貴州夏季水汽輸送與旱澇的關(guān)系

周濤++白慧++李忠燕++許丹

摘 要：利用NCEP/NCAR（1981—2014年）的全球逐月經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)、比濕和位勢(shì)高度場(chǎng)等再分析格點(diǎn)資料及貴州省84個(gè)地面觀測(cè)站1981—2014年7～8月降水資料，研究了東亞地區(qū)水汽輸送異常與貴州旱澇的關(guān)系。分析表明：貴州7、8月降水異常旱、澇年份，東亞地區(qū)水汽輸送存在顯著的差異。旱年，中國(guó)大部分地區(qū)低層以東北風(fēng)水汽輸送為主，貴州等長(zhǎng)江中、下游流域地區(qū)是水汽輻散區(qū)，不利于降水的產(chǎn)生；澇年，則以西南風(fēng)水汽輸送為主，貴州等長(zhǎng)江中、下游流域地區(qū)為水汽輻合區(qū)，為貴州的降水提供了充足的水汽和能量。由此進(jìn)一步證明水汽輸送的建立是貴州夏季旱澇形成的重要機(jī)制。

關(guān)鍵詞：貴州 旱澇異常 水汽輸送

中圖分類號(hào)：P426.616 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（a）-0078-06

Abstract：NCEP/NCAR （1981—2014 years ） Global monthly zonal and meridional wind wind， wet and Geopotential Height fields of grid data and Guizhou province 84 A ground station 1981—2014 Year 7～8 The monthly rainfall data ， Study on water vapor transport anomalies in East Asia and the relationship between drought and flood in Guizhou. Analysis shows that Guizhou， 7， and8 of monthly precipitation anomaly drought and flood years， water vapor transport in East Asia there is a significant difference. Drought， mainly low-level easterly winds water vapor transport in most parts of China， Guizhou and other areas in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin is moisture divergence， not conducive to the formation of the precipitation； wet years， mainly water vapor transport over the Southwest， Guizhou and other areas in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin is a moisture convergence areas； for Guizhou precipitation offers plenty of moisture and energy. Further evidence of water vapor transport established important mechanism of summer flood and drought in Guizhou.

Key Words：Guizhou；Abnormal drought；Water vapor transport

氣候變化的研究事實(shí)表明[1]：進(jìn)入21世紀(jì)后貴州夏季降水進(jìn)入一個(gè)少雨的背景時(shí)段，同時(shí)降雨過程的極端性增多，夏季旱澇急轉(zhuǎn)的階段性變化突出。對(duì)于氣候預(yù)測(cè)與氣象服務(wù)而言，旱澇災(zāi)害的致災(zāi)機(jī)理研究是氣象防災(zāi)減災(zāi)工程的首要任務(wù)，而水汽輸送異常則是一個(gè)地區(qū)旱澇變化的重要影響因子，旱澇的形成在很大程度上受制于水汽條件，前期許多學(xué)者在水汽輸送對(duì)旱澇的影響方面做了大量的工作[2-12]：苗秋菊等指出[2]，高原東南部多雨中心的水汽流來自南海、孟加拉灣等水汽源，具有多通道的水汽輸送特征。張雪梅[5]等的研究揭示了水汽輸送強(qiáng)弱年的空間分布差異，在水汽輸送強(qiáng)年中國(guó)云貴高原—長(zhǎng)江中游—華北—東北南部有一條明顯的水汽輸送大值帶，中國(guó)中、東部均有水汽輸送，只是中國(guó)東南部和長(zhǎng)江中下游地區(qū)水汽輸送相對(duì)較少；在水汽輸送弱年僅中國(guó)南方、東部沿海和東北地區(qū)南部有弱的水汽輸送。黃榮輝[6]等提出了水汽輸送存在經(jīng)、緯向的分布差異。以上成果對(duì)于進(jìn)一步探討貴州夏季降水的水汽輸送提供了一些研究的理論和方法。到目前為止，對(duì)貴州旱澇的研究中李玉柱[11]等主要從環(huán)流異常、氣候變化方面進(jìn)行了分析，并對(duì)其成因進(jìn)行了探討，但對(duì)水汽輸送異常問題的研究工作很少，所以，很有必要對(duì)影響貴州夏季降水的水汽輸送的氣候特征進(jìn)行深入分析，通過分析水汽輸送異常的變化特征將有助于尋找貴州夏季旱澇災(zāi)害的致災(zāi)機(jī)理，對(duì)貴州旱澇的預(yù)測(cè)奠定一定的理論基礎(chǔ)，有利于開展氣象防災(zāi)減災(zāi)，從而更好地應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的挑戰(zhàn)。

1 資料和方法

（1）NCEP/NCAR提供的l981—2014年逐月經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)、比濕和位勢(shì)高度場(chǎng)再分析資料，水平分辨率2.5°×2.5°，垂直層共12層。

