淮河流域汛期暴雨与西太平洋海温关系

刘倪，叶金印

（1.南京大学大气科学学院，江苏 南京 210093；2.淮河流域气象中心，安徽 蚌埠 233000）

淮河流域汛期暴雨与西太平洋海温关系

刘倪1，2，叶金印2

（1.南京大学大气科学学院，江苏 南京 210093；2.淮河流域气象中心，安徽 蚌埠 233000）

利用淮河流域172测站1960—2009年逐日气象资料和全球海温资料，通过对淮河流域汛期暴雨与前期西太平洋海温的相关分析来研究海温的变化对淮河流域汛期暴雨的影响。选取西太平洋海域（158°～170°E，8°～14°N）作为关键海区，前一年5—6月作为关键时段，通过分析发现海温偏低（高）年，淮河流域的绝大部分地区的暴雨量减少（增加），淮河流域东北部呈现与其他地区反相的变化特征；在暴雨偏多（少）年，对应的前一年5—6月关键海区正好是海温偏高（低）。正是由于西太平洋关键海区持续的海温异常引起了次年汛期大气环流的异常，导致了淮河流域汛期暴雨的异常，这正是海温与暴雨具有很好相关的内在原因。

淮河流域；暴雨；海温；环流异常

淮河流域面积2.7×105km2，人口1.65亿，人口密度约615人/km2，居我国七大江河流域之首。流域地理位置特殊，气候条件复杂，水旱灾害频发，研究淮河流域汛期暴雨有着十分重要的意义。1985年，罗绍华、金祖辉、陈烈庭等[1]就做了印度洋和南海海温与长江中下游夏季降水的相关分析，指出从空间和时间上两者都存在较好的统计相关关系。近年来，很多研究[2-9]发现太平洋海温异常与我国降水的分布有着密切的关系，研究的海区主要有北太平洋、赤道东太平洋、西太平洋暖池、南海、印度洋及西北太平洋。针对淮河流域的工作也有一些[10]，王钟睿等[11]指出，Nino3区海温对江淮流域的影响比亚洲纬向环流指数重要。张秉伦等[12]用更长的资料论述了二者的关系。此外，北太平洋海温也对淮河流域夏季降水产生影响[13-14]。本文试图从全球海温中找出与淮河流域汛期暴雨变化相关最好的海域，讨论汛期暴雨异常与该区域内海温异常的关系，并从环流特征的角度来解释西太平洋海温异常与淮河流域汛期暴雨异常的内在关系。

1 资料与方法

所用资料是淮河流域气象中心整编的淮河流域四省（河南、江苏、安徽、山东）172测站，1960—2009年逐日气象资料。按照中国气象局及淮河流域气象中心的相关定义标准，统计出淮河流域40个代表站点，50 a汛期（6—9月）暴雨量并建立时间序列。代表站点采用三步筛选：一是各站建站年代参差不齐，本着使时间序列尽可能长原则，选取1960年及以前建站的站点，排除1961年及更晚建站的测站；二是剔除50 a中站点变动较大的测站（迁站超过2次的予以剔除）；三是台站等级高，尽量选择基准站和基本站，剔除一般站。

海温资料为1959年1月—2009年12月NOAA的ERSST资料（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature）,资料水平分辨率为2.0°×2.0°。

2 海温关键区及关键时段的选取

用淮河流域汛期暴雨标准化距平与前期全球（前一年1月—12月）海温距平求相关，结果发现西太平洋是相关最高也是相关最稳定的区域，前一年的1—7月，相关系数达到了0.31以上（通过了信度为0.05的显著性检验），特别是前一年的1、4月和6月，相关系数达到了0.4以上，前一年1月相关系数达到最高的0.44（表1）。由于西太平洋相关持续时间比较长，且比较稳定，则选取该地区进行进一步研究。其中海温关键区及关键时段的选取步骤是：

