方浩，喬云亭

(1.中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院/季風(fēng)與環(huán)境研究中心/廣東省氣候變化與自然災(zāi)害研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510275；2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)，廣東珠海519082)

1 引 言

近年來(lái)，由于溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球變暖的事實(shí)已廣為人知[1]，在這一氣候大背景下，全球地表溫度的升高會(huì)改變海陸熱力差異，使大尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，加劇水循環(huán)，從而影響降水的空間分布[2]。相應(yīng)地，極端天氣事件顯著增多，降水普遍呈現(xiàn)出極端化的趨勢(shì)[3-4]。我國(guó)地處最大的陸地板塊歐亞大陸的東部，毗鄰最大的海洋——太平洋，因而我國(guó)東部是季風(fēng)最強(qiáng)盛和典型的地區(qū)之一[5]，降水主要集中在受到夏季風(fēng)影響的夏季(6—8月)[6]。并且，我國(guó)東部地區(qū)特別是東南沿海地區(qū)是人口密集區(qū)和經(jīng)濟(jì)集中區(qū)，極端降水引發(fā)的城市內(nèi)澇、洪水、山體滑坡等自然災(zāi)害，往往會(huì)造成人民生命財(cái)產(chǎn)的重大損失[7-9]。因此，研究中國(guó)東部夏季極端降水具有重要的學(xué)術(shù)和社會(huì)意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于極端降水進(jìn)行了大量的研究，成果豐碩。過(guò)去幾十年多雨帶南移造成中國(guó)北部降水減少，南部降水增多[10]?？傮w上，我國(guó)降水總量減少或變化不大，但由于降水頻率的減少，極端降水事件呈增加趨勢(shì)[11]。極端降水具有顯著的區(qū)域性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同區(qū)域的極端降水進(jìn)行了分析[12-14]。我國(guó)華南地區(qū)極端降水在前汛期的空間分布呈現(xiàn)南北向的“低-高-低”的分布型，后汛期表現(xiàn)為由沿海到內(nèi)陸的“高-低”分布型[15]。長(zhǎng)江中下游地區(qū)極端降水在梅雨期出現(xiàn)頻率較高，在對(duì)流層中、低層，受氣旋性異常環(huán)流控制[16]。在華中地區(qū)，夏季極端降水事件在1980年代中期以后明顯偏多，且多發(fā)于6月下旬—7月中旬[17]。華北地區(qū)極端降水量、降水次數(shù)和降水強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，1986年之后減少趨勢(shì)更加顯著[18]。東北地區(qū)降水總量具有減少趨勢(shì)，降水事件有向極端化發(fā)展的傾向，降水分布變得更不均勻[19]?？偟膩?lái)說(shuō)，中國(guó)東南地區(qū)年極端降水事件的頻率增加，而在北部及東北地區(qū)減少[20]。

本文針對(duì)中國(guó)東部夏季極端降水的時(shí)空分布及其環(huán)流特征進(jìn)行研究。首先利用夏季逐日降水資料確定各個(gè)站點(diǎn)的極端降水閾值并進(jìn)行分區(qū)，再根據(jù)極端降水事件的定義，找出極端降水事件發(fā)生的時(shí)序，最后通過(guò)分析極端降水事件的大氣環(huán)流合成場(chǎng)探討造成極端降水事件的環(huán)流特征。

2 資料與方法

本文所用的資料包括：(1)中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心提供的全國(guó)1961—2014年756個(gè)站點(diǎn)逐日降水觀測(cè)資料。(2)NCEP/NCAR格點(diǎn)化的1961—2014年逐日再分析資料，包括風(fēng)場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)和比濕場(chǎng)，水平分辨率為2.5°×2.5°。

對(duì)我國(guó)756個(gè)氣象臺(tái)站1961—2014年降水觀測(cè)資料進(jìn)行處理，選取105°E以東為我國(guó)東部[21]，文中的夏季是指6—8月，剔除夏季降水?dāng)?shù)據(jù)中有缺測(cè)的站點(diǎn)，余下符合要求的中國(guó)東部355個(gè)站點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 中國(guó)東部(105°E以東)355個(gè)站點(diǎn)分布圖

極端降水的閾值是用來(lái)區(qū)分某站點(diǎn)“正常降水量”與“極端降水量”的臨界值大小的物理量。本文采用的方法是取該站點(diǎn)逐日降水?dāng)?shù)據(jù)時(shí)間序列95百分位數(shù)作為極端降水閾值[22]。計(jì)算第P百分位數(shù)步驟(SPSS/SAS法)如下。

