水强度增强。此外，梅雨锋与大别山地形的相互作用也至关重要，其位置决定了不同天气型下极端降水空间分布的具体特征：在P1型下，锋面直接位于山区上空，其辐合作用对降水影响巨大；而在P2型下，锋面位置较山区偏北，其直接影响则相对较小。

图2 江淮夏季两种典型天气型（第一列）、极端降水天850hPa风场和位势高度场（第二列）及极端降水空间分布（第三列）

大别山极端降水的时空分布特征

大别山极端降水的日变化在两种天气型下表现出显著差异。P1型极端降水从凌晨开始增强，清晨在大别山西南坡达到地形性降水峰值后转变为梅雨锋带状降水并持续至中午，呈现从地形降水向锋面降水的过渡特征。P2型极端降水日变化过程则相对单一，从清晨持续增强至上午9时左右在西南迎风坡达到峰值后就迅速减弱，主要表现为典型的地形性降水。

图3 典型天气型下大别山极端降水日变化和空间分布

极端降水日变化的影响机制

大别山极端降水的日变化由低空非地转风的惯性振荡主导，但其具体表现受到天气型与地形相互作用的调制。核心机制在于，夜间摩擦减弱使西南非地转风加速，清晨达到峰值后的强盛暖湿气流受地形抬升作用，在上午触发了两种天气型共有的极端降水上午极值。然而，降水的持续性存在显著差异：P1型中梅雨锋恰好位于山区上空，南北两侧非地转风在大别山上空直接辐合，加之午后梅雨锋上低层涡旋的发展，为降水提供了持久的动力支持；而P2型中锋面和辐合区偏北，无法对山区产生持续影响，因此地形抬升触发的降水过程结束后雨势便迅速减弱（图4）。

图4 典型天气型下大别山极端降水日变化影响机制概念图

总结与讨论

本研究揭示了特定天气型对大别山极端降水的时空特征和成因的调控作用。研究发现，由惯性振荡驱动的低空非地转风是决定降水日变化的关键因素，而梅雨锋、低层涡旋与地形的相互作用则进一步影响降水的持续时间和强度。这项研究不仅加深了对大尺度环流如何调制局地地形性降水日变化特征的科学认识，也为改进该区域极端降水预报提供了重要依据。

论文发表

本研究揭示了不同天气型下大别山极端降水的空间分布与日变化特征，强调了天气型、地形与低涡等多尺度因子的相互作用对大别山极端降水日变化模态的调制作用。该研究成果《Diurnal Cycle of Extreme Rainfall Over the Dabie Mountain in Summer Under Typical Synoptic Patterns and Associated Mechanisms》发表在国际知名期刊《Journal of Geophysics Research: Atmosphere》（影响因子：3.8）。论文第一作者为陈初锐博士，通讯作者为赵坤教授，主要合作者为黄安宁教授和汪曙光教授，南京大学为论文通讯单位。本论文研究受国家自然科学基金（42230607、41875053、61827901、42305006）、灾害性天气国家重点实验室开放基金（2024LASW‐A02）、安徽省自然科学基金江淮气象联合项目（2408055UQ002）等项目的联合资助。