西北干旱区春季降水特征及其与大气环流的关系

廖晶晶，崔修来，孙 瑶，刘 闯，张凤鸣

（1.葫芦岛市气象局，辽宁葫芦岛 125000；2.营口市气象局，辽宁营口 115000；3.本溪市气象局，辽宁本溪 117000；4.朝阳县气象局，辽宁朝阳 122000）

西北地区由于处于干旱地带，大气环流异常，从地理方面进行考虑，西北地带属于内陆地带，并且由于其所处的地理条件比较特别，气候类型为干旱、半干旱型，由于气候干旱，进而导致降水量比较少，自然灾害比较严重，降水量变化程度比较大，对农业生产以及居民的生活等多个方面均产生一定的影响。

本研究分析了西北地带干旱的原因及其与大气环流的关系，研究过程中主要根据西北干旱地带的降水量问题以及大气环流所产生的联系做出明确的探讨与分析，继而有效提高人民群众对这一地带降水特点以及相关因素的了解。

1 数据来源

由于降水的时空变率比较大，而降水的样本资料在时间和空间上都十分缺乏，尤其是西北干旱、半干旱地区的人迹罕至地带，降水方面的数据资料比较少，对这一方面的研究拓展产生了严重的阻碍。本文在研究过程中所选用的是GPCP全球逐月降水数据，此种方式分辨率已经达到 2.5°×2.5°，对1979—2008年这一时期内的降水情况进行研究。在此过程中还应用了NCEP/NCAR的再分析资料（1979—2008年）100 hPa月平均高度场、200 hPa水平风场以及500 hPa月平均高度场，水平分辨率2.5°×2.5°。依照气象学的相关理论，冬季所表示的即为上一年12月到这一年度的2月份；而春季所表示的则是3—5月份；夏季所表示的是6—8月份；秋季所表示的是9—11月份。在亚洲的大陆地带中，距离海洋均比较远，并且绝大多数区域均为干旱、半干旱地带（图 1）。

2 西北干旱区春季降水变化趋势

在西北地带，干旱属于一种比较常见的自然灾害，并且在春季时期所产生的干旱现象更是能够造成无法预计的损失，主要原因则是，春季降水量比较少的话，会对这一地区同年的农产品行业丰收产生直接影响。然而对降水量造成影响的原因也包括多个方面，其中主要包括区域的差异性以及年际差异性等[1-7]。在图2中我们能够明确的观察到，西北干旱区在最近30 a以来春季的降水情况正在以波动的形式递增。该区域春季降水情况在1970—1980年比较稳定，并且波动不大，降水情况比较均衡，普遍较小；在1980年之后直至1995年这一时期降水情况显著提升，但是存在一定的波动性；直至2001年降水量出现相应程度的降低，在此过程中波动现象较多，90年代中期春季降水量最少，21世纪开始降水量出现相应程度的递增，并且十分显著，在2003年时春季降水量最多，且逐年上升。

3 西北干旱区春季降水与同期大气环流的相关特征

西风带的干扰对北大西洋气候地带以及东亚季风气候地带产生严重影响，并对二者之间产生相应的联系，从根本上均主要操控着东亚季风北方地带的边缘处，并且其任何一项改变均能对我们国家季风地带的降水情况产生一定的影响。在西北干旱地带中，其水汽传递形式通常情况下均受到西风环流以及南亚季风的作用，前者主要是采用自西向东的方式，而后者主要源自于孟加拉湾等区域（图3）。

4 西北干旱区春季多雨年、少雨年大气环流的合成分析

4.1 春季西北干旱区降水多年、少年的选取

对于降水多、少的测定方式有许多种，本研究是使用西北干旱、半干旱区域特定位置的全部春季（3—5月）降水总量作为一个标准，算出间距和均方差的数值，在距平＞均方差时设定为多雨年，在距平＜负的均方差时则设定为少雨年。通过这种方式我们看出了西北干旱区1978—2008年的春季中共6个多雨以及2个少雨年。

4.2 100 hPa高度场合成分析

图4是西北干旱地区春季在同一时期100 hPa高度场距平组成以及差值t检验的对照图，对这种春季多雨的时期（图4 a），中南亚高压已明显显现出来，处于偏南方向，这时该高压已经越过南半岛向其进行运动，在这时高原的东部区域也处在被南亚高压的西北侧的西南气候所掌控，为该地区的干旱地带增加了很多降水量。此外，极涡相对来说也很强，这有助于冷空气南下，并且对西北干旱区域进行降水，在这里，对春季多雨的时期，在赤道周围及其区域内的100 hPa高度成为了特殊地区。我国的中纬度很多区域都为负距平地区。春季少雨年（图4b），南亚高压形成的情况不是特别显著，这种情况对于西北干旱、半干旱区域的降水极为不利。极涡地域在偏东北位置，其力量较小，对于冷空气向南移动也有着不利的影响，这时赤道中纬度地域的负值区减小并且向南方向进行转移，国内大陆中纬度区域依然作为大面积的负距平地区，但在西北区域内有一个最高的中心位置。对西北干旱地区春天时候的多、少雨年之间的差距使用t检验方法（图4c）进行检测，能够了解东、南太平洋区域内和其他海域地区当中的高度改变情况是影响该地区春季水量的重要方式，经过ɑ=0.05的显著性检验。

