西北干旱區(qū)春季降水特征及其與大氣環(huán)流的關系

廖晶晶，崔修來，孫 瑤，劉 闖，張鳳鳴

（1.葫蘆島市氣象局，遼寧葫蘆島 125000；2.營口市氣象局，遼寧營口 115000；3.本溪市氣象局，遼寧本溪 117000；4.朝陽縣氣象局，遼寧朝陽 122000）

西北地區(qū)由于處于干旱地帶，大氣環(huán)流異常，從地理方面進行考慮，西北地帶屬于內陸地帶，并且由于其所處的地理條件比較特別，氣候類型為干旱、半干旱型，由于氣候干旱，進而導致降水量比較少，自然災害比較嚴重，降水量變化程度比較大，對農業(yè)生產以及居民的生活等多個方面均產生一定的影響。

本研究分析了西北地帶干旱的原因及其與大氣環(huán)流的關系，研究過程中主要根據(jù)西北干旱地帶的降水量問題以及大氣環(huán)流所產生的聯(lián)系做出明確的探討與分析，繼而有效提高人民群眾對這一地帶降水特點以及相關因素的了解。

1 數(shù)據(jù)來源

由于降水的時空變率比較大，而降水的樣本資料在時間和空間上都十分缺乏，尤其是西北干旱、半干旱地區(qū)的人跡罕至地帶，降水方面的數(shù)據(jù)資料比較少，對這一方面的研究拓展產生了嚴重的阻礙。本文在研究過程中所選用的是GPCP全球逐月降水數(shù)據(jù)，此種方式分辨率已經達到 2.5°×2.5°，對1979—2008年這一時期內的降水情況進行研究。在此過程中還應用了NCEP/NCAR的再分析資料（1979—2008年）100 hPa月平均高度場、200 hPa水平風場以及500 hPa月平均高度場，水平分辨率2.5°×2.5°。依照氣象學的相關理論，冬季所表示的即為上一年12月到這一年度的2月份；而春季所表示的則是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。在亞洲的大陸地帶中，距離海洋均比較遠，并且絕大多數(shù)區(qū)域均為干旱、半干旱地帶（圖 1）。

2 西北干旱區(qū)春季降水變化趨勢

在西北地帶，干旱屬于一種比較常見的自然災害，并且在春季時期所產生的干旱現(xiàn)象更是能夠造成無法預計的損失，主要原因則是，春季降水量比較少的話，會對這一地區(qū)同年的農產品行業(yè)豐收產生直接影響。然而對降水量造成影響的原因也包括多個方面，其中主要包括區(qū)域的差異性以及年際差異性等[1-7]。在圖2中我們能夠明確的觀察到，西北干旱區(qū)在最近30 a以來春季的降水情況正在以波動的形式遞增。該區(qū)域春季降水情況在1970—1980年比較穩(wěn)定，并且波動不大，降水情況比較均衡，普遍較?。辉?980年之后直至1995年這一時期降水情況顯著提升，但是存在一定的波動性；直至2001年降水量出現(xiàn)相應程度的降低，在此過程中波動現(xiàn)象較多，90年代中期春季降水量最少，21世紀開始降水量出現(xiàn)相應程度的遞增，并且十分顯著，在2003年時春季降水量最多，且逐年上升。

3 西北干旱區(qū)春季降水與同期大氣環(huán)流的相關特征

西風帶的干擾對北大西洋氣候地帶以及東亞季風氣候地帶產生嚴重影響，并對二者之間產生相應的聯(lián)系，從根本上均主要操控著東亞季風北方地帶的邊緣處，并且其任何一項改變均能對我們國家季風地帶的降水情況產生一定的影響。在西北干旱地帶中，其水汽傳遞形式通常情況下均受到西風環(huán)流以及南亞季風的作用，前者主要是采用自西向東的方式，而后者主要源自于孟加拉灣等區(qū)域（圖3）。

