榆林春季首場透雨的氣候特征分析

侯慶國

(榆林市氣象局，陜西榆林 719000)

關于春季透雨的研究比較多，郭江勇等[1]用EOF和REOF方法分析了甘肅地區春季透雨的時空分布，并分析了其與環流形勢的關系；李輯等[2]研究了遼寧地區春播第一場透雨的季節分布特征和透雨量與播種期降水量的關系；納麗等[3]用Mexihat小波等方法分析了寧夏首場透雨的氣候特征及環流特征。雖然關于春季透雨的研究較多，但關于榆林地區春季透雨的研究較少。榆林地處黃土高原和毛烏素沙地交界處，屬于干旱、半干旱區，春季降水對農林果樹的抽芽、生長、結果都有著重要的意義。同時，春季也是榆林地區沙塵暴多發期,研究榆林春季首場透雨的氣候特征，總結其變化規律有助于透雨的預報、預測,對春季抗旱、農作物生長有重大意義, 同時，也對預報春季沙塵天氣的緩解與否有一定的意義。

1 定義及資料選取

對于干旱、半干旱地區春季透雨的研究[1-3]多采取站點日降水量≥10 mm為透雨標準。榆林地區處于干旱、半干旱區，也使用此標準統計分析榆林市12個國家級氣象站1978—2018年3—5月降水數據，并規定有三分之二以上站同時達到透雨標準，則稱為一次區域性透雨過程。規定出現降水的各站降水量的平均值為首場區域性透雨雨量。對春季每場區域性透雨出現降水的站點的降水量求平均值，即為春季區域性透雨平均雨量。榆林12個國家站春季累計降水量的平均值稱為春季平均累計降水量。采用1980—2018年高空資料歸類總結春季首場區域性透雨的環流形勢，并用2000—2018年NCEP 1°×1°再分析資料分類求平均場，分析環流形勢。

2 單站首場透雨的氣候特征

將榆林各站歷年春季首場透雨出現日期變換為日期序列：將春季第一天3月1日記為1，3月2日記為2，3月3日記為3，依次類推，至5月31日記為92。對各站春季首場透雨日期序列求平均，得出榆林各站春季首場透雨平均出現日期的分布狀況(圖1)?？梢钥闯?，春季單站首場透雨平均出現在4月中下旬。清澗縣較早，平均出現在4月14日；定邊較遲,平均出現在4月25日。春季單站首場透雨從東南向西北逐漸推遲，西北部地區平均日期出現在4月下旬，東南部地區平均日期出現在4月中旬。

圖1 1978—2018年榆林單站首場透雨平均日期序列分布圖

對春季首場透雨日期序列求距平與標準差，取距平大于標準差的2倍作為異常標準[2]。標準差值為22.5，因此規定，距平≤-45為異常偏早年，-45<距平≤-22.5為偏早年，-22.5<距平<22.5為正常年，22.5≤距平<45為偏遲年，距平≥45與未出現春季透雨的年份為異常偏遲年。根據上述劃分標準對榆林各站春季首場透雨出現日期距平值求頻率(表1)。分析結果顯示，除定邊外各縣區均出現一次異常偏早年。西北部地區偏早年頻率低于東南部，清澗偏早年頻率最高，為24%。西北部地區的偏遲年頻率高于東南部，府谷的偏遲年頻率最高，為24%。41 a中各站有3～9 a未出現透雨；東南部地區的異常偏遲年較少，吳堡頻率最低，為7%；西北部的異常偏遲年較多，橫山的頻率最高，為22%?？梢?，榆林東南部地區春季首場透雨出現早，西北部遲。

表1 榆林各站1978—2018年透雨出現頻率 %

利用線性傾向估計的方法分析各縣區歷年春季單站首場透雨雨量的時間變化趨勢，結果見表2。由春季單站首場透雨雨量的氣候傾向率(b)可以看出，除府谷、綏德變化較小外，其余站點雨量隨年份呈減少趨勢，榆陽減少最明顯，氣候傾向率為-1.8 mm/10 a。除清澗外各縣區首場透雨雨量與年份的相關系數r均高于t檢驗的相關系數閾值(r0.1=0.25)，通過相關系數顯著性檢驗。

