近50 a滁州地区梅雨的时空变化特征

2012-01-19胡姗姗罗爱文贾天山张先卫龚年祖

浙江农业科学 2012年5期

胡姗姗，罗爱文，贾天山，张先卫，龚年祖，黄蓉，张彦

(1.南京大学大气科学学院，江苏南京 210093;2.安徽省滁州市气象局，安徽滁州 239000)

梅雨是我国江淮流域春末夏初过渡季节中的一种重要天气气候现象［1］，每年入、出梅的迟早、梅雨期的长短、梅雨量的丰枯和梅雨量的强弱，不但反映了该年从春到夏过渡期间亚洲上空大气环流季节变化与调整的各种演变特征，而且直接影响我国江淮地区的旱涝，因此梅雨一直是我国气象学者研究的重要课题［2］。研究皖东地区梅雨特征及其时空分布的目的，在于更好地探明流域水旱成因、流域水分资源和生态环境。皖东地区的洪涝灾害是由来已久的生态环境问题，涉及到地理环境、水利工程和农业结构等诸多方面，但是最直接、最重要的还是天气气候因素。

滁州市地处安徽东部江淮分水岭，滁州境内主要有滁河水系、淮河干流水系、高邮湖水系3大水系。属北亚热带湿润性季风气候。季风明显，四季分明，气候温暖湿润，雨热同季，易旱易涝。而梅汛期的洪涝以及局部地区的涝灾是滁州地区重要的灾害之一。因此，进一步加强对滁州地区梅雨变化规律及其影响机制的研究，不仅有利于提高该区旱涝气象灾害预测的水平，而且有利于减少梅雨灾害带来的损失，这对发展农业生产，保障人民生命财产安全有着重要的现实社会意义。

1 材料与方法

1.1 资料

安徽省气象台的入梅期、出梅期资料，滁州地区滁州、来安、全椒、天长、定远、凤阳、明光7个气象站的降水观测资料，以及美国 NCEP/NCAR再分析资料中1961-2010年逐日高度场资料，网格距 2.5°×2.5°。

1.2 方法

根据相关实测数据，分别整理、统计和分析梅雨期不同降水特征量，并以此为依据探索滁州地区梅雨多年变化和地域差异。

利用系统聚类分析和相关分析对50 a(1961-2010年，除1965和1978年空梅外)梅雨期、梅雨量和梅雨强度进行分析，以便探明滁州地区梅雨的基本特征和变化规律［3-4］。

梅汛期特征量统计项目选定入梅期、出梅期、梅期长度、梅雨量、梅日量、梅年比、梅暴日、梅雨强度指数及其标准化距平等。

2 时空特征

2.1 梅雨期的特征

2.1.1 梅雨时期

入梅期。滁州地处江淮地区，江淮地区入梅期因地域不同而有所不同，多数年份具有南早北迟的特点，但一般相差3～5 d;有的年份南北同时入梅，还有的年份出现北早南迟的现象。这主要是受副高位置和环流条件影响所致［5］。滁州地区从1961-2010年的50 a中，除2 a空梅外，实有梅雨的年份为48 a。在有梅雨的年份中，多数年份入梅期在6月中旬，平均入梅期在6月17日;最早的在6月2日 (1996年)，最迟的在7月9日 (1982年)，入梅期前后最大相差37 d。

出梅期。滁州多数年份出梅期在7月上中旬，平均在 7月 9日;最早的在 6月 15日 (1961，1984年)，最迟的在7月29日 (1987年)。出梅期前后相差达44 d。

梅雨长度。滁州平均梅雨长度为24 d;短的(除空梅外)只有5 d(2005年);长的则达50～57 d(如1991，1996年)，1991年最长为57 d。梅雨期长度相差50～57 d。

2.1.2 梅雨量

梅雨量是梅期降水的基本特征量，也是造成滁州地区旱涝的要主原因。滁州地区50 a梅雨量分布不均，平均为227.5 mm。但历年梅雨量相差悬殊，少的 (除空梅外)有 18.4 mm(2005年)，27.6 mm(1964年)等;多的则达502～931 mm，如1991年的 931 mm(历年最多)，2003年的621 mm和1996年的502 mm等。

