近50年江淮梅雨年际变化特征与大气环流关系

杨易航 程焕友 王子牛

摘 要：本文运用我国160站50年（1961年到2010年）的降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的再分析资料，采用EOF分析、MK检验、合成分析等方法对我国江淮地区（28°N-34°N，114°E-121°E）梅雨期（6月和7月）降水的年际变化特征和环流特征进行了分析，结果发现：我国江淮地区梅雨期降水主要表现为东南—西北的反位相分布模态，时间上主要表现为1到2年的年际变化。丰梅年，南亚高压中心强度增强，东伸脊点明显偏东，西伸脊点略微偏西;副热带高压增强，乌拉尔山高压脊加强，印度半岛季风槽加深，贝加尔湖以东的鄂霍次克海阻塞高压增强，枯梅年则反之。

关键词：梅雨;年际变化;大气环流异常

1 引言

梅雨，每年6月中旬到7月上旬，长江中下游地区相对湿度大、日照时长短、连续性的降水，其特征是雨量充沛、多伴有短时的阵雨或者雷雨。梅雨作为东亚气候系统的一员，受到西太平洋副高、南亚高压、中纬度地区西风环流、中高纬度地区阻塞高压等多种大尺度环流的影响。

本文将根据相关时间的降水数据讨论江淮梅雨期降水的年际变化，并研究与梅雨期降水异常相关联的大气环流异常情况。

2 资料和方法

本文所使用的资料包括中国国家气候中心整编的中国160个测站的月降水资料，水平分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR月平均再分析资料，其中再分析资料主要使用了500hPa位势高度场、200hPa位势高度场、500hPa风场。本文研究时段为1961年到2010年，共计50年。

在查阅了以往对于梅雨的研究论文后发现，多使用6、7、8月份的降水代表夏季降水量进行分析。根据现在的研究成果：我国夏季降水分为华南前汛期（5-6月份）、江淮梅雨期（6-7月份）和华北雨季（8月份）这三部分，所以说如果用6、7、8这三个月的降水资料并不能准确的来分析梅雨季的降水，因为使用这种做法可能会模糊降水区域随时间分布的不均匀性，从而导致不同雨期降水变化特征的混淆[1]。本文主要讨论江淮梅雨的年际变化特征于大气环流关系，所以将会用6、7月份降水资料考察梅雨期的年际变化特征。

本文运用了经验正交函数分解（EOF）方法。EOF能够从一个气象场多次观测资料中识别出主要的空间型及其时间演变规律。由于目前的气象台站在做当地的气象要素趋势预报时，往往要解决的问题是单点某种时间尺度的分布状态。所以，运用正交经验分解方法来研究单站要素的时间空间二维分布是比较具有现实意义的。

本文还运用了Mann—Kendall方法检验降水序列中是否存在降水突变，可以确定出突变发生的时间。

3 我国江淮地区降水趋势与时空变化规律

3.1江淮地区降水趋势

基于中国国家气候中心整编的中国160个测站的月降水资料，对我国1961-2010年（共50年）江淮地区夏季6、7月份平均降水进行数据提取，在这里划定选取的区域的纬度范围是28°N-34°N，经度范围是114°E-121°E，共得出16个站点，分别为淮阴（清江）、蚌埠、阜阳、信阳、东台、南京、合肥、杭州、安庆、屯溪、九江、武汉、衢州、温州、贵溪、南昌。

对所得的1961～2010年50年所选江淮地区16站平均降水量与全国平均降水量进行相关系数计算，结果如图一所示，江南地区的相关系数在0.3以上，最高可达到0.45以上。其中相关系数均通过0.05的显著性检验。这表示江南地区的某一年的区域旱涝指数可以较好的体现该年江淮地区的夏季降水的总体情况。淮河地区相关系数为0.1到0.3，相关并不显著，下文将会通过EOF分析方法验证江淮地区南北是否具有差异。

