黃河源區(qū)降水特點及氣象成因分析

溫麗葉 靳莉君 劉靜 王鵬

摘 要：黃河源區(qū)降水時空分布極不均勻，東南部雨水豐沛，是黃河流域的多雨中心之一。年內(nèi)降水主要集中于夏季（6—8月），占年降水量的57.1%，汛期（5—9月）降水量占年降水量的85%，雨季、旱季分明。黃河源區(qū)主要有連陰雨和強降雨兩種典型降雨類型，連陰雨平均每年出現(xiàn)1.8次，持續(xù)時間長、強度??；區(qū)域強降雨持續(xù)時間短，平均只有1d，主要集中在7—8月，突發(fā)性強。形成典型降雨的200hPa環(huán)流形勢表現(xiàn)為南亞高壓異常強大，黃河源區(qū)處于南亞高壓中心區(qū)域或北部邊緣的強高空輻散區(qū)內(nèi)。500hPa高度場分析發(fā)現(xiàn)，連陰雨期間6—8月主要受新疆低壓槽、高原槽、印緬低壓和高原切變線等系統(tǒng)影響，由副高影響形成的連陰雨主要出現(xiàn)在9月；形成強降雨的500hPa天氣系統(tǒng)與連陰雨相似，但副高對強降雨的影響更為明顯，7—9月都可由副高形成強降雨天氣。物理量場上，典型降雨期間，黃河源區(qū)處于濕度、氣流垂直速度和假相當位溫場大值區(qū)內(nèi)，水汽、動力和熱力條件非常有利，強降雨發(fā)生時，氣流上升速度、比濕、假相當位溫等都較連陰雨期間更強，更有利于降水。

關(guān)鍵詞：氣象成因；降水特點；連陰雨；強降雨；黃河源區(qū)

中圖分類號：P426.6；P448；TV882.1 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.01.005

引用格式：溫麗葉，靳莉君，劉靜，等.黃河源區(qū)降水特點及氣象成因分析[J].人民黃河，2022，44（1）：21-25，57.

PrecipitationCharacteristicsandItsMeteorologicalCausesintheSourceRegionoftheYellowRiver

WENLiye，JINLijun，LIUJing，WANGPeng

（HydrologicalBureauofYRCC，Zhengzhou450004，China）

Abstract：ThespatialandtemporaldistributionofprecipitationisextremelyuneveninthesourceregionoftheYellowRiver，theprecipitati oninthesoutheastoftheregionisespeciallyabundant，whichisoneoftherainycentersintheYellowRiver.Theannualprecipitationis mainlyconcentratedinsummer（fromJunetoAugust），accountingfor57.4%oftheannualprecipitationandthefloodseason（fromMayto September）precipitationaccountsfor85%oftheannualprecipitationwithdistinctrainyanddryseasons.Therearetwotypicalrainfallsitua tionsofcontinuousrainandheavyrainfallinthesourceregionoftheYellowRiver.Continuousrainoccurs1.8timesperyearonaverage，withlongdurationandlowintensity.Regionalheavyrainfallthatlastsforonedayonaverage，ismainlyconcentratedinJulyandAugustwith short durationandsuddenintensity.The200hPacirculationsituationformingtypicalrainfallshowsthattheSouth Asianhighisextremely strong，andthesourceregionoftheYellowRiverislocatedinthecentralareaofSouth Asianhighorthenorthernhigh altitudedivergence zone.On500hPa，thecontinuousrainperiodfromJunetoAugust，ismainlyaffectedbyXinjianglowpressuretrough，plateautrough，India Myanmarlowpressureandplateaushearline.ThecontinuousrainformedbytheinfluenceofsubtropicalhighmainlyoccursinSeptember. The500hPaweathersystemthatformsheavyrainfallissimilartocontinuousrain，buttheinfluenceofsubtropicalhighonheavyrainfallis moreobviousandtheheavyrainfallcanbeformedbysubtropicalhighfromJulytoSeptember.Inthephysicalquantityfield，duringthetypi calrainfallperiod，thesourceregionoftheYellowRiverisinthehighvalueareaofhumidity，verticalvelocityandpseudo equivalentpoten tialtemperaturefieldandthewatervapor，dynamicandthermalconditionsareveryfavorable.Whentheheavyrainfalloccurs，therising speed，specifichumidityandpseudo equivalentpotentialtemperaturearestrongerthanthatofcontinuousrainperiodandaremorebeneficial totheprecipitation.

