山东夏季不同雨型的前期异常大气环流及海温场特征

胡桂芳，徐学义，高理

（1.山东省气候中心，山东济南250031；2.泰安市气象局，山东泰安 271000）

山东夏季不同雨型的前期异常大气环流及海温场特征

胡桂芳1，徐学义2，高理1

（1.山东省气候中心，山东济南250031；2.泰安市气象局，山东泰安 271000）

采用合成分析原理，研究了山东夏季降水不同分布型的前期冬、春季大气环流及前期秋、冬、春季海温场特征。结果表明，不同降水分布型在前期的大气环流及海温场中表现出了较大差异，同多型表现为欧亚中高纬环流由前冬12月的纬向型，隆冬到初春转为经向型，西太平洋副高隆冬到初春偏弱，春季4—5月转为偏强，海温场则表现为赤道中东太平洋地区前期秋冬季的暖水位相到春季减弱或转换为冷水位相；而同少型则基本相反；东多西少型前期冬春季西太平洋副高持续偏弱，欧亚中高纬和北美地区盛行经向环流，海温场上则表现为从上年秋冬季为拉尼娜状态，而

春季明显减弱；西多东少型基本相反。

夏季雨型；大气环流；海温

1 引言

山东地处副热带与温带的过渡地区，特殊的地理位置和复杂的地形、地貌，造成了山东夏季降水具有明显的局地特征。汛期处在江淮雨带和华北雨带之间，南北两条雨带的进退均会对我省汛期雨量的多寡产生重要影响。因此，我省夏季降水预测具有独特的困难。冬季风控制东亚大陆达半年之久，且有明显的年际变化，异常的冬季风必将导致后期环流及天气的变化。孙淑清等[1]的研究工作表明江淮流域夏季的旱涝可以追溯到其前冬形势的异常，冬季风的异常能引起全球性特别是中低纬度环流的变化，并可明显地影响未来的环流与天气。陈烈庭[2—3]等研究了太平洋各区海温异常对中国东部夏季雨带类型的共同影响及中国东部夏季雨带类型与前期北半球500 hPa环流异常的关系，指出前期西北和热带太平洋各种海温距平不同配置的共同影响及中高纬和低纬环流不同季节变异及其相互作用，是导致中国东部各种雨型的重要因素。陈隽[4—5]等的研究也表明，强冬季风年后期的东亚夏季风偏弱，我国的江淮地区降水偏少，弱年则相反，海温在隔季相关中起中介作用。施能等[6]指出我国不同夏季雨型的前期冬季海平面气压场及500 hPa高度场分布特征存在着明显差异。本文从山东夏季降水的不同分布型入手，分析夏季降水不同分布型的前期冬、春季的大气环流及海温场的演变特征，以寻求物理意义清晰的前期预测强信号，为我省夏季降水趋势分布预测提供新的预报依据。

本文采用的资料为中国气象局的1961—2009年北半球500 hPa月平均高度（10°—85°N，5°×10°）及北太平洋月平均海温（10°S—50°N，5°×5°）；山东26个代表站夏季（6—8月）降水量资料。

2 各种典型雨型年的确定

文献[7]的研究结果表明，山东夏季降水空间分布特征可用6个分布型（以下简称雨型），即同多型、西多东少型、南多北少型、同少型、东多西少型、北多南少型来概括，不同的年份均有一个雨型来对应，为了寻求不同雨型前期物理意义清晰的预测信号，有必要对典型雨型的年份进行重新界定，本文在文献[7]研究的基础上，定义相关概率≥70%且降水距平百分率≥20%为典型多雨年，而相关概率≥70%且降水距平百分率≤-20%为典型少雨年，其他雨型的样本量较少，不再重新定义，这样1961年以来山东降水同多型共有13年，为1962年，1963年，1964年，1971年，1974年，1978年，1990年，1994年，1996年，1998年，2003年，2004年，2007年；同少型出现8年，为1968年，1981年，1983年，1989年，1992年，1997年，1999年，2002年；西多东少型出现5年，为1961年，1973年，1977年，1987年，1991年；东多西少型出现6年，为1965年，1970年，1975年，1985年，2001年，2008年；南多北少型出现4年，为1967年，2000年，2006年，2009年；北多南少型仅出现1年，为1966年。因北多南少型样本数仅1年，南多北少型为4年，统计分析所得二者的差异特征将失去意义，所以本文只对同多型、同少型、东多西少型和西多东少型的前期环流及海温场特征进行分析。