4.3 200 hPa纬向风场的合成分析

对流位置中风场的面积对于水汽传送有着直接的影响。我国西北区域地域较突出，在大面积环流上基本受到西风带的限制，这种风带作为北大西洋区域以及东亚季风相互之间的纽带，在某种程度上掌握着东亚季风北部的情况。图5为春季该区域位置的降水程度较多（a）、少（b）雨年200 hPa纬向风场对于两者之间的检验（c）。由图5中能够了解到，该区域当中以及上游区域春季在多雨时期的西风环流要比少雨时期的强很多。在春季多雨时期，很多数据均为正数，并在北纬30°区域当中风比较大。但在春季少雨时期负数的区间段比较多，能够在40°N以及50°N当中可以看到，这个时候风力不算太大。在西风环流很强的时候，因为西风环流带出了水汽很重，因此，就有很大可能出现降水情况。从图5（c）能够看出，黑海、里海等区域和国内西北区域的纬向风场改变对于西北干旱、半干旱区域春季降水产生了重大影响，并经过了ɑ=0.05显著性检测。

4.4 500 hPa高度场的合成分析

对多雨、少雨年及其同期500 hPa区域场进行探究。图6能够观察到：对于春季多雨时期（图6a），西北区域的西北位置30°N以北就是特别显著的负距平地域，并有着很大的负距平位置，其最小值已经为-40 gpm，国内东部区域通常为正距平地域，这样大小的场距平的改变情况直接表现了西北区域上面的位置高压脊有很大的消弱情况，下面的东亚大槽也有着很大的消弱情况，南支槽其消弱程度有着增加，在环流体当中对于冷空气向南进行转移有着不良的影响。但是，能够促进南方的暖湿气流向北进行转移，导致西北地域有降水情况出现；对春季少雨时期（图6b）情况恰好相反；西北其余部分40°N以北有正距平位置，东部出现很大的负距平位置，西北南部较小的正距平。上述情况能够证明西北区域部分高压脊逐渐增加，东部东亚大槽也在增大变强，南支槽在同一时期为削弱状态，这种情况对于西北冷空气向南移动是很有帮助的，热冷空气在偏东南位置进行交汇。因此，西北区域出现干旱少雨的情况。对西北春季多、少雨时期500 hPa高度场之间的相差程度使用t检验（图6c），能够看出：阿拉伯海，我国东北位置、黄海区域当中还有中印度洋区域高度场改变程度是影响西北干旱区春季降水的重要因素，并经过了ɑ=0.05的显著性水平检验。

综上得出，该区域当中春季的降雨情况和500 hPa该纬度西风情况、东亚大槽和南支槽的地域有着密不可分的关联，新疆北部地域的高压脊等位置有减弱的情况，并且南支槽的情况增强，对于该区域的春季降水情况是十分有益的。

5 结论

文章主要分析了西北降水与大气环流场的关系，从分析中我们可以得出以下结论：

西北区域当中有30 a的时间春季的降水量都在呈增大的趋势。2003年春季降水总量是最近这30 a当中最强的年份，1995年春季的降水为最近这30 a当中最少的年份。

在黑海等区域内以西为明显的西风情况，这就能够帮助增加西北干旱区的降水情况；与此相反，如果在黑海等区域内以西为不明显的西风情况，则不能帮助增加西北干旱区的降水。

西北地区春季降水相对较多，冬季几乎没有降水，由于我国地势东低西高，同时平均地势高度不断增加。所以，越向西大气压力不断提升，由于其独特的气候因素，导致我国西北地区的降水呈现出循环性下降，和地区性降水有着明显的差异。相对而言，在我国东北地区和美国密西西比河地区的降水也是由于气压和地势的影响呈现夏冬降水多，春秋降水少的情况。综上所述，导致西北地区春季雨水少的主要原因是大气层在西北地区的环流形式；其次，西北地区较高的地势也起到了一部分作用。所以，每年北美的大热潮时，西北地区的雨水量会相对增加。同时，在西北地区的南部气压越高，也会使西北地区的雨水量增加。太平洋副热带高压越高则西北地区的雨水就越多，与此同时，每年大热潮来的次数越多，则西北地区雨水量也就越多。

南亚地区气压升高较快，比较容易在西北地区形成大气漩涡，由于大气漩涡的存在，冷空气容易在我国的西北地区与从南方而来的热空气交汇，从而形成降水。所以，地质研究人员发现，这种情况较多的年份西北地区的降水也会随之增加。同时，平均地势海拔的增加，这一现象仍然存在。所以，这种情况来临次数多的年份，在整个西北地区，无论地势、气候，还是地形特点，西北地区平均降水量均会增加。因此，影响西北地区春季降水的主要原因仍然是东南太平洋和西部阿拉伯海气压场的变化，并且对农业生产以及居民的生活等多个方面均产生一定的影响，对其的研究有着重要意义。

参考文献：

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