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摘 要：利用NCEP/NCAR（1981—2014年）的全球逐月经向风和纬向风、比湿和位势高度场等再分析格点资料及贵州省84个地面观测站1981—2014年7～8月降水资料，研究了东亚地区水汽输送异常与贵州旱涝的关系。分析表明：贵州7、8月降水异常旱、涝年份，东亚地区水汽输送存在显著的差异。旱年，中国大部分地区低层以东北风水汽输送为主，贵州等长江中、下游流域地区是水汽辐散区，不利于降水的产生；涝年，则以西南风水汽输送为主，贵州等长江中、下游流域地区为水汽辐合区，为贵州的降水提供了充足的水汽和能量。由此进一步证明水汽输送的建立是贵州夏季旱涝形成的重要机制。
关键词：贵州 旱涝异常 水汽输送
中图分类号：P426.616 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（a）-0078-06
Abstract：NCEP/NCAR （1981—2014 years ） Global monthly zonal and meridional wind wind， wet and Geopotential Height fields of grid data and Guizhou province 84 A ground station 1981—2014 Year 7～8 The monthly rainfall data ， Study on water vapor transport anomalies in East Asia and the relationship between drought and flood in Guizhou. Analysis shows that Guizhou， 7， and8 of monthly precipitation anomaly drought and flood years， water vapor transport in East Asia there is a significant difference. Drought， mainly low-level easterly winds water vapor transport in most parts of China， Guizhou and other areas in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin is moisture divergence， not conducive to the formation of the precipitation； wet years， mainly water vapor transport over the Southwest， Guizhou and other areas in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin is a moisture convergence areas； for Guizhou precipitation offers plenty of moisture and energy. Further evidence of water vapor transport established important mechanism of summer flood and drought in Guizhou.
Key Words：Guizhou；Abnormal drought；Water vapor transport
