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“梅雨”何以成为我国气象学科的关注重点

文汇学人  · 文学  · 10 月前

1954年长江流域发生特大洪水后,梅雨成为我国气象科学一个重点关注的问题,相关研究成果不断涌现。1991年和1998年长江流域两次特大水灾使梅雨成为“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”、“八五”国家科技攻关、南海季风科学试验、海峡两岸暴雨科学试验等多个国家重大科研项目的研究重点,同时,梅雨也是我国气象科研工作者和日本、韩国、美国及我国港澳台地区开展科研合作的重要内容之一。



“梅雨”一词很早就出现在我国历史文献中,唐杜甫就有《梅雨》诗:“南京犀浦道,四月熟黄梅,湛湛长江去,冥冥细雨来”,此诗描绘的“梅雨”系指蜀中四月梅熟时的阴雨天气,并不属于本书讨论的江淮地区春末夏初的梅雨季节。柳宗元也有题为《梅雨》之诗:“梅实迎时雨,苍茫值晚春”,描写的也不是典型的江淮梅雨,而是南粤“梅雨”,应该指的是与江淮梅雨发生时间上联系紧密且降水具有一定相似度的华南前汛期降雨,柳宗元已经认识到“梅雨”的产生有一定的规律,是春末梅子成熟时节常出现的降雨。我国古代先民虽然一再言及梅雨一词,但是对梅雨的定义及其多雨的原因,都未曾有所解释,直到北宋末年,陈长方始加以解释,“江淮春夏之交多雨,其俗谓之梅雨也……春夏天地气交,水汽上腾,遂多雨,于理有之”,认为江淮多雨是由春夏之际水汽大量上升所致。


我国科学家将梅雨作为一个科学问题进行研究始于20世纪30年代,竺可桢引用苏轼《舶风》诗、谢肇淛博物学著作《五杂俎》等说明舶风是断梅之后开始盛行的东南季风,进而指出梅雨的气候特征首先是季风雨,其多寡久暂与东南季风势力强弱关系密切;欧阳楚豪较早从梅雨的气候角度解释其与区域气象灾害的关系;涂长望基于气团与锋面的学说论述了梅雨的天气特征,提出梅雨静止锋常由变性极地大陆气团和热带海洋气团交绥引起:“Tm与海洋NPc气团相遇于长江流域,故薄低气压停滞不进,淫雨不休,此即所谓梅雨是也。”


1954年长江流域发生特大洪水后,梅雨成为我国气象科学一个重点关注的问题,相关研究成果不断涌现。1958年陶诗言等根据降水等气候资料和1951—1957年高空资料,比较全面地揭示了梅雨的气候特点,指出梅雨是季风现象之一,梅雨期起讫很有规律,并不是局地现象,而是与印度季风的爆发和亚洲上空大范围大气环流的季节变化联系密切,标志着梅雨的天气—气候学研究迈上了新的基点。


1991年和1998年长江流域两次特大水灾使梅雨成为“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”、“八五”国家科技攻关、南海季风科学试验、海峡两岸暴雨科学试验等多个国家重大科研项目的研究重点,同时,梅雨也是我国气象科研工作者和日本、韩国、美国及我国港澳台地区开展科研合作的重要内容之一。


从现代梅雨研究的内容来看,大体可以概括为梅雨的环流特征、梅雨期划分、梅雨锋和梅雨锋暴雨的分析预测、梅雨变化及中长期预报、梅雨影响因子5个方面。由于本书旨在从气候变化角度研究梅雨的长期变化特征,这一方面的研究进展将在紧接着的一个小节中详细介绍,又考虑到已有众多文献对梅雨及相关问题进行了分析和综述,因此下面主要围绕已有研究著述、文献综述仅对梅雨以下4个方面内容的研究现状略做概述。


(1)梅雨的环流特征。梅雨期一般出现在6月中旬至7月上旬,此时我国主要的大雨带停滞在长江中下游。梅雨的产生与春夏之际亚洲上空大气环流的突然变化有关。目前对典型梅雨的环流背景已有较为清楚的认识(图0-1),其形成和发展明显的环流特征有:在高层(100hPa或200hPa)主要是有从青藏高原东移过来的南亚高压,位于长江流域上空,当高压消失或东移出海时,梅雨即告结束;在中层(500hPa),梅雨期的环流形势较为稳定,西太平洋副高呈带状分布,120°E处脊线稳定在22°N左右,高纬欧亚大陆呈阻塞形势,以“双阻型”较为常见,印度东部或孟加拉湾一带有一稳定的低压槽,使长江中下游地区盛行西南风,带来充沛的水汽,并与来自北方的偏西气流构成一范围宽广的气流汇合区;在低层(850hPa或700hPa)则有江淮切变线,切变线上常有西南低涡东移,其南侧有低空西南风急流;在地面则有静止锋和静止锋波动,产生江淮气旋。

