东北地区夏季降水特征及其与大气环流的关系

王晓雪,王深义

（黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030）

东北地区夏季降水特征及其与大气环流的关系

王晓雪,王深义

（黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030）

本文采用中国东北地区1951-2012年降水资料，NCEP/NCAR再分析资料，分析研究中国东北地区夏季（5-8月）降水特征及其与大气环流的关系，并对可能影响途径进行了探讨。结果表明：总体来说，1951年以来，东北地区夏季降水年际变化具有显著性的季节尺度特征，同时利用相关分析得出初夏时节东北地区降水与整个地区成显著性正相关，它的相关中心出现在东北地区中西部；盛夏时节东北地区东南部出现显著的正相关。初夏东北地区的降水异常与东北冷涡活动有关；而东亚夏季风影响盛夏。东北地区5、6月份西北部出现气旋性环流随高度向西倾斜；7、8月份降水异常是因为西太平洋副热带高压西伸北进。随着西太副高西北侧的南风异常加强，向北输送的水汽明显增多，东北地区盛夏时节降水明显增多。经过本文对中国东北地区夏季降水特征的分析及其与大气环流关系的研究，能够为以后防灾减灾工作提供一定的理论依据。

夏季降水；年际变化；相关分析

1 引言

中国东北地区，狭义上是指东北三省（黑龙江省、吉林省、辽宁省），广义上是指山海关以北的黑龙江省、吉林省、辽宁省、曾经为东三省管辖的现在的内蒙古自治区东五盟市（呼伦贝尔市、兴安盟、通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟）。地理位置为38°40′-53°30′N，115°05′-135°02′E。中国东北地区四季分明，从南至北跨越暖温带、中温带与寒温带，属于温带季风性气候，冬季寒冷干燥，夏季温热多雨。自东至西，降水量从1000 mm降至300 mm以下，从湿润区、半湿润区过渡到半干旱区。

中国东北地区受季风气候特征控制，季风的年际变化特点，决定了干旱、洪涝的高发。季风气候特征的热力性质，使得东北地区成为全球变化响应的敏感区域，从而成为我国研究区域性气候变化特点的重要地区。中国东北地区表现出冷湿的特征,形成与发展都与它所处的地理位置有密切联系。

与此同时，降水对自然生态系统、农业发展和人类社会都有重大影响，所以降水是最重要的气候要素之一。影响降水的因素繁多，相对也很复杂，它并不是单个因子作用的结果，而是多种因子综合配置产生的结果。因此降水是气候变化的重要研究对象。区域地区或全球地区的天气和气候类型及其变化通常都是由大气环流形势所决定，大气环流控制了区域气候变率。所以，对区域气候的研究往往离不开大气环流的变化。把区域气候和大尺度大气环流联系在一起，有助于理解控制区域气候的物理机制。尽管所观测到的降水的变化不能完全由大气环流的变化来解释，但是对于大气环流与各种气候要素之间关系的研究也能够更好地理解气候变率。

2 数据来源和方法

为了研究中国东北地区（选择35-55°N，110-140°E覆盖了整个东北地区）降水特征，本文所采用的资料，来自中国气象局国家气候中心收集整理的中国160站台站观测月平均降水资料。从其中选取中国东北地区,包含黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古自治区东部四盟的46个测站。其中包括哈尔滨、鸡西、佳木斯、牡丹江、乌兰浩特、赤峰、通辽、长春、通化、沈阳、朝阳、营口、丹东、大连、齐齐哈尔、林东、富锦等46站作为东北地区的代表站。选择站点的过程中考虑到了包括站点迁移、某些观测资料缺失对整体资料连续性的影响,使用数据的时间长度为62 a(1951年1月1日-2012年12月31日)。本文利用ECMWF大气环流场资料提供的月平均再分析数据，水平分辨率是2.5°x2.5°的全球大气月平均资料，包括高度场资料(17层标准等压层)、二维风场资料等，时间序列取自1951-2012年。

