邢雯慧 王堅紅 張方偉 苗春生

摘要：為給漢江流域秋汛預報提供一定參考，基于1961～2016年NCEP/NCAR逐月再分析資料（2.5°×2.5°）分析東亞季風區(qū)9～10月水汽輸送通量分布情況，并結合對水汽通量散度的分析，得出了秋汛期（9～10月）影響漢江流域主要有3條水汽通道，分別為：① 來自西太平洋偏東方向的水汽輸送通道;② 來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽輸送通道;③ 來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原西北方向的水汽輸送通道，第③條水汽通道強度明顯強于其余2個水汽通道。通過分析3條水汽通道強度與漢江流域降水的相關關系發(fā)現(xiàn)：秋汛期（9～10月），②③兩條水汽通道對漢江流域降雨均有較大影響，而第①條水汽通道對漢江流域降雨的影響較小。利用國家氣候中心提供的1961～2016年6～10月逐月環(huán)流指數(shù)資料，初步探討6～8月及9～10月副熱帶高壓的各項指數(shù)及印緬槽強度指數(shù)與3條水汽通道的關聯(lián)，得出：6～8月、9～10月，副熱帶高壓的強度及面積僅與第①條水汽通道呈現(xiàn)明顯負相關，而印緬槽強度與3條水汽通道均呈現(xiàn)明顯的負相關，當6～8月、9～10月印緬槽強度偏弱時，均有利于9～10月3條水汽通道強度偏強，因此有利于9～10月漢江流域降雨偏多。

關鍵詞：秋汛期; 水汽通道; 印緬槽強度; 副熱帶高壓; 漢江流域

中圖法分類號：P333文獻標志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.02.019

1研究背景

漢江是長江中游最大的支流，丹江口水庫以上為上游，一般每年的9～10月為漢江流域秋汛期，在這段時間內(nèi)降水時空分布不均，極易形成旱澇災害。統(tǒng)計表明，漢江丹江口水庫流域9～10月54%的降水能形成致洪過程[1-3]（入庫洪峰流量大于5 000 m?3/s）。

大氣中的水汽是形成降水的必要條件之一。水汽輸送分為水平輸送和垂直輸送兩種，前者主要把海洋上的水汽帶到陸地，是水汽輸送的主要形式，后者由于空氣的上升運動，把低層的水汽輸送到高空，是成云致雨的重要原因[4-7]。不少水文氣象專家對影響夏季中國特別是長江流域的水汽輸送問題進行了研究。陶詩言[8]等指出高原對水汽通量的分布及其季節(jié)變率有很大影響，其次四川盆地對周圍地區(qū)水分收支也有重要的作用。Yatagai等[9]的研究指出，水汽輸送的異常及其輻合輻散與降水有著密切的聯(lián)系。周長艷等[10]指出，南海、西太平洋地區(qū)的水汽輸送以及來自孟加拉灣和高原地區(qū)的水汽輸送分別是長江流域旱、澇年重要的影響因子。謝安[11]等的研究指出，來自孟加拉灣經(jīng)中南半島和來自華南的水汽輸入是長江中下游地區(qū)水汽的主要來源。Zhang[12]等指出，長江中下游地區(qū)降水與印度季風系統(tǒng)水汽輸送成反相關，當來自印度季風區(qū)的水汽輸送強時，長江中下游地區(qū)降水偏少。徐祥德[13]等的研究表明青藏高原地區(qū)構成了影響長江流域旱、澇的季風水汽輸送源地。田紅等[14]、Zhou等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，對應中國大陸東部降水多的時期中國南海異常水汽輸送方向是由西太平洋進入中國南海，影響大陸異常降水的水汽來源并不是都來自孟加拉灣，長江流域降水屬于東南水汽通道即副熱帶季風影響的范圍。

從上述分析可知，水汽輸送通道是長江流域降水的重要影響因子。目前，研究較多的是夏季影響長江流域的水汽通道，對于秋季影響長江流域，特別是漢江流域的主要水汽通道研究較少。漢江流域秋汛期水汽通道特征的研究對漢江流域秋汛期降水的旱澇趨勢預測具有較好的指示意義，因此本文對秋汛期影響漢江流域的水汽通道特征進行分析研究，并初步探討影響秋汛期（9～10月）漢江流域水汽輸送的可能因子。

