湘西州汛期降水規(guī)律及成因初探

摘要 利用湘西州 1960 ～2013 年北部龍山縣、中部保靖縣、南部吉首市的汛期降水資料，使用線性分析、距平曲線、滑動平均、小波分析、F檢驗分析了其年變化特征。結果表明，近54年湘西州年均汛期降水量總體呈減少趨勢，湘西州汛期降水量變化存在15年振蕩現(xiàn)象，在15年的振蕩周期內(nèi)，又有5年和3年的交替振蕩的周期變化趨勢；澇年州內(nèi)北、中、南部降水量差異明顯。ENSO事件對湘西州汛期降水有重要影響，厄爾尼諾年容易導致湘西州降雨偏多偏澇；南方濤動指數(shù)與西太平洋副熱帶高壓是影響湘西州汛期降水的重要因素；在湘西州汛期的澇年或旱年，500 hPa大氣環(huán)流的表現(xiàn)有明顯差異。

關鍵詞 降水；特征；成因；湘西州

中圖分類號S161.6文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）29-10237-02

基金項目 湘西自治州煙草專賣局（公司）2013年度科技項目（XX13_03Aa06）。

作者簡介吳志科（1963- ），男，湖南保靖人，工程師，從事氣象業(yè)務管理工作。

湘西土家族苗族自治州（簡稱湘西州）地處武陵山區(qū)，屬低緯亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，有明顯的季節(jié)性氣候變化特征。而氣候的季節(jié)性變化，對全州的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的生活有著廣泛的影響。特別是每年一度的汛期，其降水的多寡、有無澇旱對全州的各行各業(yè)，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會產(chǎn)生重要的影響。因此，分析湘西州汛期降水的變化規(guī)律及其形成原因，對搞好汛期降水趨勢預報，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和各行各業(yè)服務有著重要的現(xiàn)實意義。賈建穎等對我國夏季或年度的降水變化特征進行了深入的研究[1-2]，湘西州與我國東部相比，夏季天氣控制系統(tǒng)略有差別，筆者根據(jù)州內(nèi)北部龍山、中部保靖、南部吉首的觀測資料，對湘西州汛期（4～9月）降水的變化規(guī)律進行分析，同時結合大氣環(huán)流的變化，對影響汛期降水的一些制約因子進行了初步的探討。

1資料與方法

采用的資料全部為湘西州各縣（市）的地面觀測資料A0及A文件，記錄年限1960～2013年。使用Excel的“添加趨勢線”可以很方便地對年變化趨勢作線性分析。由于小波分析在時域和頻域上同時具有良好的局部性質(zhì)，可以分析出時間序列周期變化的局部特征，能更清楚地看出各周期隨時間的變化情況[3-5]。在此用Morlet小波分析湘西州汛期（4～9月）降水的周期性變化。

按能真實反應當?shù)靥鞖鈿夂驅(qū)嶋H特征的目標，參照文獻[6]并根據(jù)湖南省氣象局制定的短期氣候預測評定辦法，劃定湘西州汛期偏澇偏旱的標準：4～9月降水總量比常年偏多（少）2成或以上；4～6月或7～9月降水總量比常年偏多（少）3成或以上；選3站只要有一站4～6月或7～9月降水總量比常年偏多（少）6成或以上。

2結果與分析

2.1湘西州汛期降水變化特征通過對湘西州1960～2013年汛期降水量統(tǒng)計，湘西州汛期平均降水量996 mm，占年平均降水量的75%。從龍山、保靖、吉首三站4～9月平均雨量距平百分率年際變化（圖1）可初步看出，汛期降水量由峰值至峰值（或由谷值至谷值）大部存在5年左右的周期變化，同時，還存在一個準3年周期變化現(xiàn)象；從線性趨勢線可看出，湘西州54年來汛期降水量呈緩慢減少的趨勢，其趨勢線性回歸方程為 y=-0.001 5x+0.044 3（y為降水距平百分比，x為年份）。為了更準確地說明年際變化的這種規(guī)律性，對汛期降水量距平百分率年際特征變化進行了小波分析，從圖2可看出，年汛期降水量距平百分比存在準15年的周期變化，在準15年的周期內(nèi)，又呈現(xiàn)5年和3年準周期的交替變化趨勢，即1960～1975年間呈準5年的小周期，1976～1990年間呈準3年的小周期，1991～2005年間呈準5年的小周期，2005年至今呈準3年的小周期變化趨勢。小波分析表明，湘西州汛期降水距平的年際變化存在15年振蕩現(xiàn)象，在15年的振蕩周期內(nèi)，又有5年和3年的交替振蕩的周期變化趨勢。

從各月降水（表1）分析來看，湘西州各月降水有明顯的差異，各月平均降水量是從1月開始逐月增加， 6月降水量達到全州的極值，之后逐月減少。但全州南、中、北部月降水量達到極值的月份明顯不同。從月平均降水量的一級變量（后月減前月降水量）看出，6月北部為正，中部小于北部，南部卻已轉為0.1，造成這一原因顯然與西太平洋副熱帶高壓4～8月季節(jié)性北抬、相應雨帶北抬有關。按旱澇標準，對偏澇年全州南、中、北部這些年份汛期降水的差異性情況進行分析，并進行F檢驗，結果表明偏澇多雨年，南、中、北部的降雨分布差異是顯著的，F(xiàn)=13.9，通過信度0.01的檢驗（F0.01=8.02），差異是顯著的。

