東亞夏季風(fēng)活動(dòng)與中國(guó)東部夏季降水關(guān)系分析

張 丹，楊 洋，陳銀東，李文倩，楊承梅，張孝秀

(1.貴州省威寧自治縣氣象局，威寧 553100；2貴州省織金縣氣象局，織金 522100)

0 引言

中國(guó)是世界上季風(fēng)氣候最顯著的國(guó)家之一，東部地區(qū)雨季的起訖、雨帶的移動(dòng)、降水的變化均與東亞夏季風(fēng)的活動(dòng)密切相關(guān)[1]。因此，對(duì)東亞夏季風(fēng)活動(dòng)與中國(guó)東部夏季降水的時(shí)空變化特征之間的聯(lián)系進(jìn)行研究分析是十分必要的。

研究指出中國(guó)汛期降水常以夏季風(fēng)的建立而開(kāi)始，以夏季風(fēng)的撤退而告終，異常的夏季風(fēng)活動(dòng)常常導(dǎo)致不同地區(qū)出現(xiàn)降水異常而發(fā)生氣象災(zāi)害[2]。東亞夏季風(fēng)的向北推進(jìn)特征與中國(guó)東部地區(qū)夏季降水的相關(guān)性主要表現(xiàn)在雨帶位置的變化上，中國(guó)東部雨帶一般以2次北跳(最早出現(xiàn)在華南地區(qū)，其次至長(zhǎng)江流域，之后至華北地區(qū))、3次準(zhǔn)靜止的方式隨時(shí)間自南向北推進(jìn)。東部夏季雨帶的由南向北移動(dòng)和停滯與中國(guó)東部地區(qū)的雨季降水情況有著緊密的聯(lián)系。研究表明夏季風(fēng)強(qiáng)度變化和推進(jìn)過(guò)程對(duì)旱澇的發(fā)生有重要的影響，在強(qiáng)東亞夏季風(fēng)年?yáng)|部汛期降水主要集中在華南及華北，江淮降水偏少。弱的東亞夏季風(fēng)年，東部汛期降水主要集中在江淮，而華南及華北偏少[3-5]。

1 資料和方法

文章用到的資料包括：1)NCEP/NCAR再分析資料集中的各層位勢(shì)高度場(chǎng)、水平風(fēng)場(chǎng)、比濕等，資料水平分辨率為2.5°×2.5°；2)文章中氣候態(tài)平均時(shí)段為1981—2010年，文章的夏季指6—8月；3)計(jì)算東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)利用施能[6]等定義的方法。

2 2016年夏季降水異常特征

2016年夏季氣溫較常年同期偏高0.9 ℃，極端高溫事件頻發(fā)；全國(guó)夏季平均降水量高達(dá)343.4 mm，較常年偏多5.6%，是1999年以來(lái)降水量第二多的年份。中國(guó)東部2016年夏季氣候異常，氣溫總體偏高，暴雨洪澇和臺(tái)風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重，長(zhǎng)江中下游出現(xiàn)嚴(yán)重汛情，氣象災(zāi)害造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

從中國(guó)東部夏季各月的降水距平百分率分布情況來(lái)看，6月長(zhǎng)江流域及以北地區(qū)出現(xiàn)大范圍降水偏多現(xiàn)象，偏多20%～50%，華南地區(qū)降水偏少；7月長(zhǎng)江及以北地區(qū)的降水正距平區(qū)域范圍較6月明顯縮小，降水中心區(qū)集中于河套、江漢至江淮一帶，降水異常偏多50%～80%。8月降水特征與6、7月相比發(fā)生了很大轉(zhuǎn)變，東部除華南南部降水偏多10%～50%外，其他地區(qū)降水均普遍偏少。

整體上，2016年中國(guó)夏季降水大范圍偏多，洪澇災(zāi)害嚴(yán)重，降水異常集中。從降水的季節(jié)演變情況來(lái)看，2016年降水的季節(jié)性推進(jìn)特征不太明顯：6—7月，降水偏多的地區(qū)基本一直維持在長(zhǎng)江流域及河套至華北一帶。8月，東部大部地區(qū)為多干旱少雨天氣，僅華南降水偏多。

