全球變暖趨緩背景下遼寧夏季降水變化及水汽輸送特征

常姝婷 白雪 曲梓祎 溫舟 徐玉秀 高銘 張翠艷

(錦州市氣象局，遼寧 錦州 121000)

引言

20世紀(jì)全球氣溫顯著上升，在過去的100多年，由于工業(yè)化進(jìn)程，溫室氣體的過度排放導(dǎo)致氣溫大幅度升高，氣溫升高會(huì)對(duì)人類健康、食物和淡水的獲取以及人類的生存產(chǎn)生影響，也會(huì)給經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力、糧食安全帶來負(fù)面影響，全球氣溫上升導(dǎo)致的冰川融化威脅著眾多低洼城市的未來，目前氣候變暖造成的全球極端氣候事件發(fā)生頻率顯著上升，為人類敲醒了警鐘[1-3]。但有研究表明[4-5]，1998年后全球變暖增溫減緩，出現(xiàn)增溫停滯的現(xiàn)象。

遼寧省上空能夠?qū)е陆邓乃饕獊碓从谔窖蠛陀《妊?。由于特殊的地理位置，而且降水時(shí)段比較集中，使遼寧成為中國(guó)北方暴雨多發(fā)區(qū)之一。在所有的區(qū)域性暴雨中，60%為全省性暴雨，25%為遼寧東部、東南部暴雨。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)針對(duì)遼寧降水做了一系列的研究。研究表明[6-8]，遼寧區(qū)域性暴雨基本發(fā)生在7—8月。郭國(guó)洋和任學(xué)慧[9]研究表明，遼寧省暴雨空間分布總趨勢(shì)是由東南向西北減少。楊旭等[10]根據(jù)遼寧氣象觀測(cè)站的降水和氣溫資料，研究了遼寧年降雨量變化。張海娜等[11]利用東北地區(qū)162個(gè)氣象觀測(cè)站逐月氣溫和降水資料以及CCSM4模式預(yù)估了2021—2050年東北地區(qū)的氣候變化情景。

水汽是形成降水的必要條件，水汽輸送通道帶來的水汽會(huì)造成區(qū)域性降水天氣[12-13]。林厚博等[14]研究表明，我國(guó)青藏高原上空的水汽輸送會(huì)影響其上空降水。張人禾[15]指出亞洲季風(fēng)區(qū)水汽輸送與中國(guó)夏季降水特征存在密切聯(lián)系。王慶和劉詩軍[16]分析了山東旱澇年季風(fēng)區(qū)水汽輸送對(duì)山東夏季降水異常的貢獻(xiàn)。黃榮輝等[17]通過研究東亞季風(fēng)區(qū)的水汽輸送特征，發(fā)現(xiàn)東亞季風(fēng)區(qū)夏季水汽經(jīng)向輸送大于緯向輸送，并針對(duì)東亞季風(fēng)區(qū)水汽輸送對(duì)降水的影響進(jìn)行分析。綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水汽輸送及其對(duì)降水的研究有諸多成果，但是基于遼寧的特殊地理位置，目前對(duì)遼寧省水汽輸送特征及其對(duì)夏季降水的影響研究成果較少，尤其是全球變暖減緩之后，對(duì)遼寧省夏季降水的變化特征的研究較少。因此，本文就全球變暖趨緩背景下(即1998年后)遼寧夏季降水變化特征及水汽輸送對(duì)其的影響進(jìn)行研究。

1 資料與方法

1.1 資料介紹

1999—2018年6—8月的夏季降水?dāng)?shù)據(jù)由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供(水平分辨率為0.5°×0.5°)、西太平洋副熱帶高壓(面積、強(qiáng)度、脊線、西伸脊點(diǎn))數(shù)據(jù)由中國(guó)國(guó)家氣候中心提供。本文所涉及的水汽輸送、比濕、位勢(shì)高度、及經(jīng)緯向風(fēng)數(shù)據(jù)均使用ERA-Interim逐月再分析資料，選取6—8月數(shù)據(jù)。本文所使用的變量包括經(jīng)向水汽輸送、緯向水汽輸送、大氣可降水量、500 hPa位勢(shì)高度以及1000—150 hPa等壓面的比濕和經(jīng)緯向風(fēng)向風(fēng)速。

