2004年全國(guó)夏季降水異常及其成因

博爾楠·不都拉　恰里哈爾　阿衣敏

摘要 采用NCEP /NCAR再分析資料和中國(guó)國(guó)家氣候中心整理的160站降水量資料，在回顧2004年夏季我國(guó)降水分布的基礎(chǔ)上，探討了2004年夏季降水異常的可能原因。大氣環(huán)流異常、副高指數(shù)面積偏小、強(qiáng)度偏弱等，可能是造成2004年夏季降水異常的主要環(huán)流異常的原因。

關(guān)鍵詞 夏季降水；短期氣候預(yù)測(cè)；大氣環(huán)流；成因；全國(guó)

中圖分類號(hào) S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）16-05159-02

氣候系統(tǒng)是目前大氣科學(xué)界的主要研究熱點(diǎn)之一，其中的氣候異常已成為廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。我國(guó)大范圍的旱澇和低溫、高溫等氣候?yàn)?zāi)害對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響極其嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年氣候?yàn)?zāi)害所造成的損失占國(guó)民生產(chǎn)總值的比重較大。由于全球氣候變暖，氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失越來(lái)越嚴(yán)重。我國(guó)氣候變化率很大，氣候?yàn)?zāi)害出現(xiàn)的頻數(shù)很高，氣候異常造成的損失甚為嚴(yán)重。因此，盡可能早地、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣候?yàn)?zāi)害的發(fā)生及其影響程度對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。筆者利用NCEP/NCAR再分析資料和中國(guó)國(guó)家氣候中心整理的160站降水量資料，通過(guò)對(duì)2004年夏季/冬季500 hPa高空?qǐng)鼍嗥健?50 hPa風(fēng)場(chǎng)以及副高的強(qiáng)度和位置分析，探討2004年夏季降水異常的可能原因。

1 資料與方法

所用的降水資料為國(guó)家氣候中心整編的1980～2009年160站月平均降水資料，格點(diǎn)資料使用NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)，位勢(shì)高度場(chǎng)、氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)等垂直方向17個(gè)等壓面層，水平分辨率為2.5°×2.5°，海溫資料的水平分辨率為2°×2°。

2 2014年夏季全國(guó)降水分布及EOF分析

與歷年同期值相比，2004年夏季東北大部、內(nèi)蒙古東北部、西北大部及東南沿海一帶降水量偏少，而黃淮及湖北東部等地降水偏多，西南與西藏部分地區(qū)降水偏多，全國(guó)其余大部地區(qū)接近常年同期。2004年夏季東北西部和內(nèi)蒙古東部降水偏少明顯，發(fā)生嚴(yán)重干旱。2004年夏季全國(guó)總體降水量略偏少，未發(fā)生流域性洪澇災(zāi)害，但局部地區(qū)強(qiáng)降雨導(dǎo)致山洪爆發(fā)、山體滑坡和泥石流災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。由圖1可知，東北地區(qū)降水異常并不明顯，西部地區(qū)降水并無(wú)異常出現(xiàn)，降水異常主要集中在江淮流域到華北東部地區(qū)，所以特別選取江淮流域到華北東部地區(qū)進(jìn)行分析，為了從氣候背景上分析其異常性，將選取1951～2010年的資料進(jìn)行研究。

圖1 2004年夏季我國(guó)降水距平百分率距平 為進(jìn)一步分析其異常特征，首先對(duì)1951～2010年的資料進(jìn)行EOF分解。從江淮流域到華北東部夏季降水EOF分析第1模態(tài)及其標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列（圖略）可以看出，第1模態(tài)的降水分布主要是以淮河為界，淮河以東降水偏多，淮河以西降水偏少，另外，在東北東南部也有一個(gè)降水距平的大值區(qū)。根據(jù)合成差值分析方法，選取序列中≥1的年份為高值年份，≤-1的年份為低值年份，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1980～2010年間的高值年份有8年，分別為1981、1984、1989、1990、1991、1992、2002和2003年，低值年份有3年，分別為1980、1982和2000年。

