極渦對南方電網區域降水的影響

唐紅兵，李崇浩，王 平，滕小羽

(1.中國南方電網電力調度控制中心，廣東廣州 510623；2.南京信大高科技發展有限公司，江蘇南京 210024)

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極渦對南方電網區域降水的影響

唐紅兵1，李崇浩1，王 平2*，滕小羽2

(1.中國南方電網電力調度控制中心，廣東廣州 510623；2.南京信大高科技發展有限公司，江蘇南京 210024)

基于國家氣候中心提供的1960—2009年74項大氣環流因子中提取出的極渦指數參數，并結合中國氣象局整編的1960—2009年南方電網區域內95站降水月平均資料，采用相關性分析法討論太平洋極渦和亞洲區極渦對南方電網區域降水的影響。結果表明，太平洋極渦和亞洲區極渦對南方電網區域降水的影響比較大，冬半年極渦強度指數與南方電網區域降水之間存在負相關性，極渦強度指數越小，降水越多，相關系數自西向東呈現先增大后減小趨勢；春半年極渦強度指數與南方電網區域降水的相關系數自西向東先減小再增大，在四川南部和云南西部地區相關系數絕對值在0.7 以上。對單個測站而言，降水量與極渦強度指數間呈負相關，且相關系數絕對值均超過0.5，其中亞洲強極渦對南方電網區域降水的影響比太平洋強極渦大。

極渦；南方電網區域；降水；影響

極渦又稱“繞極環流”、“繞極渦旋”，是繞南極或北極的高空氣旋性大型環流[1]，其對全球天氣氣候的變化有重要影響[2]。自1853年極渦被學者第1次描述以來，極渦的研究引發了人們越來越多的關注。國外學者Angell[3]研究極渦的位置以及大小變化發現，300 hPa極渦對中緯地區氣候變化有一定的指示作用。我國學者研究極渦對氣候變化的影響表明，平流層極渦對對流層的環流場、溫度場影響顯著[4-5]。姚秀萍等[6]分析東北三江流域夏季旱澇與極渦基本特征發現，12月或冬季的極渦強度指數與次年8月份或夏季我國東北地區降水存在密切的正相關；時珍玲[7]分析20世紀90年代以來典型夏季旱澇成因發現，極渦活動對江淮流域夏季降水影響顯著。

南方電網區域地處我國南部，區域內水能資源豐富，約占全國的1/3，主要分布在西部的云南、貴州、廣西三省區的紅水河、烏江、瀾滄江、金沙江、怒江等各大流域。降水對流域來水和水電發電運行具有重要影響，研究極渦對降水的影響對電網調度生產工作具有重要的理論價值和實際意義。筆者在前人研究的基礎上，利用國家氣候中心提供的1960—2009年逐月環流指數資料，分析北半球極渦強度指數、亞洲極渦強度指數對南方電網區域降水的影響。

1 資料與方法

1.1 資料來源采用中國氣象局國家氣候中心提供的1960—2009年74項大氣環流因子，選取極渦指數資料，對其進行季尺度和月尺度的劃分。同時使用中國氣象局整編的1960—2009年南方電網區域95站降水月平均資料。南方電網區域是指16°～31°N、96°～119°E，主要包括廣東、廣西、海南、貴州和云南五省。

1.2 極渦不同指數的定義極渦不同指數均能不同程度反映極渦的變化特征，且各指數有明確的定義[8]。在500 hPa月平均等壓面上，取接近于最大西風軸線的等高線為極渦南界，極渦南界等高線以北所包圍的面積為極渦面積，將為單位的極渦面積定義為極渦面積指數；將500 hPa月平均等壓面與極渦南界特征等高線所在的等高面之間的空氣質量定義為極渦強度指數；在500 hPa月平均高度圖上，選取位勢高度最低的一個低渦中心的經緯度位置作為極渦中心位置，將極渦中心附近最小的一個網格點上的高度值定義為極渦中心強度指數[7]。

1.3 分析方法為了更好地研究北半球極渦強度與南方電網降水的關系，在此從冬半年和春半年2個時間段分別就兩者的相關性進行分析，求取極渦強度指數與南方電網區域降水量的相關系數，并構造出相關系數空間分布。

2 極渦與我國南方冬春天氣的關系

亞洲高緯上空穩定維持一個強大的極渦時，對我國的寒潮天氣過程有很好的指示意義[9]。我國幾乎所有中等以上強度的大范圍持續低溫均出現在北半球對流層中上部[10]。極渦發生一次斷裂分為2個中心，即形成偶極性環流。亞洲一側的極渦中心南壓至西伯利亞北部，冷空氣從西伯利亞源源南下，造成我國大范圍持續降溫[11]。若歐亞大陸極渦是2個極渦中心，且靠近我國的較強，則會伴隨我國大范圍持續低溫較強；若2個極渦中心強度相當接近，我國的持續低溫則中等偏強；反之，若亞洲極渦中心是較弱者或極渦分裂為3個中心，則持續低溫偏低[12]。同時由于在北半球4個極渦區域中，太平洋極渦占總的區域面積比最大[12]，因此該研究主要討論太平洋極渦強度指數和亞洲區極渦強度指數對南方電網區域降水的影響。

3 極渦強度指數與南方電網區域降水的關系

3.1 冬半年極渦強度指數與南方電網降水的關系從圖1可以看出，冬半年太平洋極渦和亞洲區極渦對南方電網區域的影響趨勢基本一致；相關系數自西向東基本經歷了先增大再減小的過程。極渦強度與降水量呈負相關，極渦強度指數越小，南方電網區域的西部降水越多。在貴州地區、云南北部的部分地區相關性較好，相關系數絕值對在0.6 以上。

