江淮流域降水多与锋面活动有关，特别是6—7月的降水多与梅雨锋活动有关。研究表明，梅雨通常以东西向的带状雨区分布在长江中下游至日本一带(Geng et al，2009)。通常，梅雨雨量充沛，雨区较广且降水一般为连续性，但常间有阵雨或雷雨，雨量有时可达暴雨，因此，常常引起洪涝灾害。梅雨结束后，该地区雨量明显减小，天气酷热，进入盛夏季节(林春育，1979；周曾奎，1996；魏凤英等，2004)。分析表明，在1885—2000年的116年中，长江中下游典型梅雨平均在6月17日入梅，7月11日出梅，梅雨期长度为21 d(魏凤英等，2004)。梅雨亦存在多时间尺度的变化，既有一周内的天气变化，也与季节内低频振荡有关(夏芸等，2008；贾燕等，2010)，又具有2—3 a短周期及11—13 a的年代波动和世纪振荡(徐群，1965)。

梅雨降水的分布具有狭长的带状特点，与锋面的形状类似。梅雨与东南季风存在联系(竺可桢，1934)。在季风活动过程中，变性的极地大陆气团与变性的赤道气团或变性的太平洋气团交汇而形成梅雨锋(涂长望等，1938)。由此可知，梅雨不是季风内部降水而是季风前沿的雨带。早期的研究(陶诗言等，1958)表明，当东亚夏季风活动于中国大陆东南部，与北方冷空气交汇于30°N附近时即可形成梅雨锋，此时东亚进入梅雨期。

为了认清梅雨锋的性质与结构，许多学者从不同角度做了细致的研究。在对流层低层，梅雨锋两侧的湿度对比强，温度对比弱，在锋区内风的垂直切变很弱，其属于介于温带锋面结构和赤道锋结构之间的副热带锋系结构(Ninomiya，1984；张丙辰等，1990；丁一汇，1993)。随着高空资料的增多和特别观测试验的实施，众多学者研究了梅雨锋的空间结构(邱炳焕等，1979)。就热力场而言，梅雨带的温度场在低层具有“三明治”结构(Kato，1987；Ding，1992)，即梅雨锋的南北两侧气团的温度比锋区温度高，梅雨锋犹如一条冷舌位于南北暖气团之间。近期，郑永光等(2007)对几十年来有关天气尺度梅雨锋的研究结果进行了综述，结果表明梅雨锋特点具有多样性，其性质可以从比较接近极锋的性质过渡到接近赤道锋的性质。

梅雨具有较大的年际变化，其与梅雨锋的位置和强度有关。事实上，梅雨开始的早晚以及梅雨锋活跃的程度不同，与之相联系的降水也就不同。Tao等(1987)指出，中国东部雨带的移动与梅雨锋的南北移动一致。Chen(1994)研究了43个梅雨锋系后指出，台湾地区梅雨期的降水由于不同的锋系结构与不同的位置和强度而导致降水有年际变化。中国大陆南方也存在类似的年际变化(Tao et al，1987；Chen，1992)。

梅雨降水过程和梅雨锋生过程及沿梅雨锋上的中尺度系统有关(Geng et al，2009)，而不同的锋生过程将可能导致降水的强度和落区发生变化。Gao等(2002)对1998、1999和2003年强梅雨年的梅雨锋结构进行分析时发现，除了梅雨锋之外，紧靠副热带高压(副高)的西北边缘还存在着另一条露点锋，这条露点锋和梅雨锋构成的双锋结构是强梅雨年暴雨的主要原因。

就梅雨锋的分析而言，可以通过分析锋生函数来了解锋生过程。尹东屏等(2010)发现2003和2006年江苏梅雨期暴雨的落区明显北抬，主要降水带盘踞在淮河流域，虽然梅雨期长度相同，但总雨量却不同。这与锋生函数分布特征和梅雨锋区强度的差异有关。

上述分析表明梅雨及梅雨锋研究已取得了众多进展，包括从气候学和天气学不同视角研究梅雨，针对不同的个例，对梅雨锋形成条件、结构特征以及维持机制等方面进行的研究。然而，就梅雨锋生而言，有关的研究特别是多样本的统计研究尚少。华东尤其是江淮地区锋生的气候学特征如何？气候平均的锋面结构如何？江淮地区锋面活动的主要类型有哪些，其与降水的关系如何？这些问题尚不很清楚。本工作将从气候学的角度探讨华东特别是江淮地区锋生问题，旨在找出6—7月锋生和锋面活动的气候特征，获得梅雨降水与锋生活动的联系和对梅雨锋类型结构的进一步认识。

(1)NCEP/NACR再分析资料(FNL资料，http://dss.ucar.edu/)，网格分辨率1°×1°，垂直方向26层，6 h同化一次，本文使用了其日平均资料；(2)中国气象局整编的全国743站逐日降水资料。所使用的资料时段均为2000—2010年6—7月。

