基于辽宁夏季降水异常环流特征及前期环流特征分析

林兰兰

(营口奕东水利勘测设计有限公司，辽宁 营口 115000)

辽宁地区地形总体呈现东南山区、西部山丘以及中北部平原，各区域地形分布占比约为1/3。辽宁地区夏季为降水主要集中的季节，降水量空间分布总体从东南向西北逐步递减变化[1]。近些年来辽宁省受气候变化影响极端气候发生的频次呈现明显递增变化，影响区域社会经济的发展。国内已有不少学者针对东北地区夏季降水变化的特征展开相关研究[2-6]。在夏季降水气候变化成因也取得一定成果。如何金海等[7]指出东北地区夏季降水增多的主要因素在于东北冷涡在夏季强度的递增变化。杨文艳等[8]分析表明东北地区夏季旱涝变化主要受季风、副高影响范围以及大气环流特征变化等综合因素的影响。沈柏竹[9]等通过对初夏和盛夏辽宁降水变化成因进行分析认为，变化的主因在于热带高压脊线位置、副热带西风急流位置及低空偏南急流的变化。以上对辽宁地区旱涝成因研究大都针对气象成因分析较多[10-15]，但对于受前期海温强迫特征研究还较少。因此，文章对辽宁省旱涝成因的气象环流成因分析的同时，对其前期海温强迫特征的影响进行研究。研究的成果对于有针对性的指定辽宁地区旱涝应对措施以及中长期旱涝预测具有参考价值。

1 辽宁夏季降水异常环流特征

1.1 降水异常年500hPa环流场特征

结合气象数据对辽宁初夏多雨年和少雨年的500hPa高度场进行合成，合成结果如图1所示。

(a)初夏多雨年 (b)少雨年

从图1中可以看出中纬东亚地区受两槽一脊控制，辽宁省位于槽前，受西南气流影响。但区别是多雨年(图 1(a))槽区对应位势高度负距平，说明槽比常年偏强，而该负距平南北两侧均为正距平中心，这种配置有利于槽区负距平区域稳定在辽宁西北侧上空，造成辽宁初夏多雨，此负距平也说明辽宁地区出现降水偏多与其西北侧的异常低气压有关系。副热带地区，西太平洋副高位于20-30°N之间的西太平洋上空，位置与气候平均接近，但较盛夏的位置明显偏南，说明西太副高对初夏降水的贡献不大。当初夏少雨年时(图 1(b))，高度场距平分布与多雨年相反，辽宁西北侧受一高度场正距平控制，说明槽比常年偏弱，不利于初夏产生降水。副高位置和强度较常年差别不大。

1.2 降水异常年850hPa环流场特征

由于850hPa风场能较好的反映对流层低层的平均环流特征，为此辽宁初夏多雨年和少雨年的850hPa矢量风场进行合成，850hPa矢量风场合成(阴影为风速>4m/s区域)，见图2。

(a)初夏多雨年 (b)少雨年

图 2(a)和(b)可以看出，多雨年和少雨年对流层低层均存在两条低空急流带，两条气流大致在中国东海附近汇合到达日本后转为偏西气流。但不同的是，多雨年(图 2(a))4m/s以上风速区在辽宁上空有所覆盖，这有利于初夏水汽向辽宁地区输送。同时，在辽宁西北侧上空存在一气旋式环流。这与500hPa的高度场负距平区相对应。而少雨年(图 2(b))时，4m/s以上风速区则不存在，并且其西北侧也无气旋式环流。

1.3 降水异常年200hPa环流场特征

200hPa风场可反映对流层上层的平均环流特征，在此层面上，东亚地区上空为西风带控制，副热带西风急流对辽宁初夏降水的影响至关重要，为此对初夏200hPa纬向风多雨年、少雨年的距平场进行合成，200hPa纬向风速场(等值线)及距平场(阴影)合成，见图3，并对辽宁省初夏多雨年、少雨年矢量风场进行合成，200hPa矢量风场合成，见图4。

(a)初夏多雨年 (b)少雨年

(a)初夏多雨年

(b)少雨年

从图4中可见，多雨年、少雨年的西风急流轴均出现在40°N附近，位于辽宁南侧。但不同的是，多雨年(图 3(a))辽宁上空风速为正距平，即急流轴以北高层辐散，低层辐合，盛行上升气流，有利于辽宁产生降水。而少雨年(图 3(b))辽宁上空风速为负距平，即急流轴以北高层辐合，低层辐散，盛行下沉气流，不利于辽宁产生降水。从图4中可以看出，多雨年与少雨年相比，大致在55°N、110°E位置，气流出现明显分支，在位置位于辽宁西北侧，这可能是由该地区的低压系统阻挡而成。分之后，低压系统南侧风速加大，这也是多雨年辽宁上空200hPa纬向风为正距平的原因。而少雨年则不存在分支现象。