第一步：將n個(gè)變量值從小到大排列，X(j)表示此數(shù)列中第j個(gè)數(shù)。

第二步：計(jì)算指數(shù)，設(shè)(n-1)P%=j+g，j為整數(shù)部分，g為小數(shù)部分。

第三步：

(1)當(dāng)g=0時(shí)：P百分位數(shù) =X(j)；

(2)當(dāng)g≠0時(shí)：P百分位數(shù) =g×X(j+1)+(1-g)×X(j)=X(j)+g×[X(j+1)-X(j)]。

從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度上看，第P百分位數(shù)是這樣一個(gè)值，它使得至少有P%的數(shù)據(jù)項(xiàng)小于或等于這個(gè)值，且至少有(100-P)%的數(shù)據(jù)項(xiàng)大于或等于這個(gè)值。也就是說(shuō)本文選取的極端降水劃分標(biāo)準(zhǔn)為至少有95%的降水?dāng)?shù)據(jù)小于極端降水閾值，即大部分?jǐn)?shù)據(jù)是小于極端降水閾值的，所以大于等于該閾值為小概率事件，稱之為“極端降水”。

在確定極端降水閾值的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解(EOF)，對(duì)所研究的中國(guó)東部進(jìn)行分區(qū)，通過(guò)滑動(dòng)t檢驗(yàn)法進(jìn)行氣候突變分析，最后運(yùn)用合成分析對(duì)極端降水事件的環(huán)流進(jìn)行研究。

3 中國(guó)東部夏季極端降水的閾值及分區(qū)

首先，對(duì)我國(guó)東部極端降水閾值與多年平均夏季降水的空間分布特征進(jìn)行對(duì)比。圖2a是1961—2014年平均中國(guó)東部夏季降水的空間分布，夏季降水的大值中心位于26°N以南的華南地區(qū)，最大值可達(dá)300 mm/month以上。其次，在長(zhǎng)江中下游地區(qū)的30°N附近和遼東半島的41°N附近分別有一個(gè)大值中心。從整體分布來(lái)看，南方地區(qū)降水多于北方地區(qū)。圖2b是中國(guó)東部各站點(diǎn)極端降水閾值的空間分布，南方地區(qū)極端降水閾值大于北方地區(qū)，26°N以南、30°N和41°N附近均有大值中心，中心數(shù)值分別是40 mm/day、35 mm/day和 30 mm/day。

比較圖2a和圖2b我們不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是其等值線的大致走向還是大值中心的位置，多年平均夏季降水與極端降水閾值的空間分布有非常好的一致性。這說(shuō)明夏季降水多的區(qū)域，其極端降水閾值相對(duì)也高，即其極端降水所對(duì)應(yīng)的降水量多。高濤等[23]研究指出，降水量服從伽馬分布，氣候平均態(tài)對(duì)極端事件的發(fā)生有重要影響。

圖2 1961—2014年中國(guó)東部多年平均夏季降水(a，單位：mm/month)、極端降水閾值(b，單位：mm/day)的空間分布

發(fā)生大于等于測(cè)站極端降水閾值的降水稱為極端降水日，將1961—2014年這54年每年夏季極端降水日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)355個(gè)測(cè)站夏季極端降水日數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列進(jìn)行EOF分析。第一模態(tài)解釋方差為8.2%，雖然數(shù)值較小，但是考慮到我國(guó)東部極端降水的局地性強(qiáng)[24]，且該模態(tài)通過(guò)了North檢驗(yàn)[25]，所以具有分析價(jià)值。其空間分布如圖3所示，極端降水日數(shù)表現(xiàn)出明顯的三極型分布，長(zhǎng)江中下游地區(qū)為大范圍的正值區(qū)，華南地區(qū)為負(fù)值區(qū)，華北和東北地區(qū)也為負(fù)值區(qū)，兩條零線分別位于26°N和35°N附近。因此，我們將中國(guó)東部劃分為三個(gè)區(qū)域，從南到北依次為華南地區(qū)(共66個(gè)站點(diǎn))、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(共119個(gè)站點(diǎn))、華北和東北地區(qū)(共170個(gè)站點(diǎn))。

