長江中下游夏季降水異常年環(huán)流特征分析

姚揚

摘 要：利用國家氣候中心月降水資料以及NCEP/NCAR再分析月平均資料，分析了長江中下游地區(qū)夏季降水異常年的環(huán)流和水汽輸送特征。分析表明，該地區(qū)夏季降水異常主要是受西太平洋副熱帶高壓和北方冷空氣南下影響。長江中下游地區(qū)夏季降水出現(xiàn)異常的多雨年是因西太平洋副熱帶高壓強度較常年偏大，西伸脊點偏西，使得西太平洋水汽輸送增強，水汽通量大值區(qū)位于該地區(qū)上空；在850 hPa水平風矢量距平場，30°N以北為氣旋性環(huán)流距平，以南為反氣旋性環(huán)流距平。出現(xiàn)異常的少雨年是由西太平洋副熱帶高壓強度偏小，西伸脊點偏東，水汽輸送減弱所導(dǎo)致；850 hPa水平風矢量距平場南北環(huán)流形勢與異常多雨年相反，北方冷空氣活動減弱，使得降水減少。

關(guān)鍵詞：長江中下游；降水異常；西太平洋副熱帶高壓；水汽通量；冷空氣

長江中下游地區(qū)地域廣闊，經(jīng)濟、科技發(fā)達，是我國重要的工業(yè)、農(nóng)業(yè)基地；并且處于東亞氣候系統(tǒng)中特殊位置，是降水異常、早澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的地區(qū)之一。因此，決定了研究長江中下游地區(qū)夏季降水異常的重要性。本文根據(jù)長江中下游月降水量數(shù)據(jù)，采用合成分析的方法討論了1951～2013年該地區(qū)夏季降水異常與環(huán)流系統(tǒng)的相互關(guān)系，并對研究結(jié)果進行了驗證。

一、資料和方法

1.資料來源

本文所用資料為國家氣候中心整編的全國160站的月降水量資料，以及美國國家環(huán)境預(yù)報中心/國家大氣研究中心（NCEP/NCAR）再分析月平均資料，其中包括：高度場、風場、海平面氣壓場、比濕資料。

2.分析方法

由中國國家氣候中心提供的月降水資料，從160站中選取長江中下游地區(qū)六省一市（包括湖南省、湖北省、江西省、浙江省、安徽省、江蘇省和上海市）31個代表性站進行分析，將31站的月降水量取區(qū)域平均，得到1951～2013年夏季（6月、7月、8月）標準化時間序列。

二、結(jié)果與分析

1.降水年代際特征分析

本文根據(jù)夏季降水標準化序列劃分降水異常年，即：當夏季降水標準化值Z≥1.0時為降水異常多年，Z≤-1.0為降水異常少年。根據(jù)以上標準，長江中下游地區(qū)多雨年為1954年、1969年、1980年、1993年、1996年、1998年、1999年、2002年，共8年。少雨年為1958年、1966年、1967年、1978年、1981年、1985年，共6年。長江中下游地區(qū)夏季降水正異常年占統(tǒng)計年份的49%，負異常年占統(tǒng)計年份的51%。由九年滑動平均可以看出，其夏季降水有顯著的年代際變化，在1958年長江中下游地區(qū)夏季降水發(fā)生轉(zhuǎn)折，降水開始減少；在1990年夏季降水由少年轉(zhuǎn)為多年。

2.降水異常年環(huán)流形勢與水汽輸送

（1）夏季降水異常年環(huán)流特征。

為討論長江中下游地區(qū)夏季異常多雨、少雨年份的環(huán)流形勢，給出夏季降水異常年500 hp位勢高度場平均、500 hp異常場、海平面氣壓異常場（圖2～4）。從圖中可以看出，長江中下游地區(qū)夏季異常多雨年（圖2a）5880 gpm線所包圍面積較大，高壓脊線位于24 °N，5860 gpm西脊點西伸至110 °E，西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副高）偏南、偏強，黑龍江-渤海-湖北一線為高空槽，西南暖濕氣流沿著副高邊緣輸送到長江中下游地區(qū)，與槽后西北干冷空氣交匯于此形成高空鋒區(qū)。西風急流中心位置、強度差異很小。500 hp高度距平合成場上（圖3a），貝加爾湖西南-東北方向均為正距平中心，朝韓半島為負距平中心，均通過了顯著性檢驗。這在我國華北、華東地區(qū)形成西高東低的有利形勢，利于引導(dǎo)北方冷空氣南下與暖濕氣流交匯形成降水，另外，貝加爾湖西南部的正距平中心，可能與貝加爾湖阻塞高壓有關(guān)，夏季貝加爾湖地區(qū)阻塞活動偏多時，長江中下游部分地區(qū)降水偏多，表明西伯利亞、南海至熱帶西太平洋地區(qū)上空500 hpa高度場與長江中下游降水具有顯著的同步關(guān)系，東亞低緯度地區(qū)為正距平中心區(qū)，亦表明副高偏強。同時，西太平洋地區(qū)海平面氣壓距平為正距平（圖4a），該地區(qū)海平面氣壓偏高，是副高加強條件之一。

