近44年內蒙古夏季降水與大氣環流特征分析

葛海燕

摘要 利用1971—2014年內蒙古110個站夏季降水資料、NCEP/NCAR逐月平均高度場、風場格點資料和NOAA月平均海表溫度資料，采用EOF分解、蒙特卡羅統計檢驗、合成分析等方法，探討了近44年內蒙古夏季降水的時空特征、夏季降水第一模態的環流特征。結果表明，近44年來內蒙古夏季降水量呈減少趨勢，減少幅度23.38 mm/44 a。夏季降水偏多年500 hPa位勢高度距平場歐亞范圍中高緯地區自西向東為“+ - +”波列分布，偏少年呈“- + -”分布，環流系統的關鍵區在烏拉爾山和貝加爾湖附近。影響夏季降水的環流因子眾多，西太平洋副高西、AO、經緯向環流等都對降水有明顯影響。850 hPa夏季降水偏多年與偏少年風場顯著差異出現在我國東北的氣旋性渦旋中心位置不同。

關鍵詞 夏季;降水偏多（少）;空間模態;大氣環流;海表溫度

中圖分類號：P434.5 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）03–0081–03

內蒙古自治區（以下簡稱內蒙古）地處中國北部邊疆，自東北向西南呈弧狀。由于內蒙古所處的地理位置和地形特點，海洋濕潤氣流難以深入，具有溫帶半干旱、干旱氣候特點。內蒙古降水稀少，變率大，干旱嚴重，年降水量介于50～500 mm，自東向西減少，降水時段多集中在夏季，夏季降水占全年總降水量的60%～75%，因此，研究內蒙古夏季降水異常的原因及規律，提高預測準確率，積極防御降水異常所造成的重大經濟損失，是目前防災減災工作的迫切需求。

黃榮輝等[1]研究得到1965年后中國華北夏季降水明顯減少，從20世紀90年代中期開始華北北部的降水增多。尤莉等[2]分析1961—2012年夏季6—8月內蒙古全區性少雨年遠遠多于全區性多雨年;8月全區出現多（少）雨站點的百分率近52 年呈顯著的減少（增加）變化趨勢。7月和6月全區性多（少）雨年主要表現為階段性特征;全區性異常多雨和異常少雨年主要集中出現在20世紀60年代和90年代后。中國華北地區夏季降水與同期的環貝加爾湖地表氣溫在年代際尺度上存在顯著的負相關關系，貝加爾湖阻塞高壓與華北降水呈負相關關系[3-5]。本文探討了內蒙古近44年（1971—2014年）夏季降水時空分布及其環流特征，并重點分析了夏季降水全區一致型所對應的大氣環流特征及其相關影響因子特征，以期通過短期氣候的預測因子分析，找到可預報量。

1 資料與方法

選用的資料主要包括內蒙古自治區119個站點1971—2014年6—8月合計降水資料，按照研究區域內站點盡量多、時段盡量長的原則，選取了資料記錄較為完整、年代較長的110個臺站降水資料。NCEP/NCAR再分析資料中1971—2014年逐月平均高度場、風場格點資料，網格距為2.5°×2.5°;NOAA月平均海表溫度資料，網格距為2°×2°。本文采用的統計分析方法包括EOF分解、蒙特卡羅統計檢驗、合成平均等[6]。

2 內蒙古夏季降水的時空變化特征

通過分析內蒙古夏季平均降水量的變化得出，近44年來內蒙古夏季降水量呈減少趨勢， 減少幅度為23.38 mm/44 a。從6階多項式擬合趨勢線上看出，內蒙古地區20世紀70年代的降水緩慢增多時段，1980s初期降水減少，80年代中期到1990s末開始進入多雨期，21世紀的前10年為少雨期，自2011年后降水有開始回升的趨勢。目前對氣候突變的檢測比較客觀、準確的方法是Mann-Kendall方法，但也只能對均值突變的檢測有把握。從內蒙古夏季降水的M-K檢驗曲線圖分析得出，20世紀70年代的夏季降水量明顯增多，而在80～90年代末呈現相對穩定的波動形勢，1999年呈現明顯減少的態勢（圖1）。從UK和UB的交點可以看出，在20世紀90年代末到21世紀初出現了降水由多到少的突變現象，突變發生在1999年。

3 內蒙古夏季降水的環流特征

3.1 內蒙古地區夏季降水偏多（少）雨年的選取

為進一步了解內蒙古夏季降水的主要降水類型及其空間分布特征，對內蒙古110站1971—2014年夏季降水作經驗正交函數分解（EOF分解）。EOF分析得出前3個主模態特征向量的方差貢獻率分別為30.9%、15.7%、10.0%，累計方差貢獻率為56.6%，以第一模態時間系數標準化絕對值大于1.0為標準，選取內蒙古全區夏季降水偏多、偏少的年份。

3.2 內蒙古夏季降水偏多（少）高度場分析

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

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

從異常偏多年減去異常偏少年位勢高度場可以看出，歐亞范圍中高緯位勢高度差值場呈“- + -”分布，對內蒙古夏季降水影響的關鍵區域在烏拉爾山和貝加爾湖附近，若出現西高東低環流形勢時，易出現夏季多雨型;若出現西低東高環流形勢時，易出現夏季少雨型，這也是預報預測重點關注的區域（圖2c）。

