基于遼寧夏季降水異常環流特征及前期環流特征分析

林蘭蘭

(營口奕東水利勘測設計有限公司，遼寧 營口 115000)

遼寧地區地形總體呈現東南山區、西部山丘以及中北部平原，各區域地形分布占比約為1/3。遼寧地區夏季為降水主要集中的季節，降水量空間分布總體從東南向西北逐步遞減變化[1]。近些年來遼寧省受氣候變化影響極端氣候發生的頻次呈現明顯遞增變化，影響區域社會經濟的發展。國內已有不少學者針對東北地區夏季降水變化的特征展開相關研究[2-6]。在夏季降水氣候變化成因也取得一定成果。如何金海等[7]指出東北地區夏季降水增多的主要因素在于東北冷渦在夏季強度的遞增變化。楊文艷等[8]分析表明東北地區夏季旱澇變化主要受季風、副高影響范圍以及大氣環流特征變化等綜合因素的影響。沈柏竹[9]等通過對初夏和盛夏遼寧降水變化成因進行分析認為，變化的主因在于熱帶高壓脊線位置、副熱帶西風急流位置及低空偏南急流的變化。以上對遼寧地區旱澇成因研究大都針對氣象成因分析較多[10-15]，但對于受前期海溫強迫特征研究還較少。因此，文章對遼寧省旱澇成因的氣象環流成因分析的同時，對其前期海溫強迫特征的影響進行研究。研究的成果對于有針對性的指定遼寧地區旱澇應對措施以及中長期旱澇預測具有參考價值。

1 遼寧夏季降水異常環流特征

1.1 降水異常年500hPa環流場特征

結合氣象數據對遼寧初夏多雨年和少雨年的500hPa高度場進行合成，合成結果如圖1所示。

(a)初夏多雨年 (b)少雨年

從圖1中可以看出中緯東亞地區受兩槽一脊控制，遼寧省位于槽前，受西南氣流影響。但區別是多雨年(圖 1(a))槽區對應位勢高度負距平，說明槽比常年偏強，而該負距平南北兩側均為正距平中心，這種配置有利于槽區負距平區域穩定在遼寧西北側上空，造成遼寧初夏多雨，此負距平也說明遼寧地區出現降水偏多與其西北側的異常低氣壓有關系。副熱帶地區，西太平洋副高位于20-30°N之間的西太平洋上空，位置與氣候平均接近，但較盛夏的位置明顯偏南，說明西太副高對初夏降水的貢獻不大。當初夏少雨年時(圖 1(b))，高度場距平分布與多雨年相反，遼寧西北側受一高度場正距平控制，說明槽比常年偏弱，不利于初夏產生降水。副高位置和強度較常年差別不大。

1.2 降水異常年850hPa環流場特征

由于850hPa風場能較好的反映對流層低層的平均環流特征，為此遼寧初夏多雨年和少雨年的850hPa矢量風場進行合成，850hPa矢量風場合成(陰影為風速>4m/s區域)，見圖2。

(a)初夏多雨年 (b)少雨年

圖 2(a)和(b)可以看出，多雨年和少雨年對流層低層均存在兩條低空急流帶，兩條氣流大致在中國東海附近匯合到達日本后轉為偏西氣流。但不同的是，多雨年(圖 2(a))4m/s以上風速區在遼寧上空有所覆蓋，這有利于初夏水汽向遼寧地區輸送。同時，在遼寧西北側上空存在一氣旋式環流。這與500hPa的高度場負距平區相對應。而少雨年(圖 2(b))時，4m/s以上風速區則不存在，并且其西北側也無氣旋式環流。

1.3 降水異常年200hPa環流場特征

200hPa風場可反映對流層上層的平均環流特征，在此層面上，東亞地區上空為西風帶控制，副熱帶西風急流對遼寧初夏降水的影響至關重要，為此對初夏200hPa緯向風多雨年、少雨年的距平場進行合成，200hPa緯向風速場(等值線)及距平場(陰影)合成，見圖3，并對遼寧省初夏多雨年、少雨年矢量風場進行合成，200hPa矢量風場合成，見圖4。

(a)初夏多雨年 (b)少雨年

(a)初夏多雨年

(b)少雨年

從圖4中可見，多雨年、少雨年的西風急流軸均出現在40°N附近，位于遼寧南側。但不同的是，多雨年(圖 3(a))遼寧上空風速為正距平，即急流軸以北高層輻散，低層輻合，盛行上升氣流，有利于遼寧產生降水。而少雨年(圖 3(b))遼寧上空風速為負距平，即急流軸以北高層輻合，低層輻散，盛行下沉氣流，不利于遼寧產生降水。從圖4中可以看出，多雨年與少雨年相比，大致在55°N、110°E位置，氣流出現明顯分支，在位置位于遼寧西北側，這可能是由該地區的低壓系統阻擋而成。分之后，低壓系統南側風速加大，這也是多雨年遼寧上空200hPa緯向風為正距平的原因。而少雨年則不存在分支現象。

