青藏高原湍流通量對長江中下游地區降水的影響

王自流?吳梅?曾妮?何斌?鄧麗

摘 要：利用在青藏高原適用性較好的ERA-interim地表感熱通量、地表潛熱通量和全球站點降水資料，通過EOF方法分析了2007—2017年共11年長江中下游地區降水的時空分布及演變特征，以及青藏高原湍流通量的作用對長江中下游地區降水的影響。結果表明：長江中下游地區降水在空間上主要表現為東少西多和南多北少的特征。當青藏高原湍流通量偏強（弱）時，基于西太平洋副熱帶高壓區域偏西（東）等影響，則會造成該區域的降雨帶偏北（南）。

關鍵詞：EOF分解；青藏高原；地表湍流通量；地表潛熱通量；

中圖分類號：P426.6 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

青藏高原的地形和氣候條件使得青藏高原成為大氣湍流通量的重要發生地。青藏高原湍流通量通過對流和輻射等方式影響高原及其周邊地區的氣候，進而可能影響長江中下游地區的降水。長江中下游地區作為我國經濟最發達的地區之一，其降水狀況對周邊地區氣候、農業、水資源等有著重要影響。深入探討青藏高原湍流通量對長江中下游地區降水的影響，以期為我國長江中下游地區的氣候預測和水資源管理提供科學依據。

1 資料概況與地理概況

1.1 地理概況

長江中下游區域是我國經濟水平最高的地區之一。出現干旱或洪澇等都會對我國經濟發展帶來影響。李峰等[1]通過調查發現，對長江中下游一點的洪澇及干旱等展開研究有利于更好地評測國際氣候的變化趨勢。

研究指出，我國東部的降水與青藏高原湍流通量密切相關。章基嘉[2]等認為，青藏高原的熱力變化必然會對江淮一帶的降水帶來干擾。王躍男等分析了青藏高原東部大氣熱源與降水季節內震蕩的關系。寧亮[3]通過NCEP/NCAR等軟件展開探討，客觀性地思考了1951—2000年青藏高原熱變化對中國東部一帶夏季降雨帶來的影響。梁玲等[4]探討了青藏高原對川滇在夏季時候的降雨影響情況。

1.2 資料概述

本文所用的資料包括但不局限于：（1）ERA-interim逐日地表感熱和地表潛熱再分析資料；（2）歐洲中心全球降水數據資料，時間跨度為11年（2007—2017年）。

選擇方法：EOF分解法，它可以用來評估變量的變化趨勢。在大氣科學中用于分析大氣要素的空間和時間變化特征，通過揭示數據中的主要空間模式和時間變化，對于理解和預測氣候系統的行為具有重要意義。

2 青藏高原湍流通量對長江中下游地區降水的影響

2.1 長江中下游降水的時空分布特征

2.1.1 空間分布特征

通過EOF分解來分析長江中下游地區降水的空間分布特征。圖1中的V1、V2、為EOF的前2個模態的特征向量場，可以反映長江中下游降水的大致分布特征。

從V1可以看出，第一特征向量場全區一致為正，說明長江中下游降水的變化是一致的，其中降水大值中心在上海區域附近。經V2得出，第一、二特征向量場的差異非常大，其空間分布按照南北方向進行結構分布分析，具有典型的逆變特征，基本沿上海至武漢至宜昌一線以南為正值，以北為負值，正值中心位于南部地區。

2.1.2 時間分布特征

EOF分析能夠反映出長江中下游降水量隨時間的變化規律。圖2是長江中下游地區的降水距平變化及年際變化圖，圖3是長江中下游地區11年EOF分解的時間系數變化圖（T1、T2和T3分別為第一和第二模態）。

從圖2可以看出，2010年、2012年和2015年均在前一年的降雨量上出現明顯的激增，且近4年有降水上升趨勢；而在2011年和2013年，年降水量僅僅分別為985 mm和960 mm。

由此發現：第一模態時間系數變化非常明顯，處在-9～15范圍內；隨后是第二模態時間系數，處在-8～8范圍內；最后是第三時間系數，處在-2～2范圍內。之后的各時間系數變化都與之前的變化相比，都會弱一些，這里僅看前三個時間系數變化曲線。

