湖南春雨特征及異常成因分析*

張劍明 葉成志 曾宇星 謝益軍

1 湖南省氣候中心，長(zhǎng)沙 410118

2 湖南省氣象科學(xué)研究所，長(zhǎng)沙 410118

3 氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410118

提 要： 確定了湖南春雨建立的上游西南風(fēng)速關(guān)鍵區(qū)，定義了湖南春雨監(jiān)測(cè)指標(biāo)，分析了湖南春雨指標(biāo)的時(shí)間變化特征及春雨的空間分布特征，探討了湖南春雨強(qiáng)、弱年大氣環(huán)流和水汽輸送的異常及前期海溫異常特征。結(jié)果表明，湖南春雨發(fā)生的時(shí)段氣候平均為第13～27候，不同年份開始和結(jié)束的早晚不盡相同，湖南春雨量在20世紀(jì)80年代中期以前、2014年以后偏多，20世紀(jì)80年代中期至2013年偏少，空間分布表現(xiàn)為自東部、南部向西部、北部逐漸遞減。全省一致偏多(偏少)型可以較好地表現(xiàn)湖南春雨的主要空間分布型特征。全省一致型強(qiáng)春雨年，西太平洋副熱帶高壓明顯偏強(qiáng)、偏西，印緬槽偏弱，低層風(fēng)場(chǎng)在我國(guó)江南地區(qū)有異常氣旋環(huán)流控制，湖南為異常氣旋環(huán)流中心，導(dǎo)致春雨偏強(qiáng)；全省一致型弱春雨年，西太平洋副熱帶高壓明顯偏弱、印緬槽偏強(qiáng)，低層風(fēng)場(chǎng)在西南地區(qū)東部至江南有一個(gè)異常反氣旋，湖南為水汽異常輻散中心，導(dǎo)致春雨偏弱。事件發(fā)展的次年，湖南春雨開始早、雨期長(zhǎng)、雨量偏多、強(qiáng)度強(qiáng)；反之，事件發(fā)展的次年，湖南春雨開始晚、雨期短、雨量偏少、強(qiáng)度弱。

引 言

每年春季位于長(zhǎng)江中下游以南的江南春雨，是東亞獨(dú)特的天氣氣候現(xiàn)象(萬(wàn)日金和吳國(guó)雄，2008)。江南春雨是中國(guó)乃至東亞地區(qū)最早出現(xiàn)的雨季(萬(wàn)日金和吳國(guó)雄，2006；胡雅君等，2017)，通常指我國(guó)江南地區(qū)發(fā)生的持續(xù)低溫陰雨天氣，對(duì)該區(qū)域的春耕春播、交通造成不利的影響。江南春雨是南海夏季風(fēng)爆發(fā)之前我國(guó)江南地區(qū)春季的一段持續(xù)而相對(duì)穩(wěn)定的多雨期，它是除了初夏在長(zhǎng)江中下游梅雨季節(jié)外的又一個(gè)多雨時(shí)段。江南地區(qū)春季降水年際變化非常大：2011年，長(zhǎng)江中下游地區(qū)春雨異常偏少，較常年同期偏少5成以上，為近60年最少，出現(xiàn)近60年最重的冬春連旱，干旱使江河、湖泊、水庫(kù)水位異常偏低，對(duì)水稻插秧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、水運(yùn)及人們生活、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響(唐文苑，2011；李瑩等，2012)；而2014年5月，江南春雨異常偏多(侯威等，2015；蔡雪薇和張芳華，2014)，共出現(xiàn)4次大范圍強(qiáng)降水過(guò)程，其中5月21—26日的強(qiáng)降水過(guò)程降雨量大、影響范圍廣、局地強(qiáng)度強(qiáng)、災(zāi)害損失重，共造成福建、江西、湖南、廣東、廣西、貴州6省(自治區(qū))405萬(wàn)人受災(zāi)，39人死亡或失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)61億元。

