青藏高原湍流通量对长江中下游地区降水的影响

王自流?吴梅?曾妮?何斌?邓丽

摘 要：利用在青藏高原适用性较好的ERA-interim地表感热通量、地表潜热通量和全球站点降水资料，通过EOF方法分析了2007—2017年共11年长江中下游地区降水的时空分布及演变特征，以及青藏高原湍流通量的作用对长江中下游地区降水的影响。结果表明：长江中下游地区降水在空间上主要表现为东少西多和南多北少的特征。当青藏高原湍流通量偏强（弱）时，基于西太平洋副热带高压区域偏西（东）等影响，则会造成该区域的降雨带偏北（南）。

关键词：EOF分解；青藏高原；地表湍流通量；地表潜热通量；

中图分类号：P426.6 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

青藏高原的地形和气候条件使得青藏高原成为大气湍流通量的重要发生地。青藏高原湍流通量通过对流和辐射等方式影响高原及其周边地区的气候，进而可能影响长江中下游地区的降水。长江中下游地区作为我国经济最发达的地区之一，其降水状况对周边地区气候、农业、水资源等有着重要影响。深入探讨青藏高原湍流通量对长江中下游地区降水的影响，以期为我国长江中下游地区的气候预测和水资源管理提供科学依据。

1 资料概况与地理概况

1.1 地理概况

长江中下游区域是我国经济水平最高的地区之一。出现干旱或洪涝等都会对我国经济发展带来影响。李峰等[1]通过调查发现，对长江中下游一点的洪涝及干旱等展开研究有利于更好地评测国际气候的变化趋势。

研究指出，我国东部的降水与青藏高原湍流通量密切相关。章基嘉[2]等认为，青藏高原的热力变化必然會对江淮一带的降水带来干扰。王跃男等分析了青藏高原东部大气热源与降水季节内震荡的关系。宁亮[3]通过NCEP/NCAR等软件展开探讨，客观性地思考了1951—2000年青藏高原热变化对中国东部一带夏季降雨带来的影响。梁玲等[4]探讨了青藏高原对川滇在夏季时候的降雨影响情况。

1.2 资料概述

本文所用的资料包括但不局限于：（1）ERA-interim逐日地表感热和地表潜热再分析资料；（2）欧洲中心全球降水数据资料，时间跨度为11年（2007—2017年）。

选择方法：EOF分解法，它可以用来评估变量的变化趋势。在大气科学中用于分析大气要素的空间和时间变化特征，通过揭示数据中的主要空间模式和时间变化，对于理解和预测气候系统的行为具有重要意义。

2 青藏高原湍流通量对长江中下游地区降水的影响

2.1 长江中下游降水的时空分布特征

2.1.1 空间分布特征

通过EOF分解来分析长江中下游地区降水的空间分布特征。图1中的V1、V2、为EOF的前2个模态的特征向量场，可以反映长江中下游降水的大致分布特征。

从V1可以看出，第一特征向量场全区一致为正，说明长江中下游降水的变化是一致的，其中降水大值中心在上海区域附近。经V2得出，第一、二特征向量场的差异非常大，其空间分布按照南北方向进行结构分布分析，具有典型的逆变特征，基本沿上海至武汉至宜昌一线以南为正值，以北为负值，正值中心位于南部地区。

2.1.2 时间分布特征

EOF分析能够反映出长江中下游降水量随时间的变化规律。图2是长江中下游地区的降水距平变化及年际变化图，图3是长江中下游地区11年EOF分解的时间系数变化图（T1、T2和T3分别为第一和第二模态）。

从图2可以看出，2010年、2012年和2015年均在前一年的降雨量上出现明显的激增，且近4年有降水上升趋势；而在2011年和2013年，年降水量仅仅分别为985 mm和960 mm。

由此发现：第一模态时间系数变化非常明显，处在-9～15范围内；随后是第二模态时间系数，处在-8～8范围内；最后是第三时间系数，处在-2～2范围内。之后的各时间系数变化都与之前的变化相比，都会弱一些，这里仅看前三个时间系数变化曲线。