4 極端降水事件的定義及時(shí)間變化特征

每個(gè)站點(diǎn)都會(huì)有個(gè)極端降水閾值，統(tǒng)計(jì)某個(gè)區(qū)域內(nèi)所有站點(diǎn)中某時(shí)次超過(guò)極端降水閾值的站點(diǎn)數(shù)所組成的時(shí)間序列，取超過(guò)第95百分位的時(shí)序，定義為該時(shí)序該區(qū)域發(fā)生了極端降水事件。以華南為例，該區(qū)域每個(gè)時(shí)次都有一定數(shù)目的站點(diǎn)發(fā)生極端降水，將每時(shí)次華南發(fā)生極端降水的站點(diǎn)數(shù)組成序列，取第95百分位數(shù)作為極端降水事件的站點(diǎn)數(shù)閾值，該值為13個(gè)站，即若某一時(shí)次華南有13個(gè)以上站點(diǎn)發(fā)生極端降水，則認(rèn)為該時(shí)次為一次華南極端降水事件。由此得到1961—2014年夏季華南極端降水事件數(shù)為233次，約占總時(shí)次的5%，表明極端事件發(fā)生的概率為5%，符合“極端”的定義。

圖3 中國(guó)東部夏季極端降水日數(shù)的EOF分析第一模態(tài)空間分布

據(jù)此定義，確定了各區(qū)域極端降水事件站點(diǎn)數(shù)閾值，挑選出了符合條件的極端降水事件，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)此定義分別對(duì)華南、長(zhǎng)江中下游、華北和東北地區(qū)極端降水事件的降水進(jìn)行合成分析，得到圖4。圖4a是華南地區(qū)極端降水事件的降水合成分布，降水集中分布在26°N以南的華南地區(qū)，且大部分地區(qū)降水在25 mm/day以上，中心最大值超過(guò)35 mm/day。圖4b和圖4c降水分布都集中在各自的關(guān)鍵區(qū)，長(zhǎng)江中下游最大值在30 mm/day以上，華北和東北地區(qū)最大值超過(guò)25 mm/day。再結(jié)合圖2b極端降水閾值的空間分布，可看出圖4關(guān)鍵區(qū)和圖2b的空間分布相類似，只是在數(shù)值上降水合成的大值中心比極端降水閾值要小，說(shuō)明極端降水事件比較好地表征了中國(guó)東部極端降水的空間分布特征。

極端降水事件定義的實(shí)際含義就是發(fā)生超過(guò)一定范圍的極端降水。從圖4可知，挑選出的極端降水事件合成是連片的大范圍強(qiáng)降水，隨機(jī)繪制某一次極端降水事件的降水分布圖亦如此(圖略)，說(shuō)明對(duì)于區(qū)域極端降水事件的定義是合理的，方便后續(xù)對(duì)于極端降水的環(huán)流背景進(jìn)行研究分析。

根據(jù)上文的分析，我們將中國(guó)東部分為華南地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)、華北和東北地區(qū)分別對(duì)其極端降水事件進(jìn)行研究。這三個(gè)區(qū)域在緯度上的分布跨度較大，在不同月份的大氣環(huán)流特征也不相同，因此其極端降水事件在不同月份出現(xiàn)的頻次相應(yīng)也會(huì)不同。為了研究不同區(qū)域夏季極端降水事件主要發(fā)生在哪一月份，圖5給出了1961—2014年在6—8月發(fā)生極端降水事件的概率。

表1 各區(qū)域極端降水事件站點(diǎn)數(shù)閾值及其極端事件數(shù)

圖4 華南地區(qū)(a)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(b)、華北和東北地區(qū)(c)極端降水事件的降水(單位：mm/day)合成分布圖

圖5 華南地區(qū)(a)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(b)、華北和東北地區(qū)(c)發(fā)生極端降水事件概率隨日期的變化

