低緯高原干季降水與印緬槽的聯系

鄧劍波 劉逵 唐笑男 周碧

摘要：基于1979—2012年GMAO/GES DISC 提供的1979—2012年大氣環流月平均再分析資料和同期低緯高原及周邊地區148個氣象觀測臺站降水數據，運用相關分析、合成分析等統計方法對低緯高原干季降水與印緬槽的可能聯系進行診斷分析。結果表明，印緬槽是影響低緯高原地區干季降水的重要因子。印緬槽槽前暖濕偏南風向低緯高原地區輸送水汽，槽前的強烈上升運動使暖濕空氣在上升過程中有利于發生CISK物理過程，在青藏高原偏北角干冷氣流共同作用下，水汽凝結發生降水。印緬槽的發展形成了有利于大氣斜壓性不斷在高原南北側積累的正反饋機制以及不利于該系統斜壓性向下游頻散的經向環流形勢，從而影響了低緯高原地區各氣象要素場的配置，進而影響該地區的干季降水。

關鍵詞：印緬槽;低緯高原;干季降水;CISK機制

中圖分類號：P426.6;P434? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）14-0052-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.14.009 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Based on monthly atmospheric circulation reanalysis data from Global Modeling and Assimilation Office（GMAO）and Goddard Earth Sciences Data and Information Sciences Center（GES DISC） and precipitation of 148 weather stations in low latitude plateau region from 1979—2012， the relationship between the India Burma trough and the precipitation of low latitude plateau in dry season was investigated by using correlation and synthesis method. The results showed that the India Burma trough was an important factor affecting the precipitation of low latitude plateau in dry season. Water vapor was transported to the low latitude plateau region by southerly wind in front of the India Burma trough. Strong vertical ascending motion in front of the trough promoted the CISK physic process and caused rainfall when met the cold and dry northerlies in the southeast of the Tibet Plateau. The positive feedback mechanism of atmospheric barocline development and radial circulation which would hamper the dispersion process of atmospheric barocline were established when the trough grows strong. As a result， the configuration of the meteorological filed can be affected， which further influenced the precipitation of this region in dry season.

Key words： India Burma trough; low latitude plateau; dry season rainfall; CISK mechanism

中國低緯高原地區包括云南、四川南部、貴州西部和廣西西部，平均海拔高于1 500 m，最高緯度低于30°N。該區域西南鄰近孟加拉灣、東南部面臨南中國海，西北方向是青藏高原，西高東低獨特的地形造成了該地區有溫帶到熱帶復雜多樣的氣候形態[1]，同時也有雨季干季分明的特點，其中，11月到次年4月為干季，4月到11月為雨季[2]。洪澇和干旱是低緯高原的主要氣象災害[3-5]，因此，分析影響該區域降水的相關要素及機制是做好防災減災工作的基礎。

青藏高原的阻擋作用使得北半球西風氣流產生擾流和分支，在高原南側南支西風氣流氣旋式彎曲形成動力性低槽，即南支槽又稱印緬槽[6，7]。印緬槽的水汽輸送是低緯高原地區重要水汽來源之一。有學者針對印緬槽對低緯高原的降水影響進行了討論。例如，印緬槽在東移過程中遇到向南移動的冷空氣會導致云南強降雪[8-10]。魯亞斌等[11]研究表明高原多雨中心存在“早雨季”，且多雨中心的水汽來源豐富，降雨量豐期持續時間長。王斌等[12]則指出印緬槽偏弱，槽前西南氣流水汽不足是導致2010年秋冬季西南地區嚴重干旱的主要原因。郭榮芬等[13]通過對比兩次冬季降水過程，指出南支槽可通過不同的天氣系統影響低緯高原降水。

以往的研究多側重于雨季印緬槽對低緯高原降水的影響或者天氣個例分析，針對干季印緬槽對低緯高原降水影響的研究較少。在干季，西太平洋副熱帶高壓還未西進，對低緯高原地區的影響相對較小，此時印緬槽的槽前暖濕氣流是低緯高原重要的水汽來源，對該區域的降水有著重要影響。本研究采用MERRA（Modern-Era retrospective analysis for research and applications）再分析資料和低緯高原及周邊地區148個氣象觀測臺站觀測數據對干季印緬槽影響低緯高原降水的機制進行了討論，為干季印緬槽影響下的降水預報分析提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

由GMAO（Global modeling and assimilation office）和GES DISC（Goddard earth sciences data and information sciences center）提供MERRA逐月再分析資料，數據時間長度為1979—2012年，空間分辨率為1.25°×1.25°。低緯高原地區148個氣象觀測站的降水資料由云南省氣候中心提供。

1.2 方法

Wang等[14]用（5°N—25°N，80°E—100°E）的區域平均渦度場定義了用印緬槽指數來研究東南亞的氣候異常。考慮到研究所使用的數據精度有所不同，本研究將低緯高原區域（14.375 0°N—26.875 0°N，84.375 0°E—104.375 0°E）作為研究區域，并將該區域內700 hPa平均渦度場的標準化序列定義為印緬槽指數，若使用垂直速度定義的印緬槽指數也可以得到同樣的結果[15]。結合印緬槽指數和氣象要素場，采用相關分析、合成分析等統計方法進行分析。

