東北地區(qū)夏季降水特征及其與大氣環(huán)流的關(guān)系

王曉雪,王深義

（黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030）

東北地區(qū)夏季降水特征及其與大氣環(huán)流的關(guān)系

王曉雪,王深義

（黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030）

本文采用中國東北地區(qū)1951-2012年降水資料，NCEP/NCAR再分析資料，分析研究中國東北地區(qū)夏季（5-8月）降水特征及其與大氣環(huán)流的關(guān)系，并對可能影響途徑進行了探討。結(jié)果表明：總體來說，1951年以來，東北地區(qū)夏季降水年際變化具有顯著性的季節(jié)尺度特征，同時利用相關(guān)分析得出初夏時節(jié)東北地區(qū)降水與整個地區(qū)成顯著性正相關(guān)，它的相關(guān)中心出現(xiàn)在東北地區(qū)中西部；盛夏時節(jié)東北地區(qū)東南部出現(xiàn)顯著的正相關(guān)。初夏東北地區(qū)的降水異常與東北冷渦活動有關(guān)；而東亞夏季風(fēng)影響盛夏。東北地區(qū)5、6月份西北部出現(xiàn)氣旋性環(huán)流隨高度向西傾斜；7、8月份降水異常是因為西太平洋副熱帶高壓西伸北進。隨著西太副高西北側(cè)的南風(fēng)異常加強，向北輸送的水汽明顯增多，東北地區(qū)盛夏時節(jié)降水明顯增多。經(jīng)過本文對中國東北地區(qū)夏季降水特征的分析及其與大氣環(huán)流關(guān)系的研究，能夠為以后防災(zāi)減災(zāi)工作提供一定的理論依據(jù)。

夏季降水；年際變化；相關(guān)分析

1 引言

中國東北地區(qū)，狹義上是指東北三省（黑龍江省、吉林省、遼寧省），廣義上是指山海關(guān)以北的黑龍江省、吉林省、遼寧省、曾經(jīng)為東三省管轄的現(xiàn)在的內(nèi)蒙古自治區(qū)東五盟市（呼倫貝爾市、興安盟、通遼市、赤峰市、錫林郭勒盟）。地理位置為38°40′-53°30′N，115°05′-135°02′E。中國東北地區(qū)四季分明，從南至北跨越暖溫帶、中溫帶與寒溫帶，屬于溫帶季風(fēng)性氣候，冬季寒冷干燥，夏季溫熱多雨。自東至西，降水量從1000 mm降至300 mm以下，從濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)過渡到半干旱區(qū)。

中國東北地區(qū)受季風(fēng)氣候特征控制，季風(fēng)的年際變化特點，決定了干旱、洪澇的高發(fā)。季風(fēng)氣候特征的熱力性質(zhì)，使得東北地區(qū)成為全球變化響應(yīng)的敏感區(qū)域，從而成為我國研究區(qū)域性氣候變化特點的重要地區(qū)。中國東北地區(qū)表現(xiàn)出冷濕的特征,形成與發(fā)展都與它所處的地理位置有密切聯(lián)系。

與此同時，降水對自然生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)發(fā)展和人類社會都有重大影響，所以降水是最重要的氣候要素之一。影響降水的因素繁多，相對也很復(fù)雜，它并不是單個因子作用的結(jié)果，而是多種因子綜合配置產(chǎn)生的結(jié)果。因此降水是氣候變化的重要研究對象。區(qū)域地區(qū)或全球地區(qū)的天氣和氣候類型及其變化通常都是由大氣環(huán)流形勢所決定，大氣環(huán)流控制了區(qū)域氣候變率。所以，對區(qū)域氣候的研究往往離不開大氣環(huán)流的變化。把區(qū)域氣候和大尺度大氣環(huán)流聯(lián)系在一起，有助于理解控制區(qū)域氣候的物理機制。盡管所觀測到的降水的變化不能完全由大氣環(huán)流的變化來解釋，但是對于大氣環(huán)流與各種氣候要素之間關(guān)系的研究也能夠更好地理解氣候變率。

2 數(shù)據(jù)來源和方法

為了研究中國東北地區(qū)（選擇35-55°N，110-140°E覆蓋了整個東北地區(qū)）降水特征，本文所采用的資料，來自中國氣象局國家氣候中心收集整理的中國160站臺站觀測月平均降水資料。從其中選取中國東北地區(qū),包含黑龍江省、吉林省、遼寧省和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部四盟的46個測站。其中包括哈爾濱、雞西、佳木斯、牡丹江、烏蘭浩特、赤峰、通遼、長春、通化、沈陽、朝陽、營口、丹東、大連、齊齊哈爾、林東、富錦等46站作為東北地區(qū)的代表站。選擇站點的過程中考慮到了包括站點遷移、某些觀測資料缺失對整體資料連續(xù)性的影響,使用數(shù)據(jù)的時間長度為62 a(1951年1月1日-2012年12月31日)。本文利用ECMWF大氣環(huán)流場資料提供的月平均再分析數(shù)據(jù)，水平分辨率是2.5°x2.5°的全球大氣月平均資料，包括高度場資料(17層標準等壓層)、二維風(fēng)場資料等，時間序列取自1951-2012年。

