王娟懷， 胡婭敏， 楊守懋

(1.廣東省氣候中心, 廣東廣州　510000；2.四會(huì)市氣象局, 廣東四會(huì)　526200)

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2015年5月廣東降水異常偏多的成因分析

王娟懷1， 胡婭敏1， 楊守懋2

(1.廣東省氣候中心, 廣東廣州510000；2.四會(huì)市氣象局, 廣東四會(huì)526200)

摘要：利用廣東省2015年86個(gè)臺(tái)站的降水觀測(cè)資料，采用小波分析、相關(guān)分析、合成分析等方法分析了2015年5月廣東省的降水時(shí)空特征；并采用NCEP/NCAR再分析資料中的500 hPa高度場(chǎng)資料，以及國(guó)家氣候中心氣候監(jiān)測(cè)室提供的130項(xiàng)環(huán)流指數(shù)對(duì)降水場(chǎng)進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：廣東省2015年5月的降水除了雷州半島、粵東部分地區(qū)，其余大部分地區(qū)較常年異常偏多，為有氣象記錄以來(lái)歷史同期最多。造成該月降水偏多的主要原因是受ENSO信號(hào)的影響；5月環(huán)流形勢(shì)由前期的緯向型向經(jīng)向型的轉(zhuǎn)型，500 hPa高度場(chǎng)在內(nèi)蒙古北部、東北上空及日本海地區(qū)存在一個(gè)正-負(fù)-正的偶極子模型，同時(shí)配有來(lái)自南海充足的水汽條件，從而造成5月降水異常偏多。

關(guān)鍵詞：氣候?qū)W； 降水； 5月； ENSO信號(hào)； 環(huán)流形勢(shì)； 廣東省

廣東汛期降水主要分為前汛期和后汛期，其中前汛期降水占全年降水量的40%～60%，前汛期降水的多寡直接影響到廣東省汛期的旱澇[1-4]，因此，廣東前汛期降水異常以及引起異常的影響因子和預(yù)報(bào)方法一直是氣象工作者關(guān)注的重點(diǎn)[5-15]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生產(chǎn)服務(wù)的需要，發(fā)現(xiàn)只預(yù)報(bào)汛期降水量偏多還是偏少，已經(jīng)不能滿足有關(guān)部門使用的需要。只有再對(duì)汛期各月降水量作出估計(jì)，才能更好地滿足用戶的需要[16]。

2015年5月廣東省氣溫偏高，日照偏少，全省平均降水量476 mm，較常年同期顯著偏多80%，為有氣象記錄以來(lái)歷史同期最多。其中韶關(guān)、清遠(yuǎn)、惠州、廣州、汕尾大部降水在450 mm以上，除雷州半島的降水量不足50 mm外，其余地區(qū)降水100～450 mm。與常年同期相比，粵西的雷州半島和茂名局部、陽(yáng)江局部以及粵東的潮州、汕頭和揭陽(yáng)等地區(qū)偏少10%～80%，全省大部偏多10%～300%，珠三角的曲江、龍門、佛岡一帶顯著偏多200%以上(圖1)。廣州、佛岡、從化、龍門等16個(gè)市縣5月降水量為歷史同期最多。5月共出現(xiàn)5次強(qiáng)降水過程，導(dǎo)致多地發(fā)生洪澇災(zāi)害；降水偏多且分布不均，北部、珠三角地區(qū)降水過多、濕度大造成廣東省農(nóng)作物嚴(yán)重受災(zāi)；強(qiáng)降水頻繁，致使廣東省陸上交通多處中斷，機(jī)場(chǎng)航班大面積延誤，對(duì)交通造成較大的不利影響，對(duì)廣東省造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)人們的生活造成較大的不利影響。本研究主要分析5月廣東地區(qū)的降水時(shí)空變化特征及其發(fā)生成因，從ENSO、水汽通量、環(huán)流特征等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，為5月廣東降水的短時(shí)預(yù)報(bào)提供一些參考，同時(shí)對(duì)揭示廣東地區(qū)前汛期的降水變化規(guī)律有一定的指導(dǎo)意義。

圖1　2015年5月廣東省降水距平百分率(%)分布

1資料與方法

本研究選用資料為廣東省86個(gè)臺(tái)站地面逐日降水資料；NCEP/NCAR 2.5°×2.5°逐日再分析資料中的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)；以及國(guó)家氣候中心氣候監(jiān)測(cè)室提供的130項(xiàng)逐月指數(shù)資料(包括環(huán)流指數(shù)、海溫指數(shù)以及其他外網(wǎng)下載指數(shù))。時(shí)間長(zhǎng)度均為1951年1月—2015年5月；氣候平均值的時(shí)間段為1981—2010年。

