鄭 蓓,白 慧,于 飛,王夢(mèng)玲,任曼琳
(1.貴州省山地環(huán)境氣候研究所,貴州 貴陽 550002;2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽 550002;3.貴州省施秉縣氣象局,貴州 施秉 556200;4.貴州省氣候中心,貴州 貴陽 550002)
貴州位于印度洋季風(fēng)和太平洋季風(fēng)交匯影響的邊緣地帶[1-3],屬亞熱帶季風(fēng)濕潤型氣候。其降水的時(shí)空變化受到貴州復(fù)雜地形和大氣環(huán)流的共同影響。大氣低頻振蕩包括準(zhǔn)雙周振蕩QBW和季節(jié)振蕩ISO[4]。大尺度環(huán)流異常很大一部分與低頻振蕩有關(guān),因此低頻振蕩與降水異常關(guān)系密切[5]。中國大部地區(qū)的降水都具有顯著的低頻變化特征,在不同季節(jié)不同地區(qū)的低頻降水的主振蕩周期不同,其中包括10~20 d的準(zhǔn)雙周振蕩和30~60 d的季節(jié)內(nèi)振蕩[6-11]。貴州處于低緯度地區(qū),氣候地域差異較大,降水較豐富,降水的氣候特征也與其他地區(qū)存在一定的差異,說明貴州地區(qū)的水汽輸送有自身的顯著特點(diǎn)。到目前為止,眾多學(xué)者和專家對(duì)貴州降水的空間時(shí)間分布、年際、年代際變化有諸多研究成果,表明貴州降水集中在5—9月,其中夏季降水特征顯著,但水汽輸送對(duì)低頻降水的影響研究很少[12-13]。所以有必要對(duì)影響貴州夏季降水的水汽輸送的氣候特征進(jìn)行深入分析,通過分析水汽輸送異常的變化特征,有助于尋找貴州夏季降水的制災(zāi)機(jī)理,對(duì)貴州降水的延伸期預(yù)測(cè)奠定一定的理論基礎(chǔ)。
本文數(shù)據(jù)采用NCEP/NCAR提供的l981—2019年逐月經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)、比濕和位勢(shì)高度場(chǎng)再分析資料,水平分辨率2.5°×2.5°,垂直層共8層;臺(tái)站資料采用貴州省84個(gè)地面觀測(cè)站1981—2019年5—9月降水資料;NOAA提供的高分辨率逐月海溫資料,水平分辨率為0.125o×0.125o,本文方法采用合成分析法。
低頻降水:中國大部分地區(qū)的降水都具有顯著的低頻變化特征,低頻降水的主振蕩周期在不同地區(qū)不同季節(jié)不盡相同,其中包括10~20 d的準(zhǔn)雙周振蕩和30~60 d的季節(jié)內(nèi)振蕩。
低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程定義[14]:本文規(guī)定,全省84個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中,有10站(及以上)日降水指數(shù)(日降水量去掉季節(jié)循環(huán)和高頻天氣時(shí)間尺度后進(jìn)行6~12 d帶通濾波,再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,記為“日降水指數(shù)”)達(dá)1.5以上時(shí),稱為1個(gè)強(qiáng)降水日。當(dāng)連續(xù)2個(gè)或以上的強(qiáng)降水日為1次強(qiáng)降水過程;如果過程持續(xù)間斷1 d以上或未有站點(diǎn)降水指數(shù)達(dá)到1.5則過程結(jié)束。本文選取1981—2019年貴州區(qū)域低頻強(qiáng)降水過程,低頻強(qiáng)降水過程集中在每年5、6、7、8、9月。通過合成貴州區(qū)域低頻強(qiáng)降水過程的環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)、水汽通量場(chǎng)和水汽通量散度場(chǎng),分析東亞水汽輸送對(duì)貴州區(qū)域低頻強(qiáng)降水的影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì),1981—2019年貴州地區(qū)共有93次低頻強(qiáng)降水過程,其中6月和7月相對(duì)較多,分別為35次、30次;5月最少,為8次。
