大气环流异常对山东夏季降水的影响.pdf

大气环流异常对山东夏季降水的影响∗ 王庆1孙即霖2刘诗军1 周晓英31 山东省气象科学研究所 山东济南 2 5 0 0 3 1 2 中国海洋大学海洋环境学院 山东青岛 2 6 6 0 0 3 3 上海海洋预报中心 上海 2 0 0 0 8 1 摘 要 通过对山东与华北旱涝年 5 0 0 h P a高度距平等进行合成分析结果发现( 1 ) 北半球 5 0 0 h P a夏季存在的东亚- 太平洋遥相关型( E A P ) 对山东夏季降水产生重要影响山东涝年夏季 5 0 0 h P a 呈现出 E A P 型旱年为负 E A P 型( 2 ) 山东涝年鄂霍茨克海高压春季偏强夏季偏弱山东上游易维持低压槽区副高偏北热带地区对流活动加强H a d l e y和 W a l k e r 环流加强山东上空盛行上升运动旱年与涝年的特征基本相反只是鄂霍茨克海高压在春季和夏季均较常年偏强( 3 ) 不同旱年涝年5 0 0 h P a特征与旱年涝年平均情况相似但有时距平中心位置和强度不同( 4 )华北旱涝年 5 0 0 h P a 高度距平与山东不同华北旱年 5 0 0 h P a 欧亚大陆中高纬度呈现出 E U 遥相关分布而且华北涝年夏季鄂霍茨克海和朝鲜- 日本地区位势高度变化不显著( 5 ) 影响山东夏季降水的热带强迫源区主要位于南海- 热带西太平洋两者实现遥相关的可能机制是热带强迫所激发的大尺度准定常 R o s s b y 波列的传播 关键词大气环流夏季降水遥相关型影响机制 山东地处中纬度东亚季风区具有显著的季风气候特征夏季6 - 8月降水占全年总降水量的 6 0 % 左右[ 1 ]旱涝灾害频繁发生而且山东位于华北平原与江淮平原之间属于南北气候的过渡地带因此山东夏季旱涝规律既不与华北地区同步也和江淮地区不一致全国性的大范围雨带位置常常与山东旱涝实况相差较大 旱涝灾害的频繁发生给人民生活工农业生产以及国民经济的发展产生直接影响因此已有作者对山东夏季旱涝进行一些研究杨晓霞等[2]从海温场副高以及山东夏季降水的关系出发给出了海温场影响山东夏季降水的天气学解释张苏平等[3-4]分析了热带洋区及其对流活动对山东夏季降水的影响同时一些研究还表明[5-7]北半球 500hPa 存在的遥相关型在不同时期与不同区域的降水有着密切的关系而热带地区的海温异常通过长时间的海气相互作用影响了后期的大气环流并导致一些地区汛期降水出现异常 因此本文利用较长时间序列资料对山东夏季旱涝发生的 500hPa 高度距平高低层散度距平OLR 距平分布以及山东上空垂直气流特征进行合成对比分析重点探讨影响山东夏季降水的大气环流异常遥相关型并与华北地区异常旱涝年的大气遥相关型进行对比分析通过分析热带地区对流活动与山东夏季降水的关系初步探讨影响山东夏季降水的物理机制 1 资料说明及处理方法 本文所用的资料主要有 1 1 9 5 8 - 2 0 0 3年4 6 a N C E P / N C A R再分析月平均资料包括 5 0 0 h P a高度场1 0 0 0 - 2 0 0 h P a垂直速度O L R 以及 9 2 5 和 2 0 0 h P a 风场资料水平分辨率为 2 . 5 °×2 . 5 ° 2 1 9 6 1 - 2 0 0 3年山东 2 6个代表站滨州惠民德州济阳聊城临清菏泽曹县济宁兖州枣庄泰安肥城临沂莒县沂源潍坊高密福山莱阳莱州文登青岛胶州淄博济南夏季6 - 8 月降水量资料 关于山东夏季旱涝年的定义参考文献[ 8 ] 将文献[ 8 ] 涝以上等级的年份定义为山东夏涝年旱以上等级的年份定义为山东夏旱年即 1 9 6 0 1 9 6 2 1 9 6 3 1 9 6 4 1 9 7 1 1 9 7 4 1 9 7 8 1 9 9 0 1 9 9 6基金项目科学技术部社会公益研究专项资金项目2001DIB20104和山东省气象局 2002 年度重点科研课题副热 