近44年內(nèi)蒙古夏季降水與大氣環(huán)流特征分析

葛海燕

摘要 利用1971—2014年內(nèi)蒙古110個(gè)站夏季降水資料、NCEP/NCAR逐月平均高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)格點(diǎn)資料和NOAA月平均海表溫度資料，采用EOF分解、蒙特卡羅統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、合成分析等方法，探討了近44年內(nèi)蒙古夏季降水的時(shí)空特征、夏季降水第一模態(tài)的環(huán)流特征。結(jié)果表明，近44年來(lái)內(nèi)蒙古夏季降水量呈減少趨勢(shì)，減少幅度23.38 mm/44 a。夏季降水偏多年500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)歐亞范圍中高緯地區(qū)自西向東為“+ - +”波列分布，偏少年呈“- + -”分布，環(huán)流系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)在烏拉爾山和貝加爾湖附近。影響夏季降水的環(huán)流因子眾多，西太平洋副高西、AO、經(jīng)緯向環(huán)流等都對(duì)降水有明顯影響。850 hPa夏季降水偏多年與偏少年風(fēng)場(chǎng)顯著差異出現(xiàn)在我國(guó)東北的氣旋性渦旋中心位置不同。

關(guān)鍵詞 夏季;降水偏多（少）;空間模態(tài);大氣環(huán)流;海表溫度

中圖分類號(hào)：P434.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）03–0081–03

內(nèi)蒙古自治區(qū)（以下簡(jiǎn)稱內(nèi)蒙古）地處中國(guó)北部邊疆，自東北向西南呈弧狀。由于內(nèi)蒙古所處的地理位置和地形特點(diǎn)，海洋濕潤(rùn)氣流難以深入，具有溫帶半干旱、干旱氣候特點(diǎn)。內(nèi)蒙古降水稀少，變率大，干旱嚴(yán)重，年降水量介于50～500 mm，自東向西減少，降水時(shí)段多集中在夏季，夏季降水占全年總降水量的60%～75%，因此，研究?jī)?nèi)蒙古夏季降水異常的原因及規(guī)律，提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，積極防御降水異常所造成的重大經(jīng)濟(jì)損失，是目前防災(zāi)減災(zāi)工作的迫切需求。

黃榮輝等[1]研究得到1965年后中國(guó)華北夏季降水明顯減少，從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始華北北部的降水增多。尤莉等[2]分析1961—2012年夏季6—8月內(nèi)蒙古全區(qū)性少雨年遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于全區(qū)性多雨年;8月全區(qū)出現(xiàn)多（少）雨站點(diǎn)的百分率近52 年呈顯著的減少（增加）變化趨勢(shì)。7月和6月全區(qū)性多（少）雨年主要表現(xiàn)為階段性特征;全區(qū)性異常多雨和異常少雨年主要集中出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代和90年代后。中國(guó)華北地區(qū)夏季降水與同期的環(huán)貝加爾湖地表氣溫在年代際尺度上存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，貝加爾湖阻塞高壓與華北降水呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[3-5]。本文探討了內(nèi)蒙古近44年（1971—2014年）夏季降水時(shí)空分布及其環(huán)流特征，并重點(diǎn)分析了夏季降水全區(qū)一致型所對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流特征及其相關(guān)影響因子特征，以期通過(guò)短期氣候的預(yù)測(cè)因子分析，找到可預(yù)報(bào)量。

1 資料與方法

選用的資料主要包括內(nèi)蒙古自治區(qū)119個(gè)站點(diǎn)1971—2014年6—8月合計(jì)降水資料，按照研究區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)盡量多、時(shí)段盡量長(zhǎng)的原則，選取了資料記錄較為完整、年代較長(zhǎng)的110個(gè)臺(tái)站降水資料。NCEP/NCAR再分析資料中1971—2014年逐月平均高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)格點(diǎn)資料，網(wǎng)格距為2.5°×2.5°;NOAA月平均海表溫度資料，網(wǎng)格距為2°×2°。本文采用的統(tǒng)計(jì)分析方法包括EOF分解、蒙特卡羅統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、合成平均等[6]。

