广东“龙舟水”降水分型分析

郭圳勉，简茂球，张弘豪，黄先伦

（1.阳江市气象局，广东阳江 529500；2.中山大学大气科学学院，广东广州 510275）

广东“龙舟水”降水分型分析

郭圳勉1，简茂球2，张弘豪1，黄先伦1

（1.阳江市气象局，广东阳江 529500；2.中山大学大气科学学院，广东广州 510275）

利用1972—2012年广东省86个地面观测站逐日降水资料、NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料，采用EOF分解、Morlet小波分析等方法，分析了广东“龙舟水”近41年的时空特征及环流特征。结果表明：（1）EOF主要模态有全区一致型和东西反位相型，全区一致型周期为8～12年，东西反位相型从20世纪80年代起周期以2～4年为主。（2）广东“龙舟水”期间，在EOF第一模态正（负）极值年，华南上空200 hPa层有（无）明显辐散异常；西太副高脊线偏南（偏北）；500 hPa层的上升运动较强（弱）；850 hPa上西南风强（弱）；在EOF第2模态正、负极值年的环流异常特征表现出明显的反相特征，尤其是在南海北部-华南地区。

气候学；“龙舟水”；降水分型；广东

广东地处低纬，受副热带季风及热带季风共同影响，汛期长、降水量大［1-7］。其中，前汛期（4—6月）暴雨频发，尤其在南海季风爆发后，降水更加集中，由于该时间段处于端午前后，因此俗称“龙舟水”。“龙舟水”期间常出现强度大、范围广、持续性的暴雨过程，给工农业生产和人民生活带来巨大损失。目前，对广东“龙舟水”的气候特征、类型及异常原因都开展了相应的研究工作，并取得了一定的成果［8-14］。胡娅敏等［10］研究了华南“龙舟水”的降水分型及对应环流形势，发现华南“龙舟水”主要有东南沿海型、北部型和西南沿海型。针对2008年广东的强“龙舟水”，林良勋等［11］分析了该次“龙舟水”过程特点及成因，发现该次过程的强降水期均与西风槽影响相联系，东亚地区存在2个局地经向环流，其低层在20°N—25°N的辐合抬升为该次过程的持续产生提供了稳定的上升运动背景；李翠华等［12］分析了形成强降水的物理机制与中低纬度天气系统之间的相互作用，发现西风槽和东移的低空低涡结合是产生暴雨的重要天气系统；王婷等［13］则从气候角度分析了2008年“龙舟水”的成因，发现拉尼娜事件是主要的气候成因，它使得西太副高偏东偏弱，造成雨带滞留华南，南海季风较早爆发，使华南水汽输送强；范伶俐等［14］对比分析了“龙舟水”多、寡年的500 hPa环流形势，发现当“龙舟水”期间环流形势稳定，冷空气与西南暖湿气流在华南沿海交汇，将有利于形成对流，使“龙舟水”期间降水量大。由于“龙舟水”的成因比较复杂，因此有必要继续对广东“龙舟水”进行深入的研究。

本研究采取“龙舟水”时间段为每年5月21日—6月20日，分析的时间长度为1972—2012年，使用广东省86个测站的逐日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料。

