东北地区夏季降水异常年份分析*

王晓雪 高诗妍 赵美玲 张桂华 幺冬妮

(1.黑龙江省气象台，黑龙江 哈尔滨 150030; 2.福建省气候中心，福建 福州 350001;3.黑龙江省气象数据中心，黑龙江 哈尔滨 150030)

1 概述

东北地区地处我国中高纬度地区，四季分明，地形以平原为主，降水季节性变化显著，夏季为主汛期。夏季降水受地形、前期冬季环流等多个因素影响。王晓芳等[1]利用哈得来环流中心海表降水、温度资料、NCEP/NCAR再分析资料等，研究了60年间前期西太平洋暖池热含量异常对中国东北地区夏季降水的影响，得出了其二者显著负相关的结论。唐蕴等[2]通过编程，分析了近50年来东北地区降水的时空特征，认为降水从东南向西北递减，具有显著的周期性变化。整体上东北区域降水呈现弱的下降趋势。李邦东[3]采用1961—2010年NCEP/NCAR再分析资料、中国东北地区90个地面气象观测站逐日气温资料，分别对不同时空尺度中国东北地区不同等级和类型的降水气候特征进行研究，分析表明东北地区四季间降水量差异很大，这与其位于高纬度地区且四季分明有关，不过近50年来这种差异逐渐减小；但降水量在年际间分布的不均匀性却在近20年显著增加，交替出现降水较常年偏多年与偏少年。

东北地区夏季降水总体呈下降趋势[4,6]，降水频率为显著下降，远高于降水量的下降趋势。而降水强度的变化趋势表现为强降水强度逐渐增强但频率逐步下降。魏芳芳[5]研究发现，1961—2010年东北地区年平均降水量有平稳中上升的趋势，并且没有发生特别明显突变，存在短周期振荡。东北地区夏季降水可分为东北西南部型、东北东南部型、东北东北部型、东北西北部型、东北中部型五种空间类型，其中夏季降水减少趋势最明显的是东北东南部型[6]。发生的小雨量级与中雨量级的降水逐渐减少，但暴雨量级却呈增加趋势[7]，侧面体现近年来极端天气的频发，全球增暖对东北地区夏季降水的异常也可能有一定的影响[9-12]。

2 数据来源和方法

本文采用国家气候中心整编的月平均降水资料，从中选取包含黑龙江省、吉林省、辽宁省的17个测站作为代表站表示东北地区(如图1所示)。其中考虑到部分观测资料缺失、站点迁移等对整体资料连续性的影响，最终选择了1951—2012年的数据，使用数据的时间长度为62年。

图1 选取的中国东北地区17个站点分布

本文利用t检验计算相关系数，进行显著性检验，以研究气象要素在气候变化过程中增减的定量程度，构造统计量：

遵从自由度是n-2的t分布。给定显著性水平α，查t分布表，若t>tα，则拒绝原假设，认为相关系数是显著的[8]。

3 降水转折年的选取

由于对中国东北地区进行夏季降水特征变化的分析研究，必须要有较长的连续资料序列，而且在分析降水变化时，考虑到降水变量是离散的，如果采用单站降水变化代表较大区域降水变化的随机性较大，且局地极端性强。因此，为了得到完整、连续的降水资料序列，可以考虑用平均降水量(1951—2012年东北区域17个站平均)序列代表东北地区降水量变化。本文采用了中国东北地区62年夏季区域平均，得到该地区62年间的降水平均值，为了方便对比，制作中国东北地区17站平均月总降水量时间序列，对其进行九点平滑，十一点平滑，结果如图2所示。图2(a)中，点折线代表该地区62年逐年的降水平均值，中间折线表示进行九点平滑之后的降水平均值，横线为多年降水平均值。图2(b)中，点折线表示进行十一点平滑之后的降水平均值，横线为多年降水平均值。

总体来说，东北地区62年间降水在振荡中呈现下降趋势，时常出现相邻年份骤变，但没有明显的年际、年代际变化特征。1955—1969年月平均降水量高于多年降水平均值，在其时间范围内先升后降；1969—1990年总体低于平均水平但变化不大，而到了1990—1996年，中国东北地区月平均总降水量又呈现上升趋势，高于平均值且变化不大，1996年之后逐年减少，2003年之后有再次回升的趋势。1969—1996年东北地区夏季月平均降水维持在常年平均水平。本文暂且选取两个关键转折点1969年和1996年作为降水转折年份进行分析。

