长江中下游夏季降水异常年环流特征分析

姚扬

摘 要：利用国家气候中心月降水资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料，分析了长江中下游地区夏季降水异常年的环流和水汽输送特征。分析表明，该地区夏季降水异常主要是受西太平洋副热带高压和北方冷空气南下影响。长江中下游地区夏季降水出现异常的多雨年是因西太平洋副热带高压强度较常年偏大，西伸脊点偏西，使得西太平洋水汽输送增强，水汽通量大值区位于该地区上空；在850 hPa水平风矢量距平场，30°N以北为气旋性环流距平，以南为反气旋性环流距平。出现异常的少雨年是由西太平洋副热带高压强度偏小，西伸脊点偏东，水汽输送减弱所导致；850 hPa水平风矢量距平场南北环流形势与异常多雨年相反，北方冷空气活动减弱，使得降水减少。

关键词：长江中下游；降水异常；西太平洋副热带高压；水汽通量；冷空气

长江中下游地区地域广阔，经济、科技发达，是我国重要的工业、农业基地；并且处于东亚气候系统中特殊位置，是降水异常、早涝灾害频繁发生的地区之一。因此，决定了研究长江中下游地区夏季降水异常的重要性。本文根据长江中下游月降水量数据，采用合成分析的方法讨论了1951～2013年该地区夏季降水异常与环流系统的相互关系，并对研究结果进行了验证。

一、资料和方法

1.资料来源

本文所用资料为国家气候中心整编的全国160站的月降水量资料，以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析月平均资料，其中包括：高度场、风场、海平面气压场、比湿资料。

2.分析方法

由中国国家气候中心提供的月降水资料，从160站中选取长江中下游地区六省一市（包括湖南省、湖北省、江西省、浙江省、安徽省、江苏省和上海市）31个代表性站进行分析，将31站的月降水量取区域平均，得到1951～2013年夏季（6月、7月、8月）标准化时间序列。

二、结果与分析

1.降水年代际特征分析

本文根据夏季降水标准化序列划分降水异常年，即：当夏季降水标准化值Z≥1.0时为降水异常多年，Z≤-1.0为降水异常少年。根据以上标准，长江中下游地区多雨年为1954年、1969年、1980年、1993年、1996年、1998年、1999年、2002年，共8年。少雨年为1958年、1966年、1967年、1978年、1981年、1985年，共6年。长江中下游地区夏季降水正异常年占统计年份的49%，负异常年占统计年份的51%。由九年滑动平均可以看出，其夏季降水有显著的年代际变化，在1958年长江中下游地区夏季降水发生转折，降水开始减少；在1990年夏季降水由少年转为多年。

2.降水异常年环流形势与水汽输送

（1）夏季降水异常年环流特征。

为讨论长江中下游地区夏季异常多雨、少雨年份的环流形势，给出夏季降水异常年500 hp位势高度场平均、500 hp异常场、海平面气压异常场（图2～4）。从图中可以看出，长江中下游地区夏季异常多雨年（图2a）5880 gpm线所包围面积较大，高压脊线位于24 °N，5860 gpm西脊点西伸至110 °E，西太平洋副热带高压（以下简称副高）偏南、偏强，黑龙江-渤海-湖北一线为高空槽，西南暖湿气流沿着副高边缘输送到长江中下游地区，与槽后西北干冷空气交汇于此形成高空锋区。西风急流中心位置、强度差异很小。500 hp高度距平合成场上（图3a），贝加尔湖西南-东北方向均为正距平中心，朝韩半岛为负距平中心，均通过了显著性检验。这在我国华北、华东地区形成西高东低的有利形势，利于引导北方冷空气南下与暖湿气流交汇形成降水，另外，贝加尔湖西南部的正距平中心，可能与贝加尔湖阻塞高压有关，夏季贝加尔湖地区阻塞活动偏多时，长江中下游部分地区降水偏多，表明西伯利亚、南海至热带西太平洋地区上空500 hpa高度场与长江中下游降水具有显著的同步关系，东亚低纬度地区为正距平中心区，亦表明副高偏强。同时，西太平洋地区海平面气压距平为正距平（图4a），该地区海平面气压偏高，是副高加强条件之一。

