低緯高原干季降水與印緬槽的聯(lián)系

鄧劍波 劉逵 唐笑男 周碧

摘要：基于1979—2012年GMAO/GES DISC 提供的1979—2012年大氣環(huán)流月平均再分析資料和同期低緯高原及周邊地區(qū)148個(gè)氣象觀測臺(tái)站降水?dāng)?shù)據(jù)，運(yùn)用相關(guān)分析、合成分析等統(tǒng)計(jì)方法對低緯高原干季降水與印緬槽的可能聯(lián)系進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，印緬槽是影響低緯高原地區(qū)干季降水的重要因子。印緬槽槽前暖濕偏南風(fēng)向低緯高原地區(qū)輸送水汽，槽前的強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)使暖濕空氣在上升過程中有利于發(fā)生CISK物理過程，在青藏高原偏北角干冷氣流共同作用下，水汽凝結(jié)發(fā)生降水。印緬槽的發(fā)展形成了有利于大氣斜壓性不斷在高原南北側(cè)積累的正反饋機(jī)制以及不利于該系統(tǒng)斜壓性向下游頻散的經(jīng)向環(huán)流形勢，從而影響了低緯高原地區(qū)各氣象要素場的配置，進(jìn)而影響該地區(qū)的干季降水。

關(guān)鍵詞：印緬槽;低緯高原;干季降水;CISK機(jī)制

中圖分類號(hào)：P426.6;P434? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）14-0052-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.14.009 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： Based on monthly atmospheric circulation reanalysis data from Global Modeling and Assimilation Office（GMAO）and Goddard Earth Sciences Data and Information Sciences Center（GES DISC） and precipitation of 148 weather stations in low latitude plateau region from 1979—2012， the relationship between the India Burma trough and the precipitation of low latitude plateau in dry season was investigated by using correlation and synthesis method. The results showed that the India Burma trough was an important factor affecting the precipitation of low latitude plateau in dry season. Water vapor was transported to the low latitude plateau region by southerly wind in front of the India Burma trough. Strong vertical ascending motion in front of the trough promoted the CISK physic process and caused rainfall when met the cold and dry northerlies in the southeast of the Tibet Plateau. The positive feedback mechanism of atmospheric barocline development and radial circulation which would hamper the dispersion process of atmospheric barocline were established when the trough grows strong. As a result， the configuration of the meteorological filed can be affected， which further influenced the precipitation of this region in dry season.

Key words： India Burma trough; low latitude plateau; dry season rainfall; CISK mechanism

中國低緯高原地區(qū)包括云南、四川南部、貴州西部和廣西西部，平均海拔高于1 500 m，最高緯度低于30°N。該區(qū)域西南鄰近孟加拉灣、東南部面臨南中國海，西北方向是青藏高原，西高東低獨(dú)特的地形造成了該地區(qū)有溫帶到熱帶復(fù)雜多樣的氣候形態(tài)[1]，同時(shí)也有雨季干季分明的特點(diǎn)，其中，11月到次年4月為干季，4月到11月為雨季[2]。洪澇和干旱是低緯高原的主要?dú)庀鬄?zāi)害[3-5]，因此，分析影響該區(qū)域降水的相關(guān)要素及機(jī)制是做好防災(zāi)減災(zāi)工作的基礎(chǔ)。

青藏高原的阻擋作用使得北半球西風(fēng)氣流產(chǎn)生擾流和分支，在高原南側(cè)南支西風(fēng)氣流氣旋式彎曲形成動(dòng)力性低槽，即南支槽又稱印緬槽[6，7]。印緬槽的水汽輸送是低緯高原地區(qū)重要水汽來源之一。有學(xué)者針對印緬槽對低緯高原的降水影響進(jìn)行了討論。例如，印緬槽在東移過程中遇到向南移動(dòng)的冷空氣會(huì)導(dǎo)致云南強(qiáng)降雪[8-10]。魯亞斌等[11]研究表明高原多雨中心存在“早雨季”，且多雨中心的水汽來源豐富，降雨量豐期持續(xù)時(shí)間長。王斌等[12]則指出印緬槽偏弱，槽前西南氣流水汽不足是導(dǎo)致2010年秋冬季西南地區(qū)嚴(yán)重干旱的主要原因。郭榮芬等[13]通過對比兩次冬季降水過程，指出南支槽可通過不同的天氣系統(tǒng)影響低緯高原降水。

