康恒元， 周賀玲， 劉玉蓮

（1.哈爾濱市氣象局，哈爾濱 150028； 2.廊坊市氣象局，河北廊坊 131001； 3.黑龍江省氣候中心，哈爾濱 150030）

西太平洋副熱帶高壓（簡稱“西太副高”）是東亞-西太夏季風(fēng)系統(tǒng)重要成員，我國的地理位置決定了受其影響很大. 西太副高的強度和位置與東亞季風(fēng)區(qū)的降水和旱澇有著密切聯(lián)系［1］. 西太副高西側(cè)是東亞季風(fēng)區(qū)主要的水汽輻合帶和降雨區(qū)，西太副高的北跳南撤或西伸東退直接決定我國主雨帶的位置［2］，與中國異常降水型相聯(lián)系的水汽輸送以及梅雨鋒的位置偏移都與西太副高變動緊密聯(lián)系［3］，西太副高的研究對于季風(fēng)系統(tǒng)的變率分析以及進行氣候預(yù)測都有重要意義［4-7］.

國家氣候中心一直開展對西太副高的氣候監(jiān)測，并有相應(yīng)的監(jiān)測指數(shù)描述和業(yè)務(wù)規(guī)定. 2015年，鑒于以前西太副高指數(shù)存在的問題［6］（受資料質(zhì)量限制，指數(shù)的定義標準是針對5°×10°的菱形網(wǎng)格；指數(shù)使用的500 hPa高度場數(shù)據(jù)已進行多次切換，而沒有做系統(tǒng)性誤差訂正；根據(jù)原指數(shù)定義，只有將現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行粗細插值進行計算，分辨率降低，信息丟失；原指數(shù)僅使用500 hPa高度場，而沒有考慮其他環(huán)流場信息），國家氣候中心基于氣象行業(yè)標準《西北太平洋副熱帶高壓監(jiān)測指標》（QX/T 304—2015）［8］，利用NCEP/NCAR的再分析資料重建了西太副高實時監(jiān)測業(yè)務(wù). 由于新指數(shù)和原指數(shù)使用的高度場資料在分辨率和強度上有一定差別，定義也有調(diào)整，重建的新指數(shù)相對原指數(shù)整體表現(xiàn)偏弱偏北，不同月份差異也有不同［6］.

黑龍江省位于我國的東北端，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降水主要集中在夏季. 由于農(nóng)作物生長的主要季節(jié)在夏季，故黑龍江糧食產(chǎn)量受夏季降水量多少以及時空分布影響較大. 對西太副高與黑龍江夏季降水的關(guān)系進行分析，有利于提高對該省夏季環(huán)流的理解和預(yù)測能力，可對了解該省夏季降水變化規(guī)律及合理利用水資源、旱澇監(jiān)測、防洪抗旱等提供科學(xué)依據(jù).

以往對西太副高與我國降水的相關(guān)研究較多［9-10］，但對西太副高與黑龍江降水研究較少，本研究基于重建的西太副高新指數(shù)，分析西太副高與黑龍江夏季降水的氣候特征及影響.

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

所用降水數(shù)據(jù)為1961—2016年黑龍江省內(nèi)觀測連續(xù)及臺站變動較少的61個地面氣象臺站的日降水數(shù)據(jù)（資料來自黑龍江省地面氣象觀測站網(wǎng)的地面降水監(jiān)測數(shù)據(jù)）.

西太副高指數(shù)來自國家氣候中心利用NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)和按照氣象行業(yè)標準《西北太平洋副熱帶高壓監(jiān)測指標》（QX/T 304—2015）［8］規(guī)定要求，重建的西太副高逐日（1981—2016年）和逐月（1961—2016年）指數(shù)集.

1.2 方法

西太副高指數(shù)包括副高面積（GM）、副高強度（GQ）、副高脊線位置（GX）和副高西伸脊點（GD）等，相關(guān)定義及計算公式詳見行業(yè)標準［8］.