4 西北干旱區(qū)春季多雨年、少雨年大氣環(huán)流的合成分析

4.1 春季西北干旱區(qū)降水多年、少年的選取

對于降水多、少的測定方式有許多種，本研究是使用西北干旱、半干旱區(qū)域特定位置的全部春季（3—5月）降水總量作為一個標準，算出間距和均方差的數(shù)值，在距平＞均方差時設定為多雨年，在距平＜負的均方差時則設定為少雨年。通過這種方式我們看出了西北干旱區(qū)1978—2008年的春季中共6個多雨以及2個少雨年。

4.2 100 hPa高度場合成分析

圖4是西北干旱地區(qū)春季在同一時期100 hPa高度場距平組成以及差值t檢驗的對照圖，對這種春季多雨的時期（圖4 a），中南亞高壓已明顯顯現(xiàn)出來，處于偏南方向，這時該高壓已經越過南半島向其進行運動，在這時高原的東部區(qū)域也處在被南亞高壓的西北側的西南氣候所掌控，為該地區(qū)的干旱地帶增加了很多降水量。此外，極渦相對來說也很強，這有助于冷空氣南下，并且對西北干旱區(qū)域進行降水，在這里，對春季多雨的時期，在赤道周圍及其區(qū)域內的100 hPa高度成為了特殊地區(qū)。我國的中緯度很多區(qū)域都為負距平地區(qū)。春季少雨年（圖4b），南亞高壓形成的情況不是特別顯著，這種情況對于西北干旱、半干旱區(qū)域的降水極為不利。極渦地域在偏東北位置，其力量較小，對于冷空氣向南移動也有著不利的影響，這時赤道中緯度地域的負值區(qū)減小并且向南方向進行轉移，國內大陸中緯度區(qū)域依然作為大面積的負距平地區(qū)，但在西北區(qū)域內有一個最高的中心位置。對西北干旱地區(qū)春天時候的多、少雨年之間的差距使用t檢驗方法（圖4c）進行檢測，能夠了解東、南太平洋區(qū)域內和其他海域地區(qū)當中的高度改變情況是影響該地區(qū)春季水量的重要方式，經過ɑ=0.05的顯著性檢驗。

4.3 200 hPa緯向風場的合成分析

對流位置中風場的面積對于水汽傳送有著直接的影響。我國西北區(qū)域地域較突出，在大面積環(huán)流上基本受到西風帶的限制，這種風帶作為北大西洋區(qū)域以及東亞季風相互之間的紐帶，在某種程度上掌握著東亞季風北部的情況。圖5為春季該區(qū)域位置的降水程度較多（a）、少（b）雨年200 hPa緯向風場對于兩者之間的檢驗（c）。由圖5中能夠了解到，該區(qū)域當中以及上游區(qū)域春季在多雨時期的西風環(huán)流要比少雨時期的強很多。在春季多雨時期，很多數(shù)據(jù)均為正數(shù)，并在北緯30°區(qū)域當中風比較大。但在春季少雨時期負數(shù)的區(qū)間段比較多，能夠在40°N以及50°N當中可以看到，這個時候風力不算太大。在西風環(huán)流很強的時候，因為西風環(huán)流帶出了水汽很重，因此，就有很大可能出現(xiàn)降水情況。從圖5（c）能夠看出，黑海、里海等區(qū)域和國內西北區(qū)域的緯向風場改變對于西北干旱、半干旱區(qū)域春季降水產生了重大影響，并經過了ɑ=0.05顯著性檢測。