Keywords：meteorologicalcauses；precipitationcharacteristics；continuousrain；heavyrainfall；sourceregionofYellowRiver

黃河源區(qū)指黃河上游唐乃亥以上地區(qū)，地處青藏高原東部，位于東經(jīng)95°0′—103°30′、北緯32°19′—36°8′之間，流域面積約12.2萬km2。受季風影響，黃河源區(qū)西北部屬半干旱氣候區(qū)，中、東部屬半濕潤氣候區(qū)。黃河源區(qū)是黃河水量的主要來源區(qū)，分析黃河源區(qū)降水特點及成因?qū)S河防汛及水資源調(diào)度具有重要意義。

不少學者對黃河上游地區(qū)的降水進行了分析，對上游降水特點及其東南部地區(qū)強降水的水汽來源等研究取得了大量成果[1-7]。筆者在系統(tǒng)分析黃河源區(qū)降水時空變化的基礎(chǔ)上，對形成典型降水的環(huán)流形勢和物理量場等進行分析，以期找出降水的氣象成因。

1 數(shù)據(jù)和方法

考慮到黃河源區(qū)水文站、氣象站分布不均且建站早晚不一，為了更好地反映流域內(nèi)降水量的歷史變化情況，選取空間分布均勻、資料系列完整的14個站（包括7個氣象站、7個水文站）1959—2017年歷史實測降水量作為本文統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)資料，利用算術(shù)平均法計算年平均降水量和汛期平均降水量。把歷史上主要降水過程分為連陰雨和強降雨兩種類型，利用NCEP/NCAR再分析資料分別對不同類型降水的氣象成因進行分析。

2 降水基本特點

黃河源區(qū)降水受青藏高原熱力、動力以及高原季風影響，流域降水具有地區(qū)分布差異顯著、季節(jié)分布不均勻和降水量年較差較小等特點。

2.1 降水空間分布

黃河上游地區(qū)的主要水汽來源為印度洋，途經(jīng)孟加拉灣直接北上或由孟加拉灣繞過中南半島北部北上，偏南季風攜帶充沛水汽經(jīng)過黃河源區(qū)東南部[1-2]，致使黃河源區(qū)東南部降水十分豐沛，該區(qū)同時也是整個黃河流域的多雨中心之一。黃河源區(qū)多年平均降水量等值線見圖1，年降水量地區(qū)分布總體表現(xiàn)為東南部多、西北部少，500mm降水量等值線幾乎平分了唐乃亥以上地區(qū)。從黃河源頭到久治附近，自西北向東南降水量快速遞增，而后自唐克至唐乃亥由東南折向西北方向快速遞減。

少雨中心位于流域西北部，黃河源頭附近年降水量小于300mm，黃河沿站多年平均降水量為333mm，唐乃亥站僅有274mm。多雨中心位于流域東南部，東南部地區(qū)多年平均降水量大于600mm，川西高原年降水量大于700mm，屬于半濕潤氣候區(qū)，久治多年平均降水量為739mm。

2.2 降水年內(nèi)分配

黃河源區(qū)多年平均月、年降水量統(tǒng)計見表1，由表1可以看出，黃河源區(qū)多年平均年降水量為491.8mm，其中：7月最大，為103.0mm，占年降水量的20.9%；其次為8月和6月，降水量接近，占年降水量的18%左右；12月降水量最少，僅為1.7mm。季和汛期降水量統(tǒng)計見表2，從季節(jié)分配看，黃河源區(qū)降水主要集中于夏季（6—8月），夏季降水量占年降水量的57.1%，其次是秋季和春季，分別占22.1%和18.9%，冬季最少，僅占年降水量的1.9%，表明黃河源區(qū)月、季降水差異顯著。據(jù)有關(guān)文獻[3]對汛期的定義“月降水量大于平均月降水量為進入汛期，第一個小于平均月降水量的月份為汛期結(jié)束月”，統(tǒng)計得到黃河源區(qū)汛期開始于5月，結(jié)束在10月，汛期（5—9月）總降水量為417.3mm，占年降水量的84.9%，其余7個月降水量僅占15.1%，表明該區(qū)域雨季、旱季分明，與流域其他地區(qū)相比雨季出現(xiàn)時間早、汛期持續(xù)時間長。

