姚揚(yáng)

摘 要：利用國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)度較常年偏大，西伸脊點(diǎn)偏西，使得西太平洋水汽輸送增強(qiáng)，水汽通量大值區(qū)位于該地區(qū)上空；在850 hPa水平風(fēng)矢量距平場(chǎng)，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(qiáng)度偏小，西伸脊點(diǎn)偏東，水汽輸送減弱所導(dǎo)致；850 hPa水平風(fēng)矢量距平場(chǎng)南北環(huán)流形勢(shì)與異常多雨年相反，北方冷空氣活動(dòng)減弱，使得降水減少。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)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(zhǎng)江中下游地區(qū)地域廣闊，經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)達(dá)，是我國(guó)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(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季降水異常的重要性。本文根據(jù)長(zhǎng)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(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

一、資料和方法

1.資料來(lái)源

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

2.分析方法

由中國(guó)國(guó)家氣候中心提供的月降水資料，從160站中選取長(zhǎng)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(gè)代表性站進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化時(shí)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(biāo)準(zhǔn)化序列劃分降水異常年，即：當(dāng)夏季降水標(biāo)準(zhǔn)化值Z≥1.0時(shí)為降水異常多年，Z≤-1.0為降水異常少年。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)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(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季降水正異常年占統(tǒng)計(jì)年份的49%，負(fù)異常年占統(tǒng)計(jì)年份的51%。由九年滑動(dòng)平均可以看出，其夏季降水有顯著的年代際變化，在1958年長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季降水發(fā)生轉(zhuǎn)折，降水開(kāi)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(shì)與水汽輸送

（1）夏季降水異常年環(huán)流特征。

為討論長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季異常多雨、少雨年份的環(huán)流形勢(shì)，給出夏季降水異常年500 hp位勢(shì)高度場(chǎng)平均、500 hp異常場(chǎng)、海平面氣壓異常場(chǎng)（圖2～4）。從圖中可以看出，長(zhǎng)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(diǎn)西伸至110 °E，西太平洋副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱副高）偏南、偏強(qiáng)，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(zhǎng)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(fēng)急流中心位置、強(qiáng)度差異很小。500 hp高度距平合成場(chǎng)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(fù)距平中心，均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。這在我國(guó)華北、華東地區(qū)形成西高東低的有利形勢(shì)，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(dòng)偏多時(shí)，長(zhǎng)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(chǎng)與長(zhǎng)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(qiáng)。同時(shí)，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(qiáng)條件之一。

圖2 夏季200 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)和500 hPa高度場(chǎng)合成圖（單位：gpm）

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

圖3 夏季500 hPa高度場(chǎng)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(guò)90%的區(qū)域）

長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季異常少雨年，500 hPa高度場(chǎng)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(diǎn)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(fù)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(shì)不利于冷空氣南下影響長(zhǎng)江中下游，10 °N～30 °N地區(qū)為負(fù)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(fù)距平中心，亦表明副高減弱。

對(duì)長(zhǎng)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(diǎn)西伸至110 °E，強(qiáng)度偏強(qiáng)，中高緯環(huán)流形勢(shì)利于北方冷空南下與南部來(lái)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(jì)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(jì)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(fēng)別為緯向風(fēng)和徑向風(fēng)（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(zhǎng)江中下游地區(qū)的水汽主要來(lái)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(zhǎng)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(lái)自孟加拉灣的水汽經(jīng)我國(guó)華南輸送至長(zhǎng)江中下游。在異常多雨年，副高西伸、強(qiáng)度增大，來(lái)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(zhǎng)江中下游地區(qū)，且來(lái)自孟加拉灣的水汽輸送強(qiáng)度強(qiáng)于西太平洋地區(qū)，從而使得長(zhǎng)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(zhǎng)江中下游地區(qū)上空水汽含量不足，降水偏少。

三、 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)長(zhǎng)江中下游地區(qū)31個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dāng)面積增大，位置異常偏東，貝加爾湖一帶為為負(fù)距平區(qū)時(shí)，降水減少。

2.長(zhǎng)江中下游地區(qū)降水水汽來(lái)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(zhǎng)江南部上空，來(lái)自孟加拉灣的水汽輸經(jīng)華南流向長(zhǎng)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。