從圖2可以看出，1月份時，太平洋極渦強度指數、亞洲區極渦強度指數與南方電網區域95個測站同期降水的相關系數自西向東的變化特征與冬半年基本一致。但太平洋極渦區在這一時間對南方電網區域降水的影響較亞洲區極渦范圍更廣，影響更大，在廣東北部地區其相關系數在0.4以上。分析亞洲區極渦時發現，在貴州地區、云南北部的部分地區，極渦強度指數越小，降水越多；而在廣西東部和廣東地區變化趨勢相反。

圖2 1月份太平洋(a)和亞洲(b)極渦強度指數與南方電網區域95個測站同期降水的相關系數分布

3.2 春半年極渦強度指數與南方電網區域降水的關系從圖3可以看出，春半年太平洋極渦和亞洲區極渦對南方電網區域的影響趨勢基本一致；相關系數自西向東基本經歷了先減小再增大的過程，兩者之間呈負相關，極渦強度指數越小，南方電網區域的中部降水越多。在四川南部和云南西部地區相關系數絕對值在0.7 以上。

圖4顯示，7月份時，太平洋極渦對南方電網區域的降水影響的區域變化趨勢與亞洲區極渦基本相同，但也存在差異。太平洋極渦強度與降水的相關系數自北向南變化趨勢為“-+-”。在云南西部和廣西中北部部分地區兩者呈正相關，太平洋極渦指數越大，降水越多；在云南北部，兩者呈負相關，相關系數絕對值在0.3以上，太平洋極渦指數越小，降水量越多。而亞洲區極渦指數與降水量的相關系數自西向東變化趨勢為“+ - +”。在云南、貴州和廣西地區，極渦強度指數越小，降水越多，其中貴州中部地區其相關系數絕對值在0.25以上；而在廣東地區，極渦強度指數越大，降水相對增加。

4 極渦強度指數對主要徑流預報區間內降水的影響

為了更好地分析極渦對南方電網區域降水的影響，將春半年和冬半年太平洋強極渦、亞洲強極渦與各個測站的降水量分別進行相關性分析。從圖5可以看出，太平洋強極渦、亞洲強極渦對南方電網區域降水的影響均顯著，極渦強度指數與降水量呈負相關，相關系數絕對值均超過0.5；極渦強度指數越小，南方電網區域降水越多。對單個測站而言，降水主要受亞洲強極渦影響，亞洲強極渦對南方電網區域降水的影響較太平洋強極渦顯著。

圖3 春半年太平洋(a)和亞洲(b)極渦強度指數與南方電網區域95個測站同期降水的相關系數空間分布

圖4 7月份太平洋(a)和亞洲(b)極渦強度指數與南方電網區域95個測站同期降水的相關系數空間分布

圖5 冬半年(a)和春半年(b)太平洋強極渦、亞洲強極渦強度指數與各測站降水量的相關性分布

5 結論

該研究利用中國氣象局國家氣候中心提供的1960—2009年74個大氣環流因子和1960—2009年南方電網區域95站降水月平均資料，采用相關性分析方法分析了極渦強度指數對南方電網區域降水的影響，具體結論如下：

(1)冬半年極渦強度指數與南方電網降水量呈負相關性，極渦強度指數越小，降水越多，相關系數從西向東呈現先增大后減小趨勢；1月份太平洋極渦區較亞洲區極渦對降水的影響較大。

(2)春半年極渦強度指數與南方電網降水量呈負相關，相關系數從西向東先減小再增大，在四川南部和云南西部地區相關系數絕對值在0.7 以上；太平洋極渦相關系數矢量場從北向南變化趨勢是“-+-”，而亞洲區極渦指數矢量場從西向東變化趨勢是“+-+”。

(3)對單個測站而言，降水量與極渦強度指數間均呈負相關，且相關系數絕對值均超過0.5，亞洲極渦對南方電網區域降水的影響較太平洋強極渦大。

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Effect of the Polar Vortex on Precipitation in China Southern Power Grid

TANG Hong-bing1, LI Chong-hao1, WANG Ping2*et al (1. China Southern Grid Power Dispatching and Control Center, Guangzhou, Guangdong 510623; 2. Nanjing Xinda High Tech Development Co. Ltd., Nanjing, Jiangsu 210024)

Using the 74 factors of the atmospheric circulation data of National Climate Center from 1960 to 2009, and monthly precipitation data from 95 stations in China provided by National Climate Center (NCC) from 1960 to 2009, the effect of the polar vortex on precipitation in China Southern Power Grid were discussed by means of correlation analysis. The results showed that the influence of Pacific polar vortex and the Asia polar vortex on the South China power grid is relatively large, and the polar vortex intensity index and the precipitation in the China Southern Power Grid is negative correlation. The smaller the polar vortex intensity index is, the more precipitation. The absolute value of correlation coefficient increased firstly and then decreased from the west to the east. But in spring, the correlation coefficient decreased firstly and then increased from the west to the east. In southern Sichuan and western Yunnan, the absolute value of correlation coefficient was above 0.7. For each single station, the precipitation and the polar vortex intensity index was negatively correlated, and the absolute value of correlation coefficient was more than 0.5. The influence of the Asian strong polar vortex was greater than that of the Pacific Ocean.

Polar vortex; China Southern Power Grid; Precipitation; Impact

南方電網科技項目(K-ZD2014-014)。

唐紅兵(1966-)，男，湖南祁東人，高級工程師，碩士，從事水文氣象及水庫調度研究。*通訊作者，工程師，碩士，從事降水事件統計分析工作。

2016-08-17

S 16；P 466

A

0517-6611(2016)30-0169-03