对使用的降水资料进行了严格的质量控制，剔除了在研究时段内存在资料缺测的站点，最终选用华东区域及其周边共212个站点的资料。

锋生(消)可划分为运动学锋生(消)和动力学锋生(消)(伍荣生，1999)。锋生函数定义为F=d|θ|/dt，其中θ表示位温。由于此式是从干大气这一前提出发而得到的，而在饱和湿空气控制下的地区有凝结降水发生，θ已不再是保守物理量。同时，由于梅雨锋结构在对流层低层表现为湿度而不是温度的强烈对比，因此，常采用假相当位温来分析梅雨锋的结构(王建捷等，2002)。为了得到一个适合的梅雨锋生函数表达式，本文用假相当位温来代替位温(韩桂荣等，2005)。以u，v表示水平风速的纬向和经向分量，θ_se表示假相当位温，在p坐标中略去非绝热加热项后，运动学锋生函数F_n为

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将格点平均锋生强度η定义为该格点上锋生函数为正的数值的累计值与锋生函数为正值事件的总频次的比值。需要说明的是，本文只讨论锋生现象，锋消现象则不予考虑。选取(31°—35°N，118°—123°E)为区域平均范围。采用合成分析方法讨论华东地区特别是江淮区域4大类型的锋面活动，在事件的统计平均过程中，对所有相关变量均进行均值t检验。

3 锋生函数分布的总体特征

在华东地区，每年夏季6—7月均存在不同持续时间、不同强度的降水过程，其中，主要的降水过程处于梅雨期，与锋面活动有关。华东地区哪些区域锋生最强呢？从2000—2010年的6—7月850 hPa平均锋生强度场可以看出(图 1)，华东区域6—7月存在显著的运动学锋生，但各项量值存在显著差异：变形锋生最强(图 1b)，强锋生区域范围最大；倾斜锋生次之(图 1c)，在华东地区存在两个大值中心；辐散锋生最弱(图 1a)，与前两者相比，小一个量级。通常，三项并非同时锋生，某些项起锋生作用时，而另外一些项则起锋消作用。江苏地区以变形锋生为主，而赣湘区域以倾斜作用为主。综合项的分布表明(图 1d)，最强锋生区域在江淮流域，江苏为锋生最强区域，平均锋生强度达3.7×10^-10 K/(m·s)。

图 1 华东地区2000—2010年6—7月850 hPa频次平均锋生函数量值10-10K/(m·s)分布 (a．散度项FnDiv，b．变形项FnDfm，c．倾斜项FnTlt，d．综合项Fn(黑的方框为选定的用于考虑锋生的关键区域A)；彩色区为锋生区域) Fig. 1 Distribution of the values(unit:10-10K/(m·s))of the frontogenetical function at 850 hPa in June and July from 2000 to 2010 in East China (a. divergence term FnDiv，b. deformation term FnDfm，c. tilt term FnTlt，d. total Fn; the shaded areas indicate the frontogenesis region; the black frame in Fig. 1d is selected as the key area，marked with A)

图选项

基于对格点平均锋生强度的定义，由以上分析得知，最强平均锋生函数F_n格点处于(33°N，121°E)(图 1d)，强度为η=3.7×10^-10 K/(m·s)，记该点为P_max。为了挑选出华东区域具有代表性的强锋生事件个例，以包含P_max格点的一个矩形区域平均的F_n值的大小为依据进行筛选。即以P_max格点为中心，选取(31°—35°N，118°—123°E)的区域(图 1d中区域A)，将在11 a中6—7月的671 d锋生函数综合项F_n进行区域A上的平均，得到该区域锋生强度的时间序列。若某一天在A上F_n的平均值为正，则认为此区域发生了一次锋生事件。如此得到逐年6—7月锋生事件频次及其强度(表 1)，可以看出，锋生(锋消)事件发生的频次存在显著的年际差异，其中，发生锋消事件的频次较少(95次)，其余皆为锋生事件(576次)。2005年发生锋生事件的频次最多(56次)，而2003年区域平均锋生函数强度最大(3.34×10^-10 K/(m·s))。

对F_n时间序列进行标准化(图 2)，可看出强锋生事件的发生强度存在显著的年际变化，2002和2009年均发生高强度锋生事件，标准化值达到6。总的看来，强锋生事件通常发生在每年的6月中下旬—7月中上旬，这与几十年来梅雨的发生时间相吻合。

图 2 江淮地区2000—2010年6—7月850 hPa 区域A上平均Fn项标准化时间序列(直方图，水平粗实线为标准化值为1的直线) Fig. 2 Normalized time series of the area averaged Fn at 850 hPa in June—July from 2000 to 2010 in the Jianghuai area(The horizontal thick solid line is the straight line with the st and ard deviation of 1)