再对这16个站点进行距平分析，得到16站50年的降水距平值如图二。从图二中可以看出，1980年到2010年存在很明显的年际变化，周期基本为2-3年。从降水的增减趋势来看，1961年到1969年、1978年到1983年和1985年到1998年为增加的趋势，1969年到1978年、1982年到1985年和1998到2010为减少的趋势。其中1998年到2001年降水减少趋势十分显著。

若将江淮地区16站1961-2010年6、7月份降水量距平值超过100mm作为梅雨异常多（丰梅年）的标准，低于-100作为梅雨异常少（枯梅年）的标准，由图一可以得出：在近50年中，丰梅年有7年，它们分别是，1969年、1983年、1991年、1993年、1996年、1998年和1999年;枯梅年有8年，它们分别是1961年、1963年、1966年、1967年、1978年、1985年、1988年和2004年。在下文中会对丰梅年和枯梅年所对应的大气环流进行讨论，找出梅雨期异常与大气环流异常的联系。

再對这16个站的距平资料进行累计距平处理， 得出图三，从图中可以看出，江淮地区16站梅雨期降水从1961年到1990年总体上呈现出持续减少的趋势，1990年到2000年整体上呈现为上升的趋势，2000年到2010年累积距平表现较为平稳。并且，从1961年到1968年和从1975年1979年这两个阶段，下降的趋势明显，从1990年到2000年上升的趋势明显，其它年份趋于平稳增加和减少趋势。综上所述，我国江淮地区所选取16站夏季梅雨期降水总体上为上升趋势，20世纪60年代后降水年变化都有较大变化，特别是1998年，对应的也是我国98年长江流域特大洪灾。

进一步应用Mann-Kendall检验判断江淮地区50年来的平均降雨量是否存在降水量突变，如果降水量确定存在突变，通过观察绘制的UF和UB曲线图，可以清楚的找出较为明显的突变点，如图四。

图四中出现多个突变点，分别为1969年、1971年、1974年、1976年、1980年、2000年、2002年和2004年，夏季降水在1978年到2010年均呈现上升的趋势。从图中可以看出江淮地区夏季梅雨在近50年确实发生了突变，根据上述分析可知降水总体上呈现较为显著的增加趋势。从图中还可以看出1998年和1999年这两年数值超过+1.96，说明这两年江淮地区有特大降水，也对应着我国1998年发生的长江流域特大洪涝灾害。

3.2江淮地区梅雨期降水的时空变化规律

对我国1961-2010年（共50年）江淮地区夏季6、7月份平均降水进行EOF分析，由于本文最终讨论的是江淮梅雨的年际变化特征，因此本文所选取的区域的纬度范围是28°N-34°N，经度范围是114°N-121°N，EOF的空间模态用特征向量场对距平化的时间序列进行回归后得到的空间时间分布来表示。

EOF一共分析了5个模态，得出了5个模态下的特征量和方差贡献（表一）。从表一可以看出前三个模态的方差贡献为14.43%、11.81%和11.09%均超过10%，累积方差贡献为37.33%，而后面两个模态的方差贡献不足10%，将不予讨论。

我国江淮地区降水EOF分析的第一个模态如图五，第一模态解释了总方差的14.43%。从EOF第一模态（EOF1）空间场可以看出，我国江淮地区梅雨期降水最主要的模态表现为江苏、安徽、湖南、浙江一带降水异常与湖北、河南一带的反位相分布型;也就是说江苏——湖南一带梅雨期降水异常偏少时，湖北——河南一带往往降水异常偏多，反之亦然。图五中，安徽北部和江苏沿海地区表现出了极大的反位相分布，说明江苏沿海梅雨异常多的时候，安徽北部降水异常少。相应的时间序列表现出明显的年际变化特征，特别是20世纪90年代到21世纪初表现出的1-2年周期的年际变化特征。从时间序列图上可以看出1977年表现出了极大的异常。结合时间场和空间场分析得出，江苏一带降水距平小于0，1977年梅雨期较前一年降水量减少很多。