（2）貴州省84個(gè)地面觀測(cè)站1981—2014年7～8月降水資料。

（3）旱澇指標(biāo)的確定，通過對(duì)比分析現(xiàn)在常用的旱澇指標(biāo)，確定該文中的旱澇指標(biāo)。

（4）降水的基本特征分析，采用EOF分析方法。

（5）水汽輸送特征通過計(jì)算水汽通量來分析。

（6）旱澇年水汽輸送異常特征通過個(gè)例分析和合成分析來研究。

2 貴州7、8月降水的基本特征

如圖1所示，貴州省7月降水量EOF第一模態(tài)的時(shí)空分布及方差貢獻(xiàn)，EOF前五模態(tài)的累積方差貢獻(xiàn)為77%，其中第一模態(tài)的方差貢獻(xiàn)為56%，能較好地表征出7月降水時(shí)空分布的主要特征，貴州7月降水異常的空間分布特征為全省一致性，異常中心呈東北-西南帶狀分布：從1981—2014年間，降水異常趨勢(shì)在20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)初至今呈偏少趨勢(shì)，在20世紀(jì)90年代呈偏多趨勢(shì)。

如圖2所示，貴州省8月降水量EOF第一模態(tài)的時(shí)空分布及方差貢獻(xiàn)。EOF前五模態(tài)的累積方差貢獻(xiàn)為72%，其中第一模態(tài)的方差貢獻(xiàn)為50%，能較好地表征出8月降水時(shí)空分布的主要特征，貴州8月降水異常的空間分布特征為全省一致性，異常中心位于黔南中部：從1981—2014年間，降水異常趨勢(shì)從20世紀(jì)80年代至今的偏多趨勢(shì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠仝厔?shì)。

3 貴州旱、澇年指標(biāo)的確定

從上述分析知道EOF1能很好表征出貴州省7、8月降水量的異常分布，如圖3所示，降水量實(shí)況值的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列與PC1的相關(guān)系數(shù)分別為0.998和0.992，表明EOF1能很好地表征出貴州省7、8月旱澇的特征。同時(shí)，貴州降水距平百分率在7、8月PC1的相關(guān)系數(shù)為0.15，但二者與夏季PC1的相關(guān)系數(shù)分別為0.81和0.58，通過90 %信度，表明貴州夏季出現(xiàn)異常旱、澇情況時(shí)，7、8月的降水也會(huì)出現(xiàn)異常，但這些異常也存在一定的差異，故該文對(duì)7、8月進(jìn)行分別討論。將貴州夏季PC1≤-0.5σ（≥0.5）及7、8月PC1≤-0.5σ（≥0.5）的年份定義為旱（澇）年，其余年份為正常年。根據(jù)此定義，貴州旱、澇年分別有5年和4年，分別為1981年、1990年、2006年、2009年、2011年和1993年、1998年、1999年、2014年。