图选项

选取标准化序列中标准化值大于等于1的锋生事件(85个)，同时，根据850 hPa风场在强锋生带的切变及辐合情况，将锋生类型分为4大类，分别为暖切变锋生、冷切变锋生、西风辐合锋生、东风辐合锋生，其中，冷切变又分为东北—西北风切变锋生和东北—西南风切变锋生2个亚类(表 2)，不同锋生类型的锋生个例数有所不同。江淮地区发生最多的是暖切变型锋生(21次)，此型体现了西南风与东南风之间的切变锋生，通常出现在地面气旋中心的右方。在冷切变锋生事件中，冷切变Ⅰ型锋生频次较多(16次)，由较强的偏北气流南下在江淮地区发生明显的气旋式旋转，或是北方较冷的气流与南部较暖的气流之间形成的切变。西风辐合型锋生事件频次仅次于冷切变Ⅰ型，共15次，是西南季风与西北气流在江淮地区交汇，此不同于发生在气旋内部的锋生过程。冷切变Ⅱ型锋生共发生11次，这是西南风与东北风的切变，即由副高西北边缘的暖湿气流以及来自东北南下冷空气共同影响所致，与冷切变Ⅰ型切变不同。东风辐合型锋生发生频次最少(4次)，此型受台风影响，由台风北缘强东风气流与北方东北气流在江淮流域强烈辐合造成风场的变形产生的锋生现象。此4类共有67例，不同锋生类型区域平均锋生强度不同，冷切变Ⅱ型锋生强度最强，暖切变型锋生稍弱，西风辐合型锋生次之，冷切变Ⅰ型最弱。需要说明的是，在85个强锋生事件中，除以上4大类(67个)以外，还有18个个例由于强锋生区域风场的类别情况较复杂，各类型统计频次皆少于3次，在此就不进行专门的统计分析。

表 2 江淮地区4大锋生类型各类事件发生日期 Table 2 The occurrence dates of the 4 types of frontogenesis events in the Jianghuai area

表选项

为了揭示华东地区特别是江淮区域各类锋面活动的大尺度环流背景和结构特征等，基于以上对锋面活动的划分及定义，首先以等压面场的时间合成图对锋生函数场、假相当位温场、温度场、水平风场、速度势函数场以及流函数场等进行综合分析，得出梅雨锋水平结构的基本特征；其次，基于上述以P_max为中心以及梅雨锋基本呈东西走向的事实，采用平行于锋面的经向平均的纬向剖面和在116°—121°E区间上平均的经向剖面，来分析各类锋生型锋面的垂直结构特征。

暖切变型锋生是梅雨期较为典型的一种锋生类型。假相当位温θ_se或相当温度T_e(Fu et al，2011)在对流层中低层能够反映大气的湿度场特征，而梅雨锋两侧在对流层低层常存在强烈的湿度对比，因此，可通过分析低层假相当位温场的特征来确定锋区的大致位置。在850 hPa的32°—35°N存在假相当位温的密集带，在江淮区域形成了一条明显的准东西向锋区(图 3a)。锋生函数大值区与假相当位温场定义的锋区位置一致，呈纬向分布，锋生作用较明显，中心强度达12×10^-10 K/(m·s)。值得注意的是，θ_se的340 K等值线横穿最强锋生区域，将强锋生带分为南北两部分，这符合梅雨锋作为北上暖湿气流和北方相对冷气团交界面的特征。已有研究也指出，340 K的等θ_se值线是南北暖湿区与干冷区的分界线(郑永光等，2007)。此外，在中国东南沿海和台湾地区也存在一个假相当位温等值线的密集带，这可能与副热带锋区和海陆地形分布存在联系。

图 3 暖切变型锋生的环流特征(a．850 hPa Fn(彩色区表示Fn＞2×10-10 K/(m·s)，内(外)圈红实线所围区域表示Fn通过95%(90%)t检验的区域)和假相当位温场(黑实线，黑粗实线为假相当位温340 K等值线)，b．温度场(红实线，℃)、850 hPa流场(矢线，极粗(粗)矢线表示风矢通过95%(90%)的t检验，彩色区为风速≥12 m/s的低空急流，红粗线为切变线，灰阴影为850 hPa青藏高原地形)，c．850 hPa无辐散风场(流线)和辐散风场(矢线，灰阴影为青藏高原地形)，d．200 hPa无辐散风场(流线)和辐散风场(矢线，黑虚线方框为区域平均的范围)) Fig. 3 Circulations and the related characteristics of warm type shear frontogenesis.(a)Fn at 850 hPa in which areas with the values of Fn＞ 2×10-10 K/(m·s)are shaded. The area that is circled by inner(outer)red curves shows the values of Fn significant at the 95%(90%)level of confidence using a t-test . The black contours are for pseudo-equivalent potential temperatures with the 340 K contour of pseudo-equivalent potential temperature thickened. In(b)the red contours st and for temperature. Arrows are for wind vectors at 850 hPa，and the thick(thin)ones st and for those significant at the 95%(90%)level of confidence using a t-test. Areas where the wind speed is greater than 12 m/s are shaded. The red thick line indicates the shear line. The Tibet Plateau is colored with gray. The rectangular box with dashed border st and s for the key area as shown in(d). In(c)，the streamlines are for rotational winds while the arrows for irrigational winds at 850 hPa. In(d)，as in(c)but at 200 hPa