標準化變量采用Z-Score方法，標準化變量=距平/標準差［11］. 文中用到的氣候統(tǒng)計方法計算及檢驗均依文獻［11-12］.

采用REOF方法［13-15］，根據(jù)黑龍江夏季（6月—8月）降水量資料對其降水的變異性進行分區(qū). 分區(qū)的臨界相關(guān)系數(shù)確定為0.4（n=30，P=0.05），即將REOF 載荷向量值＞0.4 的區(qū)域劃分為一個降水氣候區(qū). 選各區(qū)載荷向量最大的3個臺站為代表站（圖1）. 1區(qū)：龍江、林甸、齊齊哈爾；2區(qū)：穆棱、雞西、林口；3區(qū)：賓縣、木蘭、通河；4區(qū)：雙鴨山、集賢、佳木斯；5區(qū)：呼瑪、孫吳、黑河. 圖中紅色圈臺站為各區(qū)代表站. 以各區(qū)代表站的日平均降水量為分區(qū)日降水量（單位：mm），平均降水概率為分區(qū)日降水概率（單位：d），代表站最大雨強為分區(qū)日最大雨強（單位：mm/d）.

圖1 臺站分布及分區(qū)Fig.1 Station distribution and zone

區(qū)域降水平均采用算術(shù)平均，距平為相對分析期均值，文中顯著相關(guān)未說明者均指通過0.05顯著性水平檢驗. 年內(nèi)日序按Julian Day［16］方法計數(shù)，6月1日為第152天，8月31日為第243天. 氣候期取1981—2010年.

2 分析結(jié)果

2.1 黑龍江省夏季降水和西太副高的氣候特征

黑龍江省1981—2010 年降水量平均526.2 mm，中部偏多，最多區(qū)域在張廣才嶺西麓（尚志，656.5 mm）和小興安嶺向三江平原過渡帶（鶴崗，651.4 mm；伊春，626.2 mm）. 降水向外輻散減少，西部降水最少，最少區(qū)域在西南的泰來（397.1 mm）和杜爾伯特（419.5 mm）. 東部三江平原的中部向南張廣才嶺有一個條狀少水區(qū)，向東降水又增多. 夏季降水量和年降水量空間分布多水區(qū)域基本一致，全省平均343.2 mm，中南部和中北部降水最多（尚志，424.9 mm；鶴崗，424.3 mm）. 少水區(qū)較分散，最少臺站是西部的泰來（285.4 mm），其次是東部三江平原東北部的寶清（287.6 mm）和東南張廣才嶺的東寧（293.1 mm）. 年內(nèi)大部的降水集中在夏季，全省平均為65.2%，夏季降水量占年降水量比例最大區(qū)域是西南部的松嫩平原，最大值是明水（72.9%）和安達（72.8%）. 夏季降水量占年降水量比例最小的區(qū)域是東部三江平原（虎林，54.2%）和張廣才嶺（綏芬河，57.1%；東寧，57.4%），全省在亞洲西太平洋季風(fēng)區(qū)范圍內(nèi)［17］. 季內(nèi)日降水量極值，6月份出現(xiàn)在富裕（2009-06-19，148.9 mm），7月份出現(xiàn)在雙城（1988-07-17，152.9 mm），8月份出現(xiàn)在甘南（1998-08-10，201.6 mm）.

由圖2 a可以看出：黑龍江夏季降水7月最多（139.9 mm），占夏季降水的40.8%，降水最多區(qū)域在中南部（尚志，183.9 mm）；6 月最少（85.8 mm），占夏季降水的25.0%，多水區(qū)在小興安嶺向三江平原過渡帶（鶴崗，113.0 mm）；8 月降水（117.5 mm）占夏季降水的34.2%，降水最多在小興安嶺向三江平原過渡帶（鶴崗，162.6 mm）. 由圖2 b可以看出：降水量最多的旬是7月的第3旬（5、6侯，54.4 mm），其次是7月第2旬（3、4侯，44.0 mm）和8月第1旬（1、2侯，43.0 mm）；侯降水量最多是7月第6侯、第4侯和第2侯（30.2、24.8、24.3 mm），降水量最少的侯是6月的第1侯、第3侯和第5侯（9.4、14.0、14.9 mm）.

