郭圳勉，簡(jiǎn)茂球，張弘豪，黃先倫

（1.陽(yáng)江市氣象局，廣東陽(yáng)江 529500；2.中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510275）

廣東“龍舟水”降水分型分析

郭圳勉1，簡(jiǎn)茂球2，張弘豪1，黃先倫1

（1.陽(yáng)江市氣象局，廣東陽(yáng)江 529500；2.中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510275）

利用1972—2012年廣東省86個(gè)地面觀測(cè)站逐日降水資料、NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析資料，采用EOF分解、Morlet小波分析等方法，分析了廣東“龍舟水”近41年的時(shí)空特征及環(huán)流特征。結(jié)果表明：（1）EOF主要模態(tài)有全區(qū)一致型和東西反位相型，全區(qū)一致型周期為8～12年，東西反位相型從20世紀(jì)80年代起周期以2～4年為主。（2）廣東“龍舟水”期間，在EOF第一模態(tài)正（負(fù)）極值年，華南上空200 hPa層有（無(wú)）明顯輻散異常；西太副高脊線偏南（偏北）；500 hPa層的上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)（弱）；850 hPa上西南風(fēng)強(qiáng)（弱）；在EOF第2模態(tài)正、負(fù)極值年的環(huán)流異常特征表現(xiàn)出明顯的反相特征，尤其是在南海北部-華南地區(qū)。

氣候?qū)W；“龍舟水”；降水分型；廣東

廣東地處低緯，受副熱帶季風(fēng)及熱帶季風(fēng)共同影響，汛期長(zhǎng)、降水量大［1-7］。其中，前汛期（4—6月）暴雨頻發(fā)，尤其在南海季風(fēng)爆發(fā)后，降水更加集中，由于該時(shí)間段處于端午前后，因此俗稱“龍舟水”。“龍舟水”期間常出現(xiàn)強(qiáng)度大、范圍廣、持續(xù)性的暴雨過(guò)程，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)巨大損失。目前，對(duì)廣東“龍舟水”的氣候特征、類型及異常原因都開展了相應(yīng)的研究工作，并取得了一定的成果［8-14］。胡婭敏等［10］研究了華南“龍舟水”的降水分型及對(duì)應(yīng)環(huán)流形勢(shì)，發(fā)現(xiàn)華南“龍舟水”主要有東南沿海型、北部型和西南沿海型。針對(duì)2008年廣東的強(qiáng)“龍舟水”，林良勛等［11］分析了該次“龍舟水”過(guò)程特點(diǎn)及成因，發(fā)現(xiàn)該次過(guò)程的強(qiáng)降水期均與西風(fēng)槽影響相聯(lián)系，東亞地區(qū)存在2個(gè)局地經(jīng)向環(huán)流，其低層在20°N—25°N的輻合抬升為該次過(guò)程的持續(xù)產(chǎn)生提供了穩(wěn)定的上升運(yùn)動(dòng)背景；李翠華等［12］分析了形成強(qiáng)降水的物理機(jī)制與中低緯度天氣系統(tǒng)之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)西風(fēng)槽和東移的低空低渦結(jié)合是產(chǎn)生暴雨的重要天氣系統(tǒng)；王婷等［13］則從氣候角度分析了2008年“龍舟水”的成因，發(fā)現(xiàn)拉尼娜事件是主要的氣候成因，它使得西太副高偏東偏弱，造成雨帶滯留華南，南海季風(fēng)較早爆發(fā)，使華南水汽輸送強(qiáng)；范伶俐等［14］對(duì)比分析了“龍舟水”多、寡年的500 hPa環(huán)流形勢(shì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)“龍舟水”期間環(huán)流形勢(shì)穩(wěn)定，冷空氣與西南暖濕氣流在華南沿海交匯，將有利于形成對(duì)流，使“龍舟水”期間降水量大。由于“龍舟水”的成因比較復(fù)雜，因此有必要繼續(xù)對(duì)廣東“龍舟水”進(jìn)行深入的研究。

