摘要 利用湘西州 1960 ~2013 年北部龍山縣、中部保靖縣、南部吉首市的汛期降水資料,使用線性分析、距平曲線、滑動(dòng)平均、小波分析、F檢驗(yàn)分析了其年變化特征。結(jié)果表明,近54年湘西州年均汛期降水量總體呈減少趨勢(shì),湘西州汛期降水量變化存在15年振蕩現(xiàn)象,在15年的振蕩周期內(nèi),又有5年和3年的交替振蕩的周期變化趨勢(shì);澇年州內(nèi)北、中、南部降水量差異明顯。ENSO事件對(duì)湘西州汛期降水有重要影響,厄爾尼諾年容易導(dǎo)致湘西州降雨偏多偏澇;南方濤動(dòng)指數(shù)與西太平洋副熱帶高壓是影響湘西州汛期降水的重要因素;在湘西州汛期的澇年或旱年,500 hPa大氣環(huán)流的表現(xiàn)有明顯差異。
關(guān)鍵詞 降水;特征;成因;湘西州
中圖分類(lèi)號(hào)S161.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611(2014)29-10237-02
基金項(xiàng)目 湘西自治州煙草專(zhuān)賣(mài)局(公司)2013年度科技項(xiàng)目(XX13_03Aa06)。
作者簡(jiǎn)介吳志科(1963- ),男,湖南保靖人,工程師,從事氣象業(yè)務(wù)管理工作。
湘西土家族苗族自治州(簡(jiǎn)稱(chēng)湘西州)地處武陵山區(qū),屬低緯亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),有明顯的季節(jié)性氣候變化特征。而氣候的季節(jié)性變化,對(duì)全州的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的生活有著廣泛的影響。特別是每年一度的汛期,其降水的多寡、有無(wú)澇旱對(duì)全州的各行各業(yè),特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生重要的影響。因此,分析湘西州汛期降水的變化規(guī)律及其形成原因,對(duì)搞好汛期降水趨勢(shì)預(yù)報(bào),為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和各行各業(yè)服務(wù)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。賈建穎等對(duì)我國(guó)夏季或年度的降水變化特征進(jìn)行了深入的研究[1-2],湘西州與我國(guó)東部相比,夏季天氣控制系統(tǒng)略有差別,筆者根據(jù)州內(nèi)北部龍山、中部保靖、南部吉首的觀測(cè)資料,對(duì)湘西州汛期(4~9月)降水的變化規(guī)律進(jìn)行分析,同時(shí)結(jié)合大氣環(huán)流的變化,對(duì)影響汛期降水的一些制約因子進(jìn)行了初步的探討。
1資料與方法
采用的資料全部為湘西州各縣(市)的地面觀測(cè)資料A0及A文件,記錄年限1960~2013年。使用Excel的“添加趨勢(shì)線”可以很方便地對(duì)年變化趨勢(shì)作線性分析。由于小波分析在時(shí)域和頻域上同時(shí)具有良好的局部性質(zhì),可以分析出時(shí)間序列周期變化的局部特征,能更清楚地看出各周期隨時(shí)間的變化情況[3-5]。在此用Morlet小波分析湘西州汛期(4~9月)降水的周期性變化。
按能真實(shí)反應(yīng)當(dāng)?shù)靥鞖鈿夂驅(qū)嶋H特征的目標(biāo),參照文獻(xiàn)[6]并根據(jù)湖南省氣象局制定的短期氣候預(yù)測(cè)評(píng)定辦法,劃定湘西州汛期偏澇偏旱的標(biāo)準(zhǔn):4~9月降水總量比常年偏多(少)2成或以上;4~6月或7~9月降水總量比常年偏多(少)3成或以上;選3站只要有一站4~6月或7~9月降水總量比常年偏多(少)6成或以上。