图选项

等温线在锋区附近相对稀疏，这可被认为是由于梅雨锋区存在大量的降水，使得雨区温度降低从而减弱了地面与低层锋区的南北温度差异(谢义炳，1956)。Ninomiya(1984)则认为，梅雨区温度较低是由于较厚云层的遮挡作用和强降水产生的冷却作用。温度场的这种分布特征非常类似于“三明治”结构(Kato，1987)。通常认为，梅雨锋表现为“冷暖空气在长江流域对峙”，而华东地区特别是江淮流域温度分析表明，梅雨锋两侧间并非总是存在较强的温度梯度。

流场显示，从孟加拉湾来的西风气流在中南半岛分裂成两支，一支为绕过青藏高原而形成的西南气流，其沿青藏高原南缘进入中国(图 3b、c)，另一支由近赤道地区伸展到中国南海与西太平洋副高前缘的东南气流相遇而转成强南风进入中国。此2支南风气流在锋生函数大值带南侧转为西南低空急流，风速≥12 m/s；在锋区北侧出现东南偏东气流，这样在江淮地区形成了一个暖式切变风场。

850 hPa等压面上的无辐散环流显示气旋区由中南半岛延伸至江淮流域(图 3c)，而强锋生区位于此季风低压槽的东北部。在200 hPa高度，则出现反气旋环流(图 3d)。对流层低层，明显的辐合气流分别来自江淮流域以南的西太平洋副高区和江淮以北的反气旋区，此辐合与对流层上层的辐散气流对应，辐散中心出现在南亚高压反气旋中心至东北方的西风气流出口区(图 3d)。这是有利于降水和锋生的环流结构。

在垂直剖面上，温度对比强斜压性显著的情况下，如冬春季，锋区表现为倾斜的等温线，反映了锋区内水平温度梯度大，垂直温度梯度小的热力学特征。因此，剖面定锋的原则是，在等温线走向由水平转为倾斜的转折点确定锋区上、下界的位置。剖面上等位温线在锋区内同样表现为倾斜的特征，但由于倾斜的方向和等温线相反，故锋区内等位温线的走向和锋区的走向接近平行(陶祖钰等，2012；郑永光等，2007)。假相当位温要比位温保守，用假相当位温比位温的效果要好得多，尤其是在夏季温度场微弱，而有强凝结降水过程的情况下。由剖面鉴别气团决定锋区时，不仅锋区清楚，并且，当有降水发生时，锋区上界经常出现明显的假相当位温极大值，湿空气沿锋区上升的物理现象也能够得到有效刻画(谢义炳，1956)。梅雨锋两侧温度对比通常很弱，在剖面图上等温线和等位温线锋区上下界的关系不存在明显的折角现象，所以，应主要参考等假相当位温线的疏密来确定锋区位置。

为了对暖切变型强锋生区域的环流垂直结构作进一步分析，给出了116°—121°E平均的剖面(图 4)。可见500 hPa等压面以上，θ_se等值线在33°N附近呈漏斗型向下伸展，而漏斗型北侧600 hPa以下的对流层中低层，在32°—35°N存在θ_se的密集带，此密集带往往跟降水区相关，即可认为是θ_se所定义的梅雨锋区位置。该锋区坡度较陡，其上、下界随高度略向北倾斜。锋生函数大值带从对流层低层一直延伸到600 hPa，随高度呈直柱状，最强锋区位于850—700 hPa，其分布与θ_se所定义的锋区较为一致(图 4a)。在强锋生区中，强锋生舌、高θ_se舌和高比湿舌三者重合，其中，高比湿舌伸至350 hPa，说明锋区中存在较强的湿度梯度而温度梯度对比不大(温度梯度只在近地面较显著)，进一步说明在暖切变型锋生过程中锋区两侧干湿对比为中层锋区的主要特征。注意到，θ_se的340 K等值线穿过强锋生区域，与锋区走向吻合，从底层到高层始终位于34°N以北。同时，在对流层的上半部梅雨锋区稍偏南位置，存在高空副热带锋区，随高度明显向北倾斜，体现了锋区内较强的斜压性质，且锋区两侧的温度对比比低层锋区显著。