2 內(nèi)蒙古夏季降水的時(shí)空變化特征

通過(guò)分析內(nèi)蒙古夏季平均降水量的變化得出，近44年來(lái)內(nèi)蒙古夏季降水量呈減少趨勢(shì)， 減少幅度為23.38 mm/44 a。從6階多項(xiàng)式擬合趨勢(shì)線上看出，內(nèi)蒙古地區(qū)20世紀(jì)70年代的降水緩慢增多時(shí)段，1980s初期降水減少，80年代中期到1990s末開(kāi)始進(jìn)入多雨期，21世紀(jì)的前10年為少雨期，自2011年后降水有開(kāi)始回升的趨勢(shì)。目前對(duì)氣候突變的檢測(cè)比較客觀、準(zhǔn)確的方法是Mann-Kendall方法，但也只能對(duì)均值突變的檢測(cè)有把握。從內(nèi)蒙古夏季降水的M-K檢驗(yàn)曲線圖分析得出，20世紀(jì)70年代的夏季降水量明顯增多，而在80～90年代末呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的波動(dòng)形勢(shì)，1999年呈現(xiàn)明顯減少的態(tài)勢(shì)（圖1）。從UK和UB的交點(diǎn)可以看出，在20世紀(jì)90年代末到21世紀(jì)初出現(xiàn)了降水由多到少的突變現(xiàn)象，突變發(fā)生在1999年。

3 內(nèi)蒙古夏季降水的環(huán)流特征

3.1 內(nèi)蒙古地區(qū)夏季降水偏多（少）雨年的選取

為進(jìn)一步了解內(nèi)蒙古夏季降水的主要降水類型及其空間分布特征，對(duì)內(nèi)蒙古110站1971—2014年夏季降水作經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF分解）。EOF分析得出前3個(gè)主模態(tài)特征向量的方差貢獻(xiàn)率分別為30.9%、15.7%、10.0%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為56.6%，以第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化絕對(duì)值大于1.0為標(biāo)準(zhǔn)，選取內(nèi)蒙古全區(qū)夏季降水偏多、偏少的年份。

3.2 內(nèi)蒙古夏季降水偏多（少）高度場(chǎng)分析

通過(guò)對(duì)夏季降水偏多年和偏少年的500 hPa高度場(chǎng)分析。夏季降水偏多年在50°N以北歐亞范圍500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)環(huán)流形勢(shì)呈一脊一槽型，烏拉爾山及中西伯利亞平原為長(zhǎng)波脊，在鄂霍次克海東北為長(zhǎng)波槽，在40°N～50°N之間內(nèi)蒙古東部有一淺槽，引導(dǎo)冷空氣南下，與偏南暖濕氣流在內(nèi)蒙古地區(qū)交匯，形成有利于內(nèi)蒙古夏季降水的環(huán)流形勢(shì);從歐亞范圍位勢(shì)高度場(chǎng)距平分析，異常主要表現(xiàn)在中高緯，烏拉爾山地區(qū)為正距平區(qū)，貝加爾湖附近為負(fù)距平區(qū)，日本海及其附近為正距平區(qū)，歐亞范圍中高緯自西向東為“+ - +”位勢(shì)高度距平波列分布，既有利于冷暖空氣在內(nèi)蒙古地區(qū)交匯，又有利于在下游形成阻擋形勢(shì)，形成內(nèi)蒙古夏季多雨形勢(shì)（圖2a）。

在夏季降水偏少年40°N以北，歐亞范圍500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)環(huán)流形勢(shì)呈兩脊兩槽型，貝加爾湖附近為長(zhǎng)波脊控制，內(nèi)蒙古地區(qū)也在脊前西北氣流控制下，不利于夏季多雨，距平場(chǎng)配置為烏拉爾山及鄂霍次克海為負(fù)距平區(qū)，而貝加爾湖附近正距平區(qū)，距平場(chǎng)呈“- + -”分布，冷空氣南下路徑偏東，不利于冷暖空氣在內(nèi)蒙古地區(qū)交匯，使夏季降水偏少（圖2b）。

從異常偏多年減去異常偏少年位勢(shì)高度場(chǎng)可以看出，歐亞范圍中高緯位勢(shì)高度差值場(chǎng)呈“- + -”分布，對(duì)內(nèi)蒙古夏季降水影響的關(guān)鍵區(qū)域在烏拉爾山和貝加爾湖附近，若出現(xiàn)西高東低環(huán)流形勢(shì)時(shí)，易出現(xiàn)夏季多雨型;若出現(xiàn)西低東高環(huán)流形勢(shì)時(shí)，易出現(xiàn)夏季少雨型，這也是預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域（圖2c）。