2.1.3 梅雨强度

梅雨强度是梅期降水的重要指标，也是滁州地区旱涝致灾的关键因素。梅雨强度可包括梅期平均日雨量、雨量梅年比、梅期暴雨日数和梅雨强度指数等指标。

梅期平均日雨量。梅期平均日雨量是梅雨量与梅期日数之比。滁州地区从1961-2010年梅期平均日雨量多为5～20 mm，平均值为9.5 mm。但历年差异很大，少的 (除空梅年外)有3.2 mm(1977年)，3.7 mm(2001和2005年);多的则在达25.7～30.9 mm，如1972年的30.9 mm(历年最多)，1969年的25.7 mm等。

雨量梅年比。雨量梅年比是梅雨量与年雨量之百分比。滁州地区梅年比10%～30% ，平均为21.5% ，但历年差异悬殊。小的 (除空梅外)有2%(1964，2005年)和6%(1977，1992，2000年);大的44% ～56%，如1991年的56%(历年最大)和1996年的44%等。

梅期暴雨日数。梅期暴雨日数是梅期雨量≥50 mm的日数之和。滁州地区梅期暴雨日数多数年份在1～2 d，平均为1.3 d，但历年差异也很大。梅期暴雨日数为0 d的，除空梅年外，还有1964，1973，1977和2005年等年份;暴雨日数＞3 d的有5 a(如 1969，1972，1991，2003和 2007年);最多的为6 d(1991年)。

梅雨强度指数。梅雨强度指数实际上是根据不同项目、不同指标对梅雨影响进行综合评价的指数。徐群等［6-9］都做过系统的研究。梅雨期的长短、平均日雨量的大小和梅雨期暴雨日数的多少，无疑直接影响着旱涝的形成和发展，理应体现在梅雨强度指数中。但由于梅雨量与全年降水量之比对于流域水文、区域经济和地区农业都是至关重要的，也应当纳入梅雨强度指数公式，以便更加科学有效地反映梅雨的综合影响。因此，滁州地区梅雨强度指数［10］可表示为:

M=l/L+q/Q+b/B+d/D。

式中:M为梅雨强度指数;l、q、b、d分别为某年梅期长 (d)、某年梅期平均日雨量 (mm)、某年梅年比 (%)、某年梅期暴雨日数 (d);L、Q、B、D分别为多年平均梅期长 (d)、多年梅期平均日雨量 (mm)、多年平均梅年比 (%)、多年平均梅期暴雨日数 (d)。滁州地区1961-2010年梅雨强度指数多在2.0～6.0，平均4.0，但历年差异很大。梅雨强度指数≤2的，除空梅外，还有1961，1964，1977，1992，1994，2000，2001 和2005年; ＞6.0的有 1968，1969，1972，1980，1982，1983，1991，1996，2001，2003和2007年;最大为1991年的12.1。

2.2 梅雨特征量的时间演变

2.2.1 梅雨期的年际和年代际变化

入梅期的年际和年代际变化。滁州地区入梅期具有显著的年际变化，多数年份在6月中下旬，但也有提前到5月中旬的，还有推迟到7月上旬的。图1为1961-2010年历年入梅期和入梅期标准化距平变化及拟合趋势曲线。

图1中纵坐标是以5月1日为起点而往后排列的日数。

图1 滁州地区历年入梅及入梅期标准化距平的变化

从图1中11 a滑动平均入梅日期看，20世纪70年代后期至80年代前期处平稳状态，80年代中后期至21世纪前期一直处于波动状态，80年代中后期至90年代初入梅期较历年有推迟趋势，而90年代至21世纪初则有提前趋势。从年际变化看，1988-1991年入梅期明显提前，而2004年以来除2008年外均入梅推迟。从线性拟合趋势线看出，1961-2010年滁州地区入梅日期长期趋势呈下降趋势。总体而言，滁州地区历年入梅期呈波动趋势，但2008年后处于入梅日期推迟趋势中。

