近44年内蒙古夏季降水与大气环流特征分析

葛海燕

摘要 利用1971—2014年内蒙古110个站夏季降水资料、NCEP/NCAR逐月平均高度场、风场格点资料和NOAA月平均海表温度资料，采用EOF分解、蒙特卡罗统计检验、合成分析等方法，探讨了近44年内蒙古夏季降水的时空特征、夏季降水第一模态的环流特征。结果表明，近44年来内蒙古夏季降水量呈减少趋势，减少幅度23.38 mm/44 a。夏季降水偏多年500 hPa位勢高度距平场欧亚范围中高纬地区自西向东为“+ - +”波列分布，偏少年呈“- + -”分布，环流系统的关键区在乌拉尔山和贝加尔湖附近。影响夏季降水的环流因子众多，西太平洋副高西、AO、经纬向环流等都对降水有明显影响。850 hPa夏季降水偏多年与偏少年风场显著差异出现在我国东北的气旋性涡旋中心位置不同。

关键词 夏季;降水偏多（少）;空间模态;大气环流;海表温度

中图分类号：P434.5 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）03–0081–03

内蒙古自治区（以下简称内蒙古）地处中国北部边疆，自东北向西南呈弧状。由于内蒙古所处的地理位置和地形特点，海洋湿润气流难以深入，具有温带半干旱、干旱气候特点。内蒙古降水稀少，变率大，干旱严重，年降水量介于50～500 mm，自东向西减少，降水时段多集中在夏季，夏季降水占全年总降水量的60%～75%，因此，研究内蒙古夏季降水异常的原因及规律，提高预测准确率，积极防御降水异常所造成的重大经济损失，是目前防灾减灾工作的迫切需求。

黄荣辉等[1]研究得到1965年后中国华北夏季降水明显减少，从20世纪90年代中期开始华北北部的降水增多。尤莉等[2]分析1961—2012年夏季6—8月内蒙古全区性少雨年远远多于全区性多雨年;8月全区出现多（少）雨站点的百分率近52 年呈显著的减少（增加）变化趋势。7月和6月全区性多（少）雨年主要表现为阶段性特征;全区性异常多雨和异常少雨年主要集中出现在20世纪60年代和90年代后。中国华北地区夏季降水与同期的环贝加尔湖地表气温在年代际尺度上存在显著的负相关关系，贝加尔湖阻塞高压与华北降水呈负相关关系[3-5]。本文探讨了内蒙古近44年（1971—2014年）夏季降水时空分布及其环流特征，并重点分析了夏季降水全区一致型所对应的大气环流特征及其相关影响因子特征，以期通过短期气候的预测因子分析，找到可预报量。

1 资料与方法

选用的资料主要包括内蒙古自治区119个站点1971—2014年6—8月合计降水资料，按照研究区域内站点尽量多、时段尽量长的原则，选取了资料记录较为完整、年代较长的110个台站降水资料。NCEP/NCAR再分析资料中1971—2014年逐月平均高度场、风场格点资料，网格距为2.5°×2.5°;NOAA月平均海表温度资料，网格距为2°×2°。本文采用的统计分析方法包括EOF分解、蒙特卡罗统计检验、合成平均等[6]。

2 内蒙古夏季降水的时空变化特征

通过分析内蒙古夏季平均降水量的变化得出，近44年来内蒙古夏季降水量呈减少趋势， 减少幅度为23.38 mm/44 a。从6阶多项式拟合趋势线上看出，内蒙古地区20世纪70年代的降水缓慢增多时段，1980s初期降水减少，80年代中期到1990s末开始进入多雨期，21世纪的前10年为少雨期，自2011年后降水有开始回升的趋势。目前对气候突变的检测比较客观、准确的方法是Mann-Kendall方法，但也只能对均值突变的检测有把握。从内蒙古夏季降水的M-K检验曲线图分析得出，20世纪70年代的夏季降水量明显增多，而在80～90年代末呈现相对稳定的波动形势，1999年呈现明显减少的态势（图1）。从UK和UB的交点可以看出，在20世纪90年代末到21世纪初出现了降水由多到少的突变现象，突变发生在1999年。