分析圖1可知:5月(圖1a)中國大部分地區(qū)處在負(fù)位勢(shì)高度距平中,588線穩(wěn)定在30°N左右;6月(圖1b)高緯度地區(qū)有2個(gè)明顯的負(fù)位勢(shì)高度距平中心,中低緯度地區(qū)呈現(xiàn)正位勢(shì)距平,副熱帶高線穩(wěn)定在30°N左右;7月(圖1c)中緯度地區(qū)形成“兩槽一脊”的環(huán)流形勢(shì),西西伯利亞地區(qū)、我國東北地區(qū)各存在1個(gè)弱槽,副高北跳西伸顯著,其西伸脊點(diǎn)位于120oE附近;8月(圖1d)歐亞中高緯地區(qū)繼續(xù)維持“兩槽一脊”的環(huán)流形勢(shì),槽脊位置較上旬偏東、強(qiáng)度略微偏大;9月(圖1e)西伯利亞地區(qū)負(fù)位勢(shì)距平中心強(qiáng)度加強(qiáng),范圍增大,蒙古高原附近的負(fù)位勢(shì)高度距平區(qū)域擴(kuò)大到我國華北地區(qū),“兩槽一脊”環(huán)流形勢(shì)依然穩(wěn)固。
圖1 1981—2019年5—9月貴州低頻強(qiáng)降水500 hPa環(huán)流形勢(shì)合成場(chǎng)(等值線為高度場(chǎng),單位:gpm;填色為高度距平場(chǎng))5月(a),6月(b),7月(c),8月(d),9月(e)
8、9月副熱帶高壓的西伸脊點(diǎn)穩(wěn)定在120oE附近,一定程度上切斷了南方的水汽輸送,南方地區(qū)降水有所減弱。
從5—9月,共有3只水汽來源輸送至我國,分別為:南海夏季風(fēng)爆發(fā)后產(chǎn)生的偏南風(fēng)水汽輸送;來自孟加拉灣經(jīng)由中南半島,沿西南方向?qū)⑺斔椭临F州地區(qū);來自西北太平洋東南風(fēng)水汽輸送。
分析圖2可知:5月(圖2a)主要水汽輸送來源為孟加拉灣經(jīng)由中南半島的西南向水汽輸送通道,第二貢獻(xiàn)的水汽來源為來自西北太平洋的東南風(fēng)水汽輸送;6月(圖2b)經(jīng)由孟加拉灣輸送的西南向水汽輸送通道加強(qiáng),西南風(fēng)加強(qiáng),水汽輸送范圍相較于5月有所增強(qiáng),范圍擴(kuò)大到印度洋,一部分水汽輸送至貴州地區(qū)。來自西北太平洋的水汽輸送從范圍和強(qiáng)度上增加。6月產(chǎn)生低頻降水的降雨量和過程次數(shù)相比于5月有顯著增加;7月(圖2c)西太副高北跳,西南風(fēng)水汽輸送向北移動(dòng),中國南方部分地區(qū)則由西南風(fēng)水汽輸送轉(zhuǎn)為東南風(fēng)水汽輸送。8月(圖2d)西太副高南側(cè)邊緣的東南風(fēng)水汽輸送對(duì)中國的影響減弱,副高南壓;9月(圖2e)水汽輸送顯著減少。
圖2 1981—2019年氣候平均5月(a)、6月(b)、7月(c)、8月(d)、9月(e)低頻強(qiáng)降水過程825~1000 hPa的水汽通量合成場(chǎng)
影響貴州地區(qū)水汽輸送的水汽通道主要為孟加拉灣、南海和西北太平洋,尤其是從孟加拉灣經(jīng)中南半島進(jìn)入的西南風(fēng)水汽輸送和南半球經(jīng)南海的越赤道氣流的水汽輸送貢獻(xiàn)最大,給5—9月貴州降水提供了充足的水汽。6、7、8月的水汽輸送通道明顯比5、9月更加強(qiáng)勁。
低層水汽輻合上升,輻合中心強(qiáng)度越大,上升氣流活動(dòng)越劇烈,越有利于降水的產(chǎn)生。5月輻合區(qū)域及輻合大值區(qū)在云貴高原(圖3a)。6月(圖3b)輻合區(qū)域向西向南擴(kuò)大,向西擴(kuò)展到青藏高原。在強(qiáng)大的輻合區(qū)域南部則有1個(gè)輻散區(qū)域,水汽經(jīng)由孟加拉灣經(jīng)由中南半島,沿西南方向?qū)⑺斔椭猎瀑F高原,這樣的動(dòng)力配置和水汽配置有利于降水的產(chǎn)生和持續(xù)。7月(圖3c)輻合區(qū)域相比于6月繼續(xù)擴(kuò)大。8月(圖3d)水汽輻合區(qū)域明顯減少,強(qiáng)度也顯著降低。9月(圖3e)輻合輻散區(qū)域在云貴高原的部分地區(qū),2條主要的水汽來源也減弱,水汽條件和動(dòng)力配置都不利于降水的產(chǎn)生。