第2期邢雯慧，等：秋汛期影響漢江流域降水的水汽通道特征研究

人民長江2019年

2資料與方法

2.1資料介紹

本文所用的資料主要有：① 1961～2016年漢江流域32個站的逐日降水資料;② NCEP/NCAR 1961～2016年9～10月逐月再分析資料（風場、絕對比濕、氣壓、降水等），等壓面選取了1 000～300 hPa共5層，空間分辨率為2.5°×2.5°;③ 國家氣候中心提供的1961～2016年6～10月逐月環(huán)流指數(shù)（印緬槽強度指數(shù)、副熱帶高壓強度指數(shù)、面積指數(shù)、脊線指數(shù)、西伸脊點指數(shù)）。

2.2方法介紹

整層大氣水汽輸送通量的計算公式為

Q=1g∫Ps300V·qdp（1）

緯向和經(jīng)向水汽通量的計算公式為

Qλ=1g∫Ps300uqdp（2）

Qφ=1g∫Ps300υqdp（3）

水汽輸送通量散度的計算公式為

·Q=1g∫Ps300·（V·q）dp（4）

式中，u，v分別為緯向、徑向風速;V為各層大氣的風速矢量，q是各層大氣的比濕，Ps為大氣柱下界氣壓（即地面氣壓），g是重力加速度，P為各層大氣氣壓。

按照上述公式計算區(qū)域范圍在10°S～60°N，40°E～160°E ，從1961～2016年秋汛期（9～10月）整層大氣的經(jīng)、緯向水汽通量，水汽輸送矢量以及水汽通量散度。

3秋汛期影響漢江流域的水汽通道

3.1漢江流域秋汛期降水特征分析

從漢江流域1961～2016年秋汛期（9～10月）降水距平指數(shù)變化情況（圖1所示，30 a均值為1981～2010年均值）可以看到，在整個時間序列當中，漢江流域的降水總體呈現(xiàn)下降的趨勢，在1985年之前漢江流域整體偏澇，1985年以后漢江流域整體偏旱，并且在2010年之前，漢江流域有發(fā)生連續(xù)偏澇或者連續(xù)偏旱的情況，但2010年以后漢江流域發(fā)生連續(xù)偏澇的概率在減小。

3.2水汽通道的確立

為確立秋汛期期間影響漢江流域降水的水汽輸送通道，繪制了9～10月東亞季風區(qū)水汽輸送通量，如圖2所示。

圖2（a）是東亞季風區(qū)1961～2016年秋汛期（9～10月）平均水汽緯向輸送分布。由圖可見，秋汛期（9～10月）東亞季風區(qū)最強的緯向水汽輸送帶位于0°～10°N之間，由西向東橫貫阿拉伯海至孟加拉灣到達南海南部地區(qū)，在25°N～35°N之間青藏高原東側存在一個范圍較小但強度較強的高值中心，同時在35°N～45°N之間的西太平洋上也存在一個范圍較大的高值區(qū)，可見上述3個區(qū)域的緯向輸送較強。

圖2（b）為秋汛期（9～10月）東亞季風區(qū)經(jīng)向水汽輸送。圖中在0°～40°N之間孟加拉灣至青藏高原東南部有一個經(jīng)向水汽輸送中心，此區(qū)域的經(jīng)向輸送較強，而在西太平洋上也有一個經(jīng)向水汽輸送中心，此區(qū)域的經(jīng)向輸送略弱。緯向通量和經(jīng)向通量的矢量模分布（圖略）顯示，在阿拉伯海、孟加拉灣、西太平洋副熱帶高壓西側各存在一個高值中心，青藏高原東南側也存在一個高值中心，高值區(qū)的分布與圖2（a）、（b）相對應。

圖2（c）是秋汛期（9～10月）東亞季風區(qū)水汽輸送矢量場，從圖中可以看出，在20°N～40°N，60°E～180°E之間有一個水汽輸送通量較強的區(qū)域，并且分別有來自東南、西南及西北3個方向的水汽輸送在此區(qū)域匯合。

