2017年我國(guó)秋季降水異常的特征分析

覃國(guó)威，孟慶怡

1.廣西壯族自治區(qū)來(lái)賓市氣象局，廣西來(lái)賓 546100；2.貴州省黔西南州氣象局，貴州興義 562400

對(duì)降水的研究一直是氣候研究的重點(diǎn)，秋季降水也不例外。正所謂“一場(chǎng)春雨一場(chǎng)暖，一場(chǎng)秋雨一場(chǎng)寒”?？梢?，秋雨對(duì)氣候變化的影響不可忽視。華西地區(qū)由于其特殊的地理位置，秋雨特征顯著。當(dāng)前對(duì)秋季降水的研究多從分析其時(shí)空變化特征、環(huán)流特征、與海溫的關(guān)系以及與臺(tái)風(fēng)的聯(lián)系等出發(fā)。高由禧等[1]對(duì)秋季降水的出現(xiàn)地區(qū)、起止日期等進(jìn)行了詳細(xì)研究外。除了對(duì)秋季降水年際變化特征的研究，更多的是對(duì)單獨(dú)異常年份或秋雨偏多區(qū)域的研究。這方面的研究，前者年際變化的影響較小，多從當(dāng)年大尺度環(huán)流的角度分析其異常的原因，如賈小龍等[2]分析了2007年我國(guó)秋季降水異常的成因，西太平洋副熱帶高壓偏北以及印緬槽、貝加爾湖低壓槽偏強(qiáng)，使得冷空氣被阻擋在北方，造成北方多降水。

秋季是我國(guó)作物成熟和收獲的季節(jié)，秋雨多寡會(huì)直接或間接地影響當(dāng)年秋季作物的收成和來(lái)年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3-4]。我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，秋季作物的收成將嚴(yán)重影響我國(guó)農(nóng)民的生計(jì)。盡管秋季全國(guó)大部地區(qū)少雨[5-6]，但是一旦某一年的秋季降水出現(xiàn)了異常，不管是秋汛還是伏旱，必將嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失[7-9]。因此，做好秋季氣候異常分析有助于防災(zāi)減災(zāi)。本研究以2017年秋季的幾次集中降水過(guò)程為例，結(jié)合其大尺度環(huán)流特征和水汽、動(dòng)力條件，對(duì)2017年秋季幾次異常強(qiáng)的降水過(guò)程進(jìn)行分析。

1 資料和方法

所用降水資料為我國(guó)586個(gè)站1961—2017年逐月降水資料和2017年逐日降水資料。環(huán)流場(chǎng)資料為NCEP/NCAR提供的多年平均逐月再分析資料和2017年全球逐日再分析資料，水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向?yàn)?7層（10、200、300、500、700、100、150、200、250、300、400、500、600、700、850、925、1 000 hPa），包括高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、垂直速度和700 hPa的比濕。所用的分析方法為EOF分析等。

2 我國(guó)秋季降水的時(shí)空分布特征

我國(guó)秋季降水大致呈現(xiàn)出南多北少的分布特征。除了華南沿海有較大降水外，降水集中在長(zhǎng)江流域及其以南的地區(qū)，降水的極大值中心在四川東部附近，其平均降水達(dá)到270 mm以上。秋季最明顯的降水出現(xiàn)在華西地區(qū)，秋季降水一般集中在川東、川南東部、漢水流域和渭水流域等地區(qū)，也就是所謂的華西秋雨（圖1）。

圖1 1961—2017年多年平均秋季降水分布

根據(jù)1961—2017年秋季（9—11月）降水距平資料進(jìn)行EOF分析，了解我國(guó)秋季降水的時(shí)空變化特征。秋季降水距平場(chǎng)EOF分析的前兩個(gè)模態(tài)通過(guò)North檢驗(yàn)，其中第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)為19.2%，第二模態(tài)方差貢獻(xiàn)為10.8%。下文將針對(duì)前兩個(gè)模態(tài)（圖2）進(jìn)行分析。