本研究采取“龍舟水”時(shí)間段為每年5月21日—6月20日，分析的時(shí)間長(zhǎng)度為1972—2012年，使用廣東省86個(gè)測(cè)站的逐日降水資料及NCEP/NCAR再分析資料。

1 廣東龍舟水時(shí)空分布

對(duì)1972—2012年廣東86站“龍舟水”降水場(chǎng)進(jìn)行EOF分析，得到主要空間模態(tài)和對(duì)應(yīng)的時(shí)間變化特征。其中，前2個(gè)特征向量分別解釋了總方差的49.3%和13.2%，基本可描述廣東“龍舟水”降水的空間分布特征。在此僅對(duì)這2個(gè)特征向量場(chǎng)進(jìn)行描述。圖1為廣東“龍舟水”降水EOF的前2個(gè)模態(tài)、所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間系數(shù)和時(shí)間系數(shù)的墨西哥帽小波變換系數(shù)?？梢钥吹剑?模態(tài)為全區(qū)基本一致型（圖1a），具體表現(xiàn)為全區(qū)降水基本一致偏多或偏少，僅雷州半島西部與廣東其余地區(qū)降水趨勢(shì)相反。其空間分布與廣東“龍舟水”降水量多年平均分布非常相似。其對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)與廣東“龍舟水”降水序列相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.99，遠(yuǎn)超過(guò)99%信度水平，說(shuō)明該模態(tài)是廣東“龍舟水”降水變化的最主要特征。并且時(shí)間系數(shù)（圖1b）具有明顯的年際變化特征，小波分析顯示其有8～12年周期（圖1c），從20世紀(jì)90年代開始，該周期越來(lái)越明顯。另外，時(shí)間系數(shù)顯示在1972年至2012年間，正位相（20次）和負(fù)位相（21次）出現(xiàn)頻數(shù)大致相同，前期2者數(shù)值大小相近，自2005年以來(lái)，正位相的數(shù)值明顯增大，使得序列略有增多的趨勢(shì)，尤其在2008年，全省“龍舟水”期間平均降水量達(dá)625.8 mm，超過(guò)多年平均值（1972—2012年）310.4 mm的1倍多，為廣東有完整觀測(cè)記錄以來(lái)錄得的最大值。有研究指出近年來(lái)廣東“龍舟水”降水異常是由前一年冬季的氣候因子異常引起［13］。

第2模態(tài)為東北-西南反位相型（圖1d），正負(fù)降水變異中心分別位于粵東的海豐-陸豐-惠來(lái)沿海地區(qū)和粵西的陽(yáng)江-臺(tái)山沿海地區(qū)，其中以粵西陽(yáng)江附近的變異中心較明顯。具體表現(xiàn)為當(dāng)粵東降水偏多（少）時(shí)，粵西降水偏少（多），這種東西振蕩的信號(hào)明顯。相應(yīng)的時(shí)間系數(shù)在20世紀(jì)80年代中期以前以正值為主，說(shuō)明以粵東降水偏多為主；而從80年代后期開始具有明顯的年際變化特征（圖1e），但負(fù)值年的振幅較大，變化周期也以2～4年為主，表現(xiàn)在時(shí)間系數(shù)的線性趨勢(shì)上，有較明顯的下降趨勢(shì)。

圖1 1972—2012年廣東“龍舟水”降水年際變化EOF的第1特征向量（a）及其所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間系數(shù)（直方圖）及其線性趨勢(shì)（虛線）（b）和時(shí)間系數(shù)的墨西哥帽小波變換系數(shù)（實(shí)部）（c）；第2特征向量（d）及其所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間系數(shù)（直方圖）及其線性趨勢(shì)（虛線）（e）和時(shí)間系數(shù)的墨西哥帽小波變換系數(shù)（實(shí)部）（f）

2 “龍舟水”降水異常年環(huán)流特征

對(duì)第1章得到的EOF前2個(gè)模態(tài)的極值年進(jìn)行合成分析，來(lái)了解廣東“龍舟水”異常年的環(huán)流特征。將EOF的前2個(gè)模態(tài)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間系數(shù)（圖1b、圖1e）中＞1的年份作為大值年、＜-1的年份作為小值年，得到2個(gè)模態(tài)的極值年（表1）。分別對(duì)2個(gè)模態(tài)的極值年進(jìn)行環(huán)流合成特征分析。