20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)很多氣象工作者對(duì)江南春季連陰雨進(jìn)行了廣泛的研究(高由禧等，1962；中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所二室，1977；吳寶俊和彭治班，1996；He et al，2003；Ding et al，2004；Lü et al，2006)。包澄瀾(1980)將3—4月我國(guó)華南地區(qū)的多雨時(shí)段稱為汛期雨季，Tian and Yasunari(1998)提出春季持續(xù)降水的概念(spring persistent rains，中英文簡(jiǎn)稱分別為江南春雨和SPR)，將江南春雨作為氣候事件提出，并指出西部中南半島與東部的西太平洋至菲律賓之間的熱力對(duì)比是導(dǎo)致江南春雨發(fā)生的成因。萬(wàn)日金和吳國(guó)雄(2006)認(rèn)為從第13～27候發(fā)生于我國(guó)長(zhǎng)江以南(30°N)、110°E以東、雷州半島以北的我國(guó)中東部地區(qū)的持續(xù)性降水為江南春雨，并認(rèn)為青藏高原在江南春雨的氣候形成中起到了根本性的作用。王遵婭和丁一匯(2008)通過(guò)分析我國(guó)雨季的氣候?qū)W特征，將第21～27候劃分為江南春雨期，雨帶主要位于23°～28°N的長(zhǎng)江以南地區(qū)，江南春雨期屬于西風(fēng)帶影響較強(qiáng)而季風(fēng)影響較弱時(shí)期。劉宣飛和袁旭(2013)將南海季風(fēng)爆發(fā)前(第28候)出現(xiàn)在長(zhǎng)江以南、南嶺以北地區(qū)的降水統(tǒng)稱為江南春雨，并將第10～15候、第16～27候分為江南春雨期的兩個(gè)階段。張博等(2018)通過(guò)定義表征江南春雨變化特征的環(huán)流指數(shù)，并分析了該指數(shù)與降水和大氣環(huán)流的關(guān)系。

湖南是中國(guó)東部大陸雨季開始早、春雨比重大的省份之一，其多年平均春季降水量占全年降水量的34.7%，其中中南部達(dá)36%～40%(圖1a)。從春季降水量年際分布來(lái)看(圖1b)，1992年春季降水可占到全年降水的45%以上，而少的年份只占了不到30%(1982、1993、2007、2011、2015年等)，可見同為春雨，不同年份降水的時(shí)空分布相差甚多，其差別與春雨的范圍、當(dāng)年春雨開始的時(shí)間早晚、雨期長(zhǎng)度、春雨強(qiáng)度有著直接的關(guān)系。而湖南春雨只是一個(gè)氣候意義上的概念，對(duì)具體某一年來(lái)說(shuō)，春雨何時(shí)開始、何時(shí)結(jié)束、春雨強(qiáng)度如何，目前還沒(méi)有形成一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)。江南春雨的建立是發(fā)生在冬春季大氣環(huán)流的緩變過(guò)程中，是冬季雨型向夏季雨型的過(guò)渡(王遵婭和丁一匯，2008；李超，2009)，缺乏標(biāo)志性環(huán)流形勢(shì)的調(diào)整，這給江南春雨建立時(shí)間的確定帶來(lái)一定的困難。本文通過(guò)定義湖南春雨(spring persistent rains in Hunan，SPRH)，建立春雨監(jiān)測(cè)指標(biāo)，為區(qū)域春雨監(jiān)測(cè)提供客觀評(píng)估依據(jù)。通過(guò)研究春雨強(qiáng)、弱年同期環(huán)流異常及前期海溫異常特征，可為湖南春雨業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)提供參考信息。

圖1 1980—2019年湖南春季降水量在全年降水量的占比(a)多年平均空間分布,(b)逐年變化(藍(lán)色、橙色圓圈分別表示占比超過(guò)45%、低于30%的年份)Fig.1 The spring precipitation percentage in the annual precipitation in Hunan from 1980 to 2019 (a) spatial distribution of multiple-year mean, (b) temporal variation(Blue and orange circles denote the years with spring precipitation accounting for more than 45%, less than 30% of annual precipitation, respectively)

1 資料與方法

本文所用資料包括湖南省97個(gè)地面氣象站1980—2019年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，采用的資料均進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。再分析資料來(lái)源于美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國(guó)家大氣研究中心(NCEP/NCAR)水平分辨率為2.5°×2.5°經(jīng)緯網(wǎng)格的日再分析資料(Kalnay et al，1996)，包括位勢(shì)高度、緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)、比濕和地面氣壓等，時(shí)間段為1980—2019年；美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)水平分辨率為2°×2°經(jīng)緯網(wǎng)格的月平均海洋表面溫度重建資料(Reynolds et al，2002)，時(shí)間段同上。