9～10月東亞季風區(qū)水汽輸送通量散度如圖3所示，對照圖3，發(fā)現(xiàn)在青藏高原上有2個較強的高值中心，其中在青藏高原西側有個西北至東南方向的狹長的負值中心，說明大氣中的水汽在此地區(qū)有較強輻散，可見9～10月該地區(qū)的水汽含量比較充沛結合上文關于水汽通量的分析，上述地區(qū)為來自孟加拉灣的西南方向的水汽輸送及來自青藏高原的西北方向的水汽輸送的匯入?yún)^(qū)域。從圖3還可以看出在青藏高原東側有一個較強的正值中心，在此地區(qū)則有較強的水汽輻合。

結合對圖2和圖3的分析可以注意到，秋汛期（9～10月）到達我國漢江流域的水汽輸送通道有3條，分別是：來自西太平洋偏東方向的水汽通道，來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道，來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的西北方向的水汽通道。水汽通道分別表征了源自西太平洋、孟加拉灣以及西風帶的水汽對漢江流域的輸送。結合上文進一步對水汽通道矢量及經(jīng)緯向的分析可以得出：來自西太平洋偏東方向的水汽通道的緯向輸送較強，而來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道與來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的西北方向的水汽通道的經(jīng)緯向輸送均較強。

為了進一步定量確定秋汛期影響漢江流域的3條水汽通道的強度，定義并計算了水汽通道強度[16]。首先，針對3條水汽通道分別取一定的代表區(qū)域?；緲藴嗜缦拢孩?區(qū)域內(nèi)水汽輸送的方向基本一致;② 區(qū)域內(nèi)水汽輸送最強（即水汽通量矢量模最大）;③ 區(qū)域內(nèi)水汽輸送的方差較大。綜合分析，來自西太平洋偏東方向的水汽輸送通道強度計算選定的區(qū)域為（105°E～120°E，25°N～30°N）;來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道強度計算選定的區(qū)域為（80°E～95°E，17.5°N～22.5°N）;來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的西北方向的水汽通道強度計算選定的區(qū)域為（90°E～105°E，25°N～35°N）。

1961～2016年秋汛期（9～10月）3條水汽通道平均強度的年際變化如圖4所示。由圖4可知，總體而言，秋汛期9～10月，來自青藏高原的西北方向的水汽通道的強度最強，而來自西太平洋偏東方向的水汽通道及來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道強度接近。

3.3水汽輸送與漢江流域降水的聯(lián)系

由1961～2016年漢江流域秋汛期降水與整層水汽通量的相關系數(shù)分布（見圖5）可知，呈現(xiàn)顯著正相關的區(qū)域（通過95%置信度檢驗）主要位于長江流域至青藏高原東部一帶，西南太平洋洋面上也有一條狹長的正相關區(qū)，負相關的區(qū)域較小，位于中國的中北部。緯向水汽輸送與高原夏季降水的關系，呈現(xiàn)顯著正相關（通過95%置信度檢驗）的區(qū)域也主要位于長江流域至青藏高原東部一帶;而西南太平洋洋面上的狹長的正相關區(qū)變?yōu)樨撓嚓P區(qū)，從矢量上分析，來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的水汽輸送及來自太平洋的水汽輸送對漢江流域降水影響較大。在緯向水汽輸送中，來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的水汽輸送及來自西太平洋的水汽輸送對漢江流域降水影響較大。在經(jīng)向水汽輸送與降水的相關性中，在中國東南部近海至中國中東部大部地區(qū)呈現(xiàn)顯著正相關分布，結合水汽通道分析可以得出：在經(jīng)向水汽輸送中，來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的水汽輸送及來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的水汽輸送對漢江流域降水影響較大。

在9～10月，來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原西北方向的水汽通道與漢江流域降水的相關系數(shù)最大，達0.38，通過95%的置信度檢驗，說明在9～10月，來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原西北方向的水汽通道對漢江流域降水的影響最大。來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道與漢江流域降水的相關系數(shù)也達0.37，通過95%的置信度檢驗，可見9～10月，來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道對漢江流域降水也有較大影響。而來自西太平洋偏東方向的水汽通道與漢江流域降水的相關系數(shù)僅為0.05，并未通過95%的置信度檢驗，說明9～10月，來自西太平洋偏東方向的水汽通道對漢江流域降水的影響較小。此結論與上述的分析也吻合較好。