表1 EOF前2個(gè)模態(tài)的大、小極值年年份

首先，分析1972—2012年廣東“龍舟水”期間的平均環(huán)流形勢(shì)。200 hPa上，中高緯以西風(fēng)為主，以日本及附近區(qū)域上空為主要極值中心的東亞副熱帶急流清晰可辨，南亞高壓中心位于中南半島北部至阿拉伯半島上空，廣東位于高壓東部邊緣區(qū)域，上空有輻散；500 hPa上副熱帶高壓588 dagpm線位于130°E以西地區(qū)，南支槽位于孟加拉灣附近，廣東位于槽前西南風(fēng)影響區(qū)域；850 hPa低空急流位于阿拉伯海、印度半島至中南半島一線，廣東地區(qū)為一致西南風(fēng)，且風(fēng)速均在4 m/s以上；此外，500 hPa垂直速度場(chǎng)（圖略）上，長(zhǎng)江及其以南地區(qū)為一致的上升區(qū)，其中華南上空為上升運(yùn)動(dòng)極值區(qū)。

2.1 EOF第1模態(tài)正極值年合成分析

圖2為廣東“龍舟水”降水量EOF第1模態(tài)正極值年合成的距平環(huán)流場(chǎng)。在200 hPa距平風(fēng)場(chǎng)（圖略）上，從中亞到北太平洋一帶的中緯地區(qū)，風(fēng)場(chǎng)異常呈距平反氣旋式和距平氣旋相間排列，華南上空有西風(fēng)距平，并伴隨有散度正距平中心（輻散異常），有利于加強(qiáng)高低層之間的抽吸作用。500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)（圖略）上，貝加爾湖附近-渤海灣附近-日本以東海域一線呈負(fù)-正-負(fù)環(huán)流異常，表明東亞大槽較常年偏東。500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（圖略）上東亞大槽位于中國(guó)東部沿海，呈東北-西南走向，槽底拖至四川、貴州一帶；副高較平均場(chǎng)偏西偏南，其西伸脊點(diǎn)位于120°E附近，脊線位于15°N附近。廣東位于東亞大槽前和副高西北邊緣之間，為一致西南風(fēng)。在850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平（圖略）上，華南及其沿海地區(qū)風(fēng)場(chǎng)異常呈氣旋式旋轉(zhuǎn)，而在南海中北部至呂宋島東部洋面上空為一個(gè)顯著的距平反氣旋，表明西太副高較常年西伸；在華南的氣旋式距平環(huán)流和南海北部的反氣旋距平環(huán)流的共同作用下，華南及其沿海一帶出現(xiàn)明顯的輻合異常。在高低層距平環(huán)流和距平散度的配合下，華南上空出現(xiàn)強(qiáng)的負(fù)距平中心（圖2a），中心強(qiáng)度達(dá)-4×10-2Pa/s，說(shuō)明該地區(qū)垂直上升運(yùn)動(dòng)異常偏強(qiáng)，對(duì)應(yīng)著廣東龍舟水異常偏多。另外，在東亞地區(qū)，從40°N到赤道，垂直運(yùn)動(dòng)的異常分布呈正-負(fù)-正-負(fù)波列分布，在沿115°E的垂直速度距平經(jīng)向環(huán)流剖面圖（圖2b）上，這種上升運(yùn)動(dòng)異常的波列分布非常明顯，位于華南上空的異常上升運(yùn)動(dòng)中心和菲律賓群島以西海面上的異常下沉運(yùn)動(dòng)中心尤其明顯，且從低層到200 hPa一直維持。

圖2 EOF第1模態(tài)正極值年合成平均環(huán)流場(chǎng)