4 貴州旱、澇年?yáng)|亞地區(qū)水汽輸送差異分析

4.1 貴州7月旱、澇年?yáng)|亞地區(qū)水汽輸送差異分析

根據(jù)確定的貴州旱、澇年，用合成分析方法，分析7月典型旱澇年經(jīng)向水汽輸送、緯向水汽輸送、水汽輸送通量、水汽輸送通量散度分布特征。

圖4是貴州7月旱、澇年分別進(jìn)行合成的大氣低層（925-700 hPa）經(jīng)向水汽輸送、緯向水汽輸送、水汽輸送通量、水汽輸送通量散度距平分布圖。如圖4（a）（d）可見，旱、澇年7月東亞地區(qū)經(jīng)向水汽輸送存在明顯相反的分布特征，旱年（圖4（a））異常南風(fēng)水汽輸送中心位于30°N以北的長(zhǎng)江以北地區(qū)，中心最大值達(dá)到9 kg/m·s-1，貴州及南方廣大地區(qū)主要以異常北風(fēng)水汽輸送為主。另外，貝加爾湖以東存在一個(gè)弱異常北風(fēng)水汽輸送，整個(gè)東亞地區(qū)經(jīng)向水汽輸送從低緯到高緯呈現(xiàn)出“- + -”的異常分布特征。澇年（圖4（d）東亞地區(qū)水汽輸送分布正好與旱年相反，出現(xiàn)“+ - +”的分布形勢(shì)。貴州及長(zhǎng)江以南地區(qū)為正距平區(qū)域，中心位于臺(tái)灣島以東的西太平洋上空，最大值超18 kg/m·s-1，而北方則為負(fù)距平區(qū)域，即北風(fēng)水汽輸送，貝加爾湖地區(qū)出現(xiàn)偏南風(fēng)，中心最大值小于西太平洋上空的正距平中心。貴州旱、澇年7月經(jīng)向水汽輸送距平分布特征差異說明，貴州降水偏少的年份，中國(guó)南方地區(qū)主要以異常北風(fēng)水汽輸送為主。由于這種氣流主要來源于中高緯度的寒冷地區(qū)，以干冷空氣為主，水汽和熱量含量較少，不利于受其控制地區(qū)降水的產(chǎn)生，所以，易造成7月貴州地區(qū)干旱。降水偏多的年份，貴州及長(zhǎng)江以南地區(qū)主要受來自于熱帶海洋地區(qū)的南風(fēng)水汽輸送控制，以偏南氣流為主。這種氣流的水汽和熱量含量豐富，有利于大范圍連續(xù)性降水的產(chǎn)生，致使7月貴州出現(xiàn)洪澇的幾率增大，同樣緯向水汽輸送對(duì)貴州夏季旱、澇的形成也有十分明顯的影響。如圖4（b）（e）可見，旱、澇年7月東亞地區(qū)緯向水汽輸送存在明顯相反的分布特征，旱年（圖4（b））20°～35°N緯度帶基本上為異常東風(fēng)水汽輸送，其中從100°～170°E為顯著的區(qū)域，即中國(guó)南方到西太平洋，中心值超過-18 kg/m·s-1，20°N以南的低緯度地區(qū)為異常西風(fēng)水汽輸送，呈西北-東南向的帶狀分布，中心分別位于印度半島東部、菲律賓以西洋面和菲律賓以東洋面，最大值超過18 kg/m·s-1。 35°N以北的中高緯度地區(qū)為異常西風(fēng)水汽輸送，最顯著的區(qū)域?yàn)槌r半島-日本以東洋面，但中心強(qiáng)度小于熱帶地區(qū)，為15 kg/m·s-1，東亞地區(qū)緯向水汽輸送出現(xiàn)“+ - +”的異常分布特征，其中熱帶地區(qū)的西風(fēng)水汽輸送和副熱帶地區(qū)的東風(fēng)水汽輸送最為顯著。貴州7月降水偏多年（澇）年（圖4（e）），東亞地區(qū)緯向水汽輸送特征與旱年截然相反，呈現(xiàn)“- + -”的分布特征，20°～35°N緯度帶基本上為異常西風(fēng)水汽輸送，其中從110°～140°E為顯著的區(qū)域，即中國(guó)南方到西太平洋以東，中心值超過18 kg/m·s-1。旱、澇年?yáng)|亞地區(qū)緯向水汽輸送的差異說明，旱年，貴州及中國(guó)南方地區(qū)為異常東風(fēng)水汽輸送為主：澇年，則為異常西風(fēng)水汽輸送為主。圖4（c）（f）是貴州旱、澇年7月東亞地區(qū)水汽輸送通量和通量散度距平分布圖。旱年（圖4（c）），長(zhǎng)江流域?yàn)楫惓Ｆ珫|風(fēng)水汽輸送，25°N，105°E附近區(qū)域?yàn)槊黠@的水汽輻散區(qū)，水汽輸送在此分裂為南、北兩支氣流分別向低緯和高緯地區(qū)輸送，而貴州及川東地區(qū)正好處于區(qū)域內(nèi)，這種水汽輸送特征表明貴州及川東地區(qū)是東亞地區(qū)一個(gè)明顯的水汽輻散區(qū)，水汽在此處的輻散使該地區(qū)大氣中水汽含量降低，從而不利于大范圍連續(xù)性降水的產(chǎn)生，在30°N附近的異常反氣旋和20°N附近的異常氣旋使其兩者之間的氣流在25°N地區(qū)匯集是產(chǎn)生異常偏東風(fēng)水汽輸送的直接原因。澇年（圖4（f）），分別來自于低緯的偏西風(fēng)水汽輸送和高緯地區(qū)的偏東風(fēng)水汽輸送氣流在貴州地區(qū)的相遇，來自高緯的干冷空氣與源自低緯的暖濕空氣輻合有利于大范圍持續(xù)性強(qiáng)降水過程的出現(xiàn)，洪澇發(fā)生的可能性也增大。

