岭谷组合地形区雨季开始期及成因分析

郝成元,许传阳,吴绍洪

（1.河南理工大学测绘与国土信息工程学院,河南焦作454000;2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101）

中国科学家研究指出,亚洲夏季风由相互联系又有其各自独立性的南亚季风系统和东亚季风系统所组成,东亚夏季风最早在南海爆发,平均在5月中旬,然后分别向西和北逐渐推进,而印度季风一般等到6月中旬才爆发[1]。云南处于南亚夏季风和东亚夏季风的结合部,受低纬热带系统的影响较大,其夏季同时受南亚季风和东亚季风的影响,但在初夏雨季开始期东亚季风的影响是主要的[2]。

具体研究表明,云南雨季开始期年季差异很大,正常年份开始于5月5候,但异常年份雨季开始期最早可在4月下旬,最晚可在6月下旬,早晚时间相差近2个月[3-4]。由于云南雨季开始的早或晚与工农业生产的关系非常密切,因此雨季开始期是云南短期气候预测中的重中之重,对云南雨季开始期的研究十分重要。已有研究利用高空探测资料和射出长波辐射资料得出结论,2001年云南雨季大部分地区在5月上旬末至中旬开始,较历年偏早2～3候,5月雨量偏多至特多,发生了初夏罕见的洪涝灾害[5]。本研究试图利用气象上常用的以气象站点的日降水数据来测定雨季开始期,并对结果做出地理解释。

1 研究区概况

研究区位于云南省南部,政区范围包括云南省30 个县级行政区 ,介于 98°40′53″-106°11′33″E 和22°26′34″-24°27′35″N,总面积 101 900 km2。研究区西部,隶属滇西南山地,纵向排列着老别山、邦马山、无量山、哀牢山等纵向高大山地。其中哀牢山是纵贯研究区中部的西北-东南向的巨大山脉,主峰超过3 100 m,而且与西南季风气流几成正交;哀牢山以东则隔元江与滇东高原相邻,地势变化幅度相对较小[6]。研究区同时受两个热带海洋(孟加拉湾和南海)水汽源的共同影响,特别是西部位于青藏高原的东南侧,是西南夏季风进入中国的必经之地[7-8]。气候上,研究区年内有明显的干、雨季更替[9]。冬半年(11月至次年4月),受到西风南支及高原冬季风的影响,部分地区还受东亚冬季风影响,天气相对干冷,故称干季;夏半年(5-10月),受西南夏季风和东南夏季风控制,天气相对湿热,又称雨季。即研究区地形地貌多样,大气环流复杂多变。

2 研究方法

云南虽然具有明显的雨季,但要定出一个客观实际的雨季开始标准,却不是一件容易的事。一般可以从农业生产、天气形势、季风环流变化来确定每年雨季的开始日期,这方面的研究也不少[10-12]。但从实际出发,普遍公认还是以降水量为依据,定出雨季开始的标准是最为适宜的[2]。

虽然普遍认为云南5-10月为雨季,但干季转入雨季的时间,在不同地点或同一地点的不同年份存在差别,可在4月下旬、5月上旬、中旬、下旬或 6月上旬发生,从而形成雨季开始期的较大差别。鉴于以上分析,秦剑等选择采用雨季开始期的标准如下,并在云南省多年雨季开始期的推算中得出较为准确的结果:从4月21日开始到 6月30日,自日雨量≥多年平均日雨量三倍之日起,以后连续5 d、10 d、一个月的降水相对系数C≥1,则第一天作为雨季开始日,此日所在的候即为雨季开始候[2]。即

式中:CN——N天的降水相对系数,可为候、旬、月;RN——N天的降雨量;¯R——多年平均年雨量。

3 结果与分析

3.1 研究结果

表1是采用公式(1)对研究区 30个气象台站2001年雨季开始时间的计算结果,可以看出哀牢山是研究区雨季开始时间区域划分的分界线:哀牢山附近及以东地区的个旧等16个气象台站的雨季开始时间较早,为4月5候;哀牢山以西地区的永德、耿马、临沧、景谷、沧源、双江、镇沅等7个气象台站的雨季开始时间较晚,为5月2候。另有其它几个站点比较特殊,哀牢山以东地区最东部的富宁以及最北部的新平、内部的红河和广南等4个气象站,虽然在4月5候也降雨不少,但采用公式(1)计算结果显示5月2候、5月1候和4月6候才进入雨季;哀牢山以西地区的墨江、普洱和镇康等3个气象站也在5月1候稍微提前其西部邻近气象台站进入雨季。纵观以上分析,全区雨季开始时间有一个自东向西和自南向北发展的趋势,这一结论与王裁云研究结果相同[13]。这里所得出的2001年雨季开始时间较早于正常年份的5月中、下旬,也与郑建萌等的研究结论基本一致[5]。