带季风环流与山东夏季降水的关系共同资助 2为山东涝年1 9 6 8 1 9 8 1 1 9 8 3 1 9 8 9 1 9 9 2 1 9 9 7 1 9 9 9和 2 0 0 2为山东旱年另外在进行对比分析时为了使资料具有可比性也采用文献[ 8 ] 定义的华北旱涝年即 1 9 5 9 1 9 6 4 1 9 6 6 1 9 7 31 9 7 7 1 9 9 6 年为华北涝年1 9 6 5 1 9 6 8 1 9 7 2 1 9 8 0 1 9 8 3 1 9 8 6 1 9 9 7 1 9 9 9 2 0 0 2 年为华北旱年 2 山东旱涝年夏季降水量的空间分布 从山东 2 6个代表站 1 9 6 1 - 2 0 0 3年夏季平均降水量分布以及旱涝年合成分布特征( 图略) 可以看出山东夏季年平均降水量一般在 2 9 0 - 4 9 0 m m之间总体呈现出自鲁南向鲁北递减的趋势极大值中心在鲁南地区可达 5 0 0 m m以上旱涝年夏季降水量也呈现出从鲁南向鲁北递减的趋势涝年夏季平均降水量在 4 5 0 - 7 2 0 m m 之间旱年则显著减少在 2 5 0 - 3 5 0 m m 之间从旱涝年山东夏季平均降水量异常的空间分布图 1 可以看出涝年山东夏季降水为正距平即在空间分布上总体呈现出偏多的趋势正距平中心在鲁东南地区较常年偏多 2 0 0 - 3 0 0 m m左右旱年则为负距平即总体呈现出偏少的趋势距平中心在鲁西一带较常年偏少 1 0 0 - 1 4 0 m m左右然后向东依次递减表明山东夏季降水异常在空间分布上具有较好的一致性即涝则同涝旱则同旱而鲁东南鲁中地区更易出现严重洪涝鲁西地区更易出现严重干旱 115E116E117E118E119E120E121E122Elongitude34N35N36N37N38Nlatitude115E116E117E118E119E120E121E122E longitude34N35N36N37N38Nlatitudeab图 1 山东旱涝年夏季平均降水量距平分布a - 涝年b - 旱年 3 山东旱涝年大气环流异常特征及遥相关分布型 3 1 旱涝年春夏季大气环流异常特征 从旱涝年春季 5 0 0 h P a高度距平场可以看出图略旱年极区为正距平乌拉尔山以西为负距平巴尔喀什湖到贝加尔湖鄂霍茨克海以及我国的西北和华北上空为庞大的正距平阿留申到阿拉斯加为负距平阿拉伯海为正距平涝年极区为负距平乌拉尔山以西为正距平巴尔喀什湖到贝加尔湖为负距平我国东北- 鄂霍茨克海- 阿拉斯加为正距平孟加拉湾到南海地区为负距平 夏季旱涝年 5 0 0 h P a 几个主要的正负距平中心基本上呈现出相反的分布特征 见图 2 a - b 旱年极区转为负距平控制范围进一步扩大到东亚中高纬度地区乌拉尔山- 巴尔喀什湖- 贝加尔湖- 我国华北和东北- 鄂霍茨克海地区为正距平朝鲜半岛- 日本以及阿留申- 阿拉斯加地区为负距平阿拉伯海为正距平涝年则相反极区为正距平乌拉尔山- 巴尔喀什湖- 贝加尔湖- 我国华北和东北- 鄂霍茨克海为负距平朝鲜半岛- 日本以及阿留申- 阿拉斯加地区为正距平东亚热带地区均为负距平从旱涝年 5 0 0 h P a 高度差值场图 2 c 同样可清楚地看出东亚低纬度地区为负距平朝鲜半岛- 日本为正距平 鄂霍茨克海地区为负距平 阿留申和阿拉斯加地区为正距平 即从东南亚 朝鲜- 日本北太平洋到北美呈现出明显的 R o s s b y 波列分布该波列基本上以大圆路径从低纬向高纬传播这与黄荣辉等[ 9 ]提出的东亚- 太平洋遥相关分布型E A P型非常吻合这样的环流异常分布使西太平洋副热带高压偏北山东夏季降水增多可见北半球夏季存在的东亚- 太平洋遥相关型E A P型3对山东夏季降水异常产生重要影响涝年夏季 5 0 0 h P a 呈现出 E A P 型旱年则为负 E A P 型 图 2 旱涝年夏季 5 0 0 h P a 高度距平a - 旱年b - 涝年c - 涝年减旱年 3 2 不同旱年和涝年大气环流异常的对比分析 上节分析了山东夏季旱涝年 5 0 0 h P a 大气环流异常特征 那么不同的旱年和涝年大气环流异常特征是否与旱涝年合成相似从 1 9 6 8 年和 2 0 0 2 年均为特旱年5 0 0 h P a 高度距平见图 3 可以看出这两年 5 0 0 h P a 高度距平与旱年平均情况相似阿留申- 阿拉斯加巴尔喀什湖- 贝加尔湖地区朝鲜半岛- 日本乌拉尔山西部以及菲律宾- 南海地区均存在着距平中心但距平中心强度不太一致2 0 0 2 年巴尔喀什湖- 贝加尔湖地区的正距平中心强度达 6 0 g p m 而 1 9 6 8 年该地区为很弱的正距平从 1 9 6 4 1 9 7 1 1 9 9 0 年均为特涝年5 0 0 h P a 高度距平图略来看1 9 7 1 年高度距平特征与涝年平均最相似贝湖朝鲜半岛- 日本阿留申地区乌拉尔山西部低纬度地区以及北极地区均有与平均状态一致的距平区1 9 9 0 年与涝年平均基本相似只是低纬度地区为正距平涝年平均为负距平1 9 6 4年与涝年平均有所不同朝鲜半岛- 日本为负距平控制涝年平均为正距平另外整个欧亚大陆一直到日本海均为负距平区中南半岛- 菲律宾地区负距平比平均情况要强此外 1 9 6 41 9 7 1 1 9 9 0 年 5 0 0 h P a 贝加尔湖附近地区虽然均为负距平但负距平中心位置和强度不同1 9 9 0 年巴湖及其南部为弱的正距平负距平中心在贝湖东部中心强度只有 1 0 g p m左右这种形势表明该a b c 4年冷空气势力较弱且大多从偏北路径南下影响山东1 9 7 1 年负距平中心在巴湖和贝湖之间中心强度为 3 0 g p m 表明该年冷空气较强且大多从西北路径南下影响山东1 9 6 4年负距平范围最大乌拉尔山西部- 日本海均为负距平有两个中心分别位于巴湖西部和我国东北到鄂霍茨克海地区强度均为 4 0 - 5 0 g p m 表明该年冷空气势力非常强盛冷空气从偏西西北偏北路径南下入侵山东虽然副高偏弱但低纬度地区对流活动非常旺盛冷暖空气的交汇给山东带来了丰沛的降水 图 3 特旱年夏季 5 0 0 h P a 高度距平a - 1 9 6 8 年b - 2 0 0 2 年 4 旱涝年高低层散度分布特征 从旱涝年春夏季高2 0 0 h P a低9 2 5 h P a 层散度距平图图略中可以看出旱涝年春季1 1 5 - 1 3 0 °E 区域高低层散度距平基本上呈反位相变化旱年春季低层 0 - 1 5 °N 的纬带内以辐散距平为主 其北侧 1 5 - 5 0 °N 范围内为辐合距平 高层 1 0 °S - 1 5 °N 的纬度带内以辐合距平为主 北侧 1 5 - 4 0 °N的范围内以辐散距平为主夏季散度距平场的配置情况与春季类似只是辐合辐散区的位置南移强度减弱旱年高低层的这种配置表明热带地区下沉气流增强, 副热带地区上升气流增强赤道辐合带减弱 这种异常环流使气候平均状态下的 H a d l e y 经向环流减弱 副高偏弱 山东夏季降水偏少涝年高低层的散度分布基本与旱年相反 热带地区上升气流增强 副热带地区下沉气流增强 H a d l e y环流加强副高加强山东夏季降水偏多 5 旱涝年垂直速度分布特征 图 4 是山东旱涝年春季 8 5 0 - 2 0 0 h P a 高度场的高度- 纬度1 1 5 - 1 2 3 °E 平均剖面图从图中可以清楚地看出旱涝年垂直速度的分布特征涝年春季赤道附近的热带地区1 0 °S - 1 0 °N 上升运动增强副热带地区1 5 - 3 3 °N 下沉运动增强3 3 - 5 2 °N 上升运动增强最大值中心位于3 3 - 4 0 °N7 0 0 h P a 附近夏旱年则出现了相反的分布特征热带地区1 0 °S - 5 °N 下沉运动增强5 - 1 0 °N 上升气流增强1 0 - 1 5 °N 则盛行弱的下沉气流主要。