3 夏季降水異常成因分析

3.1 環(huán)流異常特征 由圖1可見(jiàn)，2004年夏季500 hPa環(huán)流距平圖上，北半球中低緯度基本為負(fù)距平，其中在貝加爾湖南側(cè)存在一正距平中心，表明2004年夏季東亞中緯度大陸高壓活動(dòng)并不活躍，有利于夏季我國(guó)北方降水偏多，主要多雨帶位置偏北。在東亞沿岸的洋面上存在一個(gè)經(jīng)向的相關(guān)系數(shù)偶極子分布，呈現(xiàn)出北正南負(fù)，即江淮流域到華北東部夏季降水和東亞60°N以北的高度場(chǎng)存在正相關(guān)，江淮流域到華北東部夏季降水和東亞60°N以南的高度場(chǎng)存在負(fù)相關(guān)?？紤]到夏季長(zhǎng)波調(diào)整，東亞大槽此時(shí)位于洋面上，所以夏季東亞大槽對(duì)我國(guó)江淮流域到華北東部夏季降水確實(shí)存在顯著的影響，具體表現(xiàn)為東亞槽偏強(qiáng)偏北會(huì)使我國(guó)江淮流域到華北東部地區(qū)帶來(lái)降水偏多的影響；另外，我國(guó)江淮地區(qū)到華北東部地區(qū)降水還與我國(guó)華北地區(qū)、北太平洋等區(qū)域上空的高度場(chǎng)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明這些區(qū)域位勢(shì)高度的減弱均會(huì)引起我國(guó)江淮地區(qū)到華北東部夏季降水的偏多。根據(jù)差值合成分析，選取標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列中超過(guò)±1的年份分別為高值年份和低值年份，合成高、低值年份的500 hPa高度場(chǎng)并求取其差值，通過(guò)t-檢驗(yàn)的區(qū)域主要位于東亞?wèn)|部地區(qū)和勘察加半島以東的洋面上以及北太平洋和北大西洋洋面。此時(shí)東亞大槽正位于此，說(shuō)明東亞大槽對(duì)我國(guó)江淮流域到華北東部夏季降水存在顯著影響。

在冬季，極地地區(qū)的高度距平為正值，極渦強(qiáng)度減弱。東亞大槽變化不太明顯。而北美大槽和歐洲東部的槽都有所加深。因此，我國(guó)大部分地區(qū)的冬季相對(duì)受到冷空氣的影響較弱。江淮地區(qū)到華北東部夏季降水第1模態(tài)和前期冬季500 hPa高度場(chǎng)的相關(guān)系數(shù)主要通過(guò)信度檢驗(yàn)的區(qū)域位于北太平洋洋面上經(jīng)向的偶極子分布和北美東岸北大西洋的負(fù)相關(guān)，說(shuō)明這些地區(qū)冬季位勢(shì)高度的異常會(huì)對(duì)隨后夏季我國(guó)江淮流域到華北東部夏季降水產(chǎn)生顯著影響[1-2]；類似的結(jié)果也可以從合成差值場(chǎng)中得到體現(xiàn)，主要通過(guò)t-檢驗(yàn)的區(qū)域與相關(guān)系數(shù)的分布是類似的，說(shuō)明前期冬季北太平洋和北大西洋上空的位勢(shì)高度異常會(huì)影響到隨后夏季我國(guó)江淮流域到華北東部降水。

分析2004年6～8月850 hPa風(fēng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)大陸主要為東風(fēng)控制，從日本以東海面帶來(lái)一些水汽。另外，北冰洋也存在一股氣流南下，在我國(guó)東北、蒙古國(guó)一帶形成輻合。孟加拉灣的水汽由于東北風(fēng)向，不易到達(dá)我國(guó)大陸[3-4]。由于日本海的海面帶來(lái)的氣流沒(méi)有孟加拉灣等地帶來(lái)的氣流溫度高、水汽足，所以2004年夏季的降水條件較差，降水情況可能比多年平均要弱。再分析2003年12月～2004年2月850 hPa風(fēng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)大陸盛行由貝加爾湖附近南下的西北氣流，與多年平均的冬季風(fēng)向相似，孟加拉灣的低層出現(xiàn)輻合。

