張?zhí)焓?，趙蕾，蔡英纓

（1.海南省氣象服務(wù)中心，海南?？?570203；2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南?？?570203）

海南島地處熱帶地區(qū)，屬于熱帶季風(fēng)海洋性氣候，是地球上同緯度降雨量最多的地區(qū)之一［1］。關(guān)于海南島降水的研究，一些學(xué)者做了不少工作［2-4］，吳慧［5］分析了?？谘雌诓煌燃?jí)降水與旱澇關(guān)系；馮文［6］研究了后汛期特大暴雨的環(huán)流特征認(rèn)為，南海北部存在強(qiáng)盛的偏東風(fēng)低空急流是最顯著的強(qiáng)信號(hào)；吳慧［7］利用海南18個(gè)測(cè)站資料對(duì)各地月、季降水量進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，指出在0.01信度檢驗(yàn)下，春、夏、秋降水基本符合正態(tài)分布；胡德強(qiáng)［8］分析了海南島夏季降水異常的影響機(jī)制。已有的研究表明，中國(guó)的春季降水不管是在時(shí)間尺度上還是在空間分布上都與夏季有著明顯不同的特點(diǎn)［9-10］，研究海南島春季降水變化及降水的大氣環(huán)流變化特征，對(duì)弄清楚春季降水異常事件的時(shí)空發(fā)展及其氣候背景有現(xiàn)實(shí)意義。因此本研究利用海南島18個(gè)市縣國(guó)家氣象觀測(cè)站降水資料，通過小波分析、合成分析和相關(guān)分析方法對(duì)海南島春季降水變化影響機(jī)制的研究，為春季降水的預(yù)報(bào)以及水資源的利用提供參考。

1 資料和研究方法

本研究的春季定義為3—5月份，選用的資料有海南島18個(gè)市縣國(guó)家氣象觀測(cè)站（18個(gè)觀測(cè)站）1970—2016年3—5月份月降水資料；NCEPNCAR的1970—2016年逐月高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)資料，水平分辨率為2.5°×2.5°；海表溫度資料（SST）選取美國(guó)NOAA中心OISST1的1970—2016年逐月資料，水平分辨率為2.0°×2.0°。本研究采用的方法有Molet小波分析、相關(guān)分析以及合成分析方法。

2 春季降水的時(shí)空分布特征

圖1 給出了海南島春季47年平均降水分布和標(biāo)準(zhǔn)差，從圖1可以看到，從東北部到中部地區(qū)為降水高值區(qū)，其中定安春季降水量最多，平均每年達(dá)到439.5 mm，而西部、西南部和南部沿海為降水低值區(qū)，其中東方的春季降水量最少，平均每年只有129.6 mm。從春季降水量的標(biāo)準(zhǔn)差分布情況來看，自東向西呈逐漸遞減的態(tài)勢(shì)，高值區(qū)主要分布在東部沿海和中部地區(qū)，最大值出現(xiàn)在瓊海，最小值出現(xiàn)在西部地區(qū)的東方。對(duì)比降水量圖可以看出，標(biāo)準(zhǔn)差和降水量的分布并不是完全一致，降水量大的區(qū)域未必是年際變化最大的區(qū)域，東部沿海是降水量年際變化高值區(qū)，西部地區(qū)無論降水量還是年際變化都相對(duì)較小。近47年來海南島各地春季降水量線性變化趨勢(shì)不一致（圖略），降水量線性增加的有10個(gè)站，線性下降的有8個(gè)站，均未通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，趨勢(shì)變化不明顯。

圖1 1970—2016年海南島春季平均降水量（單位：mm）（a）和標(biāo)準(zhǔn)差（b）

從1970—2016年海南島春季平均降水量距平隨著時(shí)間的變化（圖2）可以看出，20世紀(jì)70年代到80年代中期、90年代前中期、2000年代為降水偏少時(shí)段；20世紀(jì)80年代后期、90年代后期，為降水偏多的時(shí)段，2009年以后降水偏多年降水偏少年交替出現(xiàn)，最大降水量年份出現(xiàn)在1997年，最小降水年份出現(xiàn)在1977年。

圖2 1970—2016年海南島春季平均降水量距平

為了進(jìn)一步分析春季降水的多時(shí)間尺度特征，對(duì)降水距平進(jìn)行小波分析（圖略），可以看到，海南島春季降水的特征時(shí)間尺度分別為2（周期為4年）和6年（周期為12年），其中6年時(shí)間尺度的振蕩較為明顯，尤其是從20世紀(jì)90年代到2000年代中期，而且有向高頻時(shí)間尺度（較短時(shí)間）方向演變的趨勢(shì)。

3 春季降水異常與大氣環(huán)流異常的關(guān)系

研究表明，降水異常往往是某種狀態(tài)的異常環(huán)流持續(xù)發(fā)展和長(zhǎng)期維持的結(jié)果［11］，那么，大氣環(huán)流異常是如何造成海南島春季降水異常的呢？本研究通過挑選降水偏多年和偏少年，利用合成分析來研究導(dǎo)致海南島春季降水量異常的氣候背景。以海南島18個(gè)市縣代表站春季降水距平百分率≥20%和≤-20%定義為降水偏多年和偏少年，由此挑選出偏多年年份為1984、1986、1997、1999、2000、2009、2012年，偏少年年份為1977、1980、1983、1991、1996、2005、2010、2011年。