分析內(nèi)蒙古夏季降水偏多年500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，西太平洋副熱帶高壓脊線位置在全區(qū)夏季降水偏多年中有6年脊線位置在26°N～28°N之間，在脊線多年平均位置附近或略偏北，只有1993年和1998年的脊線在24°N附近。在全區(qū)夏季降水偏少年中有5年脊線位置在26°N附近，在脊線多年平均位置附近或略偏南，而1972年和1999年脊線在28°N附近，明顯偏北，1980年脊線在24°N附近，明顯偏南。因此，西太平洋副熱帶高壓脊線位置對(duì)內(nèi)蒙古夏季降水影響較明顯，當(dāng)脊線位置偏北時(shí)，較有利于內(nèi)蒙古夏季降水偏多。

北極通常受低氣壓系統(tǒng)支配，當(dāng)北極濤動(dòng)（AO）處于正位相時(shí)，系統(tǒng)的氣壓差較正常強(qiáng)，限制極區(qū)冷空氣向南擴(kuò)展;當(dāng)北極濤動(dòng)（AO）處于負(fù)位相時(shí)，系統(tǒng)的氣壓差較正常弱，冷空氣較容易向南侵襲。冷空氣向南侵襲的強(qiáng)度及頻繁程度對(duì)我國(guó)的氣溫及降水有明顯影響。同期北極濤動(dòng)（AO）處于不同位相時(shí)，對(duì)我國(guó)冬季氣溫及降水的影響明顯，冬季、春季AO通過(guò)下墊面持續(xù)性異常的強(qiáng)迫作用對(duì)后期夏季環(huán)流異常有影響。

本文關(guān)注同期AO與內(nèi)蒙古夏季降水的關(guān)系，通過(guò)對(duì)6—8月AO與夏季降水的相關(guān)分析，大部分地區(qū)夏季降水與AO正相關(guān);分析夏季降水多雨年和少雨年與同期AO關(guān)系，多雨年AO正位相年比負(fù)位相年多，尤其是異常偏多年AO正位相年占87.5%，少雨年AO負(fù)位相年占72.7%，但異常偏少年AO正、負(fù)位相年各占一半。因此，當(dāng)同期AO處于正位相時(shí)有利于內(nèi)蒙古夏季降水偏多，且異常偏多的可能較大，同期AO處于負(fù)位相時(shí)有利內(nèi)蒙古夏季降水偏少;對(duì)AO的分析也側(cè)面印證了內(nèi)蒙古夏季降水與冷空氣強(qiáng)度關(guān)系密切，如果冷空氣強(qiáng)度偏強(qiáng)，南下迅速，則不利于內(nèi)蒙古夏季的降水;如果冷空氣強(qiáng)度一般，南下速度較慢，同時(shí)南方暖濕空氣到達(dá)的位置較偏北，冷暖空氣在40°N附近相遇，對(duì)內(nèi)蒙古的降水十分有利。

夏季經(jīng)緯向環(huán)流對(duì)內(nèi)蒙古夏季降水的影響明顯，分析夏季歐亞緯向環(huán)流指數(shù)、歐亞經(jīng)向環(huán)流指數(shù)、亞洲緯向環(huán)流指數(shù)和亞洲經(jīng)向環(huán)流指數(shù)與夏季降水相關(guān)，歐亞和亞洲緯向環(huán)流指數(shù)與內(nèi)蒙古夏季降水相關(guān)性較好，尤其是內(nèi)蒙古東部負(fù)相關(guān)較明顯。

在實(shí)際氣象業(yè)務(wù)中，為表示歐亞或亞洲西風(fēng)帶是以經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)還是緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)，常用以下指數(shù)表示： 其中IZ為歐亞或亞洲緯向環(huán)流指數(shù)， 表示歐亞或亞洲緯向環(huán)流指數(shù)多年平均值;IM為歐亞或亞洲經(jīng)向環(huán)流指數(shù)，表示歐亞或亞洲經(jīng)向環(huán)流指數(shù)多年平均值。當(dāng)I≥0時(shí)，表示西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì);反之經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)[7-9]。