從圖5a可看出，華南地區(qū)極端降水事件主要發(fā)生在6月中上旬。以6月9日為例，其概率為14.8%，說(shuō)明在1961—2014年6月9日出現(xiàn)極端降水的概率非常大(相較于5%)。總的來(lái)說(shuō)，6月發(fā)生極端降水概率的平均值為7.3%，顯著大于7月(3.5%)、8月(3.4%)，可見(jiàn)華南夏季極端事件主要發(fā)生在6月，此時(shí)正值華南前汛期。圖5b上，長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季極端降水事件多發(fā)于6月下旬—7月上旬，此時(shí)是長(zhǎng)江中下游地區(qū)的梅雨期，其最大值也是14.8%。比較3個(gè)月各自月平均的極端降水概率，6月最大，其平均值為8.5%，7月次之，為4.2%，8月最小，為1.4%。華北和東北地區(qū)夏季極端降水事件概率(圖5c)在7月下旬達(dá)到最大值為18.5%，極端降水事件主要集中在7月下旬，與該地區(qū)雨季相對(duì)應(yīng)。其中6月極端降水出現(xiàn)的概率很小，7、8月極端降水概率相當(dāng)，分別為1.2%、7.9%和5.3%。

總之，我國(guó)東部夏季極端降水事件隨日期的變化與夏季雨帶的南北移動(dòng)相吻合，6月雨帶主要位于華南地區(qū)，發(fā)生極端降水的概率相應(yīng)地也最大，當(dāng)氣候雨帶北移時(shí)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)、華北和東北地區(qū)發(fā)生極端降水概率也依次增大。

極端降水除了隨夏季不同月份的雨帶推進(jìn)有變化之外，也有明顯的逐年變化。對(duì)區(qū)域平均夏季降水(圖略)與極端降水事件頻數(shù)的逐年變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)二者有顯著的正相關(guān)，在華南、長(zhǎng)江中下游、華北和東北地區(qū)相關(guān)系數(shù)分別為0.70、0.49和0.70，均通過(guò)0.001的顯著性水平檢驗(yàn)，說(shuō)明中國(guó)東部夏季降水多的年份極端降水事件也多發(fā)。

圖6給出極端降水事件頻數(shù)的逐年變化及滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量，選取滑動(dòng)窗口為9年。從圖6a中看出，自1961年以來(lái)，t統(tǒng)計(jì)量有一處超過(guò)0.01顯著性水平，該處為正值，出現(xiàn)在1991年，說(shuō)明近54年來(lái)，華南地區(qū)極端降水事件頻數(shù)在1991年左右出現(xiàn)突增。分析圖6b和圖6c，長(zhǎng)江中下游地區(qū)極端事件頻數(shù)出現(xiàn)了兩次突變，在1991年左右突增，隨后在2000年左右突減。華北和東北地區(qū)在1999年左右出現(xiàn)由偏多到偏少的突變?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)東部極端降水頻數(shù)的變化與許多氣候指數(shù)在1990年代顯示出的氣候突變[26-28]相一致。

圖6 華南地區(qū)(a)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(b)、華北和東北地區(qū)(c)極端降水頻數(shù)(柱狀)逐年變化及滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量(曲線)

5 影響極端降水事件的大氣環(huán)流特征

降水的變化與大氣環(huán)流息息相關(guān)，環(huán)流的異常為逐日的極端降水事件提供了一個(gè)大尺度背景[29]。因此，為了研究極端降水事件與環(huán)流背景之間的關(guān)系，需要對(duì)極端降水事件的大氣環(huán)流場(chǎng)進(jìn)行合成分析，從而找到極端降水事件發(fā)生的環(huán)流條件。

5.1 對(duì)流層低層環(huán)流特征

為了研究發(fā)生極端降水事件時(shí)，大氣低層環(huán)流場(chǎng)的異常特征，了解低層大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程，圖7給出了極端事件發(fā)生時(shí)850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)及位勢(shì)高度距平場(chǎng)，這里的距平是指每天的風(fēng)場(chǎng)和位勢(shì)高度場(chǎng)減去該日期風(fēng)場(chǎng)和位勢(shì)高度場(chǎng)多年平均值(下同)。華南地區(qū)發(fā)生極端降水時(shí)(圖7a)，從孟加拉灣、中南半島大部分地區(qū)至中國(guó)南部為位勢(shì)高度負(fù)距平區(qū)域，尤其是華南地區(qū)為明顯的負(fù)距平中心，達(dá)到-1.5 dagpm；負(fù)距平區(qū)被正距平區(qū)包圍，其中西太平洋為較明顯的正距平中心，最大值超過(guò)1.0 dagpm。相對(duì)應(yīng)地，從孟加拉灣吹來(lái)的異常西風(fēng)氣流經(jīng)過(guò)中南半島到達(dá)中國(guó)南海，與來(lái)自西太平洋的異常東風(fēng)氣流在南海匯合，即沿0 dagpm等值線北上，形成西南異常氣流，使得華南地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)的氣旋式距平環(huán)流，反氣旋性距平環(huán)流控制南海及西太平洋地區(qū)，有利于來(lái)自低緯的暖濕空氣沿西南氣流北上，導(dǎo)致華南地區(qū)極端降水的發(fā)生。