采用梁建茵等(1999)對(duì)西南風(fēng)風(fēng)速定義的方法：

式中：F為風(fēng)速，Φ為風(fēng)向，u、v分別為經(jīng)、緯向風(fēng)速，VSW為平均風(fēng)在西南—東北方向上的投影，VSW>0時(shí)為西南風(fēng)分量，以此來(lái)表征風(fēng)向的轉(zhuǎn)變及西南風(fēng)的強(qiáng)度。

采用經(jīng)驗(yàn)正交分解方法(魏鳳英，2007)分析湖南春雨的空間分布特征，采用小波分析方法(Torrence and Compo，1998；林振山和鄧自旺，1999)分析湖南春雨指標(biāo)的周期性。

本文氣候平均態(tài)均采用1980—2019年的平均值。水汽整層積分由地表至300 hPa(丁一匯，2005；Yi，1995)。

2 湖南春雨定義的確定

春雨的建立標(biāo)志是干冷冬季結(jié)束，濕暖春季開始，此時(shí)青藏高原南側(cè)西南風(fēng)風(fēng)速增大，我國(guó)江南地區(qū)降水明顯增加(萬(wàn)日金等，2008)。從1980—2019年湖南第13～27候總降雨序列與同期850 hPa風(fēng)場(chǎng)及西南風(fēng)風(fēng)速相關(guān)(圖2)可以發(fā)現(xiàn)，降雨序列與850 hPa 風(fēng)場(chǎng)在中南半島至我國(guó)南方地區(qū)存在顯著的相關(guān)區(qū)域，降雨序列與850 hPa西南風(fēng)風(fēng)速在中南半島至我國(guó)東海地區(qū)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.4以上(通過(guò)0.01 顯著性水平檢驗(yàn))，我國(guó)南海北部至華南南部地區(qū)的相關(guān)系數(shù)甚至達(dá)到了0.6以上。湖南春雨上游區(qū)域(17.5°～22.5°N、105°～110°E，圖2藍(lán)色虛線方框)的相關(guān)系數(shù)也在0.6以上，多年平均春雨期850 hPa風(fēng)場(chǎng)圖(圖略)可以發(fā)現(xiàn)湖南春雨上游區(qū)域?yàn)槲髂巷L(fēng)風(fēng)速大值區(qū)，因此將該區(qū)域作為湖南春雨建立的關(guān)鍵區(qū)域。

圖2 1980—2019年湖南第13～27候降雨序列與同期850 hPa西南風(fēng)風(fēng)速的相關(guān)(填色)，及與850 hPa風(fēng)場(chǎng)相關(guān)(矢量箭頭)(藍(lán)色虛線方框?yàn)楹洗河晟嫌挝髂巷L(fēng)速區(qū)，黑色粗箭頭表示850 hPa風(fēng)場(chǎng)通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)的區(qū)域，灰色區(qū)域?yàn)榍嗖馗咴?Fig.2 Correlation coefficient of the 13th-27th pentad rainfall in Hunan to 850 hPa southwest wind speed (colored), and with 850 hPa wind (vector arrows) from 1980 to 2019(Blue dotted box denotes upwind southwest area of SPRH, thick black arrows denote the area of 850 hPa wind speed having passed the significance test, gray area denotes the Qinghai-Tibet Plateau)

選擇每年從2月即全年第7候開始，當(dāng)湖南候平均日降水量不小于4 mm，同時(shí)其上游區(qū)域(17.5°～22.5°N、105°～110°E，圖2)850 hPa候平均西南風(fēng)速不小于4 m·s-1，并且在緊接其后的3候中至少有1候滿足上述條件(萬(wàn)日金和吳國(guó)雄，2008)，則認(rèn)為該候?yàn)楹洗河杲⒌某跏紩r(shí)間，即湖南春雨建立日期，由此得到反映湖南春雨建立早晚的時(shí)間指數(shù)。

南海夏季風(fēng)是東亞季風(fēng)的重要組成部分，南海夏季風(fēng)的爆發(fā)標(biāo)志著冬季環(huán)流向夏季環(huán)流的轉(zhuǎn)變，也預(yù)示著東亞夏季風(fēng)的來(lái)臨和中國(guó)主雨季的開始(柳艷菊和丁一匯，2007)。因此可以認(rèn)為南海夏季風(fēng)爆發(fā)前一候?yàn)楹洗河杲Y(jié)束時(shí)間，由此得到反映湖南春雨結(jié)束早晚的時(shí)間指數(shù)。