图0-1 夏季亚洲季风系统环流特征示意图

除对典型江淮梅雨环流特征进行研究和总结外,研究者还广泛探讨了某一区域个别异常梅雨年份(如1954年、1991年、1998年长江流域特大洪涝年)的环流背景,同时还利用多年气象资料从气候角度对江淮梅雨异常的环流特征开展了很多工作,如毛文书等利用江淮地区1954—2001年入出梅日期和梅雨量资料讨论江淮梅雨丰、枯年同期大气环流差异的研究具有一定代表性,该文指出丰梅年高层100hPa南亚高压呈纬向分布,强度增强,中层500hPa极涡强度、乌拉尔山高压脊强度、鄂霍茨克海阻塞高压强度和蒙古高压强度均增强,东亚大槽位置较常年偏东偏南,加强了槽后冷空气向南输送,并抑制了西太副高进一步西伸北跳,使江淮地区不易出梅,梅雨期偏长,有利于梅雨量增加,同时副高边缘西南暖湿气流输送加强,低层850hPa形成一条强风速辐合带,对流旺盛,有利于梅雨的异常偏多。枯梅年上述情形则反之。


西太副高和梅雨锋是东亚副热带季风系统的重要成员,是东亚副热带季风雨带在中国东部建立和进退的重要控制因子。近年来,何金海等致力于东亚副热带季风和热带季风的本质问题,发现东亚副热带夏季风建立于3月中旬,早于热带夏季风,二者是相互独立的两个过程,前者并非后者向北推进的结果,相反,前者建立后的突然南压有利于后者的爆发,二者的建立和撤退特征也显著不同,副热带夏季风为渐进式建立,但撤退迅速,热带夏季风爆发突然,但撤退缓慢。这一重要研究结论有助于厘清梅雨形成前期的初始环流背景。


(2)梅雨期划分。由于梅雨存在复杂的地域性差异,长期以来,各地在梅雨期的划分标准上并不统一。《气象》杂志曾于1980—1981年组织气象工作者对有关梅雨期划分标准这一疑难问题进行了专题讨论,最后由林春育作小结,但这次集中讨论后关于梅雨的划分问题仍未达成一致。周曾奎结合几十多年的预报实践,对1954—2005年的江淮梅雨,尤其对入、出梅的划定标准和梅雨期的环流调整、个别年份有分歧的梅雨期的确认、梅雨的天气—气候特征以及各类型梅雨的环流演变特征和有关梅雨预报思路及着眼点进行了系统研究,为梅雨期的划分和预报提供了宝贵的参考资料。目前长江中下游省、市站台和学界确定梅雨期的共同点在于都认为梅雨期划定应考虑大气环流演变特征(主要是副高的变化)、持续的阴雨天数和地区内大于某临界日平均气温的持续天数,其分歧主要在于是以温度降水实况为主还是以环流调整为主抑或是二者兼顾来划分。从目前的划定方案来看,气象站和研究者比较倾向于以大气环流的季节转换为着眼点,有机结合温度降水等指标进行确定,且认为江淮地区各地梅雨期的划分应当建立在江淮流域梅雨季节整体性的基础上。相信梅雨期的划分随着对梅雨及东亚季风系统研究的深入会有更加科学合理的客观方案。


(3)梅雨锋和梅雨锋暴雨的分析预测。针对梅雨锋暴雨的研究在建立多尺度物理模型、天气学模型、监测与预测理论和方法等方面虽然取得了重要进展,但由于梅雨锋存在复杂的区域差异和多尺度结构,至今在梅雨锋的天气学定义、地域差异、多尺度结构特征、影响因子等方面的研究仍需要进一步补充完善,离完全满足国家对及时监测与正确预报梅雨灾害性天气的要求还有距离。


(4)梅雨影响因子。已有研究中可见从太阳活动、季风环流、海洋热状况及积雪冰盖等角度对梅雨影响因素进行的探讨。研究太阳活动对梅雨影响的方法多是利用太阳活动(主要利用太阳黑子数、黑子面积等指标)与梅雨特征量(或副高指数)的相关分析、合成分析和交叉小波分析等统计手段,国内外对太阳活动影响梅雨物理过程的研究相当缺乏;夏季风环流方面,目前的研究多侧重于南海夏季风、印度季风及越赤道气流与长江中下游降水的关系,但季风各子系统对梅雨降水及梅雨其他参数作用及其机制值得进一步分析;海洋温度变化(大西洋、印度洋、南海、太平洋海温变化,ENSO等)对梅雨影响的研究大多着眼于单个海区海温的影响,且海温还存在不同的分布型,未来需要注意特定海温分布型对梅雨的影响,并从中找出影响梅雨的关键区和影响的关键时段;由于积雪和冰盖资料(雪量、冰雪面积等)相对有限,其影响梅雨的机制还需进一步求证。总体来看,目前梅雨影响因素研究的结论多数是定性的,且很少考虑多个因子的共同影响,未来可以开展梅雨与青藏高原、大陆和海洋的三级热力差的关系的研究。梅雨影响因子研究存在的不足需要在气候系统圈层相互作用的综合研究中逐步予以完善。


(选自唐晶《基于日记资料的19世纪以来上海地区气候变化研究》)


书名:基于日记资料的19世纪以来上海地区气候变化研究
作者:唐晶
出版社:研究出版社
出版时间:2022-02-01


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