東北地區(qū)夏季降水特征及其與大氣環(huán)流的關系

王曉雪,王深義

（黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030）

東北地區(qū)夏季降水特征及其與大氣環(huán)流的關系

王曉雪,王深義

（黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030）

本文采用中國東北地區(qū)1951-2012年降水資料，NCEP/NCAR再分析資料，分析研究中國東北地區(qū)夏季（5-8月）降水特征及其與大氣環(huán)流的關系，并對可能影響途徑進行了探討。結果表明：總體來說，1951年以來，東北地區(qū)夏季降水年際變化具有顯著性的季節(jié)尺度特征，同時利用相關分析得出初夏時節(jié)東北地區(qū)降水與整個地區(qū)成顯著性正相關，它的相關中心出現在東北地區(qū)中西部；盛夏時節(jié)東北地區(qū)東南部出現顯著的正相關。初夏東北地區(qū)的降水異常與東北冷渦活動有關；而東亞夏季風影響盛夏。東北地區(qū)5、6月份西北部出現氣旋性環(huán)流隨高度向西傾斜；7、8月份降水異常是因為西太平洋副熱帶高壓西伸北進。隨著西太副高西北側的南風異常加強，向北輸送的水汽明顯增多，東北地區(qū)盛夏時節(jié)降水明顯增多。經過本文對中國東北地區(qū)夏季降水特征的分析及其與大氣環(huán)流關系的研究，能夠為以后防災減災工作提供一定的理論依據。

夏季降水；年際變化；相關分析

1 引言

中國東北地區(qū)，狹義上是指東北三省（黑龍江省、吉林省、遼寧?。?，廣義上是指山海關以北的黑龍江省、吉林省、遼寧省、曾經為東三省管轄的現在的內蒙古自治區(qū)東五盟市（呼倫貝爾市、興安盟、通遼市、赤峰市、錫林郭勒盟）。地理位置為38°40′-53°30′N，115°05′-135°02′E。中國東北地區(qū)四季分明，從南至北跨越暖溫帶、中溫帶與寒溫帶，屬于溫帶季風性氣候，冬季寒冷干燥，夏季溫熱多雨。自東至西，降水量從1000 mm降至300 mm以下，從濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)過渡到半干旱區(qū)。

中國東北地區(qū)受季風氣候特征控制，季風的年際變化特點，決定了干旱、洪澇的高發(fā)。季風氣候特征的熱力性質，使得東北地區(qū)成為全球變化響應的敏感區(qū)域，從而成為我國研究區(qū)域性氣候變化特點的重要地區(qū)。中國東北地區(qū)表現出冷濕的特征,形成與發(fā)展都與它所處的地理位置有密切聯系。

與此同時，降水對自然生態(tài)系統(tǒng)、農業(yè)發(fā)展和人類社會都有重大影響，所以降水是最重要的氣候要素之一。影響降水的因素繁多，相對也很復雜，它并不是單個因子作用的結果，而是多種因子綜合配置產生的結果。因此降水是氣候變化的重要研究對象。區(qū)域地區(qū)或全球地區(qū)的天氣和氣候類型及其變化通常都是由大氣環(huán)流形勢所決定，大氣環(huán)流控制了區(qū)域氣候變率。所以，對區(qū)域氣候的研究往往離不開大氣環(huán)流的變化。把區(qū)域氣候和大尺度大氣環(huán)流聯系在一起，有助于理解控制區(qū)域氣候的物理機制。盡管所觀測到的降水的變化不能完全由大氣環(huán)流的變化來解釋，但是對于大氣環(huán)流與各種氣候要素之間關系的研究也能夠更好地理解氣候變率。

2 數據來源和方法

為了研究中國東北地區(qū)（選擇35-55°N，110-140°E覆蓋了整個東北地區(qū)）降水特征，本文所采用的資料，來自中國氣象局國家氣候中心收集整理的中國160站臺站觀測月平均降水資料。從其中選取中國東北地區(qū),包含黑龍江省、吉林省、遼寧省和內蒙古自治區(qū)東部四盟的46個測站。其中包括哈爾濱、雞西、佳木斯、牡丹江、烏蘭浩特、赤峰、通遼、長春、通化、沈陽、朝陽、營口、丹東、大連、齊齊哈爾、林東、富錦等46站作為東北地區(qū)的代表站。選擇站點的過程中考慮到了包括站點遷移、某些觀測資料缺失對整體資料連續(xù)性的影響,使用數據的時間長度為62 a(1951年1月1日-2012年12月31日)。本文利用ECMWF大氣環(huán)流場資料提供的月平均再分析數據，水平分辨率是2.5°x2.5°的全球大氣月平均資料，包括高度場資料(17層標準等壓層)、二維風場資料等，時間序列取自1951-2012年。