1.2 研究方法

1.2.1 遼寧省區(qū)域劃分

結(jié)合前人研究結(jié)果[18-20]將遼寧省劃分為四個(gè)區(qū)域，分別為遼寧北部S1，遼寧西部S2，遼寧東部S3，遼寧南部S4(圖1)。

圖1 遼寧省分區(qū)情況Fig.1 Partition map of Liaoning province

1.2.2 線性傾向估計(jì)

用xi表示樣本量為n的某一氣候變量，用ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立xi與ti之間的一元線性回歸：

xi=a+btii=1,2,…,n

(1)

回歸系數(shù)b和常數(shù)a的最小二乘方法如下：

(2)

回歸系數(shù)b的符號(hào)表示氣候變量x的趨勢(shì)傾向，當(dāng)b>0時(shí)，表示隨著時(shí)間t的增加，x呈上升趨勢(shì)；反之，當(dāng)b<0時(shí)，表示隨著時(shí)間t的增加，x呈下降趨勢(shì)。b值的大小反應(yīng)上升或下降的速率。

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化

為了使不同的氣象要素在同一水平上能夠進(jìn)行比較，常使用標(biāo)準(zhǔn)化的方法，使它們變成同一水平的無單位的變量，即對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

標(biāo)準(zhǔn)化變量的時(shí)間序列為：

(3)

1.2.4 區(qū)域西風(fēng)指數(shù)

傳統(tǒng)意義上的西風(fēng)指數(shù)I：

(4)

(5)

2 結(jié)果分析

2.1 遼寧省夏季降水變化特征

由圖2a可知，遼寧省1999—2018年夏季降水趨勢(shì)存在一定的增加，但增加趨勢(shì)較弱。與其他地區(qū)相比，遼南地區(qū)的降水量上升趨勢(shì)較強(qiáng)，其高值區(qū)達(dá)到2 mm·a-1，其中遼寧南邊界降水量變化相對(duì)明顯，而在遼寧西部和中部的部分地區(qū)降水量存在較弱的降低趨勢(shì)。由遼寧區(qū)域平均降水量時(shí)間變化特征可以看出(圖2b)，20 a間遼寧降水量存在一定的增加趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不顯著，降水量的最高值出現(xiàn)在2010年，達(dá)到190 mm，最小值出現(xiàn)在2000年。

圖中+表示置信水平通過90%的檢驗(yàn)；降水量年際變化單位為mm·a-1圖2 1999—2018年遼寧區(qū)域夏季降水量年際變化趨勢(shì)空間分布(a)和平均降水量時(shí)間變化序列(b)Fig.2 Spatial distribution of interannual variation trend (a) and variation of time series (b) of precipitation in summer from 1999-2018 in Liaoning province

由圖3可知，遼寧不同地區(qū)的降水量均呈現(xiàn)較弱的增加趨勢(shì)，但增加趨勢(shì)較弱，說明降水變化特征并不顯著。但從結(jié)果仍然可以看出，全球變暖趨緩背景下，遼寧降水量存在一定的增加趨勢(shì)，對(duì)其增加的原因進(jìn)行分析的工作仍然存在價(jià)值，也能對(duì)未來遼寧降水變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)起到幫助。

a1，a2，a3，a4分別為S1，S2，S3，S4地區(qū)夏季標(biāo)準(zhǔn)化降水線性趨勢(shì)的斜率圖3 1999—2018年遼寧省不同地區(qū)(S1，S2，S3，S4)夏季標(biāo)準(zhǔn)化降水時(shí)間變化Fig.3 Time series of standardized precipitation in different areas (S1,S2,S3,and S4) of in summer from 1999-2018 in Liaoning province

與其他地區(qū)相比，遼寧南部地區(qū)(S4)增加趨勢(shì)最為明顯，從各地區(qū)降水增加趨勢(shì)分析可知，遼寧南部降水的變化趨勢(shì)對(duì)遼寧整體降水變化的貢獻(xiàn)程度最高，其次為遼寧北部S1，西部S2以及東部地區(qū)S3?？傮w來看，遼寧不同地區(qū)的降水量均與遼寧降水量的變化存在較高的相關(guān)性，且在全球增暖減緩背景下，遼寧南部降水的增加趨勢(shì)最明顯，對(duì)遼寧整體降水變化的貢獻(xiàn)程度較高。