圖7 華南地區(qū)(a)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(b)、華北和東北地區(qū)(c)極端降水事件發(fā)生時(shí)850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)(矢量箭頭，單位：m/s)及位勢(shì)高度距平場(chǎng)(填色圖，單位：dagpm)合成分布 只畫(huà)出風(fēng)速大于1 m/s的矢量箭頭。

長(zhǎng)江中下游發(fā)生極端事件時(shí)(圖7b)，位勢(shì)高度負(fù)距平中心和異常氣旋中心位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，正距平中心范圍與圖7a相比擴(kuò)大西伸，中心數(shù)值更大，更有利于將水汽從西太平洋輸送到長(zhǎng)江中下游。極端事件發(fā)生在華北和東北時(shí)(圖7c)，整個(gè)華北和東北地區(qū)有明顯的氣旋式異常環(huán)流，對(duì)應(yīng)位勢(shì)高度異常降低，出現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)距平中心，其東邊的日本上空為反氣旋式異常環(huán)流，對(duì)應(yīng)位勢(shì)高度正距平中心。這種低層的環(huán)流形勢(shì)有利于華北和東北地區(qū)對(duì)流活動(dòng)的產(chǎn)生，易造成極端降水事件。

5.2 對(duì)流層中層環(huán)流特征

西太平洋副熱帶高壓的位置及強(qiáng)度，深刻影響著東亞季風(fēng)區(qū)雨帶的形成及維持[30]，在對(duì)流層中層500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)及其異常場(chǎng)(圖8)中可看到，華南發(fā)生極端降水事件時(shí)(圖8a)，華北直到華南等地，受一淺槽控制，該淺槽在華南顯著加強(qiáng)，有利于華南降水的形成。值得注意的是，586 dagpm線的形態(tài)起關(guān)鍵作用，它的位置比較偏南，從而使得其西側(cè)的偏南風(fēng)輸送也較南，到達(dá)華南，造成華南極端降水。位勢(shì)高度距平場(chǎng)在亞洲中高緯表現(xiàn)為南北向的“+-”波列分布，華南地區(qū)是負(fù)異常中心，中心值在-2 dagpm以下，在菲律賓及南海北部的洋面上為正異常，說(shuō)明華南發(fā)生極端降水事件時(shí)，副高位置異常偏南，使得此時(shí)華南雨量增加。相較于華南地區(qū)，長(zhǎng)江中下游發(fā)生極端降水時(shí)(圖8b)，華南處于586 dagpm線控制范圍，表現(xiàn)為正位勢(shì)高度異常，迫使淺槽位置偏北，使得長(zhǎng)江中下游地區(qū)都在副高西側(cè)邊緣的西南氣流控制之下，位勢(shì)高度負(fù)異常中心移至長(zhǎng)江中下游且更加顯著，正異常中心也有所西伸并加強(qiáng)，表明長(zhǎng)江中下游發(fā)生極端降水事件時(shí)，副高位置異常偏西，伸到華南，使得其西側(cè)的水汽輸送到長(zhǎng)江中下游。注意到586 dagpm線的范圍，其北界(尤其是陸地上這部分)要比圖8a明顯偏北，使得水汽輸送相較于圖8a偏北，造成長(zhǎng)江中下游極端降水發(fā)生。華北和東北地區(qū)極端降水發(fā)生時(shí)(圖8c)，副高偏北，淺槽被迫向西向北移至華北和東北。位勢(shì)高度距平場(chǎng)在華北和東北地區(qū)以東有正異常中心，中心值超過(guò)3 dagpm，其西側(cè)為負(fù)異常，說(shuō)明華北和東北發(fā)生極端事件時(shí)，副高位置異常偏北，為該地區(qū)發(fā)生極端降水創(chuàng)造了有利條件。

圖8 華南地區(qū)(a)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(b)、華北和東北地區(qū)(c)極端降水事件發(fā)生時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)及其距平場(chǎng)(填色圖，單位：dagpm)合成分布

