西北地区东部降水异常的大气环流及水汽特征

张仲杰，康景芬，王士新，左洪超，魏桂英

（1.白银市气象局，甘肃 白银 730900；2.兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州730000）

近半世纪以来地球陆地气候环境系统经历着深刻演进，各地区气候气象波动性、不确定性增强，从而对区域降水、气温等资源稳定的时空分布模式产生重大影响。降水是气候变化的特征量之一，对我国西北脆弱生态区的降水成因以及大气环流机制的研究尤其重要。西北地区东部地处亚欧大陆腹地向青藏高原和东亚季风区延伸的地带，周边高山高原环绕、海洋水汽难以到达，形成了典型的温带大陆性气候。6—8月东亚夏季风盛行，也是西北地区东部雨季最集中的时候，其年降水量的三分之一由夏季（6—8月）降水提供，降水年内分布极其不均衡。影响夏季降水分布的原因比较复杂，众多学者分析了夏季降水与不同气候因子之间的关系，研究表明：ENSO[1-2]、东亚夏季风[3]、南亚高压[4]、青藏高原热源[5]及冬季积雪[6-7]等气候因子均与夏季降水有密切的关系。众多学者关于西北地区东部降水成因的环流特征[8]及降水与水汽和水汽输送关系的研究指出，东亚季风和西风环流是水汽输送最重要的方式，西南气流输送能力大小直接影响着西北地区东部的降水多少[9-11]。另外，对于个别高度层和月的水汽特征和环流特征与降水的关系也有不少研究，如丁斌[12]对中国西部850 hPa和500 hPa层上各月的水汽含量特征做了研究，Chang and Huang[13]对中国西北7月降水和对应的大气遥相关进行了分析，石晓兰等[14]分析了天山山区上空600～500 hPa水汽含量特征。大量研究证实，西北东北地区降水存在多时空尺度特征，并且不同时空尺度上其环流型、水汽输送条件存在差异，对此仍需加以全面而系统地研究。

以往研究多集中于某区域特定时段（月、季、年）降水与相关气候因子的关系，很少涉及季节内的影响差异，本文通过分析西北地区东部多雨年和少雨年大气环流及同期水汽特征，对该区域夏季各月降水异常成因做出深入而具体阐释，并对比其季节内影响差异及变化特征，以期为气候解释、气象预报预测业务提供参考依据。

1 资料与方法

研究区为中国西北地区东部（32°～42°N，90°～110°E），包括陕西、甘肃、青海、宁夏等四省区。运用NCEP/NCAR 的 1961—2010 年格点 2.5°×2.5°的高空资料和1961—2010年西北地区东部81个测站夏季6—8月各月的降水资料。

利用1961—2010年西北地区东部夏季（6—8月）降水量，某站某月降水量与历年同期平均降水量比较，大于历年平均降水量定义为多雨，小于历年平均降水量定义为少雨；某月多雨站点数占总站点数60%以上的年份定为典型多雨年，某月少雨站点数占总站点数60%以上的年份定为典型少雨年。依次选出6月异常典型多（少）年各6个，7月异常典型多（少）年各5个，8月异常典型多雨年6个，典型少雨年7个。

同时利用合成分析诊断方法对影响西北地区东部夏季各月降水典型异常年的高空环流和水汽特征进行了对比分析。

2 结果与分析

2.1 夏季各月多雨年和少雨年的高空环流特征

2.1.1 西北地区东部6月500 hPa高度场的特征

表1～表3分别为6—8月多雨年、少雨年降水偏多和偏少站点百分比统计表，图1～图3分别为欧亚（15°～65°N，0～180°E）多雨年、少雨年夏季6—8月500 hPa高度场及其距平场合成图。6月多雨年（图1a）500 hPa中高纬度为两脊一槽，两个高压脊分别位于乌拉尔山和贝加尔湖，低槽位于巴尔喀什湖附近。低纬度副高位置偏南，基本呈西南—东北走向的椭圆状，脊点在130°E，脊线位于23°N左右。6月多雨年，中高纬度距平场为“东正西负”（图1a），乌拉尔山脊对应负距平，贝加尔湖高压脊对应明显正距平中心，可见乌拉尔山脊偏弱，贝加尔湖高压脊偏强，巴尔喀什湖低槽，其槽底不断分裂出冷空气南下，有利于产生降水；6月少雨年（图1b）中高纬度中亚低槽、贝加尔湖长波脊不明显，距平场上中国大陆均为负距平，500 hPa高度场有明显的西北气流，西北地区东部受西北气流控制，降水偏少。

2.1.2 西北地区东部夏季7月500 hPa高度场特征

7月多雨年合成高度场显示（图2a），500 hPa中高纬度为两脊一槽，乌拉尔山脊较6月偏强，同时鄂霍次克海脊也偏强，贝加尔湖高压脊转为低槽，巴尔喀什湖低槽较6月偏强。低纬度上，副高西伸脊点在120°E，已经触及到大陆附近，脊线位于28°N左右。孟加拉湾西南气流和副高外围的偏南暖湿气流与巴尔喀什湖低槽分裂的经高原东移南下的冷空气交汇于西北东部[15-16]，冷暖空气的交汇有利于降水的增多。7月多雨年（图2a），中高纬度乌拉尔山高压脊、鄂霍次克海脊对应为明显的正距平中心，巴尔喀什湖低槽对应副距平中心；少雨年（图2b）中高纬度为两脊两槽，乌拉尔山脊、贝加尔湖长波脊、中亚低槽、巴尔喀什湖低槽。低纬度，副高主体上空为正距平且东移至128°E。从7月少雨年距平场看，中亚低槽对应负距平中心，长波脊对应正距平中心，巴尔喀什湖至新疆西北部受高压脊前西北气流控制，西北地区东部不易成云致雨。