圖2 黑龍江省降水量分配Fig.2 Distribution of precipitation in Heilongjiang Province

1981—2010年，夏季各月及季平均的西太副高面積和西太副高強度相關(guān)系數(shù)都＞0.96（通過0.001顯著性水平檢驗），由西太副高面積和強度定義也可知，這兩個指數(shù)較一致，對黑龍江夏季降水影響也相似，只分析西太副高強度，不單獨分析西太副高面積. 由圖3 a可見：7月西太副高最強；6月略小于7月，但脊線位置最南，西伸脊點最西；8月最小，脊線位置最北，脊點最東.

圖3 夏季西太副高脊線、脊點位置和強度Fig.3 The ridgeline，ridge point and intensity of the western Pacific subtropical high

各月西太副高強度（GQ）與西太副高西伸脊點（GD）呈顯著負相關(guān)（P＞0.001），這與西太副高的定義相符，即西太副高最西點位置偏東，強度易偏??；西太副高最西點偏西，強度易偏大. 1981—2010年的30年中，有13年的7月西太副高偏強，對應(yīng)的脊點位置都偏東，無一例外；有14年的6月西太副高偏強，有12年的8月偏強，對應(yīng)的脊點位置有2年略偏西，其他年份均偏東. 西太副高偏強較大時，脊點都是偏西較多. 西太副高偏弱的年份大部分對應(yīng)脊點位置偏東，但也有略偏西者，但其指示性不如偏強年份.

6月和7月的西太副高強度與脊線位置（GX）負相關(guān)（P＞0.05），即西太副高脊線位置偏北時，西太副高強度易偏?。患咕€位置偏南時，西太副高強度易偏大. 8月西太副高強度波動較6月和7月大，與脊線位置也無明顯相關(guān). 6月和7月，西太副高脊線位置與西伸脊點顯著正相關(guān)，脊點偏西時，脊線易偏南，脊點偏東時，脊線易偏北，即6月、7月西太副高相對氣候態(tài)易出現(xiàn)兩種偏態(tài)——偏西偏南或偏東偏北.

2.2 黑龍江夏季降水和西太副高演變

1961—2016年黑龍江夏季降水呈不顯著的下降趨勢，西太副高強度呈顯著增加趨勢，20世紀70年代以前強度較弱且波動幅度較小，80年代以后，黑龍江西太副高強度明顯增強且波動加大. 去除線性趨勢，其演變和與該省夏季降水的10年滑動相關(guān)主要有3個階段，即正相關(guān)、負相關(guān)和正相關(guān)，2000年以后的正相關(guān)高值區(qū)通過了0.05顯著性水平檢驗. 許多研究指出［6-7，18-19］，20世紀70年代末期前后，大氣環(huán)流和降水等多種氣象變量出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，根據(jù)夏季降水和西太副高的相關(guān)以及降水和西太副高自身演變，分析20 世紀80年代以來（1982—2016年）的夏季降水與西太副高的變化.

1982—2016年夏季，黑龍江降水減少不明顯（圖4 a），其中6月降水趨勢不顯著，7月無明顯變化趨勢，8月呈減少趨勢（僅通過0.10顯著性水平檢驗）. 夏季西太副高面積和強度明顯增加，西伸脊點有顯著減?。ㄎ鬟M）趨勢，脊線位置無變化. 6月和7月西太副高指數(shù)變化都不顯著；8月西太副高面積、強度增加和脊點位置減小（偏西）的變化趨勢都通過了0.05顯著性水平檢驗.

