辽宁省盛夏降水时空分布特征及影响因子分析

李菲　林蓉

摘要 利用辽宁省52个测站，1961—2014年7月20日至8月30日逐日降水量资料，采用EOF分析、合成分析、相关分析等方法，对盛夏辽宁降水的空间异常特征及时间变化规律进行诊断研究，并对造成辽宁盛夏降水空间分布异常的影响因子进行系统分析。结果表明：从气候平均角度看，辽宁盛夏降水存在3次变化过程，这3次过程较好地对应了西太平洋副热带高压第2次北跳及南撤的过程；辽宁盛夏降水的空间异常分布既有全区一致的分布，也存在着东西反向变化的特点；极涡的位置、不同的水汽输送路径及不同的海温关键区是造成不同降水空间分布的主要影响因子。

关键词 盛夏降水；时空分布；西太平洋副热带高压；极涡；海温；辽宁省

中图分类号 P426.61 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）21-0173-04

我国夏季旱涝变化受众多因子影响，既与包括海—陆—气各子系统的东亚季风气候系统的年际变化有关，又与热带中、东太平洋的年际和年代际变化关系密切，同时东亚夏季大气环流异常的遥相关及其机制是解释我国夏季旱涝物理机制的重要基础[1]。研究表明，我国夏季降水的影响因子众多且物理机制较为复杂[2-7]，我国北方夏季降水影响因子及成因与南方不尽相同，主要受到偏北环流系统影响[8-14]。

辽宁地处东北南部，降水主要集中在夏季，而辽宁夏季降水量主要集中在盛夏，盛夏是辽宁农作物生长需水的关键期，盛夏降水的多少直接影响农作物长势，

盛夏降水异常偏少，辽宁盛夏的旱与涝直接影响着辽宁地区的农业、经济及人民群众生命财产安全。

以往对辽宁降水的分析主要集中在夏季[15-16]，指出辽宁夏季降水呈减少趋势，降水分布分为中北部、辽河以西部地区及东南部地区3个不同区域[17]。研究发现辽宁夏季降水存在2～3年、3～5年及10～12年周期振荡[18]。在对辽宁夏季降水的研究中，辽宁盛夏主汛期降水的分析还比较少，杨文艳等对辽宁7—8月降水进行分析，发现辽宁汛期水汽来源于西南夏季风和我国东部海域，极涡、西太平洋副热带高压、南亚高压等是影响辽宁夏季降水的关键因子。李 辑等系统研究了辽宁盛夏降水大尺度环流影响因子，发现盛夏东亚副热带高空急流位置偏北偏强，850 hPa低空急流带位置偏东偏强，辽宁处于高空急流的右侧、低空急流的左侧，这是造成辽宁盛夏主汛期降水异常偏多的动力原因，另外东亚沿岸存在“+ - +”的遥相关型，对流层中层西太副高位置偏西偏北，是造成辽宁盛夏主汛期降水偏多的环流因素[19-20]。

已有对辽宁夏季降水的研究详细分析了辽宁夏季、7—8月及盛夏降水的時间变化规律、周期及环流影响因子，但对辽宁盛夏主汛期降水的不同分布特征及造成各分布形势的环流及外强迫因子还没有进行系统的归纳分析。本文将对辽宁盛夏主汛期降水进行EOF分解，详细分析辽宁盛夏降水时间及空间变化，对造成辽宁盛夏降水不同分布形势的影响因子进行分析，找出形成辽宁盛夏降水不同分布形势的前期外强迫信号，为辽宁盛夏降水预测提供分析依据。

1 资料选取与分析方法

所用资料主要包括1961—2014年夏季辽宁省52个气象站逐日降水量资料；NCEP/NCAR全球再分析500 hPa高度场、850 hPa风场（分辨率为2.5°×2.5°）逐日资料，海温资料采用NOAA重建的100年海温资料，分辨率为2.0°×2.0°。

