嶺谷組合地形區(qū)雨季開(kāi)始期及成因分析

郝成元,許傳陽(yáng),吳紹洪

（1.河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院,河南焦作454000;2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101）

中國(guó)科學(xué)家研究指出,亞洲夏季風(fēng)由相互聯(lián)系又有其各自獨(dú)立性的南亞季風(fēng)系統(tǒng)和東亞季風(fēng)系統(tǒng)所組成,東亞夏季風(fēng)最早在南海爆發(fā),平均在5月中旬,然后分別向西和北逐漸推進(jìn),而印度季風(fēng)一般等到6月中旬才爆發(fā)[1]。云南處于南亞夏季風(fēng)和東亞夏季風(fēng)的結(jié)合部,受低緯熱帶系統(tǒng)的影響較大,其夏季同時(shí)受南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)的影響,但在初夏雨季開(kāi)始期東亞季風(fēng)的影響是主要的[2]。

具體研究表明,云南雨季開(kāi)始期年季差異很大,正常年份開(kāi)始于5月5候,但異常年份雨季開(kāi)始期最早可在4月下旬,最晚可在6月下旬,早晚時(shí)間相差近2個(gè)月[3-4]。由于云南雨季開(kāi)始的早或晚與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系非常密切,因此雨季開(kāi)始期是云南短期氣候預(yù)測(cè)中的重中之重,對(duì)云南雨季開(kāi)始期的研究十分重要。已有研究利用高空探測(cè)資料和射出長(zhǎng)波輻射資料得出結(jié)論,2001年云南雨季大部分地區(qū)在5月上旬末至中旬開(kāi)始,較歷年偏早2～3候,5月雨量偏多至特多,發(fā)生了初夏罕見(jiàn)的洪澇災(zāi)害[5]。本研究試圖利用氣象上常用的以氣象站點(diǎn)的日降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)測(cè)定雨季開(kāi)始期,并對(duì)結(jié)果做出地理解釋。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省南部,政區(qū)范圍包括云南省30 個(gè)縣級(jí)行政區(qū) ,介于 98°40′53″-106°11′33″E 和22°26′34″-24°27′35″N,總面積 101 900 km2。研究區(qū)西部,隸屬滇西南山地,縱向排列著老別山、邦馬山、無(wú)量山、哀牢山等縱向高大山地。其中哀牢山是縱貫研究區(qū)中部的西北-東南向的巨大山脈,主峰超過(guò)3 100 m,而且與西南季風(fēng)氣流幾成正交;哀牢山以東則隔元江與滇東高原相鄰,地勢(shì)變化幅度相對(duì)較小[6]。研究區(qū)同時(shí)受兩個(gè)熱帶海洋(孟加拉灣和南海)水汽源的共同影響,特別是西部位于青藏高原的東南側(cè),是西南夏季風(fēng)進(jìn)入中國(guó)的必經(jīng)之地[7-8]。氣候上,研究區(qū)年內(nèi)有明顯的干、雨季更替[9]。冬半年(11月至次年4月),受到西風(fēng)南支及高原冬季風(fēng)的影響,部分地區(qū)還受東亞冬季風(fēng)影響,天氣相對(duì)干冷,故稱(chēng)干季;夏半年(5-10月),受西南夏季風(fēng)和東南夏季風(fēng)控制,天氣相對(duì)濕熱,又稱(chēng)雨季。即研究區(qū)地形地貌多樣,大氣環(huán)流復(fù)雜多變。

2 研究方法

云南雖然具有明顯的雨季,但要定出一個(gè)客觀實(shí)際的雨季開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn),卻不是一件容易的事。一般可以從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、天氣形勢(shì)、季風(fēng)環(huán)流變化來(lái)確定每年雨季的開(kāi)始日期,這方面的研究也不少[10-12]。但從實(shí)際出發(fā),普遍公認(rèn)還是以降水量為依據(jù),定出雨季開(kāi)始的標(biāo)準(zhǔn)是最為適宜的[2]。