當西太平洋地區(qū)有非孤立副高體，即西太副高指數(shù)都不為0時，西太平洋地區(qū)沒有副高壓生成. 1982—2016年（35年）夏季的3220 d（每年夏季92 d）中，僅18 d（0.56%）西太平洋地區(qū)沒有副高壓，可見幾乎整個夏季西太平洋地區(qū)都受副高壓影響. 當西太平洋地區(qū)有非孤立副高體時，夏季西太副高指數(shù)與黑龍江降水的逐日變化（圖4 b），脊點位置是經(jīng)歷漸減再增的過程，其他變量都是漸增再漸減的過程.

圖4 1982—2016年黑龍江夏季西太副高指數(shù)變化Fig.4 Change of the western Pacific subtropical high index in summer

以1982—1990年代表20世紀80年代，2011—2016年代表21世紀10年代，夏季西太副高指數(shù)和黑龍江降水的年代際變化如圖5. 從圖5 可以看到，夏季和季內(nèi)各月降水量偏少的時間一致，都是2000 年最少.夏季和季內(nèi)各月降水量偏多的時間2010年是在6月，1990年在7月，1980年在8月，季降水最多也在1980年.隨著西太副高強度逐年增加，脊線位置也逐年增加（偏北），西伸脊點逐年減?。ㄆ鳎髦笖?shù)（面積、強度、脊線位置和脊點）8月與夏季一致性最好.

圖5 1982—2016年夏季西太副高和降水年代際及季節(jié)內(nèi)變化Fig.5 Interdecadal and intraseasonal changes of the western Pacific subtropical high and precipitation in summer

2.3 西太副高對黑龍江夏季降水影響

對1982—2016年黑龍江夏季降水和同期西太副高指數(shù)做相關(guān)性分析，8月降水與西太副高面積正相關(guān)（0.05顯著性水平），與西太副高西伸脊點負相關(guān)（0.01顯著性水平），其他不顯著. 標準化變量的8月降水與西太副高脊點的符號一致率為71%，與西太副高面積指數(shù)符號一致率為62%，西太副高西伸脊點是影響黑龍江8月降水的最主要因子.

統(tǒng)計西太平洋地區(qū)有非孤立副高體時，黑龍江省5個氣候區(qū)夏季9個旬的降水差異如圖6.

圖6 各氣候區(qū)夏季旬降水Fig.6 Summer precipitation in various climate zones

5個氣候區(qū)中，僅4區(qū)的夏季降水與季內(nèi)全省降水表現(xiàn)不同，是逐月增多，7月多于6月，8月又多于7月，月間差異在5個區(qū)中也是最小的，7月降水增多（29.1 mm），8月降水較7月多5.1 mm，可見4區(qū)夏季降水受西太副高影響最小. 其他各區(qū)夏季降水都是7月最多，6月最少. 月間降水差異以3區(qū)和1區(qū)各月間降水差異最大，7月降水集中，較6月多62.2～67.5 mm；8月降水明顯減少，較7月少34.0～44.8 mm.

各區(qū)降水從旬來看，都是在第6旬（7月下旬）最多，4區(qū)旬間標準差最小，各旬降水量差異也最??；1區(qū)和5區(qū)標準差最大，各旬降水量差異也最大.

1區(qū)和5區(qū)8月各旬降水量漸減，而其他3個區(qū)8月中旬降水量減少（3區(qū)減少最多），而下旬又增多，且多于上旬. 前6旬降水各區(qū)以減增為主，1區(qū)第1旬降水量少的較多（6月上旬），第5旬（7月中旬）又表現(xiàn)出減少，少于第4旬；3區(qū)和4區(qū)6月上旬降水多于中旬，4區(qū)6月下旬降水又少于中旬.

夏季，1區(qū)平均降水概率最小，旬間波動最大，2區(qū)降水概率最大，旬間波動較小. 月平均降水概率2區(qū)、3區(qū)和5區(qū)都是7月最大，1區(qū)和4區(qū)6月最大. 旬降水概率1區(qū)最大在第4旬，5區(qū)最大在第6旬，其他3個區(qū)都是第1旬（6月上旬）最大，其原因可能與6月份黑龍江降水主要受東北冷渦影響有關(guān).