图六给出了EOF的第二模态（EOF2）的空间时间分布型。解释了总方差的11.81%。从EOF第二模态（EOF2）空间场可以看出，江淮大部分地区表现为一致的降水异常，在湖南小部分地区有很弱的相反的降水异常，总体上呈现出南北反位相异常分布。并且，与此相应的时间序列存在非常明显的年际变化。

图七给出了EOF的第三模态（EOF3）的空间时间分布型。解释了总方差的11.09%。从EOF第三模态（EOF3）可以看出，我国江淮地区梅雨期降水最主要的模态表现长江中游、湖北一带降水异常与淮河流域、江南大部分地区的反位相分布型，在湖南小部分地区有很弱的相反的降水异常。并且，与此相应的时间序列存在非常明显的时间变化，在0值附近逐年交替，显著的显示了年际变化规律。也可以很清楚的看出1963年和1978年这两年存在较大的降水异常，1963年表现出江浙一带和湖南河南一带降水的增多，1978年表现了江淮西北一带的降水异常增多。

综合上面三个模态的分析，我国1961年到2010年江淮流域6、7月份平均降水距平EOF分析主要表现为东南—西北型的反位相分布型，三个模态共解释了总方差的37.33%，从三个模态的时间序列图上，总体上可以明显的看出1—2年的年际变化特征。这样印证了上文相关系数所表现的江淮地区南北有差异的情况。

4 梅雨异常年份的大气环流特征

4.1 梅雨异常与南亚高压的关系

南亚高压是夏季出现在青藏高原及其邻近地区上空的对流层上部的大型高压系统，它是北半球夏季200hPa层上最强大、最稳定的控制型环流系统，对夏季我国大范围旱涝分布以及亚洲天气都有重大影响[2]。Mason等最早根据国际地球物理年资料分析指出，除极涡外，南亚高压是北半球200hpa等压面上最强大、最稳定的环流系统，它与夏季北半球大气环流和亚洲天气气候有着密切的关系[3];1964年陶诗言等联系我国实际情况，进一步研究了南亚高压与西太平洋副热带高压在大陆上的进退关系，并最早的提出了南亚高压的东西震荡的概念[4]。为了研究南亚高压与江淮梅雨的异常是否有影响，在这里分别对丰梅年和枯梅年200hPa位势高度场进行合成分析，得出图八和图九，从图中可以看出，梅雨期南亚高压大部分位于青藏高原和印度半岛，但是从图中可以清楚的发现，丰梅年南亚高压的中心位置比枯梅年明显偏东。丰梅年南亚高压12500gpm线所围的面积比枯梅年明显偏大，南亚高压的中心强度明显比枯梅年中心强度偏强，丰梅年的东伸脊点明显偏东，超过了130°E，西伸脊点略微向西移动，超过了30°E。对比两张图，可以看到中高纬度枯梅年有宽广的槽区，而丰梅年上显示的就比较的平滑，并且可以看出枯梅年的高压脊偏东达到日本一带，这些都直接影响了江淮梅雨期的降水量。通过上面的分可以得出：梅雨期间200hPa整个环流形势和南亚高压的平均特征对梅雨特征和梅雨年型有着很好的对应关系。南亚高压具有非常明显的东西震荡特征，在丰梅年，南亚高压高压中心强度偏强，南亚高压面积偏大，长江淮河地区降水量增多，枯梅年則反之，并且在枯梅年，高压脊的主体偏东到达日本一带，中高纬度有宽广槽区。

4.2 梅雨异常年份的500hPa环流特征

江淮地区梅雨降水的异常必然对应着大气环流的异常，分别对丰梅年和枯梅年500hPa高度场进行合成分析（图十和图十一）。对比丰梅年和枯梅年副热带高压的5880gpm位势高度线，丰梅年稍微西移一些，更加靠近我国台湾地区;鄂霍次克海的高压脊在丰梅年较枯梅年偏西。

