南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响_覃卫坚.pdf

2023 年第 46 卷第 1 期:132-138论 著http:/dqkxxbcnjournalsorg引用格式:覃卫坚，蔡悦幸，罗小莉，2023南海夏季风爆发对广西 6 月暴雨的影响 J大气科学学报，46(1):132-138Qin W J，Cai Y X，Luo X L，2023The impact of the onset of the South China Sea summer monsoon on rainstorm anomalies in June overGuangxi J Trans Atmos Sci，46(1):132-138doi:10.13878/jcnkidqkxxb20211115001(in Chinese)南海夏季风爆发对广西 6 月暴雨的影响覃卫坚*，蔡悦幸，罗小莉广西壮族自治区气候中心，广西 南宁 530022*联系人，E-mail:qinweijian2008 126com2021-11-15 收稿，2022-05-22 接受广西科技计划项目资助(桂科 AB21075005);广西极端暴雨形成机理及预报技术研究创新团队摘要利用 19612020 年广西地面气象观测站逐日降水资料、NCEP/NCA 再分析资料，研究了南海夏季风爆发对广西 6 月暴雨的影响。结果表明，当南海夏季风爆发偏早时，东亚大槽显著偏强，中高纬度地区经向环流增强;华南沿海西南风显著偏强，配合中高纬度偏强的经向型环流引导北风南下，南北风在广西上空交汇;印度洋到海洋性大陆热带季节内振荡(MJO)处于对流活跃位相，且向东移动明显，低频对流带在西南季风引导下向广西输送;广西上升气流显著偏强，暴雨日数偏多。反之，暴雨日数偏少。关键词南海夏季风;热 带 季 节 内振荡;暴雨;广西广西位于中国南部沿海地区，北接云贵高原，南临北部湾海洋，具有独特的气候特征，是我国暴雨多发地区。每年因暴雨引发的洪涝灾害给广西造成严重的经济损失和人员伤亡。南海夏季风爆发是大气环流由冬季转为夏季的一种显著信号，对中国季节雨带分布有着重要的影响。一般情况下，南海夏季风爆发 2 周内增强的西南风把印度洋水汽源源不断地输送到东亚大陆。南海夏季风不仅对中国夏季降水有着重要影响，还会通过遥相关影响北半球其他区域(李 崇 银 和 张 利 平，1999;李 崇 银 和 潘 静，2007)。南海夏季风爆发意味着华南雨季开始，季风前沿停滞在华南地区引发持续暴雨发生(林爱兰等，2007)，南海夏季风爆发后打通了孟加拉湾西南水汽通道，华南地区降水热源作用明显增强，动力向热力的适应过程更显著，华南地区出现高空辐散和低空辐合的上升运动增强，导致地区华南暴雨发生(胡娅敏等，2014;张端禹等，2015;赵欢等，2015;温之平等，2016)。南海夏季风爆发时间偏早，广西汛期暴雨日数偏多(欧艺，2009)，南海夏季风爆发后广西柳州地区高层有强烈的“抽吸”作用，上升运动旺盛(刘蕾等，2018)。以上研究表明了南海夏季风对广西暴雨有着重要的影响，有关影响机制的研究尚少见，因此有必要深入地研究其影响机制。南海夏季风的爆发同时又受热带季节内振荡(MJO)的影响，MJO 对流活动异常引起夏季风活跃、中断和爆发，MJO 湿位相处于西太平洋位相时有利于南海夏季风爆发(何有海等，2000;李崇银等，2003;Chi et al，2015;林爱兰等，2016;Song etal，2016;Li et al，2019)，MJO 使南海地区西风的加强，触发中国南部出现季风涌，造成南方暴雨发生(琚建华和赵尔旭，2005;琚建华等，2007;陶诗言和卫婕，2007)，南海季风槽是华南主要降水系统，具有明显的 3060 d 季节内振荡特征(杨辉等，2011;卢珊等，2012)。可见，南海夏季风既受到 MJO 的影响，同时又影响着广西暴雨发生，因此分析它们之间的相互联系，对探索南海夏季风爆发对广西暴雨的影响机制，提高暴雨洪涝灾害气候预测能力具有重要的科学意义。