2.3 降水歷史演變

黃河源區(qū)平均降水量逐年變化情況見圖2，由圖2可以看出，1959—2017年，黃河源區(qū)降水量前期變化平穩(wěn)，后期變化幅度增大。1959—1980年多項式擬合曲線變化平穩(wěn)，1981年以后經(jīng)歷了兩個降水偏多和一個偏少階段，其中1981—1989年降水偏多，1990—2002年降水偏少，2003—2017年降水偏多。歷史上年平均降水量最大值出現(xiàn)在1967年（646mm），最小值為1962年的391mm，差值遠小于流域其他地區(qū)，表明黃河源區(qū)降水量年際變化幅度較小。

從各年代降水距平百分率柱狀圖（圖略）可以看出：20世紀60年代、70年代黃河源區(qū)降水量略偏少，分別偏少1%、1.4%；20世紀80年代降水量偏多4.5%；90年代偏少4.9%；2001—2010年正常略偏多0.8%；2011—2017年降水偏多7.7%。

3 黃河源區(qū)典型降雨形勢

黃河源區(qū)典型降雨可分為連陰雨和強降雨兩種，其中連陰雨較多。連陰雨具有強度小、歷時長、空間分布差異顯著等特點；強降雨突發(fā)性強，具有歷時短、局地性強等特點，是唐乃亥以上東南部地區(qū)典型的災(zāi)害性天氣之一[4]。

3.1 連陰雨特點

參考前人研究成果[8-10]，本文對黃河源區(qū)連陰雨定義為：某站連續(xù)陰雨持續(xù)5d及以上，日平均日照時數(shù)≤2h，過程總降水量≥10mm，并且期間最多出現(xiàn)一個無雨日（日降水量<0.1mm），稱為該站一次連陰雨天氣過程。

統(tǒng)計分析歷史上出現(xiàn)的連陰雨發(fā)現(xiàn)，黃河源區(qū)平均每年出現(xiàn)1.8次連陰雨過程，連陰雨出現(xiàn)頻次自東南向西北迅速減少，空間分布差異顯著。水汽充沛的東南部連陰雨天氣較為頻繁，平均每年2～3次，其中：久治站發(fā)生頻次最高，平均每年3.3次；區(qū)域東北部和中部次之，平均每年1～2次；源頭地區(qū)次數(shù)最少，瑪多平均每年出現(xiàn)不足0.5次。

黃河源區(qū)連陰雨持續(xù)時間長，過程持續(xù)時間5～24d不等，其中：5～8d較多，占總次數(shù)的82.2%，尤其是5、6d連陰雨占比最大，分別為34.3%、23.3%；10d以上連陰雨出現(xiàn)次數(shù)極少。最長的一次連陰雨過程出現(xiàn)在瑪曲（1981年8月21日—9月13日，持續(xù)24d）。

連陰雨多年平均過程降水量的空間分布與發(fā)生頻次趨勢一致。東南部最大，平均過程降水量在40mm以上，其中久治站最大為42.8mm；其次是流域中、東部，平均過程降水量在20～40mm之間；西部最少，在20mm以下，最西端的黃河沿站不超過10mm。連陰雨逐次過程降水量在10～40mm之間的次數(shù)最多，占總次數(shù)的64.9%；大于50mm的次數(shù)只有23.5%；大于100mm的次數(shù)極少，僅占總次數(shù)的2.5%。表明黃河源區(qū)連陰雨強度小。

從汛期連陰雨出現(xiàn)的時間看：7月次數(shù)最多，占25%；9月、6月次之，分別占21.4%和20.6%；5月最少，占7.2%。

3.2 強降雨特點

鑒于高原降水的特殊性，強降雨與我國東部地區(qū)不能統(tǒng)一標準，參考前人研究成果[5]，黃河源區(qū)強降雨定義為日降水量≥25mm的降水，若某日黃河源區(qū)有1個或1個以上的站出現(xiàn)強降雨，則將該日定義為一個強降雨日，將某日有3個或3個以上站同時出現(xiàn)強降雨過程稱為一次區(qū)域性強降雨過程。