2結(jié)果與分析
2.1湘西州汛期降水變化特征通過(guò)對(duì)湘西州1960~2013年汛期降水量統(tǒng)計(jì),湘西州汛期平均降水量996 mm,占年平均降水量的75%。從龍山、保靖、吉首三站4~9月平均雨量距平百分率年際變化(圖1)可初步看出,汛期降水量由峰值至峰值(或由谷值至谷值)大部存在5年左右的周期變化,同時(shí),還存在一個(gè)準(zhǔn)3年周期變化現(xiàn)象;從線性趨勢(shì)線可看出,湘西州54年來(lái)汛期降水量呈緩慢減少的趨勢(shì),其趨勢(shì)線性回歸方程為 y=-0.001 5x+0.044 3(y為降水距平百分比,x為年份)。為了更準(zhǔn)確地說(shuō)明年際變化的這種規(guī)律性,對(duì)汛期降水量距平百分率年際特征變化進(jìn)行了小波分析,從圖2可看出,年汛期降水量距平百分比存在準(zhǔn)15年的周期變化,在準(zhǔn)15年的周期內(nèi),又呈現(xiàn)5年和3年準(zhǔn)周期的交替變化趨勢(shì),即1960~1975年間呈準(zhǔn)5年的小周期,1976~1990年間呈準(zhǔn)3年的小周期,1991~2005年間呈準(zhǔn)5年的小周期,2005年至今呈準(zhǔn)3年的小周期變化趨勢(shì)。小波分析表明,湘西州汛期降水距平的年際變化存在15年振蕩現(xiàn)象,在15年的振蕩周期內(nèi),又有5年和3年的交替振蕩的周期變化趨勢(shì)。
從各月降水(表1)分析來(lái)看,湘西州各月降水有明顯的差異,各月平均降水量是從1月開(kāi)始逐月增加, 6月降水量達(dá)到全州的極值,之后逐月減少。但全州南、中、北部月降水量達(dá)到極值的月份明顯不同。從月平均降水量的一級(jí)變量(后月減前月降水量)看出,6月北部為正,中部小于北部,南部卻已轉(zhuǎn)為0.1,造成這一原因顯然與西太平洋副熱帶高壓4~8月季節(jié)性北抬、相應(yīng)雨帶北抬有關(guān)。按旱澇標(biāo)準(zhǔn),對(duì)偏澇年全州南、中、北部這些年份汛期降水的差異性情況進(jìn)行分析,并進(jìn)行F檢驗(yàn),結(jié)果表明偏澇多雨年,南、中、北部的降雨分布差異是顯著的,F(xiàn)=13.9,通過(guò)信度0.01的檢驗(yàn)(F0.01=8.02),差異是顯著的。
2.2湘西州汛期降水與ENSO的關(guān)系全球范圍的天氣氣候異常與ENSO事件有關(guān)已是公認(rèn)的事實(shí)。ENSO事件不僅影響赤道東太平洋及其鄰近地區(qū)的天氣氣候異常,也影響低緯和中緯度的大氣環(huán)流和天氣氣候的異常變化[7-8]。探討ENSO事件是否引起湘西州汛期異常降水的因素,對(duì)湘西州的天氣預(yù)報(bào)工作者來(lái)說(shuō)是十分必要的。為了分析ENSO與湘西州降水的關(guān)系,按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的資料,統(tǒng)計(jì)了厄爾尼諾年及次年、拉尼娜年及次年與湘西州的旱澇關(guān)系,結(jié)果表明,1960~2013年間共有21年(1963、1964、1968、1969、1973、1974、1975、1977、1980、1982、1983、1987、1991、1993、1995、1996、1998、1999、2002、2007、2010年)為厄爾尼諾年,厄爾尼諾年湘西州當(dāng)年出現(xiàn)偏澇的機(jī)率為61.9%,厄爾尼諾年當(dāng)年或次年湘西州出現(xiàn)偏澇年的機(jī)率為90.5%;對(duì)于全球3次發(fā)生強(qiáng)厄爾尼諾年份,即1982~1983、1986~987、1997~1998年,則湘西州汛期當(dāng)年均為偏澇年??梢?jiàn)厄爾尼諾年對(duì)湘西州汛期降水有重要影響,厄爾尼諾當(dāng)年或次年湘西州多偏澇。拉尼娜年共出現(xiàn)20年,湘西州在拉尼娜年出現(xiàn)偏澇的年數(shù)有10年,次年偏澇年有8年,由于拉尼娜年當(dāng)年或次年有都為偏澇年的情況,拉尼娜年當(dāng)年或次年湘西州出現(xiàn)偏澇年的機(jī)率為65%,拉尼娜年對(duì)湘西州汛期降水的統(tǒng)計(jì)意義不明顯。