3 2016年夏季大尺度大氣環(huán)流特點(diǎn)

文章分析了中國(guó)東部地區(qū)2016年夏季和各月500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)及距平分布情況。

從月時(shí)間尺度分析： 6月高緯地區(qū)呈“一槽一脊”的環(huán)流形勢(shì)，貝加爾湖西北側(cè)和鄂霍茨克海分別有阻塞高壓存在，高壓中心強(qiáng)度均偏強(qiáng)。兩阻塞高壓之間有1個(gè)寬槽，中國(guó)東北處于槽區(qū)，為負(fù)的距平。副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，脊點(diǎn)偏西，副高脊線位置偏北。7月貝加爾湖西北側(cè)阻塞高壓減弱且逐漸向北收縮，鄂霍茨克海高壓中心偏強(qiáng)。中高緯的環(huán)流變得更加平直，副高較6月明顯北抬；副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，脊點(diǎn)偏西。8月，環(huán)流形勢(shì)與前兩個(gè)月相比發(fā)生了明顯的變化：位于中國(guó)北部的大槽東移到日本附近，鄂霍茨克海存在的高壓中心強(qiáng)度增強(qiáng)，河套上空被高壓脊控制；副高異常偏北，副高中心一分為二。一個(gè)向東退回到日本海以東的洋面上，另外一個(gè)中心與大陸高壓結(jié)合，中國(guó)東部開(kāi)始被高壓控制。從距平場(chǎng)來(lái)看，華南地區(qū)為高度負(fù)距平區(qū)，這與8月華南地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響有很大的關(guān)系。8月是華南地區(qū)臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，第四號(hào)臺(tái)風(fēng)“妮妲”于8月2日在廣東深圳市沿海登陸；第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“電母”于8月18日在廣東湛江登陸，臺(tái)風(fēng)的活動(dòng)給華南地區(qū)帶來(lái)大量降水。

從夏季平均來(lái)看，雖然中高緯度的流場(chǎng)表現(xiàn)出西部位勢(shì)高東部位勢(shì)低的環(huán)流特征，但因?yàn)橹袊?guó)北部位于槽區(qū)，所以西風(fēng)環(huán)流還是較為平直。冷空氣勢(shì)力較弱，西風(fēng)環(huán)流上以短波槽脊的波動(dòng)為主。2016年夏季，西太副高脊線出現(xiàn)偏南或者偏北顯現(xiàn)不明顯，可以認(rèn)為幾乎位于常年位置；結(jié)合距平場(chǎng)分析和2016年副高強(qiáng)度來(lái)看副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，西脊點(diǎn)偏西。有利于副高外圍的西南暖濕氣流向長(zhǎng)江中下游及華北輸送，降水大面積偏多。

4 東亞夏季風(fēng)的建立及推進(jìn)

4.1 東亞夏季風(fēng)的建立

南海作為東亞季風(fēng)最早從冬季風(fēng)轉(zhuǎn)為夏季風(fēng)的地區(qū)，一般認(rèn)為其夏季風(fēng)的爆發(fā)代表著東亞夏季風(fēng)開(kāi)始建立。一般公認(rèn)的南海夏季風(fēng)爆發(fā)的平均日期為5月第4候。同時(shí)當(dāng)南海季風(fēng)爆發(fā)時(shí)有以下特征：1)溫濕場(chǎng)等氣象要素特征發(fā)生顯著改變；2)南海地區(qū)的上空對(duì)流層低層850 hPa盛行西南風(fēng)；3)西太副高的主體逐漸向東移動(dòng)撤出南海。文章依據(jù)《南海夏季風(fēng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)》[7]，總結(jié)出夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間最主要的判定依據(jù)是：當(dāng)某候南海夏季風(fēng)的監(jiān)測(cè)區(qū)域南部(5°N～10°N，110°E～120°E)、中部(10°N～15°N，110°E～120°E)或北部(15°N～20°N，110°E～120°E)中至少2個(gè)區(qū)域平均的850 hPa緯向風(fēng)速大于零；且南海季風(fēng)監(jiān)測(cè)區(qū)的候平均850 hPa假相當(dāng)位溫≥340 K(θse≥340 K)時(shí)可認(rèn)為南海夏季風(fēng)爆發(fā)。