2.2 水汽輸送分布及變化特征

由圖4可看出，我國(guó)主要存在南北兩條水汽輸送帶，南支水汽來自孟加拉灣向西北地區(qū)輸送的水汽以及來自西太平洋副熱帶高壓西側(cè)經(jīng)過中國(guó)南海向北輸送的水汽。北支是來自歐洲中高緯經(jīng)貝加爾湖伴隨冷空氣帶來的向東輸送的水汽。分析可知，來自南支輸送帶的水汽主要影響遼寧東部和南部，而北支輸送帶的水汽主要影響遼寧西部。遼寧上空水汽通量以及水汽含量由南向北呈遞減趨勢(shì)，最大水汽通量值達(dá)到110 kg·(m·s)-1，水汽通量高值區(qū)位于遼寧東部，最大水汽值達(dá)到38 kg·m-2。同時(shí)，由圖4可知，水汽通過南邊界進(jìn)入遼寧，之后由北邊界輸出，從西邊界進(jìn)入遼寧，之后，水汽由東邊界輸出。

黑色等值線為整層水汽通量, 單位為 kg·(m·s)-1；填色區(qū)域?yàn)樗?，單位?kg·m-2圖4 1999—2018年夏季整層水汽通量與水汽含量空間分布Fig.4 Spatial distribution of water vapor flux and water vapor content in summer from 1999-2018

由遼寧各邊界水汽通量標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列(圖略)可知，遼寧省東南西北4個(gè)邊界上整層水汽通量均存在增加的趨勢(shì)，但其增加趨勢(shì)較弱，其中南邊界隨時(shí)間變化的增加趨勢(shì)較其他邊界明顯。表1分析了遼寧不同邊界水汽通量及經(jīng)緯向水汽凈通量與降水量的相關(guān)性，可以看出，遼寧南北邊界的水汽通量與降水量呈高度的正相關(guān)性，其中，南邊界的相關(guān)性程度最顯著，經(jīng)向水汽凈輸送與遼寧降水量存在顯著的相關(guān)性，而緯向水汽凈輸入量與降水量相關(guān)性程度不明顯。綜上所述，遼寧上空緯向水汽對(duì)降水的貢獻(xiàn)較小，經(jīng)向水汽對(duì)于降水的貢獻(xiàn)較緯向高，且南北邊界的水汽通量與降水量呈高度的正相關(guān)性，故而本文主要研究經(jīng)向水汽輸送對(duì)遼寧降水的影響。

表1 1999—2018年夏季遼寧不同邊界水汽通量及經(jīng)緯向水汽凈通量與遼寧降水區(qū)域平均的相關(guān)性Table 1 Correlation of water vapor flux at different borders and net water vapor flux in zonal and meridional directions with the precipitation in Liaoning province in summer from 1999-2018

2.3 水汽通量對(duì)遼寧省夏季降水的影響

2.3.1 大氣環(huán)流背景場(chǎng)的變化對(duì)遼寧經(jīng)向水汽輸送的影響

從1999—2018年夏季500 hPa平均位勢(shì)高度分布特征分析可知(圖5)，1999—2018年夏季我國(guó)北方地區(qū)受到西風(fēng)帶的控制。有研究表明[22-23]，冷空氣與西風(fēng)指數(shù)存在密切的關(guān)聯(lián)，所以西風(fēng)帶是影響我國(guó)北方地區(qū)降水的主要因素。同時(shí)，西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)的西南氣流是向降水地區(qū)輸送水汽的重要通道。遼寧省處于中緯地區(qū)，夏季西太平洋副熱帶高壓北上，其高壓脊西北側(cè)的西南氣流向遼寧省輸送暖濕空氣，與冷空氣交匯形成降水，所以，本文主要研究西風(fēng)帶以及西太平洋副熱帶高壓對(duì)遼寧經(jīng)向水汽輸送的影響。

黑色等值線為位勢(shì)高度, 單位為dagpm圖5 1999—2018年夏季500 hPa平均位勢(shì)高度分布Fig.5 Average potential height at 500 hPa in summer from 1999-2018

