近35年来夏季东北冷涡和降水异常与CP型ENSO的联系

论文总字数：16406字

目 录

1 绪论……………………………………………………………………5

1.1 引言…………………………………………………………………………………………5

1.2 研究背景……………………………………………………………………………………5

1.3 资料和方法…………………………………………………………………………………7

1.4 本文主要研究内容…………………………………………………………………………7

2 结果与分析……………………………………………………………8

2.1东北地区各物理量夏季平均分布…………………………………………………………8

2.1.1东北夏季降水分布特征………………………………………………………………8

2.1.2东北地区环流分布特征………………………………………………………………8

2.1.3我国水汽通量及水汽通量散度分布状况……………………………………………9

2.2异常年份的选取 …………………………………………………………………………10

2.3东北地区降水异常的成因分析 …………………………………………………………10

2.3.1夏季降水合成分析 …………………………………………………………………10

2.3.2环流场合成分析 ……………………………………………………………………11

2.3.3水汽条件合成分析 …………………………………………………………………12

2.4归因分析：ENSO与东北夏季降水异常的联系…………………………………………13

3总结与展望……………………………………………………………15

3.1总结………………………………………………………………………………………15

3.2展望………………………………………………………………………………………16

参考文献 ………………………………………………………………17

致谢 ……………………………………………………………………19

1 绪论

1.1引言

我国东北地区主要包括三个省，分别为黑龙江省、吉林省和辽宁省。我国东北地区的地域辽阔，它不仅是我国最大的商品粮基地之一，同时也是我国的农业生产最有潜力的发展地区之一。此外，东北地区也是我国极为重要的能源基地以及工业基地。我国东北地区的土地面积大约可以占到全国的8.3%，面积较大。在东北地区的境内，北部，东部，西部环绕正中、低的山峦，而其中部则是大平原地区。由于东北地区的南北部地区和东西部地区的经纬度相差约15个度数，因此这两个地区的平均气候和气候的变化具有较大的差异,是比较典型的“气候脆弱区”。我国东北地区全年的降水也比较集中，主要都集中在夏季（6、7、8月），这种降水集中的特征很容易导致该地区产生旱涝等灾害性天气。通过对几十年的资料分析，结果表明夏季的暴雨洪涝以及持续性干旱等气候灾害在东北地区异常活跃，这在一定程度上对东北地区的社会经济的发展造成了很大影响。由于东北地区降水的集中特点，再加上东北地区的纬度较高，属于我国纬度最高的地区,因此该地区的降水异常会导致旱涝灾害发生。

我国东北地区的气候变化具有明显的年际和年代际特征。从年代际变化角度出发考虑，我国东北地区的降水量自20世纪 60年代以来呈逐步减少趋势。我国东北地区夏季降水量，能够占到该地区全年的总降水量的65%以上。同时，东北地区降的年代际变化也存在明显的地理差异。从1961年到21世纪初期，我国东北地区夏季降水，特别是东北地区的南部地区，大体表现为整体减少的趋势。而东北的西部地区的降水量则在50年代到1965年之间有所增加，在1965年以后明显的减少，而在80年代初又开始明显的增加，而在20世纪末又呈明显的减少趋势。另一方面，两次海温的年代际的转折和调整也在一定程度上对东北地区的降水异常产生了很重要的影响。第一次海温转折发生在20世纪70年代末至80年代初，北太平洋年代际振荡PDO（Pacific Decadal Oscillation）由负位相转为正位相。第二次海温转折则发生在80年代末90年代初，西北太平洋的海温由负距平转变为正距平分布。因此可以说，东北降水异常与ENSO也有着一定的相关关系。由于东北地区夏季降水的这种规律性，对东北地区夏季降水的影响因子的研究就显得极为必要。

1.2 研究背景

对降水异常的研究以及对旱涝等灾害性天气的研究是国内外学者普遍关注的研究内容之一。在降水的影响因素方面的研究，竺可祯（1934）以及涂长望（1944）就曾在研究中提出，影响我国东部地区的夏季降水的一个重要因素是夏季风，夏季风的进退在很大程度上影响了东部夏季降水的雨量的多少。这方面的研究中，还有刘宗秀等在研究中发现，北太平洋涛动区的500 hPa高度场与东北地区的夏季降水异常具有很强的相关性。当高度场成正位相的时候，东北地区的夏季降水异常偏多。当高度场呈负位相时。东北地区的夏季降水异常偏少。此外，白人海（2001）也曾提出，当冬季时，北大西洋的海温出现南方暖，北方冷这一现象的时候，次年东北的夏季降水会异常的偏多。 而当北大西洋的海温出现南方冷，北方暖这一现象的时候，次年东北的夏季降水会异常偏少。另一方面，还有很多的学者是从对东北地区降水的年际及年代际尺度的变化特征的研究出发，进行相关的探讨。其中，刘颖（2009）曾研究提出，ENSO对我国夏季降水的年际及年代际变化具有很重要的影响。其中影响比较显著的地区为江淮流域、东北以及华南地区。ENSO是影响东北降水的重要因素，同时鄂霍次克海的阻高的发展也是影响东北地区降水的一个重要因素。姚秀萍等（2000）在研究中重点关注了鄂霍次克海阻高的发展对东北三江流域的夏季降水的影响进行了研究分析，并提出鄂霍次克海的阻高的发展造成了东北地区夏季降水的异常偏多。同时，邹立尧等（2000）也通过对旱涝形成机制的研究表明，东北地区的北部旱涝具有明显的地域特征，趋势也比较复杂。另外，大气环流也是影响东北地区降水异常的一个重要因子。孙力（2002）在研究中对东北地区的夏季降水异常的大气环流特征进行了细致的分析讨论,他提出东北地区夏季降水异常的影响因子不仅包括高纬环流、东亚大槽、西太平洋副高等系统,还包括南亚季风、南海季风、副热带季风等亚洲季风系统。这些系统都在不同程度上对东北地区的夏季降水异常造成了一定的影响。