從2016年5月第3候850 hPa平均θse、風(fēng)場(chǎng)可以看出，西太副高的西脊端(高度場(chǎng)略)位于中南半島地區(qū)。南海地區(qū)仍被西太平洋副熱帶高壓占據(jù)著，緯向風(fēng)速小于零。大氣較為干燥，假相當(dāng)位溫(θse)維持在330～335 K，θse<340 K。中南半島東部至南海中部海域有假相當(dāng)位溫的相對(duì)大值區(qū)，該區(qū)域上空被南風(fēng)或西南風(fēng)控制，但這并不屬于東亞夏季風(fēng)的特性。因?yàn)橹心习雿u東部至南海中部海域處于西太副高外圍的西南風(fēng)或南風(fēng)與孟加拉網(wǎng)南支槽前西南風(fēng)的匯合地帶，所以大氣相對(duì)潮濕。5月第3候的時(shí)候850 hPa風(fēng)場(chǎng)和假相當(dāng)位溫場(chǎng)均不滿足南海夏季風(fēng)的監(jiān)測(cè)條件。所以南海夏季風(fēng)沒(méi)有爆發(fā)，5月第3候東亞夏季風(fēng)沒(méi)有建立。

從5月第5候分析來(lái)看，蘇門(mén)答臘島西側(cè)南半球熱帶反氣旋向北推進(jìn)，西太副高壓向東收縮明顯。此時(shí)，熱帶的反氣旋外圍西南風(fēng)和孟加拉灣輸送到南海北部的西南風(fēng)氣流開(kāi)始連接，并一起在南海爆發(fā)。5月第5候南海地區(qū)高空大部被西南風(fēng)控制，而且θse>340 K。所以5月第5候的風(fēng)場(chǎng)和位溫場(chǎng)都滿足中國(guó)氣象局規(guī)定的南海夏季風(fēng)建立的標(biāo)準(zhǔn)，因此可以認(rèn)為東亞夏季風(fēng)開(kāi)始建立。從建立的時(shí)間來(lái)看，一般認(rèn)為東亞夏季風(fēng)的建立正常日期為5月第4候。因此2016年?yáng)|亞夏季風(fēng)建立的日期相對(duì)偏晚。

4.2 東亞夏季風(fēng)在中國(guó)東部的演變特征及對(duì)區(qū)域天氣氣候的影響

從東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)(圖1)可以看出2016年?yáng)|亞夏季風(fēng)強(qiáng)度明顯較常年偏弱。圖2為中國(guó)2016年?yáng)|部850 hPa逐候緯向風(fēng)時(shí)間-維度剖面，圖中5月第5候的時(shí)候，在10°N 附近有一個(gè)西南風(fēng)的大值中心。南海地區(qū)底層緯向風(fēng)場(chǎng)開(kāi)始由東風(fēng)大面積轉(zhuǎn)為西風(fēng)，且西風(fēng)爆發(fā)性的向北擴(kuò)張。標(biāo)志著東亞夏季風(fēng)在5月第5候開(kāi)始建立。之后，6月第1候時(shí)西南風(fēng)的大值中心位于25°N左右，華南大部分地區(qū)已經(jīng)被西南風(fēng)控制，一直維持到6月第3候之前，夏季風(fēng)的前沿沒(méi)有出現(xiàn)明顯的向北推進(jìn)過(guò)程，一直擺動(dòng)維持在華南地區(qū)。6月中旬之前降水主要集中在華南地區(qū)。6月第4候西南風(fēng)前沿推進(jìn)到30°N附近。7月第2候西南風(fēng)前沿明顯南落到華南地區(qū)，但之后又迅速向北推進(jìn)，夏季風(fēng)前沿在江淮流域維持了6候左右，維持時(shí)間偏長(zhǎng)。

圖1 1990-2016年?yáng)|亞夏季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)

