唐紅兵，李崇浩，王 平，滕小羽

(1.中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東廣州 510623；2.南京信大高科技發(fā)展有限公司，江蘇南京 210024)

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極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響

唐紅兵1，李崇浩1，王 平2*，滕小羽2

(1.中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東廣州 510623；2.南京信大高科技發(fā)展有限公司，江蘇南京 210024)

基于國家氣候中心提供的1960—2009年74項大氣環(huán)流因子中提取出的極渦指數(shù)參數(shù)，并結(jié)合中國氣象局整編的1960—2009年南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)95站降水月平均資料，采用相關(guān)性分析法討論太平洋極渦和亞洲區(qū)極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響。結(jié)果表明，太平洋極渦和亞洲區(qū)極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響比較大，冬半年極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域降水之間存在負(fù)相關(guān)性，極渦強(qiáng)度指數(shù)越小，降水越多，相關(guān)系數(shù)自西向東呈現(xiàn)先增大后減小趨勢；春半年極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域降水的相關(guān)系數(shù)自西向東先減小再增大，在四川南部和云南西部地區(qū)相關(guān)系數(shù)絕對值在0.7 以上。對單個測站而言，降水量與極渦強(qiáng)度指數(shù)間呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)絕對值均超過0.5，其中亞洲強(qiáng)極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響比太平洋強(qiáng)極渦大。

極渦；南方電網(wǎng)區(qū)域；降水；影響

極渦又稱“繞極環(huán)流”、“繞極渦旋”，是繞南極或北極的高空氣旋性大型環(huán)流[1]，其對全球天氣氣候的變化有重要影響[2]。自1853年極渦被學(xué)者第1次描述以來，極渦的研究引發(fā)了人們越來越多的關(guān)注。國外學(xué)者Angell[3]研究極渦的位置以及大小變化發(fā)現(xiàn)，300 hPa極渦對中緯地區(qū)氣候變化有一定的指示作用。我國學(xué)者研究極渦對氣候變化的影響表明，平流層極渦對對流層的環(huán)流場、溫度場影響顯著[4-5]。姚秀萍等[6]分析東北三江流域夏季旱澇與極渦基本特征發(fā)現(xiàn)，12月或冬季的極渦強(qiáng)度指數(shù)與次年8月份或夏季我國東北地區(qū)降水存在密切的正相關(guān)；時珍玲[7]分析20世紀(jì)90年代以來典型夏季旱澇成因發(fā)現(xiàn)，極渦活動對江淮流域夏季降水影響顯著。

南方電網(wǎng)區(qū)域地處我國南部，區(qū)域內(nèi)水能資源豐富，約占全國的1/3，主要分布在西部的云南、貴州、廣西三省區(qū)的紅水河、烏江、瀾滄江、金沙江、怒江等各大流域。降水對流域來水和水電發(fā)電運(yùn)行具有重要影響，研究極渦對降水的影響對電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)工作具有重要的理論價值和實(shí)際意義。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，利用國家氣候中心提供的1960—2009年逐月環(huán)流指數(shù)資料，分析北半球極渦強(qiáng)度指數(shù)、亞洲極渦強(qiáng)度指數(shù)對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響。

1 資料與方法

1.1 資料來源采用中國氣象局國家氣候中心提供的1960—2009年74項大氣環(huán)流因子，選取極渦指數(shù)資料，對其進(jìn)行季尺度和月尺度的劃分。同時使用中國氣象局整編的1960—2009年南方電網(wǎng)區(qū)域95站降水月平均資料。南方電網(wǎng)區(qū)域是指16°～31°N、96°～119°E，主要包括廣東、廣西、海南、貴州和云南五省。

1.2 極渦不同指數(shù)的定義極渦不同指數(shù)均能不同程度反映極渦的變化特征，且各指數(shù)有明確的定義[8]。在500 hPa月平均等壓面上，取接近于最大西風(fēng)軸線的等高線為極渦南界，極渦南界等高線以北所包圍的面積為極渦面積，將為單位的極渦面積定義為極渦面積指數(shù)；將500 hPa月平均等壓面與極渦南界特征等高線所在的等高面之間的空氣質(zhì)量定義為極渦強(qiáng)度指數(shù)；在500 hPa月平均高度圖上，選取位勢高度最低的一個低渦中心的經(jīng)緯度位置作為極渦中心位置，將極渦中心附近最小的一個網(wǎng)格點(diǎn)上的高度值定義為極渦中心強(qiáng)度指數(shù)[7]。

