甘肃东西区夏季不同强度降水事件天气成因分析

摘要 基于1961—2018年甘肃省逐日降水格点资料和NECP/NCAR再分析资料，依据逐年降水变化“东西反向”型分布模态，将甘肃以104°E为界分为东西两区开展不同强度的降水事件变化研究及成因分析。结果表明：中降水事件在两区夏季降水的占比均超46%，占主导作用；西区强、中降水事件发生频次呈上升趋势，东区各强度降水事件频次均呈下降趋势。天气成因分析表明，甘肃东西区降水偏强时，南亚高压异常增强，提供了较好的高空辐散条件，西太平洋副热带高压偏强、偏北或偏西，中纬度地区“+-+”的位势高度异常促使冷暖空气增强并交汇于甘肃地区，西风带波动小槽的发展，配合近地层高原东侧低涡将低纬度水汽接力向西北输送，导致降水发生；相较于东区，西区降水夏季风系统异常更强，西风带波动显著，位势高度负异常位置偏北。

关键词 不同强度降水；夏季风；南亚高压；西风急流；甘肃东西区

中图分类号 S162

文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）02-0197-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.02.043

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis of the Weather Causes of Summer Precipitation Events with Different Intensities in the Eastern and Western Regions of Gansu Province

YANG Qing-yi，ZHU Jiang-tao，TIAN Tao

（1.Lanzhou Resources and Environment Vocational and Technical University， Lanzhou， Gansu730021;2.School of Atmospheric Science， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu730000;3. Chinese People’s Liberation Army93811Unit， Lanzhou， Gansu730000）

Abstract Based on the daily precipitation grid data and NECP/NCAR reanalysis data from1961to2018in Gansu Province， and based on the “east-west reverse” distribution mode of annual precipitation changes， Gansu was divided into two regions with104°E as the boundary to conduct research on precipitation event changes of different intensities and analyze their causes.The results showed that the proportion of moderate precipitation events in summer precipitation in both regions exceeded46%， accounting for the dominant role;the frequency of strong and moderate precipitation events in the western region showed an upward trend， while the frequency of various intensity precipitation events in the eastern region showed a downward trend.The analysis of weather causes showed that when the precipitation in the eastern and western regions of Gansu was relatively strong， the South Asian high pressure abnormally strengthened， providing good conditions for high-altitude divergence. The subtropical high pressure in the western Pacific was relatively strong， northward or westward， and the abnormal height of the “+-+” potential in the mid latitude region promoted the enhancement of cold and warm air and its convergence in the Gansu region. The development of the fluctuation trough in the westerly belt， combined with the low vortex on the eastern side of the near surface plateau， will relay low latitude water vapor to the northwest， leading to precipitation.Compared to the eastern region， the summer monsoon system of precipitation in the western region was more anomalous， with significant fluctuations in the westerly belt and a negative anomaly position in the geopotential height towards the north.

Key words Precipitation of different intensities;Summer monsoon;South Asian high pressure;Westerly jet;Eastern and western regions of Gansu Province

基金项目 兰州资源环境职业技术大学科技创新团队项目“甘肃河西NDVI演变特征及其对不同强度降水变化的响应”（X2022A-04）。

作者简介 杨庆怡（1990—），女，甘肃天水人，讲师，硕士，从事农业气象、气候变化与气象灾害等研究。

收稿日期 2023-01-12

有研究指出，近几十年我国西北干旱半干旱区降水有增多趋势，极端降水的频次和强度都有增加，且越干旱的地区增加趋势越大^[1]。甘肃省位于西北内陆，近年来除高原东北侧的中东部降水有下降趋势外，省内其余地区降水呈上升趋势^[2]。不同强度降水变化表现出甘肃东部减少、西部较大强度降水增加^[3]。在汛期，较小等级降水减少，较强等级降水增加，15～80mm的降水量占主导并表现出东部减少、西部增加的现象^[4]。这些研究凸显了甘肃降水显著的区域性特征。