本文主要采用的方法为线性趋势估计法、相关分析和合成分析。分析降水异常的年代际特征中，使用了线性倾向估计法和二项式系数滑动平均法。气象上经常采用滑动平均的低通滤波方法对序列作平滑处理，滑动平均方法的最大的缺点就是缩短了序列，使得无法与相应项一一对应，造成分析上的一定困难。所以本文采用另一种平滑处理方法叫做二项式系数加权平均法。

3 东北夏季降水特征的分析

根据1951-2012年中国东北地区相对分布均匀的46个测站的月降水资料，研究探讨了中国东北地区降水量的时空分布特征。1951-2012年共62 a区域年平均总降水量为113.47 mm，降水主要集中在夏季，其次是春季、秋季，冬季降水是最少的。东北地区夏季降水表现为7月份最多，8月份次之。5—8月占全年降水量的四分之三，对东北地区春、夏两季农作物的生长起到了重要作用。所以本文着重研究东北地区5-8月降水量的特征及其与大气环流的关系。

中国东北地区多年（1951-2012）以来5、6月降水量的平均值中国东北部西北区域降水量较少，东南降水较多。7、8月份降水量相对于5、6月份有所增多，仍然有由东南向西北逐渐减少的势头。所以60 a来，东北地区年平均降水量呈现带状分布的特征。中国东北地区月总降水量气候态空间分布整体表现出由东南向西北逐渐减少的趋势，东南部分降水约等于西北部分的二倍。在不考虑气候变化的情况下，造成东北地区这种降水特征的主要原因是地形。由于东北地区东侧长白山脉的影响，南面气流受到地形的影响作用而抬升，水汽凝结导致东南面的迎风坡有降水生成，所以东北地区东南部分有强的降水中心出现。此外，6月和7月东北地区西北部分的大兴安岭山脉影响着从欧亚大陆上游过来的西风气流，降水主要在西部迎风坡出现，而降水极小值出现在东部。除此之外，东北地区盛夏（7、8月）比起初夏（5、6月）降水有明显加强。

4 东北夏季降水年际变化

在1951-2012年的62 a中，中国东北地区最大降水值出现在1964年,平均月总降水量为144.37 mm，而最小降水值出现在1968年，平均月总降水量只有84.13 mm。东北地区夏季降水存在很强的年代际变化（图略），50年代、60年代、70年代明显低于多年平均值，而80年代、90年代高于多年平均值。除此之外，还存在明显的年际变化。

整个中国东北地区存在一致性正相关，除此之外，相关系数的空间分布特征在5、6月份和7、8月份也存在一定差异。初夏时节表现出了全区一致的显著性正相关，而且东北地区的中西部出现相关系数的极大值，大于0.6。除此之外，5月份黑龙江、吉林和辽宁的东南部都同时出现了另外两个极大值中心。与5、6月份相比，7、8月份的显著正相关区域主要出现在东北地区的东南部，相关系数的极大值大于0.7。同时，7、8月份相关系数的极大值中心逐渐从辽宁向北部延伸到黑龙江和吉林，这与7、8月份东亚夏季风逐步北移也有密切关系。

5 影响东北地区夏季降水的大气环流特征

5.1500 hPa位势高度场的相关分析

在500 hPa等压面上东北地区初夏的降水偏多与局部地区低气压异常显著相关（图1）。受到这个低气压异常影响，东北地区的低层主要受西南部分的异常气流控制。来自黄海、渤海和日本海的水汽环绕东北，促使了整层的水汽输送，并且在东北地区进行辐合，所以东北地区降水增多。然而在副热带地区，西太平洋副高主体位于海洋的上空，影响我国南方地区，还未能影响到东北地区。到了7、8月份，东北地区夏季降水增多主要和日本上空的异常高压有关。与5、6月份相比，盛夏西太平洋副高中心逐渐北移，在8月脊线北抬。日本上空的异常高压恰巧出现在西太副高的西北部，西太平洋副高西伸北进。