雖然普遍認(rèn)為云南5-10月為雨季,但干季轉(zhuǎn)入雨季的時(shí)間,在不同地點(diǎn)或同一地點(diǎn)的不同年份存在差別,可在4月下旬、5月上旬、中旬、下旬或 6月上旬發(fā)生,從而形成雨季開(kāi)始期的較大差別。鑒于以上分析,秦劍等選擇采用雨季開(kāi)始期的標(biāo)準(zhǔn)如下,并在云南省多年雨季開(kāi)始期的推算中得出較為準(zhǔn)確的結(jié)果:從4月21日開(kāi)始到 6月30日,自日雨量≥多年平均日雨量三倍之日起,以后連續(xù)5 d、10 d、一個(gè)月的降水相對(duì)系數(shù)C≥1,則第一天作為雨季開(kāi)始日,此日所在的候即為雨季開(kāi)始候[2]。即

式中:CN——N天的降水相對(duì)系數(shù),可為候、旬、月;RN——N天的降雨量;ˉR——多年平均年雨量。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究結(jié)果

表1是采用公式(1)對(duì)研究區(qū) 30個(gè)氣象臺(tái)站2001年雨季開(kāi)始時(shí)間的計(jì)算結(jié)果,可以看出哀牢山是研究區(qū)雨季開(kāi)始時(shí)間區(qū)域劃分的分界線(xiàn):哀牢山附近及以東地區(qū)的個(gè)舊等16個(gè)氣象臺(tái)站的雨季開(kāi)始時(shí)間較早,為4月5候;哀牢山以西地區(qū)的永德、耿馬、臨滄、景谷、滄源、雙江、鎮(zhèn)沅等7個(gè)氣象臺(tái)站的雨季開(kāi)始時(shí)間較晚,為5月2候。另有其它幾個(gè)站點(diǎn)比較特殊,哀牢山以東地區(qū)最東部的富寧以及最北部的新平、內(nèi)部的紅河和廣南等4個(gè)氣象站,雖然在4月5候也降雨不少,但采用公式(1)計(jì)算結(jié)果顯示5月2候、5月1候和4月6候才進(jìn)入雨季;哀牢山以西地區(qū)的墨江、普洱和鎮(zhèn)康等3個(gè)氣象站也在5月1候稍微提前其西部鄰近氣象臺(tái)站進(jìn)入雨季。縱觀以上分析,全區(qū)雨季開(kāi)始時(shí)間有一個(gè)自東向西和自南向北發(fā)展的趨勢(shì),這一結(jié)論與王裁云研究結(jié)果相同[13]。這里所得出的2001年雨季開(kāi)始時(shí)間較早于正常年份的5月中、下旬,也與鄭建萌等的研究結(jié)論基本一致[5]。

表1 研究區(qū)30個(gè)氣象站點(diǎn)2001雨季開(kāi)始時(shí)間

3.2 成因分析

以上研究結(jié)果可以應(yīng)用研究區(qū)多年來(lái)的平均各月降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行初步解釋。以下各月降水?dāng)?shù)據(jù)均為基于PRISM(Parameter elevation Regressions on Independent Slopes Model)模型而生成[14],使用獨(dú)立于氣象站點(diǎn)的研究區(qū)31個(gè)水文站的多年平均降水量數(shù)據(jù)檢驗(yàn),結(jié)果較好,平均誤差率僅為8.56%,具有較高的可靠性[15]。

