华西秋雨的气候特征及成因分析.pdf

1华西秋雨的气候特征及成因分析 白虎志1董文杰21兰州中心气象台兰州730020 2国家气候中心北京100081摘 要在分析华西秋雨气候特征的基础上设计了考虑秋季降水量和降水日数的秋雨指数并进行了 EOF 和REOF 分解以及秋雨主要影响因素分析结果表明第一模态反映了长江中上游以北地区与以南地区降水相反的形势第二载荷向量场反映了华西降水的一致性REOF将华西秋雨可分为 6个气候区变化趋势表明20世纪 60年代到 70年代初期80 年代初期为相对多秋雨期70年代中后期80 年代中后期到 20 世纪末基本没有明显的华西秋雨发生21世纪开始又出现了较明显的华西秋雨西太平洋副高印缅槽贝加尔湖低槽是华西秋雨的主要影响系统当贝湖印缅槽深且副高强时有利于华西多秋雨反之则秋雨不明显ENSO 事件也是影响华西秋雨的主要因素之一El Nino年华西秋雨明显a Nina年不明显关键词华西秋雨气候特征EOF展开成因分析 1引言华西秋雨是我国西部地区秋季多雨的特殊天气现象主要指渭水流域汉水流域川东川南东部等地区的秋雨秋季频繁南下的冷空气与停滞在该地区的暖湿空气相遇使锋面活动加剧而产生较长时间的阴雨平均来讲降雨量一般多于春季仅次于夏季形成一个次极大值在水文上则表现为显著的秋汛绵绵秋雨是西南地区秋季气候的主要特色,也是该地区主要气象灾害之一长时间的阴雨寡照,可对农业生产造成损失,如影响晚稻抽穗扬花使棉花烂桃等同时也给人们的生产生活带来不便有些年份由于雨量大,持续时间长,造成洪涝灾害,直接关系到工农业生产和人民生命财产安全秋雨的年际变化较大,有的年份不明显,有的年份则阴雨连绵持续时间长达一月之久但是从八十年代中后期至 2000 年整个华西秋雨出现中断现象这种状况的持续给农业生产和调整旱作区农牧林种植结构和布局带来很大的不利影响2001 年开始华西秋雨开始恢复我国气象工作者早年对华西秋雨及其灾害研究较多,20 世纪 50 年代,高由禧等人就对华西秋雨作了研究[1-2],此后直至 80 年代,出现了一些有关华西地区秋雨的研究[3-5],但 90 年代之后,对华西秋雨的研究并不多见徐桂玉等[6]对华西秋雨特征和成因进行探讨鲍媛媛等[10]从气候事件个例角度对 2001 年华西秋雨特征及成因进行了研究更多的研究[8-10]主要是秋季气候变化和成因的研究本文主要针对华西秋雨比较明显的区域研究它们的地域分布特征年代际变化趋势及成因等为更进一步认识华西秋雨提高华西秋雨预测准确率具有重要意义2 资料和方法本文选取中国 647 个测站的 19602000 年秋季 910 月历年各旬平均降水量和0.1mm的旬降水日数作为样本资料为了充分反映华西秋雨绵绵的特征我们综合考虑了各地降水量和降水日数两方面的特征定义旬降水量站全年降水百分率与旬降水日数的乘积为秋雨指数这样就可以得出各站历年秋雨指数的资料样本序列取除华南以外的 21oN36oN90oE115oE 区域共 200 个站的秋雨指数进行 EOF 和 REOF 分解分析特征向量时间系数等特征利用国家气候中心提供的 500hPa 高度场 ENSO 年份资料分析典型华西秋雨年份的 500hPa 高度场和 ENSO 特征3 华西秋雨的气候变化特征280E90E100E110E120E130E20N30N40N50Nb80E90E100E110E120E130E20N30N40N50Na图1 秋季降水量(a)降水占全年降水比例%b降水日数(c)秋雨指数(d)分布c80E90E100E110E120E130E20N30N40N50Nd80E90E100E110E120E130E20N30N40N50N3 1 基本气候特征华西秋雨特征主要表现在绵绵二字上一方面反映了降水量较大另一方面也反映了降水持续时间长降水日数较多的特征本文利用全国 647 站 19702000 共 30 年平均降水量和降水日数两个方面分析秋雨特征从秋季(910 月)降水量分布看出(图 1a)35N 以南92E 以东地区降水量在 