本文主要采用的方法為線性趨勢估計法、相關(guān)分析和合成分析。分析降水異常的年代際特征中，使用了線性傾向估計法和二項式系數(shù)滑動平均法。氣象上經(jīng)常采用滑動平均的低通濾波方法對序列作平滑處理，滑動平均方法的最大的缺點就是縮短了序列，使得無法與相應(yīng)項一一對應(yīng)，造成分析上的一定困難。所以本文采用另一種平滑處理方法叫做二項式系數(shù)加權(quán)平均法。

3 東北夏季降水特征的分析

根據(jù)1951-2012年中國東北地區(qū)相對分布均勻的46個測站的月降水資料，研究探討了中國東北地區(qū)降水量的時空分布特征。1951-2012年共62 a區(qū)域年平均總降水量為113.47 mm，降水主要集中在夏季，其次是春季、秋季，冬季降水是最少的。東北地區(qū)夏季降水表現(xiàn)為7月份最多，8月份次之。5—8月占全年降水量的四分之三，對東北地區(qū)春、夏兩季農(nóng)作物的生長起到了重要作用。所以本文著重研究東北地區(qū)5-8月降水量的特征及其與大氣環(huán)流的關(guān)系。

中國東北地區(qū)多年（1951-2012）以來5、6月降水量的平均值中國東北部西北區(qū)域降水量較少，東南降水較多。7、8月份降水量相對于5、6月份有所增多，仍然有由東南向西北逐漸減少的勢頭。所以60 a來，東北地區(qū)年平均降水量呈現(xiàn)帶狀分布的特征。中國東北地區(qū)月總降水量氣候態(tài)空間分布整體表現(xiàn)出由東南向西北逐漸減少的趨勢，東南部分降水約等于西北部分的二倍。在不考慮氣候變化的情況下，造成東北地區(qū)這種降水特征的主要原因是地形。由于東北地區(qū)東側(cè)長白山脈的影響，南面氣流受到地形的影響作用而抬升，水汽凝結(jié)導(dǎo)致東南面的迎風(fēng)坡有降水生成，所以東北地區(qū)東南部分有強的降水中心出現(xiàn)。此外，6月和7月東北地區(qū)西北部分的大興安嶺山脈影響著從歐亞大陸上游過來的西風(fēng)氣流，降水主要在西部迎風(fēng)坡出現(xiàn)，而降水極小值出現(xiàn)在東部。除此之外，東北地區(qū)盛夏（7、8月）比起初夏（5、6月）降水有明顯加強。

4 東北夏季降水年際變化

在1951-2012年的62 a中，中國東北地區(qū)最大降水值出現(xiàn)在1964年,平均月總降水量為144.37 mm，而最小降水值出現(xiàn)在1968年，平均月總降水量只有84.13 mm。東北地區(qū)夏季降水存在很強的年代際變化（圖略），50年代、60年代、70年代明顯低于多年平均值，而80年代、90年代高于多年平均值。除此之外，還存在明顯的年際變化。

整個中國東北地區(qū)存在一致性正相關(guān)，除此之外，相關(guān)系數(shù)的空間分布特征在5、6月份和7、8月份也存在一定差異。初夏時節(jié)表現(xiàn)出了全區(qū)一致的顯著性正相關(guān)，而且東北地區(qū)的中西部出現(xiàn)相關(guān)系數(shù)的極大值，大于0.6。除此之外，5月份黑龍江、吉林和遼寧的東南部都同時出現(xiàn)了另外兩個極大值中心。與5、6月份相比，7、8月份的顯著正相關(guān)區(qū)域主要出現(xiàn)在東北地區(qū)的東南部，相關(guān)系數(shù)的極大值大于0.7。同時，7、8月份相關(guān)系數(shù)的極大值中心逐漸從遼寧向北部延伸到黑龍江和吉林，這與7、8月份東亞夏季風(fēng)逐步北移也有密切關(guān)系。

5 影響東北地區(qū)夏季降水的大氣環(huán)流特征

5.1500 hPa位勢高度場的相關(guān)分析

在500 hPa等壓面上東北地區(qū)初夏的降水偏多與局部地區(qū)低氣壓異常顯著相關(guān)（圖1）。受到這個低氣壓異常影響，東北地區(qū)的低層主要受西南部分的異常氣流控制。來自黃海、渤海和日本海的水汽環(huán)繞東北，促使了整層的水汽輸送，并且在東北地區(qū)進行輻合，所以東北地區(qū)降水增多。然而在副熱帶地區(qū)，西太平洋副高主體位于海洋的上空，影響我國南方地區(qū)，還未能影響到東北地區(qū)。到了7、8月份，東北地區(qū)夏季降水增多主要和日本上空的異常高壓有關(guān)。與5、6月份相比，盛夏西太平洋副高中心逐漸北移，在8月脊線北抬。日本上空的異常高壓恰巧出現(xiàn)在西太副高的西北部，西太平洋副高西伸北進。