出梅期的年际和年代际变化如图2所示。

图2 滁州地区历年出梅及出梅期标准化距平的变化

图2中纵坐标同样是以5月1日为起点而往后排列的日数。从11 a滑动平均出梅日期看，相对较为平稳，基本围绕平均值周围处于小幅波动状态，20世纪70年代前期至90年代前期处于出梅期较历年推迟趋势中，20世纪90年代至21世纪前期出梅期较历年平均略提前，2005年以后出梅期处于推迟趋势中。从年际变化看出梅期基本围绕平均值周围震荡，波动幅度没有入梅期的大，且具有在2003年以后出梅期与历年平均相比推迟的趋势。从线性拟合趋势线看出，1961-2010年滁州地区出梅日期长期趋势呈上升趋势 (与江淮一致)，标准化距平拟合趋势线具有更明显的上升趋势。总体而言，滁州地区历年出梅日期虽在波动震荡，但具有相对平稳的趋势特点。

梅期长度的年际和年代际变化如图3所示。滁州地区历年梅雨期长度变化大，平均为23 d，但长短相差悬殊。从11 a滑动平均看，20世纪60-70年代初梅雨期长度偏短，70年代中期至80年代中后期梅雨期偏长，80年代末至21世纪初期梅雨期长度偏长，2010年后呈偏短、偏长的波动状态。从线性拟合趋势线看出，1961-2010年滁州地区梅期长度趋势呈上升趋势，其中1991年梅雨期最长，达57 d。总体看来，滁州地区梅雨期变化的趋势是在波动中延长。

由以上分析可看出，滁州地区梅雨期特征量具有显著年际变化，且从较长时间尺度来看具有入梅变早、出梅变迟、梅雨期变长的特点。

2.2.2 梅期雨特征量的年际年代际变化

图3 滁州地区历年梅雨期长度及梅雨期长度标准化距平的变化

把整个滁州地区各梅雨特征量分别做区域平均，将其在空间上作为一个点，来进一步分析各梅雨特征量的时间变化特征。利用线性倾向方法计算梅雨特征量的长期演变趋势。图4给出梅雨量和梅雨强度2个梅期雨量的时间演变曲线，其中柱线为年际尺度分量，光滑曲线为年代际尺度分量，虚线为线性，细实线为±0.7倍标准差选择线。

由图4中年际分量可以看出，梅雨特征量均存在显著不同的年际变化特征。由图4中线性趋势线可以看出48 a来梅雨特征量均存在显著一致的长期趋势变化特征，即梅雨量和梅雨强度指数长期趋势都呈上升趋势，说明从较长时间尺度来看，滁州地区梅雨特征量具有向梅雨量偏多、梅雨强度偏强变化的趋势。

梅雨量的年代际变化表明，20世纪60年代期梅雨量偏少，70年代初期至80年代初期梅雨量呈正常略偏多的状态，80年代中期至90年代初期梅雨量显著偏多，90年代中期至21世纪初梅雨量呈偏少、偏多的波动状态。梅雨强度的年代际变化表明，20世纪60年代梅雨强度偏弱，70年代初期至80年末期梅雨强度呈偏弱、偏强、偏弱的波动状态，90年代梅雨强度呈偏强的状态，2001年后呈偏弱、偏强、偏弱、偏强、偏弱的波动状态。

图4 滁州地区历年梅雨特征量的变化趋势

若以超过0.7倍标准差作为梅雨特征量偏多(迟)，＜-0.7倍标准差作为梅雨特征量偏少(早)的标准，给出48 a来滁州地区梅雨特征量的异常年份如表1所示。48 a来滁州地区梅雨期长度异常偏长的年份有12 a，异常偏短的年份有10 a;梅雨量异常偏多 (以下简称丰梅年)的年份有9 a，梅雨量异常偏少 (以下简称枯梅年)的年份有11 a;梅雨强度指数异常偏强的年份有7 a，异常偏弱的年份有2 a。