湖南春雨建立和結(jié)束之間的時(shí)段為湖南春雨期，此期間的降雨總量即為湖南春雨量。

湖南區(qū)域春雨強(qiáng)度指數(shù)(Si)的計(jì)算公式為：

式中：R為某一年春雨量(單位：mm)，R0為歷年春雨量的氣候平均值，SR為春雨量的氣候均方差，L為某一年春雨期的長(zhǎng)度(單位：d)，L0為歷年春雨期長(zhǎng)度的氣候平均值，SL為春雨期長(zhǎng)度的氣候均方差。

3 春雨的時(shí)空變化特征

3.1 春雨的時(shí)間變化

1980—2019年湖南春雨開始、結(jié)束日期及長(zhǎng)度時(shí)間序列(圖3a)表明，湖南春雨多年平均建立日期為第13.3候(3月第2候)，與氣候平均第 13候的西南風(fēng)速和降水顯著增長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明該指數(shù)判據(jù)的選取還是比較適當(dāng)?shù)?；春雨多年平均結(jié)束日期為第27.6候(5月第3候)；春雨共經(jīng)歷了16候，春雨最早開始日期為第7候(1992年、1998年)，最晚開始日期為第25候(2011年)；春雨期最短持續(xù)時(shí)間為1候(2011年)，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為24候(2014年)?？梢园l(fā)現(xiàn)，湖南春雨發(fā)生的時(shí)段氣候平均為第13～27候，但不同年份開始和結(jié)束的早晚不盡相同。

圖3 1980—2019年湖南(a)春雨開始、結(jié)束、雨期長(zhǎng)度，(b)春雨量，(c)春雨強(qiáng)度指數(shù)的逐年變化Fig.3 The time series of onset date, end date and duration (a), rainfall amount (b) and intensity index (c) of SPRH from 1980 to 2019

1980—2019年湖南春雨量的逐年變化(圖3b)表明，湖南春雨量在26.4 mm(2011年)～648.9 mm(1992年)，多年平均春雨量為415.8 mm；20世紀(jì)80年代中期、2014年以后偏多，其余時(shí)段偏少，其中偏多年份有1981、1992、2014、2016年，偏少的年份有1986、1991、1994、2008、2011、2018年。

1980—2019年湖南春雨強(qiáng)度指數(shù)的逐年變化(圖3c)表明，湖南春雨強(qiáng)度指數(shù)在-3.37(2011年)～1.98(2014年)，其中：強(qiáng)春雨年是6 a、較強(qiáng)春雨年是9 a、正常春雨年是12 a、較弱春雨年是5 a、弱春雨年是8 a；弱春雨年均發(fā)生1990年以后，其中20世紀(jì)90年代是3 a、21世紀(jì)以后是5 a。

3.2 春雨的周期變化

湖南春雨量存在2～3、3～5、8～10 a和18 a左右的振蕩周期(圖4a)，Morlet小波功率譜表明(圖5a)，2～3 a振蕩周期在20世紀(jì)90年代中期以前及2005年以后較顯著，3～5 a振蕩周期在20世紀(jì)90年代初至2012年較顯著。

春雨期存在2～3、4～5、8～10 a和18 a左右的振蕩周期(圖4b)，其中2～3 a振蕩周期整個(gè)研究時(shí)段均較顯著，8～10 a振蕩周期在2006—2011年較顯著(圖5b)。

圖4 1980—2019年湖南(a)春雨量，(b)春雨期，(c)春雨強(qiáng)度指數(shù)Morlet小波系數(shù)實(shí)部等值線分析Fig.4 The Morlet wavelet analysis of rainfall (a), length of rainy season (b) and intensity index (c) of SPRH from 1980 to 2019

圖5 同圖4，但為Morlet小波功率譜分析(黑實(shí)線表示通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)，虛線以下區(qū)域表示去除邊界效應(yīng)的周期尺度)Fig.5 Same as Fig.4, but for the Morlet wavelet power spectrum analysis(Solid lines denote power spectrum having passed the 0.05 significant level test and regions below the dashed line denote the period scale after the removal of the boundary effect)