4.2 貴州8月旱、澇年?yáng)|亞地區(qū)水汽輸送差異分析

由圖5可見，貴州旱、澇年8月東亞地區(qū)水汽輸送異常的分布特征與7月相似，但也存在著顯著差異。比較7月（圖4（a）（d））、8月（圖5（a）（d））經(jīng)向水汽輸送距平分布圖可發(fā)現(xiàn)，旱年8月長(zhǎng)江以南地區(qū)的異常北風(fēng)水汽輸送較7月更強(qiáng)，中心值達(dá)到-12 kg/m·s-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7月的-6 kg/m·s-1：澇年，副熱帶地區(qū)的異常南風(fēng)水汽輸送中心已經(jīng)由西太平洋上空（7月）西移到中國(guó)西南地區(qū)（8月）。同樣比較7月和8月緯向水汽輸送異常特征分布發(fā)現(xiàn)（圖5（b）（e）），旱、澇年25°N附近緯度地區(qū)的異常東、西風(fēng)水氣輸送的中心都向西移動(dòng)到中國(guó)大陸地區(qū)上空，甚至西伸到西部地區(qū)，特別是澇年的8月整個(gè)長(zhǎng)江流域?yàn)槊黠@的異常西風(fēng)水汽輸送通道，表明旱、澇年8月經(jīng)向和緯向水汽輸送異常比7月更加顯著，特別是長(zhǎng)江流域?yàn)槊黠@的水汽輸送軸。在旱年，長(zhǎng)江中、下游流域是異常東北風(fēng)水汽輸送，澇年則是異常西南風(fēng)水汽輸送，這一特征在8月水汽輸送通量異常分布圖圖5（c）（f）中得到了很好印證。如圖5（c）所示，旱年8月長(zhǎng)江流域?yàn)楫惓|風(fēng)水汽輸送，較7月更偏北，貴州地區(qū)仍然為水汽的輻散區(qū)域。如圖5（f）所示，澇年8月長(zhǎng)江流域?yàn)楫惓Ｎ黠L(fēng)水汽輸送，同7月相比同樣偏北，貴州是水汽輻合區(qū)域。由此可見，8月東亞地區(qū)水汽輸送強(qiáng)度比7月有明顯的增強(qiáng)，澇年的異常西南氣流不僅強(qiáng)度增加，而且可以一直推進(jìn)到黃淮地區(qū)。對(duì)比分析圖5（c）（f）發(fā)現(xiàn)，貴州旱、澇年?yáng)|亞地區(qū)水汽輸送通量有如下顯著特征：旱年，140°E附近的副熱帶地區(qū)有異常氣旋式環(huán)流中心，渤海地區(qū)有異常反氣旋環(huán)流中心，這兩個(gè)異常環(huán)流使東北氣流沿著兩者之間的狹窄通道進(jìn)入中國(guó)；澇年，中國(guó)東南沿海有一異常反氣旋式環(huán)流中心存在，渤海地區(qū)則出現(xiàn)異常氣旋式環(huán)流中心，兩者之間的西南氣流一直延伸到東北太平洋，這樣一條大尺度的行星風(fēng)帶為整個(gè)東亞地區(qū)8月降水提供了充足的水汽條件。上述分析說明，貴州夏季降水出現(xiàn)異常（旱、澇）時(shí)，東亞地區(qū)同期水汽輸送也存在截然相反的分布特征。旱年，長(zhǎng)江以南大部分地區(qū)以東北風(fēng)水汽輸送為主，貴州及長(zhǎng)江流域?yàn)樗椛^(qū)；澇年，則以西南風(fēng)水汽輸送為主，貴州及長(zhǎng)江流域?yàn)樗椇蠀^(qū)。東北風(fēng)水汽輸送為貴州地區(qū)帶來高緯地區(qū)的干冷空氣，使貴州受下沉氣流控制，不易產(chǎn)生降水；西南風(fēng)水汽輸送則為貴州帶來熱帶地區(qū)的暖濕空氣，為貴州出現(xiàn)持續(xù)性降水提供充足的水汽條件和能量。

5 結(jié)論與討論

根據(jù)上述分析，得到以下結(jié)論。

（1）貴州7、8月降水從1981—2014年間，降水異常趨勢(shì)從20世紀(jì)80年代至今的偏多趨勢(shì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠仝厔?shì)。降水異常的空間分布特征為全省一致性，7月異常中心呈東北-西南帶狀分布；8月異常中心位于黔南中部。

（2）貴州7、8月降水異常旱、澇年份，東亞地區(qū)水汽輸送存在顯著的差異。分析指出：貴州7、8月降水異常旱、澇年份，東亞地區(qū)同期水汽輸送存在截然相反的分布特征。旱年，中國(guó)大部分地區(qū)低層以東北風(fēng)水汽輸送為主，貴州等長(zhǎng)江中、下游流域地區(qū)是水汽輻散區(qū)；澇年，則以西南風(fēng)水汽輸送為主，貴州等長(zhǎng)江中、下游流域地區(qū)為水汽輻合區(qū)。東北風(fēng)水汽輸送為貴州帶來高緯地區(qū)的干冷空氣，造成貴州被下沉氣流控制，不利于降水的產(chǎn)生；西南風(fēng)水汽輸送則為貴州帶來熱帶地區(qū)的暖濕空氣，為貴州的降水提供了充足的水汽和能量，同時(shí)指出經(jīng)、緯向水汽輸送的在時(shí)空的分布及強(qiáng)度上存在差異。

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