從200 hPa高空?qǐng)D（圖略）上可以看到，降水偏多年，在20°N—30°N之間的我國(guó)上空為位勢(shì)高度正異常，南海為位勢(shì)高度負(fù)異常，海南島位于高壓南部，其上空位勢(shì)高度呈現(xiàn)北高南低分布狀態(tài)；而降水偏少年，南海為位勢(shì)高度正異常，海南島上空呈現(xiàn)北低南高的分布狀態(tài)。從500 hPa高空?qǐng)D（圖3a-b）上可以看到，降水偏多年，在貝加爾湖和巴爾喀什湖之間為位勢(shì)高度正異常，說明高壓脊偏強(qiáng)，有利于北方冷空氣沿著脊前偏北氣流南下擴(kuò)散到華南地區(qū)，我國(guó)東部地區(qū)到朝鮮半島、日本一帶為位勢(shì)高度負(fù)異常，說明東亞大槽偏強(qiáng)、偏南，低緯度的中南半島為低壓異常，有利于西南水汽向北輸送，菲律賓以東的西太平洋為位勢(shì)高度負(fù)異常，說明此時(shí)副高偏弱；而在降水偏少年，在貝加爾湖和巴爾喀什湖之間為位勢(shì)高度負(fù)異常，高壓脊偏弱，35°N以南的廣大區(qū)域均為位勢(shì)高度正異常，說明東亞大槽較氣候平均態(tài)偏弱、偏北，這種環(huán)流配置不利于冷空氣向南擴(kuò)散，此時(shí)也可以看出副高偏強(qiáng)，較氣候平均態(tài)偏北，中南半島、南海中北部到西太平洋為高壓異常，不利于西南風(fēng)水汽的向北輸送。從850 hPa高空?qǐng)D（圖3c-d）上可以看到，與500 hPa形勢(shì)有些類似，降水偏多年，南海北部位勢(shì)高度負(fù)異常，說明降水低值系統(tǒng)較為活躍，臺(tái)灣以東的西太平洋為位勢(shì)高度負(fù)異常，說明東亞大槽比較深厚；降水偏少年，海南島上空為位勢(shì)高度正異常，降水低值系統(tǒng)不活躍，同時(shí)也看出，東亞大槽偏北、偏弱。

圖3 海南島春季平均降水量異常偏多年（a、c）和偏少年（b、d）高度場(chǎng)距平合成（單位：dagpm）a、b.500 hPa；c、d.850 hPa

為了更清晰對(duì)比春季降水偏多年和偏少年的低層水汽輸送差異，圖4給出了850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平分布。從圖4可以看出，降水偏多年，降水系統(tǒng)較為活躍，南海北部為氣旋性環(huán)流異常，西南風(fēng)攜帶大量水汽經(jīng)孟加拉灣南部、中南半島南部進(jìn)入南海后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，與南下的冷空氣匯合造成海南島降水；降水偏少年，西太平洋偏東風(fēng)進(jìn)入南海后，分為兩支，一支向北轉(zhuǎn)向變?yōu)槠巷L(fēng)，一支繼續(xù)以偏東風(fēng)經(jīng)中南半島進(jìn)入孟加拉灣后向北轉(zhuǎn)向，而海南島正好處在偏南風(fēng)距平和偏東風(fēng)距平的分支附近，風(fēng)場(chǎng)輻散，從海南島一直到北緯30°N的我國(guó)廣大地區(qū)均為偏南風(fēng)距平控制，這種大范圍的異常偏南風(fēng)距平不利于北方冷空氣南下，南海、中南半島和孟加拉灣大部分地區(qū)均為偏東風(fēng)距平控制，說明西南季風(fēng)較氣候平均態(tài)偏弱，冷空氣活動(dòng)偏北和西南風(fēng)水汽輸送的偏弱造成海南島春季降水偏少。

圖4 海南島春季平均降水量異常偏多年（a）和偏少年（b）850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平合成（單位：m/s）

4 春季降水異常與海溫異常的關(guān)系

海溫是影響大氣環(huán)流變動(dòng)的重要因素，海溫的熱力差異會(huì)影響上空大氣環(huán)流異常，從而造成某個(gè)地區(qū)降水異常。為了進(jìn)一步研究海溫對(duì)海南島春季降水的影響，給出了降水偏多年和偏少年海溫差值分布（圖5），從圖5可以看到，有3個(gè)明顯的正負(fù)異常的海區(qū)，一個(gè)是位于赤道附近的中東太平洋海區(qū)，為負(fù)異常海區(qū)，定義為1區(qū)（180°E—150°W，10°S—10°N）；一個(gè)是位于30°N附近的北太平洋海區(qū)，為正異常海區(qū)，定義為2區(qū)（180°E—150°W，20°N—40°N），這兩個(gè)海區(qū)與徐超［12］研究的影響華南地區(qū)春季降水的海區(qū)位置有些接近，但呈相反分布；另外一個(gè)正異常海區(qū)位于我國(guó)的黃海、東海附近，定義為3區(qū)（122°E—132°E，26°N—34°N）。