1 广东龙舟水时空分布

对1972—2012年广东86站“龙舟水”降水场进行EOF分析，得到主要空间模态和对应的时间变化特征。其中，前2个特征向量分别解释了总方差的49.3%和13.2%，基本可描述广东“龙舟水”降水的空间分布特征。在此仅对这2个特征向量场进行描述。图1为广东“龙舟水”降水EOF的前2个模态、所对应的标准化的时间系数和时间系数的墨西哥帽小波变换系数。可以看到，第1模态为全区基本一致型（图1a），具体表现为全区降水基本一致偏多或偏少，仅雷州半岛西部与广东其余地区降水趋势相反。其空间分布与广东“龙舟水”降水量多年平均分布非常相似。其对应的时间系数与广东“龙舟水”降水序列相关系数高达0.99，远超过99%信度水平，说明该模态是广东“龙舟水”降水变化的最主要特征。并且时间系数（图1b）具有明显的年际变化特征，小波分析显示其有8～12年周期（图1c），从20世纪90年代开始，该周期越来越明显。另外，时间系数显示在1972年至2012年间，正位相（20次）和负位相（21次）出现频数大致相同，前期2者数值大小相近，自2005年以来，正位相的数值明显增大，使得序列略有增多的趋势，尤其在2008年，全省“龙舟水”期间平均降水量达625.8 mm，超过多年平均值（1972—2012年）310.4 mm的1倍多，为广东有完整观测记录以来录得的最大值。有研究指出近年来广东“龙舟水”降水异常是由前一年冬季的气候因子异常引起［13］。

第2模态为东北-西南反位相型（图1d），正负降水变异中心分别位于粤东的海丰-陆丰-惠来沿海地区和粤西的阳江-台山沿海地区，其中以粤西阳江附近的变异中心较明显。具体表现为当粤东降水偏多（少）时，粤西降水偏少（多），这种东西振荡的信号明显。相应的时间系数在20世纪80年代中期以前以正值为主，说明以粤东降水偏多为主；而从80年代后期开始具有明显的年际变化特征（图1e），但负值年的振幅较大，变化周期也以2～4年为主，表现在时间系数的线性趋势上，有较明显的下降趋势。

图1 1972—2012年广东“龙舟水”降水年际变化EOF的第1特征向量（a）及其所对应的标准化的时间系数（直方图）及其线性趋势（虚线）（b）和时间系数的墨西哥帽小波变换系数（实部）（c）；第2特征向量（d）及其所对应的标准化的时间系数（直方图）及其线性趋势（虚线）（e）和时间系数的墨西哥帽小波变换系数（实部）（f）

2 “龙舟水”降水异常年环流特征

对第1章得到的EOF前2个模态的极值年进行合成分析，来了解广东“龙舟水”异常年的环流特征。将EOF的前2个模态所对应的标准化时间系数（图1b、图1e）中＞1的年份作为大值年、＜-1的年份作为小值年，得到2个模态的极值年（表1）。分别对2个模态的极值年进行环流合成特征分析。

表1 EOF前2个模态的大、小极值年年份

首先，分析1972—2012年广东“龙舟水”期间的平均环流形势。200 hPa上，中高纬以西风为主，以日本及附近区域上空为主要极值中心的东亚副热带急流清晰可辨，南亚高压中心位于中南半岛北部至阿拉伯半岛上空，广东位于高压东部边缘区域，上空有辐散；500 hPa上副热带高压588 dagpm线位于130°E以西地区，南支槽位于孟加拉湾附近，广东位于槽前西南风影响区域；850 hPa低空急流位于阿拉伯海、印度半岛至中南半岛一线，广东地区为一致西南风，且风速均在4 m/s以上；此外，500 hPa垂直速度场（图略）上，长江及其以南地区为一致的上升区，其中华南上空为上升运动极值区。