（1）将淮河流域汛期暴雨与西太平洋前一年1—7月平均海表温度（SST）求相关。

（2）选取相关系数0.31以上的区域156°～170° E，-4°～14°N为初选区。

（3）将淮河流域汛期暴雨与初选区前一年1—7月逐月组成不同时段的SST求相关（表1）。

（4）从表中挑选出相关系数较大的，且时间较长的前一年5—6月作为关键时段。

（5）最后确定关键相关区，根据前一年5—6月与淮河流域汛期暴雨的相关系数大小，对初选取进行微调，得到关键相关区（158°～166°E，8°～14°N）。

3 海温与淮河流域汛期暴雨的相关性分析

3.1 暴雨偏多、少的选取

对1960—2009年淮河流域汛期暴雨进行二阶曲线拟合（方程Y=0.093X2-4.191X+247.9）和10 a的滑动t检验，结果显示：淮河流域汛期暴雨在1979—1980年发生了突变，由缓慢下降转变为逐渐上升。为了选取暴雨偏多、少年，做出1960—2009年淮河流域汛期暴雨的多年平均值，然后可以得到每年的汛期暴雨距平值，以汛期暴雨距平的绝对值大于均方差的0.7倍作为标准，选择暴雨偏多、少年。其中有9个暴雨偏多年：1962、1965、1984、1991、1996、2000、2003、2005、2007年；13个暴雨偏少年：1966、1973、1976、1978、1981、1985、1988、1992、1993、1994、1997、1999、2001年。

3.2 海温偏高、低年的选取

根据关键海区（158°～166°E，8°～14°N），关键相关时段（前一年5—6月）海温的年际变化，以均方差的0.7倍为标准，选取13个海温偏高年，12个海温偏低年。其中海温偏高年有：1963、1964、1968、1969、1991、2000、2002、2003、2004、2005、2006、2007、2008年；海温偏低年为：1960、1966、1973、1974、1976、1978、1979、1980、1985、1988、1993、1994年。

3.3 海温与淮河流域汛期暴雨的时间相关性

对比来看，在13个海温偏高年中有4个为暴雨偏多年，在12个海温偏低年中有8个为暴雨偏少年，表示海温高、低年预示暴雨多、少年的概率分别为4/13、8/12。反过来看，在9个暴雨偏多年中有4个海温偏高年，在13个暴雨偏少年中有8个是海温偏低年，即暴雨多、少年对应的海温偏高、低年的概率分别是4/9、8/13。可见，海温偏低年与暴雨偏少年有很好的正相关关系，而海温偏高年与暴雨偏多年相互关系不明显。

从图1可知，关键海区的海温与淮河流域汛期暴雨量变化一致，并都在20世纪70年代末80年代初发生了突变，由迅速减小变为逐渐增大。从年代际变化上来看，二者的变化也较为一致。

图1 关键海区SSTA和淮河流域汛期暴雨的9 a滑动平均

3.4 海温与淮河流域汛期暴雨的空间相关性

图2是海温偏低、高年淮河流域汛期暴雨的距平分布，显然在海温偏低年，淮河流域绝大部分处于一致的负距平区，负距平的大值区位于淮河流域西南部山区及东部沿海地带，距平值自北向南逐渐增大，流域东北部则处于正距平区中；在海温偏高年，则呈现反相的变化特征，淮河流域绝大部分地区处于正距平区，正距平的大值区位于西南部山区及淮河上游地区，而流域东北部处于负距平区。由此我们可以认为：在海温偏低（高）年，淮河流域的绝大部分地区的暴雨减少（增加），流域东北部呈现与其他地区反相的变化特征。

图3是淮河流域暴雨偏多、少年前一年5—6月关键海区的SSTA分布（矩形方框为选定的关键海区）。可见，在淮河流域的暴雨偏多年，对应的关键海区海温偏高，而暴雨偏少年对应的关键海区海温偏低，且更靠近负距平的大值中心。

表1 淮河流域汛期暴雨与初选区各个时段SST的相关系数

图2 海温偏低（a）、高（b）年淮河流域汛期暴雨的距平分布（单位：mm）

图3 淮河流域暴雨偏多（a）、少（b）年前一年5—6月SSTA分布（单位：℃）

4 海温偏高（低）年汛期的环流特征

海温偏高（低）年的环流状况的异常将直接导致降水的异常，从而导致暴雨的异常，以下从产生降水的暖、冷空气的异常来讨论。

4.1 海温偏高（低）年次年汛期的冷空气异常特征

图4是海温偏高（a）、低（b）年汛期500 hPa上v分量距平合成图，蓝色区域为异常北风区。可见海温偏高年汛期，淮河流域处于冷暖空气的交汇区，显然对降水是有利的。而在海温偏低年，淮河流域处在偏南风距平区，虽然西侧有大片偏北风距平区，但是反映的是副高西缘的南风气流被大大削弱，对淮河流域降水不利。

