榆林春季首场透雨的气候特征分析

侯庆国

(榆林市气象局，陕西榆林 719000)

关于春季透雨的研究比较多，郭江勇等[1]用EOF和REOF方法分析了甘肃地区春季透雨的时空分布，并分析了其与环流形势的关系；李辑等[2]研究了辽宁地区春播第一场透雨的季节分布特征和透雨量与播种期降水量的关系；纳丽等[3]用Mexihat小波等方法分析了宁夏首场透雨的气候特征及环流特征。虽然关于春季透雨的研究较多，但关于榆林地区春季透雨的研究较少。榆林地处黄土高原和毛乌素沙地交界处，属于干旱、半干旱区，春季降水对农林果树的抽芽、生长、结果都有着重要的意义。同时，春季也是榆林地区沙尘暴多发期,研究榆林春季首场透雨的气候特征，总结其变化规律有助于透雨的预报、预测,对春季抗旱、农作物生长有重大意义, 同时，也对预报春季沙尘天气的缓解与否有一定的意义。

1 定义及资料选取

对于干旱、半干旱地区春季透雨的研究[1-3]多采取站点日降水量≥10 mm为透雨标准。榆林地区处于干旱、半干旱区，也使用此标准统计分析榆林市12个国家级气象站1978—2018年3—5月降水数据，并规定有三分之二以上站同时达到透雨标准，则称为一次区域性透雨过程。规定出现降水的各站降水量的平均值为首场区域性透雨雨量。对春季每场区域性透雨出现降水的站点的降水量求平均值，即为春季区域性透雨平均雨量。榆林12个国家站春季累计降水量的平均值称为春季平均累计降水量。采用1980—2018年高空资料归类总结春季首场区域性透雨的环流形势，并用2000—2018年NCEP 1°×1°再分析资料分类求平均场，分析环流形势。

2 单站首场透雨的气候特征

将榆林各站历年春季首场透雨出现日期变换为日期序列：将春季第一天3月1日记为1，3月2日记为2，3月3日记为3，依次类推，至5月31日记为92。对各站春季首场透雨日期序列求平均，得出榆林各站春季首场透雨平均出现日期的分布状况(图1)。可以看出，春季单站首场透雨平均出现在4月中下旬。清涧县较早，平均出现在4月14日；定边较迟,平均出现在4月25日。春季单站首场透雨从东南向西北逐渐推迟，西北部地区平均日期出现在4月下旬，东南部地区平均日期出现在4月中旬。

图1 1978—2018年榆林单站首场透雨平均日期序列分布图

对春季首场透雨日期序列求距平与标准差，取距平大于标准差的2倍作为异常标准[2]。标准差值为22.5，因此规定，距平≤-45为异常偏早年，-45<距平≤-22.5为偏早年，-22.5<距平<22.5为正常年，22.5≤距平<45为偏迟年，距平≥45与未出现春季透雨的年份为异常偏迟年。根据上述划分标准对榆林各站春季首场透雨出现日期距平值求频率(表1)。分析结果显示，除定边外各县区均出现一次异常偏早年。西北部地区偏早年频率低于东南部，清涧偏早年频率最高，为24%。西北部地区的偏迟年频率高于东南部，府谷的偏迟年频率最高，为24%。41 a中各站有3～9 a未出现透雨；东南部地区的异常偏迟年较少，吴堡频率最低，为7%；西北部的异常偏迟年较多，横山的频率最高，为22%。可见，榆林东南部地区春季首场透雨出现早，西北部迟。

表1 榆林各站1978—2018年透雨出现频率 %

利用线性倾向估计的方法分析各县区历年春季单站首场透雨雨量的时间变化趋势，结果见表2。由春季单站首场透雨雨量的气候倾向率(b)可以看出，除府谷、绥德变化较小外，其余站点雨量随年份呈减少趋势，榆阳减少最明显，气候倾向率为-1.8 mm/10 a。除清涧外各县区首场透雨雨量与年份的相关系数r均高于t检验的相关系数阈值(r0.1=0.25)，通过相关系数显著性检验。

