1979―黑龙江省夏季降水异常特征及成因分析

摘要 根据黑龙江省27个气象观测站1979―2010年夏季降水的月平均资料，采用趋势分析、EOF分析和一元线性回归分析等统计方法，对黑龙江省30年来夏季降水的时空变化特征，与环流、海温的相关关系及其异常机理进行了研究。结果表明：黑龙江省夏季降水主要集中在中部地区，东南夏季降水相对较少，且从中部向西北和东南有递减趋势。通过EOF分析，从第一模态可以看出，黑龙江地区基本呈现全区一致变化趋势；而第二模态则表现出黑龙江南北的距平分布呈现反向分布的特征，黑龙江省夏季降水异常与海温有着一定的联系。第一模态表明黑龙江省夏季降水与前期冬季中纬度太平洋呈正相关，与中纬度大西洋呈负相关；第二模态黑龙江省夏季降水南北反向变化与海温的关系不大。

关键词 夏季降水；分布特征；空间结构；成因；黑龙江省；1979―2010年

中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）03-0257-04

Abstract According to the monthly mean summer rainfall data of 27 meteorological stations of Heilongjiang Province from 1979 to 2010，trend analysis，EOF analysis，linear regression analysis，etc statistical methods were used to research the summer rainfall space-time change and the correlation ship between it and circulation and ocean temperature，and mechanism of abnormal of Heilongjiang Province in recent 30 years. Results indicated that：In Heilongjiang Province，precipitation mostly concentrated on midlands. In east and south parts，precipitation is relative lower，and precipitation decreased from midlands to northwest and southeast. By EOF analysis，from the first mode，Heilongjiang region showed a consistent trend of basic region. The second mode showed a north-south anomaly presents the distribution of Heilongjiang Province features a reverse distribution.There was a relationship between summer precipitation in Heilongjiang Province and ocean temperature.The first modal showed positive correlation between mid-latitude Pacific early winter and summer precipitation in Heilongjiang Province，and negatively correlated with the mid-latitude Atlantic. The second mode of Heilongjiang Province summer precipitation in north and south didn′t reverse the change and the SST.

Key words summer precipitation；distribution characteristics；spatial structure；cause；Heilongjiang Province；1979 to 2010

黑龙江省是中国最东北的省份，是中国最大的商品粮基地，素有“粮仓”之称。黑龙江省南北跨了10个纬度，2个热量带；东西跨了14个经度，3个湿润区。农作物生长的主要季节是夏季，而夏季也是降水比较集中的季节，黑龙江粮食的产量深受降水量多少及分布的影响。

东北夏季降水分布呈南多、西北少的分布形式，十分不均匀[1]。孙力、安刚等人选用EOF、小波分析等方法发现降水异常的空间分布不仅仅有全区一致性，同时也存在着南北部及东西部相反变化的差异[2]。龚强、汪宏宇通过对东北地区夏季降水异常的EOF分析，得到3个空间分布结构[3]。汪秀清、陈长胜等人用REOF方法将东北地区的夏季降水分为6个独立的区域，发现各区域的水汽异常输送路径和关键区在多雨年也不尽相同[4]。贾小龙、王谦谦等人用诊断分析的方法得出黑龙江省夏季降水异常呈现出显著的年际和年代际变化特征。利用降水资料和再分析资料得出黑龙江省夏季降水的年际变化较大；黑龙江省夏季的降水异常可能是由东北北部的冷涡异常，200 hPa东亚高空的西风急流位置异常及西太平洋副热带高压异常以及中蒙地区上空的环流异常引起。从而发现黑龙江省夏季异常降水受多尺度大气系统相互影响，有着复杂的环流背景[4-7]。沈柏竹、林中达等人通过相关分析和回归分析发现初夏东北降水显示出全区一致性，其东北的中西部为相关的中心。到了盛夏，东北的东南部则出现明显的正相关。而且初夏和盛夏对应的环流特征也存在差异[8]。初夏的时候东北降水异常主要以东北冷涡活动为主，而盛夏则主要是受到东亚夏季风的影响。海温的冷暖变化一定程度上影响着黑龙江夏季降水与太平洋海温的相关性。虽地处东亚中高纬地区，但东北地区降水异常也受海洋活动的影响[7-11]。