1.3 分析方法為了更好地研究北半球極渦強(qiáng)度與南方電網(wǎng)降水的關(guān)系，在此從冬半年和春半年2個時間段分別就兩者的相關(guān)性進(jìn)行分析，求取極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域降水量的相關(guān)系數(shù)，并構(gòu)造出相關(guān)系數(shù)空間分布。

2 極渦與我國南方冬春天氣的關(guān)系

亞洲高緯上空穩(wěn)定維持一個強(qiáng)大的極渦時，對我國的寒潮天氣過程有很好的指示意義[9]。我國幾乎所有中等以上強(qiáng)度的大范圍持續(xù)低溫均出現(xiàn)在北半球?qū)α鲗又猩喜縖10]。極渦發(fā)生一次斷裂分為2個中心，即形成偶極性環(huán)流。亞洲一側(cè)的極渦中心南壓至西伯利亞北部，冷空氣從西伯利亞源源南下，造成我國大范圍持續(xù)降溫[11]。若歐亞大陸極渦是2個極渦中心，且靠近我國的較強(qiáng)，則會伴隨我國大范圍持續(xù)低溫較強(qiáng)；若2個極渦中心強(qiáng)度相當(dāng)接近，我國的持續(xù)低溫則中等偏強(qiáng)；反之，若亞洲極渦中心是較弱者或極渦分裂為3個中心，則持續(xù)低溫偏低[12]。同時由于在北半球4個極渦區(qū)域中，太平洋極渦占總的區(qū)域面積比最大[12]，因此該研究主要討論太平洋極渦強(qiáng)度指數(shù)和亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響。

3 極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域降水的關(guān)系

3.1 冬半年極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)降水的關(guān)系從圖1可以看出，冬半年太平洋極渦和亞洲區(qū)極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域的影響趨勢基本一致；相關(guān)系數(shù)自西向東基本經(jīng)歷了先增大再減小的過程。極渦強(qiáng)度與降水量呈負(fù)相關(guān)，極渦強(qiáng)度指數(shù)越小，南方電網(wǎng)區(qū)域的西部降水越多。在貴州地區(qū)、云南北部的部分地區(qū)相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)絕值對在0.6 以上。

從圖2可以看出，1月份時，太平洋極渦強(qiáng)度指數(shù)、亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域95個測站同期降水的相關(guān)系數(shù)自西向東的變化特征與冬半年基本一致。但太平洋極渦區(qū)在這一時間對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響較亞洲區(qū)極渦范圍更廣，影響更大，在廣東北部地區(qū)其相關(guān)系數(shù)在0.4以上。分析亞洲區(qū)極渦時發(fā)現(xiàn)，在貴州地區(qū)、云南北部的部分地區(qū)，極渦強(qiáng)度指數(shù)越小，降水越多；而在廣西東部和廣東地區(qū)變化趨勢相反。

圖2 1月份太平洋(a)和亞洲(b)極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域95個測站同期降水的相關(guān)系數(shù)分布

3.2 春半年極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域降水的關(guān)系從圖3可以看出，春半年太平洋極渦和亞洲區(qū)極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域的影響趨勢基本一致；相關(guān)系數(shù)自西向東基本經(jīng)歷了先減小再增大的過程，兩者之間呈負(fù)相關(guān)，極渦強(qiáng)度指數(shù)越小，南方電網(wǎng)區(qū)域的中部降水越多。在四川南部和云南西部地區(qū)相關(guān)系數(shù)絕對值在0.7 以上。

圖4顯示，7月份時，太平洋極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域的降水影響的區(qū)域變化趨勢與亞洲區(qū)極渦基本相同，但也存在差異。太平洋極渦強(qiáng)度與降水的相關(guān)系數(shù)自北向南變化趨勢為“-+-”。在云南西部和廣西中北部部分地區(qū)兩者呈正相關(guān)，太平洋極渦指數(shù)越大，降水越多；在云南北部，兩者呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)絕對值在0.3以上，太平洋極渦指數(shù)越小，降水量越多。而亞洲區(qū)極渦指數(shù)與降水量的相關(guān)系數(shù)自西向東變化趨勢為“+ - +”。在云南、貴州和廣西地區(qū)，極渦強(qiáng)度指數(shù)越小，降水越多，其中貴州中部地區(qū)其相關(guān)系數(shù)絕對值在0.25以上；而在廣東地區(qū)，極渦強(qiáng)度指數(shù)越大，降水相對增加。