圖2 夏季200 hPa緯向風場和500 hPa高度場合成圖（單位：gpm）

（a.異常多雨年， b.異常少雨年；陰影區(qū)為風速大于20m/s區(qū)域）

圖3 夏季500 hPa高度場距平合成圖（單位：gpm）

（a.異常多雨年，b.異常少雨年；陰影區(qū)表示信度水平超過90%的區(qū)域）

長江中下游地區(qū)夏季異常少雨年，500 hPa高度場上（圖2b），5880 gpm線所包圍面積較小，高壓脊線位于22 °N，5860 gpm西脊點西伸至126 °E，副高偏北、偏弱，中高緯地區(qū)為平直環(huán)流；500 hpa高度距平合成圖上（圖3b），40 °N～70 °N地區(qū)為大范圍負距平區(qū)，30 °N～40 °N地區(qū)為正距平區(qū)，這種北部與西部偏低，南部偏高的形勢不利于冷空氣南下影響長江中下游，10 °N～30 °N地區(qū)為負距平中心，副高較常年減弱；海平面氣壓合成圖上（圖4b），中低緯地區(qū)為負距平中心，亦表明副高減弱。

對長江中下游地區(qū)夏季降水異常年的環(huán)流分析可以看出，在夏季異常多雨年，副高平均脊線位于24 °N，西脊點西伸至110 °E，強度偏強，中高緯環(huán)流形勢利于北方冷空南下與南部來的暖濕氣流交匯產(chǎn)生降水；異常少雨年，副高偏弱，中高緯地區(qū)在平直環(huán)流控制下不利于冷空氣南下影響長江中下游地區(qū)。

圖4 夏季海平面氣壓距平合成圖（單位：hp）

（a.異常多雨年；b.異常少雨年；陰影區(qū)表示信度水平超過90%的區(qū)域）

（2）降水異常年水汽輸送差異。

圖5 夏季平均整層水汽通量（單位：kg·m-1·s-1）：（a）異常多雨年；（b）異常少雨年

本文根據(jù)夏季長江中下游地區(qū)降水異常年的水汽通量差異反映出水汽輸送的差異，計算水汽通量采用的資料為1951～2013年NCEP/NCAR逐月平均再分析資料，水平分辨率為2.5 °×2.5 °。由Rasmusson方程[11]計算整層水汽通量，即：

；

；

式中：Qu、Qv分別為緯向、經(jīng)向水汽通量（單位：kg·m-1·s-1）， 為重力加速度，P0為地面氣壓，P1為積分上限氣壓（單位：hPa），q為比濕（單位：g·kg-1），u、v風別為緯向風和徑向風（單位：m/s），由于大氣中的水汽集中在300 hPa以下[12]，所以整層水汽通量的積分上限取為300 hPa。

由夏季降水異常年整層水汽通量合成圖（圖5），長江中下游地區(qū)的水汽主要來源于西太平洋、南海以及孟加拉灣[13]。副高將西太平洋和南海水汽輸送到長江中下游地區(qū)，此外，受南支槽等系統(tǒng)影響（圖2），另一支來自孟加拉灣的水汽經(jīng)我國華南輸送至長江中下游。在異常多雨年，副高西伸、強度增大，來自西太平洋與孟加拉灣的兩支水汽由副高邊緣西南氣流輸送至長江中下游地區(qū)，且來自孟加拉灣的水汽輸送強度強于西太平洋地區(qū)，從而使得長江中下游大部分地區(qū)為水汽通量大值區(qū)，水汽供應(yīng)充足，有利降水生成。異常少雨年，孟加拉灣的水汽輸送減弱，受副高減弱影響，西太平洋和南海的水汽也較弱，水汽通量大值區(qū)分布于25°N以南地區(qū)，致使長江中下游地區(qū)上空水汽含量不足，降水偏少。

三、 結(jié)語

本文通過長江中下游地區(qū)31個代表站1951～2013年歷年夏季降水量，及NCEP/NCAR月平均資料的分析，探討了長江中下游地區(qū)夏季（6～8月）降水異常年大氣環(huán)流和水汽輸送異常特征，得到結(jié)論如下：

1.西太平洋副熱帶高壓的面積大小、位置是導(dǎo)致長江中下游地區(qū)夏季降水異常的重要條件，該系統(tǒng)面積減小，位置異常偏西有利于其邊緣的西南氣流流向長江中下游地區(qū)，貝加爾湖一帶為正距平促使北方冷空氣南下，引起降水增多；當面積增大，位置異常偏東，貝加爾湖一帶為為負距平區(qū)時，降水減少。

2.長江中下游地區(qū)降水水汽來自西太平洋、南海以及孟加拉灣。降水異常多年水汽沿西太平洋副熱帶高壓邊緣輸送至長江南部上空，來自孟加拉灣的水汽輸經(jīng)華南流向長江中下游；降水異常少年，副高減弱，水汽輸送減弱，使得夏季降水偏少。