1资料和方法资料包括:1)19612020 年广西 78 个地面气象观测站逐日降水资料。2)19612020 年美国国家环 境 预 测 中 心/国 家 大 气 环 境 中 心(NCEP/NCA)再分析资料，包括高度场、风场、相对湿度场覃卫坚，等:南海夏季风爆发对广西 6 月暴雨的影响论 著等。3)19782020 年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)逐 日 向 外 长 波 辐 射(OL)资 料。4)19782020 年美国国家海洋和大气管理局气候预测中心(CPC)提供的逐候热带季节内振荡(MJO)指 数，此 指 数 使 用 扩 展 经 验 正 交 函 数(EEOF)对 200 hPa 速度势进行分析，由第一特征向量的 10 个时间滞后模态构建 10 个 MJO 指数，对应10 个对流中心位置(20E、70E、80E、100E、120E、140E、160E、120W、40W、10W)，指数值反映了MJO 强度和传播过程。5)19612020 年中国国家气候中心提供的南海夏季风爆发时间资料。气象观测站 24 h 降水量大于等于 50 mm 的降水，定义为暴雨。采用合成分析、经验正交函数(EOF)、相关方法、蒙特卡罗检验等统计方法分析南海夏季风对广西 6 月暴雨的影响。2广西 6 月暴雨日数与南海夏季风相关分析2.1广西暴雨季节变化特征图 1a 给出了 19612020 年广西月平均暴雨日数的逐月分布，可见，暴雨日数季节分布呈“单峰型”特征。从 4 月开始暴雨日数迅速增多，6 月达到了峰值(为 1.3 d)，之后逐渐下降，12 月达到最小值(仅为 0.04 d)。可见，6 月是一年中暴雨日数最多的月份，最有可能发生暴雨洪涝灾害，因此研究 6 月暴雨气候异常成因具有重要的意义。图 119612020 年广西月平均暴雨日数(a;单位:d)、南海夏季风爆发时间(实线;单位:候)和 6 月暴雨日数(b;虚线;单位:d)逐年变化Fig1(a)Monthly rainstorm days averaged over Guangxi(unit:d)and(b)annual variation of the onset time of South ChinaSea Summer Monsoon(solid line;unit:pentad);and ainstorm days in June(dotted line;unit:d)from 1961 to 20202.2广西 6 月暴雨和南海夏季风爆发时间的相关分析一般认为，南海夏季风爆发以后华南地区开始进入了雨季，从 19612020 年广西 6 月平均暴雨日数和南海夏季风爆发时间的历年变化(图 1b)来看，6 月平均暴雨日数和南海夏季风爆发时间存在着明显的反位相关系，相关系数达0.22，通过了 0.1 信度的显著性水平检验，即如果南海夏季风爆发时间偏早(晚)，那么 6 月暴雨日数偏多(少)。南海夏季风爆发时间与广西 6 月暴雨日数还存在明显的年代际变化特征，20 世纪 70 年代到 90 年代初南海夏季风时间为偏晚期、广西 6 月暴雨日数为偏少期，90年代前期南海夏季风爆发时间转为偏早期、同期广西 6 月暴雨进入了偏多期。3南海夏季风爆发早晚年 6 月大气环流特征南海夏季风爆发后东亚大气环流有明显的变化(高辉和宁艳峰，2009;王黎娟和郭帅宏，2012;余丹丹等，2014;朱伟军等，2016)，以下分析夏季风爆发时间早晚的 6 月大气环流特征，探索其对广西暴雨的影响机制。3.1500 hPa 高度场特征为了分析南海夏季风爆发时间对 6 月暴雨的影响，选取了偏早(晚)2 候以上的年份作为异常年，其中偏早年为 1966、1972、1994、1996、2001、2008、2011、2019 年，偏晚年为 1970、1973、1987、1989、1991、2014 年。