分析內蒙古夏季降水偏多年500 hPa位勢高度場發現，西太平洋副熱帶高壓脊線位置在全區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內蒙古夏季降水影響較明顯，當脊線位置偏北時，較有利于內蒙古夏季降水偏多。

北極通常受低氣壓系統支配，當北極濤動（AO）處于正位相時，系統的氣壓差較正常強，限制極區冷空氣向南擴展;當北極濤動（AO）處于負位相時，系統的氣壓差較正常弱，冷空氣較容易向南侵襲。冷空氣向南侵襲的強度及頻繁程度對我國的氣溫及降水有明顯影響。同期北極濤動（AO）處于不同位相時，對我國冬季氣溫及降水的影響明顯，冬季、春季AO通過下墊面持續性異常的強迫作用對后期夏季環流異常有影響。

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

夏季經緯向環流對內蒙古夏季降水的影響明顯，分析夏季歐亞緯向環流指數、歐亞經向環流指數、亞洲緯向環流指數和亞洲經向環流指數與夏季降水相關，歐亞和亞洲緯向環流指數與內蒙古夏季降水相關性較好，尤其是內蒙古東部負相關較明顯。

在實際氣象業務中，為表示歐亞或亞洲西風帶是以經向環流占優勢還是緯向環流占優勢，常用以下指數表示： 其中IZ為歐亞或亞洲緯向環流指數， 表示歐亞或亞洲緯向環流指數多年平均值;IM為歐亞或亞洲經向環流指數，表示歐亞或亞洲經向環流指數多年平均值。當I≥0時，表示西風帶緯向環流占優勢;反之經向環流占優勢[7-9]。

1971—2014年近44年中，有23年歐亞西風帶緯向環流占優勢，21年歐亞西風帶經向環流占優勢;44年中有25年亞洲西風帶緯向環流占優勢，19年亞洲西風帶經向環流占優勢;在夏季降水偏多年中歐亞西風帶緯向環流占優勢年份達75%，但亞洲西風帶緯向環流占優勢僅為62.5%;在夏季降水偏少年中歐亞西風帶緯向環流與經向環流各占50%，而亞洲西風帶緯向環流占優勢為75%;通過西風帶環流指數的分析，在歐亞西風帶緯向環流占優勢年，內蒙古夏季降水出現偏多的可能較大，如果僅僅為亞洲西風帶緯向環流占優勢，則出現偏少的可能較大。

3.3 內蒙古夏季降水偏多（少）風場分析

從850 hPa夏季降水偏多年、偏少年風場對比分析，可以看到從南海到40°N為一致的偏南或西南風，夏季風暴發（結束）的日期和強度對內蒙古夏季降水影響十分明顯;顯著差異出現在我國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的暖濕空氣在內蒙古相遇，有利于產生降水，而偏少年氣旋性渦旋中心在（55°N，130°E）附近，冷暖空氣交綏在內蒙古東部及東北地區，不利于全區一致多雨。

從850 hPa夏季降水偏多年、偏少年風場距平分析，夏季降水偏多年平均的850 hPa距平（相對1981—2010年）風場中，在內蒙古東部有氣旋性輻合中心，亞洲大陸東岸為南風或西南風距平，表明內蒙古夏季多雨不僅與內蒙古區域性的強烈上升運動水汽輻合有關，也與強盛的夏季風有密切關系，夏季風偏強，偏南暖濕氣流到達位置偏北，為地理位置偏北的內蒙古地區帶來充沛水汽;在降水偏少年平均的850 hPa距平（相對1861—2010年）風場中，氣旋性輻合中心在鄂霍次克海附近，中國南方地區被北風控制，內蒙古大部分地區在東風距平控制下，表明內蒙古夏季少雨年夏季風偏弱，南方水汽通道不同，降水僅依靠東部近海水汽，對內蒙古中西部降水十分不利。

4 結論

（1）近44年來，內蒙古夏季降水量呈減少趨勢，減少幅度達23.38 mm/44 a。突變分析結論是UK和UB的交點出現在20世紀90年代末至21世紀初，出現降水由多到少的突變現象，突變發生在1999年。

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

（3）影響夏季降水的環流因子眾多，西太平洋副高西、AO、經緯向環流等都對降水有明顯影響。西太平洋副熱帶高壓脊線位置對內蒙古夏季降水影響較明顯，當脊線位置偏北時，有利于內蒙古夏季降水偏多。AO與降水正相關，當AO處于正位相時降水偏多，且異常偏多的可能較大，當AO處于負位相時降水偏少;對AO的分析也側面印證了內蒙古夏季降水與冷空氣強度關系密切，冷空氣強度偏強或偏弱都不利于內蒙古夏季的降水，冷空氣強度一般時有利于內蒙古的降水。歐亞西風帶緯向環流占優勢，內蒙古夏季降水偏多的可能較大，如果僅為亞洲西風帶緯向環流占優勢，則出現偏少的可能較大。

（4）850 hPa內蒙古夏季降水偏多年與偏少年風場顯著差異出現在我國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風場距平場不僅可以分析出不同位置的氣旋性渦旋中心，還可以看出夏季風對內蒙古降水影響明顯。

參考文獻

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責任編輯：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