統(tǒng)計分析歷史上強降雨過程可以看出，黃河源區(qū)強降雨的空間分布極不均勻，由東向西迅速遞減。東部地區(qū)平均每年出現(xiàn)強降水2.0次以上，其中若爾蓋強降雨最多，平均每年2.6次；西部地區(qū)平均每年少于0.5次，瑪多站最少，年平均僅0.1次；中部的同德、達日至瑪曲之間出現(xiàn)次數(shù)居中，平均每年出現(xiàn)1～2次。

從出現(xiàn)的月份看，強降雨出現(xiàn)時間主要集中在7月、8月，兩個月的多年平均強降雨天數(shù)占5—9月的60%，并且7月和8月出現(xiàn)天數(shù)相當。

黃河源區(qū)的區(qū)域性強降雨平均每年只有0.6次，一年最多出現(xiàn)2次，區(qū)域性強降雨的持續(xù)時間平均只有1d，且大多發(fā)生在河源區(qū)東部，表明河源區(qū)強降雨歷時短、局地性強。區(qū)域性強降雨主要發(fā)生在6—9月，其中7月最多，8月、6月次之，9月最少。區(qū)域性強降雨出現(xiàn)的最早日期為6月13日，最晚為9月18日。

4 典型降雨天氣形勢分析

由于黃河源區(qū)地處青藏高原腹地，平均海拔在4000m以上，最高點超過5500m，因此200hPa和500hPa環(huán)流形勢對該地區(qū)降水影響較大。

4.1 連陰雨分析

4.1.1 200hPa環(huán)流形勢

利用NCEP/NCAR再分析資料繪制黃河源區(qū)9月連陰雨期間200hPa高度合成圖（見圖3），可以看出，南亞高壓異常強大，中心閉合線達1252dagpm，位置偏東、偏北，中心位于長江上游東經(jīng)100°附近。同時在我國新疆至青藏高原上存在低壓槽，黃河源區(qū)位于新疆槽前部和南亞高壓北側(cè)西南風氣流控制區(qū)。200 hPa距平場上，東經(jīng)85°附近為負距平區(qū)，中心負變壓達-6dagpm，黃河流域為大范圍正距平區(qū)，中心正變壓達7dagpm，這表示黃河源區(qū)上空輻散抽吸作用異常強大，非常有利于低層大氣的上升運動。200hPa風場上，北緯35°—45°之間為強西風帶，西風急流軸最大風速可達45m/s，黃河源區(qū)處于高空急流入口區(qū)右側(cè)的強高空輻散區(qū)內(nèi)，有利于大尺度上升運動的發(fā)生，從而產(chǎn)生陰雨天氣。

4.1.2 500hPa環(huán)流形勢

對連陰雨期間500hPa高度場分析發(fā)現(xiàn)，6—8月黃河源區(qū)連陰雨主要受西風帶和副熱帶低值系統(tǒng)影響，新疆北部至青藏高原上空存在低壓槽，同時存在印緬低壓（槽），黃河上游處于西風帶低壓槽、高原槽和印緬低壓前部西南氣流里，黃河中下游受弱高壓脊控制，在黃河源區(qū)容易形成500hPa切變線。9月副高對連陰雨的影響較其他月份明顯，西太平洋副高明顯偏強、偏西，黃河源區(qū)除受西部系統(tǒng)東移影響外，同時有來自西太平洋和南海的暖濕空氣沿副高西側(cè)偏南氣流向黃河上游地區(qū)輸送（見圖4）。500hPa距平場上，新疆北部至青藏高原地區(qū)處于負變壓區(qū)，黃河中下游為正變壓區(qū)，黃河源區(qū)處于東高西低的環(huán)流形勢下。500hPa風場上，6—8月連陰雨期間，西南風攜帶印度洋、孟加拉灣的水汽直接北上，或繞過中南半島轉(zhuǎn)向西北將水汽源源不斷地向黃河上游輸送。9月受副高西伸影響，來自西太平洋和南海的暖濕氣流更為顯著。南方暖濕空氣向北輸送，同時伴隨新疆北部的冷空氣南下，冷暖空氣在黃河源區(qū)交匯形成陰雨天氣。由于高、低值系統(tǒng)異常穩(wěn)定，因此形成了黃河源區(qū)的連續(xù)陰雨天氣。