3 前期环流场特征

不同降水分布型在前期冬、春季的大气环流特征上表现出较大差异，这些关键区可用于夏季降水趋势分布预测。

3.1 同多型与同少型的差异

图1为山东夏季降水同多型减同少型的前期北半球500 hPa高度差值场，可以发现，上年12月东亚大槽区为正差值，乌拉尔山及中东太平洋为负差值，意味着山东夏季降水同多型的前冬12月欧亚至太平洋中高纬地区的槽脊比平均状态要弱，巴尔喀什湖向北到乌拉尔山东侧的负差值中心为45 gpm，通过了95%的信度检验，即欧亚及太平洋地区盛行纬向环流；而隆冬1月较前冬12月环流发生了较大调整，即差值场的正负值分布出现了与12月基本相反的特征，东亚大槽内为负差值，乌拉尔山及中东太平洋的中高纬地区为正差值，这种特征继续在2—3月维持，即1—3月欧亚中高纬槽脊比平均状态要强，表现最突出的是3月，我国东部沿海及中纬度西太平洋地区为大范围的负差值区，朝鲜半岛的负差值中心为45 gpm，通过了95%的信度检验。这说明同多型前冬欧亚中高纬以纬向环流占优势，隆冬至初春转为以经向环流，东亚大槽比常年加强南伸，意味着由冬到春的季节转换过程中，东亚大槽减弱的比常年要慢。

图1 山东夏季同多型减同少型前期北半球500 hPa高度差值场

对13个典型多雨年的当年1月北半球500 hPa高度距平场特征进行普查，结果表明13个多雨年中有7年（1962年、1963年、1971年、1974年、1978年、1994年、2004年）与多雨年特征基本吻合，2年（1964年、2007年）与多雨年形势相反，其他4年不易确定。8个典型少雨年中基本符合少雨年的特征有5年（1981年，1983年，1989年，1992年，2002年），其他3年（1968年，1997年，1999年）不易确定，即用1月份环流特征对夏季降水进行预测，准确率为（7+5）/21=57.1%，错报率为2/21=9.5%，还有7/21=33%的年份无法确定。

对13个典型多雨年的上年12月环流特征进行分析，发现13个多雨年中有8年（1963年、1964年、1978年、1990年、1996年、1998年、2003年、2007年）基本符合多雨年特征，8个少雨年中有5年符合少雨年的形势（1968年、1981年、1983年、1997年、2002年），即用12月环流特征进行次年夏季降水趋势分布预测的准确率为（8+5）/21=61.9%，如果将12月与1月结合起来分析，13个多雨年中仅2年（1978年、1964年）与上年12月和当年1月的多雨年形势特征都吻合，其他11年只与其中1个月的多雨年形势相近，8个少雨年中有3年（1981年、1983年、2002年）与2个月的少雨年形势都相近，1999年与2个月的少雨年形势都不相近，其他4年中仅与其中1个月的少雨年形势相近，所以用前期环流场进行预测时，并非每个月的环流特征都要吻合典型多（少）雨年的特征。

图2 山东夏季东多西少型减西多东少型前期北半球500 hPa高度差值场（说明同图1）

在35°N以南的中低纬地区，1—3月西太平洋的热带和副热带地区为负差值，4—5月转为正差值（图略），意味着隆冬到初春西太平洋副高偏弱，春季4—5月转为偏强时，山东夏季易多雨，反之，则易出现少雨。