表2 1978—2018年榆林单站首场透雨雨量气候倾向率b和首场透雨雨量与年份的相关系数r

3 首场区域性透雨的气候特征

41 a间共有30 a出现了春季区域性透雨，春季首场区域性透雨的平均日期为4月28日。用上述统计透雨日期序列的方法，计算出30 a间春季首场区域性透雨的日期距平序列。从图2可以看出，透雨日期随年份的变化整体呈偏早趋势，多项式趋势线表明1978—2003年首场春季区域性透雨日期随年份变化有明显的偏早趋势，2004—2018年趋势较平稳，没有明显的变化趋势。平均间隔4 a出现一次透雨较早年，其中明显的较早年为1981、1990、1999、2007、2017年，平均间隔9 a出现一次。最早的为2007年，出现在3月3日。将11 a未出现的区域性透雨包括在内，平均4 a出现一次较迟年。

图2 榆林1978—2018年首场区域性透雨日期距平(直线为线性趋势线；曲线为多项式趋势线)

对春季首场区域性透雨雨量、春季区域性透雨平均雨量和春季平均累计降水量分别求距平(图3)，春季首场区域性透雨平均降水量为17.8 mm，春季区域性透雨平均降水量为16.9 mm。从图3可看出，首场区域性透雨雨量距平的年际变化呈下降趋势，多项式趋势线显示1978—1993年呈弱的上升趋势，1994—2018年呈明显的下降趋势。正距平仅占总数的20%，但个别年份降水偏多。1988年、1991年和2009年降水量较多，其中1991年降水量异常偏多，距平值高达34.0 mm。春季区域性透雨平均雨量距平图中，除1998年降水量明显偏多、2018年降水偏多以外，其它年份距平分布与首场区域性透雨雨量距平分布基本一致，变化趋势也类似。春季平均累计降水量距平图中，从线性趋势线可以看出其整体呈上升趋势，多项式趋势线说明1978—2003年降水趋势没有明显的变化，降水明显偏多的年份与前两者基本一致，2004年之后降水呈偏多的趋势，与前两者相反，且降水偏多年份明显增多。在2003年之后榆林春季小于10 mm的降水过程和未达到区域性降水的过程比以往增多，造成了后期的相反趋势。平均每年首场区域性透雨雨量占春季平均累计雨量的三成。

计算春季首场区域性透雨出现日期与雨量的相关系数，为0.28，呈正相关，相关系数高于t检验的相关系数阈值(r0.1=0.25)，通过显著性检验，说明透雨出现的越迟，其对应的降水量越大。春季首场区域性透雨日期与春季区域性透雨平均雨量的相关系数为0.22，同样呈正相关，但未通过显著性检验。春季首场区域性透雨出现日期与全市春季平均累计降水量的相关系数为-0.31，呈负相关，通过t检验的r0.1=0.25显著性检验，表明春季首场区域性透雨出现时间越早，春季累计降水量越大。春季首场区域性透雨降水量与春季平均累计降水量的相关系数为0.66，呈正相关，也通过了t检验的r0.1=0.25显著性检验，且相关性很高，可见春季首场区域性透雨雨量大时，对应当年春季累计降水量也比较大。

图3 榆林1978—2018年春季雨量距平图(实线为线性趋势线；虚线为多项式趋势线)

4 首场区域性透雨的主要环流形势

4.1 环流形势分型

对1980—2018年间榆林春季首场区域性透雨过程29个个例的环流形势进行分析，将春季透雨的主要环流形势分为高原槽型、乌拉尔山阻塞高压型、北脊南槽型和两槽两脊型。其中高原槽型出现了9次，概率为31%；乌拉尔山阻高型出现了8次，概率为28%；北脊南槽型出现了7次，概率为24%；两槽两脊型仅出现了5次，概率为17%(表3)。