分析3條水汽通道之間的相關關系發(fā)現(xiàn)，3條水汽通道之間的相關系數(shù)均較低，西太平洋偏東通道與孟加拉灣西南通道的相關性系數(shù)為0.16，青藏高原西北通道與西太平洋偏東通道的相關性系數(shù)為0.22，青藏高原西北通道與孟加拉灣西南通道的相關系數(shù)為0.17，均未通過95%的置信度檢驗，說明3條水汽通道之間的相互影響較小，是相互獨立的。

4秋汛期水汽通道影響因子分析

根據(jù)前文的分析：秋汛期9～10月，水汽通道對漢江降水的影響較大，并且都呈現(xiàn)出一致的、較高的正相關關系，因此在秋汛期，對水汽通道的分析也顯得尤為重要。不少研究[17-20]指出中國夏季降水主要有2個水汽來源：① 從太平洋高壓南沿以南風或東南風的形式進入我國內(nèi)陸，② 印度低壓的東南方以西南風的形式進入中國西南部。因此推測水汽輸送通道主要受印緬槽及副熱帶高壓的影響。針對秋季的水汽通道與這些影響因子是否存在關聯(lián)的問題，本小節(jié)將初步探討印緬槽強度及副熱帶高壓的強度、面積、西伸脊點及脊線位置對3條水汽通道的影響，嘗試找出它們之間的相關關系，旨在對漢江秋汛期的旱澇趨勢預報有一定的指示意義。考慮到大氣運動的連續(xù)性及秋汛預報的節(jié)點，重點分析主汛期6～8月及秋汛期9～10月各項指數(shù)與3條水汽通道之間的相關系數(shù)。

4.1副熱帶高壓對水汽通道影響的分析

分析6～8月副熱帶高壓的各項指數(shù)與9～10月3條水汽通道強度的相關系數(shù)（如表1所示），可見9～10月來自西太平洋偏東方向的水汽通道的強度與6～8月副熱帶高壓的面積、強度的相關系數(shù)分別為-0.35，-0.39，呈現(xiàn)顯著的負相關關系，說明當6～8月，副熱帶高壓強度偏強、面積偏大時，來自西太平洋偏東方向的水汽通道強度偏弱的可能性較大。分析9～10月副熱帶高壓的各項指數(shù)與9～10月3條水汽通道強度的相關系數(shù)（如表1所示）可知，9～10月來自西太平洋偏東方向的水汽通道的強度與9～10月副熱帶高壓的面積、強度的相關系數(shù)分別為-0.39，-0.30，呈現(xiàn)顯著的負相關關系，可知當9～10月，副熱帶高壓強度偏強、面積偏大時，來自西太平洋偏東方向的水汽通道強度偏弱的可能性較大。

4.2印緬槽強度對水汽通道影響的分析

分析6～8月及9～10月印緬槽強度與9～10月3條水汽通道的相關系數(shù)（如表2所示），可見6～8月，印緬槽強度與孟加拉灣西南通道、西太平洋偏東通道、青藏高原西北通道水汽通道強度的相關系數(shù)分別為-0.38，-0.45，-0.37，均呈明顯的負相關關系，說明當6～8月印緬槽強度偏弱時，9～10月3條水汽通道強度偏強的可能性較大，有利于漢江流域9～10月降水偏多。9～10月，印緬槽強度與孟加拉灣西南通道、西太平洋偏東通道、青藏高原西北通道水汽通道強度的相關系數(shù)分別為-0.39，-0.29，-0.39，也均呈明顯的負相關關系，說明當9～10月，印緬槽強度偏弱時，3條水汽通道強度偏強的可能性較大，從而有利于漢江流域降水偏多。從上述分析中可知，6～8月及9～10月期間，印緬槽強度偏弱，有利于3條水汽通道強度偏強，且有利于漢江流域降水偏多。

