淮河流域汛期暴雨與西太平洋海溫關系

劉倪，葉金印

（1.南京大學大氣科學學院，江蘇 南京 210093；2.淮河流域氣象中心，安徽 蚌埠 233000）

淮河流域汛期暴雨與西太平洋海溫關系

劉倪1，2，葉金印2

（1.南京大學大氣科學學院，江蘇 南京 210093；2.淮河流域氣象中心，安徽 蚌埠 233000）

利用淮河流域172測站1960—2009年逐日氣象資料和全球海溫資料，通過對淮河流域汛期暴雨與前期西太平洋海溫的相關分析來研究海溫的變化對淮河流域汛期暴雨的影響。選取西太平洋海域（158°～170°E，8°～14°N）作為關鍵海區(qū)，前一年5—6月作為關鍵時段，通過分析發(fā)現(xiàn)海溫偏低（高）年，淮河流域的絕大部分地區(qū)的暴雨量減少（增加），淮河流域東北部呈現(xiàn)與其他地區(qū)反相的變化特征；在暴雨偏多（少）年，對應的前一年5—6月關鍵海區(qū)正好是海溫偏高（低）。正是由于西太平洋關鍵海區(qū)持續(xù)的海溫異常引起了次年汛期大氣環(huán)流的異常，導致了淮河流域汛期暴雨的異常，這正是海溫與暴雨具有很好相關的內在原因。

淮河流域；暴雨；海溫；環(huán)流異常

淮河流域面積2.7×105km2，人口1.65億，人口密度約615人/km2，居我國七大江河流域之首。流域地理位置特殊，氣候條件復雜，水旱災害頻發(fā)，研究淮河流域汛期暴雨有著十分重要的意義。1985年，羅紹華、金祖輝、陳烈庭等[1]就做了印度洋和南海海溫與長江中下游夏季降水的相關分析，指出從空間和時間上兩者都存在較好的統(tǒng)計相關關系。近年來，很多研究[2-9]發(fā)現(xiàn)太平洋海溫異常與我國降水的分布有著密切的關系，研究的海區(qū)主要有北太平洋、赤道東太平洋、西太平洋暖池、南海、印度洋及西北太平洋。針對淮河流域的工作也有一些[10]，王鐘睿等[11]指出，Nino3區(qū)海溫對江淮流域的影響比亞洲緯向環(huán)流指數(shù)重要。張秉倫等[12]用更長的資料論述了二者的關系。此外，北太平洋海溫也對淮河流域夏季降水產生影響[13-14]。本文試圖從全球海溫中找出與淮河流域汛期暴雨變化相關最好的海域，討論汛期暴雨異常與該區(qū)域內海溫異常的關系，并從環(huán)流特征的角度來解釋西太平洋海溫異常與淮河流域汛期暴雨異常的內在關系。

1 資料與方法

所用資料是淮河流域氣象中心整編的淮河流域四?。ê幽?、江蘇、安徽、山東）172測站，1960—2009年逐日氣象資料。按照中國氣象局及淮河流域氣象中心的相關定義標準，統(tǒng)計出淮河流域40個代表站點，50 a汛期（6—9月）暴雨量并建立時間序列。代表站點采用三步篩選：一是各站建站年代參差不齊，本著使時間序列盡可能長原則，選取1960年及以前建站的站點，排除1961年及更晚建站的測站；二是剔除50 a中站點變動較大的測站（遷站超過2次的予以剔除）；三是臺站等級高，盡量選擇基準站和基本站，剔除一般站。

海溫資料為1959年1月—2009年12月NOAA的ERSST資料（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature）,資料水平分辨率為2.0°×2.0°。

2 海溫關鍵區(qū)及關鍵時段的選取

用淮河流域汛期暴雨標準化距平與前期全球（前一年1月—12月）海溫距平求相關，結果發(fā)現(xiàn)西太平洋是相關最高也是相關最穩(wěn)定的區(qū)域，前一年的1—7月，相關系數(shù)達到了0.31以上（通過了信度為0.05的顯著性檢驗），特別是前一年的1、4月和6月，相關系數(shù)達到了0.4以上，前一年1月相關系數(shù)達到最高的0.44（表1）。由于西太平洋相關持續(xù)時間比較長，且比較穩(wěn)定，則選取該地區(qū)進行進一步研究。其中海溫關鍵區(qū)及關鍵時段的選取步驟是：

