近21年东北雨季变化特征

王明亮，胡犁月，金 磊，邵长亮，白宏禹

(1.丹东市气象局，辽宁丹东 118000；
2.江西省新干县气象局，江西吉安 331300；
3.内蒙古自治区鄂温克族自治旗气象局，内蒙古呼伦贝尔 021100；
4.中国气象局气象探测中心，北京 100081)

降水具有不同时间和空间尺度的变化特征，是大气系统非线性耦合作用的结果。降水对某个区域的水资源时空分布以及生态环境的形成与演变等具有决定性的影响[1-3]。目前在全球变暖的背景下，水循环加快，北半球地区极端天气发生的次数和程度都出现增加的形式[4-6]。我国地处东亚季风区，会受到东亚季风的影响，全国不同地区大范围集中降水的开始和结束时间差别较大，在我国不同区域如江南、华南、华北等天气气候现象均有独特性。其中华南前汛期被定义在每年的4—6月经历的第一个多雨时期[7-8]，西南包括四川、贵州、云南、重庆4省(市)雨季在每年的春末夏初至中秋季节即为5—10月[9-10]。我国南方的梅雨季节一般定义在每年的6—7月，并且梅雨对我国长江中下游地区夏季旱涝有重要的影响[11-13]。华北雨季主要受东亚夏季风向北推进出现集中降雨，时间一般在每年的7月下旬—8月上旬[14-16]。2014 年以来，中国气象局与各地气象部门联合制定了雨季的规范标准，并对雨季开始的早晚及影响环流系统进行了分析。

东北雨季既受到东北冷涡影响，又受到盛夏副高(夏季风)影响，但目前东北雨季的起止日期尚且没有一个统一的、定量的划分标准，而东北雨季的监测指标在各省也不尽相同，通常只是按一年中雨带的大致变化粗略地划分雨季的大致时间。然而精确的雨季开始和结束的监测是气象服务的重要内容，对于农业生产和政府决策等均有十分重要的作用。该研究仅统计1997—2017年东北雨季开始/结束时间点、雨季持续时间及雨季平均降雨量的变化趋势，研究东北雨季变化特征。

1.1 资料来源取东北地区(包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东部)208个观测站1997—2017年雨季降水量资料，对这些站中资料不连续的台站进行插补。插补方法为选用该站周围半径为200 km范围内的台站，按线性内插法得到该站缺测值。插补之后有208个台站1997—2017年资料连续，208个台站的位置分布及平均降雨量见图1(来自国家气象信息中心)，可见东北西部台站较少、东北东部台站较密，且平均降雨量也呈现东北西部较少、东北东部较多。

图1 东北地区208个观测站分布及平均降雨量

1.2 分析方法雨季开始与结束日期之间的天数定义为雨季长度；
雨季各天降水量累积值称为雨季降水总量；
雨季降水总量除以雨季天数得到的值为雨季平均降水强度。

1.2.1雨季降水量等级。其计算公式如下：

(1)

式中，Z为雨季降水量标准化值；
P为某年雨季降水量；
P0为雨季降水量的气候平均值；
S为雨季降水量的气候标准差。气候标准差为近3个整年代的标准，计算参见GB/T 34412—2017的7.4.2[17]。

1.2.2雨季综合强度。仅用开始和结束早晚、雨季长度、累计降水量、平均降水强度很难科学衡量东北雨季强度，应采用综合指数方法。参考中国气象局《华北雨季监测业务规定》，雨季综合强度(M)计算公式如下：

(2)

式中，L为某年雨季长度；
L0为雨季长度的气候平均值；
P为某年雨季降水量；
P0为雨季降水量的气候平均值；
P/L为某年雨季内平均日数降水强度；
P0/L0为雨季内平均日降水强度的气候平均值。

1.2.3线性趋势分析。采用公式(3)进行线性趋势分析。

yi=a+bti(i=1，2，…，n)

(3)

式中，a是回归常数；
b是回归系数，代表气候变化倾向率，b>0表示呈现上升趋势，b<0表示呈下降趋势；
a和b可用最小二乘法求出。

对观测数据xi及相应的时间ti，回归系数b和常数a的最小二乘估计为：

(4)

(5)

(6)

(7)

2.1 东北雨季开始/结束日逐年序列变化从统计得出的1997—2017年各年份雨季开始/结束日期(图2)可以看出，1997—2017年东北雨季开始时间在6月开始的总共17次，占整体的80.95%，在7月共出现4次，占整体的19.05%；
其中雨季开始时间在6月上旬共7次，占整体的33.33%，6月中旬共6次，占整体的28.57%，6月下旬共4次，占整体的19.05%，7月上旬共3次，占整体的14.29%，7月中旬共1次，占整体的4.76%；
1997—2017年雨季结束时间在8月共5次，占整体的23.81%，在9月共出现15次，占整体的71.43%，在10月共出现1次，占整体的4.76%；
其中雨季结束时间在8月中旬共1次，占整体的4.76%，在8月下旬共4次，占整体的19.05%，在9月上旬共5次，占整体的23.81%，在9月中旬共8次，占整体的38.10%，在9月下旬共2次，占整体的9.52%，在10月上旬共1次，占整体的4.76%。