甘肃地形跨度大，其东南部位于夏季风末端，降水发生与夏季风系统关系密切，西太平洋副热带高压偏强偏西时降水增多，偏弱偏东时降水偏少^[5]。对河东地区，甘南高原海拔高、水资源充足，气候变暖促进内部水循环使得降水增多；其余地区降水发生由输入性水汽占主导^[6]。此外，甘肃东部地区降水与高原地表感热呈负相关^[7]。甘肃西部因特殊的地理位置和地形特征，季风传输的暖湿气流难以到达，同时高原的动力作用，不利降水天气系统维持，导致降水稀少；就近些年甘肃西部降水增加现象，有学者认为与西风环流加强导致水汽输送增加^[8]。有学者认为与ENSO、南亚高压、高原加热场的单独或者相互联动对夏季风和西风带共同但相反的作用有关^[4]。还有学者指出需考虑气候增暖对积雪、冰川消融引起的内循环变化^[9]。由此可见，甘肃地区降水尤其是西部降水异常的成因较复杂。综上，针对甘肃降水变化及成因的研究已取得一定的成果，然而对于全省不同区域不同强度降水变化及成因的研究还需进一步加强。该研究对甘肃降水开展分区（东西区）、分强度（弱、中、强）的研究，揭示不同区域不同强度降水下大气环流的主要特征，对于丰富甘肃降水特征及机制认识有科学意义。

1 资料与方法

1.1 资料选取

1961—2018年CN05.1逐日降水格点数据，水平网格距为0.25°×0.25°；NCEP逐月再分析数据，水平网格距为2.5°×2.5°，垂直方向上由1000hPa到10hPa共17层，包括位势高度场、温度场、风场及比湿数据。

1.2 研究方法

采用百分位法，取第90和第50百分位值作为该格点日降水量的降水阈值^[10]；根据某日达到某一阈值的格点数占总格点数的比例，定义强、中、弱降水事件为：①强降水事件，当日降水量超过第90百分位阈值的格点占比大于50%，记该日为一次强降水事件；②中降水事件，当日降水量超过第50百分位阈值的格点占比大于50%，且超过第90百分位阈值的格点占比小于50%，记该日为一次中降水事件；③弱降水事件，当日降水量超过0.1mm的格点占比大于50%，并且降水量超过第90百分位值及第50百分位值的格点占比均小于50%，记该日为一次弱降水事件。该方法可以有效避免在甘肃西部这样干旱、半干旱地区筛选不到传统极端降水事件的不足。

文中选取并计算分析以下4个指数：①东亚夏季风指数，850和200hPa的纬向风垂直切变，范围在0°～10°N、100°～130°E^[11]。②南亚夏季风指数，850和200hPa纬向风的垂直切变，范围在0°～20°N、40°～110°E^[12]。③南亚高压强度指数，北半球200hPa位势高度大于12520gpm的所有网格点位势高度值加权计算的结果^[13]。④西风急流指数，200hPa空间范围在35°～45°N、50°～105°E的平均纬向风^[14]。

2 甘肃东西区不同强度降水变化特征及成因

2.1 东西区不同强度降水变化特征

甘肃省年降水量呈东南多、西北少，空间分布梯度大。年内降水量先波动上升再波动下降；月降水量在12月和1月不足5mm，在7月和8月近70mm。年际变化来看，1970年之前年际降水变化波动幅度大，1970年开始波动幅度明显减小且缓慢上升，1984年出现一次小峰值，之后波动下降至1997年降水异常偏少，为研究时段的年均最低值；此后又波动上升，到2018年出现年降水量超过430mm的极大值（图1）。

对全省逐年降水量进行EOF分解（图2），第1模态贡献达到52.48%，反映研究时段内全区降水变化最显著的特征，时间系数为正（负），表明降水量异常偏多（少）。第2模态贡献值20.35%，呈现西正东负的分布形态，2012年之后的时间系数持续正值且异常偏大，说明在甘肃省104°E以西地区降水量异常偏多，而以东地区的降水量异常偏少，这也表明甘肃省东西部降水量之间存在相反的变化趋势。为了详细探究甘肃省不同强度降水变化特征，基于第2模态以104°E为界，将甘肃省分为东西2个区域，开展分区域的降水研究。