2.1 EOF第1模态正极值年合成分析

图2为广东“龙舟水”降水量EOF第1模态正极值年合成的距平环流场。在200 hPa距平风场（图略）上，从中亚到北太平洋一带的中纬地区，风场异常呈距平反气旋式和距平气旋相间排列，华南上空有西风距平，并伴随有散度正距平中心（辐散异常），有利于加强高低层之间的抽吸作用。500 hPa位势高度距平场（图略）上，贝加尔湖附近-渤海湾附近-日本以东海域一线呈负-正-负环流异常，表明东亚大槽较常年偏东。500 hPa位势高度场（图略）上东亚大槽位于中国东部沿海，呈东北-西南走向，槽底拖至四川、贵州一带；副高较平均场偏西偏南，其西伸脊点位于120°E附近，脊线位于15°N附近。广东位于东亚大槽前和副高西北边缘之间，为一致西南风。在850 hPa风场距平（图略）上，华南及其沿海地区风场异常呈气旋式旋转，而在南海中北部至吕宋岛东部洋面上空为一个显著的距平反气旋，表明西太副高较常年西伸；在华南的气旋式距平环流和南海北部的反气旋距平环流的共同作用下，华南及其沿海一带出现明显的辐合异常。在高低层距平环流和距平散度的配合下，华南上空出现强的负距平中心（图2a），中心强度达-4×10-2Pa/s，说明该地区垂直上升运动异常偏强，对应着广东龙舟水异常偏多。另外，在东亚地区，从40°N到赤道，垂直运动的异常分布呈正-负-正-负波列分布，在沿115°E的垂直速度距平经向环流剖面图（图2b）上，这种上升运动异常的波列分布非常明显，位于华南上空的异常上升运动中心和菲律宾群岛以西海面上的异常下沉运动中心尤其明显，且从低层到200 hPa一直维持。

图2 EOF第1模态正极值年合成平均环流场

2.2 EOF第1模态负极值年合成分析

广东“龙舟水”降水EOF第1模态负极值年合成的距平环流场如图3所示。

200 hPa距平流场（图略）上，在40°N附近，巴尔喀什湖至贝加尔湖的南侧出现气旋式距平风场异常，日本及附近海域上空则呈反气旋式风场异常，表明东亚对流层高层的副热带急流中心区偏北，而在中南半岛-南海北部出现弱的气旋式距平风场，华南上空为东风距平；散度距平场上可看到华南上空为辐合异常。500 hPa位势高度距平（图略）上，在110°E以东至北太平洋中部，中高纬位势高度异常自北向南呈负-正分布，东亚上空的位势高度正距平表明东亚大槽较常年偏弱。850 hPa风场距平（图略）上，华南上空有反气旋式风场异常，其中，广东及其南侧沿海区域上空为一致东北风异常，说明该型在低层西南风较常年弱，不利于水汽向华南输送；散度距平场上，广东上空为辐散异常区，配合高层辐合异常，该地出现下沉运动异常。另外，在南海至菲律宾以东洋面上空为气旋式距平风场，导致该地区上空出现上升运动异常（图3a）。在沿110°E，40°N—10°N之间，垂直速度异常呈正-负-正-负波列分布，其中，30°N—10°N的垂直速度异常分布与正极值年相反，且强度明显减弱（图3b）。

图3 EOF第1模态负极值年合成平均环流场

2.3 EOF第2模态正极值年合成分析

图4为广东“龙舟水”降水量EOF第2模态正极值年合成的距平环流场。在200 hPa距平风场（图略）上，巴尔喀什湖以西呈显著的反气旋式距平风场异常，北太平洋呈显著的气旋式距平风场异常。中国东部及近海地区呈弱的反气旋式距平风场异常，华南位于其南部弱的异常东南风区；在西北太平洋的异常气旋和我国东部的反气旋的影响下，我国东南部高层上空出现明显的异常散度，而在海南附近，包括广东西部、广西南部和南海大部有辐合异常，这与粤东降水偏多而粤西降水偏少的“龙舟水”异常型是相符的。500 hPa（图略）上，日本以东海域有位势高度负异常，异常区延伸至粤东附近，位势高度场较低有利于降水发生。500 hPa位势高度场（图略）上可看到东亚大槽位于日本附近，槽底拖至福建、江西一带，粤东地区处于槽前不稳定区。从850 hPa风场距平（图略）中可以看到，在广东上空为西南风正异常，表明该区域西南风较常年强盛，我国东南部有气旋式距平风场异常，并伴随异常辐合，表明该处有异常上升运动（图4a），而粤西至南海北部有反气旋式距平风场异常（伴随异常辐散），引起该处的异常下沉运动，使得粤东、粤西降水差异。在120°E附近，从30°N—10°S，垂直速度距平呈负-正-负波列分布（图4b）。