图 4 暖切变型锋生的垂直结构和环流(a．116°—121°E平均的纬度剖面上Fn(彩色区表示Fn>2×10-10 K/(m·s)，内(外)圈红实线所围区域表示Fn通过95%(90%)的t检验的区域)、假相当位温(黑实线，黑粗线为假相当位温340 K的等值线)、温度(红实线，℃)及比湿(黑虚线)(黑粗实线是梅雨锋锋区边界，紫粗虚线为高空副热带锋区边界)，b．经圈环流(流线)、经向风场(m/s，绿实线为南风，绿虚线为北风，绿粗线为南北向0风速线)、东西风等直线(m/s，西风为橘色实线，东风为橘色虚线，阴影区为高空副热带西风急流区)及垂直速度等值线(蓝实线)，c．(31°—35°N)平均的经度高度剖面上锋生函数(彩色阴影区，内(外)圈蓝粗实线所围区域为Fn数值通过95%(90%)的t检验的区域)、纬向环流(流线表示)、纬向风场(红实线表示西风，红虚线表示东风，红粗线表示东西向0风速线，图中横坐标轴上红粗实线为区域平均范围)) Fig. 4 Vertical structures and circulations of warm type shear frontogenesis. In(a)，areas with the averaged values of Fn above 2×10-10 K/(m·s)over 116°-121°E are shaded. Areas circled by inner(outer)red curves show the values of Fn are significant at the 95%(90%)level of confidence using a t-test. The black contours are for pseudo-equivalent potential temperatures with the 340 K contour of pseudo-equivalent potential temperature thickened. The red contours are for temperatures. The black dotted contours are for specific humidity. The black thick lines indicate the boundaries of the mei-yu frontal zone and the purple dotted thick lines indicate the high altitude subtropical frontal zone. In(b)，the streamlines are for meridional circulations. The green contours indicate south wind while the green dotted contours are for north wind. The zero-wind line is in the form of overstriking. The orange contours indicate west wind while the orange dotted contours are for north wind. The zero-wind line is also overstriking. The blue contours indicate the vertical speed.(c)is for the longitude- height section for the quantities averaged over 31°-35°E. The areas with the values of Fn above 2×10-10 K/(m·s)are shaded. Areas circled by inner(outer)blue curves show the values of Fn significant at the 95%(90%)level of confidence using a t-test. The streamlines are for zonal circulations. The red contours indicate west wind while the dotted contours are for east wind. The thick contour in red connects the values of zero-wind speed. The red thick solid line at abscissa indicates the zone over which the physical quantities are averaged zonally

图选项

垂直环流显示，大于0.1 m/s的强上升运动位于梅雨锋前，并有垂直方向的高θ_se舌配合。同时，在锋区南侧存在2个正环流圈(图 4b)。这2个环流圈的存在，显示了较为复杂的季风环流结构，而位于热带21°N处的环流圈与位于28°N处的环流圈具有不同的性质。来自20°N附近对流层低层的西南气流与来自35°N的冷空气在强锋生区相遇后垂直上升，高度达200 hPa。南北风0风速线由低层850到高层350 hPa向南倾斜，强锋生区偏于南风风速等值线较为密集的区域。暖湿气流来自低层，干冷气流来自北方高层，这一较不稳定的层结有利于强降水过程的发生、发展。对流层下半部的梅雨锋有东西风的切变线与锋区配合，对流层上半部副热带锋区与高空副热带西风急流相配合。与梅雨锋相联系的强上升运动位于高空东西风分界线附近靠近西风一侧，实际反映了梅雨雨带的发生与高空南亚高压东端脊线附近西风转为东风的辐散流场有关(郑永光等，2007)。在热带，尚存在一弱的垂直环流圈(图 4b)，其与弱的锋生函数大值区相对应(图 4a、3a)，这可能与台湾地区和华南地形及海陆分布有关，还可能与热带气团和副热带气团活动有关。

在纬向上，整个锋生函数大值区皆为上升运动，在114°E以东从底层到高层为一致的西风气流(图 4c)。114°E以西，对流层西风0风速线随高度向西倾斜，西风风速呈下小上大分布。这除与低空急流因折向力发生转向有关外，还与南北温差造成的热成风有关。

冷切变型锋生也是梅雨期较为常见的锋生类型。850 hPa等压面上，在31°—35°N存在假相当位温等值线的密集带，在江淮地区形成了一条横跨5个纬度的宽广锋区(图 5a)。锋生函数大值区与锋区相吻合，处于关键区内。锋生强度稍弱，同时，θ_se的340 K等值线处于强锋生带偏北一侧。此外，在中国东南沿海和台湾地区亦存在一假相当位温等值线的密集带。

图 5 同图 3，但为冷切变Ⅰ型锋生 Fig. 5 As in Fig. 3 but for the cold type(sub-type-I)frontogenesis

图选项

温度场显示，等温线在江淮地区仍存在对流层低层温度场的“三明治”结构，但冷舌温度略高，温度梯度不明显(图 5b)。

流场显示，在中国河套地区东侧有一反气旋环流(图 5b、c)，而在朝鲜半岛区域存在一气旋式环流，这两个正逆环流圈之间的强北风气流引导干冷空气南行，在强锋生区发生明显的气旋式旋转，江淮地区形成了第Ⅰ型冷式切变风场。

在对流层低层等压面上，无辐散场显示，气旋区由中南半岛延伸至江淮流域，与北方气旋区通连，同时与河套地区东侧的反气旋、西太平洋副高一同构成一鞍形流场，关键区则处于流场形变轴上(图 5c)。在850 hPa等压面上，明显的辐合气流来自西太平洋副高和北方正逆两环流圈区域。对应此辐合中心，200 hPa等压面上，辐散中心出现在南亚高压中心东北侧高空西风急流的出口区(图 5d)。此型高低层的配置有利于降水和锋生的环流条件和维持。

