遼寧省盛夏降水時(shí)空分布特征及影響因子分析

李菲　林蓉

摘要 利用遼寧省52個(gè)測站，1961—2014年7月20日至8月30日逐日降水量資料，采用EOF分析、合成分析、相關(guān)分析等方法，對盛夏遼寧降水的空間異常特征及時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行診斷研究，并對造成遼寧盛夏降水空間分布異常的影響因子進(jìn)行系統(tǒng)分析。結(jié)果表明：從氣候平均角度看，遼寧盛夏降水存在3次變化過程，這3次過程較好地對應(yīng)了西太平洋副熱帶高壓第2次北跳及南撤的過程；遼寧盛夏降水的空間異常分布既有全區(qū)一致的分布，也存在著東西反向變化的特點(diǎn)；極渦的位置、不同的水汽輸送路徑及不同的海溫關(guān)鍵區(qū)是造成不同降水空間分布的主要影響因子。

關(guān)鍵詞 盛夏降水；時(shí)空分布；西太平洋副熱帶高壓；極渦；海溫；遼寧省

中圖分類號 P426.61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）21-0173-04

我國夏季旱澇變化受眾多因子影響，既與包括?！憽?dú)飧髯酉到y(tǒng)的東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)的年際變化有關(guān)，又與熱帶中、東太平洋的年際和年代際變化關(guān)系密切，同時(shí)東亞夏季大氣環(huán)流異常的遙相關(guān)及其機(jī)制是解釋我國夏季旱澇物理機(jī)制的重要基礎(chǔ)[1]。研究表明，我國夏季降水的影響因子眾多且物理機(jī)制較為復(fù)雜[2-7]，我國北方夏季降水影響因子及成因與南方不盡相同，主要受到偏北環(huán)流系統(tǒng)影響[8-14]。

遼寧地處東北南部，降水主要集中在夏季，而遼寧夏季降水量主要集中在盛夏，盛夏是遼寧農(nóng)作物生長需水的關(guān)鍵期，盛夏降水的多少直接影響農(nóng)作物長勢，

盛夏降水異常偏少，遼寧盛夏的旱與澇直接影響著遼寧地區(qū)的農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

以往對遼寧降水的分析主要集中在夏季[15-16]，指出遼寧夏季降水呈減少趨勢，降水分布分為中北部、遼河以西部地區(qū)及東南部地區(qū)3個(gè)不同區(qū)域[17]。研究發(fā)現(xiàn)遼寧夏季降水存在2～3年、3～5年及10～12年周期振蕩[18]。在對遼寧夏季降水的研究中，遼寧盛夏主汛期降水的分析還比較少，楊文艷等對遼寧7—8月降水進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)遼寧汛期水汽來源于西南夏季風(fēng)和我國東部海域，極渦、西太平洋副熱帶高壓、南亞高壓等是影響遼寧夏季降水的關(guān)鍵因子。李 輯等系統(tǒng)研究了遼寧盛夏降水大尺度環(huán)流影響因子，發(fā)現(xiàn)盛夏東亞副熱帶高空急流位置偏北偏強(qiáng)，850 hPa低空急流帶位置偏東偏強(qiáng)，遼寧處于高空急流的右側(cè)、低空急流的左側(cè)，這是造成遼寧盛夏主汛期降水異常偏多的動(dòng)力原因，另外東亞沿岸存在“+ - +”的遙相關(guān)型，對流層中層西太副高位置偏西偏北，是造成遼寧盛夏主汛期降水偏多的環(huán)流因素[19-20]。

已有對遼寧夏季降水的研究詳細(xì)分析了遼寧夏季、7—8月及盛夏降水的時(shí)間變化規(guī)律、周期及環(huán)流影響因子，但對遼寧盛夏主汛期降水的不同分布特征及造成各分布形勢的環(huán)流及外強(qiáng)迫因子還沒有進(jìn)行系統(tǒng)的歸納分析。本文將對遼寧盛夏主汛期降水進(jìn)行EOF分解，詳細(xì)分析遼寧盛夏降水時(shí)間及空間變化，對造成遼寧盛夏降水不同分布形勢的影響因子進(jìn)行分析，找出形成遼寧盛夏降水不同分布形勢的前期外強(qiáng)迫信號，為遼寧盛夏降水預(yù)測提供分析依據(jù)。

1 資料選取與分析方法

所用資料主要包括1961—2014年夏季遼寧省52個(gè)氣象站逐日降水量資料；NCEP/NCAR全球再分析500 hPa高度場、850 hPa風(fēng)場（分辨率為2.5°×2.5°）逐日資料，海溫資料采用NOAA重建的100年海溫資料，分辨率為2.0°×2.0°。

遼寧省盛夏主汛期定義為當(dāng)副高緯向軸線北跳過27°N后，4個(gè)以上地區(qū)出現(xiàn)暴雨的第1天為主汛期開始日，第1次南落到27°N以南且再無大范圍致洪暴雨的第1天為主汛期結(jié)束日，一般為7月20日至8月31日。