分析T1可以看出，2010、2012、2015、2016年等第一模態時間系數的最大值，分別是3、9、15和5，2008年、2011年、2014、2017年等的最小值，分別是-6、-4、-9和-7。第一時間系數增加，那么其降雨量與11年均值相比，偏大；反之，則會偏小，即旱年為2008年、2011年、2014年和2017年，澇年為2010年、2012年、2015年和2016年。

從T2發現，第二時間系數的變化是非常明顯且典型的。第二時間系數正數增加，對應的降雨異常愈趨近EOF分解的第二特征向量場的正態分布范圍，也就是南部明顯超過北部；若其負數增加，相應的年降水量異常越接近第二特征向量場的逆分布，即南多北少的特征。

2.2 青藏高原湍流通量與長江中下游地區降水的關系

從圖4可以看出，青藏高原地表潛熱年際變化有下降趨勢。結合圖5可知，第一時間系數變化與年際變化相一致，第一時間系數增加，那么其對應的地表潛熱與11年均值相比偏大一些；否則，則會偏小一些。第二時間系數的變化都是非常典型且突出的，且系數越大，越與其分布特征接近。

從青藏高原地表感熱的年際變化和第一模態時間系數（圖6和圖7）來看，地表感熱的年際變化與第一模態的時間系數變化呈相反趨勢，第一模態時間系數越大，該年的地表感熱較11年平均值越小。第二時間系數的變化是非常典型的，存在逐年改變的特點，也就是所謂的年際變化。

青藏高原的地表感熱通量和地表潛熱通量被認為是影響長江中下游地區降水的重要因子。將青藏高原地表感熱通量、青藏高原地表潛熱通量第一模態時間系數與同期長江中下游地區降水做相關分析。

圖8顯示了地表感熱通量（sshf）和潛熱通量（slhf）第一模態時間系數與長江中下游地區降水的同期相關系數，地表感熱通量模態EOF1與我國長江中下游地區降雨的內在關系：正負相關區的結構分布和模態EOF1一樣，存在南北向的變化特點。當然，對于其軸線的變化來說，基本上和長江、淮河等相一致。從圖中可以看出，30.5°N以北，青藏高原地表感熱通量與長江中下游地區降水存在正相關，而30.5°N以南存在負相關。

地表潛熱通量第一模態時間系數與長江中下游地區降雨相關系數變化，其中，正相關性區域包括長江一帶，不過極大值軸線向南且偏東，負相關區主要位于我國揚州—淮南附近區域。從圖中可以看出，32°N以北，青藏高原地表潛熱通量與長江中下游地區降水存在負相關，而32°N以南存在正相關。相關系數為|R|=0.5，中度相關。

3 結論

通過對青藏高原地表感熱通量、潛熱通量與長江中下游地區降水做相關性分析研究，發現青藏高原湍流強度與長江中下游地區降水強度關系密切，青藏高原湍流可以作為長江中下游降水的預測信號。青藏高原地表感熱和潛熱的相關時間系數都顯示出與其年際變化的一致性。高原湍流中地表感熱通量、潛熱通量與長江中下游地區降水的關系均有相關性，感熱負相關，潛熱正相關。湍流通量各模態與我國長江中下游地區有特定的對應關系，其第一模態時間系數的EOF分析可以發現與我國長江中下游地區降水的聯系。如果青藏高原湍流強度不大，那么長江中下游一帶的西太平洋副熱帶高壓則會逐漸朝南遷移，促使當地的降雨量增加。

參考文獻

[1] 李峰，何立富.長江中下游地區夏季旱澇年際、年代際變化的可能成因研究[J].應用氣象學報， 2002（6）：718-726.

[2] 章基嘉，徐祥德，苗峻峰.青藏高原地面熱力異常對夏季江淮流域持續暴雨形成作用的數值試驗[J].大氣科學， 1995（3）：270-276.

[3] 寧亮，錢永甫.北非和青藏高原感熱振蕩特征及與我國東部夏季降水的關系[J].高原氣象，2006（3）：357-365.

[4] 梁玲，李躍清，胡豪然，等.青藏高原夏季感熱異常與川渝地區降水關系的數值模擬[J].高原氣象，2013，32（6）：1538-1545.