3.2 副高對(duì)我國(guó)降水的影響 2004年副高強(qiáng)度指數(shù)僅為0.12，副高面積指數(shù)為0.35，明顯低于多年平均；2004年西伸極點(diǎn)系數(shù)為0.81，與往年相比處于平均水平，副高北界系數(shù)為1.59，明顯偏高。由此可知2004年副高強(qiáng)度較弱，面積較小，但副高位置明顯偏北，使我國(guó)2004年的雨帶中心北抬。副高指數(shù)與第1、第2模態(tài)時(shí)間系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，副高強(qiáng)度與降水主要模態(tài)相關(guān)性明顯弱于副高位置，這可能表明了副高位置對(duì)降水異常的影響比強(qiáng)度的影響更明顯。

4 結(jié)論與討論

（1）2004年我國(guó)降水屬于中間型。首先從副高的位置可以看出，2004年夏季的西太平洋副高位置比多年的平均略微北抬；其次是夏季850 hPa的風(fēng)場(chǎng)孟加拉灣的西南水汽表現(xiàn)不明顯，水汽的主要來(lái)源為北冰洋南下的冷性水汽，其到達(dá)的位置為我國(guó)的淮河流域；再次，從2004年空間第1模態(tài)可以看出，我國(guó)東部地區(qū)由北向南降雨分布呈負(fù)正負(fù)，當(dāng)降雨位置主要在淮河流域，長(zhǎng)江以南和黃河以北的地區(qū)降雨就會(huì)減少，這種分布正好符合中間型；最后由于冬季的赤道東太平洋海溫偏高，我國(guó)夏季降雨位置偏南，反之偏北。

（2）2004年我國(guó)夏季的雨量偏少。2004年我國(guó)夏季副高指數(shù)和副高面積比多年平均偏小，而副高的強(qiáng)度則明顯偏弱，實(shí)事上，副高的強(qiáng)弱又直接影響我國(guó)東部夏季降水量；2004年夏季500 hPa的距平圖來(lái)看我國(guó)北部的西伯利亞高原位勢(shì)高度降低，不利于中高緯度的阻高形成和發(fā)展，因此會(huì)阻礙北方的干冷空氣與來(lái)自孟加拉灣和我國(guó)南海的暖濕空氣結(jié)合。另外，我國(guó)北部的高度距平為較大的正值，大陸高壓維持，通過(guò)高低緯環(huán)流相互作用使東亞夏季風(fēng)和冷空氣影響減弱，從而雨量減少；從2004年夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)可以看出，由于風(fēng)場(chǎng)作用，孟加拉灣的水汽在印度半島北部被阻隔，無(wú)法順利達(dá)到我國(guó)華東地區(qū)。事實(shí)上，只有西太平洋和我國(guó)南海有部分暖濕空氣可以在華東地區(qū)與北方干冷空氣匯聚，水汽的來(lái)源大大降低，從而使我國(guó)東部夏季雨量較多年平均而言偏少。此外就是從第1模態(tài)時(shí)間系數(shù)來(lái)看，2004年處于極小值點(diǎn)，會(huì)比往年降水量減少。綜上可知，2004年我國(guó)東部夏季降水量應(yīng)為偏少的情況。

（3）由相關(guān)合成分析可知，夏季500 hPa位勢(shì)高度對(duì)我國(guó)江淮流域到華北東部夏季降水確實(shí)存在顯著的影響，尤其夏季東亞大槽的強(qiáng)度和位置對(duì)該江淮流域到華北東部降水的影響十分明顯，表現(xiàn)為東亞槽偏強(qiáng)偏北和偏弱偏東會(huì)使江淮流域到華北東部地區(qū)的夏季降水偏多，反之則會(huì)使降水偏少。前冬北太平洋和北大西洋上空的位勢(shì)高度異常、赤道太平洋海溫的異常、ENSO循環(huán)中的El Nio事件常會(huì)影響到隨后夏季我國(guó)江淮流域到華北東部降水。

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