分析方法主要包括EOF分析、合成分析、相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 遼寧省盛夏降水時(shí)間分布特征

為了表示遼寧省盛夏降水時(shí)間分布特征，對氣候平均場（1981—2010年）中遼寧省盛夏逐日降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對圖1為遼寧省1981—2010年平均的盛夏逐日降水量累計(jì)距平圖，可以看到遼寧省盛夏降水隨時(shí)間出現(xiàn)明顯變化，7月24日開始降水量呈上升趨勢，在8月10日達(dá)到頂峰，8月10—20日降水量維持較大值，在8月20日后逐漸減小至盛夏結(jié)束。

依據(jù)上述遼寧省盛夏降水變化規(guī)律，分別對各時(shí)段500 hPa高度場進(jìn)行對比分析，如圖2所示，對比各時(shí)段500 hPa高度場，發(fā)現(xiàn)隨著遼寧省盛夏降水的演變，變化最明顯的區(qū)域位于西太平洋副熱帶高壓地區(qū)，西太平洋副熱帶高壓脊線位置的南北變化較好地反映了遼寧省盛夏降水多少的變化。在盛夏開始時(shí)（7月20—24日），隨著西太副高第2次北跳，脊線位置跳過25°N，之后（7月24日至8月10日）西太副高脊線在25°～30°N之間擺動(dòng)，8月20日之后西太副高南撤。

2.2 遼寧省盛夏降水空間分布特征

為了研究遼寧盛夏降水的空間分布特征，對盛夏遼寧降水進(jìn)行EOF分析，得到第一、第二特征向量和時(shí)間系數(shù)（圖3）。從遼寧盛夏降水EOF分析的結(jié)果來看，第一特征向量反映的是遼寧省盛夏降水全區(qū)一致的分布特征，第二特征向量反映的是遼寧省盛夏降水東西反向的分布特征。

2.3 500 hPa環(huán)流系統(tǒng)對EOF分解各特征量的影響

分別對盛夏遼寧降水EOF分解第一、第二特征量的時(shí)間系數(shù)與同期盛夏500 hPa高度場進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)在對流層中高層，東亞中高緯度環(huán)流系統(tǒng)對遼寧盛夏降水起著至關(guān)重要的作用。從圖4a可以看到500 hPa高度上，北半球存在3個(gè)高相關(guān)中心，分布位于朝鮮—日本地區(qū)上空、北太平洋地區(qū)上空和北美地區(qū)上空，遼寧盛夏降水與朝鮮—日本地區(qū)上空和北太平洋地區(qū)上空的高度場呈現(xiàn)明顯正相關(guān)，而與北美地區(qū)上空高度場呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，說明當(dāng)朝鮮—日本地區(qū)上空和北太平洋地區(qū)上空位勢高度正異常、北美上空位勢高度負(fù)異常情況下，遼寧盛夏降水易呈現(xiàn)全區(qū)一致偏多，反之易出現(xiàn)全區(qū)一致偏少；圖4b顯示歐亞中高緯度地區(qū)的環(huán)流系統(tǒng)與對遼寧盛夏降水存在較好的正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)歐亞中高緯度地區(qū)位勢高度正異常，遼寧盛夏降水易存在西多東少的分布形勢，反之當(dāng)歐亞中高緯地區(qū)位勢高度負(fù)異常，遼寧盛夏降水易存在西少東多的分布形勢。

為近一步分析500 hPa高度場上遼寧盛夏降水影響系統(tǒng)的配置情況，分別對EOF分解第一、第二模態(tài)時(shí)間系數(shù)進(jìn)行分析，分別找出各時(shí)間系數(shù)的最大值、最小值各3年，對這些年份500 hPa高度場進(jìn)行合成分析，得到圖5。從圖5中可以看到，遼寧盛夏降水全區(qū)一致偏多時(shí)（圖5a），極渦中心位于極區(qū)，極渦沿著120°E和120°W方向擴(kuò)展，在巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶有低壓槽存在，西太平洋副熱帶高壓脊線位置位于30°N以北，西伸脊點(diǎn)位于120°E的西太平洋地區(qū)，水汽易沿著西太副高外圍的引導(dǎo)氣流北上到達(dá)遼寧地區(qū)，對遼寧盛夏降水有利，而遼寧盛夏降水全區(qū)一致偏少時(shí)（圖5b），極渦中心偏東半球，極渦沿著30°E和30°W方向擴(kuò)展，東亞高緯度地區(qū)沒有明顯的高空槽，西太平洋副熱帶高壓脊線位置位于25°N附近，西太副高位置的異常偏西阻斷了來自太平洋的水汽北上，使得遼寧盛夏降水的水汽條件不足，不易產(chǎn)生降水。遼寧盛夏降水呈現(xiàn)西多東少分布時(shí)（圖5c），極渦分裂成多個(gè)中心，極渦中心偏于西半球，東亞高緯度地區(qū)冷空氣勢力較弱，另外西太平洋副熱帶高壓面積偏小、位置偏東，遼寧盛夏降水的水汽條件不足是造成遼寧盛夏大部分地區(qū)降水偏少的主要原因；遼寧盛夏降水呈現(xiàn)西少東多分布時(shí)（圖5d），極渦中心偏東半球，西太副高位置異常偏北偏西，水汽輸送條件極為有利。