3 内蒙古夏季降水的环流特征

3.1 内蒙古地区夏季降水偏多（少）雨年的选取

为进一步了解内蒙古夏季降水的主要降水类型及其空间分布特征，对内蒙古110站1971—2014年夏季降水作经验正交函数分解（EOF分解）。EOF分析得出前3个主模态特征向量的方差贡献率分别为30.9%、15.7%、10.0%，累计方差贡献率为56.6%，以第一模态时间系数标准化绝对值大于1.0为标准，选取内蒙古全区夏季降水偏多、偏少的年份。

3.2 内蒙古夏季降水偏多（少）高度场分析

通过对夏季降水偏多年和偏少年的500 hPa高度场分析。夏季降水偏多年在50°N以北欧亚范围500 hPa位势高度场环流形势呈一脊一槽型，乌拉尔山及中西伯利亚平原为长波脊，在鄂霍次克海东北为长波槽，在40°N～50°N之间内蒙古东部有一浅槽，引导冷空气南下，与偏南暖湿气流在内蒙古地区交汇，形成有利于内蒙古夏季降水的环流形势;从欧亚范围位势高度场距平分析，异常主要表现在中高纬，乌拉尔山地区为正距平区，贝加尔湖附近为负距平区，日本海及其附近为正距平区，欧亚范围中高纬自西向东为“+ - +”位势高度距平波列分布，既有利于冷暖空气在内蒙古地区交汇，又有利于在下游形成阻挡形势，形成内蒙古夏季多雨形势（图2a）。

在夏季降水偏少年40°N以北，欧亚范围500 hPa位势高度场环流形势呈两脊两槽型，贝加尔湖附近为长波脊控制，内蒙古地区也在脊前西北气流控制下，不利于夏季多雨，距平场配置为乌拉尔山及鄂霍次克海为负距平区，而贝加尔湖附近正距平区，距平场呈“- + -”分布，冷空气南下路径偏东，不利于冷暖空气在内蒙古地区交汇，使夏季降水偏少（图2b）。

从异常偏多年减去异常偏少年位势高度场可以看出，欧亚范围中高纬位势高度差值场呈“- + -”分布，对内蒙古夏季降水影响的关键区域在乌拉尔山和贝加尔湖附近，若出现西高东低环流形势时，易出现夏季多雨型;若出现西低东高环流形势时，易出现夏季少雨型，这也是预报预测重点关注的区域（图2c）。

分析内蒙古夏季降水偏多年500 hPa位势高度场发现，西太平洋副热带高压脊线位置在全区夏季降水偏多年中有6年脊线位置在26°N～28°N之间，在脊线多年平均位置附近或略偏北，只有1993年和1998年的脊线在24°N附近。在全区夏季降水偏少年中有5年脊线位置在26°N附近，在脊线多年平均位置附近或略偏南，而1972年和1999年脊线在28°N附近，明显偏北，1980年脊线在24°N附近，明显偏南。因此，西太平洋副热带高压脊线位置对内蒙古夏季降水影响较明显，当脊线位置偏北时，较有利于内蒙古夏季降水偏多。

北极通常受低气压系统支配，当北极涛动（AO）处于正位相时，系统的气压差较正常强，限制极区冷空气向南扩展;当北极涛动（AO）处于负位相时，系统的气压差较正常弱，冷空气较容易向南侵袭。冷空气向南侵袭的强度及频繁程度对我国的气温及降水有明显影响。同期北极涛动（AO）处于不同位相时，对我国冬季气温及降水的影响明显，冬季、春季AO通过下垫面持续性异常的强迫作用对后期夏季环流异常有影响。

本文关注同期AO与内蒙古夏季降水的关系，通过对6—8月AO与夏季降水的相关分析，大部分地区夏季降水与AO正相关;分析夏季降水多雨年和少雨年与同期AO关系，多雨年AO正位相年比负位相年多，尤其是异常偏多年AO正位相年占87.5%，少雨年AO负位相年占72.7%，但异常偏少年AO正、负位相年各占一半。因此，当同期AO处于正位相时有利于内蒙古夏季降水偏多，且异常偏多的可能较大，同期AO处于负位相时有利内蒙古夏季降水偏少;对AO的分析也侧面印证了内蒙古夏季降水与冷空气强度关系密切，如果冷空气强度偏强，南下迅速，则不利于内蒙古夏季的降水;如果冷空气强度一般，南下速度较慢，同时南方暖湿空气到达的位置较偏北，冷暖空气在40°N附近相遇，对内蒙古的降水十分有利。