表1 研究区30个气象站点2001雨季开始时间

3.2 成因分析

以上研究结果可以应用研究区多年来的平均各月降水数据来进行初步解释。以下各月降水数据均为基于PRISM(Parameter elevation Regressions on Independent Slopes Model)模型而生成[14],使用独立于气象站点的研究区31个水文站的多年平均降水量数据检验,结果较好,平均误差率仅为8.56%,具有较高的可靠性[15]。

由以上分析可知,影响研究区降水的水汽来源主要有两个:南亚夏季风和印度夏季风,而且它们的来临时间存在着显著的时间差[5,16]。至于其原因,虽然已经开展了多项研究,分别从海温异常、西太平洋副热带高压、地形等多个角度进行了探讨,但到目前为止还没有结论得到大家的一致认可[17]。其中较有说服力的就是吴国雄等认为青藏高原的热力和机械强迫作用造成了南海夏季风早于印度夏季风[18]。

2001年4月中旬,由于东南夏季风一支——南海季风首先从研究区南部进入哀牢山以东地区,并带来大量的水汽[17,19],从而在研究区东南一侧形成一定量的降水,数量达到60～80 mm,局部地区可达150 mm以上,而哀牢山和无量山南段以西、以北地区,降水总量则多在50 mm以下(见图1)。伴随着时间的推移,影响本研究区的另外一支气流——强大的来自热带海洋的、湿层深厚水汽充沛的、持续稳定的孟加拉湾西南夏季风气流自西南部开始侵入研究区[17,20],随即西部降水增加迅速,大部分地区的降水量都达到100 mm,特别是南部地区的很大部分区域都超过150 mm,其中一些区域达到200 mm以上(图2),至5月中下旬研究区所有区域均进入了雨季。此两过程均以无量山和哀牢山的组合区域为界线,地理解释就是无量山和哀牢山组合区域对水汽的阻隔作用而形成。具体来说,研究区在2001年4月下旬受来自南海的东南湿润气流影响,开始自东而西进入雨季时,无量山-哀牢山地形的阻隔作用使其以西地区受此影响微弱;5月,当来自孟加拉湾更湿润深厚气流的侵入哀牢山以西地区时,同样由于无量山-哀牢山地形的阻隔作用也使其以东地区短时间内受孟加拉湾气流影响不明显,还是受南海季风影响显著。但此时的研究区均已经进入雨季,只不过进入时间有早有晚而已。

图1 2001年4月份降水量空间格局

6月份,研究区绝大部分地区的降水总量都达到了200 mm,尤其是研究区的最西南角和哀牢山南段区域,其降水总量均达到了400 mm(图3)。

总之,处于冬、夏季风转换期的4月、5月之所以形成鲜明的降水量空间区域差异的主要因素就是研究区东部和西部地区存在着水汽来临时间相位差异的缘故,再加上哀牢山、无量山等大地形的阻隔作用而造成。

图2 2001年5月份降水量空间格局

图3 2001年6月份降水量空间格局

4 结论

(1)研究区2001年进入雨季时间区域差异显著。无量山-哀牢山组合地形以东地区先进入雨季,多在4月5候;组合地形以西地区多在5月2候。

(2)究其原因,主要有二点:其一就是研究区的东部和西部存在着水汽来临时间相位差;其二是哀牢山、无量山等纵向山地对水汽有截留和阻隔作用。

(3)从另一侧面看,无量山-哀牢山组合地形至少是东亚夏季风和南亚夏季风的分界地带之一。

致谢:中国科学院地理科学与资源研究所朱华忠博士无偿提供了基于 PRISM的降水数据,谨此致谢!

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