辽宁省盛夏主汛期定义为当副高纬向轴线北跳过27°N后，4个以上地区出现暴雨的第1天为主汛期开始日，第1次南落到27°N以南且再无大范围致洪暴雨的第1天为主汛期结束日，一般为7月20日至8月31日。

分析方法主要包括EOF分析、合成分析、相关分析等统计方法。

2 结果与分析

2.1 辽宁省盛夏降水时间分布特征

为了表示辽宁省盛夏降水时间分布特征，对气候平均场（1981—2010年）中辽宁省盛夏逐日降水量进行统计分析，对图1为辽宁省1981—2010年平均的盛夏逐日降水量累计距平图，可以看到辽宁省盛夏降水随时间出现明显变化，7月24日开始降水量呈上升趋势，在8月10日达到顶峰，8月10—20日降水量维持较大值，在8月20日后逐渐减小至盛夏结束。

依据上述辽宁省盛夏降水变化规律，分别对各时段500 hPa高度场进行对比分析，如图2所示，对比各时段500 hPa高度场，发现随着辽宁省盛夏降水的演变，变化最明显的区域位于西太平洋副热带高压地区，西太平洋副热带高压脊线位置的南北变化较好地反映了辽宁省盛夏降水多少的变化。在盛夏开始时（7月20—24日），随着西太副高第2次北跳，脊线位置跳过25°N，之后（7月24日至8月10日）西太副高脊线在25°～30°N之间摆动，8月20日之后西太副高南撤。

2.2 辽宁省盛夏降水空间分布特征

为了研究辽宁盛夏降水的空间分布特征，对盛夏辽宁降水进行EOF分析，得到第一、第二特征向量和时间系数（图3）。从辽宁盛夏降水EOF分析的结果来看，第一特征向量反映的是辽宁省盛夏降水全区一致的分布特征，第二特征向量反映的是辽宁省盛夏降水东西反向的分布特征。

2.3 500 hPa环流系统对EOF分解各特征量的影响

分别对盛夏辽宁降水EOF分解第一、第二特征量的时间系数与同期盛夏500 hPa高度场进行相关分析，发现在对流层中高层，东亚中高纬度环流系统对辽宁盛夏降水起着至关重要的作用。从图4a可以看到500 hPa高度上，北半球存在3个高相关中心，分布位于朝鲜—日本地区上空、北太平洋地区上空和北美地区上空，辽宁盛夏降水与朝鲜—日本地区上空和北太平洋地区上空的高度场呈现明显正相关，而与北美地区上空高度场呈现负相关，说明当朝鲜—日本地区上空和北太平洋地区上空位势高度正异常、北美上空位势高度负异常情况下，辽宁盛夏降水易呈现全区一致偏多，反之易出现全区一致偏少；图4b显示欧亚中高纬度地区的环流系统与对辽宁盛夏降水存在较好的正相关关系，当欧亚中高纬度地区位势高度正异常，辽宁盛夏降水易存在西多东少的分布形势，反之当欧亚中高纬地区位势高度负异常，辽宁盛夏降水易存在西少东多的分布形势。

为近一步分析500 hPa高度场上辽宁盛夏降水影响系统的配置情况，分别对EOF分解第一、第二模态时间系数进行分析，分别找出各时间系数的最大值、最小值各3年，对这些年份500 hPa高度场进行合成分析，得到图5。从图5中可以看到，辽宁盛夏降水全区一致偏多时（图5a），极涡中心位于极区，极涡沿着120°E和120°W方向扩展，在巴尔喀什湖至贝加尔湖一带有低压槽存在，西太平洋副热带高压脊线位置位于30°N以北，西伸脊點位于120°E的西太平洋地区，水汽易沿着西太副高外围的引导气流北上到达辽宁地区，对辽宁盛夏降水有利，而辽宁盛夏降水全区一致偏少时（图5b），极涡中心偏东半球，极涡沿着30°E和30°W方向扩展，东亚高纬度地区没有明显的高空槽，西太平洋副热带高压脊线位置位于25°N附近，西太副高位置的异常偏西阻断了来自太平洋的水汽北上，使得辽宁盛夏降水的水汽条件不足，不易产生降水。辽宁盛夏降水呈现西多东少分布时（图5c），极涡分裂成多个中心，极涡中心偏于西半球，东亚高纬度地区冷空气势力较弱，另外西太平洋副热带高压面积偏小、位置偏东，辽宁盛夏降水的水汽条件不足是造成辽宁盛夏大部分地区降水偏少的主要原因；辽宁盛夏降水呈现西少东多分布时（图5d），极涡中心偏东半球，西太副高位置异常偏北偏西，水汽输送条件极为有利。