平均最大降水強度出現(xiàn)在5區(qū)、1區(qū)和3區(qū)的第6旬（7月下旬）（分別是10.7、9.6、9.4 mm/d），2區(qū)的第5旬（7.5 mm/d）和4區(qū)的第9旬（6.6 mm/d）. 各旬平均最大雨強的季節(jié)內(nèi)分布與旬降水量一致. 4區(qū)各旬最大雨強季內(nèi)波動較小，5區(qū)波動較大.

以5°N和5°E為空間間隔，統(tǒng)計夏季副高脊線和脊點位置以及降水量，圖7是5個分區(qū)夏季降水分布. 黑龍江夏季的較多降水（86.9%）的位置是在西太副高脊線20°～35°N，其中，38.5%的夏季降水（127.4 mm）發(fā)生于西太副高脊線位置處于25°～30°N時，28.0%的降水（92.9 mm）發(fā)生于脊線位置處于20°～25°N時，20.4%的降水（67.5 mm）發(fā)生于脊線位置處于30°～35°N時，脊線在其他位置帶來的降水僅占13.1%（43.5 mm）. 黑龍江降水較多（56.2%）對應(yīng)西太副高西伸脊點位于85°～90°E和105°～120°E時，17.5%的夏季降水（58.1 mm）發(fā)生于西太副高西伸脊點位于85°～90°E 時，14.1%的降水（46.6 mm）發(fā)生于西伸脊點位于110°～115°E 時，12.9%的降水（42.8 mm）發(fā)生于西伸脊點位于115°～120°E時，11.7%的降水（38.7 mm）發(fā)生于西伸脊點位于105°～110°E時，脊點在其他位置帶來的降水占43.8%（145.1 mm）. 夏季降水較多發(fā)生在兩個區(qū)域，一個是脊點位于105°～125°E和脊線位于20°～30°N，帶來28.9%的降水，另一個是西伸脊點位于85°～90°E和脊線位于20°～35°N，帶來14.9%的降水.

圖7 夏季西太副高平均位置與降水量Fig.7 The average position and precipitation of the western Pacific subtropical high in summer

黑龍江降水最多（6.9%）的位置是西太副高脊線25°～30°N 和脊點85°～90°E，其次（6.3%）的降水是在脊線25°～30°N和脊點110°～115°E.

統(tǒng)計1982—2016年夏季西太副高脊線在不同位置時的黑龍江各分區(qū)降水量和降水強度：

1）6月，1區(qū)最多降水（10.7 mm，占該區(qū)夏季降水量的4.2%，6月降水量的13.4%）來自西太副高脊線20°～25°N、脊點110°～115°E區(qū)域；2區(qū)最多降水（10.4 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.8%，6月降水量的12.2%）來自西太副高脊線20°～25°N、脊點115°～120°E區(qū)域；3區(qū)最多降水（10.1 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.0%，6月降水量的11.1%）來自與2區(qū)相同的西太副高區(qū)域；4區(qū)最多降水（8.7 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.2%，6月降水量的10.1%）來自西太副高脊線20°～25°N、脊點110°～115°E 區(qū)域；5 區(qū)最多降水（7.5 mm，占該區(qū)夏季降水量的2.5%，6月降水量的9.3%）來自與4區(qū)相同的西太副高區(qū)域.

2）7 月，1、2、3、4 區(qū)最多降水都來自西太副高脊線25°～30°N、脊點110°～115°E 區(qū)域. 其中，1 區(qū)降水18.2 mm，占該區(qū)夏季降水量的4.0%，7月降水量的12.8%；2區(qū)降水15.9 mm，占該區(qū)夏季降水量的4.2%，7月降水量的12.7%；3區(qū)降水15.8 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.0%，7月降水量的10.0%；4區(qū)降水16.5 mm，占該區(qū)夏季降水量的4.6%，7月降水量的14.3%. 5區(qū)最多降水（14.4 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.6%，7月降水量的10.9%）來自西太副高脊線25°～30°N、脊點85°～90°E區(qū)域.