（1）將淮河流域汛期暴雨與西太平洋前一年1—7月平均海表溫度（SST）求相關。

（2）選取相關系數(shù)0.31以上的區(qū)域156°～170° E，-4°～14°N為初選區(qū)。

（3）將淮河流域汛期暴雨與初選區(qū)前一年1—7月逐月組成不同時段的SST求相關（表1）。

（4）從表中挑選出相關系數(shù)較大的，且時間較長的前一年5—6月作為關鍵時段。

（5）最后確定關鍵相關區(qū)，根據前一年5—6月與淮河流域汛期暴雨的相關系數(shù)大小，對初選取進行微調，得到關鍵相關區(qū)（158°～166°E，8°～14°N）。

3 海溫與淮河流域汛期暴雨的相關性分析

3.1 暴雨偏多、少的選取

對1960—2009年淮河流域汛期暴雨進行二階曲線擬合（方程Y=0.093X2-4.191X+247.9）和10 a的滑動t檢驗，結果顯示：淮河流域汛期暴雨在1979—1980年發(fā)生了突變，由緩慢下降轉變?yōu)橹饾u上升。為了選取暴雨偏多、少年，做出1960—2009年淮河流域汛期暴雨的多年平均值，然后可以得到每年的汛期暴雨距平值，以汛期暴雨距平的絕對值大于均方差的0.7倍作為標準，選擇暴雨偏多、少年。其中有9個暴雨偏多年：1962、1965、1984、1991、1996、2000、2003、2005、2007年；13個暴雨偏少年：1966、1973、1976、1978、1981、1985、1988、1992、1993、1994、1997、1999、2001年。

3.2 海溫偏高、低年的選取

根據關鍵海區(qū)（158°～166°E，8°～14°N），關鍵相關時段（前一年5—6月）海溫的年際變化，以均方差的0.7倍為標準，選取13個海溫偏高年，12個海溫偏低年。其中海溫偏高年有：1963、1964、1968、1969、1991、2000、2002、2003、2004、2005、2006、2007、2008年；海溫偏低年為：1960、1966、1973、1974、1976、1978、1979、1980、1985、1988、1993、1994年。

3.3 海溫與淮河流域汛期暴雨的時間相關性

對比來看，在13個海溫偏高年中有4個為暴雨偏多年，在12個海溫偏低年中有8個為暴雨偏少年，表示海溫高、低年預示暴雨多、少年的概率分別為4/13、8/12。反過來看，在9個暴雨偏多年中有4個海溫偏高年，在13個暴雨偏少年中有8個是海溫偏低年，即暴雨多、少年對應的海溫偏高、低年的概率分別是4/9、8/13?？梢?，海溫偏低年與暴雨偏少年有很好的正相關關系，而海溫偏高年與暴雨偏多年相互關系不明顯。

從圖1可知，關鍵海區(qū)的海溫與淮河流域汛期暴雨量變化一致，并都在20世紀70年代末80年代初發(fā)生了突變，由迅速減小變?yōu)橹饾u增大。從年代際變化上來看，二者的變化也較為一致。

圖1 關鍵海區(qū)SSTA和淮河流域汛期暴雨的9 a滑動平均

3.4 海溫與淮河流域汛期暴雨的空間相關性

圖2是海溫偏低、高年淮河流域汛期暴雨的距平分布，顯然在海溫偏低年，淮河流域絕大部分處于一致的負距平區(qū)，負距平的大值區(qū)位于淮河流域西南部山區(qū)及東部沿海地帶，距平值自北向南逐漸增大，流域東北部則處于正距平區(qū)中；在海溫偏高年，則呈現(xiàn)反相的變化特征，淮河流域絕大部分地區(qū)處于正距平區(qū)，正距平的大值區(qū)位于西南部山區(qū)及淮河上游地區(qū)，而流域東北部處于負距平區(qū)。由此我們可以認為：在海溫偏低（高）年，淮河流域的絕大部分地區(qū)的暴雨減少（增加），流域東北部呈現(xiàn)與其他地區(qū)反相的變化特征。

圖3是淮河流域暴雨偏多、少年前一年5—6月關鍵海區(qū)的SSTA分布（矩形方框為選定的關鍵海區(qū)）。可見，在淮河流域的暴雨偏多年，對應的關鍵海區(qū)海溫偏高，而暴雨偏少年對應的關鍵海區(qū)海溫偏低，且更靠近負距平的大值中心。

