山东夏季降水与东亚夏季风以及大气环流异常的关系

利用山东26个代表站1961～2001年夏季降水、1961～2001年副高特征指数以及1958～1998年NCEP／NCAR再分析月平均风场、高度场、比湿、OLR等资料，对山东夏季发生旱涝的北半球大气环流、副热带高压、东亚夏季风以及季风区水汽输送等异常特征进行了合成对比分析。对山东夏季旱涝形成的原因，从季风区水汽输送和出现降水异常的物理机制等方面进行了较深入的研究。本文的研究工作对深入研究山东夏季降水异常的成因、改进和提高山东夏季旱涝预报具有明显的理论意义和应用价值。 基于Z指数构造的区域旱涝等级指标，对山东夏季旱涝等级进行了分类。结果表明，山东夏季旱涝存在着明显的阶段性和群发性的特征。1961～1978年雨涝发生频繁，1979～1992年是干旱的群发阶段，雨涝较少。通过对夏季旱涝等级指数的Morlet型和Mexican hat型小波变换分析，发现山东夏季旱涝指数主要存在着2～5年和7年左右的周期振荡。 分析对比旱涝年不同层次高度场以及高低层散度场，结果发现，在春夏季旱涝年，高度场几个主要的距平中心以及115～130°E区域高(200hPa)低(925hPa)层散度场基本呈现出反位相分布特征，北半球夏季存在的东亚-太平洋遥相关型(EAP型)对山东夏季降水产生重要影响。夏涝年，500hPa高度场从欧亚大陆到太平洋中高纬度出现-、+、-、+的距平波列，鄂霍茨克海高压减弱，西太平洋副热带高压偏北，印度低压加深，热带地区低层辐合、高层辐散，赤道辐合带增强，副热带地区低层辐散、高层辐合，热带和山东地区盛行上升气流，Hadley环流加强。夏旱年则相反。 通过对旱涝年水汽输送与山东夏季降水的相关分析，山东夏季降水和水汽输送SVD分析，发现：影响山东夏季降水的水汽输送“关键区”主要位于热带印度洋、南海-西太平洋、中国大陆-日本海以及山东上游西风带地区。热带印度洋以纬向水汽输送为主，中国大陆-日本海季风区以经向水汽输送为主。5～6月来自上述“关键区”水汽输送对山东夏季降水异常均有贡献。7月虽然来自热带印度洋季风区的水汽输送通量达到最大值，但7～8月它们对山东夏季降水异常的贡献并不显著，相反来自南海-西太平洋、中国大陆-日本海的水汽输送以及西风带天气系统对山东夏季降水异常的贡献较显著。另外，山东夏季降水与前期(冬季、春季)和同期(夏季)“关键区”的水汽输送通量均有较好的相关性，春季相关程度最高。 分析基于海陆热力差异建立的东亚夏季风指数，发现该指数具有准2～6年的周斯性振荡，能较好地反映西太平洋副热带高压、中高纬度西风带天气系统(北方冷空气)等异常特征。强指数年，500hPa环流形势呈EAP遥相关型，副热带高压偏北，山东夏季以多雨年份居多；弱指数年则相反，500hPa环流形势呈反EAP型，副热带高压偏南，山东夏季以少雨年份居多。 通过分析强弱季风年春、夏季热带地区OLR场的分布特征，发现热带地区的对流活动与山东夏季降水之间存在着遥相关关系。两者遥相关的机制是热力强迫激发的准定常Rossby波向较高纬度的传播。春季热带对流活动对山东夏季降水异常的贡献比夏季更显著。强季风年与山东夏涝年相联系，热带印度洋一菲律宾群岛、南海一热带西太平洋对流活动偏强，热带东太平洋地区对流活动偏弱，Walker环流加强。弱季风年与山东夏旱年则相反。 通过分析山东夏季降水与东亚夏季风以及大气环流异常的物理过程，得出了如下物理概念模型:热带印度洋以及南海-热带西太平洋地区对流加强(减弱)吟热带地区垂直上升(下沉)气流增强峥热带印度洋和南海一西太平洋地区水汽输送通量增加。朔引峥上升(下沉)运动所释放(吸收)的凝结潜热产生正(负)反馈机制促进了上升(下沉)运动的发展吟热带地区低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)峥副热带和东太平洋地区低层辐散(辐合)、高层辐合(辐散)峥产生正(负)的经向和纬向环流幼赤道Hadley和撇Iker环流加强(减弱)吟低纬度向中纬度输送的热量和角动量增加(减少)峥夏季风偏强(偏弱)睁激发大气环流EAP(反EAP)遥相关型峥山东地区盛行上升(下沉)气流吟副热带高压偏强偏北(偏弱偏南)峥山东夏季降水增多(减少)。