在冷切变Ⅰ型锋生区内的500 hPa以下，于32°—36°N存在θ_se的密集带，锋区坡度较陡，湿度梯度较大。而在1.5 km以下的行星边界层中，梅雨锋随高度明显向南倾斜，显示出低空梅雨锋已具有赤道锋的性质(图 6a)。在600 hPa以下的锋生函数场显示(图 6b)，随高度的增加，强锋生舌与θ_se密集带走向一致，且强度较暖切变型小。θ_se的340 K的等值线穿过强锋生区域，与锋区平行，在边界层位于35°N，随高度向南倾斜，在600 hPa达31°N之后随高度向北倾斜。中层锋区内呈弱对流稳定，而中低层则为对流不稳定区。可以看到，在对流层的上半部亦存在高空副热带锋区。

图 6 同图 4，但为冷切变Ⅰ型锋生的垂直结构和环流 Fig. 6 As in Fig. 4 but for the cold type(sub-type-I)frontogenesis

图选项

垂直环流显示，锋区南侧亦存在两个正环流圈(图 6b)，而位于21°N的环流圈范围大于位于28°N的环流圈，显示出较为复杂的季风环流结构。来自20°N对流层低层的西南气流与来自北方的干冷空气在强锋生区相遇后发生强烈的上升运动，上升高度达200 hPa，但与暖切变型相比，强上升区出现在对流层中高层，且范围较小。400 hPa以下，南北风0风速线随高度呈垂直状。强锋生区偏向北风等风速线密集区，锋区内风速水平梯度较大，有利于冷空气在此处堆积。高空副热带锋区亦有副热带西风气流的配合。在热带地区，也存在一弱的垂直环流圈(图 6b)。

纬向剖面显示，强锋生带随高度向西倾斜(图 6c)。在108°E，600 hPa处有一正环流圈，流经110°E处的西风气流辐散分成两股，一股垂直下沉和底层东风气流汇合，另一股则并入强锋生带的强上升运动中。高层西风风速较大，最大风速达19 m/s。

冷切变Ⅱ型与冷切变Ⅰ型锋生虽有共同之处，但仍存在一定的差异。在对流层低层，31°—35°N存在假相当位温等值线的密集带，呈纬向分布。与其相对应，锋生函数大值区呈东西带状分布，此类型锋生作用非常明显，中心强度达12×10^-10 K/(m·s)，强锋生区几乎落在关键区内。θ_se的340 K等值线处于关键区的中间位置(图 7a)。与前类型相同，在中国东南沿海和台湾地区亦存在一假相当位温等值线的密集带。

图 7 同图 3，但为冷切变Ⅱ型锋生 Fig. 7 As in Fig. 3 but for the cold type(sub-type- II)frontogenesis

图选项

注意到，温度场的“三明治”结构已不明显，冷舌已向东缩短，但江淮地区温度相对较低，最低温度达19℃。

有趣的是，在关键区以南，此类型流场与暖切变型锋生流场相似(图 7b、c)，即从孟加拉湾来的西风气流在中南半岛分裂成两支，一支为绕过青藏高原而形成的西南气流，沿青藏高原南缘进入中国，另一支由近赤道地区伸展到中国南海与西太平洋副高前缘的东南气流相遇而转成强南风进入中国。此二支南风气流在锋生函数大值带南侧转为西南气流，其风速≥9 m/s。而在其北侧，流场与冷切变Ⅰ型流场相似，即在中国河套地区和朝鲜半岛存在正逆环流圈，以引导较冷空气向南运动。

对流层低层无辐散环流显示(图 7c)，此类型环流结构与对流层低层鞍型流场有关，在区域A的西南和东北侧分别存在气旋式环流，而在其东南偏南和西北偏北处分别存在反气旋环流。关键区A便处于变形场伸展轴与压缩轴的交叉处。在200 hPa等压面上，南亚高压反气旋完整而强大(图 7d)，与关键区距离较近，中心位于113°E。关键区低层辐合，高层辐散，辐散中心位于高空西风急流出口区。

与冷切变Ⅰ型相比，冷切变Ⅱ型在锋区的垂直结构上有一定的相似，同时也有区别。在(116°—121°E平均)θ_se剖面上显示(图 8a)，从对流层低层到高层，锋区随高度明显向北倾斜，具有典型梅雨锋垂直锋区特征，只在1 km以下的行星边界层，梅雨锋区的下界向南倾斜。锋生函数大值区随高度明显向北倾斜，锋区中存在较强的湿度对比而温度对比不大。θ_se的340 K等值线亦穿过强锋生区域，与锋区平行，与暖切变型相似，在对流层中低层一直位于34°N。同时，高空亦存在一副热带锋区。

图 8 同图 4，但为冷切变Ⅱ型锋生的垂直结构和环流 Fig. 8 As in Fig. 4 but for the cold type(sub-type- II)frontogenesis