表2 1978—2018年榆林單站首場透雨雨量氣候傾向率b和首場透雨雨量與年份的相關系數r

3 首場區域性透雨的氣候特征

41 a間共有30 a出現了春季區域性透雨，春季首場區域性透雨的平均日期為4月28日。用上述統計透雨日期序列的方法，計算出30 a間春季首場區域性透雨的日期距平序列。從圖2可以看出，透雨日期隨年份的變化整體呈偏早趨勢，多項式趨勢線表明1978—2003年首場春季區域性透雨日期隨年份變化有明顯的偏早趨勢，2004—2018年趨勢較平穩，沒有明顯的變化趨勢。平均間隔4 a出現一次透雨較早年，其中明顯的較早年為1981、1990、1999、2007、2017年，平均間隔9 a出現一次。最早的為2007年，出現在3月3日。將11 a未出現的區域性透雨包括在內，平均4 a出現一次較遲年。

圖2 榆林1978—2018年首場區域性透雨日期距平(直線為線性趨勢線；曲線為多項式趨勢線)

對春季首場區域性透雨雨量、春季區域性透雨平均雨量和春季平均累計降水量分別求距平(圖3)，春季首場區域性透雨平均降水量為17.8 mm，春季區域性透雨平均降水量為16.9 mm。從圖3可看出，首場區域性透雨雨量距平的年際變化呈下降趨勢，多項式趨勢線顯示1978—1993年呈弱的上升趨勢，1994—2018年呈明顯的下降趨勢。正距平僅占總數的20%，但個別年份降水偏多。1988年、1991年和2009年降水量較多，其中1991年降水量異常偏多，距平值高達34.0 mm。春季區域性透雨平均雨量距平圖中，除1998年降水量明顯偏多、2018年降水偏多以外，其它年份距平分布與首場區域性透雨雨量距平分布基本一致，變化趨勢也類似。春季平均累計降水量距平圖中，從線性趨勢線可以看出其整體呈上升趨勢，多項式趨勢線說明1978—2003年降水趨勢沒有明顯的變化，降水明顯偏多的年份與前兩者基本一致，2004年之后降水呈偏多的趨勢，與前兩者相反，且降水偏多年份明顯增多。在2003年之后榆林春季小于10 mm的降水過程和未達到區域性降水的過程比以往增多，造成了后期的相反趨勢。平均每年首場區域性透雨雨量占春季平均累計雨量的三成。

計算春季首場區域性透雨出現日期與雨量的相關系數，為0.28，呈正相關，相關系數高于t檢驗的相關系數閾值(r0.1=0.25)，通過顯著性檢驗，說明透雨出現的越遲，其對應的降水量越大。春季首場區域性透雨日期與春季區域性透雨平均雨量的相關系數為0.22，同樣呈正相關，但未通過顯著性檢驗。春季首場區域性透雨出現日期與全市春季平均累計降水量的相關系數為-0.31，呈負相關，通過t檢驗的r0.1=0.25顯著性檢驗，表明春季首場區域性透雨出現時間越早，春季累計降水量越大。春季首場區域性透雨降水量與春季平均累計降水量的相關系數為0.66，呈正相關，也通過了t檢驗的r0.1=0.25顯著性檢驗，且相關性很高，可見春季首場區域性透雨雨量大時，對應當年春季累計降水量也比較大。

圖3 榆林1978—2018年春季雨量距平圖(實線為線性趨勢線；虛線為多項式趨勢線)

4 首場區域性透雨的主要環流形勢

4.1 環流形勢分型

對1980—2018年間榆林春季首場區域性透雨過程29個個例的環流形勢進行分析，將春季透雨的主要環流形勢分為高原槽型、烏拉爾山阻塞高壓型、北脊南槽型和兩槽兩脊型。其中高原槽型出現了9次，概率為31%；烏拉爾山阻高型出現了8次，概率為28%；北脊南槽型出現了7次，概率為24%；兩槽兩脊型僅出現了5次，概率為17%(表3)。