分析T1可以看出，2010、2012、2015、2016年等第一模态时间系数的最大值，分别是3、9、15和5，2008年、2011年、2014、2017年等的最小值，分别是-6、-4、-9和-7。第一时间系数增加，那么其降雨量与11年均值相比，偏大；反之，则会偏小，即旱年为2008年、2011年、2014年和2017年，涝年为2010年、2012年、2015年和2016年。

从T2发现，第二时间系数的变化是非常明显且典型的。第二时间系数正数增加，对应的降雨异常愈趋近EOF分解的第二特征向量场的正态分布范围，也就是南部明显超过北部；若其负数增加，相应的年降水量异常越接近第二特征向量场的逆分布，即南多北少的特征。

2.2 青藏高原湍流通量与长江中下游地区降水的关系

从图4可以看出，青藏高原地表潜热年际变化有下降趋势。结合图5可知，第一时间系数变化与年际变化相一致，第一时间系数增加，那么其对应的地表潜热与11年均值相比偏大一些；否则，则会偏小一些。第二时间系数的变化都是非常典型且突出的，且系数越大，越与其分布特征接近。

从青藏高原地表感热的年际变化和第一模态时间系数（图6和图7）来看，地表感热的年际变化与第一模态的时间系数变化呈相反趋势，第一模态时间系数越大，该年的地表感热较11年平均值越小。第二时间系数的变化是非常典型的，存在逐年改变的特点，也就是所谓的年际变化。

青藏高原的地表感热通量和地表潜热通量被认为是影响长江中下游地区降水的重要因子。将青藏高原地表感热通量、青藏高原地表潜热通量第一模态时间系数与同期长江中下游地区降水做相关分析。

图8显示了地表感热通量（sshf）和潜热通量（slhf）第一模态时间系数与长江中下游地区降水的同期相关系数，地表感热通量模态EOF1与我国长江中下游地区降雨的内在关系：正负相关区的结构分布和模态EOF1一样，存在南北向的变化特点。当然，对于其轴线的变化来说，基本上和长江、淮河等相一致。从图中可以看出，30.5°N以北，青藏高原地表感热通量与长江中下游地区降水存在正相关，而30.5°N以南存在负相关。

地表潜热通量第一模态时间系数与长江中下游地区降雨相关系数变化，其中，正相关性区域包括长江一带，不过极大值轴线向南且偏东，负相关区主要位于我国扬州—淮南附近区域。从图中可以看出，32°N以北，青藏高原地表潜热通量与长江中下游地区降水存在负相关，而32°N以南存在正相关。相关系数为|R|=0.5，中度相关。

3 结论

通过对青藏高原地表感热通量、潜热通量与长江中下游地区降水做相关性分析研究，发现青藏高原湍流强度与长江中下游地区降水强度关系密切，青藏高原湍流可以作为长江中下游降水的预测信号。青藏高原地表感热和潜热的相关时间系数都显示出与其年际变化的一致性。高原湍流中地表感热通量、潜热通量与长江中下游地区降水的关系均有相关性，感热负相关，潜热正相关。湍流通量各模态与我国长江中下游地区有特定的对应关系，其第一模态时间系数的EOF分析可以发现与我国长江中下游地区降水的联系。如果青藏高原湍流强度不大，那么长江中下游一带的西太平洋副热带高压则会逐渐朝南迁移，促使当地的降雨量增加。

参考文献

[1] 李峰，何立富.长江中下游地区夏季旱涝年际、年代际变化的可能成因研究[J].应用气象学报， 2002（6）：718-726.

[2] 章基嘉，徐祥德，苗峻峰.青藏高原地面热力异常对夏季江淮流域持续暴雨形成作用的数值试验[J].大气科学， 1995（3）：270-276.

[3] 宁亮，钱永甫.北非和青藏高原感热振荡特征及与我国东部夏季降水的关系[J].高原气象，2006（3）：357-365.

[4] 梁玲，李跃清，胡豪然，等.青藏高原夏季感热异常与川渝地区降水关系的数值模拟[J].高原气象，2013，32（6）：1538-1545.