100mm 以上秋季降水量200mm 的地区位于长江中上游地区云南西部以及东部南部沿海地区海南秋雨在 500mm 以上西北地区西部内蒙大部的秋季降水量50mm甘肃河西走廊西部地区几乎无降水很显然降水量不能较好地反映出华西秋雨的地域特征由于华西秋雨为降水量年变化的次大值我们将降水量占全年降水量百分率反映秋雨特征这样既可以基本消除地理位置造成的降水量差异又突出华西秋季降水量较大的特征从秋季降水占全年总降水的百分比图上(图 1b)可以看到百分比在 20%以上的地区主要位于长江和黄河中上游流域包括西藏东北部青海东部甘肃中南部陕西大部四川云南西部和湖北西北部等地区川西北高原陕西汉中百分率在 25%以上海南岛比值在 30%以上华南和东南沿海地区秋季平均降水虽比全国其他地区多但因该地区是我国年降水量最多的地区秋季降水占该地区的全年总降水的比率并不是最高,一般在 15%20%之间由此可见重庆贵州等地的秋雨并没有反映出来本文定义 910 月多年平均降水日数大于 25d 的区域为秋雨绵绵区域图 1c与图 1b相比地域的总体分布相似并向南偏移南北部有差异北边没有包括祁连山东部甘肃3东南部陕西关中等地南边增加了贵州云南东部等其中雅鲁藏布江大峡谷川西高原以及四川盆地降水日数大于 35d在金沙江至怒江之间的流域有一个小于 20d 的区域该区域秋季降水量也相对较小另外海南岛降水日数均在 30d 以上 最高达 39d 由上面的分析可见 利用秋季降水量占全年降水比例20%的区域和秋季降水日数25d 的区域都能够反映出华西秋雨的一些基本地理分布特征它们各有优势有些地方秋季降水量相对较多但降水日数却较少如西安秋季降水占全年降水量的 27.2%,降水日数只有 22.8d有些地方降水量相对较少但降水日数很多如峨眉山秋季降水占全年降水量只有 18.0%降水日数却高达 48.5d因此我们就想到利用两者结合在一起的指数正确指标秋雨特征根据以上分析我们设计一个简单的秋雨指数 AIAIi,j=Ri,jDi,jAIi,j为第 i 测站第 j年秋雨指数Ri,j为第 i 站第 j 年秋季降水量占当年降水量的百分比Di,j为第 i 站第 j 年秋季0.1mm 降水日数多年平均秋雨指数分布图 1d表明我国大陆的秋雨指数 0.02(南疆的且末站)AI9.72(川西高原的红原站)秋雨指数的单位为d*mm以下省略海南岛的秋雨指数在 10 以上最高达到 14.15由此可见海南岛的秋雨现象是全国最明显的地区下文不再讨论定义 AI4 的区域为秋雨现象明显的地区由此可见秋雨指数的分布特征与上述两者分布特征相似它反映了前两者共同的地域特征同时也反映出了甘肃东南部陕西关中云南东部贵州等地的秋雨分布在川西高原上最明显的秋雨现象三者均反映比较清楚而秋雨指数反映的雅鲁藏布江大峡谷流域和四川盆地最明显的秋雨现象在降水日数分布中表现出来在秋季降水比例分布中反映不出来因此相比而言利用秋雨指数 AI能够更好地反映华西秋雨的强度地域分布以及秋雨绵绵的气候特征3 2 空间异常分布特征利用经验正交函数分解方法(EOF)对近 41华西秋雨指数进行分析前 2 个载荷向量场所占方差分别为 22.5%和 19.1%前 10 个载荷向量场占总方差的累积为 82.1%第一载荷向量场图2 华西秋雨指数的第一载荷向量分布占总方差的比例最大其载荷向量呈南北相反的分布形式图 2零等值线位于长江中上游90E95E100E105E110E115E25N30N35N4地区并与长江中上游走向基本一致反映了西藏东部川西高原云南贵州等地与青海东南部甘肃东南部四川东部陕西中南部等地秋季降水相反的形势第二载荷向量场的分布均为正值分布图略反映了华西秋季降水变化的一致性选用经过 EOF 分解的前 10 个载荷向量进行正交旋转变换REOF取旋转特征向量绝对值 0.4 为临界值对华西秋雨指数的空间变化进行分区共分了六个自然气候分区每个区选取了一个代表站黑点表示该气候区代表站位置图 3图3 