夏季经纬向环流对内蒙古夏季降水的影响明显，分析夏季欧亚纬向环流指数、欧亚经向环流指数、亚洲纬向环流指数和亚洲经向环流指数与夏季降水相关，欧亚和亚洲纬向环流指数与内蒙古夏季降水相关性较好，尤其是内蒙古东部负相关较明显。

在实际气象业务中，为表示欧亚或亚洲西风带是以经向环流占优势还是纬向环流占优势，常用以下指数表示： 其中IZ为欧亚或亚洲纬向环流指数， 表示欧亚或亚洲纬向环流指数多年平均值;IM为欧亚或亚洲经向环流指数，表示欧亚或亚洲经向环流指数多年平均值。当I≥0时，表示西风带纬向环流占优势;反之经向环流占优势[7-9]。

1971—2014年近44年中，有23年欧亚西风带纬向环流占优势，21年欧亚西风带经向环流占优势;44年中有25年亚洲西风带緯向环流占优势，19年亚洲西风带经向环流占优势;在夏季降水偏多年中欧亚西风带纬向环流占优势年份达75%，但亚洲西风带纬向环流占优势仅为62.5%;在夏季降水偏少年中欧亚西风带纬向环流与经向环流各占50%，而亚洲西风带纬向环流占优势为75%;通过西风带环流指数的分析，在欧亚西风带纬向环流占优势年，内蒙古夏季降水出现偏多的可能较大，如果仅仅为亚洲西风带纬向环流占优势，则出现偏少的可能较大。

3.3 内蒙古夏季降水偏多（少）风场分析

从850 hPa夏季降水偏多年、偏少年风场对比分析，可以看到从南海到40°N为一致的偏南或西南风，夏季风暴发（结束）的日期和强度对内蒙古夏季降水影响十分明显;显著差异出现在我国东北的气旋性涡旋中心位置不同，偏多年气旋性涡旋中心在（50°N，120°E）附近，涡旋底后部甩出的冷空气与南来的暖湿空气在内蒙古相遇，有利于产生降水，而偏少年气旋性涡旋中心在（55°N，130°E）附近，冷暖空气交绥在内蒙古东部及东北地区，不利于全区一致多雨。

从850 hPa夏季降水偏多年、偏少年风场距平分析，夏季降水偏多年平均的850 hPa距平（相对1981—2010年）风场中，在内蒙古东部有气旋性辐合中心，亚洲大陆东岸为南风或西南风距平，表明内蒙古夏季多雨不仅与内蒙古区域性的强烈上升运动水汽辐合有关，也与强盛的夏季风有密切关系，夏季风偏强，偏南暖湿气流到达位置偏北，为地理位置偏北的内蒙古地区带来充沛水汽;在降水偏少年平均的850 hPa距平（相对1861—2010年）风场中，气旋性辐合中心在鄂霍次克海附近，中国南方地区被北风控制，内蒙古大部分地区在东风距平控制下，表明内蒙古夏季少雨年夏季风偏弱，南方水汽通道不同，降水仅依靠东部近海水汽，对内蒙古中西部降水十分不利。

4 结论

（1）近44年来，内蒙古夏季降水量呈减少趋势，减少幅度达23.38 mm/44 a。突变分析结论是UK和UB的交点出现在20世纪90年代末至21世纪初，出现降水由多到少的突变现象，突变发生在1999年。

（2）内蒙古夏季降水偏多年500 hPa位势高度场为一脊一槽型，距平场欧亚范围中高纬自西向东为“+ - +”位势高度距平波列分布，显示冷空气位置偏北且暖湿空气强盛，冷暖空气在内蒙古地区交汇，有利于内蒙古夏季降水;偏少年500 hPa位势高度距平场呈“- + -”分布，冷空气南下路径偏东，不利于冷暖空气在内蒙古地区交汇，使夏季降水偏少。对内蒙古夏季降水影响的关键区域在乌拉尔山和贝加尔湖附近。