从南海夏季风爆发偏早年和偏晚年6 月 500 hPa 高度场差值分布(图 2a)来看，欧亚大陆中高纬度地区和亚洲沿海地区均呈现出“+”的波列分布，东欧地区高度场为负距平、贝加尔湖以北地区为正距平、鄂霍次克海为中心的区域为负距平，异常中心大部均通过了信度为 0.1 的显著性水平检验，即南海夏季风爆发偏早年，贝加尔湖阻塞高压和3312023 年 1 月第 46 卷第 1 期图 2南海夏季风爆发时间偏早年和偏晚年 6 月 500 hPa 高度场差值(a;点线区域为通过 0.1 信度的显著性水平检验;阴影为差值;单位:gpm)、6 月 500 hPa 高度场 EOF 第二空间模态(b)Fig2(a)Differences in the 500 hPa geopotential height in June between years with early and late onset of the South China SeaSummer Monsoon(the dotted line area denotes that it is significant at the 0.1 confidence level;the shadow represents thegeopotential height differences;unit:gpm)，(b)The second EOF mode for 500 hPa geopotential height in June东亚大槽显著偏强，促进了中高纬度的经向环流，有利于冷空气南下，与暖湿气流在广西上空交汇，导致暴雨过程偏多;南海夏季风爆发偏晚年，贝加尔湖阻塞高压和东亚大槽显著偏弱，不利于冷空气南下，广西上空南北风交汇少，发生暴雨过程少。南海夏季风爆发如何影响中高纬度地区环流?Nitta(1987)、黄荣辉和李维 京(1988)、黄 荣 辉(1990)研究指出夏季热带西太平洋地区对流活动异常引起了东亚-太平洋地区存在大气环流异常波列传播，即东亚-太平洋(EAP)遥相关。对 6 月500 hPa 高度场进行去季节循环后，利用经验正交函数(EOF)进行分解，得到各主要空间模态，第一、第二、第三模态解释方差分别为 22.54%、13.08%、9.79%。EOF 第一空间模态除了北极附近区域为负值外、其余地区为正值，表示整体一致的分布。图2b 给出 EOF 第二空间模态，分布特征与 EAP 遥相关基本一致，亚洲地区东部沿海地区从热带低纬度地区到中高纬度存在着明显的“+”波列:中国及南海北部为正值、朝鲜半岛到日本一带为负值、鄂霍次克海为中心区域为正值。南海夏季爆发后使副热带高压退出南海，南海地区对流活跃，南海夏季风爆发时间偏早年南海到华南地区高度场为负距平，通过遥相关波列传播引起朝鲜半岛到日本一带为正距平，即副热带高压位置偏北、偏西;鄂霍次克海为中心区域为负距平，即东亚大槽偏强，导致经向环流形势增强。3.2850 hPa 风场特征从南海夏季风爆发偏早年和偏晚年 6 月 850hPa 风场的差值分布(图 3a)来看，俄罗斯东部中西伯利亚高原有较强的北风吹向亚洲大陆中高纬度地区，乌拉尔山脉附近为气旋性环流，气旋性环流的东北侧南风异常偏强;华南沿海到东海一带为反气旋环流，反气旋环流西侧为增强的西南风，通过了 0.1信度的显著性水平检验;广西北部北风显著偏强，西太平洋副热带高压西侧处于南海北部，南风异常增强，显著偏强的南北风在广西上空交汇，有利于暴雨过程的发生。南海夏季风爆发偏早年和偏晚年 6 月OL 的差值分布(图 3b)，从华南地区到华东一带存在明显的对流增强带，大部地区通过了信度为0.1 的显著性水平检验，广西大部地区对流得到增强;菲律宾和台湾以东地区为对流抑制带，这与反气旋环流增强有关;赤道西太平洋附近为对流增强带;南海夏季风爆发偏早有利于广西暴雨过程发生发展。3.3垂直环流特征南海夏季风爆发偏早年 6 月流场合成沿着广西中部(23.5N)的经度-高度垂直剖面(图 4a)，印度到中国大陆地区(75115E)上空大气基本为上