表3 1980—2018年春季首場透雨環流形勢分型

4.2 環流形勢

4.2.1 高原低槽型 圖4為2000—2018年出現的所有高原槽型的500 hPa高度場和700 hPa風場的合成圖。高原槽型表現為，500 hPa歐亞地區北緯徑向度較小，40°N以南地區形成兩脊一槽型。咸海以南和我國東部沿海為高脊，高原東側到孟加拉灣維持一長波槽,長波槽位于95°E附近，低層配合一支>12 m/s的西南氣流，在榆林上空有明顯的輻合。地面上冷空氣主要從西路或西北路侵入。在此形勢下，由于高原暖濕氣流活躍，上下層系統配合較好，形成透雨天氣過程。

圖4 2000—2018年高原槽型500 hPa平均高度場(單位：dagpm)和700 hPa平均風場

4.2.2 烏拉爾山阻塞高壓型 圖5為2000—2018年出現的所有烏山阻高型的500 hPa高度場和700 hPa風場的合成圖。500 hPa以烏拉爾山附近維持高壓脊為主要特征，貝爾加湖到巴爾喀什湖有一橫槽，南支在95°E附近維持一低槽。副高588 dagpm線位于臺灣到海南一線，低層維持一支西南氣流，在榆林上空有明顯的輻合。地面上的冷空氣大多從西北路侵入。由于脊前不斷有冷空氣東移南下與暖濕氣流相結合形成透雨。

圖5 2000—2018年烏山阻高型500 hPa平均高度場(單位：dagpm)和700 hPa平均風場

4.2.3 北脊南槽型 圖6為2000—2018年出現的所有北脊南槽型的500 hPa高度場和700 hPa風場的合成圖。500 hPa 50°N以北的亞洲上空為Ω型，烏拉爾山以西及貝爾加湖以東為低槽，西伯利亞為高脊，35°～50°N地區為平直西風氣流，南支在高原東南部至孟加拉灣有一長波槽。低層有偏南暖濕氣流與低空切變存在。地面冷空氣多從北路侵入陜西。由于此種形勢比較穩定，中緯度平直氣流中不斷有小波動東移與南支槽結合，這種形勢下常以穩定持續的降水過程形成透雨。

圖6 2000—2018年北脊南槽型500 hPa平均高度場(單位：dagpm)和700 hPa平均風場

4.2.4 兩槽兩脊型 圖7為2000—2018年出現的所有兩槽兩脊型的500 hPa高度場和700 hPa風場的合成圖。500 hPa 40°N以北呈兩槽兩脊型，40°N以南地區氣流平直多波動，貝爾加湖以東和烏拉爾山附近分別為高壓脊，貝爾加湖至我國內蒙古地區和烏拉爾山以西分別為低壓槽。榆林上空處于貝爾加湖至我國內蒙古地區的低槽前部，與低層西南暖濕氣流和低空切變相配合。地面冷空氣從西北路或北路侵入。暖濕氣流與低層系統配合較好，使穩定的降水過程形成透雨。

圖7 2000—2018年兩槽兩脊型500 hPa平均高度場(單位：dagpm)和700 hPa平均風場

5 小結

(1)榆林春季單站首場透雨平均出現在4月中下旬；東南部地區早、西北部遲；東南部地區的異常偏遲年較少，偏早年較多，西北部相反。

(2)春季首場區域性透雨平均出現時間為4月28日，平均間隔4 a出現一次較早年，間隔9 a出現一次明顯偏早年；出現日期年際變化呈偏早趨勢，降水量呈減少趨勢。春季首場區域性透雨出現時間與降水量呈正相關，與春季平均累計降水量呈負相關；降水量與春季累計降水量呈正相關，且相關性較高。

(3)春季首場區域性透雨環流形勢分為四種：高原低槽型，500 hPa以高原東側到孟加拉灣維持一長波槽為主要特征；烏拉爾山阻塞型，500 hPa以烏拉爾山附近維持高壓脊為主要特征，貝爾加湖到巴爾喀什湖有一橫槽，南支在95°E附近維持一低槽；北脊南槽型，500 hPa 50°N以北的亞洲上空為Ω型，35°～50°N地區為平直西風氣流，南支在高原東南部至孟加拉灣有一長波槽；兩槽兩脊型，500 hPa 40°N以北呈兩槽兩脊型，40°N以南地區氣流平直多波動。