（3）影响夏季降水的环流因子众多，西太平洋副高西、AO、经纬向环流等都对降水有明显影响。西太平洋副热带高压脊线位置对内蒙古夏季降水影响较明显，当脊线位置偏北时，有利于内蒙古夏季降水偏多。AO与降水正相关，当AO处于正位相时降水偏多，且异常偏多的可能较大，当AO处于负位相时降水偏少;对AO的分析也侧面印证了内蒙古夏季降水与冷空气强度关系密切，冷空气强度偏强或偏弱都不利于内蒙古夏季的降水，冷空气强度一般时有利于内蒙古的降水。欧亚西风带纬向环流占优势，内蒙古夏季降水偏多的可能较大，如果仅为亚洲西风带纬向环流占优势，则出现偏少的可能较大。

（4）850 hPa内蒙古夏季降水偏多年与偏少年风场显著差异出现在我国东北的气旋性涡旋中心位置不同。而降水偏多年与偏少年850 hPa风场距平场不仅可以分析出不同位置的气旋性涡旋中心，还可以看出夏季风对内蒙古降水影响明显。

参考文献

[1] 黄荣辉，徐予红，周连童.我国夏季降水的年代际变化及华北干旱化趋势[J].高原气象，1999（4）：465-476.

[2] 尤莉，程玉琴，李卉，塔拉.1961—2012年6—8月内蒙古降水异常及环流特征分析[J].气象与环境学报，2013，29（6）： 56-62.

[3] 徐康，何金海，祝从文.近50年中国东部夏季降水与贝加尔湖地表气温年代际变化的关系[J].气象学报，2011，69（4）： 570-580.

[4] 张存杰，宋连春，李耀辉.东亚地区夏季阻塞过程的研究进展[J].气象学报， 2004（1）：119-127.

[5] 黄荣辉，蔡榕硕，陈际龙，周连童.我国旱涝气候灾害的年代际变化及其与东亚气候系统变化的关系[J].大气科學， 2006（05）：730-743.

[6] 陶诗言，张庆云.亚洲冬夏季风对ENSO事件的响应[J].大气科学，1998（04）：15-23.

[7] 陈海山，孙照渤，倪东鸿，谭桂容.东亚冬季风对秋、冬季SSTA响应的数值试验[J].南京气象学院学报，2002（6）：721-730.

[8] 晏红明，肖子牛.印度洋海温异常对亚洲季风区天气气候影响的数值模拟研究[J].热带气象学报，2000（1）：18-27.

[9] 王亚非，李琰，丁一汇.初夏东亚环流对厄尔尼诺的两种响应过程及其对中国降水的影响[J].气象学报，2012，70（1）： 39-49.

责任编辑：黄艳飞

Characteristics of Summer Precipitation and Atmos-pheric Circulation in Inner Mongolia in Recent 44 years

GE Haiyan （Chifeng Meteorological Bureau， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract Based on summer precipitation data of 110 stations in Inner Mongolia from 1971 to 2014， NCEP/NCAR monthly mean height field， wind grid data and NOAA monthly mean SST data， EOF decomposition， Monte Carlo statistical test and synthetic analysis were used. The temporal and spatial characteristics of summer precipitation and circulation characteristics of the first mode of summer precipitation in Inner Mongolia in recent 44 years were discussed.The results showed that summer precipitation in Inner Mongolia has a decreasing trend in recent 44 years， with a decreasing range of 23.38 mm/44 a. The 500 hPa geopotential height anomaly field in the middle and high latitudes of Eurasia presents a“+ - +”wave train distribution from west to east， and a“- + -”distribution distribution in the middle and high latitudes. The key regions of the circulation system were near ural Mountains and Lake Baikal. There were many circulation factors influencing summer precipitation， and the western Pacific Subtropical high， AO， and longitudinal-latitude circulation had obvious influence on precipitation. The significant difference between the long-year and juvenile wind fields of 850 hPa summer precipitation occurred in the different locations of the cyclonic vortex center in northeast China.

Key words Summer; More （less） precipitation; Spatial mode; Atmospheric circulation; Sea surface temperature