本文在前人的研究基础上，讨论近30年黑龙江省夏季降水异常的特征及影响降水异常的因素。先利用黑龙江省平均夏季降水、方差和趋势分析了夏季降水的基本特征，然后通过EOF、相关分析和一元线性回归分析影响其夏季降水异常的特征及其成因分析。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文所用资料：①夏季降水的资料取自中国气象局整编的1979―2010年月平均降水资料，选取黑龙江省27个气象台站。将各站月平均资料处理成各站30年的夏季（6―8月）平均降水。②海表温度采用NCEP/NCAR网站下载1979―2010年期间的逐月平均全球海温场，网格为2°×2°。③水平风场资料采用NCEP/NCAR 1979―2010年月平均风场，资料为12层，网格为2.5°×2.5°。

1.2 研究方法

采用趋势分析、EOF分析和一元线性回归分析等方法对黑龙江省夏季降水异常的特征及其与海温的相关关系和其机理进行分析。

EOF分析也被叫做主分量分析或主成分分析，初始信息资料（矩阵）大量的被压缩，从而求得能最大部分地捕获初始方差的正交线性组合，这就是出现频率最高的主导时空变化型和时空变化型的一种一元线性回归方法。

2 结果与分析

2.1 黑龙江省夏季降水分布特征

2.1.1 黑龙江省夏季降水的基本分布特征。为了研究夏季降水的分布特征，分析了30年间平均的夏季累计降水分布，得出黑龙江夏季降水分布大体上呈现由中部向两侧逐渐减少的趋势。中部降水达到120 mm，东南部降水变化较密集，降水最小值为95 mm。根据1979―2010年间逐年的夏季降水量的变化，分析出了这30年夏季降水标准方差分布，通过结果可以得出中部地区降水变化较小，而西北和东南地区降水变化较大。在之前分析出的降水量高值区（绥化和伊春市交界处）同时也是方差的高值区。方差的分布大致也遵循从中部到两边逐渐增加的趋势，造成黑龙江夏季降水方差分布在绥化有一个最高值区。即绥化降水变化在30年间变化在整个黑龙江省属于最大区域。结合30年间平均的夏季中降水量分布可以得出结论：黑龙江省夏季降水的降水量和降水改变剧烈程度主要都集中在中部地区。

2.1.2 黑龙江省夏季降水的时空分布特征。为了进一步解释黑龙江省夏季降水的时空分布特征，对这30年的降水标准化距平场进行EOF分析，前2个模态的降水距平分布如图1所示。前2个模态通过了蒙特卡洛检验，各模态解释总方差的百分比如表1所示。第一模态的方差贡献占总方差的45.3%，远大于其他模态的方差贡献，它集中了黑龙江夏季降水异常分布的最主要的特征。前2个模态累计方差贡献为57.8%，它们所对应的模态基本上代表了黑龙江省夏季降水异常的最主要空间分布。

由前2个模态可知，无论降水的正距平的高值区或负距平的高值区，还是距平线的密集区，主要都集中在黑龙江中部偏南地区。由此可知，东南降水变化的剧烈程度要远大于西南地区，降水量中部偏西南较大。

从EOF分析的第一模态可以看出，黑龙江地区基本呈现全区一致变化趋势。整体几乎都处于正值区，高值区在齐齐哈尔、黑河、绥化一带。从第一模态对应的时间序列（图2）来看，黑龙江地区20世纪90年代前期正负距平几乎相等，90年代后期负距平明显多于正距平，20世纪末正距平略多于负距平，21世纪初期负距平微多于正距平。从对时间序列做9点滑动平均曲线可以看出，20世纪末，距平有明显的下降趋势。

结合图1a和图2a可以看出，从20世纪末开始，黑龙江东南地区降水显著性减少，而黑龙江地区无论降水量还是降水剧烈程度都集中在西南地区。

从EOF第二模态图1b可以看出，黑龙江地区距平呈南北反向分布的特征。从第二模态对应的时间序列可以看出，20世纪90年代，黑龙江夏季降水正距平略多于负距平，1990―1995年正距平明显多于负距平，20世纪末期，负距平远多于正距平，而且异常偏旱偏涝年份逐渐增多，从时间序列图上表现为波动逐渐增大，21世纪初负距平仍略多于正距平。