3）8月，1、2、3、4區(qū)最多降水都來自西太副高脊線25°～30°N、脊點85°～90°E區(qū)域. 其中，1區(qū)降水11.7 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.8%，8月降水量的12.0%；2區(qū)降水10.4 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.2%，8月降水量的9.6%；3區(qū)降水17.2 mm，占該區(qū)夏季降水量的4.3%，8月降水量的13.8%；4區(qū)降水13.3 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.6%，8月降水量的11.0%. 5區(qū)最多降水（13.2 mm，占該區(qū)夏季降水量的3.9%，8月降水量的11.9%）來自西太副高脊線30°～35°N、脊點85°～90°E區(qū)域.

分析1982—2016年夏季西太副高脊點在不同位置時的黑龍江各分區(qū)降水量和降水強度：

1）6月，西太副高脊線在30°～35°N、脊點在130°～135°E區(qū)域時，1區(qū)平均降水強度最大（24.7 mm/d）；西太副高脊線在15°～20°N、脊點在150°～155°E區(qū)域時，2區(qū)降水強度最大（33.7 mm/d）；西太副高脊線在10°～15°N、脊點在140°～145°E 區(qū)域時，3 區(qū)降水強度最大（14.2 mm/d）；西太副高脊線在15°～20°N、脊點在150°～155°E區(qū)域時，4區(qū)降水強度最大（19.6 mm/d）；西太副高脊線在15°～20°N、脊點在160°～165°E區(qū)域時，5區(qū)降水強度最大（11.8 mm/d）.

2）7月，西太副高脊線在35°～40°N、脊點在150°～155°E區(qū)域時，1區(qū)平均降水強度最大（36.1 mm/d）；西太副高脊線在35°～40°N、脊點在85°～90°E區(qū)域時，2區(qū)降水強度最大（21.1 mm/d）；西太副高脊線在15°～20°N、脊點在165°～170°E區(qū)域時，3區(qū)降水強度最大（30.7 mm/d）；西太副高脊線在25°～30°N、脊點在160°～165°E區(qū)域時，4區(qū)降水強度最大（31.2 mm/d）；西太副高脊線在35°～40°N、脊點在150°～155°E區(qū)域時，5區(qū)降水強度最大（58.2 mm/d）.

3）8月，西太副高脊線在40°～45°N、脊點在135°～140°E區(qū)域時1區(qū)平均降水強度最大（22.3 mm/d）；西太副高脊線在30°～35°N、脊點在165°～170°E區(qū)域時，2區(qū)降水強度最大（20.7 mm/d）；西太副高脊線在15°～20°N、脊點在95°～100°E區(qū)域時，3區(qū)降水強度最大（46.6 mm/d）；西太副高脊線在30°～35°N、脊點在145°～150°E 區(qū)域時，4區(qū)降水強度最大（29.0 mm/d）；西太副高脊線在30°～35°N、脊點在165°～170°E區(qū)域時5區(qū)降水強度最大（52.9 mm/d）.

3 結(jié)論

1）黑龍江省夏季降水量中南部和中北部最多，少水區(qū)在松嫩平原西北部和三江平原東北部和張廣才嶺.年內(nèi)大部分降水集中在夏季，占全省平均降水的65.2%，降水集中在7月中下旬和8月上旬.

2）7 月西太副高強度最大，脊點最西；6 月西太副高脊線位置最南；8 月強度最小，脊線最北，脊點最東.西太副高最西點偏西，西太副高強度易偏大. 6、7月西太副高相對氣候態(tài)易出現(xiàn)兩種偏態(tài)，即偏西偏南或偏東偏北. 1982—2016年夏季，西太副高強度和脊線位置逐年代增加，西伸脊點逐年代減小.

3）夏季黑龍江的較多降水是西太副高西伸脊點和脊線位于兩個區(qū)域帶來的，一個是西伸脊點位于105°～125°E、脊線位于20°～30°N，帶來28.9%的降水，另一個是西伸脊點位于85°～90°E、脊線位于20°～35°N，帶來14.9%的降水.