圖2 1961—2017年秋季降水EOF分析

圖2a為1961—2017年我國(guó)秋季降水EOF分析第一特征向量的分布?？梢钥闯?，除了甘肅和青海及東北小部分地區(qū)外，第一特征向量基本為正值，說(shuō)明我國(guó)秋季降水具有整體一致的變化特征。第一時(shí)間系數(shù)（圖2c）反映出秋季降水在1980年代初之前有年際變化的特征，之后具有年代際變化特征。在1960年代前半葉、1970年代中期和1980年代初期，以及2008年之后，時(shí)間系數(shù)多為正值，結(jié)合第一特征向量可知，在這些時(shí)段內(nèi)，我國(guó)秋季降水為正距平，屬于秋季多雨期；1960年代中后期到1970年代前期、1970年代后期、從1980年代后期到20世紀(jì)初，我國(guó)秋季降水偏少；2008年前后開始，我國(guó)又進(jìn)入秋季多雨期。

圖2b為1961—2017年 我 國(guó) 秋 季降水EOF分析第二特征向量?？芍?，我國(guó)秋季降水另一個(gè)模態(tài)為南北反向的分布特征：長(zhǎng)江以南與華北西北特征向量符號(hào)相反，東北地區(qū)和長(zhǎng)江以南是同號(hào)。這表明當(dāng)長(zhǎng)江以南秋季降水偏多時(shí)，華北和西北地區(qū)秋季降水偏少。第二時(shí)間系數(shù)（圖2d）表現(xiàn)出很明顯的年際變化特征。結(jié)合第二特征向量的分布可以看出，2017年江淮地區(qū)秋季降水為正距平。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，2017年江淮地區(qū)秋季降水為正距平。而對(duì)2017年秋季降水的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，江漢、江淮、黃淮南部、華北中部及青海東南部、四川西北部、重慶、廣西等地降水量較常年同期偏多20%，甚至1倍，局地偏多1倍以上。

3 2017年秋季降水的特點(diǎn)

圖3a為2017年秋季降水距平百分率，可以看出2017年秋季降水呈現(xiàn)出北部、中部大，南部小的特征，東北、青海、華西、江淮和新疆西南部降水偏多60%及以上，而內(nèi)蒙古地區(qū)、新疆中東部、青藏高原中東部及云貴高原降水偏少，偏少最多達(dá)60%。

從秋季各月的降水距平百分率分布來(lái)看（圖3b、圖3d），2017年秋季降水異常偏多，主要是由9月與10月降水偏多造成。9月降水偏多區(qū)域主要集中于中國(guó)東部地區(qū)的江淮，且在東西方向呈一條明顯的多雨帶，該區(qū)域降水比常年同期偏多60%及以上，而內(nèi)蒙古和新疆西部及華東江南地區(qū)，降水比常年偏少30%左右；10月降水偏多區(qū)域主要位于華北南部和江淮地區(qū)，其中華北南部降水相對(duì)于10月多年平均降水偏多3倍，而江淮地區(qū)2017年10月降水比常年偏多近2倍；到了11月降水距平變?yōu)槟隙啾鄙俚姆植?，江淮地區(qū)的降水減少。

圖3 2017年降水距平百分率

4 2017年秋季降水的環(huán)流形勢(shì)分析

4.1 2017年秋季的環(huán)流特征

從多年平均的環(huán)流形勢(shì)（圖略）來(lái)看，副高中心主要位于西北太平洋，9月到11月，西太平洋副熱帶高壓逐漸南退；中高緯基本為平直的西風(fēng)環(huán)流，在貝加爾湖附近是短波槽脊的活動(dòng)；青藏高原附近是一支穩(wěn)定存在的南支槽，它的活動(dòng)將會(huì)給西南地區(qū)帶來(lái)降水。綜上所述，無(wú)論是整個(gè)秋季還是秋季各月，副高中心是位于海上的，而且從影響降水的系統(tǒng)來(lái)看，北方和長(zhǎng)江流域基本為平直的西風(fēng)環(huán)流，并沒(méi)有可以造成大型降水的明顯系統(tǒng)。

4.2 9月環(huán)流特征分析

9月北半球的亞歐大陸的中高緯整體為“兩槽一脊”的環(huán)流型，副高的588線抬至長(zhǎng)江流域，其西脊點(diǎn)到達(dá)我國(guó)西南地區(qū)的90°E附近。長(zhǎng)江以南的福建大部、江西大部、湖南南部和廣東北部為正距平中心，說(shuō)明2017年9月份的副高異常偏強(qiáng)。而貝加爾湖西北側(cè)為負(fù)距平中心，且中心距平值為-6 dagpm，即貝加爾湖西北部的槽與常年同期相比異常深厚，這將有利于冷空氣的堆積。結(jié)合槽底部平直的西風(fēng)氣流，在其上不斷有小槽的活動(dòng)，冷空氣不斷南下，隨著副高西北側(cè)的西南氣流將孟加拉灣和南海的暖濕空氣源源不斷地輸送到西南、江漢和江淮流域，與冷空氣交匯，形成降水。