图2 1997—2017年东北雨季开始/结束日逐年变化

房一禾等[18]针对1981—2010年东北区域盛夏雨季前、中、后期的环流场，对比分析了6月1—25日500 hPa位势高度场的多年平均情况，结果发现，高纬地区主要受偏西风的控制，西太平洋副热带高压位脊线位于20°N附近，西伸脊点位于125°E附近。由于副高位置偏南，暖湿气主要影响日本，而东北区域缺少水汽运输条件。在9月1—30日，副高脊线达到26°N附近，但并没有太多的东退，西伸脊点在 135°E 附近。所以在盛夏雨季期间正好是2次副高北进，而副高脊线一开始略微偏南，当东北雨季结束后开始向南。当东北地区的上空西南气流不在，重新被内陆中高纬的干冷偏西风气流控制，说明东北雨季彻底结束，前人计算得出1981—2010年东北区域气候态平均的盛夏雨季的起止日期分别为每年的6月26日和8月30日[18]。而该研究计算东北区域1997—2017年东北雨季平均起止日期分别为每年的6月27日和9月9日。

2.2 东北雨季平均雨量及天数变化从图3可以看出，1997—2017年东北雨季平均降雨量变化存在较大年际差异，1998年最多(461.7 mm)，2007年最少(141.4 mm)。1997—2017年东北雨季平均雨量超过400 mm的分别为1998年(461.7 mm)、2003年(448.4 mm)、2012年(437.5 mm)、2013年(457.0 mm)、2016年(430.2 mm)，平均降雨量低于200 mm的分别为2007年(141.4 mm)和2008年(174.9 mm)。2007年开始东北雨季平均降雨量较2007年以前平均降雨量有变大趋势，且1997—2017年东北雨季平均降雨量为313.2 mm。

图3显示，1997—2017年东北雨季天数变化存在较大年际差异，2014年最长，为109 d，2000年最短，为58 d。1997—2017年东北雨季持续天数超过100 d的总共出现5次，分别为1998年(102 d)、2005年(102 d)、2012年(105 d)、2014年(109 d)和2016年(106 d)。其中1997—2017年东北雨季持续天数在60 d以下总共出现1次，持续天数在60～100 d(包括100 d)总共出现15次，持续天数在100 d以上总共出现5次；
且近21年东北雨季持续天数平均为84 d。

图3 1997—2017年东北雨季平均降雨量及天数变化

2.3 东北雨季平均降雨量与持续天数的相关性东北雨季平均降雨量受到多个因素的综合影响，其中雨季持续天数直接影响雨季平均降雨量。因此为了了解2个因素之间的关系，对其进行相关性分析。从表1可以看出，东北雨季平均降雨量和雨季持续天数呈现显著正相关，相关系数为0.815。由图4可以得到，1997—2017年东北雨季平均降雨量与持续天数有很好的线性关系。王学忠等[19]针对1951—2001年东北雨季降雨量，采用NCEP/NCAR再分析850 hPa逐日风场资料求旬平均，并得出雨季开始早则持续期长，降水量大，反之亦然。这一结果与该研究的结果完全一致。

图4 1997—2017年东北雨季平均降雨量与持续天数的线性关系

表1 1997—2017年东北雨季平均降雨量与持续天数的相关性

2.4 东北雨季等级及综合强度变化从1997—2017年东北雨季等级变化(图5)可以看出，1997—2017年东北雨季降水量最多的一次发生在2013年的显著偏多，东北雨季降水量最少的一次发生在2007年的显著偏少。近21年东北雨季降水量等级显著偏少共出现2次，占整体的9.52%；
偏少共出现6次，占整体的28.57%；
正常共出现7次，占整体的33.33%；
偏多共出现4次，占整体的19.05%；
显著偏多共出现2次，占整体的9.52%。

从1997—2017年东北雨季综合强度变化(图5)可以看出，1997—2017年东北雨季综合强度最强达到1级发生在2013和1998年，东北雨季综合强度最弱到5级发生在2007和2008年。近21年东北雨季综合强度弱共出现2次，占整体的9.52%；
偏弱共出现6次，占整体的28.57%；
正常共出现7次，占整体的33.33%；
偏强共出现4次，占整体的19.05%；
强共出现2次，占整体的9.52%。

图5 1997—2017年东北雨季等级与综合强度变化

该研究通过统计方法、相关性分析和线性趋势分析等方法对1997—2017年东北雨季变化进行分析，得到以下结论：

(1)1997—2017年东北雨季开始时间在6月的占整体的80.95%，在7月的占整体的19.05%；
结束时间在8月的占整体的23.81%，在9月的占整体的71.43%，在10月的占整体的4.76%；
近21年东北雨季平均起止日期分别为6月27日和9月9日。

(2)1997—2017年东北雨季平均降雨量变化存在较大年际差异，1998年最多(461.7 mm)，2007年最少(141.4 mm)。近21年东北雨季天数变化也存在较大年际差异，2014年最长(109 d)，2000年最短(58 d)，年平均降雨量为313.2 mm，年平均持续天数为84 d。

(3)1997—2017年东北雨季降水量最多的一次发生在2013年的显著偏多，最少的一次发生在2007年的显著偏少；
综合强度最强达到1级发生在2013和1998年，最弱5级发生在2007和2008年。

(4)东北雨季平均降雨量受到多个因素的综合影响，其中东北雨季平均降雨量和雨季持续天数呈现显著正相关，相关系数为0.815。