圖3 1981—2019年氣候平均5月(a)、6月(b)、7月(c)、8月(d)、9月(e)低頻強(qiáng)降水過程825~1000 hPa的水汽通量散度合成場(chǎng)
許多研究表明海溫距平對(duì)北半球環(huán)流及我國降水有影響,本文選出1981—2019年低頻降水年頻次最多的年份(2019年)和最少的年份(2018年),研究海溫異常是否會(huì)對(duì)貴州低頻降水產(chǎn)生一定的先兆影響。
低頻降水頻次偏多年的上一年12—2月,赤道東太平洋為海溫顯著的負(fù)異常,赤道西太平洋地區(qū)海溫為顯著的正異常;3—5月,赤道東太平洋海溫為負(fù)異常、赤道西太平洋海溫為正異常,菲律賓海域至南海海域海溫為負(fù)異常,除了少部分中部地區(qū)為冷池,大部分印度洋為暖池;6月,赤道東太平洋海溫逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎惓?,與冬季、春季的赤道東太平洋位相相反,赤道西太平洋海溫變?yōu)樨?fù)異常,與冬季、春季的赤道西太平洋海溫異常具有相反的位相。
由此可見,圖4低頻強(qiáng)降水年頻次多年的海溫距平場(chǎng)中,熱帶東太平洋異常的演變基本上反映了1個(gè)拉尼娜事件從準(zhǔn)備到爆發(fā)再到衰弱的不同位相期。由此可以推測(cè),低頻強(qiáng)降水多年與拉尼娜爆發(fā)有關(guān)。
圖4 2018年12月—2019年8月海溫距平圖
冬季赤道東太平洋地區(qū)海溫為正異常,西太平洋地區(qū)海溫為負(fù)異常,北太平洋和北印度洋地區(qū)海溫為負(fù)異常;春季海溫距平可以看出:赤道太平洋地區(qū)海溫為正異常,相比于冬季,春季海溫的正異常明顯向南、向西、向北擴(kuò)大,北太平洋和印度洋中部地區(qū)海溫為負(fù)異常;夏季海溫距平可知:6月赤道太平洋海溫有非常顯著的正異常,阿拉伯海和孟加拉灣出現(xiàn)海溫負(fù)異常;7月海溫負(fù)異常的區(qū)域逐漸增加:東赤道太平洋海溫出現(xiàn)負(fù)異常,西太平洋赤道海溫為正異常,印度洋中南部海溫依舊為負(fù)異常;8月東赤道太平洋海溫負(fù)異常區(qū)域向西、向東擴(kuò)張,西太平洋海溫正異常區(qū)范圍逐步減小。
由此可見,圖5低頻強(qiáng)降水年頻次少年的海溫距平場(chǎng)中,熱帶東太平洋異常的演變基本上反映了1個(gè)厄爾尼諾事件從準(zhǔn)備到爆發(fā)再到衰弱的不同位相期。由此可以推測(cè),低頻強(qiáng)降水少年與厄爾尼諾爆發(fā)有關(guān)。
圖5 2017年12月—2018年8月海溫距平圖
本文對(duì)貴州低頻強(qiáng)降水的影響因子進(jìn)行研究分析,主要結(jié)論有:
① 5、6月,副熱帶高壓線穩(wěn)定在30°N左右;7月開始在歐亞大陸的中緯度地區(qū)形成“兩槽一脊”的環(huán)流形勢(shì),副高逐漸北跳西伸;8、9月“兩槽一脊”環(huán)流形勢(shì)維持穩(wěn)固。副熱帶高壓的西伸脊點(diǎn)位于120°E附近,環(huán)流形勢(shì)逐漸穩(wěn)定,南方地區(qū)降水有所減弱。
②影響貴州地區(qū)水汽輸送的水汽通道主要為為孟加拉灣、南海和西北太平洋,尤其是從孟加拉灣經(jīng)中南半島進(jìn)入的西南風(fēng)水汽輸送和南半球經(jīng)南海的越赤道氣流。
③低頻強(qiáng)降水年頻次多年的海溫距平場(chǎng)中熱帶東太平洋異常的演變基本上反映了1個(gè)拉尼娜事件從準(zhǔn)備到爆發(fā)再到衰弱的不同位相期,低頻強(qiáng)降水年頻次少年的海溫距平場(chǎng)中熱帶東太平洋異常的演變基本上反映了1個(gè)厄爾尼諾事件從準(zhǔn)備到爆發(fā)再到衰弱的不同位相期。