春雨強(qiáng)度在本世紀(jì)初以前存在2～3、4～5、10 a和18 a左右的振蕩周期，21世紀(jì)初以后存在2、8和18 a左右的振蕩周期(圖4c)，其中2～3 a振蕩周期在整個(gè)研究時(shí)段均較顯著，4～5 a振蕩周期在20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)初較顯著(5c)。

3.3 春雨量的空間分布特征

1980—2019年平均湖南春雨量的空間分布(圖6)表明，湖南多年平均春雨量為292.9～569.8 mm，空間分布形態(tài)表現(xiàn)為自東部、南部向西部、北部逐漸遞減，其中株洲、長(zhǎng)沙、郴州、永州及益陽(yáng)南部春雨量在450 mm以上，湘西州、張家界、懷化西部、常德西北部在350 mm以下。湖南春雨量存在2個(gè)高值區(qū)和1個(gè)低值區(qū)，高值區(qū)位于株洲中部、永州西南部，低值區(qū)位于湘西州北部。

圖6 1980—2019年湖南春雨量的多年平均空間分布Fig.6 Spatial distribution of multiple-year mean of the rainfall of SPRH from 1980 to 2019

3.4 春雨量的空間分布型

對(duì)1980—2019年湖南春雨進(jìn)行EOF分解得到前兩個(gè)模態(tài)。第一模態(tài)(方差貢獻(xiàn)為70.1%)在湖南均為正值，表明湖南春雨具有較好的空間一致性，春雨量普遍偏多或偏少，其中第一模態(tài)正值的大值區(qū)主要分布在湘中以南地區(qū)(圖7a)。采用1.2倍標(biāo)準(zhǔn)差為基準(zhǔn)，得到第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)異常年份，其中1981、1992、2014、2016年超過(guò)1.2倍標(biāo)準(zhǔn)差，為全省一致強(qiáng)春雨型；1991、1994、2008、2011年超過(guò)-1.2倍標(biāo)準(zhǔn)差，為全省一致弱春雨型(圖7b)。

第二模態(tài)(方差貢獻(xiàn)為10.1%)在湖南呈“北負(fù)南正”分布，零等值線基本沿湖南省中部一線分布(圖7c)，說(shuō)明湖南春雨呈南北反位相的關(guān)系，即南部偏多北部偏少或南部偏少北部偏多。采用1.2倍標(biāo)準(zhǔn)差為基準(zhǔn)，得到第二模態(tài)時(shí)間系數(shù)異常年份，其中1999、2002、2003、2015、2018年超過(guò)-1.2倍標(biāo)準(zhǔn)差，為北部偏多型；1980、1996、2000、2019年超過(guò)1.2倍標(biāo)準(zhǔn)差，為南部偏多型(圖7d)。

圖7 1980—2019年湖南春雨量EOF分解的(a)第一空間模態(tài)及其(b)時(shí)間系數(shù)，和(c)第二空間模態(tài)及其(d)時(shí)間系數(shù)Fig.7 Spatial distribution (a, c) and corresponding time coefficients (b, d) of the first (a, b) and second (c, d) modes of EOF of SPRH rainfall amount from 1980 to 2019

由于第一空間模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到70.1%，可以較好地表現(xiàn)湖南春雨的主要空間分布型特征，因此本文只對(duì)湖南全省一致強(qiáng)/弱春雨型的異常環(huán)流特征進(jìn)行分析。

4 春雨期環(huán)流及前期海溫異常特征

大氣環(huán)流異常變化是影響湖南春雨變化最直接、最重要的因素，海溫變化通過(guò)海氣相互作用導(dǎo)致大氣環(huán)流異常進(jìn)而影響湖南春雨的多寡。對(duì)前面通過(guò)EOF分析劃分的湖南全省一致強(qiáng)、弱春雨年的大氣環(huán)流(500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)及整層水汽輸送場(chǎng)等)進(jìn)行合成分析，得到湖南強(qiáng)、弱春雨的環(huán)流異常特征，通過(guò)對(duì)湖南春雨指標(biāo)與前期海溫進(jìn)行相關(guān)分析，得到不同海溫異常分布型背景下的湖南春雨異常特征。