图2 夏季200 hPa纬向风场和500 hPa高度场合成图（单位：gpm）

（a.异常多雨年， b.异常少雨年；阴影区为风速大于20m/s区域）

图3 夏季500 hPa高度场距平合成图（单位：gpm）

（a.异常多雨年，b.异常少雨年；阴影区表示信度水平超过90%的区域）

长江中下游地区夏季异常少雨年，500 hPa高度场上（图2b），5880 gpm线所包围面积较小，高压脊线位于22 °N，5860 gpm西脊点西伸至126 °E，副高偏北、偏弱，中高纬地区为平直环流；500 hpa高度距平合成图上（图3b），40 °N～70 °N地区为大范围负距平区，30 °N～40 °N地区为正距平区，这种北部与西部偏低，南部偏高的形势不利于冷空气南下影响长江中下游，10 °N～30 °N地区为负距平中心，副高较常年减弱；海平面气压合成图上（图4b），中低纬地区为负距平中心，亦表明副高减弱。

对长江中下游地区夏季降水异常年的环流分析可以看出，在夏季异常多雨年，副高平均脊线位于24 °N，西脊点西伸至110 °E，强度偏强，中高纬环流形势利于北方冷空南下与南部来的暖湿气流交汇产生降水；异常少雨年，副高偏弱，中高纬地区在平直环流控制下不利于冷空气南下影响长江中下游地区。

图4 夏季海平面气压距平合成图（单位：hp）

（a.异常多雨年；b.异常少雨年；阴影区表示信度水平超过90%的区域）

（2）降水异常年水汽输送差异。

图5 夏季平均整层水汽通量（单位：kg·m-1·s-1）：（a）异常多雨年；（b）异常少雨年

本文根据夏季长江中下游地区降水异常年的水汽通量差异反映出水汽输送的差异，计算水汽通量采用的资料为1951～2013年NCEP/NCAR逐月平均再分析资料，水平分辨率为2.5 °×2.5 °。由Rasmusson方程[11]计算整层水汽通量，即：

；

；

式中：Qu、Qv分别为纬向、经向水汽通量（单位：kg·m-1·s-1）， 为重力加速度，P0为地面气压，P1为积分上限气压（单位：hPa），q为比湿（单位：g·kg-1），u、v风别为纬向风和径向风（单位：m/s），由于大气中的水汽集中在300 hPa以下[12]，所以整层水汽通量的积分上限取为300 hPa。

由夏季降水异常年整层水汽通量合成图（图5），长江中下游地区的水汽主要来源于西太平洋、南海以及孟加拉湾[13]。副高将西太平洋和南海水汽输送到长江中下游地区，此外，受南支槽等系统影响（图2），另一支来自孟加拉湾的水汽经我国华南输送至长江中下游。在异常多雨年，副高西伸、强度增大，来自西太平洋与孟加拉湾的两支水汽由副高边缘西南气流输送至长江中下游地区，且来自孟加拉湾的水汽输送强度强于西太平洋地区，从而使得长江中下游大部分地区为水汽通量大值区，水汽供应充足，有利降水生成。异常少雨年，孟加拉湾的水汽输送减弱，受副高减弱影响，西太平洋和南海的水汽也较弱，水汽通量大值区分布于25°N以南地区，致使长江中下游地区上空水汽含量不足，降水偏少。

三、 结语

本文通过长江中下游地区31个代表站1951～2013年历年夏季降水量，及NCEP/NCAR月平均资料的分析，探讨了长江中下游地区夏季（6～8月）降水异常年大气环流和水汽输送异常特征，得到结论如下：

1.西太平洋副热带高压的面积大小、位置是导致长江中下游地区夏季降水异常的重要条件，该系统面积减小，位置异常偏西有利于其边缘的西南气流流向長江中下游地区，贝加尔湖一带为正距平促使北方冷空气南下，引起降水增多；当面积增大，位置异常偏东，贝加尔湖一带为为负距平区时，降水减少。

2.长江中下游地区降水水汽来自西太平洋、南海以及孟加拉湾。降水异常多年水汽沿西太平洋副热带高压边缘输送至长江南部上空，来自孟加拉湾的水汽输经华南流向长江中下游；降水异常少年，副高减弱，水汽输送减弱，使得夏季降水偏少。