4.4 500 hPa高度場的合成分析

對多雨、少雨年及其同期500 hPa區(qū)域場進行探究。圖6能夠觀察到：對于春季多雨時期（圖6a），西北區(qū)域的西北位置30°N以北就是特別顯著的負距平地域，并有著很大的負距平位置，其最小值已經為-40 gpm，國內東部區(qū)域通常為正距平地域，這樣大小的場距平的改變情況直接表現(xiàn)了西北區(qū)域上面的位置高壓脊有很大的消弱情況，下面的東亞大槽也有著很大的消弱情況，南支槽其消弱程度有著增加，在環(huán)流體當中對于冷空氣向南進行轉移有著不良的影響。但是，能夠促進南方的暖濕氣流向北進行轉移，導致西北地域有降水情況出現(xiàn)；對春季少雨時期（圖6b）情況恰好相反；西北其余部分40°N以北有正距平位置，東部出現(xiàn)很大的負距平位置，西北南部較小的正距平。上述情況能夠證明西北區(qū)域部分高壓脊逐漸增加，東部東亞大槽也在增大變強，南支槽在同一時期為削弱狀態(tài)，這種情況對于西北冷空氣向南移動是很有幫助的，熱冷空氣在偏東南位置進行交匯。因此，西北區(qū)域出現(xiàn)干旱少雨的情況。對西北春季多、少雨時期500 hPa高度場之間的相差程度使用t檢驗（圖6c），能夠看出：阿拉伯海，我國東北位置、黃海區(qū)域當中還有中印度洋區(qū)域高度場改變程度是影響西北干旱區(qū)春季降水的重要因素，并經過了ɑ=0.05的顯著性水平檢驗。

綜上得出，該區(qū)域當中春季的降雨情況和500 hPa該緯度西風情況、東亞大槽和南支槽的地域有著密不可分的關聯(lián)，新疆北部地域的高壓脊等位置有減弱的情況，并且南支槽的情況增強，對于該區(qū)域的春季降水情況是十分有益的。

5 結論

文章主要分析了西北降水與大氣環(huán)流場的關系，從分析中我們可以得出以下結論：

西北區(qū)域當中有30 a的時間春季的降水量都在呈增大的趨勢。2003年春季降水總量是最近這30 a當中最強的年份，1995年春季的降水為最近這30 a當中最少的年份。

在黑海等區(qū)域內以西為明顯的西風情況，這就能夠幫助增加西北干旱區(qū)的降水情況；與此相反，如果在黑海等區(qū)域內以西為不明顯的西風情況，則不能幫助增加西北干旱區(qū)的降水。

西北地區(qū)春季降水相對較多，冬季幾乎沒有降水，由于我國地勢東低西高，同時平均地勢高度不斷增加。所以，越向西大氣壓力不斷提升，由于其獨特的氣候因素，導致我國西北地區(qū)的降水呈現(xiàn)出循環(huán)性下降，和地區(qū)性降水有著明顯的差異。相對而言，在我國東北地區(qū)和美國密西西比河地區(qū)的降水也是由于氣壓和地勢的影響呈現(xiàn)夏冬降水多，春秋降水少的情況。綜上所述，導致西北地區(qū)春季雨水少的主要原因是大氣層在西北地區(qū)的環(huán)流形式；其次，西北地區(qū)較高的地勢也起到了一部分作用。所以，每年北美的大熱潮時，西北地區(qū)的雨水量會相對增加。同時，在西北地區(qū)的南部氣壓越高，也會使西北地區(qū)的雨水量增加。太平洋副熱帶高壓越高則西北地區(qū)的雨水就越多，與此同時，每年大熱潮來的次數(shù)越多，則西北地區(qū)雨水量也就越多。

南亞地區(qū)氣壓升高較快，比較容易在西北地區(qū)形成大氣漩渦，由于大氣漩渦的存在，冷空氣容易在我國的西北地區(qū)與從南方而來的熱空氣交匯，從而形成降水。所以，地質研究人員發(fā)現(xiàn)，這種情況較多的年份西北地區(qū)的降水也會隨之增加。同時，平均地勢海拔的增加，這一現(xiàn)象仍然存在。所以，這種情況來臨次數(shù)多的年份，在整個西北地區(qū)，無論地勢、氣候，還是地形特點，西北地區(qū)平均降水量均會增加。因此，影響西北地區(qū)春季降水的主要原因仍然是東南太平洋和西部阿拉伯海氣壓場的變化，并且對農業(yè)生產以及居民的生活等多個方面均產生一定的影響，對其的研究有著重要意義。

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