2廣東2015年5月降水的時(shí)空分布特征

由2015年5月降水變化時(shí)間序列(圖2a)可知，廣東省受強(qiáng)西南暖濕氣流和冷空氣共同影響，強(qiáng)降水天氣異常頻繁，5月主要有5次強(qiáng)降水過程：5月5—9、11、16—17、19—24和30—31日。其中5月19—24日，廣東省出現(xiàn)了2015年以來(lái)強(qiáng)度最強(qiáng)、范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的降水過程，大部分市縣先后出現(xiàn)了暴雨到大暴雨局部特大暴雨。從其小波功率譜(圖2b)可見，在前期4月以及后期6月，降水均沒有通過顯著性檢驗(yàn)，而在5月降水期間則存在明顯的準(zhǔn)2～5和10～20 d準(zhǔn)雙周期振蕩，在5月的幾次降水過程中均有較大的功率譜，表現(xiàn)最為明顯的是在5月20日(50 d左右)左右的降水過程，其間功率譜最大達(dá)到400 mm2及以上。

圖22015年4月1日—6月30日廣東省86站降水的逐日降水量(a)和小波分析與小波功率譜(b)

3廣東2015年5月降水成因分析

3.1外強(qiáng)迫因子分析—ENSO

ENSO是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的高于氣候噪音水平的最強(qiáng)的海洋和大氣年際變化的信息。研究表明，ENSO信號(hào)不僅存在于全球熱帶的海面溫度、氣壓、風(fēng)和云量以及洋流強(qiáng)度等要素場(chǎng)中，而且在世界許多地區(qū)的大氣環(huán)流和氣候的年際變化中都有較清楚的反映[17]。

據(jù)國(guó)家氣候中心實(shí)時(shí)滾動(dòng)監(jiān)測(cè)表明，自2014年5月開始的“厄爾尼諾”事件已維持15個(gè)月，且從2015年5月開始明顯增強(qiáng)。5月第2周(5月4—10日)，厄爾尼諾監(jiān)測(cè)指數(shù)為1.3 ℃，較上周上升了0.1 ℃。赤道中東太平洋暖海溫中心強(qiáng)度超過3.0 ℃，較常年異常偏暖，并導(dǎo)致后期西太平洋上空的副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)、面積偏大、脊點(diǎn)偏西、脊線偏北，“厄爾尼諾”狀態(tài)繼續(xù)加強(qiáng)。

對(duì)比2015年經(jīng)歷的厄爾尼諾特征得到1986、1997、1965、1972、2002和2009等相似年，通過對(duì)該6年5月降水距平百分率的合成分析可得(圖3)，在厄爾尼諾的影響下，廣東地區(qū)5月的降水大部分地區(qū)偏多，并且其降水距平百分率的多年合成的空間分布與2015年5月的降水距平百分率空間分布極為相似(圖1)，這就說(shuō)明厄爾尼諾是廣東2015年5月降水的異常偏多的主要誘因之一。厄爾尼諾通過影響海溫，影響前期環(huán)流場(chǎng)，從而影響降水。謝炯光[16]研究也發(fā)現(xiàn)前冬北太平洋海溫場(chǎng)的海溫分布與廣東省北部地區(qū)的前汛期降水分布趨勢(shì)有較好的聯(lián)系。

圖3　厄爾尼諾發(fā)生年5月的降水合成(%)

3.2水汽通量及500 hPa高度場(chǎng)分析

形成降水的必要條件之一是要有足夠多的水分。計(jì)算表明，單靠當(dāng)?shù)匾延械乃质遣豢赡苄纬山邓模ǔＲ兴丛床粩嗟剌斎虢邓畢^(qū)。因此，在做降水分析和預(yù)報(bào)時(shí)，常常會(huì)考慮水汽通量(即包括水汽輸送的方向和大小)的問題。由圖4可以看出從5月1—31日，水汽平均來(lái)自南海地區(qū)，華南沿海維持一條超強(qiáng)西南水汽通道，為持續(xù)性強(qiáng)降水提供主要水汽和能量來(lái)源，尤其是南海季風(fēng)爆發(fā)后為華南地區(qū)帶來(lái)豐沛的水汽和暖濕不穩(wěn)定的能量，風(fēng)場(chǎng)的異常以及水汽的異常均使得水汽的輸送較為異常。

(矢量為水汽輸送(q·V)距平，單位：kg/(s·m);陰影區(qū)為水汽輸送輻合輻散div(qu，qv)距平場(chǎng)(單位：×10-5kg/(s·m2))

圖45月1—31日1 000～300 hPa整層積分水汽輸送及輻合輻散距平場(chǎng)

從圖4中也可以看出在華南區(qū)域水汽輸送(q·V)距平值整體高于其它地區(qū)。并且，在廣東上空為一致的水汽輻合區(qū)，且強(qiáng)度較強(qiáng)，水汽輸送的輻合促使水汽在局地聚合，從而利于水汽的上升，也為降水的形成提供充足的水汽條件。而北方冷空氣南下與暖濕氣流在廣東地區(qū)交匯，造成降水顯著偏多，特別是珠三角和粵東南地區(qū)是水汽輻合中心，成為5月以來(lái)降水最多的地區(qū)。