4.1 春雨強(qiáng)弱年大氣環(huán)流異常特征

大氣環(huán)流異常是導(dǎo)致降水異常的最直接的原因(譚桂容等，2018)，500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)能夠較清晰地反映大氣環(huán)流的異常特征(魏鳳英等，2012)，850 hPa風(fēng)場(chǎng)作為低層大氣環(huán)流的代表可以反映大氣環(huán)流的輻合輻散。從全省一致型強(qiáng)、弱春雨年500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平場(chǎng)的合成(圖8)可以看出，全省一致型強(qiáng)春雨年(圖8a)，歐亞中高緯“西低東高”，長(zhǎng)江以南至南海以北地區(qū)正高度距平相對(duì)偏低，其中江南南部至華南北部為負(fù)高度距平場(chǎng)控制，西太平洋副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱西太副高)較常年明顯偏強(qiáng)、偏西。印緬槽渦度指數(shù)(Wang et al，2011)距平為-0.32，表明印緬槽較常年偏弱，850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常表現(xiàn)為孟加拉灣、菲律賓以東洋面和我國(guó)東北地區(qū)為異常反氣旋環(huán)流控制，在中南半島至華南地區(qū)為明顯的異常西南風(fēng)控制，我國(guó)東北地區(qū)至黃海為異常偏北風(fēng)控制，有利于偏東路的冷空氣與西南暖濕氣流在我國(guó)西南地區(qū)東部至江南地區(qū)匯合，西南地區(qū)東部至我國(guó)江南地區(qū)為異常氣旋環(huán)流控制，湖南為異常氣旋環(huán)流中心，導(dǎo)致春雨較常年明顯偏多。

全省一致型弱春雨年(圖8b)500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)表現(xiàn)為中高緯為緯向環(huán)流控制，東亞地區(qū)“北正南負(fù)”分布，由河套地區(qū)至我國(guó)西南地區(qū)東部為正高度距平控制，西太副高較常年明顯偏弱，印緬槽渦度指數(shù)距平為0.53，表明印緬槽較常年偏強(qiáng)，850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常表現(xiàn)為孟加拉灣和菲律賓以東洋面為異常氣旋環(huán)流控制，我國(guó)東部地區(qū)為偏北風(fēng)控制，在西南地區(qū)東部至江南西部有一個(gè)異常反氣旋，不利于水汽輸送，導(dǎo)致湖南春雨較常年明顯偏少。

圖8 (a)強(qiáng)春雨年、(b)弱春雨年的500 hPa高度距平場(chǎng)(填色，單位：dagpm)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平場(chǎng)的合成(黑色粗線表示588 dagpm和586 dagpm線，紅實(shí)線表示氣候平均態(tài)588 dagpm和586 dagpm線，綠色圓點(diǎn)表示500 hPa高度距平場(chǎng)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)的區(qū)域)Fig.8 The strong (a) and weak (b) SPRH years composition of 500 hPa geopotential height anomalies (colored, unit: dagpm) and 850 hPa wind anomalies(Red solid lines indicate the average climate state of 586 and 588 dagpm lines, black solid lines indicate 586 and 588 dagpm lines, green dots indicate the 500 hPa geopotential height having passed the 0.05 significant level test)

我國(guó)南方地區(qū)的主要水汽來(lái)源包括來(lái)自孟加拉灣的水汽及西太副高西側(cè)的西太平洋和南海的水汽，且對(duì)流層低層來(lái)自印度洋的水汽輸送為最主要水汽來(lái)源(丁一匯和胡國(guó)權(quán)，2003；李淑萍等，2015；曲姝霖等，2021)。從強(qiáng)、弱春雨整層水汽輸送距平及水汽通量散度異常場(chǎng)(圖9)可以看出，在強(qiáng)春雨年(圖9a)低緯地區(qū)的西南水汽較常年明顯偏強(qiáng)，水汽分別經(jīng)西南、正南輸送路徑將水汽輸送東亞地區(qū)，在西南地區(qū)東部至東海形成一條異常水汽輻合帶，導(dǎo)致上述區(qū)域降水偏多，而湖南處于異常水汽輻合帶的輻合中心，導(dǎo)致降水較常年明顯偏多。在弱春雨年(圖9b)我國(guó)東部地區(qū)為東北干冷氣流控制，在西南地區(qū)東部至東海形成一條異常水汽輻散帶，而湖南位于異常水汽輻散中心，導(dǎo)致春雨期降水偏少。