2.2 EOF第1模態(tài)負(fù)極值年合成分析

廣東“龍舟水”降水EOF第1模態(tài)負(fù)極值年合成的距平環(huán)流場(chǎng)如圖3所示。

200 hPa距平流場(chǎng)（圖略）上，在40°N附近，巴爾喀什湖至貝加爾湖的南側(cè)出現(xiàn)氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常，日本及附近海域上空則呈反氣旋式風(fēng)場(chǎng)異常，表明東亞對(duì)流層高層的副熱帶急流中心區(qū)偏北，而在中南半島-南海北部出現(xiàn)弱的氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)，華南上空為東風(fēng)距平；散度距平場(chǎng)上可看到華南上空為輻合異常。500 hPa位勢(shì)高度距平（圖略）上，在110°E以東至北太平洋中部，中高緯位勢(shì)高度異常自北向南呈負(fù)-正分布，東亞上空的位勢(shì)高度正距平表明東亞大槽較常年偏弱。850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平（圖略）上，華南上空有反氣旋式風(fēng)場(chǎng)異常，其中，廣東及其南側(cè)沿海區(qū)域上空為一致東北風(fēng)異常，說(shuō)明該型在低層西南風(fēng)較常年弱，不利于水汽向華南輸送；散度距平場(chǎng)上，廣東上空為輻散異常區(qū)，配合高層輻合異常，該地出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)異常。另外，在南海至菲律賓以東洋面上空為氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)，導(dǎo)致該地區(qū)上空出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)異常（圖3a）。在沿110°E，40°N—10°N之間，垂直速度異常呈正-負(fù)-正-負(fù)波列分布，其中，30°N—10°N的垂直速度異常分布與正極值年相反，且強(qiáng)度明顯減弱（圖3b）。

圖3 EOF第1模態(tài)負(fù)極值年合成平均環(huán)流場(chǎng)

2.3 EOF第2模態(tài)正極值年合成分析

圖4為廣東“龍舟水”降水量EOF第2模態(tài)正極值年合成的距平環(huán)流場(chǎng)。在200 hPa距平風(fēng)場(chǎng)（圖略）上，巴爾喀什湖以西呈顯著的反氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常，北太平洋呈顯著的氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常。中國(guó)東部及近海地區(qū)呈弱的反氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常，華南位于其南部弱的異常東南風(fēng)區(qū)；在西北太平洋的異常氣旋和我國(guó)東部的反氣旋的影響下，我國(guó)東南部高層上空出現(xiàn)明顯的異常散度，而在海南附近，包括廣東西部、廣西南部和南海大部有輻合異常，這與粵東降水偏多而粵西降水偏少的“龍舟水”異常型是相符的。500 hPa（圖略）上，日本以東海域有位勢(shì)高度負(fù)異常，異常區(qū)延伸至粵東附近，位勢(shì)高度場(chǎng)較低有利于降水發(fā)生。500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（圖略）上可看到東亞大槽位于日本附近，槽底拖至福建、江西一帶，粵東地區(qū)處于槽前不穩(wěn)定區(qū)。從850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平（圖略）中可以看到，在廣東上空為西南風(fēng)正異常，表明該區(qū)域西南風(fēng)較常年強(qiáng)盛，我國(guó)東南部有氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常，并伴隨異常輻合，表明該處有異常上升運(yùn)動(dòng)（圖4a），而粵西至南海北部有反氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常（伴隨異常輻散），引起該處的異常下沉運(yùn)動(dòng)，使得粵東、粵西降水差異。在120°E附近，從30°N—10°S，垂直速度距平呈負(fù)-正-負(fù)波列分布（圖4b）。

圖4 EOF第2模態(tài)正極值年合成的平均環(huán)流場(chǎng)