表1 西北地区东部夏季6月多雨年和少雨年统计

表2 西北地区东部夏季7月多雨年和少雨年统计

表3 西北地区东部夏季8月多雨年和少雨年统计

2.1.3 西北地区东部8月500 hPa高度场的特征

8月多雨年合成高度场显示（图3a），500 hPa中高纬度为一槽一脊，贝加尔湖长波槽，乌拉尔山长波脊。低纬度，副高5880等值线西伸脊点位于130°E附近，脊线位于30°N。从8月多雨年距平场看（图3a），乌拉尔山长波脊对应最大的正距平中心，贝加尔湖长波槽对应最大负距平中心，8月多雨年乌拉尔山长波脊较6月、7月偏强，贝加尔湖长波槽也偏强。副高偏西偏强，西风气流和副高西侧偏南气流在西北地区东部辐合，有利于降水形成，这与肖科丽[17]等人的结论相同；8月少雨年（图3b）500 hPa欧亚中高纬度为两槽一脊，对应乌拉尔山东部长波槽和亚洲大陆东岸长波槽、中亚高压脊。副高主体移到大洋上空，相对于多雨年向东移动了10个经距。8月少雨年距平场特征同6月少雨年相似，西北地区东部受西北气流控制，多晴天少雨。

2.2 夏季（6—8月）各月多雨年和少雨年700 hPa湿度场特征

2.2.1 西北地区东部夏季6月700 hPa湿度场特征

比湿一定程度上反映了大气中含水量的多少，图4～图6分别为6—8月多雨年、少雨年700 hPa比湿距平场。6月多雨年（图4a），北至贝加尔湖以北，南至孟加拉湾、南海的广大范围为比湿正距平区，而东海和日本海的大部分范围为比湿副距平区。西北地区东部位于比湿距平正值区内，比湿距平值在0.2～0.8 g/kg之间，比湿距平中心值位于青海东部，其值为0.8 g/kg，比湿较常年大，有利于降水的产生；少雨年（图4b）青海东部、甘肃南部比湿为一距平负值中心，最小中心值达-0.7 g/kg。西北地区东部大部分区域位于比湿负值区内，比湿较常年小，南海、东海、日本海为负距平区，水汽缺乏。

图1 6月多雨年（a）与少雨年（b）500 hPa高度场（等值线）及其距平（阴影，单位：gpm）

图2 7月多雨年（a）与少雨年（b）500 hPa高度场（等值线）及其距平（阴影，单位：gpm）

图3 8月多雨年（a）与少雨年（b）500 hPa高度场（等值线）及其距平（阴影，单位：gpm）

2.2.2 西北地区东部夏季7月700 hPa湿度场特征

多雨年（图5a），比湿正距平区的分布范围同6月多雨年大致相同（南海位于比湿负距平区），东海和日本海为正距平区。西北地区东部位于比湿距平正值区内，比湿距平值在0.2～0.8 g/kg之间，中心值为0.8 g/kg，位于宁夏以北至蒙古境内；少雨年（图5b），在（28°～43°N，90°～120°E）的范围内比湿为负距平区，西北地区东部大部分区域位于比湿负值区内，青海东部、甘肃中部地区比湿为一距平负值中心，最小中心值达-0.9 g/kg。孟加拉湾、南海为弱正距平区。水汽缺乏，不利于降水产生。

2.2.3 西北地区东部夏季8月700 hPa湿度场特征

图 4 6月多雨年（a）与少雨年（b）700 hPa比湿距平（阴影，单位：g/kg）

图5 7月多雨年（a）与少雨年（b）700 hPa比湿距平（阴影，单位：g/kg）

图6 8月多雨年（a）与少雨年（b）700 hPa比湿距平（阴影，单位：g/kg）

多雨年（图 6a），在（26°～38°N，90°～120°E）的大致范围内比湿为正距平区，西北地区东部位于比湿距平正值区内，比湿距平值在0.2～1.2 g/kg之间，中心值为1.2 g/kg，位于青海南部。距平中心值较6月份、7月份偏大，水气含量较高；少雨年（图6b），在（40°N，90°～120°E）以南、孟加拉湾、南海均为负距平区，西北地区东部大部分区域位于比湿距平负值区内，比湿距平值在-0.1～-0.6 g/kg之间，中心最小值为-0.6 g/kg，位于青海中东部。水汽含量低，降水条件不足。

3 结论

（1）通过选取某月多（少）雨站点数占总站点数站点的百分比确定典型多（少）雨年，从挑选结果看，典型多（少）年样本较好地代表了西北地区东部夏季降水的偏多（少）月。

（2）西北地区东部多雨年，6—8月500 hPa影响降水的主要天气系统表现为乌拉尔山脊逐月偏强。7月鄂霍次克海脊偏强，贝加尔湖高压脊转为低槽，巴尔喀什湖低槽较6月偏强。8月贝加尔湖长波槽较7月偏强，副高偏西偏强；少雨年天气系统表现为6—8月中高纬度受高压脊前西北气流控制。

（3）大气含水量对降水的产生影响较大，西北地区东部6—8月多雨年，700 hPa比湿与降水的相关性非常好，降水量的大小和本地区大气中的水汽含量为正相关[18]。多雨年份，700 hPa比湿正距平区对应地面西北地区东部降水偏多区域，比湿距平中心值8月较6月、7月偏大；少雨年份，700 hPa比湿负距平区对应其降水偏少区域，比湿距平中心值7月较6月、8月偏小。

本文定性分析了西北地区东部地面降水与700 hPa比湿具有较好的相关性，但影响比湿分布的温度、海陆差异和大气环流等之间的因子关系还需更深入的研究。