氣候变化的研究事实表明[1]：进入21世纪后贵州夏季降水进入一个少雨的背景时段，同时降雨过程的极端性增多，夏季旱涝急转的阶段性变化突出。对于气候预测与气象服务而言，旱涝灾害的致灾机理研究是气象防灾减灾工程的首要任务，而水汽输送异常则是一个地区旱涝变化的重要影响因子，旱涝的形成在很大程度上受制于水汽条件，前期许多学者在水汽输送对旱涝的影响方面做了大量的工作[2-12]：苗秋菊等指出[2]，高原东南部多雨中心的水汽流来自南海、孟加拉湾等水汽源，具有多通道的水汽输送特征。张雪梅[5]等的研究揭示了水汽输送强弱年的空间分布差异，在水汽输送强年中国云贵高原—长江中游—华北—东北南部有一条明显的水汽输送大值带，中国中、东部均有水汽输送，只是中国东南部和长江中下游地区水汽输送相对较少；在水汽输送弱年仅中国南方、东部沿海和东北地区南部有弱的水汽输送。黄荣辉[6]等提出了水汽输送存在经、纬向的分布差异。以上成果对于进一步探讨贵州夏季降水的水汽输送提供了一些研究的理论和方法。到目前为止，对贵州旱涝的研究中李玉柱[11]等主要从环流异常、气候变化方面进行了分析，并对其成因进行了探讨，但对水汽输送异常问题的研究工作很少，所以，很有必要对影响贵州夏季降水的水汽输送的气候特征进行深入分析，通过分析水汽输送异常的变化特征将有助于寻找贵州夏季旱涝灾害的致灾机理，对贵州旱涝的预测奠定一定的理论基础，有利于开展气象防灾减灾，从而更好地应对气候变化带来的挑战。
1 资料和方法
（1）NCEP/NCAR提供的l981—2014年逐月经向风和纬向风、比湿和位势高度场再分析资料，水平分辨率2.5°×2.5°，垂直层共12层。
（2）贵州省84个地面观测站1981—2014年7～8月降水资料。
（3）旱涝指标的确定，通过对比分析现在常用的旱涝指标，确定该文中的旱涝指标。
（4）降水的基本特征分析，采用EOF分析方法。
（5）水汽输送特征通过计算水汽通量来分析。
（6）旱涝年水汽输送异常特征通过个例分析和合成分析来研究。
2 贵州7、8月降水的基本特征
如图1所示，贵州省7月降水量EOF第一模态的时空分布及方差贡献，EOF前五模态的累积方差贡献为77%，其中第一模态的方差贡献为56%，能较好地表征出7月降水时空分布的主要特征，贵州7月降水异常的空间分布特征为全省一致性，异常中心呈东北-西南带状分布：从1981—2014年间，降水异常趋势在20世纪80年代和21世纪初至今呈偏少趋势，在20世纪90年代呈偏多趋势。
如图2所示，贵州省8月降水量EOF第一模态的时空分布及方差贡献。EOF前五模态的累积方差贡献为72%，其中第一模态的方差贡献为50%，能较好地表征出8月降水时空分布的主要特征，贵州8月降水异常的空间分布特征为全省一致性，异常中心位于黔南中部：从1981—2014年间，降水异常趋势从20世纪80年代至今的偏多趋势逐步转变为偏少趋势。
3 贵州旱、涝年指标的确定
从上述分析知道EOF1能很好表征出贵州省7、8月降水量的异常分布，如图3所示，降水量实况值的标准化时间序列与PC1的相关系数分别为0.998和0.992，表明EOF1能很好地表征出贵州省7、8月旱涝的特征。同时，贵州降水距平百分率在7、8月PC1的相关系数为0.15，但二者与夏季PC1的相关系数分别为0.81和0.58，通过90 %信度，表明贵州夏季出现异常旱、涝情况时，7、8月的降水也会出现异常，但这些异常也存在一定的差异，故该文对7、8月进行分别讨论。将贵州夏季PC1≤-0.5σ（≥0.5）及7、8月PC1≤-0.5σ（≥0.5）的年份定义为旱（涝）年，其余年份为正常年。根据此定义，贵州旱、涝年分别有5年和4年，分别为1981年、1990年、2006年、2009年、2011年和1993年、1998年、1999年、2014年。
4 贵州旱、涝年东亚地区水汽输送差异分析
4.1 贵州7月旱、涝年东亚地区水汽输送差异分析
根据确定的贵州旱、涝年，用合成分析方法，分析7月典型旱涝年经向水汽输送、纬向水汽输送、水汽输送通量、水汽输送通量散度分布特征。