圖2 2016年4—9月中國(guó)東部(105°E—120°E)850 hPa逐候緯向風(fēng)時(shí)間-維度剖面

長(zhǎng)江流域?yàn)榇蠓秶┯晏鞖?，常常引發(fā)洪澇災(zāi)害。值得關(guān)注的是，6月3候至6月5候，華北地區(qū)已有正的緯向風(fēng)，從850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平可看成副高外圍的異常西南風(fēng)部分南支分量自南向北可一直到達(dá)黃河中下游地區(qū)，為華北地區(qū)提供了大量暖濕西南氣流。造成6月華北地區(qū)降水異常偏多。7月第2候以后南海夏季風(fēng)逐漸加強(qiáng)，由于大氣傳播的滯后效應(yīng)，7月第5候時(shí)大陸上的西南風(fēng)前沿向北推進(jìn)但維持在40°N以南，維持時(shí)間短。為2016年夏季西風(fēng)推進(jìn)的最高緯度。與氣候意義下平均北推到40°N～45°N相比，2016年?yáng)|亞季風(fēng)前沿向北推進(jìn)稍微偏南，與季風(fēng)強(qiáng)度弱有關(guān)。8月第1候的時(shí)候，夏季風(fēng)前沿已南落到華南，南落時(shí)間偏早，造成華北雨季結(jié)束偏早。因此華北降水主要集中在6月和7月[8]。

5 東亞夏季風(fēng)活動(dòng)與水汽輸送

伴隨著夏季風(fēng)由南向北推進(jìn)過(guò)程，主要雨帶也發(fā)生了變化。在季風(fēng)發(fā)展的不同階段，水汽輸送方向和強(qiáng)度的差異將對(duì)降水的強(qiáng)度和降水中心位置產(chǎn)生很大的影響。

文章分別對(duì)2016年夏季汛期降水距平情況及夏季風(fēng)建立時(shí)間、強(qiáng)度指數(shù)、由南向北的推進(jìn)變化特征進(jìn)行了分析。從6月平均地面至700 hPa整層水汽通量距平及水汽通量散度距平場(chǎng)看，西太平洋到南海存在一個(gè)反氣旋性的水汽通量距平環(huán)流場(chǎng)。從華南到長(zhǎng)江中下游都有來(lái)自西太副高和南海南部的偏強(qiáng)的水汽輸送。且水汽通量的輻合區(qū)主要在長(zhǎng)江中下游以北地區(qū)，這也對(duì)應(yīng)了6月長(zhǎng)江中下游及以北地區(qū)降水異常偏多的現(xiàn)象。7月，西太平洋到南海的反氣旋性的水汽通量距平環(huán)流場(chǎng)范圍明顯縮小，成為兩個(gè)獨(dú)立的反氣旋性的水汽通量距平環(huán)流場(chǎng)，一個(gè)位于南海，另一個(gè)位于西太平洋。水平通量散度距平分布與6月相比基本類似，但水汽通量輻合區(qū)有一定的北抬。8月，西太平洋的洋面上出現(xiàn)一個(gè)較大范圍的氣旋性的水汽通量環(huán)流型，中國(guó)東部大部分區(qū)域處于其外圍偏北風(fēng)的水汽通量流場(chǎng)中，大部分被水汽通量散度正的距平控制，不利于降水的產(chǎn)生。而華南南部為負(fù)的水汽通量散度距平，有利于降水的形成。

從夏季平均來(lái)看，中國(guó)南海地區(qū)存在一個(gè)較大范圍的反氣旋性的水汽通量環(huán)流，南海地區(qū)水汽輸送對(duì)中國(guó)東部的降水有微弱的正貢獻(xiàn)。但從水汽輻合來(lái)看除華南地區(qū)外，其他地區(qū)均為水汽通量輻合區(qū)，有利于降水的發(fā)生?？偟膩?lái)說(shuō)，水汽場(chǎng)的演變與季風(fēng)的演變有關(guān)，從而形成了季風(fēng)與降水非常相似的演變過(guò)程。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章利用相關(guān)資料診斷分析了2016年?yáng)|亞夏季風(fēng)活動(dòng)和中國(guó)東部地區(qū)夏季降水異常之間的聯(lián)系，指出了夏季降水異常特征、夏季大尺度大氣環(huán)流特點(diǎn)及東亞夏季風(fēng)的建立和推送等氣候活動(dòng)特點(diǎn)，以期為相關(guān)工作開(kāi)展提供參考。