图4 EOF第2模态正极值年合成的平均环流场

2.4 EOF第2模态负极值年的合成分析

图5为广东“龙舟水”降水EOF第2模态负极值年合成的平均环流场。

200 hPa风场距平（图略）上，西亚、朝鲜半岛附近为显著的气旋式风场异常。中国大部为弱的反气旋式距平风场异常；在异常风场的影响下，南海北部（包括粤西地区）上空出现明显的散度异常。相应地，在850 hPa风场距平（图略）上，南海北部及华南南部上空出现气旋式距平风场异常，有利于该地区的辐合，菲律宾以东洋面上空存在异常反气旋。上述高低层的水平风场异常有利于在海南附近出现上升运动异常（图5a），对应该地区（包括粤西）降水偏多。在122° E附近，30°N至赤道之间的垂直速度距平呈正-负-正-负波列分布，但波列的强度较弱，其中强的异常上升中心由该模态正极值年时位于30°N—20°N之间向南移至20°N附近（图5b）。

图5 EOF第2模态负极值年合成的平均环流场

3 结论

1）广东“龙舟水”降水分布主要有2个模态。EOF1为全区一致型，反映了全区降水的一致变化，解释了总方差的49.3%。该模态存在8～12年的周期，并从20世纪90年代起越趋明显。自2005年以来，正位相年（广东大部降水偏多）的降水量明显增大。EOF2为东西反位相型，反映了粤东、粤西降水反位相振荡的形式，解释了总方差的13.2%。从20世纪80年代起周期以2～4年为主，且负位相年（粤西降水偏多）振幅较大。

2）广东“龙舟水”期间，平均环流形势为广东上空高层有辐散，中低层为一致西南风，并为上升运动极值区。异常年的环流特征为：（1）在EOF第1模态正（负）极值年，华南上空200 hPa层有（无）明显辐散异常；西太副高脊线偏南（偏北）；500 hPa层的上升运动较强（弱）；850 hPa上西南风强（弱）。（2）EOF第2模态正、负极值年的环流异常特征表现出明显的反相特征，尤其是在南海北部-华南地区。

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Precipitation Patterns and Analysis During the“Dragon BoatW ater”in Guangdong

GUO Zhen-mian1，JIAN Mao-qiu2，ZHANG Hong-hao1，HUANG Xian-lun1
（1.Yangjiang Meteorological Office，Guangdong Province，Yangjiang 529500；2.Center for Monsoon and Environment Research，Department of Atmospheric Sciences，School of Environmental Science and Engineering，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275）

The climatic characteristics，spatial and temporal characteristics and the causes of the“dragon boat water”（sustained heavy rain taking place in early lunar May，shortened as“DBW”）in Guangdong in the past 41 a are analyzed by using Morletwavelet analysis and EOF and SVD methods.The results are shown as follows：（1）There are two main precipitation patterns，one is the region's consistent type and the other the eastern and western anti-phase type.From the 1980s，the period of the consistent type is8-12 a，and the period of the Eastern and Western anti-phase type is 2-4 a.（2）In the years of extreme positive（negative）first EOFmode during the DBW in Guangdong，there is（no）obvious divergence anomaly at 200 hPa over South China，the West Pacific subtropical high ridge is southward（northward），upwardmotion is strong（weak）at500 hPa，and southwestwind is strong（weak）at850 hPa.In the years of extreme positive（negative）second EOFmode，the circulation anomaly shows obvious anti-phase characteristics，especially in the northern part of the South China Sea and South China.

synoptics；“dragon boatwater”in Guangdong；precipitation patterns

P46

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.06.002

2016-08-15

广东省气象局科学技术研究项目基金（2014C09）

郭圳勉（1987年生），女，工程师，学士，主要从事天气气候预测研究工作。E-mail：guozhenmian@163.com

郭圳勉，简茂球，张弘豪，等.广东“龙舟水”降水分型分析［J］.广东气象，2016，38（6）：6-11.