图4是贵州7月旱、涝年分别进行合成的大气低层（925-700 hPa）经向水汽输送、纬向水汽输送、水汽输送通量、水汽输送通量散度距平分布图。如图4（a）（d）可见，旱、涝年7月东亚地区经向水汽输送存在明显相反的分布特征，旱年（图4（a））异常南风水汽输送中心位于30°N以北的长江以北地区，中心最大值达到9 kg/m·s-1，贵州及南方广大地区主要以异常北风水汽输送为主。另外，贝加尔湖以东存在一个弱异常北风水汽输送，整个东亚地区经向水汽输送从低纬到高纬呈现出“- + -”的异常分布特征。涝年（图4（d）东亚地区水汽输送分布正好与旱年相反，出现“+ - +”的分布形势。贵州及长江以南地区为正距平区域，中心位于台湾岛以东的西太平洋上空，最大值超18 kg/m·s-1，而北方则为负距平区域，即北风水汽输送，贝加尔湖地区出现偏南风，中心最大值小于西太平洋上空的正距平中心。贵州旱、涝年7月经向水汽输送距平分布特征差异说明，贵州降水偏少的年份，中国南方地区主要以异常北风水汽输送为主。由于这种气流主要来源于中高纬度的寒冷地区，以干冷空气为主，水汽和热量含量较少，不利于受其控制地区降水的产生，所以，易造成7月贵州地区干旱。降水偏多的年份，贵州及长江以南地区主要受来自于热带海洋地区的南风水汽输送控制，以偏南气流为主。这种气流的水汽和热量含量丰富，有利于大范围连续性降水的产生，致使7月贵州出现洪涝的几率增大，同样纬向水汽输送对贵州夏季旱、涝的形成也有十分明显的影响。如图4（b）（e）可见，旱、涝年7月东亚地区纬向水汽输送存在明显相反的分布特征，旱年（图4（b））20°～35°N纬度带基本上为异常东风水汽输送，其中从100°～170°E为显著的区域，即中国南方到西太平洋，中心值超过-18 kg/m·s-1，20°N以南的低纬度地区为异常西风水汽输送，呈西北-东南向的带状分布，中心分别位于印度半岛东部、菲律宾以西洋面和菲律宾以东洋面，最大值超过18 kg/m·s-1。 35°N以北的中高纬度地区为异常西风水汽输送，最显著的区域为朝鲜半岛-日本以东洋面，但中心强度小于热带地区，为15 kg/m·s-1，东亚地区纬向水汽输送出现“+ - +”的异常分布特征，其中热带地区的西风水汽输送和副热带地区的东风水汽输送最为显著。贵州7月降水偏多年（涝）年（图4（e）），东亚地区纬向水汽输送特征与旱年截然相反，呈现“- + -”的分布特征，20°～35°N纬度带基本上为异常西风水汽输送，其中从110°～140°E為显著的区域，即中国南方到西太平洋以东，中心值超过18 kg/m·s-1。旱、涝年东亚地区纬向水汽输送的差异说明，旱年，贵州及中国南方地区为异常东风水汽输送为主：涝年，则为异常西风水汽输送为主。图4（c）（f）是贵州旱、涝年7月东亚地区水汽输送通量和通量散度距平分布图。旱年（图4（c）），长江流域为异常偏东风水汽输送，25°N，105°E附近区域为明显的水汽辐散区，水汽输送在此分裂为南、北两支气流分别向低纬和高纬地区输送，而贵州及川东地区正好处于区域内，这种水汽输送特征表明贵州及川东地区是东亚地区一个明显的水汽辐散区，水汽在此处的辐散使该地区大气中水汽含量降低，从而不利于大范围连续性降水的产生，在30°N附近的异常反气旋和20°N附近的异常气旋使其两者之间的气流在25°N地区汇集是产生异常偏东风水汽输送的直接原因。涝年（图4（f）），分别来自于低纬的偏西风水汽输送和高纬地区的偏东风水汽输送气流在贵州地区的相遇，来自高纬的干冷空气与源自低纬的暖湿空气辐合有利于大范围持续性强降水过程的出现，洪涝发生的可能性也增大。
4.2 贵州8月旱、涝年东亚地区水汽输送差异分析
由图5可见，贵州旱、涝年8月东亚地区水汽输送异常的分布特征与7月相似，但也存在着显著差异。比较7月（图4（a）（d））、8月（图5（a）（d））经向水汽输送距平分布图可发现，旱年8月长江以南地区的异常北风水汽输送较7月更强，中心值达到-12 kg/m·s-1，远远大于7月的-6 kg/m·s-1：涝年，副热带地区的异常南风水汽输送中心已经由西太平洋上空（7月）西移到中国西南地区（8月）。同样比较7月和8月纬向水汽输送异常特征分布发现（图5（b）（e）），旱、涝年25°N附近纬度地区的异常东、西风水气输送的中心都向西移动到中国大陆地区上空，甚至西伸到西部地区，特别是涝年的8月整个长江流域为明显的异常西风水汽输送通道，表明旱、涝年8月经向和纬向水汽输送异常比7月更加显著，特别是长江流域为明显的水汽输送轴。