通過研究旱澇前期的環(huán)流形勢(shì)可以進(jìn)一步了解旱澇成因[18-19]，同樣通過研究各類降水分布的前期環(huán)流特征及其演變過程，也可以了解降水分布趨勢(shì)的成因。本研究分析了2015年5月降水前期1—4月(圖5a)及當(dāng)月(圖5b)平均500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)的分布，發(fā)現(xiàn)1—4月前期在我國(guó)內(nèi)蒙古北部、東北上空及日本海地區(qū)存在一個(gè)負(fù)-正-負(fù)的偶極子模型，即受兩槽一脊形勢(shì)控制，在廣東上空為較小的正距平場(chǎng)，并且在歐亞上空呈較為明顯的緯向環(huán)流。而在2015年5月環(huán)流形勢(shì)則發(fā)生轉(zhuǎn)型(圖5b)，與前期的演變發(fā)展有著明顯的差異，大部分地區(qū)與前期平均距平場(chǎng)分布正好相反，在內(nèi)蒙古北部、東北上空及日本海地區(qū)存在一個(gè)正-負(fù)-正的偶極子模型，在廣東上空為較小的負(fù)距平場(chǎng)；環(huán)流場(chǎng)也由前期的緯向環(huán)流變?yōu)閺较颦h(huán)流，這樣更有利于冷暖水汽的交匯。對(duì)5月降水的異常增多起了重要作用。

圖5　2015年1—4月(a)和5月(b)500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)(單位：dagpm)

4結(jié)論

廣東省2015年5月降水除了雷州半島、粵東部分地區(qū)，其余大部分地區(qū)較常年異常偏多，并突破歷史際值；受強(qiáng)西南暖濕氣流和冷空氣共同影響，主要有5次強(qiáng)降水過程，其中強(qiáng)度最強(qiáng)、范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次降水過程是5月20日左右，即季風(fēng)爆發(fā)后；而且廣東省5月降水期間存在明顯的準(zhǔn)2～5和10～20 d雙周期振蕩。經(jīng)過分析，可知5月份降水異常的原因主要有2個(gè)：

1)厄爾尼諾通過影響海溫，影響前期環(huán)流場(chǎng)，從而影響降水，為5月降水異常偏多的主要?dú)夂蛘T因。

2)5月水汽平均來(lái)自南海地區(qū)，并且在廣東上空為一致的水汽輻合區(qū)，為降水的形成提供水汽條件。同時(shí)發(fā)現(xiàn)5月環(huán)流形勢(shì)在內(nèi)蒙古北部、東北上空及日本海地區(qū)存在一個(gè)正-負(fù)-正的偶極子模型，且環(huán)流場(chǎng)為徑向環(huán)流，在這樣的環(huán)流形勢(shì)下更有利于5月降水的偏多。

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收稿日期：2015-08-11

基金項(xiàng)目：華南區(qū)域氣象中心科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目(GRMC2014Z01)資助

作者簡(jiǎn)介：王娟懷(1989年生)，女，助理工程師，碩士研究生，主要從事短期氣候預(yù)測(cè)工作。E-mail：wangjh0104@foxmail.com

中圖分類號(hào)：P46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.01.002

Analysis of the Causation of Anomalously More Rain in Guangdong Province in May 2015

WANGJuan-huai1,HUYa-min1,YANGShao-mao2

(1.Climate Center of Guangdong Province, Guangzhou 510080; 2.Meteorological Bureau of Sihui City, Sihui 526200)

Abstract：Using the observed data of rainfall from 86 stations in Guangdong and with the methods of wavelet analysis, correlation analysis and composite analysis, we studied the temporal and spatial characteristics of rainfall in the province in May 2015. Then we analyzed the precipitation field with the 500-hPa geopotential heights from the NCEP/NCAR reanalysis data and 130 circulation indices provided by the National Climate Center. The result is presented as follows. In May 2015, the rain was more than usual in most of the province with the exception of Leizhou Peninsula and part of eastern Guangdong, becoming the wettest May ever since the meteorological record began. Such a wet May was mainly affected by the ENSO signal, in addition to the transformation of circulation from preceding zonal to meridional pattern in the same month when a mode of “positive-negative-positive” dipole was present at 500 hPa over the northern Inner Mongolian region, northeast of China and Sea of Japan, together with sufficient supply of water vapor from the South China Sea.

Key words：climatology; precipitation; May; ENSO signal; circulation pattern; Guangdong province

王娟懷， 胡婭敏， 楊守懋.2015年5月廣東降水異常偏多的成因分析[J].廣東氣象，2016,38(1)：4-7.