4.1.3 物理量場

區(qū)域性連陰雨天氣的發(fā)生除了與高低層大氣環(huán)流異常有關(guān)外，還與該區(qū)域低層大氣的水汽含量以及垂直運動密切相關(guān)[11]。筆者分析了2017年9月22日—10月3日連陰雨期間的水汽及垂直運動等物理量。

2017年9月22日—10月3日黃河源區(qū)出現(xiàn)持續(xù)陰雨天氣，分兩個較強降雨時段，分別為9月24—26日、10月2日。連陰雨期間500hPa比濕場上，比濕維持在3g/kg以上。中、低層維持弱上升運動，降水以穩(wěn)定性降水為主。9月24—26日和10月2日的中雨時段，大部分地區(qū)比濕大于4g/kg，南部的久治、紅原部分地區(qū)比濕在5g/kg以上。上升運動明顯加強，上升速度達-0.9×10-3hPa/s。9月22日—10月3日500 hPa平均假相當位溫場上，高原南部有一條東西向的高能舌，中心位于長江上游，中心閉合等值線348K，其北部等值線分布密集，黃河源區(qū)位于假相當位溫梯度大值區(qū)內(nèi)。分析表明，黃河源區(qū)連陰雨天氣的產(chǎn)生，除了具備良好的水汽條件外，還有垂直運動的配合以及能量的聚集。

4.2 強降雨分析

形成黃河源區(qū)強降雨的環(huán)流形勢與連陰雨類似，影響系統(tǒng)同樣為新疆低槽、高原槽和印緬槽以及副熱帶高壓、南亞高壓等，但影響系統(tǒng)的強弱與出現(xiàn)時間等略有不同。

4.2.1 200hPa環(huán)流形勢

對黃河源區(qū)25場區(qū)域性強降雨過程分析發(fā)現(xiàn)，200hPa南亞高壓對黃河源區(qū)強降雨的形成具有重要作用，暴雨發(fā)生時黃河源區(qū)大多處于南亞高壓中心區(qū)域或北部邊緣，存在明顯的高層輻散。同時發(fā)現(xiàn)，形成強降雨的500hPa形勢不同時，南亞高壓類型會有所不同，當強降雨主要由500hPa新疆低槽、高原槽等低值系統(tǒng)形成時，南亞高壓東部型、西部型和帶狀型都有出現(xiàn)；而由副高偏西、偏強形成強降雨時，南亞高壓多為東部型（見表3）。這表明南亞高壓偏東時，副高易西伸、加強，南亞高壓的存在加強了中低層的上升運動，有利于形成強降雨。

4.2.2 500hPa環(huán)流形勢

形成黃河源區(qū)強降雨的500hPa環(huán)流形勢可分為兩種：一種由西風帶低壓槽東移形成；另一種由西太平洋副高異常加強、西伸而形成。

第一種形勢，新疆北部有低壓槽東移、南壓，或者高原低槽東移，黃河源區(qū)處于西風帶低壓槽前部，黃河流域中下游大部受高壓脊控制。同時印緬低壓槽活躍，槽前西南氣流將孟加拉灣的水汽向黃河上游輸送，黃河源區(qū)易形成東西向切變線，暖濕空氣與西風帶低壓槽攜帶的冷空氣在黃河源區(qū)交匯，形成區(qū)域性強降雨天氣。

另一種形勢，西太平洋副高明顯加強、西伸，位置異常偏西、偏北，黃河源區(qū)處于副高西北部邊緣。在副高南部，偏東氣流攜帶南海、西太平洋暖濕空氣西進，而后向北沿副高邊緣直抵我國西北地區(qū)。同時巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶存在低壓槽，低壓槽分裂弱冷空氣抵達黃河源頭（見圖5），西風帶低槽分裂的弱冷空氣與副高外圍的暖濕空氣在黃河源區(qū)匯合，形成強降雨天氣。