2.2湘西州汛期降水與ENSO的關系全球范圍的天氣氣候異常與ENSO事件有關已是公認的事實。ENSO事件不僅影響赤道東太平洋及其鄰近地區(qū)的天氣氣候異常，也影響低緯和中緯度的大氣環(huán)流和天氣氣候的異常變化[7-8]。探討ENSO事件是否引起湘西州汛期異常降水的因素，對湘西州的天氣預報工作者來說是十分必要的。為了分析ENSO與湘西州降水的關系，按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的資料，統(tǒng)計了厄爾尼諾年及次年、拉尼娜年及次年與湘西州的旱澇關系，結果表明，1960～2013年間共有21年（1963、1964、1968、1969、1973、1974、1975、1977、1980、1982、1983、1987、1991、1993、1995、1996、1998、1999、2002、2007、2010年）為厄爾尼諾年，厄爾尼諾年湘西州當年出現(xiàn)偏澇的機率為61.9%，厄爾尼諾年當年或次年湘西州出現(xiàn)偏澇年的機率為90.5%；對于全球3次發(fā)生強厄爾尼諾年份，即1982～1983、1986～987、1997～1998年，則湘西州汛期當年均為偏澇年?？梢姸驙柲嶂Z年對湘西州汛期降水有重要影響，厄爾尼諾當年或次年湘西州多偏澇。拉尼娜年共出現(xiàn)20年，湘西州在拉尼娜年出現(xiàn)偏澇的年數(shù)有10年，次年偏澇年有8年，由于拉尼娜年當年或次年有都為偏澇年的情況，拉尼娜年當年或次年湘西州出現(xiàn)偏澇年的機率為65%，拉尼娜年對湘西州汛期降水的統(tǒng)計意義不明顯。

南方濤動與厄爾尼諾的研究基本是連在一起的，一般地，厄爾尼諾年往往發(fā)生在弱濤動年，即南方濤動指數(shù)SOI降為負值的年份；而拉尼娜年往往發(fā)生在強濤動年，即SOI較大值的年份。按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的SOI數(shù)據(jù)，初步分析SOI指數(shù)與湘西州汛期降水的關系發(fā)現(xiàn)，弱濤動一般從上年冬季開始了，當上年冬季SOI均值為負值，則湘西州偏澇的機率為52.4%，即湘西州汛期偏澇年50%以上出現(xiàn)在上年冬季SOI為負值的年份。如再把當年西太平洋副熱帶高壓的某些狀態(tài)一并考慮發(fā)現(xiàn)，如把當年4月副高西伸脊點位置以105°E為界來對歷史資料進行“0”、“1”劃分（≤105°E為1）所得集合為A，把上年冬季的SOI正負值進行“0”、“1”劃分（SOI<0為1）所得集合為B，則A∩B=1時，湘西州汛期偏澇的歷史擬合率可提高至62.5%，也即，弱濤動年且當年4月份副高西伸脊點位置偏西則湘西州汛期易形成澇災。石偉等分析指出SOI為弱濤動年，夏季西太平洋副熱帶高壓強大，西伸明顯，位置偏南[9]，該研究得出的結論在某種意義上說與石偉等的結論[9-10]吻合。

2.3湘西州汛期降水與500 hPa環(huán)流形勢以上分析得出了ENSO事件是影響湘西州汛期降水的重要因素，但不是僅有的因素。天氣事實表明，天氣系統(tǒng)（大氣環(huán)流）及其相互作用對湘西州汛期降水有密切關系。因此在此對500 hPa環(huán)流特征與湘西州降水的關系進行了初步分析。由于資料的限制，僅選用偏澇年的1980、1983、1987年和偏旱年的1978、1981、1985年各3年典型個例的初步診斷來分析其關系。為了便于分析，繪制了以上偏澇偏旱三年東半球0～180°E范圍，沿40°N緯圈的500 hPa 4～7月位勢高度距平分布圖（圖3）。根據(jù)圖3和歷史天氣圖資料可得出，偏澇年烏山脊較強勁，脊線平均位置在50°～60°E，中高緯90°～160°E為一廣寬的槽區(qū)或平直環(huán)流，從中印半島和孟灣地區(qū)有槽線東移；副高呈帶狀分布且其西伸脊點較旱年偏西，其588 dagpm等值線常以東北-西南向形式分布；東亞槽平均位置在130°E附近。偏旱年則烏山脊勢力偏弱，脊線平均位置在80°E附近，較澇年偏東約20個經(jīng)距；中高緯90°～130°E，即烏山脊前至東亞沿海為寬廣的弱脊區(qū)控制，沿海槽平均位置在140°E附近，較偏澇年偏東約10個經(jīng)距；印緬槽勢力弱，槽淺，副高勢力多數(shù)較弱，且其588 dagpm等值線北界一般都平行緯圈。