表3 1980—2018年春季首场透雨环流形势分型

4.2 环流形势

4.2.1 高原低槽型 图4为2000—2018年出现的所有高原槽型的500 hPa高度场和700 hPa风场的合成图。高原槽型表现为，500 hPa欧亚地区北纬径向度较小，40°N以南地区形成两脊一槽型。咸海以南和我国东部沿海为高脊，高原东侧到孟加拉湾维持一长波槽,长波槽位于95°E附近，低层配合一支>12 m/s的西南气流，在榆林上空有明显的辐合。地面上冷空气主要从西路或西北路侵入。在此形势下，由于高原暖湿气流活跃，上下层系统配合较好，形成透雨天气过程。

图4 2000—2018年高原槽型500 hPa平均高度场(单位：dagpm)和700 hPa平均风场

4.2.2 乌拉尔山阻塞高压型 图5为2000—2018年出现的所有乌山阻高型的500 hPa高度场和700 hPa风场的合成图。500 hPa以乌拉尔山附近维持高压脊为主要特征，贝尔加湖到巴尔喀什湖有一横槽，南支在95°E附近维持一低槽。副高588 dagpm线位于台湾到海南一线，低层维持一支西南气流，在榆林上空有明显的辐合。地面上的冷空气大多从西北路侵入。由于脊前不断有冷空气东移南下与暖湿气流相结合形成透雨。

图5 2000—2018年乌山阻高型500 hPa平均高度场(单位：dagpm)和700 hPa平均风场

4.2.3 北脊南槽型 图6为2000—2018年出现的所有北脊南槽型的500 hPa高度场和700 hPa风场的合成图。500 hPa 50°N以北的亚洲上空为Ω型，乌拉尔山以西及贝尔加湖以东为低槽，西伯利亚为高脊，35°～50°N地区为平直西风气流，南支在高原东南部至孟加拉湾有一长波槽。低层有偏南暖湿气流与低空切变存在。地面冷空气多从北路侵入陕西。由于此种形势比较稳定，中纬度平直气流中不断有小波动东移与南支槽结合，这种形势下常以稳定持续的降水过程形成透雨。

图6 2000—2018年北脊南槽型500 hPa平均高度场(单位：dagpm)和700 hPa平均风场

4.2.4 两槽两脊型 图7为2000—2018年出现的所有两槽两脊型的500 hPa高度场和700 hPa风场的合成图。500 hPa 40°N以北呈两槽两脊型，40°N以南地区气流平直多波动，贝尔加湖以东和乌拉尔山附近分别为高压脊，贝尔加湖至我国内蒙古地区和乌拉尔山以西分别为低压槽。榆林上空处于贝尔加湖至我国内蒙古地区的低槽前部，与低层西南暖湿气流和低空切变相配合。地面冷空气从西北路或北路侵入。暖湿气流与低层系统配合较好，使稳定的降水过程形成透雨。

图7 2000—2018年两槽两脊型500 hPa平均高度场(单位：dagpm)和700 hPa平均风场

5 小结

(1)榆林春季单站首场透雨平均出现在4月中下旬；东南部地区早、西北部迟；东南部地区的异常偏迟年较少，偏早年较多，西北部相反。

(2)春季首场区域性透雨平均出现时间为4月28日，平均间隔4 a出现一次较早年，间隔9 a出现一次明显偏早年；出现日期年际变化呈偏早趋势，降水量呈减少趋势。春季首场区域性透雨出现时间与降水量呈正相关，与春季平均累计降水量呈负相关；降水量与春季累计降水量呈正相关，且相关性较高。

(3)春季首场区域性透雨环流形势分为四种：高原低槽型，500 hPa以高原东侧到孟加拉湾维持一长波槽为主要特征；乌拉尔山阻塞型，500 hPa以乌拉尔山附近维持高压脊为主要特征，贝尔加湖到巴尔喀什湖有一横槽，南支在95°E附近维持一低槽；北脊南槽型，500 hPa 50°N以北的亚洲上空为Ω型，35°～50°N地区为平直西风气流，南支在高原东南部至孟加拉湾有一长波槽；两槽两脊型，500 hPa 40°N以北呈两槽两脊型，40°N以南地区气流平直多波动。