2.3.1.1 西風(fēng)帶對(duì)遼寧經(jīng)向水汽輸送的影響

從1999—2018年平均夏季緯向風(fēng)垂直切變場(chǎng)分布特征(圖6a)可以看出，30°—110°E、35°—45°N存在垂直風(fēng)切變中心，中心值達(dá)到15 m·s-1(圖6a中黑框所示)，與李萬莉等[21]得出的結(jié)論相一致，此區(qū)域內(nèi)氣象要素變化劇烈。李崇銀等[22]指出西風(fēng)垂直切變的存在有利于大氣行星波的垂直傳播。故而，依據(jù)李萬莉等[21]得出的關(guān)于區(qū)域西風(fēng)指數(shù)的結(jié)論，本文選擇30°—110°E、35°—45°N范圍研究區(qū)域西風(fēng)指數(shù)的變化對(duì)遼寧經(jīng)向水汽輸送的影響。圖6b為1999—2018夏季各經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)與遼寧經(jīng)向水汽通量相關(guān)性分布特征，表2為30°—110°E、35°—45°N范圍內(nèi)不同經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)變化趨勢(shì)，結(jié)合圖6b和表2可以看出，各經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)與遼寧經(jīng)向水汽通量相關(guān)性較弱，未通過顯著性檢驗(yàn)，但是仍可以看出，在30°—110°E、35°—45°N范圍內(nèi)，隨著經(jīng)度的增加，相關(guān)系數(shù)逐漸由負(fù)變正，在30°—80°E、35°—45°N范圍內(nèi)，各經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)與經(jīng)向水汽通量呈弱的負(fù)相關(guān)性，且此區(qū)域內(nèi)1999—2018年西風(fēng)指數(shù)的變化趨勢(shì)為負(fù)值；在80°—110°E、35°—45°N范圍內(nèi)，各經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)與遼寧經(jīng)向水汽通量呈弱的正相關(guān)性，且此區(qū)域內(nèi)西風(fēng)指數(shù)的變化趨勢(shì)均為正值。綜合上述結(jié)論可以得出，1999—2018年平均夏季30°—110°E、35°—45°N范圍內(nèi)各經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)與遼寧經(jīng)向水汽通量相關(guān)性較弱，西風(fēng)帶對(duì)經(jīng)向水汽通量的影響程度較差，但結(jié)合西風(fēng)指數(shù)的變化趨勢(shì)分析可知，西風(fēng)帶指數(shù)的弱變化仍可能會(huì)引起遼寧省經(jīng)向水汽通量的升高，從而導(dǎo)致遼寧南部降水的增加，但總體看來，西風(fēng)帶對(duì)遼寧經(jīng)向水汽通量影響程度弱。

黑色等值線為緯向風(fēng)垂直切變, 單位為 m·s-1圖6 1999—2018年夏季緯向風(fēng)垂直切變場(chǎng)(a) 和不同經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)與遼寧經(jīng)向輸送通量相關(guān)性(b)Fig.6 Vertical shear field of zonal wind (a) and the correlation between the westerly index and meridional water vapor flux at different longitudes (b) in summer during 1999-2018 in Liaoning province

表2 1999—2018年夏季不同經(jīng)度西風(fēng)指數(shù)變化趨勢(shì)Table 2 Trends of the westerly index at different longitudes in summer from 1999-2018

2.3.1.2 西太平洋副熱帶高壓對(duì)遼寧經(jīng)向水汽輸送的影響

表3分析了西太平洋副熱帶高壓面積、強(qiáng)度、脊線、西伸脊點(diǎn)與遼寧經(jīng)向水汽通量的相關(guān)性，可以看出，西太平洋副熱帶高壓脊線與遼寧經(jīng)向水汽通量的相關(guān)性程度最高，且相關(guān)性通過置信水平90%的顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.440，說明1999—2018年西太平洋副熱帶高壓脊線位置與遼寧經(jīng)向水汽通量呈高度正相關(guān)性，即西太平洋副熱帶高壓脊線位置的變化會(huì)直接導(dǎo)致遼寧經(jīng)向水汽通量的變化，從而造成遼寧南部地區(qū)降水的變化；而其他指數(shù)，如西太平洋副熱帶高壓面積、強(qiáng)度、西伸脊點(diǎn)與遼寧經(jīng)向水汽通量的相關(guān)性程度較弱，故而，本文選擇西太平洋副熱帶高壓脊線指數(shù)研究其對(duì)遼寧經(jīng)向水汽通量的影響。