以往的研究多側(cè)重于雨季印緬槽對低緯高原降水的影響或者天氣個(gè)例分析，針對干季印緬槽對低緯高原降水影響的研究較少。在干季，西太平洋副熱帶高壓還未西進(jìn)，對低緯高原地區(qū)的影響相對較小，此時(shí)印緬槽的槽前暖濕氣流是低緯高原重要的水汽來源，對該區(qū)域的降水有著重要影響。本研究采用MERRA（Modern-Era retrospective analysis for research and applications）再分析資料和低緯高原及周邊地區(qū)148個(gè)氣象觀測臺(tái)站觀測數(shù)據(jù)對干季印緬槽影響低緯高原降水的機(jī)制進(jìn)行了討論，為干季印緬槽影響下的降水預(yù)報(bào)分析提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

由GMAO（Global modeling and assimilation office）和GES DISC（Goddard earth sciences data and information sciences center）提供MERRA逐月再分析資料，數(shù)據(jù)時(shí)間長度為1979—2012年，空間分辨率為1.25°×1.25°。低緯高原地區(qū)148個(gè)氣象觀測站的降水資料由云南省氣候中心提供。

1.2 方法

Wang等[14]用（5°N—25°N，80°E—100°E）的區(qū)域平均渦度場定義了用印緬槽指數(shù)來研究東南亞的氣候異常?？紤]到研究所使用的數(shù)據(jù)精度有所不同，本研究將低緯高原區(qū)域（14.375 0°N—26.875 0°N，84.375 0°E—104.375 0°E）作為研究區(qū)域，并將該區(qū)域內(nèi)700 hPa平均渦度場的標(biāo)準(zhǔn)化序列定義為印緬槽指數(shù)，若使用垂直速度定義的印緬槽指數(shù)也可以得到同樣的結(jié)果[15]。結(jié)合印緬槽指數(shù)和氣象要素場，采用相關(guān)分析、合成分析等統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。

2 低緯高原干季降水與印緬槽的聯(lián)系

1979—2012年印緬槽指數(shù)變化序列如圖1所示。印緬槽指數(shù)序列與低緯高原平均降水序列相關(guān)系數(shù)為0.488 1，并通過了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn);同時(shí)，印緬槽與各個(gè)站點(diǎn)降水序列相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果中，有42.6%和56.1%的站點(diǎn)分別通過了95%和90%的顯著性檢驗(yàn)，覆蓋了云南中、東部，四川南部個(gè)別站點(diǎn)，以及貴州和廣西部分區(qū)域，說明印緬槽與低緯高原干季降水存在顯著的相關(guān)性。為進(jìn)一步分析它們的內(nèi)在聯(lián)系，選取印緬槽偏強(qiáng)年（圖1印緬槽指數(shù)大于0.75倍標(biāo)準(zhǔn)差的年份）和印緬槽偏弱年（圖1印緬槽指數(shù)小于-0.75倍標(biāo)準(zhǔn)差的年份）作為降水異常典型年份進(jìn)行合成分析。

2.1 降水異常年大尺度環(huán)流特征

低緯高原地區(qū)干季印緬槽強(qiáng)、弱年份700 hPa平均渦度差值場如圖2a所示。當(dāng)印緬槽發(fā)展時(shí)，在槽前部分有顯著的正渦度異常，從孟加拉灣北部一直延伸到低緯高原南部;同時(shí)，在低緯高原北部地區(qū)存在負(fù)渦度異常。與圖2a相對應(yīng)的風(fēng)場差值場如圖2b所示。由于印緬槽的發(fā)展，槽前正渦度激發(fā)出經(jīng)向風(fēng)場，與來自西太平洋的東南風(fēng)在青藏高原地形阻擋作用下，在孟加拉灣北部、青藏高原北部激發(fā)出一個(gè)閉合阻塞形式的經(jīng)向環(huán)流。槽前西南風(fēng)向低緯高原輸送暖濕氣流是引發(fā)低緯高原降水的重要條件之一。