5.3 對(duì)流層高層環(huán)流特征

東亞高空急流的位置及強(qiáng)度變化是影響我國(guó)東部降水特別是強(qiáng)降水的重要影響因子[31]，為了分析中國(guó)東部極端降水事件與急流的關(guān)系，圖9給出了200 hPa緯向風(fēng)及其距平場(chǎng)合成分布。華南地區(qū)發(fā)生極端降水時(shí)(圖9a)，急流軸位于40°N附近，華南位于西風(fēng)急流軸的右側(cè)，對(duì)應(yīng)高空輻散區(qū)。注意到，我國(guó)東部200 hPa緯向風(fēng)距平呈現(xiàn)出南北向的“-+-”分布，正距平中心位于中國(guó)南部，表明西風(fēng)異常偏強(qiáng)，中國(guó)南海為負(fù)距平區(qū)，表明東風(fēng)異常偏強(qiáng)，從而形成高空反氣旋式異常環(huán)流，為華南夏季極端降水提供了有利的動(dòng)力環(huán)境。長(zhǎng)江中下游地區(qū)發(fā)生極端降水時(shí)(圖9b)，其緯向風(fēng)距平場(chǎng)也呈現(xiàn)為南北向的“-+-”分布，但是正負(fù)距平中心更顯著，且位置偏北，長(zhǎng)江中下游地區(qū)位于急流軸的右側(cè)，有利于高空輻散。華北和東北地區(qū)發(fā)生極端降水事件時(shí)(圖9c)，中國(guó)南部為顯著的緯向風(fēng)負(fù)距平區(qū)，表明東風(fēng)增強(qiáng)，西風(fēng)減弱，正距平區(qū)位于華北和東北地區(qū)，表明西風(fēng)增強(qiáng)，從而使得急流軸位置偏北，中國(guó)華北和東北南部處于急流軸右側(cè)，有反氣旋環(huán)流異常。

圖9 華南地區(qū)(a)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(b)、華北和東北地區(qū)(c)極端降水事件發(fā)生時(shí)200 hPa緯向風(fēng)(等值線，虛線為負(fù)值，實(shí)線為正值，單位：m/s)及其距平場(chǎng)(填色圖，單位：m/s)合成分布

結(jié)合之前對(duì)流層低層850 hPa環(huán)流場(chǎng)的分析可知，極端降水事件發(fā)生時(shí)，低層氣旋式環(huán)流異常，輻合上升，與高層200 hPa急流軸右側(cè)的異常輻散，構(gòu)成了低層至高層的環(huán)流結(jié)構(gòu)，為極端降水的發(fā)生提供了十分有利的動(dòng)力條件。

5.4 水汽通量及其散度特征

充足的水汽輸送是大范圍強(qiáng)降水發(fā)生的必要條件。圖10給出了整層積分的水汽通量(地面至300 hPa)及其散度場(chǎng)的合成，中國(guó)東部極端降水的水汽來(lái)源主要有兩處。一處是來(lái)自南半球的水汽，它在索馬里和海洋性大陸附近跨越赤道后到達(dá)南海匯合，進(jìn)一步向北輸送，為中國(guó)東部提供水汽。另一處是來(lái)自西北太平洋的水汽，沿著副高西南側(cè)向中國(guó)東部輸送暖濕氣流。

副高是影響水汽輸送的重要因素。華南地區(qū)發(fā)生極端降水時(shí)(圖10a)，此時(shí)副高位置偏南(圖8a)，有利于來(lái)自南半球的水汽輸送至華南地區(qū)，在該地形成水汽輻合區(qū)。長(zhǎng)江中下游地區(qū)發(fā)生極端降水時(shí)(圖10b)，副高位置相對(duì)西伸(圖8b)，南半球和西北太平洋都是長(zhǎng)江中下游極端降水的重要水汽來(lái)源，水汽在副高的引導(dǎo)下向長(zhǎng)江中下游地區(qū)輸送，對(duì)應(yīng)水汽通量散度負(fù)值區(qū)。華北和東北地區(qū)發(fā)生極端降水時(shí)(圖10c)，副高位置偏北(圖8c)，來(lái)自西北太平洋的水汽成為主要來(lái)源，水汽輸送至華北和東北地區(qū)，對(duì)應(yīng)水汽輻合。