表3 1999—2018年夏季西太平洋副熱帶高壓面積、強(qiáng)度、脊線、西伸脊點(diǎn)與遼寧經(jīng)向水汽通量相關(guān)性Table 3 Correlation of the area,intensity,ridge,line,and extension point of the western Pacific subtropical high with the meridional water vapor flux in Liaoning province in summer from 1999-2018

從西太平洋副熱帶高壓脊線位置與經(jīng)向水汽通量的相關(guān)性分布特征(圖7a)可以看出，西太平洋副熱帶高壓脊線與經(jīng)向水汽通量在遼寧南部相關(guān)性程度最高，且大部分通過置信水平為90%的顯著性檢驗(yàn)，說明西太平洋副熱帶高壓脊線位置的變化對(duì)遼寧南部的經(jīng)向水汽通量影響程度最明顯，從而直接決定了遼寧南部降水的變化趨勢(shì)。從西太平洋副熱帶高壓脊線位置時(shí)間變化序列(圖7b)可知，2018年的西太平洋副熱帶高壓位置偏北程度最高，達(dá)到29°N；而2008年的西太平洋副熱帶高壓位置最偏南，接近23°N，1999—2018年，西太平洋副熱帶高壓脊線位置存在一定的北移趨勢(shì)，其所在緯度值增加，由于高壓脊線位置與經(jīng)向水汽通量在遼寧南部的高相關(guān)性可知，1999—2018年西太平洋副熱帶高壓脊線的逐漸北移是造成遼寧經(jīng)向水汽通量增加的重要因素，從而導(dǎo)致遼寧南部降水量的增加。本部分主要討論了西太平洋副熱帶高壓脊線對(duì)遼寧南部降水的影響，但不能忽視的是高空槽后部的冷空氣也是影響降水強(qiáng)度的重要因素[24-25]，如2008年，從圖7 b可以看出，2008年西太平洋副熱帶高壓脊線位置最偏南但該年的遼寧南部乃至全區(qū)降水并沒有縮減的趨勢(shì)，反而較2007年有所增加。孫欣等[26]研究表明，2008年存在三次影響遼寧的主要降水過程，其中兩次西太平洋副熱帶高壓位置均偏南，但高空槽后部冷空氣較強(qiáng)，形成較深的高空槽，使得冷暖空氣在遼寧上空交匯，形成強(qiáng)度較大的降水；而2000年雖然西太平洋副熱帶高壓位置相對(duì)偏北，但該年遼寧上空冷暖空氣交匯發(fā)生頻率較低，降水的觸發(fā)機(jī)制相對(duì)不明顯，造成該年遼寧南部乃至遼寧全區(qū)降水量均較少。2018年受西太平洋副熱帶高壓外圍冷暖空氣以及臺(tái)風(fēng)外圍云系的影響，遼寧出現(xiàn)了5次較強(qiáng)的降水過程，但主要集中在遼寧的南部和東部地區(qū)，所以雖然2018年的西太平洋副熱帶高壓位置偏北程度最高，遼寧南部降水存在一定的增加，但同時(shí)期遼寧其他地區(qū)降水減少，故而遼寧全區(qū)的降水存在下降的趨勢(shì)。

圖a+表示置信水平通過90%的檢驗(yàn)；圖a黑色線表示線內(nèi)區(qū)域置信水平通過95%的檢驗(yàn)圖7 1999—2018年夏季西太平洋副熱帶高壓脊線位置與經(jīng)向水汽通量的相關(guān)性分布(a)和西太平洋副熱帶高壓脊線位置時(shí)間變化序列(b)Fig.7 Spatial distribution of the correlation between ridge position of western Pacific subtropical high and meridional water vapor flux (a) and the variation of time series of ridge position of western Pacific subtropical high (b) in summer from 1999-2018

2.3.2 經(jīng)向水汽輸送對(duì)遼寧夏季降水的影響

由圖8a分析可知，遼寧南部、東部及北部部分地區(qū)經(jīng)向水汽輸送與降水量呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)性均通過了置信水平90%的顯著性檢驗(yàn)，其中，兩者正相關(guān)性程度高值區(qū)位于遼寧南部。由圖8b可以看出，經(jīng)向水汽通量在遼寧的變化趨勢(shì)均呈較弱的增加趨勢(shì)，總體來看，經(jīng)向水汽通量增加趨勢(shì)的相對(duì)高值區(qū)位于遼寧北部。綜合圖8分析可知，遼寧南部為經(jīng)向水汽輸送與降水量正相關(guān)性程度高值區(qū)，且在此區(qū)域內(nèi)，經(jīng)向水汽通量的增加趨勢(shì)相對(duì)較高，故而全球增溫減緩期間，遼寧南部降水量的增加趨勢(shì)相對(duì)較高。雖然遼寧東部經(jīng)向水汽輸送與降水量相關(guān)性程度較高，但東部經(jīng)向水汽輸送的增加趨勢(shì)較弱，故而東部降水量的增加趨勢(shì)較遼寧南部弱。