1.4 東北冷渦強度與遼寧降水相關性分析

遼寧初夏多雨年時，500hPa層面上，中緯度受兩槽一脊控制，遼寧位于槽前，槽區對應位勢高度負距平；850hPa層面上，遼寧西北側受氣旋式環流控制；200hPa層面上，遼寧地區位于急流軸以北，且受低壓系統影響，產生氣流分支。各層面上的低值渦旋系統作用均有利于初夏降水偏多。這正是東北冷渦在各層面上的體現。為了驗證東北冷渦強度與遼寧降水的關系，對兩者的相關系數進行計算，東北冷渦與夏季降水的相關系數分析結果，見表1。

表1 東北冷渦與夏季降水的相關系數分析結果

東北冷渦強度指數定義為：500hPa層面上40-55°N，110-130°E范圍內平均高度的標準化距平值。由表1可見，初夏降水與東北冷渦的負相關性最好，且超過信度為0.10(相關系數絕對值>0.231)的檢驗。由此可以看出，遼寧初夏降水與東北冷渦的關系較盛夏來說更為密切，預報時，應當將東北冷渦強度指數作為初夏降水的主要參考項。

2 前期環流特征分析

2.1 東北冷渦與前期環流特征分析

為預測初夏東北冷渦強度指數，首先對6月東北冷渦強度指數與500hPa高度場前一年6月—當年5月的相關系數進行計算。如圖5所示，并對初夏東北冷渦指數與前一年10月、12月及當年2月北半球極渦中心強度指數的相關系數進行計算，初夏東北冷渦強度指數與前一年6月—當年5月(1—12)H500高度場相關分布，見圖5。

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表2 初夏東北冷渦指數與前一年10月、12月及當年2月北半球極渦中心強度指數的相關系數分析結果

從圖中可以發現，兩者的相關在前一年10月(圖5(5))、12月(圖 5(7))以及當年2月(圖5(9))的極地地區相關性最好，極地地區H500高度場可用北半球極渦中心強度指數來描述。從表2中可看出初夏東北冷渦指數與前一年10月、12月及當年2月北半球極渦中心強度指數的相關系數分析結果可看出，其相關系數分別為0.38、0.45和0.19，前兩者超過信度為0.01(相關系數絕對值>0.354)的檢驗，前一年12月與初夏東北冷渦的相關性最好。

2.2 南風強度與前期環流特征分析

為分析南風強度與前期環流特征，對盛夏南風強度指數與前一年6月—當年5月(1—12)H500高度場相關分布進行了研究，結果如圖6所示，并對盛夏南風強度指數與500hPa高度場前一年6月—當年5月的相關系數進行計算，盛夏南風強度指數與前一年6月—當年5月(1—12)H500高度場相關分布，見表3。

(1)

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表3 盛夏南風強度指數與500hPa高度場前一年6月至當年5月的相關系數分析結果

從圖6中可以發現，兩者的相關在前一年12月(圖6(7))的印度以北相關性最好(如圖中方框中所示)。因此，將以上區域定義為高度場關鍵區，范圍分別為(30-40°N、70-100°E)。盛夏南風強度與三個海溫關鍵區的相關系數，分別為-0.44、-0.43和-0.49，均超過信度為0.001(相關系數絕對值>0.44)的檢驗。

3 結 語

1)遼寧夏季降水存在顯著的季節內特征，初夏主要受東北冷渦的影響，兩者之間存在顯著負相關關系；盛夏主要受到南風的影響，兩者存在顯著正相關關系。

2)初夏東北冷渦強度與前一年12月的北半球極渦中心強度指數、前一年6月赤道西太平洋(0-10°N、126-150°E)以及前一年12月印度洋(8°S-8°N、70-110°E)的SST關系十分密切，因此可通過以上高度場及海溫場各關鍵區指數預測初夏東北冷渦強度指數，從而對初夏降水趨勢進行預測。

3)盛夏南風強度與前一年12月印度以北(30-40°N、70-100°E)H500高度場關鍵區、前一年7月的印度洋SST(0-20°S、66-90°E)、前一年10月南大西洋SST(24-16°S、26°W-0)、及前一年11月北大西洋SST(36-46°N、50-30°W)關系極為密切，因此可通過以上高度場及海溫場各關鍵區指數預測盛夏南風強度指數，從而預測盛夏降水趨勢。