为了更直观地反映影响辽宁盛夏降水的水汽输送情况，对EOF分解第一、第二模态多雨、少雨年850 hPa风场进行合成分析，发现在全区一致多雨年（图6a），辽宁地区上空存在明显的偏南风分量，这股较强的偏南风来自西太平洋地区，在西太平洋副热带高压外围引导气流作用下，暖湿气流被输送到辽宁地区；在全区一致少雨年（图6b），在辽宁地区上空为一致的偏西风分量，没有明显的偏南风水汽输送，西太副高位置异常偏西导致来自西太平洋的水汽不能输送到辽宁地区，导致辽宁全区降水一致偏少。辽宁盛夏降水呈现西多东少分布时（图6c），辽宁地区上空偏北地区为偏西风气流，南部地区为偏南风气流，有一条水汽输送带到达辽宁地区，偏南水汽输送主要为来自索马里地区的越赤道气流，穿越印度半岛沿孟加拉湾和中南半岛，到达中国南海地区后北上到达辽宁地区；辽宁盛夏降水呈西少东多分布时（图6d），辽宁地区上空存在明显的偏南风风速带，这条风速带由分别来自西太平洋地区和来自索马里地区的越赤道气流汇聚而成，说明有2条分别来自西太平洋地区和来自索马里地区的水汽输送带到达辽宁地区。

3 结论

在辽宁省盛夏降水时段中，7月初（7月24日）降水量呈上升趋势，在8月10日达到顶峰，8月10—20日降水量维持较大值，在8月20日后逐渐减小至盛夏结束，且盛夏降水阶段的变化与西太平洋副热带高压的变化关系密切。

辽宁盛夏降水存在2种分布特征，分别是全区一致及东西反向分布特征。在500 hPa上，辽宁盛夏降水全区一致分布型形势受欧亚地区偏北系统影响，东西反向分布型受欧亚地区偏南系统影响。当极涡中心位于极区，巴尔喀什湖至贝加尔湖一带有低压槽存在，西太平洋副热带高压脊线位置位于30°N以北，西伸脊点位于120°E的西太平洋地区，有利于辽宁盛夏降水；当极涡中心偏于西半球，东亚高纬度地区冷空气势力较弱，西太平洋副热带高压面积偏小、位置偏东，辽宁盛夏降水易出现西多东少分布型。

另外，水汽输送的来源和路径也是造成辽宁盛夏降水不同空间分布型的主要因素之一。当辽宁地区上空存在大范围的偏南风分量时，易出现全区一致降水偏多，反正降水偏少；然而当辽宁地区上空偏北地区为偏西风气流，南部地区为偏南风气流，有一条水汽输送带到达辽宁地区，偏南水汽输送主要为来自索马里地区的越赤道气流，穿越印度半岛沿孟加拉湾和中南半岛，到达中国南海地区后北上到达辽宁地区，易造成辽宁盛夏降水西多东少，反之当辽宁盛夏降水呈西少东多分布时，辽宁地区上空存在明显的偏南风风速带，这条风速带由分别来自西太平洋地区和来自索马里地区的越赤道气流汇聚而成，说明有2条分别来自西太平洋地区和来自索马里地区的水汽输送带到达辽宁地区。

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