4.2 海温偏高（低）年汛期的季风环流特征

图5是海温偏高、低年汛期850 hPa距平环流合成，黄色区域是距平辐合区。海温偏高年（图5a），在低纬度，偏西—西南风加强。我国中东部处在气旋性距平环流区，副热带季风加强。淮河流域处于距平辐合区，有利于淮河流域降水的发生。在海温偏低年（图5b），我国中东部处在反气旋性距平环流区，影响我国东部的副热带季风大大减弱，淮河流域是距平辐散区，显然是不利于淮河流域降水的环流形势。

通过以上对比，在海温偏高年与海温偏低年环流距平场是完全不同的，特别在淮河流域几乎是反相的，实际上这样的反相特征在其他等压面也是存在的。

因此，导致暴雨异常的直接原因是环流异常，而引起大范围环流异常的主要原因又是前期的海温异常分布。当海温偏高时，副热带季风加强，北方冷空气活动异常，导致我国东部地区汛期降水异常偏多，淮河流域汛期暴雨偏多。反之，当海温偏低时，我国东部的环流形势不利于降水的发生，淮河流域暴雨偏少。这种影响机制应该是西太平洋海温与淮河流域汛期暴雨有较好正相关的内在原因。

图4 海温偏高（a）、低（b）年汛期500 hPa上v分量距平

图5 海温偏高（a）、低（b）年汛期850 hPa距平环流合成

5 结论

（1）通过对淮河流域汛期暴雨与前期西太平洋海温异常的相关分析，发现西太平洋是相关最高也是相关最稳定的区域。选取西太平洋海域（158°～ 166°E，8°～14°N）作为关键海区，前一年5—6月为关键时段。通过对比发现，海温偏低年与汛期暴雨偏少年有很好的正相关。从滑动平均上看，关键海区的海温与淮河流域汛期暴雨在20世纪70年代末80年代初发生了突变，由迅速减小变为逐渐增大。从年代际变化上来看，二者的变化也较为一致。

（2）从西太平洋海温与淮河流域暴雨的空间关系上看，在海温偏低（高）年，淮河流域的绝大部分地区的暴雨量减少（增加），流域东北部则呈现与其他地区反相的变化特征；暴雨偏多（少）年，对应的前一年5—6月关键海区正好是海温偏高（低）。

（3）导致淮河流域汛期暴雨异常的直接原因是环流异常，而引起大范围环流异常的主要原因又是前期海温的异常分布。当海温偏高时，副热带季风加强，北方冷空气活动异常，导致我国东部地区汛期降水异常偏多，淮河流域汛期暴雨偏多。反之，当海温偏低时，我国东部的环流形势不利于降水的发生，淮河流域暴雨偏少。这种影响机制应该是西太平洋海温与淮河流域汛期暴雨有较好正相关的内在原因。

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The Relationship Between Flood Season Rainstorm in the Huaihe River Basin and West Pacific Sea Surface Temperature

LIU Ni1，2，YE Jinyin2
（1.School of Atmospheric Science，Nanjing University，Nanjing 210093，China；2.Huaihe River Basin Meteorological Center，Bengbu 233000，China）

Through the correlation analysis between the flood season rainstorm in Huaihe River basin and the West Pacific sea surface temperature,the effects of West Pacific sea surface temperature on the flood season rainstorm in the Huaihe River basin are studied using the daily rain data from 172 stations in the Huaihe River basin and NOAA OERSST data from 1960 to 2009.The Western Pacific（158°～170°E，8°～14°N）is chosen as the key area and May-June of last year are chosen as the key period.It is found that rainstorm in most Huaihe River Basin area is reduced（increased）in lower（higher）SST year.What is noteworthy is that a reverse change occurs between the variation features of the northeast part and the other parts.In the rich（poor）rainfall years the temperature of the key sea area in May-June of the last year is higher than normal.It is the circulate anomalies in the following flood season induced by the key area SSTA distribution pattern over the West Pacific that result in the flood season rainstorm anomaly in the Huaihe basin. It is also the inner cause of the good correlation between the flood season rainstorm and the SSTA.

Huaihe River basin；rainstorm；sea surface temperature；circulation anomaly

P461

B

1002-0799（2014）05-0039-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.05.007

2014-04-16；

2014-06-16

中国气象局气象关键技术集成与应用项目（CMAGJ2014M23）

刘倪（1983-），男，工程师，主要研究方向天气气候预报。E-mail：liuni123456789@126.com

刘倪，叶金印.淮河流域汛期暴雨与西太平洋海温关系[J].沙漠与绿洲气象，2014，8（5）：39-43.