圖a+表示置信水平通過90%的檢驗(yàn)；經(jīng)向水汽輸送變化趨勢(shì)單位為 kg·(m·s)-1·a-1圖8 1999—2018年夏季經(jīng)向水汽通量與降水量相關(guān)性(a)和經(jīng)向水汽通量變化趨勢(shì)(b)空間分布Fig.8 Spatial distribution of the correlation between meridional water vapor flux and precipitation (a) and interannual variation trend of meridional water vapor flux (b) in summer from 1999-2018

圖9a為1999—2018年夏季遼寧經(jīng)向水汽通量在39°—42.5°N、119°—126°E范圍內(nèi)進(jìn)行經(jīng)向平均后的垂直分布特征。由圖9可知，經(jīng)向平均經(jīng)向水汽通量正值高值區(qū)位于遼寧123°E、1000—900 hPa，遼寧對(duì)流層低層的經(jīng)向水汽通量均為正值區(qū)，東部整層經(jīng)向水汽通量同樣為正值區(qū)，且其值隨著高度的升高而降低，說明在遼寧東部，隨著高度上升，水汽的經(jīng)向通量減小。而遼寧西部(119°—121°E)對(duì)流層中層(750—300 hPa)經(jīng)向水汽通量為負(fù)值區(qū)，說明此區(qū)域內(nèi)水汽的經(jīng)向輸送以向南輸送為主，而其他區(qū)域以向北輸送為主。分析經(jīng)向平均經(jīng)向水汽通量變化趨勢(shì)可以看出，對(duì)流層低層經(jīng)向水汽通量增加趨勢(shì)相對(duì)顯著，其增加趨勢(shì)隨高度的升高而減小，增加趨勢(shì)的相對(duì)高值區(qū)位于121°—122°E、1000—900 hPa。總體分析，遼寧西部對(duì)流層低層的經(jīng)向水汽通量較東部的增加趨勢(shì)相對(duì)顯著，但西部經(jīng)向水汽通量較東部顯著偏低。

經(jīng)向平均經(jīng)向水汽通量單位為 kg·(m·s)-1，其變化趨勢(shì)單位為 kg·(m·s)-1·a-1圖9 1999—2018年夏季遼寧經(jīng)向平均經(jīng)向水汽通量(a)及其變化趨勢(shì)(b)垂直分布Fig.9 Vertical distribution of meridional-mean meridional water vapor flux (a) and interannual variation trend ofmeridional water vapor flux(b) in Liaoning province in summer from 1999-2018

圖10a為1999—2018年夏季遼寧經(jīng)向水汽通量在39°—42.5°N、119°—126°E范圍內(nèi)進(jìn)行緯向平均后的垂直分布特征。由圖10分析可知，緯向平均經(jīng)向水汽通量正值高值區(qū)位于遼寧39°—40°N、1000—950 hPa，遼寧對(duì)流層低層的經(jīng)向水汽通量均為正值區(qū)，遼寧南部整層經(jīng)向水汽通量為正值區(qū)，且其值隨著高度的升高而降低，說明遼寧南部隨著高度上升，水汽的經(jīng)向通量逐漸減小。遼寧北部(41°—43°E)對(duì)流層中層(600—300 hPa)經(jīng)向水汽通量為負(fù)值區(qū)，說明此區(qū)域內(nèi)水汽的經(jīng)向輸送以向南輸送為主，而其他區(qū)域以向北輸送為主。分析緯向平均經(jīng)向水汽通量變化趨勢(shì)可以看出，對(duì)流層低層經(jīng)向水汽通量增加趨勢(shì)相對(duì)顯著，其增加程度隨高度的升高而減小，增加趨勢(shì)的相對(duì)高值區(qū)位于42°—43°E、1000—900 hPa?？傮w看來，遼寧北部整層經(jīng)向水汽通量的增加趨勢(shì)較南部顯著，但北部經(jīng)向水汽通量較南部顯著偏低。綜合圖9和圖10分析可知，遼寧上空經(jīng)向水汽通量高值區(qū)主要位于遼寧南部地區(qū)的對(duì)流層低層，但其增加趨勢(shì)的中心區(qū)位于遼寧北部121°—122°E的對(duì)流層低層，對(duì)當(dāng)?shù)亟邓嬖陲@著影響。