2 低緯高原干季降水與印緬槽的聯系

1979—2012年印緬槽指數變化序列如圖1所示。印緬槽指數序列與低緯高原平均降水序列相關系數為0.488 1，并通過了置信度為99%的顯著性檢驗;同時，印緬槽與各個站點降水序列相關性檢驗結果中，有42.6%和56.1%的站點分別通過了95%和90%的顯著性檢驗，覆蓋了云南中、東部，四川南部個別站點，以及貴州和廣西部分區域，說明印緬槽與低緯高原干季降水存在顯著的相關性。為進一步分析它們的內在聯系，選取印緬槽偏強年（圖1印緬槽指數大于0.75倍標準差的年份）和印緬槽偏弱年（圖1印緬槽指數小于-0.75倍標準差的年份）作為降水異常典型年份進行合成分析。

2.1 降水異常年大尺度環流特征

低緯高原地區干季印緬槽強、弱年份700 hPa平均渦度差值場如圖2a所示。當印緬槽發展時，在槽前部分有顯著的正渦度異常，從孟加拉灣北部一直延伸到低緯高原南部;同時，在低緯高原北部地區存在負渦度異常。與圖2a相對應的風場差值場如圖2b所示。由于印緬槽的發展，槽前正渦度激發出經向風場，與來自西太平洋的東南風在青藏高原地形阻擋作用下，在孟加拉灣北部、青藏高原北部激發出一個閉合阻塞形式的經向環流。槽前西南風向低緯高原輸送暖濕氣流是引發低緯高原降水的重要條件之一。

2.2 冷空氣、水汽、垂直運動的相互作用

印緬槽的發展向低緯高原提供了必要的水汽輸送，同時，其發展也會影響大氣環流形勢，在冷空氣、水汽和大氣垂直運動的共同作用下引發降水。由圖3a和圖3b可知，干冷空氣導致了槽區的負溫度異常（圖3a），進而引起100°E附近對流層高層比濕為顯著負異常（圖3b）;而在對流層低層，槽前暖濕的西南氣流和冷空氣共同作用下比濕表現為正異常。槽后偏北氣流的輻合運動引發了90°E以西的下沉運動，槽前正渦度與青藏高原東南角偏北冷平流共同作用促進了低緯高原地區大氣向上的異常垂直運動的發生（圖3c），上升運動促進水汽凝結釋放潛熱，整層潛熱通量為正值（圖3d），潛熱的釋放觸發了第二類條件不穩定（Conditional instability of second kind，CISK）過程，提供了降水發生的條件。

印緬槽的發展影響了周圍的環流形勢，低層700 hPa的槽前正渦度有利于降水低壓動力條件維持，同時槽前的暖濕南風一定程度上給低緯高原的降水發生提供了水汽條件，槽前的強烈上升運動有利于水汽凝結發生CISK物理過程，從而對低緯高原的降水產生重要影響。

3 可能的物理機制

由低緯高原地區干季500 hPa印緬槽強、弱年份的位勢高度差值場（圖4a）和風場差值場（圖4b）可以看出，青藏高原兩側位勢高度差值場呈現北高南低的偶極子分布形勢。青藏高原北側為反氣旋，南側為氣旋，100°E—105°E的經向環流將高原南側的冷空氣向北側輸送，有利于北側高壓和印緬槽區低壓的維持，使得槽前渦度增強，偏南風加強，高原南側的風場和位勢高度場形成正反饋機制，從而加強高原兩側的大氣斜壓性。這種正反饋機制不利于大氣斜壓性向下游頻散，只有通過調節該地區的氣象要素場而逐漸釋放，進而造成降水等天氣過程的發生。

4 小結與討論

1） 印緬槽的發展與低緯高原干季降水存在著顯著相關性，印緬槽指數與低緯高原降水序列相關系數為0.488 1，通過了置信度99%的顯著性檢驗。印緬槽發展強盛時，低緯高原干季降水明顯偏多;在印緬槽偏弱年份，低緯高原地區降水偏少。

2） 印緬槽發展時槽前正渦度有利于維持發生降水的低壓動力條件，同時槽前暖濕偏南風為降水發生提供了水汽條件。槽前的強烈上升運動有利于觸發CISK物理過程，對低緯高原干季降水產生了重要影響。

3） 印緬槽發展形成有利于大氣斜壓性不斷在青藏高原南北兩側積累的風場-位勢高度場正反饋機制維持，該正反饋機制不利于斜壓性向下游頻散，很大程度上影響了各氣象要素場的配置，從而能影響到該地區的干季降水。

印緬槽是影響中國低緯高原地區降水的重要天氣系統之一，其影響過程較為復雜。本研究主要從氣候態的角度出發，選取了典型年份進行合成分析，初步揭示了印緬槽對低緯高原地區干季降水的影響及可能物理機制，而更為細致的物理過程還需要更多的觀測資料以進行進一步的深入分析。

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