将1961年到2010年6、7月份的500hPa风场资料进行合成分析（图十二），以及丰梅年和枯梅年的500hPa风场进行合成分析（图十三）。通过对比发现：丰梅年中高纬度在贝加尔湖西侧为气旋型环流，在贝加尔湖以南到蒙古高原、贝加尔湖以东到鄂霍次克海、日本岛以南为反气旋型环流。在中低纬地区，在青藏高原的北部，西风急流明显减弱，东风急流加强，南支急流消失。而枯梅年则完全相反。

在丰梅年，乌拉尔山高压脊加强，印度半岛季风槽加深，贝加尔湖以东的鄂霍次克海阻塞高压增强，西太平洋副热带高压强度增强，副热带高压的脊线一直稳定在22-25°N左右。上面的这些环流形势有利于来自孟加拉湾、西太平洋副热带高压西部、南海的暖湿气流和来自西伯利亚的北方冷空气在我国长江淮河地区上空交集，所以导致梅雨期降水增多。枯梅年则相反。

5 总结和讨论

（1）基于中国国家气候中心整编的1961年到2010年共50年的中国160个测站的月降水资料，NCEP/NCAR月平均再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，本文通过选取我国江淮地区16个典型站，并于同期全国降水进行了相关系数计算，发现江南地区相关性显著，最高达到0.45，而江南以及淮河流域相关性不是很高。对16个站50年来夏季6、7月份數据进行分析，定义出丰梅年7年（1969年、1983年、1991年、1993年、1996年、1998年和1999年），枯梅年有8年（1961年、1963年、1966年、1967年、1978年、1985年、1988年和2004年），并做了这16个站总体平均的M-K检验，得出1969年、1971年、1974年、1976年、1980年、2000年、2002年和2004年这些年，江淮梅雨期降水存在突变的现象，并分析出1998年和1999年降水异常增多。

（2） 本文利用正交经验函数（EOF）方法对我国江淮地区夏季梅雨期（6、7月份）降水的时空分布特征进行了分析，分析了三个模态后发现我国江淮地区50年来的降水总体上呈现为东南—西北型反相位型，并显示出非常明显的1—2年的年际变化特征。三个模态一共解释了总方差的37.33%，并且在三个模态的时间序列图上，可以明显的看出1—2年的年际变化特征。

（3） 梅雨期间200hPa整个环流形势和南亚高压的平均特征对梅雨特征和梅雨年型有着很好的对应关系。南亚高压显示出了很明显的东西震荡特征，在丰梅年，南亚高压面积偏大，南亚高压高压中心强度偏强，江淮地区梅雨期的降水量增多，枯梅年反之，并且在枯梅年，高压脊的主体偏东到达日本一带，中高纬度有宽广槽区。

500hPa环流形势上，丰梅年，在贝加尔湖以东到鄂霍次克海、贝加尔湖以南到蒙古高原和日本岛以南地区为反气旋型环流，中高纬度在贝加尔湖西侧为气旋型环流。在中低纬地区，在青藏高原的北部，西风急流明显减弱，东风急流加强，南支急流消失。而枯梅年则完全相反。并且在丰梅年，乌拉尔山高压脊加强，印度半岛季风槽加深，贝加尔湖以东的鄂霍次克海阻塞高压增强，西太平洋副热带高压强度增强，副热带高压的脊线一直稳定在22-25°N左右。上面的这些环流形势有利于来自孟加拉湾、西太平洋副热带高压西部、南海的暖湿气流和来自西伯利亚的北方冷空气在我国长江淮河地区上空交集，所以导致梅雨期降水增多。枯梅年则相反。

参考文献：

[1] 马音， 陈文， 冯瑞权等. 我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系[J]. 大气科学， 2012， 36（2）：397-410.

[2] 毛文书， 王谦谦， 葛旭明等. 近116年江淮梅雨异常及其环流特征分析[J]. 气象， 2006， 32（6）：84-90.

[3] Mason R B，C E Anderson. The development and decay of the 100mb summertime anticyclone over Southern Asia[J]. Mon. Wea. Rev， 1958，91：3 12.

[4] 陶诗言，朱福康. 夏季亚洲南部100豪巴流型的变化及其与西太平洋副热带高压进退的关系.气象学报，1964，vol34（4）.385-395.