2.2 环流场异常对黑龙江省夏季降水异常分布的影响

2.2.1 850 hPa。图3给出了850 hPa风场气候态的回归系数分布情况。可以看出，太平洋地区有一个庞大的反气旋环流，这个环流中心在太平洋上。该环流在亚洲东岸等地区形成了偏南风，黑龙江受西南气流及偏南风的影响产生盛夏降水。

图4给出了黑龙江省夏季降水异常分布第一模态时间系数与850 hPa风场的回归系数分布情况。从850 hPa风场回归系数分布图（图4）可以看出，在中高纬度太平洋上空有一个反气旋系统，在亚洲东北岸会有偏南气流，黑龙江北部有强的偏北气流，把水汽运输到黑龙江等东北地区，造成黑龙江夏季降水异常。

图5给出了黑龙江省夏季降水异常分布第二模态时间系数与850 hPa风场的回归系数分布情况。东北上空为反气旋距平环流，南来水汽输送减弱，造成了黑龙江省夏季降水北少南多。

2.2.2 西太平洋副高对黑龙江省降水异常分布的影响。500 hPa高度场气候态回归系数分布情况。通过分析可以得出，西太平洋地区有一副高，位于北纬20°～30°之间。

图6给出了黑龙江省夏季降水异常分布第一模态时间系数与500 hPa高度场的回归系数分布情况。从500 hPa高度场距平场图（图6）可以看出，我国北方大部分地区一直到贝加尔湖是负距平控制的，负中心位于蒙古地区，在欧洲地区也由负距平控制，还有一大的负值中心格陵兰岛以东北冰洋洋面上空。新地岛和格陵兰岛附近有一正距平值，正距平覆盖俄罗斯大部地区，该地也是冷空气的发源地，使欧亚地区盛行经向环流；副热带西太平存在一个正距平值中心，西南暖湿气流向黑龙江地区输送水汽，造成黑龙江地区盛夏降水偏多，西太平洋副高加强西伸和北进时，其西北方向的西南风气流增强，有利于更多的水汽由低纬向东北地区输送，使得黑龙江地区盛夏降水显著加强，造成黑龙江地区盛夏降水的异常偏多。

图7给出了黑龙江省夏季降水异常分布第二模态时间系数与500 hPa高度场的回归系数分布情况。可以看出，我国东北方大部分地区是正距平控制的，正距平黑龙江大部地区，冷空气偏强；副热带西太平存在一个负距平值中心，西南暖湿气流向黑龙江地区输送水汽偏少，造成黑龙江地区盛夏降水北少南多。

3 结论

本文利用1979―2010年黑龙江省27个站点的夏季降水资料以及1979―2010年全球海温资料讨论了黑龙江夏季降水的时空分布特征，及其与环流、海温的关系。

黑龙江省夏季降水总体来说中部多、两边较少，在1979―2010年这30年间，东南部和西北部的降水主要表现出显著性增加的特点。由于中部地区降水量大，且东南部有显著性减少的趋势，造成中部地区30年间降水方差较大，而西北地区由于降水较少，且30年间降水趋势改变不大，所以降水方差较小。通过EOF分析，从第一模态可以看出，黑龙江地区基本呈现全区一致变化趋势。而第二模态则表现出黑龙江省南北的距平分布呈现反向分布的特征。黑龙江省降水量高值区和降水改变较大的区域都集中在中部地区，从20世纪末开始，黑龙江省东南地区降水显著性减少，而黑龙江地区无论降水量还是降水剧烈程度都集中在西南地区。

分析夏季环流场与黑龙江省夏季降水EOF分析时间系数的多元线性回归系数可知，第一模态中在中高纬度太平洋上空有一个反气旋系统，在亚洲东北岸会有偏南气流，黑龙江省北部有强的偏北气流，把水汽运输到黑龙江省东北地区，副热带西太平存在一个正距平值中心，西南暖湿气流向黑龙江地区输送水汽，西太平洋副高加强西伸和北进时，其西北方向的西南风气流增强，有利于更多的水汽由低纬向东北地区输送，使得黑龙江地区盛夏降水显著加强，造成黑龙江全区夏降水的异常偏多。第二模态中东北上空为反气旋距平环流，东北方大部分地区正距平控制的，正距平黑龙江省大部地区，冷空气偏强，副热带西太平存在一个负距平值中心，西南暖湿气流向黑龙江地区输送水汽偏少，造成黑龙江地区盛夏降水北少南多。

4 参考文献

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