為了更直觀地反映影響遼寧盛夏降水的水汽輸送情況，對EOF分解第一、第二模態(tài)多雨、少雨年850 hPa風(fēng)場進(jìn)行合成分析，發(fā)現(xiàn)在全區(qū)一致多雨年（圖6a），遼寧地區(qū)上空存在明顯的偏南風(fēng)分量，這股較強(qiáng)的偏南風(fēng)來自西太平洋地區(qū)，在西太平洋副熱帶高壓外圍引導(dǎo)氣流作用下，暖濕氣流被輸送到遼寧地區(qū)；在全區(qū)一致少雨年（圖6b），在遼寧地區(qū)上空為一致的偏西風(fēng)分量，沒有明顯的偏南風(fēng)水汽輸送，西太副高位置異常偏西導(dǎo)致來自西太平洋的水汽不能輸送到遼寧地區(qū)，導(dǎo)致遼寧全區(qū)降水一致偏少。遼寧盛夏降水呈現(xiàn)西多東少分布時(shí)（圖6c），遼寧地區(qū)上空偏北地區(qū)為偏西風(fēng)氣流，南部地區(qū)為偏南風(fēng)氣流，有一條水汽輸送帶到達(dá)遼寧地區(qū)，偏南水汽輸送主要為來自索馬里地區(qū)的越赤道氣流，穿越印度半島沿孟加拉灣和中南半島，到達(dá)中國南海地區(qū)后北上到達(dá)遼寧地區(qū)；遼寧盛夏降水呈西少東多分布時(shí)（圖6d），遼寧地區(qū)上空存在明顯的偏南風(fēng)風(fēng)速帶，這條風(fēng)速帶由分別來自西太平洋地區(qū)和來自索馬里地區(qū)的越赤道氣流匯聚而成，說明有2條分別來自西太平洋地區(qū)和來自索馬里地區(qū)的水汽輸送帶到達(dá)遼寧地區(qū)。

3 結(jié)論

在遼寧省盛夏降水時(shí)段中，7月初（7月24日）降水量呈上升趨勢，在8月10日達(dá)到頂峰，8月10—20日降水量維持較大值，在8月20日后逐漸減小至盛夏結(jié)束，且盛夏降水階段的變化與西太平洋副熱帶高壓的變化關(guān)系密切。

遼寧盛夏降水存在2種分布特征，分別是全區(qū)一致及東西反向分布特征。在500 hPa上，遼寧盛夏降水全區(qū)一致分布型形勢受歐亞地區(qū)偏北系統(tǒng)影響，東西反向分布型受歐亞地區(qū)偏南系統(tǒng)影響。當(dāng)極渦中心位于極區(qū)，巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶有低壓槽存在，西太平洋副熱帶高壓脊線位置位于30°N以北，西伸脊點(diǎn)位于120°E的西太平洋地區(qū)，有利于遼寧盛夏降水；當(dāng)極渦中心偏于西半球，東亞高緯度地區(qū)冷空氣勢力較弱，西太平洋副熱帶高壓面積偏小、位置偏東，遼寧盛夏降水易出現(xiàn)西多東少分布型。

另外，水汽輸送的來源和路徑也是造成遼寧盛夏降水不同空間分布型的主要因素之一。當(dāng)遼寧地區(qū)上空存在大范圍的偏南風(fēng)分量時(shí)，易出現(xiàn)全區(qū)一致降水偏多，反正降水偏少；然而當(dāng)遼寧地區(qū)上空偏北地區(qū)為偏西風(fēng)氣流，南部地區(qū)為偏南風(fēng)氣流，有一條水汽輸送帶到達(dá)遼寧地區(qū)，偏南水汽輸送主要為來自索馬里地區(qū)的越赤道氣流，穿越印度半島沿孟加拉灣和中南半島，到達(dá)中國南海地區(qū)后北上到達(dá)遼寧地區(qū)，易造成遼寧盛夏降水西多東少，反之當(dāng)遼寧盛夏降水呈西少東多分布時(shí)，遼寧地區(qū)上空存在明顯的偏南風(fēng)風(fēng)速帶，這條風(fēng)速帶由分別來自西太平洋地區(qū)和來自索馬里地區(qū)的越赤道氣流匯聚而成，說明有2條分別來自西太平洋地區(qū)和來自索馬里地區(qū)的水汽輸送帶到達(dá)遼寧地區(qū)。

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