圖5 海南島春季平均降水量異常偏多年與偏少年海溫差值合成分析（單位：℃）

分別取1、2、3區(qū)海溫平均值，與500 hPa高度場(chǎng)求相關(guān)（圖6），從圖6可以看到，1區(qū)海溫與500 hPa高度場(chǎng)的顯著正相關(guān)區(qū)為40°N以南的廣大區(qū)域，說明1區(qū)海溫異常偏高時(shí)，顯著相關(guān)區(qū)域的位勢(shì)高度偏高，指示東亞大槽偏弱、偏北，副高偏強(qiáng)、偏北，中南半島、南海中北部為高壓異常，不利于春季降水，海溫偏低時(shí)則相反。2區(qū)海溫與500 hPa高度場(chǎng)的顯著相關(guān)區(qū)為20°N以南的低緯度區(qū)域，另一個(gè)顯著相關(guān)區(qū)域位于日本以南的西北太平洋附近，均為負(fù)相關(guān)，說明2區(qū)海溫異常偏高時(shí)，顯著相關(guān)區(qū)域的位勢(shì)高度偏低，指示東亞大槽偏南、偏強(qiáng)，副高偏弱、偏南，中南半島為低壓異常，有利于春季降水，反之亦然。3區(qū)海溫與500 hPa高度場(chǎng)的顯著正相關(guān)區(qū)域較為寬廣，蒙古國(guó)和我國(guó)除了東北、西藏部分地區(qū)外的大部分地區(qū)，低緯度區(qū)域，西太平洋海域，其中最高正相關(guān)區(qū)域位于蒙古國(guó)和內(nèi)蒙附近，達(dá)到0.6以上，這種相關(guān)關(guān)系表明，當(dāng)3區(qū)海溫異常偏高時(shí)，蒙古國(guó)、內(nèi)蒙附近的高壓脊偏強(qiáng)，冷空氣向南擴(kuò)散，有利于春季降水，反之亦然。

圖6 500 hPa高度場(chǎng)與1區(qū)（a）、2區(qū)（b）、3區(qū)（c）海溫的相關(guān)系數(shù)分布

5 結(jié)論

1）海南島春季年平均降水量較大的地區(qū)為東北部到中部地區(qū)，東部沿海是降水量年際變化的高值區(qū)。西部地區(qū)無論降水量還是年際變化都相對(duì)較小。海南島春季降水量的趨勢(shì)變化不明顯，其特征時(shí)間尺度分別為2（周期為4年）和6年（周期為12年），6年時(shí)間尺度的振蕩較為明顯，而且有向高頻時(shí)間尺度（較短時(shí)間）方向演變的趨勢(shì)。

2）降水偏多（或偏少）年，高層位勢(shì)高度呈現(xiàn)北高（或低）南低（或高）的分布狀態(tài)，中層貝加爾湖和巴爾喀什湖之間高壓脊偏強(qiáng)（或偏弱），東亞大槽偏強(qiáng)（或偏弱）、偏南（或偏北），副高偏弱（或偏強(qiáng)）、偏南（或偏北），有利于（或不利于）北方冷空氣沿著脊前偏北氣流南下擴(kuò)散到華南地區(qū)，中南半島南海中北部低壓（或高壓）異常，低層降水低值系統(tǒng)較為活躍（或不活躍）。

3）降水偏多年，低層南海北部為氣旋性環(huán)流異常，西南風(fēng)攜帶大量水汽經(jīng)孟加拉灣南部、中南半島南部進(jìn)入南海后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，與南下的冷空氣匯合造成海南島降水；降水偏少年，冷空氣活動(dòng)偏北，西南風(fēng)偏弱。

4）當(dāng)赤道附近的中東太平洋海區(qū)的海溫異常偏低，30°N附近的北太平洋海區(qū)和我國(guó)的黃海、東海附近海區(qū)的海溫異常偏高時(shí)，東亞大槽偏南、偏強(qiáng)，副高偏弱、偏南，中南半島低壓異常，蒙古、內(nèi)蒙附近高壓脊偏強(qiáng)，有利于春季降水，反之則不利于春季降水。

本研究主要通過統(tǒng)計(jì)分析方法研究了海南島春季降水異常與大氣環(huán)流變化及海溫的關(guān)系，那么海溫是如何驅(qū)動(dòng)大氣變化，造成海南島春季降水異常，其量化的影響機(jī)制又是如何？鑒于海汽相互作用的復(fù)雜性和多樣性，今后還將進(jìn)一步以海溫為切入點(diǎn)進(jìn)行更深入研究，另外在不同時(shí)間尺度上（如季節(jié)內(nèi)振蕩、年代際變化），其影響機(jī)制是否也一樣，這些工作都需要今后做更進(jìn)一步深入的研究。