由以上分析可知,影響研究區(qū)降水的水汽來(lái)源主要有兩個(gè):南亞夏季風(fēng)和印度夏季風(fēng),而且它們的來(lái)臨時(shí)間存在著顯著的時(shí)間差[5,16]。至于其原因,雖然已經(jīng)開(kāi)展了多項(xiàng)研究,分別從海溫異常、西太平洋副熱帶高壓、地形等多個(gè)角度進(jìn)行了探討,但到目前為止還沒(méi)有結(jié)論得到大家的一致認(rèn)可[17]。其中較有說(shuō)服力的就是吳國(guó)雄等認(rèn)為青藏高原的熱力和機(jī)械強(qiáng)迫作用造成了南海夏季風(fēng)早于印度夏季風(fēng)[18]。

2001年4月中旬,由于東南夏季風(fēng)一支——南海季風(fēng)首先從研究區(qū)南部進(jìn)入哀牢山以東地區(qū),并帶來(lái)大量的水汽[17,19],從而在研究區(qū)東南一側(cè)形成一定量的降水,數(shù)量達(dá)到60～80 mm,局部地區(qū)可達(dá)150 mm以上,而哀牢山和無(wú)量山南段以西、以北地區(qū),降水總量則多在50 mm以下(見(jiàn)圖1)。伴隨著時(shí)間的推移,影響本研究區(qū)的另外一支氣流——強(qiáng)大的來(lái)自熱帶海洋的、濕層深厚水汽充沛的、持續(xù)穩(wěn)定的孟加拉灣西南夏季風(fēng)氣流自西南部開(kāi)始侵入研究區(qū)[17,20],隨即西部降水增加迅速,大部分地區(qū)的降水量都達(dá)到100 mm,特別是南部地區(qū)的很大部分區(qū)域都超過(guò)150 mm,其中一些區(qū)域達(dá)到200 mm以上(圖2),至5月中下旬研究區(qū)所有區(qū)域均進(jìn)入了雨季。此兩過(guò)程均以無(wú)量山和哀牢山的組合區(qū)域?yàn)榻缇€(xiàn),地理解釋就是無(wú)量山和哀牢山組合區(qū)域?qū)λ淖韪糇饔枚纬伞＞唧w來(lái)說(shuō),研究區(qū)在2001年4月下旬受來(lái)自南海的東南濕潤(rùn)氣流影響,開(kāi)始自東而西進(jìn)入雨季時(shí),無(wú)量山-哀牢山地形的阻隔作用使其以西地區(qū)受此影響微弱;5月,當(dāng)來(lái)自孟加拉灣更濕潤(rùn)深厚氣流的侵入哀牢山以西地區(qū)時(shí),同樣由于無(wú)量山-哀牢山地形的阻隔作用也使其以東地區(qū)短時(shí)間內(nèi)受孟加拉灣氣流影響不明顯,還是受南海季風(fēng)影響顯著。但此時(shí)的研究區(qū)均已經(jīng)進(jìn)入雨季,只不過(guò)進(jìn)入時(shí)間有早有晚而已。

圖1 2001年4月份降水量空間格局

6月份,研究區(qū)絕大部分地區(qū)的降水總量都達(dá)到了200 mm,尤其是研究區(qū)的最西南角和哀牢山南段區(qū)域,其降水總量均達(dá)到了400 mm(圖3)。

總之,處于冬、夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期的4月、5月之所以形成鮮明的降水量空間區(qū)域差異的主要因素就是研究區(qū)東部和西部地區(qū)存在著水汽來(lái)臨時(shí)間相位差異的緣故,再加上哀牢山、無(wú)量山等大地形的阻隔作用而造成。

圖2 2001年5月份降水量空間格局

圖3 2001年6月份降水量空間格局

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)2001年進(jìn)入雨季時(shí)間區(qū)域差異顯著。無(wú)量山-哀牢山組合地形以東地區(qū)先進(jìn)入雨季,多在4月5候;組合地形以西地區(qū)多在5月2候。

(2)究其原因,主要有二點(diǎn):其一就是研究區(qū)的東部和西部存在著水汽來(lái)臨時(shí)間相位差;其二是哀牢山、無(wú)量山等縱向山地對(duì)水汽有截留和阻隔作用。

(3)從另一側(cè)面看,無(wú)量山-哀牢山組合地形至少是東亞夏季風(fēng)和南亞夏季風(fēng)的分界地帶之一。

致謝:中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所朱華忠博士無(wú)償提供了基于 PRISM的降水?dāng)?shù)據(jù),謹(jǐn)此致謝!