受西太平洋副熱帶高壓影響，異常的水汽沿西太平洋副高西側(cè)的南風(fēng)異常向北輸送到東北地區(qū)。7月西太平洋副高西側(cè)的南風(fēng)異常向北輸送水汽剛好到達東北地區(qū)的東南部分，出現(xiàn)水汽輻合中心。而在8月，南風(fēng)異常逐漸向北推進到吉林和黑龍江，水汽輸送和輻合中心也逐漸向北推進。這和相關(guān)分析的結(jié)果一致，東北地區(qū)月平均降水異常中心北移，可能與東亞夏季風(fēng)逐漸北移有關(guān)聯(lián)。與此同時，東北地區(qū)也出現(xiàn)了不同尋常的低壓中心（尤其是8月），一定程度上這和對流層高層上游沿著亞洲西風(fēng)急流所傳播的活動有很大關(guān)聯(lián)。同時，和7月份不大相同，8月份的東北降水可能還受貝加爾湖以北的高壓異常影響。

圖1 北半球5-8月平均降水量和同期500 hPa高度場相關(guān)分布，陰影通過顯著性檢驗（a）5月（b）6月（c）7月（d）8月

東北地區(qū)地處中緯度，影響降水的年際變化的環(huán)流異常可能也存有非線性的變化特征。但是經(jīng)過相關(guān)分析后，得出結(jié)論與前文一致，東北地區(qū)初夏時節(jié)顯著的異常主要為局地的異常低氣壓，而盛夏時節(jié)主要表現(xiàn)為西太平洋副高西北側(cè)的正異常。

5.2850 hPa位勢高度場的相關(guān)分析

北半球5-8月平均降水量和同期850 hPa高度場相關(guān)分布（圖略）與上文研究結(jié)果一致，在850 hPa等壓面上東北地區(qū)5、6月份的降水偏多與局部地區(qū)低氣壓異常顯著相關(guān)。東北地區(qū)中西部出現(xiàn)了負相關(guān)中心，當氣壓越低，對應(yīng)降水量越大。這個低氣壓異常使得東北地區(qū)的低層受到了西南部分的異常氣流控制，所以東北地區(qū)降水增多。然而在副熱帶地區(qū)，西太平洋副高主體位于海洋的上空，影響我國南方地區(qū)，還未能影響到東北地區(qū)。到了7、8月份，日本上空出現(xiàn)了正相關(guān)中心，說明此時氣壓越高，降水越多。也就是盛夏時節(jié)東北地區(qū)夏季降水增多主要和日本上空的異常高壓有關(guān)。與5、6月份相比，盛夏西太平洋副高中心逐漸北移，在8月脊線北抬。日本上空的異常高壓恰巧出現(xiàn)在西太副高的西北部，西太平洋副高西伸北進,與上文研究結(jié)果一致。

6 小結(jié)與結(jié)論

綜上所述，本文采用了滑動平均與相關(guān)分析的方法，對1951-2012年共62 a東北地區(qū)夏季降水年代際變化的特征及其與前期冬季環(huán)流的關(guān)系進行了分析與討論。得出結(jié)論：

（1）通過中國東北地區(qū)46個臺站觀測到的月平均資料與ECMWF再分析資料，得出了東北地區(qū)降水年際變化主要特征，顯示其年際變化具有季節(jié)尺度特征。東北地區(qū)夏季降水的空間分布既具有整體一致的特征，也存在著南北部及東西部相反變化的差異。

（2）在這62 a間，東北地區(qū)的夏季降水整體上呈現(xiàn)出一個弱的下降趨勢。而東北地區(qū)5、6月份降水與整個區(qū)域呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，相關(guān)中心在東北地區(qū)的中西部；東北地區(qū)7、8月份相關(guān)中心出現(xiàn)在東南部。

（3）經(jīng)過進一步討論研究，得出東北地區(qū)5、6月份降水異常主要和冷渦活動有關(guān)，東北冷渦活動越頻繁，對應(yīng)的東北地區(qū)西北側(cè)出現(xiàn)氣旋性環(huán)流異常，導(dǎo)致降水偏多。7、8月份，東北地區(qū)降水主要受高空中西風(fēng)急流北移和西太平洋副高西伸北進影響。西太平洋副高西伸北進，增強的西南風(fēng)氣流有利于更多水汽向東北地區(qū)輸送，導(dǎo)致降水增多。

（4）當中高緯地區(qū)環(huán)流的經(jīng)向分量減弱或西太平洋副熱帶高壓減弱東移時，東北地區(qū)降水偏少；反之，若中高緯地區(qū)環(huán)流的經(jīng)向分量加強或西太平洋副熱帶高壓西進加強時，東北地區(qū)降水則偏多。

（5）氣壓正距平的區(qū)域，氣壓高，降水少；氣壓負距平的區(qū)域，氣壓低，降水多。

P468.0+24

A

1002－252X(2016)04－0009－03

2016－9－1

王曉雪（1991-），女，黑龍江省哈爾濱市人，南京信息工程大學(xué)，本科生，助理工程師.