本文主要采用的方法為線性趨勢估計法、相關分析和合成分析。分析降水異常的年代際特征中，使用了線性傾向估計法和二項式系數滑動平均法。氣象上經常采用滑動平均的低通濾波方法對序列作平滑處理，滑動平均方法的最大的缺點就是縮短了序列，使得無法與相應項一一對應，造成分析上的一定困難。所以本文采用另一種平滑處理方法叫做二項式系數加權平均法。

3 東北夏季降水特征的分析

根據1951-2012年中國東北地區(qū)相對分布均勻的46個測站的月降水資料，研究探討了中國東北地區(qū)降水量的時空分布特征。1951-2012年共62 a區(qū)域年平均總降水量為113.47 mm，降水主要集中在夏季，其次是春季、秋季，冬季降水是最少的。東北地區(qū)夏季降水表現為7月份最多，8月份次之。5—8月占全年降水量的四分之三，對東北地區(qū)春、夏兩季農作物的生長起到了重要作用。所以本文著重研究東北地區(qū)5-8月降水量的特征及其與大氣環(huán)流的關系。

中國東北地區(qū)多年（1951-2012）以來5、6月降水量的平均值中國東北部西北區(qū)域降水量較少，東南降水較多。7、8月份降水量相對于5、6月份有所增多，仍然有由東南向西北逐漸減少的勢頭。所以60 a來，東北地區(qū)年平均降水量呈現帶狀分布的特征。中國東北地區(qū)月總降水量氣候態(tài)空間分布整體表現出由東南向西北逐漸減少的趨勢，東南部分降水約等于西北部分的二倍。在不考慮氣候變化的情況下，造成東北地區(qū)這種降水特征的主要原因是地形。由于東北地區(qū)東側長白山脈的影響，南面氣流受到地形的影響作用而抬升，水汽凝結導致東南面的迎風坡有降水生成，所以東北地區(qū)東南部分有強的降水中心出現。此外，6月和7月東北地區(qū)西北部分的大興安嶺山脈影響著從歐亞大陸上游過來的西風氣流，降水主要在西部迎風坡出現，而降水極小值出現在東部。除此之外，東北地區(qū)盛夏（7、8月）比起初夏（5、6月）降水有明顯加強。

4 東北夏季降水年際變化

在1951-2012年的62 a中，中國東北地區(qū)最大降水值出現在1964年,平均月總降水量為144.37 mm，而最小降水值出現在1968年，平均月總降水量只有84.13 mm。東北地區(qū)夏季降水存在很強的年代際變化（圖略），50年代、60年代、70年代明顯低于多年平均值，而80年代、90年代高于多年平均值。除此之外，還存在明顯的年際變化。

整個中國東北地區(qū)存在一致性正相關，除此之外，相關系數的空間分布特征在5、6月份和7、8月份也存在一定差異。初夏時節(jié)表現出了全區(qū)一致的顯著性正相關，而且東北地區(qū)的中西部出現相關系數的極大值，大于0.6。除此之外，5月份黑龍江、吉林和遼寧的東南部都同時出現了另外兩個極大值中心。與5、6月份相比，7、8月份的顯著正相關區(qū)域主要出現在東北地區(qū)的東南部，相關系數的極大值大于0.7。同時，7、8月份相關系數的極大值中心逐漸從遼寧向北部延伸到黑龍江和吉林，這與7、8月份東亞夏季風逐步北移也有密切關系。

5 影響東北地區(qū)夏季降水的大氣環(huán)流特征

5.1500 hPa位勢高度場的相關分析

在500 hPa等壓面上東北地區(qū)初夏的降水偏多與局部地區(qū)低氣壓異常顯著相關（圖1）。受到這個低氣壓異常影響，東北地區(qū)的低層主要受西南部分的異常氣流控制。來自黃海、渤海和日本海的水汽環(huán)繞東北，促使了整層的水汽輸送，并且在東北地區(qū)進行輻合，所以東北地區(qū)降水增多。然而在副熱帶地區(qū)，西太平洋副高主體位于海洋的上空，影響我國南方地區(qū)，還未能影響到東北地區(qū)。到了7、8月份，東北地區(qū)夏季降水增多主要和日本上空的異常高壓有關。與5、6月份相比，盛夏西太平洋副高中心逐漸北移，在8月脊線北抬。日本上空的異常高壓恰巧出現在西太副高的西北部，西太平洋副高西伸北進。