[1]丁一匯,馬鶴年.東亞季風(fēng)的研究現(xiàn)狀[C]//何金海.亞洲季風(fēng)研究的新進(jìn)展.北京:氣象出版社,1996:1-4.

[2]秦劍,琚建華,解明恩.低緯高原天氣氣候[M].北京:氣象出版社,1997.

[3]劉瑜.云南雨季早遲的氣候特征分析[J].氣象,2000,26(7):45-49.

[4]趙爾旭,呂俊梅,琚建華.東南亞地區(qū)夏季風(fēng)爆發(fā)對(duì)云南雨季開(kāi)始的影響[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2006,22(36):209-216.

[5]鄭建萌,段旭.2001年云南雨季開(kāi)始偏早與孟加拉灣季風(fēng)爆發(fā)的關(guān)系[J].氣象,2005,31(2):59-63.

[6]王聲躍.云南地理[M].昆明:云南民族出版社,2002:46-48.

[7]陳隆勛,朱乾根,羅會(huì)邦,等.東亞季風(fēng)[M].北京:氣象出版社,1991:49-60.

[8]解明恩,陶云.云南雨季開(kāi)始的大雨過(guò)程研究[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2004,20(6):662-672.

[9]強(qiáng)學(xué)民,琚建華,張浩瀚.云南夏季風(fēng)演變?cè)\斷分析[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1998,20(1):75-79.

[10]梁小軍,江洪,朱求安,等.岷江上游流域不同土地利用與氣候變化的徑流響應(yīng)研究[J].水土保持研究,2008,15(5):30-33.

[11]劉瑜,陶云.云南雨季開(kāi)始期標(biāo)準(zhǔn)的再研究[J].云南氣象,2004(2):11-13.

[12]劉瑜,趙爾旭,黃瑋,等.初夏孟加拉灣低壓與云南雨季開(kāi)始期[J].高原氣象,2007,26(3):572-578.

[13]王裁云.影響云南5月雨季開(kāi)始的天氣原因分析[C]//全國(guó)熱帶夏季風(fēng)會(huì)議文集.昆明:云南人民出版社,1983:189-197.

[14]Daly C,Gibson W P,Hannaway D,et al.Development of new climate and plant adaptation maps for China[C]//Proceedings,12th Conference on Applied Climatology.Asheville:American Meteorological Society,2000:62-65.

[15]Hao C Y,Dai E F,Wu S H,et al.Research on Barrier function and temporal and spatial heterogeneity of vegetation in the southern of LRGR[J].Chinese Science Bulletin,2006,51(s):143-153.

[16]Lu J M,Zhang Q Y,Tao S Y,et al.The onset and advance of the Asian summer monsoon[J].Chinese Science Bulletin,2006,51(1):80-88.

[17]矛懋,郭品文,郭準(zhǔn).南海夏季風(fēng)與印度夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的年際差異[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2009,32(1):64-70.

[18]吳國(guó)雄,張永生.青藏高原的熱力和機(jī)械強(qiáng)迫作用以及亞洲季風(fēng)的爆發(fā).Ⅰ:爆發(fā)地點(diǎn)[J].大氣科學(xué),1998,22(6):825-838.

[19]何金海,丁一匯,高輝,等.南海夏季風(fēng)建立日期的確定于季風(fēng)指數(shù)[M].北京:氣象出版社,2001:118-119.

[20]張東凌,何卷雄.南亞夏季風(fēng)爆發(fā)的統(tǒng)計(jì)動(dòng)力分析[J].氣候與環(huán)境學(xué)報(bào),2005,10(3):366-376.