5結 論

（1） 1961～2016年，漢江流域的降水總體呈現(xiàn)下降趨勢，在1985年之前漢江流域整體偏澇，1985年以后漢江流域整體偏旱，并且在2010年之前，漢江流域有發(fā)生連續(xù)偏澇或者連續(xù)偏旱的情況，但2010年以后漢江流域發(fā)生連續(xù)偏澇的概率在減小。

（2） 秋汛期（9～10月）到達我國漢江流域的有3條水汽輸送通道，分別是：① 來自西太平洋偏東方向的水汽輸送通道，此通道緯向輸送較強;② 來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽輸送通道;③來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的西北方向的水汽輸送通道。總體而言，秋汛期9～10月，③ 水汽通道強度最強，①、②兩條水汽通道的強度相當。同時，②、③水汽通道經(jīng)向輸送與緯向輸送均較強。

（3） 秋汛期（9～10月），來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的西北方向的水汽通道對漢江流域降雨的影響最大，來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道對漢江流域降雨也有較大影響，而來自西太平洋偏東方向的水汽通道對漢江流域降水的影響較小。

（4） 6～8月、9～10月印緬槽偏弱則有利于9～10月3條水汽通道強度偏強，而來自副熱帶地區(qū)經(jīng)青藏高原的西北方向的水汽通道及對來自孟加拉灣經(jīng)中南半島的西南方向的水汽通道對漢江流域降水均有較大影響，因此有利于9～10月漢江流域降水偏多;6～8月、9～10月，若副熱帶高壓強度偏強、面積偏大，將不利于來自西太平洋偏東方向的水汽通道強度偏強;9～10月，來自西太平洋偏東方向的水汽通道對漢江流域降水的影響較小，因此對漢江流域降水趨勢的指示信號并不強，鑒于本文只是初步探討，在接下來的工作中可進行深入的研究。

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引用本文：邢雯慧，王堅紅，張方偉，苗春生.秋汛期影響漢江流域降水的水汽通道特征研究[J].人民長江，2019，50（2）：101-106.

Study on characteristics of water vapor channel affecting rainfall in Hanjiang river basin during autumn flood season

XING Wenhui1，2， WANG Jianhong?2， ZHANG Fangwei?， MIAO Chunsheng3，4

（1.Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430010，China;2.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters， Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China;3.College of Atmospheric Science， Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China;4.Nanjing Xinda Institute of Meteorological Science & Technology ，Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044 ，China）

Abstract： In order to provide a certain reference for the autumn flood forecasting in the Hanjiang River basin， we analyze the distribution of water vapor transport flux in the East Asian Monsoon Region from September to October based on 1961-2016 NCEP/NCAR monthly reanalysis data （2.5 ° x 2.5 °）， and draw the following conclusions by combining with the analysis of water vapor flux divergence. In autumn flood season （September to October）， there are three main channels of water vapor reaching the Hanjiang River basin， respectively， a slightly east water vapor transport channel in west Pacific; a southwest water vapor transport channel from the Bengal bay through the Indochina Peninsula; a northwest water vapor transport channel starting subtropical region and passing through the Qinghai-Tibet Plateau. The third water vapor channel is obviously stronger than that of the other two channels. By analyzing the correlations between the intensity of three water vapor channels and rainfall in the Hanjiang River Basin， it is found that in autumn flood season （September to October）， the second and third water vapor transport channels have significant influence on the rainfall of the Hanjiang River basin， and the first water vapor transport channel has less effect on the rainfall of the Hanjiang River basin. We discuss the correlations between the indexes of subtropical high pressure belt and the strength of India-Burma trough with the three water vapor channels from June to August and September to October using monthly circulation index data from June to October in 1961-2016 provided by the national climate center. The results show that from June to August and September to October， the intensity and area of subtropical high pressure belt are negatively correlated with the first water vapor transport channel only， but the intensity of India-Burma trough is negatively correlated with the three water vapor channels. When the India-Burma trough is weak， it is in favor to the strengthening of the three water vapor channels from September to October， and further it is in favor to rainfall in the Hanjiang River basin.

Key words：autumn flood season; water vapor transport channel; India-burma trough;subtropical high pressure belt; Hanjiang River