华西秋雨指数六个自然气候分区区渭水流域汉水流域和嘉陵江流域区主要包括陕西中部和南部四川东部湖北西北部地区代表站是万源区长江中游及以南地区主要包括云南东部贵州重庆及湖北中部和南部代表站是贵阳区澜沧江流域主要包括云南西部和西藏东南部代表站是大理区青藏高原与黄土高原过渡区主要包括青海东北部甘肃中部和东部宁夏南部代表站是兰州区四川盆地区代表站是都江堰区青藏高原东部江河源区主要包括青海东南部川西高原西藏东北部代表站是德格3 3 时间变化特征利用经 EOF 分解的第一时间系数序列和各区代表站降水量的演变分析华西秋季降水量的时间变化规律由第一时间系数演变曲线(图 4)可见南北相反的秋季降水型的年代际变化非常明显而且年代持续性异常较强曲线自 1960 年代以来第一分布型的变化总体呈缓慢下降趋势1960 年代到 1970 年代初期1980 年代初期为华西北多南少型非常明显青藏高原东部边缘渭水流域汉水流域的秋雨非常明显1970 年代中后期1980 年代中后期到 20万源贵阳大理都江堰德格兰州95E100E105E110E115E25N30N35N区 区区区区区5世纪末华西地区基本是南多北少型分布比较明显2000 年华西北部又出现了较明显的秋雨国家气候中心气候公报的分析从 2000 年开始已经连续 4 年华西秋雨偏多特别是 2003年 9 月底 10 月初黄河流域遭遇十几年来最为严重的“华西秋雨”天气黄河干支流相继发生较大洪水受此影响渭河自 8 月底以来接连出现 5 次洪峰过程根据曲线变化趋势和近几年华西秋雨的特点目前华西秋雨已经转型又开始恢复了明显的华西秋雨现象21 世纪前15 年内华西秋雨指数的第一时间系数变化应该处于正位相状态图4 华西秋雨指数的第一时间系数序列本文以第一时间系数6.5 划分秋雨多少年份的标准渭水流域和汉水流域秋雨多青藏高原东南部及云贵高原地区秋雨少的典型年份有 1961 年1964 年1968 年1974 年1975年1983 年1985 年2000 年共 8 年反过来渭水流域和汉水流域秋雨少青藏高原东南部及云贵高原地区秋雨明显多的典型年份有 1972 年1986 年1987 年1989 年1990 年1991 年1993 年1997 年1998 年为了说明各气候区秋雨的年代际变化特点分析代表站万源贵阳大理兰州都江堰及德格六站 1960 年2000 年秋雨指数的变化曲线图 5由曲线可见各气候区秋雨的年际和年代际变化非常明显二阶多项式拟合曲线表明万源兰州和都江堰趋势线相似万源和兰州减少的趋势非常明显其它各代表站趋势线相似且减少趋势较缓慢总体来讲万源兰州 1960 年代到 1970 年代初期为多雨期1970 年代中期到 20 世纪末为少雨期贵阳 1960 年代和 1990 年代为少雨期1970 年代到 1980 年代秋雨略多大理 1960 年初中期到1970 年代初1970 年代末1980 年代中后期到 90 年代初相对多雨期都江堰 1960 年代初中期1970 年代中期到 1980 年代初降水较多德格秋雨的年代际变化与都江堰相比由相反的趋势总之20 世纪六七十年代多秋雨八九十年代少秋雨的区域有区区和区其余三个区是两头少中间多兰州和都江堰目前秋雨有增多的趋势- 1 5- 1 0- 5051 01 52 01 9 6 01 9 6 51 9 7 01 9 7 51 9 8 01 9 8 51 9 9 01 9 9 52 0 0 0年6024681 01 21 41 61 9 6 0 1 9 6 5 1 9 7 0 1 9 7 5 1 9 8 0 1 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0德格图5 华西六个秋雨气候区代表站的秋雨指数变化趋势051 01 52 01 9 6 0 1 9 6 5 1 9 7 0 1 9 7 5 1 9 8 0 1 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0万源024681 01 21 41 9 6 0 1 9 6 5。