(a)

(b)图2 中国东北地区17站平均月总降水量时间序列

4 降水异常年份分析

根据对图2的分析，可以得出降水转折年为1969年和1996年，分别绘制1969年之前和1996年之后两个时间段的500hPa平均高度场、850hPa平均高度场及其平均差值场。图3为1951—1969年和1996—2012年夏季500hPa高度距平场的多年平均及其差值场。图4为1951—1969年和1996—2012年夏季850hPa高度距平场的多年平均及其差值场。同时参考1969年和1996年划分出来的三段500hPa高度场多年平均，得知西太平洋副热带高压脊线大概西伸至25°N，138°E附近，500hPa高度场在整个西伯利亚地区呈现两槽一脊型，西西伯利亚和东西伯利亚分别为一个浅槽，而中西伯利亚附近则为一个弱脊。

1951—1969年(图3a)，中西伯利亚表现为一个负距平，负距平中心在贝加尔湖附近，浅槽加深，西太平洋副热带高压偏西。众所周知，西太平洋副热带高压的东西进退与我国东部的降水有着密切关系，西太平洋副热带高压西进，更有利于太平洋水汽向位于西侧的东北地区输送，充足的水汽为降水提供了有利条件。在此期间，副高整体范围偏大，位置偏西，强度偏强，造成了东北地区夏季降水较多，高于气候平均态。

同时，1996—2012年，位于中西伯利亚的脊表现为一个大范围的正距平，正距平中心在贝加尔湖附近。从高度场分析可知，这一时段脊逐渐加强，而东西伯利亚地区的槽逐渐减弱，较气候平均态来说，环流的经向分量是逐渐减弱的，表示南北向的输送减弱。而在1969年之前西太平洋负距平的区域也在1996年后转为正距平。也就是说，在这一时段，西太平洋副热带高压位置更向东，控制的范围变小，其强度也逐渐减小。而此时，东北地区位于西太平洋副热带高压的西北侧，整个中高纬的槽脊系统减弱，南北输送也逐步减弱，缺少了南北向的水汽输送与交换，进一步造成了东北地区降水量的减少。

为了分辨两个时段在500hPa高度场上的特征，将两个时段的高度场做差，获得了图3c。在图3c中，可以明显看出，在中西伯利亚地区，后一时段明显低于前一时段，除了西太平洋副热带高压控制范围，在广大的太平洋地区，后一时段的位势高度普遍低于前一时段。

(a)1951—1969年夏季500hPa高度距平场多年平均

(b)1996—2012年500hPa高度距平场多年平均

(c)1951—1969年500hPa高度距平场与1996—2012年 500hPa高度距平场差值场(阴影部分通过显著性检验)图3

两个时段在850hPa高度距平场(图4)上的特征与500hPa高度场表现一致。1951—1969年在中西伯利亚地区表现为大范围的负距平，负距平中心同样在贝加尔湖附近，负距平值远大于500hPa高度场。而同样的区域在1996—2012年间表现为较大范围的正距平，正距平中心依旧位于贝加尔湖附近。正距平值与500hPa高度场上表现相近。因而导致其差值场在整个中西伯利亚地区有更大的差值。

通过上述分析可以发现，1969年之前东北地区降水较常年偏多，与西太平洋副热带高压位于中高纬地区西进加强有关，而1996年之后东北地区降水较常年偏少，与西太平洋副热带高压处于中高纬地区减弱东移有关。

(a)1951—1969年850hPa高度距平场多年平均

(b)1996—2012年850hPa高度距平场多年平均

(c)1951—1969年850hPa高度距平场与1996—2012年 850hPa高度距平场差值场(阴影部分通过显著性检验)图4

5 结论与讨论

本文利用1951—2012年间国家气候中心整编的中国东北地区月平均降水资料，利用相关分析与滑动平均等方法，分析研究中国东北地区夏季(5月—8月)降水异常年份。结果表明，近60年间东北地区夏季降水没有明显的年代际变化，1969年为一个转折年份，在此之前东北地区夏季降水较气候态常年偏高；1970年之后至2012年间，东北地区夏季降水量低于平均水平。同时，整体上东北地区的夏季降水呈现下降趋势，但趋势并不明显。1969年之前东北地区降水较常年偏多，可能与西太平洋副热带高压位于中高纬地区西进加强有关，而1996年之后东北地区降水较常年偏少，可能与西太平洋副热带高压处于中高纬地区减弱东移有关。