由以上分析可见，滁州地区梅雨特征量时间分布不均，其年际变化差异显著。梅雨量异常的年份，丰梅年中分别各有2/9的年份入梅日期偏早和出梅日期偏迟，有4/9的年份梅雨期长度异常偏长，有2/3的年份梅雨强度异常强;枯梅年中有9/11的年份出梅偏早，有6/11的年份梅雨期长度异常偏短，有2/11的年份梅雨强度异常偏弱。

从较长时间尺度来看，1961-2010年 (除空梅1965和1978年外)48 a来梅雨特征量均存在显著不同的长期趋势变化特征。其中除入梅日期长期趋势呈下降以外，出梅日期、梅雨期长度、梅雨量和梅雨强度长期趋势都呈上升，且梅雨期长度、梅雨量和梅雨强度指数的年代际变化趋势与出梅日期的年代际变化趋势相比虽然存在一定差异但总体基本相似，只是振幅略有不同。

对滁州地区梅雨量与梅雨期长度做回归分析，梅雨量与梅雨日数存在线性相关，Y=10.146X-13.022，式中X为梅雨期长度，Y为梅雨量，对其相关性进行显著性检验，通过α=5%的显著性水平检验，说明滁州地区梅雨量与梅期长度呈正相关。

表1 滁州地区梅雨特征量的异常年份

2.3 梅雨期降水的空间分布

滁州地区梅雨期梅雨量的空间分布不均衡(图5)。从滁州地区梅雨期降水距平百分率分布来看，滁州地区梅雨量分布不均，为190～260 mm(图5中a)，其中滁州、来安、全椒、天长较全区平均偏多，全椒偏多最多，达12.6%，滁州、来安、天长偏多在10%以内;北部凤阳、明光、定远均偏少，凤阳偏少最多，达13.9%，定远、明光偏少在6%以内。从图5中b可看出，滁州地区梅雨量分布为北少南多。梅雨量的这种分布特征，对于滁州地区气候研究和天气预报具有较重要的参考价值。

另对滁州区域7个站50 a来 (除空梅年外)梅雨量距平时间序列进行聚类分析 (图6)，基本上可分为3类。滁州、来安、天长为1类，定远、凤阳、明光为1类，全椒为1类。对上述分区梅雨量进一步做差值t检验，所得统计量的绝对值大于信度0.05的显著性水平临界值，说明滁州地区梅雨降水在此三地之间存在显著性差异。

进一步对滁州地区1961-2010年50 a(除空梅外)平均雨量梅年比分布进行分析，可知全椒最大达23%，滁州、定远、明光次之为22%，来安次少21%，天长、凤阳最少为20% (图5中c)，可见雨量梅年比的分布趋势除受各站梅雨量影响外，还受年降水量影响。

3 异常环流特征分析

如果以梅雨期梅雨量标准化距平绝对值1.0倍标准差为选择标准来定义滁州地区梅雨期丰梅年和枯梅年，其中梅雨量标准化距平＞1.0为丰梅年，＜-1.0为枯梅年，则滁州地区50 a中有枯梅年5 a(分别是 1964，1965，1978，1992，2005年)、丰梅年 6 a(分别是 1972，1980，1991，1996，2003，2007年)。

图5 滁州地区历年梅雨的空间分布

图6 滁州地区历年平均梅雨量距平的聚类分析

由于皖东地区梅雨异常是该地区大气环流异常的直接结果，分别对梅雨期丰、枯梅年500 hPa逐日位势高度场作合成分析。结果 (图7)西太平洋副高强度较正常梅年增强，副高脊线稳定在20°-25°N，来自西伯利亚的北方冷空气经河套以东地区南下与来自阿拉伯海、孟加拉湾、南海和西太平洋副热带高压西南部边缘的暖湿气流在我国江淮地区上空交绥，对流旺盛，从而形成皖东地区梅雨偏多。丰梅年中高纬为典型的东阻型，在贝加尔湖以东至鄂霍茨克海一带存在阻塞高压，但阻高的强度较弱;而枯梅年则完全相反，中高纬地区几乎均为平直的西风气流，西太平洋高压位于海上，印度季风槽的强度和西太平洋副热带高压的强度均明显比正常梅年减弱，对流极弱，故造成江淮地区梅雨期梅雨量异常偏少。