在旱年，长江中、下游流域是异常东北风水汽输送，涝年则是异常西南风水汽输送，这一特征在8月水汽输送通量异常分布图图5（c）（f）中得到了很好印证。如图5（c）所示，旱年8月长江流域为异常东风水汽输送，较7月更偏北，贵州地区仍然为水汽的辐散区域。如图5（f）所示，涝年8月长江流域为异常西风水汽输送，同7月相比同样偏北，贵州是水汽辐合区域。由此可见，8月东亚地区水汽输送强度比7月有明显的增强，涝年的异常西南气流不仅强度增加，而且可以一直推进到黄淮地区。对比分析图5（c）（f）发现，贵州旱、涝年东亚地区水汽输送通量有如下显著特征：旱年，140°E附近的副热带地区有异常气旋式环流中心，渤海地区有异常反气旋环流中心，这两个异常环流使东北气流沿着两者之间的狭窄通道进入中国；涝年，中国东南沿海有一异常反气旋式环流中心存在，渤海地区则出现异常气旋式环流中心，两者之间的西南气流一直延伸到东北太平洋，这样一条大尺度的行星风带为整个东亚地区8月降水提供了充足的水汽条件。上述分析说明，贵州夏季降水出现异常（旱、涝）时，东亚地区同期水汽输送也存在截然相反的分布特征。旱年，长江以南大部分地区以东北风水汽输送为主，贵州及长江流域为水汽辐散区；涝年，则以西南风水汽输送为主，贵州及长江流域为水汽辐合区。东北风水汽输送为贵州地区带来高纬地区的干冷空气，使贵州受下沉气流控制，不易产生降水；西南风水汽输送则为贵州带来热带地区的暖湿空气，为贵州出现持续性降水提供充足的水汽条件和能量。
5 结论与讨论
根据上述分析，得到以下结论。
（1）贵州7、8月降水从1981—2014年间，降水异常趋势从20世纪80年代至今的偏多趋势逐步转变为偏少趋势。降水异常的空间分布特征为全省一致性，7月异常中心呈东北-西南带状分布；8月异常中心位于黔南中部。
（2）贵州7、8月降水异常旱、涝年份，东亚地区水汽输送存在显著的差异。分析指出：贵州7、8月降水异常旱、涝年份，东亚地区同期水汽输送存在截然相反的分布特征。旱年，中國大部分地区低层以东北风水汽输送为主，贵州等长江中、下游流域地区是水汽辐散区；涝年，则以西南风水汽输送为主，贵州等长江中、下游流域地区为水汽辐合区。东北风水汽输送为贵州带来高纬地区的干冷空气，造成贵州被下沉气流控制，不利于降水的产生；西南风水汽输送则为贵州带来热带地区的暖湿空气，为贵州的降水提供了充足的水汽和能量，同时指出经、纬向水汽输送的在时空的分布及强度上存在差异。
参考文献
[1]吴战平，许丹.贵州气候变化的科学事实[J].贵州气象，2007，31（4）：3-4.
[2]苗秋菊，徐祥德，施小英.青藏高原周边异常多雨中心及其水汽输送通道[J].气象，2004，30（12）：44-46.
[3]高国栋，翟盘茂.长江流域旱涝典型年大气水汽输送[J].水科学进展，1993，4（1）：10-16.
[4]周长艳，何金海，李薇，等.夏季东亚地区水汽输送的气候特征[J].南京气象学院学报，2005，28（1）：18-27.
[5]张雪梅，江志红，刘晓东，等.东亚地区水汽输送强、弱年水汽输送的异同[J].气象学报，2009，67（4）：561-568.
[6]黄荣辉，张振洲，黄刚，等.夏季东亚季风区水汽输送特征及其与南亚季风区水汽输送的差别[J].大气科学，1998，22（4）：460-469.
[7]施小英，施晓晖，毛嘉富.夏季东亚地区水汽输送年代际变化特征及其对中国东部降水的影响[J].地理学报，2009，64（7）：861-870.
[8]马京津，于波，高晓清，等.大尺度环流变化对华北地区夏季水汽输送的影响[J].高原气象，2008，27（3）：517-523.
[9]陈艳，丁一汇，肖子牛，等.水汽输送对云南季风爆发及初夏降水异常的影响[J].大气科学，2006，30（1）：25-37.
[10]周长艳，李跃清，李薇，等.青藏高原东部及邻近地区水汽输送的气候特征[J].高原气象，2005，24（6）：880-888.
[11]李玉柱，许炳南.贵州短期气候预测技术[M].气象出版社，2001.
[12]赵振国.中国夏季旱涝及环境场[M].气象出版社，1999.