1971—2014年近44年中，有23年歐亞西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)，21年歐亞西風(fēng)帶經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢(shì);44年中有25年亞洲西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)，19年亞洲西風(fēng)帶經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢(shì);在夏季降水偏多年中歐亞西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)年份達(dá)75%，但亞洲西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)僅為62.5%;在夏季降水偏少年中歐亞西風(fēng)帶緯向環(huán)流與經(jīng)向環(huán)流各占50%，而亞洲西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)為75%;通過(guò)西風(fēng)帶環(huán)流指數(shù)的分析，在歐亞西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)年，內(nèi)蒙古夏季降水出現(xiàn)偏多的可能較大，如果僅僅為亞洲西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)，則出現(xiàn)偏少的可能較大。

3.3 內(nèi)蒙古夏季降水偏多（少）風(fēng)場(chǎng)分析

從850 hPa夏季降水偏多年、偏少年風(fēng)場(chǎng)對(duì)比分析，可以看到從南海到40°N為一致的偏南或西南風(fēng)，夏季風(fēng)暴發(fā)（結(jié)束）的日期和強(qiáng)度對(duì)內(nèi)蒙古夏季降水影響十分明顯;顯著差異出現(xiàn)在我國(guó)東北的氣旋性渦旋中心位置不同，偏多年氣旋性渦旋中心在（50°N，120°E）附近，渦旋底后部甩出的冷空氣與南來(lái)的暖濕空氣在內(nèi)蒙古相遇，有利于產(chǎn)生降水，而偏少年氣旋性渦旋中心在（55°N，130°E）附近，冷暖空氣交綏在內(nèi)蒙古東部及東北地區(qū)，不利于全區(qū)一致多雨。

從850 hPa夏季降水偏多年、偏少年風(fēng)場(chǎng)距平分析，夏季降水偏多年平均的850 hPa距平（相對(duì)1981—2010年）風(fēng)場(chǎng)中，在內(nèi)蒙古東部有氣旋性輻合中心，亞洲大陸東岸為南風(fēng)或西南風(fēng)距平，表明內(nèi)蒙古夏季多雨不僅與內(nèi)蒙古區(qū)域性的強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)水汽輻合有關(guān)，也與強(qiáng)盛的夏季風(fēng)有密切關(guān)系，夏季風(fēng)偏強(qiáng)，偏南暖濕氣流到達(dá)位置偏北，為地理位置偏北的內(nèi)蒙古地區(qū)帶來(lái)充沛水汽;在降水偏少年平均的850 hPa距平（相對(duì)1861—2010年）風(fēng)場(chǎng)中，氣旋性輻合中心在鄂霍次克海附近，中國(guó)南方地區(qū)被北風(fēng)控制，內(nèi)蒙古大部分地區(qū)在東風(fēng)距平控制下，表明內(nèi)蒙古夏季少雨年夏季風(fēng)偏弱，南方水汽通道不同，降水僅依靠東部近海水汽，對(duì)內(nèi)蒙古中西部降水十分不利。

4 結(jié)論

（1）近44年來(lái)，內(nèi)蒙古夏季降水量呈減少趨勢(shì)，減少幅度達(dá)23.38 mm/44 a。突變分析結(jié)論是UK和UB的交點(diǎn)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初，出現(xiàn)降水由多到少的突變現(xiàn)象，突變發(fā)生在1999年。

（2）內(nèi)蒙古夏季降水偏多年500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)為一脊一槽型，距平場(chǎng)歐亞范圍中高緯自西向東為“+ - +”位勢(shì)高度距平波列分布，顯示冷空氣位置偏北且暖濕空氣強(qiáng)盛，冷暖空氣在內(nèi)蒙古地區(qū)交匯，有利于內(nèi)蒙古夏季降水;偏少年500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)呈“- + -”分布，冷空氣南下路徑偏東，不利于冷暖空氣在內(nèi)蒙古地區(qū)交匯，使夏季降水偏少。對(duì)內(nèi)蒙古夏季降水影響的關(guān)鍵區(qū)域在烏拉爾山和貝加爾湖附近。