在时间尺度上，我国的降水异常及洪涝灾害具有一定的年际及年代际尺度变化规律，同时在空间的分布方面,我国夏季的降水也存在一定的规律。对于降水的空间分布上面的研究，廖荃称（1982）对我国东部地区的夏季降水进行相关研究，研究表明东部地区夏季的雨带位置可大体分为三种类型:第一类雨型，多雨地区为黄河流域及其以北地区以及江南至华南地区。少雨地区为江淮流域;第二类雨型，多雨地区为黄河与长江之间,少雨地区为黄河以北及长江以南的大部分地区;第三类雨型，多雨地区为长江流域或江南,少雨地区为淮河以北大范围地区及东南沿海地带。

此外，ENSO事件也是影响我国夏季降水异常的一个重要因素。ENSO事件涉及范围较大，它至少涉及到整个赤道中、东太平洋，是一种大尺度的海洋大气异常事件。在ENSO发生时，海表的温度变化一般存在两种类型：第一种，海表温度变化从赤道东太平洋开始，然后向西发展至中太平洋，这种类型称为东部型事件；第二种，是从中太平洋开始，再先向东扩展到东太平洋沿岸，然后再向西扩展至中太平洋，这种类型称为中部型事件。虽然在这些过程中，海水的温度变化在区域和强度上都存在一定的差异，但是都属于同一事件过程，都会对大气环流和气候产生巨大的影响。

从ENSO发展的各阶段对东北降水异常的影响方面看，通过大量观测事实和数值模拟试验，结果表明，ENSO的发生、发展在很大程度上会导致某一地区甚至全球的大气环流的异常，这种异常进一步会对中国的夏季降水造成显著的影响。黄荣辉（1988）曾经指出,ENSO发展的不同阶段对我国旱涝灾害的分布具有很重要的影响作用。近些年来与此相似的研究中，顾飞（2002），也曾在研究中提出，ENSO发展的不同阶段影响着中国夏季降水的异常。ENSO发展、强盛、衰减阶段对中国东北降水的影响存在明显差异。张健（2002）运用检验的检验方法对1915-1988年夏季降水进行统计分析，所得到的结论与龚道溢，王绍武（1998）利用检验和合成分析法，得出的结论相仿，结果发现每逢El-Nino年，我国夏，秋和冬季降水及年降水都偏少，La-Nina年则相反。从ENSO爆发的当年和次年中国降水的特点方面看，李存强（1991）通过统计分析，以及后期刘永强（1995）运用合成分析和信度检验都提出观点：ENSO当年东北地区多雨，次年的降水异常与当年相反，且异常强度减弱。

1.3资料和方法

（1）资料

A．降水资料：国家气候中心提供的160个测站1979-2015年逐月的降水资料，夏季选取6-8月的平均值作为代表。

B.各层等压面上的海温资料，风场资料，比湿资料以，位势资料以及地表气压资料： NCEP/NCAR提供的全球逐月再分析的格点资料，该资料水平分辨率为2.5×2.5经度/纬度，垂直方向从1000hPa到10hPa共17个气压层，资料时段为1979年1月-2015年12月。

（2）方法

本文的分析方法主要有时间序列异常分析，合成分析以及t检验的方法对东北地区夏季降水异常进行相关分析。

1.4 本文主要研究内容

通过对国内外学者对降水异常这方面的研究的讨论分析，我们可以了解到东北地区的夏季降水异常的变化规律，及影响东北地区夏季降水异常的因子，这为后面学者的进一步深入研究提供了一定的理论基础，同时也对降水异常的预测提供了指导作用。虽然之前有很多学者在研究中针对我国夏季降水的总体特征做过相关的研究讨论，但是对于东北的地区的降水年际和年代际尺度的分析并不多。由于东北地区影响比较大的灾害性和强对流性天气主要发生在夏季，故本课题主要以中部型ENSO为研究中心，将进一步的深入研究近37年来夏季东北降水异常与CP型ENSO的联系。本文选用了1979-2015年的月平均的降水资料，通过对环流场以及水汽输送的合成分析，对中国东北地区夏季(6～8月)降水的空间异常结构和时间演变趋势进行了分析讨论，目的在于进一步了解东北地区降水的年际及年代际变化规律，这对日后业务上对东北地区的降水预测具有一定的指示意义。

本文的具体研究内容可以主要分为以下几个方面：

（1）分析东北地区的夏季降水以及环流场、水汽条件的分布特征。

（2）选取1979-2015年东北地区的降水异常多年和异常少年的年份。

（3）对东北地区降水异常的成因进行初步的探讨。

2 结果与分析

2.1 东北地区各物理量夏季平均分布

2.1.1 东北夏季降水分布特征

图1给出了37年平均的东北夏季降水分布，由图1可以看出，东北夏季降水整体表现为东南-西北向逐渐减少的分布特征，在辽东半岛附近存在一个明显的高值区，降水的局部最大值可达到200mm以上。在内蒙古地区存在明显的低值区，降水量小于90mm。这种降水的分布特征与东北的东部地区的长白山脉的地理分布有关，由于长白山脉呈东北-西南的分布特征，因此，长白山脉的的南部的气流由于收到地形的影响会得到抬升，抬升导致了水汽的凝结，因此降水主要出现在长白山以南的迎风破地区。因此可以说，东北地区的降水量的平均气候分布特征在很大程度上收到东北地区的地形特征的影响。

图1 东北地区37年夏季（6-8月）降水平均（单位：mm）

2.1.2 东北地区环流分布特征

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