緯向平均經(jīng)向水汽通量垂直單位為kg·(m·s)-1,其變化趨勢(shì)單位為kg·(m·s)-1·a-1圖10 1999—2018年夏季遼寧緯向平均經(jīng)向水汽通量(a)及其變化趨勢(shì)(b)垂直分布Fig.10 Vertical distribution of zonal-mean meridional water vapor flux (a) and interannual variation trend of zonal-mean meridional water vapor flux (b) in Liaoning province in summer from 1999-2018

由圖11a分析可知，遼寧整層經(jīng)向水汽通量與降水量均呈高度顯著的正相關(guān)，其中，遼寧東部對(duì)流層中低層800—500 hPa相關(guān)性程度最顯著，其置信水平通過95%的檢驗(yàn)。由西至東，正相關(guān)性逐漸增強(qiáng)，說明遼寧東部經(jīng)向水汽通量會(huì)直接影響遼寧降水量的變化特征，且東部對(duì)流層中低層的經(jīng)向水汽通量對(duì)遼寧降水量的變化影響顯著。圖11b給出了遼寧經(jīng)向平均經(jīng)向水汽通量與降水量相關(guān)性的垂直分布特征。分析表明，遼寧整層經(jīng)向水汽通量與降水量均呈顯著的正相關(guān)，其中，遼寧南部對(duì)流層中低層800—500 hPa相關(guān)性程度最顯著，其置信水平通過95%的檢驗(yàn)。由北至南，正相關(guān)性逐漸增強(qiáng)，遼寧南部的經(jīng)向水汽通量會(huì)直接影響遼寧降水量的變化特征，且南部對(duì)流層中低層的經(jīng)向水汽通量對(duì)遼寧降水量的變化影響顯著。綜合圖11分析可知，遼寧南部(即S4區(qū))對(duì)流層中低層經(jīng)向水汽通量與遼寧降水量存在顯著正相關(guān)，會(huì)直接影響遼寧降水量的變化趨勢(shì)，導(dǎo)致遼寧降水在全球變暖減緩背景下存在一定的增加趨勢(shì)。

圖中+表示置信水平通過95%的檢驗(yàn)圖11 1999—2018年夏季遼寧經(jīng)向平均(a)、緯向平均(b)水汽通量與降水量相關(guān)性垂直分布Fig.11 Vertical distribution of the correlation between meridional-mean (a)，zonal-mean (b) water vapor flux and precipitation in Liaoning province in summer from 1999-2018

3 結(jié)論

(1)全球增暖減緩背景下，遼寧降水量存在一定的增加趨勢(shì)，但趨勢(shì)較弱，其中南部降水的增加趨勢(shì)相對(duì)顯著，對(duì)遼寧整體降水變化的貢獻(xiàn)程度較高。

(2)遼寧上空主要由緯向西風(fēng)分量控制，但經(jīng)向水汽凈輸入量對(duì)降水的貢獻(xiàn)較緯向水汽凈輸入高。除北部外，遼寧南部經(jīng)向水汽通量的增加趨勢(shì)相對(duì)較高且南部為經(jīng)向水汽輸送與降水量正相關(guān)性高值區(qū)，故而，遼寧南部降水量的增加趨勢(shì)相對(duì)較高。

(3)西太平洋副熱帶高壓脊線的逐漸北移是造成遼寧經(jīng)向水汽通量增加的重要因素，從而導(dǎo)致遼寧南部降水量的增加。

(4)遼寧南部對(duì)流層整層的經(jīng)向水汽通量與遼寧降水量存在顯著正相關(guān)，會(huì)直接影響遼寧降水量的變化趨勢(shì)，導(dǎo)致遼寧降水在全球變暖減緩背景下存在一定的增加趨勢(shì)，且遼寧南部地區(qū)對(duì)流層中低層的經(jīng)向水汽輸送對(duì)降水的影響最為顯著。