4 極渦強(qiáng)度指數(shù)對主要徑流預(yù)報區(qū)間內(nèi)降水的影響

為了更好地分析極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響，將春半年和冬半年太平洋強(qiáng)極渦、亞洲強(qiáng)極渦與各個測站的降水量分別進(jìn)行相關(guān)性分析。從圖5可以看出，太平洋強(qiáng)極渦、亞洲強(qiáng)極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響均顯著，極渦強(qiáng)度指數(shù)與降水量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)絕對值均超過0.5；極渦強(qiáng)度指數(shù)越小，南方電網(wǎng)區(qū)域降水越多。對單個測站而言，降水主要受亞洲強(qiáng)極渦影響，亞洲強(qiáng)極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響較太平洋強(qiáng)極渦顯著。

圖3 春半年太平洋(a)和亞洲(b)極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域95個測站同期降水的相關(guān)系數(shù)空間分布

圖4 7月份太平洋(a)和亞洲(b)極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)區(qū)域95個測站同期降水的相關(guān)系數(shù)空間分布

圖5 冬半年(a)和春半年(b)太平洋強(qiáng)極渦、亞洲強(qiáng)極渦強(qiáng)度指數(shù)與各測站降水量的相關(guān)性分布

5 結(jié)論

該研究利用中國氣象局國家氣候中心提供的1960—2009年74個大氣環(huán)流因子和1960—2009年南方電網(wǎng)區(qū)域95站降水月平均資料，采用相關(guān)性分析方法分析了極渦強(qiáng)度指數(shù)對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響，具體結(jié)論如下：

(1)冬半年極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)降水量呈負(fù)相關(guān)性，極渦強(qiáng)度指數(shù)越小，降水越多，相關(guān)系數(shù)從西向東呈現(xiàn)先增大后減小趨勢；1月份太平洋極渦區(qū)較亞洲區(qū)極渦對降水的影響較大。

(2)春半年極渦強(qiáng)度指數(shù)與南方電網(wǎng)降水量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)從西向東先減小再增大，在四川南部和云南西部地區(qū)相關(guān)系數(shù)絕對值在0.7 以上；太平洋極渦相關(guān)系數(shù)矢量場從北向南變化趨勢是“-+-”，而亞洲區(qū)極渦指數(shù)矢量場從西向東變化趨勢是“+-+”。

(3)對單個測站而言，降水量與極渦強(qiáng)度指數(shù)間均呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)絕對值均超過0.5，亞洲極渦對南方電網(wǎng)區(qū)域降水的影響較太平洋強(qiáng)極渦大。

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Effect of the Polar Vortex on Precipitation in China Southern Power Grid

TANG Hong-bing1, LI Chong-hao1, WANG Ping2*et al (1. China Southern Grid Power Dispatching and Control Center, Guangzhou, Guangdong 510623; 2. Nanjing Xinda High Tech Development Co. Ltd., Nanjing, Jiangsu 210024)

Using the 74 factors of the atmospheric circulation data of National Climate Center from 1960 to 2009, and monthly precipitation data from 95 stations in China provided by National Climate Center (NCC) from 1960 to 2009, the effect of the polar vortex on precipitation in China Southern Power Grid were discussed by means of correlation analysis. The results showed that the influence of Pacific polar vortex and the Asia polar vortex on the South China power grid is relatively large, and the polar vortex intensity index and the precipitation in the China Southern Power Grid is negative correlation. The smaller the polar vortex intensity index is, the more precipitation. The absolute value of correlation coefficient increased firstly and then decreased from the west to the east. But in spring, the correlation coefficient decreased firstly and then increased from the west to the east. In southern Sichuan and western Yunnan, the absolute value of correlation coefficient was above 0.7. For each single station, the precipitation and the polar vortex intensity index was negatively correlated, and the absolute value of correlation coefficient was more than 0.5. The influence of the Asian strong polar vortex was greater than that of the Pacific Ocean.

Polar vortex; China Southern Power Grid; Precipitation; Impact

南方電網(wǎng)科技項目(K-ZD2014-014)。

唐紅兵(1966-)，男，湖南祁東人，高級工程師，碩士，從事水文氣象及水庫調(diào)度研究。*通訊作者，工程師，碩士，從事降水事件統(tǒng)計分析工作。

2016-08-17

S 16；P 466

A

0517-6611(2016)30-0169-03