受西太平洋副热带高压影响，异常的水汽沿西太平洋副高西侧的南风异常向北输送到东北地区。7月西太平洋副高西侧的南风异常向北输送水汽刚好到达东北地区的东南部分，出现水汽辐合中心。而在8月，南风异常逐渐向北推进到吉林和黑龙江，水汽输送和辐合中心也逐渐向北推进。这和相关分析的结果一致，东北地区月平均降水异常中心北移，可能与东亚夏季风逐渐北移有关联。与此同时，东北地区也出现了不同寻常的低压中心（尤其是8月），一定程度上这和对流层高层上游沿着亚洲西风急流所传播的活动有很大关联。同时，和7月份不大相同，8月份的东北降水可能还受贝加尔湖以北的高压异常影响。

图1 北半球5-8月平均降水量和同期500 hPa高度场相关分布，阴影通过显著性检验（a）5月（b）6月（c）7月（d）8月

东北地区地处中纬度，影响降水的年际变化的环流异常可能也存有非线性的变化特征。但是经过相关分析后，得出结论与前文一致，东北地区初夏时节显著的异常主要为局地的异常低气压，而盛夏时节主要表现为西太平洋副高西北侧的正异常。

5.2850 hPa位势高度场的相关分析

北半球5-8月平均降水量和同期850 hPa高度场相关分布（图略）与上文研究结果一致，在850 hPa等压面上东北地区5、6月份的降水偏多与局部地区低气压异常显著相关。东北地区中西部出现了负相关中心，当气压越低，对应降水量越大。这个低气压异常使得东北地区的低层受到了西南部分的异常气流控制，所以东北地区降水增多。然而在副热带地区，西太平洋副高主体位于海洋的上空，影响我国南方地区，还未能影响到东北地区。到了7、8月份，日本上空出现了正相关中心，说明此时气压越高，降水越多。也就是盛夏时节东北地区夏季降水增多主要和日本上空的异常高压有关。与5、6月份相比，盛夏西太平洋副高中心逐渐北移，在8月脊线北抬。日本上空的异常高压恰巧出现在西太副高的西北部，西太平洋副高西伸北进,与上文研究结果一致。

6 小结与结论

综上所述，本文采用了滑动平均与相关分析的方法，对1951-2012年共62 a东北地区夏季降水年代际变化的特征及其与前期冬季环流的关系进行了分析与讨论。得出结论：

（1）通过中国东北地区46个台站观测到的月平均资料与ECMWF再分析资料，得出了东北地区降水年际变化主要特征，显示其年际变化具有季节尺度特征。东北地区夏季降水的空间分布既具有整体一致的特征，也存在着南北部及东西部相反变化的差异。

（2）在这62 a间，东北地区的夏季降水整体上呈现出一个弱的下降趋势。而东北地区5、6月份降水与整个区域呈现显著的正相关，相关中心在东北地区的中西部；东北地区7、8月份相关中心出现在东南部。

（3）经过进一步讨论研究，得出东北地区5、6月份降水异常主要和冷涡活动有关，东北冷涡活动越频繁，对应的东北地区西北侧出现气旋性环流异常，导致降水偏多。7、8月份，东北地区降水主要受高空中西风急流北移和西太平洋副高西伸北进影响。西太平洋副高西伸北进，增强的西南风气流有利于更多水汽向东北地区输送，导致降水增多。

（4）当中高纬地区环流的经向分量减弱或西太平洋副热带高压减弱东移时，东北地区降水偏少；反之，若中高纬地区环流的经向分量加强或西太平洋副热带高压西进加强时，东北地区降水则偏多。

（5）气压正距平的区域，气压高，降水少；气压负距平的区域，气压低，降水多。

P468.0+24

A

1002－252X(2016)04－0009－03

2016－9－1

王晓雪（1991-），女，黑龙江省哈尔滨市人，南京信息工程大学，本科生，助理工程师.