圖10 華南地區(qū)(a)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)(b)、華北和東北地區(qū)(c)極端降水事件發(fā)生時(shí)整層水汽通量場(chǎng)(矢量箭頭，單位：102kg/(m·s))及其散度(填色圖，單位：10-4kg/(m2·s))合成分布 只畫(huà)出水汽通量大于 1×102kg/(m·s)的箭頭。

6 總結(jié)與討論

本文利用中國(guó)測(cè)站降水資料和NCEP/NCAR逐日再分析資料研究了我國(guó)東部極端降水的時(shí)空分布，并分析了相關(guān)環(huán)流異常。

(1)極端降水閾值與多年平均夏季降水的空間分布十分類似，呈現(xiàn)南多北少的分布。這說(shuō)明夏季降水多的區(qū)域，其極端降水閾值相對(duì)也高，即其極端降水所對(duì)應(yīng)的降水量多。對(duì)站點(diǎn)的極端降水日數(shù)做EOF分析，可將中國(guó)東部劃分為華南、長(zhǎng)江中下游、華北和東北三個(gè)區(qū)域，大致以26°N和35°N為界。

(2)華南地區(qū)極端降水事件多發(fā)于6月中上旬，長(zhǎng)江中下游地區(qū)在6月下旬和7月上旬易發(fā)生極端降水事件，華北和東北地區(qū)集中在7月下旬。極端降水事件隨日期的變化與中國(guó)東部夏季雨帶的南北移動(dòng)相吻合。近54年來(lái)，華南地區(qū)極端降水事件頻數(shù)在1991年左右出現(xiàn)突增。長(zhǎng)江中下游地區(qū)極端事件頻數(shù)出現(xiàn)了兩次突變，在1991年左右突增，隨后在2000年左右突減。華北和東北地區(qū)在1999年左右出現(xiàn)由偏多到偏少的突變。

(3)華南、長(zhǎng)江中下游、華北和東北地區(qū)發(fā)生極端降水事件時(shí)，在各自降水關(guān)鍵區(qū)的對(duì)流層低層850 hPa出現(xiàn)異常的局地氣旋式環(huán)流，位勢(shì)高度異常降低，對(duì)應(yīng)低空異常輻合；在中層500 hPa，西太副高的位置異常偏南有利于華南地區(qū)極端降水的發(fā)生，副高西伸有利于長(zhǎng)江中下游地區(qū)極端降水，位置偏北則有利于我國(guó)華北和東北地區(qū)的極端降水；對(duì)高層200 hPa緯向風(fēng)及其距平場(chǎng)的研究發(fā)現(xiàn)，極端降水事件發(fā)生時(shí)降水關(guān)鍵區(qū)上空位于西風(fēng)急流軸右側(cè)，對(duì)應(yīng)異常反氣旋環(huán)流，這種高層輻散低層輻合的環(huán)流配置為極端降水提供了動(dòng)力條件。

(4)中國(guó)東部極端降水的水汽來(lái)源主要有兩處。一處是來(lái)自南半球，經(jīng)索馬里和海洋性大陸附近跨越赤道后到達(dá)南海匯合，進(jìn)一步向北輸送。另一處是來(lái)自西北太平洋，沿副高西南側(cè)向中國(guó)東部輸送。副高是影響水汽輸送的重要因素。華南發(fā)生極端降水時(shí)，偏南的西太副高有利于來(lái)自南半球的水汽輸送至華南地區(qū)，形成水汽輻合區(qū)。長(zhǎng)江中下游發(fā)生極端降水時(shí)，相對(duì)西伸的副高有利于來(lái)自南半球和西北太平洋的水汽在副高的引導(dǎo)下向長(zhǎng)江中下游輸送，對(duì)應(yīng)負(fù)的水汽通量散度。華北和東北發(fā)生極端降水時(shí)，副高位置偏北，有利于西北太平洋的水汽輸送至華北和東北地區(qū)，對(duì)應(yīng)水汽輻合。

限于篇幅，本文只分析了我國(guó)東部夏季極端降水的時(shí)空分布及其相關(guān)環(huán)流異常場(chǎng)的特征。還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究，如我國(guó)東部夏季極端降水年代際變化相關(guān)聯(lián)的環(huán)流異常場(chǎng)特征？造成極端降水而不是一般降水的原因？極端降水在不同月份的時(shí)空分布及相關(guān)環(huán)流場(chǎng)的差異？這些相關(guān)問(wèn)題需要今后做進(jìn)一步研究和分析。