3.2 东多西少型与西多东少型的差异

图2为东多西少型减西多东少型的500 hPa差值场，前期冬季到初春3月30°N以北的欧亚中高纬地区，东亚大槽区为负差值，乌拉尔山和中东太平洋为正差值，即欧亚到太平洋的中高纬地区盛行经向环流。值得注意的是2—3月（3月图略）的北美大陆上维持着强负差值区，2月最强，中心达-135 gpm，通过95%信度检验。普查1951年以来6个东多西少型年份，除1975年与上述特征差异较大外，其他5年基本符合，以1965年，1970年，1985年吻合的最好；5个西多东少型年份中，除1977年外，其他4年基本符合，以1961年，1987年，1991年最为典型。

另一突出特征是35°N以南的热带和副热带地区从前期冬季到当年春季一直维持着明显的负差值，尤其是太平洋地区更为显著，中心均低于-45 gpm，意味着前期冬季到春季西太平洋副高较常年持续偏弱，山东易出现东多西少的分布形势。反之，则易出现西多东少分布型。

4 前期海温场特征

绘制了不同雨型前期（上年10月到当年5月）北太平洋海温差值场图，因篇幅所限，本文只给出了前冬12月和春季4月的图。

4.1 同多型与同少型的差异

合成结果表明，上年10月到当年1月差值场自南向北呈明显的三明治式“+-+”分布，40°N以北和10°N以南基本上为正差值，北部的正差值弱，中心在0.4°—0.8℃之间，南部的正差值略强，中心在0.6°—1.0℃之间；10°—40°N之间基本上为负差值，中心位于西风漂流区西部及黑潮区东北部；2月赤道以南的东太平洋地区开始出现负差值，3月该负差值区逐步西移和加强，到5月-0.6℃的差值区已西扩到140°W,同时10°—40°N的负差值区明显减弱西缩，而西风漂流区南侧（180°—160°W，25°—38°N）的正差值迅速加强，5月正差值中心已增强到0.8℃，北太平洋海温差值场呈明显的南负北正分布。

图3 同多型减同少型前期北太平洋海温差值场(单位/10-1℃)

上述特征意味着赤道东太平洋海温前期秋冬季为暖水位相到春季减弱或转换为冷水位相时，山东夏季易出现全省性多雨。对13个同多型年份的前期海温场演变特征进行分析，发现有7年（1964年，1978年，1994年，1998年，2003年，2004年，2007年）基本符合，其他6年情况各异。反之，当前期秋冬季为冷水位相到春季减弱，山东易出现全省性少雨，8个同少型年份中，有5年（1968年，1989年，1997年，1999年，2002年）基本符合。

4.2 东多西少型与西多东少型的差异

东多西少型减西多东少型的差值场上，前期秋冬季（上年10月到当年2月）北太平洋海温场基本为“-+-”结构，35°N以北和15°N以南的地区为负差值，北部的负差值弱，大部地区在-1.0℃以上；南部的负差值强，（5°S—5°N）的赤道太平洋地区均在-1.0℃以下，15°—35°N之间基本为正差值，中心位于中纬度的中太平洋地区（20°—35°N，170°E—150°W），3月起形势有所调整，中太平洋地区的正差值区明显扩大和加强，4月已加强到1.0℃以上。与此同时，赤道太平洋地区的负差值则从东部开始迅速减弱，4月该区域已出现正差值，而赤道中太平洋地区的负差值中心也减弱到-0.8℃以上。

上述特征意味着前期秋冬季赤道中东太平洋地区为强的负差值到当年春季为弱的负差值，即当前期秋冬季到当年春季拉尼娜状态迅速减弱时，山东夏季降水易出现东多西少分布型。6个东多西少型年份中，有5年（1965年，1975年，1985年，2001年，2008年）基本符合；反之，当前期秋冬季到当年春季厄尔尼诺状态减弱时，易出现西多东少型，5个西多东少型年份中，有4年（1973年，1977年，1987年，1991年）基本符合。

