科研进展

AAS: 大气河在2020年梅雨期极端降水背后扮演着不可或缺的角色

  大气河是大气中狭长而强劲的水汽输送带,宽度大约数百公里,可绵延5000~6000公里,其输送的水汽量可与陆地上径流量最大的河流——亚马逊河的流量相匹敌,故得名。在中纬度地区,尽管大气河只占所在纬圈长度的10%,却对向北的水汽输送的贡献达到90%以上。研究也表明,位于北太平洋的冬季大气河活动,对美国西海岸的年降水贡献达30-50%。大气河所到之地常会带来暴雨、洪涝和泥石流,例如在2017年2月,大气河袭击北美西海岸,导致此地发生暴雨和洪涝灾害,也结束了美国加州等地持续了3年的干旱。
  东亚地区是否受大气河的影响?我国夏季大尺度持续性暴雨是否与大气河有关?大气河与东亚地区梅雨锋、低空急流和西北太平洋副热带高压等东亚夏季风系统有何关联?这些都是需要深入讨论的问题。
  近日,中国科学院大气物理研究所魏科团队通过改进现有的大气河筛选方法(图1),对东亚地区大气河进行了系统的分析,研究了2020年我国南方持续性暴雨与大气河的联系。2020年夏季,我国江淮流域经历了持续时间长达62天(6月1日至8月2日)的梅雨期,降水量为1961年以来最多,对湖北省、浙江省、江苏省、江西省、安徽省以及上海等地的生命财产安全、生产生活和防疫工作造成了重大影响。
图1  改进的大气河筛选方法,对大气河轴线的识别更为准确, (a)-(d) 实线为改进前的大气河轴线,虚线为改进后大气河轴线,填色为大气河的垂直积分的水汽输送值,单位:kg m-1 s-1
  分析表明,东亚地区也存在典型的大气河,其平均长度达5300千米,平均宽度约为630千米,其截面上的水汽输送量达到每秒34万立方米(约为长江口平均流量的10倍),方向为东偏北30度左右。东亚地区梅雨期的大气河位于西北太平洋副热带高压的北部,在江淮地区,大气河的轴心位于低空急流附近,与梅雨锋走向一致,受西北太平洋副热带高压变化的调制。在2020年江淮梅雨期,与大气河相关的降水占总降水的50%-80%,与大气河相关的降水的强度是与大气河无关的降水的强度的6-12倍。
  尽管大气河与西南低空急流密切相关,然而其长度更长,演变更为缓慢,并且结合了动力和水汽场,为大尺度降水提供了必要的水汽条件和动力条件,是湿过程的关键过程。在梅雨锋的模型里引入大气河,为梅雨和东亚夏季风研究提供了新的内容和研究视角。
  “由于大气河尺度大,在模式预报中较易被捕捉到,”论文的第一作者王亭说:“所以对东亚大气河的研究将有助于提高对我国极端降水的预报能力。”
  该研究成果已被Advances in Atmospheric Sciences“2020之夏:亚洲的强降雨—机制、可预报性与影响”专刊接收并在线发表。专刊正在陆续更新中,请查阅http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/virtualTopic?id=ccbbb0f8-fc74-46c2-bfcc-5a7f2522247d 获取更多专刊文章信息。
图2 大气河与西太副高、低空急流等系统关系密切
  Wang, T., K. Wei, and J. Ma, 2021: Atmospheric rivers and mei-yu rainfall in China: A case study of summer 2020. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-021-1096-9
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