图选项

垂直环流显示，锋区右侧有两个“正”环流圈存在，但21°N处的环流圈较弱(图 8b)。南北风0风速线在400 hPa以下呈垂直状。锋区处于南北风等风速线密集区的中间位置，锋区中存在风场的强水平梯度和弱的垂直梯度。在锋区内部偏南一侧，从底层到高层皆为垂直速度大于0.1 m/s的强上升运动。同时，与副热带锋区相配合的高空西风急流舌已伸至500 hPa，风速也达到了40 m/s。在热带，亦存在一弱的垂直环流圈(图 8b)，其与弱的锋生函数大值区相对应。

纬向剖面显示，850 hPa以上，几乎均为西风气流，强上升运动处于锋生函数大值带中。锋生函数大值中心强度较强，达12×10^-10 K/(m·s)。

西风辐合型锋生，在6—7月发生频次较多，与前两大类发生在气旋内部的切变锋生亦有所不同，此型在整个梅雨期中发生频次较多。如图 9a所示，在33°—35°N存在假相当位温的密集区呈纬向分布，θ_se的340 K等值线位于其偏北一侧，锋生函数大值区位于关键区内，与锋区位置吻合。另外，在中国东南沿海和台湾地区亦存在一假相当位温等值线的密集带。

图 9 同图 3，但为西风辐合型锋生 Fig. 9 As in Fig. 3 but for the west wind type frontogenesis

图选项

温度场显示，对流层低层“三明治”结构已不存在，锋生函数大值区西南侧温度较高，而其东北侧温度较低。

对流层低层风场显示(图 9b)，来自孟加拉湾的西南气流进入江淮地区北侧，同时有冷空气由西北方向的蒙古高原和东北地区侵入南方，在江淮流域发生了强烈的辐合，形成了西风辐合流场。

850 hPa等压面上，无辐散流场显示，区域A北侧有一气旋，中国江淮北部到山东半岛再到辽东半岛皆被其控制，在关键区的南方亦为西太平洋副高(图 9c)。由此可见，关键区就位于对流层低层低压环流与东南方反气旋环流之间。关键区低层辐合，高层辐散，辐散中心位于高空南亚高压东北方向西风急流出口区(图 9d)。

西风辐合型强锋生的锋区随高度略向北侧倾斜(图 10a)。此斜压锋区与θ_se等值线的密集区较为一致。行星边界层低层的锋区下边界亦有向南倾斜的趋势。在500 hPa等压面以上，θ_se等值线在32°N附近呈漏斗型向下伸展。锋生函数高值从对流层低层一直延伸到550 hPa，最强锋区位于750—650 hPa的对流层中层。θ_se的340 K等值线穿过强锋生区域，与锋区走向吻合，且从边界层低层到800 hPa该等值线从37°N伸出向南倾斜。在600 hPa以下，强锋生舌、高θ_se舌和高比湿舌三者重合，其中，高比湿舌伸至400 hPa。锋区中存在较强的湿度梯度而温度梯度对比不大。同时，高空亦存在一个副热带锋区。

图 10 同图 4，但为西风辐合型锋生的垂直结构和环流 Fig. 10 As in Fig. 4 but for the west wind type frontogenesis

图选项

垂直环流显示，对于前三种类型垂直环流结构中所存在的两个“正”环流圈之低纬度区域的环流圈在研究区域内已消失，但在锋区北侧出现一个“逆”环流圈(图 10b)。锋区前部从低层到高层为较深厚的南风区。锋区内南风分量近乎垂直，亦存在强的水平梯度和弱的垂直梯度。锋区后从低层到高层为北风区，与锋前较深厚的南风构成整个对流层深厚的强辐合上升区，这对于锋区垂直环流的加强十分重要。南北风0风速线由低层到高层略向北倾斜。强上升运动区处于锋区内，高空副热带西风急流舌向下一直延伸到550 hPa。在热带，尚存在一弱的垂直环流圈(图 10b)，其与弱的锋生函数大值区相对应(图 10a、图 9a)。

纬向环流显示(图 10c)，从低层到高层未出现东风，自西至东均为西风分量，在锋生函数大值区，上升运动强烈，而在其左侧104°—108°E有完整的反气旋式垂直环流。

东风辐合型锋生在梅雨期发生频次较少，该型主要受中国沿海一带台风活动的影响。在850 hPa等压面上，在江淮地区存在假相当位温等值线的密集带，呈东南—西北向分布(图 11)。锋生函数大值区处于关键区内的东北一侧，强度较大，达14×10^-10 K/(m·s)，与锋区走向吻合。θ_se的340 K等值线横穿过锋生函数大值区。此外，中国东南沿海的假相当位温密集带已消失。

图 11 同图 3，但为东风辐合型锋生 Fig. 11 As in Fig. 3 but for the east wind type frontogenesis

图选项

环流的垂直结构显示(图 12)，锋生函数大值区中心位于700 hPa，并随高度向南倾斜，且一直延伸到350 hPa的高度。强锋生区南侧为较为深厚的南风区，水平梯度明显，在300 hPa处存在一南风大值区，风速达12 m/s。