图4 东多西少型减西多东少型前期北太平洋海温差值场(单位/10-1℃)

5 结论与讨论

综合以上分析，得出如下结论：

（1）同多型表现为欧亚中高纬地区环流由前冬12月的纬向型，隆冬到初春转为经向型，西太平洋副高隆冬到初春偏弱，4—5月转为偏强，海温场上则表现为赤道太平洋地区前期秋冬季为暖水位相到春季减弱或转为冷水位相时；而同少型基本相反；

（2）东多西少型前期冬春季西太平洋副热带高压持续偏弱，欧亚中高纬地区盛行经向环流，海温场上则表现为从上年秋冬季为拉尼娜状态，而春季明显减弱；西多东少型基本相反。

以上结论仅是根据有限样本统计分析得到的，结论的可信度及完整性还有待于在今后的工作中进一步完善和补充。

[1]孙淑清，孙柏民.东亚冬季风环流异常与中国江淮流域夏季旱涝天气的关系[J].气象学报,1995,53(4):440-445.

[2]陈烈庭,吴仁广.太平洋各区海温异常对中国东部夏季雨带类型的共同影响[J].大气科学,1998,22(5):718-726.

[3]陈烈庭,吴仁广.中国东部夏季雨带类型与前期北半球500 hPa环流异常的关系[J].大气科学,1998,22(6):849-857.

[4]陈隽,孙淑清.东亚冬季风与全球大气环流变化Ⅰ强弱冬季风影响的对比研究[J].大气科学,1999,23(1):101-111.

[5]陈隽,孙淑清.东亚冬季风与全球大气环流变化Ⅱ异常对全球海温变化的影响[J].大气科学,1999,23(3):287-294.

[6]施能,陈辉,冯俊茹,等.我国夏季雨型的前期异常特征及预报方法的初步研究[J].应用气象学报,1999,10（S）:70-78.

[7]胡桂芳.山东夏季降水分布型及与全国雨型的关系[J].山东气象,2011,31(1):1-4.

Early abnormal atmospheric circulation and SST characterstics in different pattern of summer rainfall in Shandong

HU Gui-fang1，XU Xue-yi2，GAO Li1
(1.Shandong Climate Center,Jinan,250031 China;2.Meteorological Bureau of Taian,Taian,271000 China)

According to different pattern of summer rainfall in Shandong,the characteristics of abnormal atmopheric circulation in previous winter and spring,SST(Sea Surface Temperautre)in previous autumn,winter and spring are studied by using composite analysis method.The results show that there are obvious difference in early atmospheric circulation and SST among different rainfall patterns.For wetter rainfall pattern in large scale,the zonal circulation in mid-high latitude of Eurasia changes to meridional type and warm phase of SST in middle-east equator Pacific Ocean decreases or changes to cool phase fromearly winter to early spring.Meanwhile,the west Pacific subtropical high becomes weaker from previous December to early spring and becomes stronger fromApril to May.For dryer rainfall pattern in large scale,the characteristics is opposite to that of the wetter rainfall.For wetter rainfall pattern in the east Pacific and dryer rainfall in the west Pacific,the subtropical high keeps weaker in previous winter and spring,the zonal circulation is found in mid-high latitude of Eurasia and North America,and the La Nina event continues in previous autumn and winter and becomes weaker in spring.For wetter rainfall pattern in the west Pacific and dryer rainfall pattern in the east Pacifc,it shows opposite characteristics.

rainfall pattern in summer；atmospheric circulation；SST

P732

A

1003-0239（2012）01-0042-06

2011-05-16

山东省气象局项目（2009sdqxz09)

胡桂芳（1963—），女，高级工程师，主要从事短期预测业务及研究工作。E-mail:hgf@sdan.com.cn