1.4 东北冷涡强度与辽宁降水相关性分析

辽宁初夏多雨年时，500hPa层面上，中纬度受两槽一脊控制，辽宁位于槽前，槽区对应位势高度负距平；850hPa层面上，辽宁西北侧受气旋式环流控制；200hPa层面上，辽宁地区位于急流轴以北，且受低压系统影响，产生气流分支。各层面上的低值涡旋系统作用均有利于初夏降水偏多。这正是东北冷涡在各层面上的体现。为了验证东北冷涡强度与辽宁降水的关系，对两者的相关系数进行计算，东北冷涡与夏季降水的相关系数分析结果，见表1。

表1 东北冷涡与夏季降水的相关系数分析结果

东北冷涡强度指数定义为：500hPa层面上40-55°N，110-130°E范围内平均高度的标准化距平值。由表1可见，初夏降水与东北冷涡的负相关性最好，且超过信度为0.10(相关系数绝对值>0.231)的检验。由此可以看出，辽宁初夏降水与东北冷涡的关系较盛夏来说更为密切，预报时，应当将东北冷涡强度指数作为初夏降水的主要参考项。

2 前期环流特征分析

2.1 东北冷涡与前期环流特征分析

为预测初夏东北冷涡强度指数，首先对6月东北冷涡强度指数与500hPa高度场前一年6月—当年5月的相关系数进行计算。如图5所示，并对初夏东北冷涡指数与前一年10月、12月及当年2月北半球极涡中心强度指数的相关系数进行计算，初夏东北冷涡强度指数与前一年6月—当年5月(1—12)H500高度场相关分布，见图5。

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表2 初夏东北冷涡指数与前一年10月、12月及当年2月北半球极涡中心强度指数的相关系数分析结果

从图中可以发现，两者的相关在前一年10月(图5(5))、12月(图 5(7))以及当年2月(图5(9))的极地地区相关性最好，极地地区H500高度场可用北半球极涡中心强度指数来描述。从表2中可看出初夏东北冷涡指数与前一年10月、12月及当年2月北半球极涡中心强度指数的相关系数分析结果可看出，其相关系数分别为0.38、0.45和0.19，前两者超过信度为0.01(相关系数绝对值>0.354)的检验，前一年12月与初夏东北冷涡的相关性最好。

2.2 南风强度与前期环流特征分析

为分析南风强度与前期环流特征，对盛夏南风强度指数与前一年6月—当年5月(1—12)H500高度场相关分布进行了研究，结果如图6所示，并对盛夏南风强度指数与500hPa高度场前一年6月—当年5月的相关系数进行计算，盛夏南风强度指数与前一年6月—当年5月(1—12)H500高度场相关分布，见表3。

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表3 盛夏南风强度指数与500hPa高度场前一年6月至当年5月的相关系数分析结果

从图6中可以发现，两者的相关在前一年12月(图6(7))的印度以北相关性最好(如图中方框中所示)。因此，将以上区域定义为高度场关键区，范围分别为(30-40°N、70-100°E)。盛夏南风强度与三个海温关键区的相关系数，分别为-0.44、-0.43和-0.49，均超过信度为0.001(相关系数绝对值>0.44)的检验。

3 结 语

1)辽宁夏季降水存在显著的季节内特征，初夏主要受东北冷涡的影响，两者之间存在显著负相关关系；盛夏主要受到南风的影响，两者存在显著正相关关系。

2)初夏东北冷涡强度与前一年12月的北半球极涡中心强度指数、前一年6月赤道西太平洋(0-10°N、126-150°E)以及前一年12月印度洋(8°S-8°N、70-110°E)的SST关系十分密切，因此可通过以上高度场及海温场各关键区指数预测初夏东北冷涡强度指数，从而对初夏降水趋势进行预测。

3)盛夏南风强度与前一年12月印度以北(30-40°N、70-100°E)H500高度场关键区、前一年7月的印度洋SST(0-20°S、66-90°E)、前一年10月南大西洋SST(24-16°S、26°W-0)、及前一年11月北大西洋SST(36-46°N、50-30°W)关系极为密切，因此可通过以上高度场及海温场各关键区指数预测盛夏南风强度指数，从而预测盛夏降水趋势。