南方濤動(dòng)與厄爾尼諾的研究基本是連在一起的,一般地,厄爾尼諾年往往發(fā)生在弱濤動(dòng)年,即南方濤動(dòng)指數(shù)SOI降為負(fù)值的年份;而拉尼娜年往往發(fā)生在強(qiáng)濤動(dòng)年,即SOI較大值的年份。按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的SOI數(shù)據(jù),初步分析SOI指數(shù)與湘西州汛期降水的關(guān)系發(fā)現(xiàn),弱濤動(dòng)一般從上年冬季開(kāi)始了,當(dāng)上年冬季SOI均值為負(fù)值,則湘西州偏澇的機(jī)率為52.4%,即湘西州汛期偏澇年50%以上出現(xiàn)在上年冬季SOI為負(fù)值的年份。如再把當(dāng)年西太平洋副熱帶高壓的某些狀態(tài)一并考慮發(fā)現(xiàn),如把當(dāng)年4月副高西伸脊點(diǎn)位置以105°E為界來(lái)對(duì)歷史資料進(jìn)行“0”、“1”劃分(≤105°E為1)所得集合為A,把上年冬季的SOI正負(fù)值進(jìn)行“0”、“1”劃分(SOI<0為1)所得集合為B,則A∩B=1時(shí),湘西州汛期偏澇的歷史擬合率可提高至62.5%,也即,弱濤動(dòng)年且當(dāng)年4月份副高西伸脊點(diǎn)位置偏西則湘西州汛期易形成澇災(zāi)。石偉等分析指出SOI為弱濤動(dòng)年,夏季西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)大,西伸明顯,位置偏南[9],該研究得出的結(jié)論在某種意義上說(shuō)與石偉等的結(jié)論[9-10]吻合。
2.3湘西州汛期降水與500 hPa環(huán)流形勢(shì)以上分析得出了ENSO事件是影響湘西州汛期降水的重要因素,但不是僅有的因素。天氣事實(shí)表明,天氣系統(tǒng)(大氣環(huán)流)及其相互作用對(duì)湘西州汛期降水有密切關(guān)系。因此在此對(duì)500 hPa環(huán)流特征與湘西州降水的關(guān)系進(jìn)行了初步分析。由于資料的限制,僅選用偏澇年的1980、1983、1987年和偏旱年的1978、1981、1985年各3年典型個(gè)例的初步診斷來(lái)分析其關(guān)系。為了便于分析,繪制了以上偏澇偏旱三年?yáng)|半球0~180°E范圍,沿40°N緯圈的500 hPa 4~7月位勢(shì)高度距平分布圖(圖3)。根據(jù)圖3和歷史天氣圖資料可得出,偏澇年烏山脊較強(qiáng)勁,脊線平均位置在50°~60°E,中高緯90°~160°E為一廣寬的槽區(qū)或平直環(huán)流,從中印半島和孟灣地區(qū)有槽線東移;副高呈帶狀分布且其西伸脊點(diǎn)較旱年偏西,其588 dagpm等值線常以東北-西南向形式分布;東亞槽平均位置在130°E附近。偏旱年則烏山脊勢(shì)力偏弱,脊線平均位置在80°E附近,較澇年偏東約20個(gè)經(jīng)距;中高緯90°~130°E,即烏山脊前至東亞沿海為寬廣的弱脊區(qū)控制,沿海槽平均位置在140°E附近,較偏澇年偏東約10個(gè)經(jīng)距;印緬槽勢(shì)力弱,槽淺,副高勢(shì)力多數(shù)較弱,且其588 dagpm等值線北界一般都平行緯圈。