表1 淮河流域汛期暴雨與初選區(qū)各個時段SST的相關系數(shù)

圖2 海溫偏低（a）、高（b）年淮河流域汛期暴雨的距平分布（單位：mm）

圖3 淮河流域暴雨偏多（a）、少（b）年前一年5—6月SSTA分布（單位：℃）

4 海溫偏高（低）年汛期的環(huán)流特征

海溫偏高（低）年的環(huán)流狀況的異常將直接導致降水的異常，從而導致暴雨的異常，以下從產生降水的暖、冷空氣的異常來討論。

4.1 海溫偏高（低）年次年汛期的冷空氣異常特征

圖4是海溫偏高（a）、低（b）年汛期500 hPa上v分量距平合成圖，藍色區(qū)域為異常北風區(qū)?？梢姾仄吣暄雌冢春恿饔蛱幱诶渑諝獾慕粎R區(qū)，顯然對降水是有利的。而在海溫偏低年，淮河流域處在偏南風距平區(qū)，雖然西側有大片偏北風距平區(qū)，但是反映的是副高西緣的南風氣流被大大削弱，對淮河流域降水不利。

4.2 海溫偏高（低）年汛期的季風環(huán)流特征

圖5是海溫偏高、低年汛期850 hPa距平環(huán)流合成，黃色區(qū)域是距平輻合區(qū)。海溫偏高年（圖5a），在低緯度，偏西—西南風加強。我國中東部處在氣旋性距平環(huán)流區(qū)，副熱帶季風加強。淮河流域處于距平輻合區(qū)，有利于淮河流域降水的發(fā)生。在海溫偏低年（圖5b），我國中東部處在反氣旋性距平環(huán)流區(qū)，影響我國東部的副熱帶季風大大減弱，淮河流域是距平輻散區(qū)，顯然是不利于淮河流域降水的環(huán)流形勢。

通過以上對比，在海溫偏高年與海溫偏低年環(huán)流距平場是完全不同的，特別在淮河流域幾乎是反相的，實際上這樣的反相特征在其他等壓面也是存在的。

因此，導致暴雨異常的直接原因是環(huán)流異常，而引起大范圍環(huán)流異常的主要原因又是前期的海溫異常分布。當海溫偏高時，副熱帶季風加強，北方冷空氣活動異常，導致我國東部地區(qū)汛期降水異常偏多，淮河流域汛期暴雨偏多。反之，當海溫偏低時，我國東部的環(huán)流形勢不利于降水的發(fā)生，淮河流域暴雨偏少。這種影響機制應該是西太平洋海溫與淮河流域汛期暴雨有較好正相關的內在原因。

圖4 海溫偏高（a）、低（b）年汛期500 hPa上v分量距平

圖5 海溫偏高（a）、低（b）年汛期850 hPa距平環(huán)流合成

5 結論

（1）通過對淮河流域汛期暴雨與前期西太平洋海溫異常的相關分析，發(fā)現(xiàn)西太平洋是相關最高也是相關最穩(wěn)定的區(qū)域。選取西太平洋海域（158°～ 166°E，8°～14°N）作為關鍵海區(qū)，前一年5—6月為關鍵時段。通過對比發(fā)現(xiàn)，海溫偏低年與汛期暴雨偏少年有很好的正相關。從滑動平均上看，關鍵海區(qū)的海溫與淮河流域汛期暴雨在20世紀70年代末80年代初發(fā)生了突變，由迅速減小變?yōu)橹饾u增大。從年代際變化上來看，二者的變化也較為一致。

（2）從西太平洋海溫與淮河流域暴雨的空間關系上看，在海溫偏低（高）年，淮河流域的絕大部分地區(qū)的暴雨量減少（增加），流域東北部則呈現(xiàn)與其他地區(qū)反相的變化特征；暴雨偏多（少）年，對應的前一年5—6月關鍵海區(qū)正好是海溫偏高（低）。

（3）導致淮河流域汛期暴雨異常的直接原因是環(huán)流異常，而引起大范圍環(huán)流異常的主要原因又是前期海溫的異常分布。當海溫偏高時，副熱帶季風加強，北方冷空氣活動異常，導致我國東部地區(qū)汛期降水異常偏多，淮河流域汛期暴雨偏多。反之，當海溫偏低時，我國東部的環(huán)流形勢不利于降水的發(fā)生，淮河流域暴雨偏少。這種影響機制應該是西太平洋海溫與淮河流域汛期暴雨有較好正相關的內在原因。

[1]羅紹華，金祖輝，陳烈庭.印度洋和南海海溫與長江中下游夏季降水的相關分析[J].大氣科學，1985，9（3）：314-320.