受西太平洋副熱帶高壓影響，異常的水汽沿西太平洋副高西側的南風異常向北輸送到東北地區(qū)。7月西太平洋副高西側的南風異常向北輸送水汽剛好到達東北地區(qū)的東南部分，出現水汽輻合中心。而在8月，南風異常逐漸向北推進到吉林和黑龍江，水汽輸送和輻合中心也逐漸向北推進。這和相關分析的結果一致，東北地區(qū)月平均降水異常中心北移，可能與東亞夏季風逐漸北移有關聯。與此同時，東北地區(qū)也出現了不同尋常的低壓中心（尤其是8月），一定程度上這和對流層高層上游沿著亞洲西風急流所傳播的活動有很大關聯。同時，和7月份不大相同，8月份的東北降水可能還受貝加爾湖以北的高壓異常影響。

圖1 北半球5-8月平均降水量和同期500 hPa高度場相關分布，陰影通過顯著性檢驗（a）5月（b）6月（c）7月（d）8月

東北地區(qū)地處中緯度，影響降水的年際變化的環(huán)流異?？赡芤泊嬗蟹蔷€性的變化特征。但是經過相關分析后，得出結論與前文一致，東北地區(qū)初夏時節(jié)顯著的異常主要為局地的異常低氣壓，而盛夏時節(jié)主要表現為西太平洋副高西北側的正異常。

5.2850 hPa位勢高度場的相關分析

北半球5-8月平均降水量和同期850 hPa高度場相關分布（圖略）與上文研究結果一致，在850 hPa等壓面上東北地區(qū)5、6月份的降水偏多與局部地區(qū)低氣壓異常顯著相關。東北地區(qū)中西部出現了負相關中心，當氣壓越低，對應降水量越大。這個低氣壓異常使得東北地區(qū)的低層受到了西南部分的異常氣流控制，所以東北地區(qū)降水增多。然而在副熱帶地區(qū)，西太平洋副高主體位于海洋的上空，影響我國南方地區(qū)，還未能影響到東北地區(qū)。到了7、8月份，日本上空出現了正相關中心，說明此時氣壓越高，降水越多。也就是盛夏時節(jié)東北地區(qū)夏季降水增多主要和日本上空的異常高壓有關。與5、6月份相比，盛夏西太平洋副高中心逐漸北移，在8月脊線北抬。日本上空的異常高壓恰巧出現在西太副高的西北部，西太平洋副高西伸北進,與上文研究結果一致。

6 小結與結論

綜上所述，本文采用了滑動平均與相關分析的方法，對1951-2012年共62 a東北地區(qū)夏季降水年代際變化的特征及其與前期冬季環(huán)流的關系進行了分析與討論。得出結論：

（1）通過中國東北地區(qū)46個臺站觀測到的月平均資料與ECMWF再分析資料，得出了東北地區(qū)降水年際變化主要特征，顯示其年際變化具有季節(jié)尺度特征。東北地區(qū)夏季降水的空間分布既具有整體一致的特征，也存在著南北部及東西部相反變化的差異。

（2）在這62 a間，東北地區(qū)的夏季降水整體上呈現出一個弱的下降趨勢。而東北地區(qū)5、6月份降水與整個區(qū)域呈現顯著的正相關，相關中心在東北地區(qū)的中西部；東北地區(qū)7、8月份相關中心出現在東南部。

（3）經過進一步討論研究，得出東北地區(qū)5、6月份降水異常主要和冷渦活動有關，東北冷渦活動越頻繁，對應的東北地區(qū)西北側出現氣旋性環(huán)流異常，導致降水偏多。7、8月份，東北地區(qū)降水主要受高空中西風急流北移和西太平洋副高西伸北進影響。西太平洋副高西伸北進，增強的西南風氣流有利于更多水汽向東北地區(qū)輸送，導致降水增多。

（4）當中高緯地區(qū)環(huán)流的經向分量減弱或西太平洋副熱帶高壓減弱東移時，東北地區(qū)降水偏少；反之，若中高緯地區(qū)環(huán)流的經向分量加強或西太平洋副熱帶高壓西進加強時，東北地區(qū)降水則偏多。

（5）氣壓正距平的區(qū)域，氣壓高，降水少；氣壓負距平的區(qū)域，氣壓低，降水多。

P468.0+24

A

1002－252X(2016)04－0009－03

2016－9－1

王曉雪（1991-），女，黑龍江省哈爾濱市人，南京信息工程大學，本科生，助理工程師.