圖9 (a)強(qiáng)春雨年、(b)弱春雨年的整層水汽通量距平場(chǎng)(矢量箭頭，單位：kg·s-1·m-1)和水汽通量散度異常場(chǎng)(填色，單位：10-5 kg·s-1·m-2)(紅色圓點(diǎn)表示水汽通量散度通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)的區(qū)域，灰色陰影為青藏高原)Fig.9 The strong (a) and weak (b) SPRH years composition of vertically integrated water vapor flux anomalies (vector arrow, unit: kg·s-1·m-1) and its divergence anomalies (colored, unit: 10-5 kg·s-1·m-2)(Red dots indicate the vertically integrated water vapor flux divergence having passed the 0.05 significant level test, and gray area denotes the Qinghai-Tibet Plateau)

4.2 春雨與前期海溫相關(guān)

圖10 1980—2019年湖南春雨指標(biāo)與前冬海溫的相關(guān)(a)春雨開始時(shí)間，(b)春雨期，(c)春雨量，(d)春雨強(qiáng)度指數(shù)Fig.10 Distribution of correlation coefficient between the SPRH monitoring index and sea surface temperature (SST) in previous winter from 1980 to 2019(a) onset date, (b) length of rainy season, (c) rainfall, (d) intensity index of SPRH

圖11 1980—2019年前冬區(qū)海溫指數(shù)與春雨期500 hPa高度場(chǎng)及850 hPa風(fēng)場(chǎng)的相關(guān)(黑色粗箭頭表示850 hPa風(fēng)場(chǎng)通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)的區(qū)域，灰色區(qū)域?yàn)榍嗖馗咴?Fig.11 Correlation between index in early winter and 500 hPa geopotential height field and 850 hPa wind in SPRH respectively from 1980 to 2019(Thick black arrows denote the area of 850 hPa wind speed having passed the significant level test, and gray area denotes the Qinghai-Tibet Plateau)

5 結(jié) 論

本文采用湖南97個(gè)氣象站點(diǎn)逐日降水資料，結(jié)合再分析資料等，確定了湖南春雨建立的上游西南風(fēng)速關(guān)鍵區(qū)，定義了湖南春雨監(jiān)測(cè)指標(biāo)，分析了湖南春雨指標(biāo)的時(shí)間變化特征及春雨的空間分布特征，探討了湖南春雨強(qiáng)、弱年大氣環(huán)流和水汽輸送的異常及前期海溫異常特征，主要得出以下結(jié)論：

(1)確定了湖南春雨建立的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)樯嫌挝髂巷L(fēng)速高相關(guān)區(qū)(17.5°～22.5°N、105°～110°E)，定義了湖南春雨建立、春雨結(jié)束、春雨期、春雨量及春雨強(qiáng)度指數(shù)等監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

(2)湖南春雨發(fā)生的時(shí)段氣候平均為第13～27候，但不同年份開始和結(jié)束的早晚不盡相同。湖南春雨量在20世紀(jì)80年代中期以前、2014年以后偏多，20世紀(jì)80年代中期至2013年偏少。湖南弱春雨年均發(fā)生1990年以后，其中20世紀(jì)90年代發(fā)生3 a、2000—2019年發(fā)生5 a。湖南春雨存在2～3、3～5、8～10 a和18 a左右的振蕩周期。

(3)湖南春雨量呈自東部、南部向西部、北部逐漸遞減的空間分布形態(tài)，全省一致偏多(偏少)型可以較好地表現(xiàn)湖南春雨的主要空間分布型特征。

(4)全省一致型強(qiáng)春雨年西太副高明顯偏強(qiáng)、偏西，印緬槽偏弱，低層風(fēng)場(chǎng)在我國(guó)江南地區(qū)有異常氣旋環(huán)流控制，有利于水汽在上述區(qū)域輻合，湖南為異常氣旋環(huán)流中心，導(dǎo)致降水較常年明顯偏多；全省一致型弱春雨年西太副高明顯偏弱、印緬槽偏強(qiáng)，低層風(fēng)場(chǎng)在我國(guó)東部地區(qū)為偏北風(fēng)控制，在西南地區(qū)東部至江南西部有一個(gè)異常反氣旋，不利于水汽輸送，導(dǎo)致湖南降水較常年明顯偏少。