[2]高輝.淮河夏季降水與赤道東太平洋海溫對應關系的年代際變化[J].應用氣象學報，2006，17（1）：1-9.

[3]黃榮輝，孫鳳英.熱帶西太平洋暖池上空對流活動對東亞夏季風季節(jié)內變化的影響[J].大氣科學，1994，18(4）：456-465.

[4]劉宣飛，朱乾根.中國東部夏季降水的主相關型及其環(huán)流特征[J].南京氣象學院學報，1999，22（2）：238-245.

[5]王葉紅，王謙謙，趙玉春.長江中下游降水異常特征及其與全國降水和氣溫異常的關系[J].南京氣象學院學報，1999，22（4）：685-691.

[6]孫照渤，馮曉偉.ENSO對東亞夏季風強度的影響[J].南京氣象學院學報，1998，21：196-200.

[7]陳烈庭.北太平洋副熱帶高壓與赤道東部海溫相互作用[J].大氣科學，1982，21(6）：148-156.

[8]王紅雷，陳瑤，梁艷，等.華東地區(qū)降水時頻變化特征與ENSO關系[J].沙漠與綠洲氣象，2012，6（1）：36-40.

[9]劉蕊，楊青.新疆雨季降水量的小波分析及其與ENSO的響應關系[J].沙漠與綠洲氣象，2008，2（5）：15-19.

[10]趙柏林，丁一匯.淮河流域能量與水分循環(huán)研究（一）[M].北京：氣象出版社，1999.

[11]王鐘睿，錢永甫.江淮梅雨的多尺度特征及其與厄爾尼諾和大氣環(huán)流的聯(lián)系[J].南京氣象學院學報，2004，27（3）：317-325.

[12]張秉倫，王成興，曹永忠.厄爾尼諾與江淮流域旱澇災害的關系[J].自然雜志，1998，20（5）：289-293.

[13]王慧，王謙謙.淮河流域夏季降水異常與北太平洋海溫異常的關系[J].南京氣象學院學報，2002，25（1）：45-54.

[14]于淑秋，林學椿.北太平洋海溫的氣候躍度及其對中國汛期降水的影響[J].熱帶氣象學報，1997，13（3）：265-275.

The Relationship Between Flood Season Rainstorm in the Huaihe River Basin and West Pacific Sea Surface Temperature

LIU Ni1，2，YE Jinyin2
（1.School of Atmospheric Science，Nanjing University，Nanjing 210093，China；2.Huaihe River Basin Meteorological Center，Bengbu 233000，China）

Through the correlation analysis between the flood season rainstorm in Huaihe River basin and the West Pacific sea surface temperature,the effects of West Pacific sea surface temperature on the flood season rainstorm in the Huaihe River basin are studied using the daily rain data from 172 stations in the Huaihe River basin and NOAA OERSST data from 1960 to 2009.The Western Pacific（158°～170°E，8°～14°N）is chosen as the key area and May-June of last year are chosen as the key period.It is found that rainstorm in most Huaihe River Basin area is reduced（increased）in lower（higher）SST year.What is noteworthy is that a reverse change occurs between the variation features of the northeast part and the other parts.In the rich（poor）rainfall years the temperature of the key sea area in May-June of the last year is higher than normal.It is the circulate anomalies in the following flood season induced by the key area SSTA distribution pattern over the West Pacific that result in the flood season rainstorm anomaly in the Huaihe basin. It is also the inner cause of the good correlation between the flood season rainstorm and the SSTA.

Huaihe River basin；rainstorm；sea surface temperature；circulation anomaly

P461

B

1002-0799（2014）05-0039-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.05.007

2014-04-16；

2014-06-16

中國氣象局氣象關鍵技術集成與應用項目（CMAGJ2014M23）

劉倪（1983-），男，工程師，主要研究方向天氣氣候預報。E-mail：liuni123456789@126.com

劉倪，葉金印.淮河流域汛期暴雨與西太平洋海溫關系[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（5）：39-43.