图 12 同图 4，但为东风辐合型锋生的垂直结构和环流 Fig. 12 As in Fig. 4 but for the east wind type frontogenesis

图选项

为进一步得出强锋生现象与降水的内在联系以及各类型锋面活动到底有怎样的降水特点，取上述对锋生函数综合项F_n进行区域平均的范围A(31°—35°N，118°—123°E)，对该范围内14个站点(分布在江苏和安徽省)的日降水量求和再作平均来反映该区域日降水量的总体情况，如图 13所示，直方图为11 a的6—7月锋生函数综合项F_n区域平均分布，曲线即为对应时次区域平均降水量的时间序列。由图知，降水与锋生强度存在较好的相关关系，锋生强度大的时候降水也相应增强，尤其当强锋生事件连续发生且频次较多时，降水持续时间较长且强度较大，例如2003、2007年。对这两个长时间序列进行3点平滑处理后求相关，得到两者相关系数达0.55(这一数值通过223个自由度下95%信度的双侧t检验)。

图 13 华东地区2000—2010年6—7月区域A平均锋生函数综合项 850 hPa时间序列(直方图)及该区域相应时次日降水量时间序列(曲线)(a．2000—2002年，b．2003—2005年，c．2006—2008年，d．2009—2010年) Fig. 13 Time series of the area- averaged Fn(black bar)at 850 hPa，and the daily precipitation(curve)with scales on the right side Y-axis for June—July in eastern China(a. 2000—2002，b. 2003—2005，c. 2006—2008，d. 2009—2010)

图选项

各类型锋生锋面活动所造成的降水分布及成因可由图 14和表 3扼要说明。暖切变锋生日降水量最大(图 14a)，可能与充沛的西南暖湿气流输送至江淮流域有关，降水发生在锋区内部，与强锋生带走向一致，亦与锋区内的上升运动相吻合(图 4b)，此型为暖锋降水。冷切变次之，两种型较大的降水均发生在锋区内偏南侧，冷切变Ⅱ型降水更加偏南，呈东北—西南走向，降水量较冷切变Ⅰ型大。降水的强度和位置与上升运动及锋区的位置有关，亦与暖湿气流有关，暖切变型及冷切变Ⅱ型暖湿气流较强，锋区内及附近上升运动较强，因此降水量亦较大。西风辐合型再次之，降水发生在锋区内部偏南一侧；东风辐合型降水由于受到台风的影响，在区域A降水相对较少。

图 14 4种类型锋生时的日降水分布(单位：mm；内(外)圈红实线为降水通过95%(90%)的t检验的区域；a．暖切变型，b．冷切变Ⅰ型，c．冷切变Ⅱ型，d．西风辐合型，e．东风辐合型) Fig. 14 Daily precipitation(mm/d)distribution for the 4 types of frontogenesis(a. warm type shear，b. cold type shear(sub-type-I)，c. cold type shear(sub-type-II)，d. west wind type，e. east wind type; Area circled by inner(outer)red curves shows the values of precipitation significant at the 95%(90%)level of confidence using a t-test)

图选项

通过以上分析，得到如下主要结论：

(1)锋生函数值在华东区域呈现不均匀分布，且不同性质的运动学锋生具有不同的锋生强度和分布。江淮地区是6—7月综合锋生最强的区域。湘赣地区以扭曲锋生为主，江淮地区以变形锋生最强；江苏北部以综合锋生最强。

(2)强锋生事件通常发生在每年的6月中下旬—7月中上旬，其发生强度存在显著的年际变化，与几十年来梅雨的发生时间相吻合；而不同类型的锋生个例数也不相同，且存在年际差异。江淮地区最多的是暖切变型锋生，冷切变Ⅰ型次之，西风辐合型再次之。

(3)华东地区特别是江淮地区存在4类锋生类型，不同类型锋生在背景气旋或反气旋环流的中心位置、强度、辐散辐合场的分布、垂直环流结构等方面存在着显著差别。

(4)锋生在假相当位温等值线密集区，340 K假相当位温等值线可被看成“特征线”，始终穿过锋生函数大值区。

(5)降水量与锋生函数值显示的锋生强度关系密切。降水时间序列与锋生函数的相关系数可达0.55。不同类型锋生活动的降水分布存在一定的差异：暖切变锋生的降水发生在锋区内部，与强锋生带走向一致；冷切变次之，两种型较大的降水均发生在锋区内偏南侧，冷切变Ⅱ型降水更加偏南，呈东北—西南走向。

要说明的是，文中分析的结果是基于高分辨率再分析资料做出的，由于已有11年的资料，可使人们对华东地区锋生的气候学特征有所认识。但由于更长期的更高质量的资料目前尚不可获得，要做到更细致深刻地刻画该地区的锋生现象尚需时日。此外，文中涉及到的东风辐合型锋生，由于个例过少(表 2)，未做出更多统计分析，这亦需未来深入研究。

致谢：中国气象局气象信息中心提供逐日降水资料，NCEP/NCAR再分析资料取自http://dss.ucar.edu/。