4.3 10月環(huán)流特征分析

10月500 hPa中高緯地區(qū)以緯向環(huán)流為主，副高異常偏西、偏強(qiáng)，其西側(cè)脊點(diǎn)位于100°E附近，588特征線在長(zhǎng)江以南地區(qū)。我國(guó)華南大部分地區(qū)處在副高南側(cè)的下沉氣流下，降水比常年明顯偏少；而處于副高北側(cè)的黃淮、江淮、江漢地區(qū)上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，降水比常年偏多。通過(guò)對(duì)比其他月份的500 hPa平均高度場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，10月的平均高度場(chǎng)與2017年秋季的最為接近：副高異常偏強(qiáng)，貝加爾湖底部沒(méi)有大的槽脊發(fā)展，只有不斷的短波槽移動(dòng)。

綜上所述，從一個(gè)側(cè)面的角度可以說(shuō)明2017年秋季降水異常偏多主要由10月份的降水異常偏多引起，或者說(shuō)10月的降水異常對(duì)秋季降水異常偏多貢獻(xiàn)最大。

4.4 11月環(huán)流特征分析

11月500 hPa高度距平分布與常年同期相比，具有以下特點(diǎn)：東亞大槽偏強(qiáng)，副高偏西、偏強(qiáng)。中高緯的位勢(shì)高度整體上呈西高東低的分布，東亞大槽異常偏強(qiáng)，從東西伯利亞一直到日本島最南端都是東亞大槽控制的范圍；西部烏拉爾山地區(qū)是一個(gè)高壓脊。在中緯度地區(qū)，以平直的西風(fēng)環(huán)流為主，經(jīng)向性不大，這導(dǎo)致了北方冷空氣以向東輸送為主，不利于冷空氣的南下。副高588特征線并未抬至我國(guó)大陸地區(qū)，但是其西端卻到達(dá)了海南以西，105°E附近，異常偏西。在11月500 hPa高度距平上我國(guó)黃河以北地區(qū)都是負(fù)的距平值，而東亞地區(qū)則是負(fù)的距平中心，距平中心值為6個(gè)十位勢(shì)高度，與11月東亞大槽異常偏強(qiáng)相對(duì)應(yīng)。黃河以南的區(qū)域雖然是一個(gè)正的距平區(qū)，但是從距平的大小來(lái)看，與常年同期相差并不明顯，副高也沒(méi)有明顯北抬的跡象。

綜上分析，11月冷空氣被阻擋在北方，而副高的環(huán)流形勢(shì)又抑制了孟加拉灣向我國(guó)水汽的輸送，導(dǎo)致2017年11月南方干熱、北方低溫的天氣。缺少了水汽的輸送和冷空氣南下的影響，江淮地區(qū)的降水相比于9月和10月就顯得十分稀少，平均累計(jì)降水在200 mm以下，只在中旬出現(xiàn)了一次較大的降水。

5 結(jié)論與討論

（1）我國(guó)秋季降水具有全國(guó)一致變化和以長(zhǎng)江為界的南北反相變化2種主要模態(tài)，具有明顯的年際變化特征，2000年中期后，我國(guó)秋季降水有增多的趨勢(shì)。

（2）2017年秋季降水偏多，江淮地區(qū)為降水偏多集中區(qū)，主要由9和10月降水異常偏多造成。

（3）2017年秋季的副高異常偏西、偏北，而貝加爾湖低槽比往年偏深，導(dǎo)致冷暖氣流在江淮地區(qū)交匯，造成降水偏多。

（4）9和10月江淮地區(qū)受副高和低空低渦、切變線的影響，出現(xiàn)幾次強(qiáng)降水，造成9和10月的降水異常偏多；11月由于中高緯西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)大，冷空氣只能向東輸送，加上副高對(duì)水汽輸送的抑制，造成11月上旬北方低溫、南方干熱。