經(jīng)分析，副熱帶高壓對黃河源區(qū)強降雨和連陰雨天氣的影響略有不同，主要表現(xiàn)在影響的時間上，由副高形成的連陰雨多出現(xiàn)在9月，7月、8月明顯偏少；而因副高偏強、偏西而形成的強降雨天氣在7—9月都可出現(xiàn)，并且出現(xiàn)次數(shù)相當，沒有明顯變化。這表明，7—8月受副高偏強影響，黃河源區(qū)更容易形成強降雨而不是連陰雨天氣，這是強降水與連陰雨的區(qū)別之一。

4.2.3 物理量場分析

2003年7月14日、1995年8月14日及1989年7月21日，黃河源區(qū)分別出現(xiàn)了一次3站日降水量大于25mm的強降雨，強降雨期間的比濕、相對濕度、氣流垂直速度及假相當位溫見表4。由表4可以看出，強降雨發(fā)生時，黃河源區(qū)處于相對濕度、氣流垂直速度和假相當位溫場的大值中心區(qū)，水汽、動力和熱力條件都非常有利，比濕在6g/kg以上，相對濕度在80%以上，氣流垂直速度大于-0.5×10-3hPa/s，假相當位溫在350K以上。由于強降雨較連陰雨強度大，因此當強降雨發(fā)生時，垂直速度、比濕、假相當位溫等都較連陰雨期間更強。

5 結(jié) 論

（1）黃河源區(qū)降水的空間分布和時間分布極不均勻。東南部地區(qū)年平均降水量在700mm以上，西北部小于300mm；月、季降水差異顯著，雨季、旱季分明，汛期（5—9月）降水量占年降水量的84.9%，其余7個月僅占15.1%；黃河源區(qū)降水量的年際變化較小，遠小于黃河流域其他地區(qū)。

（2）黃河源區(qū)主要有連陰雨和強降雨兩種典型降水類型，黃河源區(qū)連陰雨過程平均每年出現(xiàn)1.8次，東南部連陰雨天氣較為頻繁（平均每年出現(xiàn)2～3次），過程持續(xù)時間5～24d不等，強度較小。黃河源區(qū)區(qū)域性強降雨平均每年只有1d，持續(xù)時間短、局地性強，大多發(fā)生在河源區(qū)東部，區(qū)域東部平均每年發(fā)生2次以上強降雨過程。

（3）連陰雨期間200hPa南亞高壓異常強大，位置偏東、偏北，黃河源區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)的強高空輻散區(qū)內(nèi)，有利于大尺度上升運動的發(fā)生。500hPa高度場上，6—8月黃河源區(qū)連陰雨主要受西風帶低壓槽、切變線、高原槽和印緬低壓影響，9月西太平洋副高對連陰雨的影響較其他月份明顯，黃河源區(qū)除受西部系統(tǒng)影響外，同時受來自副高外圍的西太平洋和南海的暖濕空氣影響，有利于連陰雨天氣形成。

（4）黃河源區(qū)強降雨主要出現(xiàn)在200hPa南亞高壓中心區(qū)域或北部邊緣，存在明顯高層輻散。強降雨期間500hPa環(huán)流形勢主要有兩種，一種是新疆北部低壓槽或高原低槽東移，東西向切變線位于河源區(qū)，同時印緬低槽活躍，槽前西南氣流攜帶的暖濕空氣與北方低壓槽攜帶的冷空氣在黃河源區(qū)交匯，造成強降雨天氣；另一種是西太平洋副高位置異常偏西、偏北，影響河源地區(qū)，同時巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶低壓槽分裂弱冷空氣抵達黃河源頭，西風帶弱冷空氣與副高外圍的暖濕空氣結(jié)合，形成黃河源區(qū)強降雨天氣。

與副高對連陰雨的影響主要發(fā)生在9月不同，副高對強降雨的影響在7—9月勢力相當，沒有明顯變化。這表明，7—8月副高偏強、偏西時，黃河源區(qū)更容易形成強降雨。

（5）物理量場上，黃河源區(qū)兩種典型降水期間，都存在明顯上升運動，同時處于濕度大值區(qū)、能量聚集區(qū)內(nèi)。不同的是，強降雨發(fā)生時，氣流垂直速度、比濕、假相當位溫等都較連陰雨期間更強，更有利于強降雨形成。

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【責任編輯 張 帥】