2.2 冷空氣、水汽、垂直運(yùn)動(dòng)的相互作用

印緬槽的發(fā)展向低緯高原提供了必要的水汽輸送，同時(shí)，其發(fā)展也會(huì)影響大氣環(huán)流形勢，在冷空氣、水汽和大氣垂直運(yùn)動(dòng)的共同作用下引發(fā)降水。由圖3a和圖3b可知，干冷空氣導(dǎo)致了槽區(qū)的負(fù)溫度異常（圖3a），進(jìn)而引起100°E附近對流層高層比濕為顯著負(fù)異常（圖3b）;而在對流層低層，槽前暖濕的西南氣流和冷空氣共同作用下比濕表現(xiàn)為正異常。槽后偏北氣流的輻合運(yùn)動(dòng)引發(fā)了90°E以西的下沉運(yùn)動(dòng)，槽前正渦度與青藏高原東南角偏北冷平流共同作用促進(jìn)了低緯高原地區(qū)大氣向上的異常垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)生（圖3c），上升運(yùn)動(dòng)促進(jìn)水汽凝結(jié)釋放潛熱，整層潛熱通量為正值（圖3d），潛熱的釋放觸發(fā)了第二類條件不穩(wěn)定（Conditional instability of second kind，CISK）過程，提供了降水發(fā)生的條件。

印緬槽的發(fā)展影響了周圍的環(huán)流形勢，低層700 hPa的槽前正渦度有利于降水低壓動(dòng)力條件維持，同時(shí)槽前的暖濕南風(fēng)一定程度上給低緯高原的降水發(fā)生提供了水汽條件，槽前的強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)有利于水汽凝結(jié)發(fā)生CISK物理過程，從而對低緯高原的降水產(chǎn)生重要影響。

3 可能的物理機(jī)制

由低緯高原地區(qū)干季500 hPa印緬槽強(qiáng)、弱年份的位勢高度差值場（圖4a）和風(fēng)場差值場（圖4b）可以看出，青藏高原兩側(cè)位勢高度差值場呈現(xiàn)北高南低的偶極子分布形勢。青藏高原北側(cè)為反氣旋，南側(cè)為氣旋，100°E—105°E的經(jīng)向環(huán)流將高原南側(cè)的冷空氣向北側(cè)輸送，有利于北側(cè)高壓和印緬槽區(qū)低壓的維持，使得槽前渦度增強(qiáng)，偏南風(fēng)加強(qiáng)，高原南側(cè)的風(fēng)場和位勢高度場形成正反饋機(jī)制，從而加強(qiáng)高原兩側(cè)的大氣斜壓性。這種正反饋機(jī)制不利于大氣斜壓性向下游頻散，只有通過調(diào)節(jié)該地區(qū)的氣象要素場而逐漸釋放，進(jìn)而造成降水等天氣過程的發(fā)生。

4 小結(jié)與討論

1） 印緬槽的發(fā)展與低緯高原干季降水存在著顯著相關(guān)性，印緬槽指數(shù)與低緯高原降水序列相關(guān)系數(shù)為0.488 1，通過了置信度99%的顯著性檢驗(yàn)。印緬槽發(fā)展強(qiáng)盛時(shí)，低緯高原干季降水明顯偏多;在印緬槽偏弱年份，低緯高原地區(qū)降水偏少。

2） 印緬槽發(fā)展時(shí)槽前正渦度有利于維持發(fā)生降水的低壓動(dòng)力條件，同時(shí)槽前暖濕偏南風(fēng)為降水發(fā)生提供了水汽條件。槽前的強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)有利于觸發(fā)CISK物理過程，對低緯高原干季降水產(chǎn)生了重要影響。

3） 印緬槽發(fā)展形成有利于大氣斜壓性不斷在青藏高原南北兩側(cè)積累的風(fēng)場-位勢高度場正反饋機(jī)制維持，該正反饋機(jī)制不利于斜壓性向下游頻散，很大程度上影響了各氣象要素場的配置，從而能影響到該地區(qū)的干季降水。

印緬槽是影響中國低緯高原地區(qū)降水的重要天氣系統(tǒng)之一，其影響過程較為復(fù)雜。本研究主要從氣候態(tài)的角度出發(fā)，選取了典型年份進(jìn)行合成分析，初步揭示了印緬槽對低緯高原地區(qū)干季降水的影響及可能物理機(jī)制，而更為細(xì)致的物理過程還需要更多的觀測資料以進(jìn)行進(jìn)一步的深入分析。

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