（3）影響夏季降水的環(huán)流因子眾多，西太平洋副高西、AO、經(jīng)緯向環(huán)流等都對(duì)降水有明顯影響。西太平洋副熱帶高壓脊線位置對(duì)內(nèi)蒙古夏季降水影響較明顯，當(dāng)脊線位置偏北時(shí)，有利于內(nèi)蒙古夏季降水偏多。AO與降水正相關(guān)，當(dāng)AO處于正位相時(shí)降水偏多，且異常偏多的可能較大，當(dāng)AO處于負(fù)位相時(shí)降水偏少;對(duì)AO的分析也側(cè)面印證了內(nèi)蒙古夏季降水與冷空氣強(qiáng)度關(guān)系密切，冷空氣強(qiáng)度偏強(qiáng)或偏弱都不利于內(nèi)蒙古夏季的降水，冷空氣強(qiáng)度一般時(shí)有利于內(nèi)蒙古的降水。歐亞西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)，內(nèi)蒙古夏季降水偏多的可能較大，如果僅為亞洲西風(fēng)帶緯向環(huán)流占優(yōu)勢(shì)，則出現(xiàn)偏少的可能較大。

（4）850 hPa內(nèi)蒙古夏季降水偏多年與偏少年風(fēng)場(chǎng)顯著差異出現(xiàn)在我國(guó)東北的氣旋性渦旋中心位置不同。而降水偏多年與偏少年850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平場(chǎng)不僅可以分析出不同位置的氣旋性渦旋中心，還可以看出夏季風(fēng)對(duì)內(nèi)蒙古降水影響明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃榮輝，徐予紅，周連童.我國(guó)夏季降水的年代際變化及華北干旱化趨勢(shì)[J].高原氣象，1999（4）：465-476.

[2] 尤莉，程玉琴，李卉，塔拉.1961—2012年6—8月內(nèi)蒙古降水異常及環(huán)流特征分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，29（6）： 56-62.

[3] 徐康，何金海，祝從文.近50年中國(guó)東部夏季降水與貝加爾湖地表氣溫年代際變化的關(guān)系[J].氣象學(xué)報(bào)，2011，69（4）： 570-580.

[4] 張存杰，宋連春，李耀輝.東亞地區(qū)夏季阻塞過(guò)程的研究進(jìn)展[J].氣象學(xué)報(bào)， 2004（1）：119-127.

[5] 黃榮輝，蔡榕碩，陳際龍，周連童.我國(guó)旱澇氣候?yàn)?zāi)害的年代際變化及其與東亞氣候系統(tǒng)變化的關(guān)系[J].大氣科學(xué)， 2006（05）：730-743.

[6] 陶詩(shī)言，張慶云.亞洲冬夏季風(fēng)對(duì)ENSO事件的響應(yīng)[J].大氣科學(xué)，1998（04）：15-23.

[7] 陳海山，孫照渤，倪東鴻，譚桂容.東亞冬季風(fēng)對(duì)秋、冬季SSTA響應(yīng)的數(shù)值試驗(yàn)[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（6）：721-730.

[8] 晏紅明，肖子牛.印度洋海溫異常對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)天氣氣候影響的數(shù)值模擬研究[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2000（1）：18-27.

[9] 王亞非，李琰，丁一匯.初夏東亞環(huán)流對(duì)厄爾尼諾的兩種響應(yīng)過(guò)程及其對(duì)中國(guó)降水的影響[J].氣象學(xué)報(bào)，2012，70（1）： 39-49.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Characteristics of Summer Precipitation and Atmos-pheric Circulation in Inner Mongolia in Recent 44 years

GE Haiyan （Chifeng Meteorological Bureau， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract Based on summer precipitation data of 110 stations in Inner Mongolia from 1971 to 2014， NCEP/NCAR monthly mean height field， wind grid data and NOAA monthly mean SST data， EOF decomposition， Monte Carlo statistical test and synthetic analysis were used. The temporal and spatial characteristics of summer precipitation and circulation characteristics of the first mode of summer precipitation in Inner Mongolia in recent 44 years were discussed.The results showed that summer precipitation in Inner Mongolia has a decreasing trend in recent 44 years， with a decreasing range of 23.38 mm/44 a. The 500 hPa geopotential height anomaly field in the middle and high latitudes of Eurasia presents a“+ - +”wave train distribution from west to east， and a“- + -”distribution distribution in the middle and high latitudes. The key regions of the circulation system were near ural Mountains and Lake Baikal. There were many circulation factors influencing summer precipitation， and the western Pacific Subtropical high， AO， and longitudinal-latitude circulation had obvious influence on precipitation. The significant difference between the long-year and juvenile wind fields of 850 hPa summer precipitation occurred in the different locations of the cyclonic vortex center in northeast China.

Key words Summer; More （less） precipitation; Spatial mode; Atmospheric circulation; Sea surface temperature