2.4 EOF第2模態(tài)負(fù)極值年的合成分析

圖5為廣東“龍舟水”降水EOF第2模態(tài)負(fù)極值年合成的平均環(huán)流場(chǎng)。

200 hPa風(fēng)場(chǎng)距平（圖略）上，西亞、朝鮮半島附近為顯著的氣旋式風(fēng)場(chǎng)異常。中國(guó)大部為弱的反氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常；在異常風(fēng)場(chǎng)的影響下，南海北部（包括粵西地區(qū)）上空出現(xiàn)明顯的散度異常。相應(yīng)地，在850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平（圖略）上，南海北部及華南南部上空出現(xiàn)氣旋式距平風(fēng)場(chǎng)異常，有利于該地區(qū)的輻合，菲律賓以東洋面上空存在異常反氣旋。上述高低層的水平風(fēng)場(chǎng)異常有利于在海南附近出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)異常（圖5a），對(duì)應(yīng)該地區(qū)（包括粵西）降水偏多。在122° E附近，30°N至赤道之間的垂直速度距平呈正-負(fù)-正-負(fù)波列分布，但波列的強(qiáng)度較弱，其中強(qiáng)的異常上升中心由該模態(tài)正極值年時(shí)位于30°N—20°N之間向南移至20°N附近（圖5b）。

圖5 EOF第2模態(tài)負(fù)極值年合成的平均環(huán)流場(chǎng)

3 結(jié)論

1）廣東“龍舟水”降水分布主要有2個(gè)模態(tài)。EOF1為全區(qū)一致型，反映了全區(qū)降水的一致變化，解釋了總方差的49.3%。該模態(tài)存在8～12年的周期，并從20世紀(jì)90年代起越趨明顯。自2005年以來(lái)，正位相年（廣東大部降水偏多）的降水量明顯增大。EOF2為東西反位相型，反映了粵東、粵西降水反位相振蕩的形式，解釋了總方差的13.2%。從20世紀(jì)80年代起周期以2～4年為主，且負(fù)位相年（粵西降水偏多）振幅較大。

2）廣東“龍舟水”期間，平均環(huán)流形勢(shì)為廣東上空高層有輻散，中低層為一致西南風(fēng)，并為上升運(yùn)動(dòng)極值區(qū)。異常年的環(huán)流特征為：（1）在EOF第1模態(tài)正（負(fù)）極值年，華南上空200 hPa層有（無(wú)）明顯輻散異常；西太副高脊線偏南（偏北）；500 hPa層的上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)（弱）；850 hPa上西南風(fēng)強(qiáng)（弱）。（2）EOF第2模態(tài)正、負(fù)極值年的環(huán)流異常特征表現(xiàn)出明顯的反相特征，尤其是在南海北部-華南地區(qū)。

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Precipitation Patterns and Analysis During the“Dragon BoatW ater”in Guangdong

GUO Zhen-mian1，JIAN Mao-qiu2，ZHANG Hong-hao1，HUANG Xian-lun1
（1.Yangjiang Meteorological Office，Guangdong Province，Yangjiang 529500；2.Center for Monsoon and Environment Research，Department of Atmospheric Sciences，School of Environmental Science and Engineering，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275）

The climatic characteristics，spatial and temporal characteristics and the causes of the“dragon boat water”（sustained heavy rain taking place in early lunar May，shortened as“DBW”）in Guangdong in the past 41 a are analyzed by using Morletwavelet analysis and EOF and SVD methods.The results are shown as follows：（1）There are two main precipitation patterns，one is the region's consistent type and the other the eastern and western anti-phase type.From the 1980s，the period of the consistent type is8-12 a，and the period of the Eastern and Western anti-phase type is 2-4 a.（2）In the years of extreme positive（negative）first EOFmode during the DBW in Guangdong，there is（no）obvious divergence anomaly at 200 hPa over South China，the West Pacific subtropical high ridge is southward（northward），upwardmotion is strong（weak）at500 hPa，and southwestwind is strong（weak）at850 hPa.In the years of extreme positive（negative）second EOFmode，the circulation anomaly shows obvious anti-phase characteristics，especially in the northern part of the South China Sea and South China.

synoptics；“dragon boatwater”in Guangdong；precipitation patterns

P46

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.06.002

2016-08-15

廣東省氣象局科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目基金（2014C09）

郭圳勉（1987年生），女，工程師，學(xué)士，主要從事天氣氣候預(yù)測(cè)研究工作。E-mail：guozhenmian@163.com

郭圳勉，簡(jiǎn)茂球，張弘豪，等.廣東“龍舟水”降水分型分析［J］.廣東氣象，2016，38（6）：6-11.