2021年山东夏季降水异常特征及成因分析

基于NCEP再分析资料和山东省122个国家地面观测站数据,对2021年山东夏季降水异常特征及成因进行研究。2021年夏季山东平均降水量较常年偏多25.3%,降雨过程较多,其中,6月降水偏多主要是由于西太平洋副热带高压(简称“副高”)北抬造成;7月中旬降水偏多主要是由于副高强度偏强,副高边缘暖湿气流为山东降水提供了充足水汽,下旬降水偏多是由于台风“烟花”带来强降水;8月降水偏多主要是下旬副高强度偏强,水汽输送充沛造成。此外,2021年夏季山东降水空间分布不均匀,呈西多东少的空间分布。进一步分析近3次拉尼娜事件发现,夏季副高强度偏强是造成近3个拉尼娜衰减年夏季山东降水空间分布异常的主要原因。夏季副高强度是拉尼娜次年山东夏季降水的重要预测因子。

两类厄尔尼诺事件对次年山东夏季降水的影响研究

厄尔尼诺(El Nino)事件可根据海温极大值中心分为东部型El Nino和中部型El Nino。本研究通过观测资料研究了1979-2020年两类El Nino事件对次年山东夏季(6-8月)季节平均和月平均降水异常的影响。结果显示,中部型El Nino次年夏季西北太平洋反气旋较气候态偏北,进而增强东亚夏季风,使得山东夏季平均降水偏多。伴随着反气旋在季节内的北移,降水正异常在晚夏(8月)最为显著,而东部型El Nino次年夏季反气旋较气候态偏南偏弱。同期日本列岛地区由于东亚-太平洋遥相关负位相的出现产生异常气旋,山东地区受气旋西侧干冷北风控制,夏季降水偏少。由于气旋强度在季节内逐渐降低,所以山东干旱在初夏(6月)最显著。这些结果可以为未来山东夏季降水季节预测提供重要参考。

东亚夏季风对山东夏季降水的影响

对2种东亚夏季风指数进行了对比分析,选择1种能较好地表征山东夏季降水的夏季风指数。研究了山东旱涝年以及强弱季风年500hPa高度场、850hPa风场、热带洋区OLR场、西太平洋副热带高压等异常分布特征,并初步探讨了影响山东夏季降水的物理机制。结果表明,海陆热力差指数是1种较适合研究山东夏季降水的东亚夏季风指标。强(弱)指数年,南海-热带西太平洋地区对流活动较常年偏强(弱),热带东太平洋地区对流活动偏弱(强),Walker环流偏强(弱),北半球500hPa环流形势呈EAP(负EAP)遥相关型,副热带高压偏北偏强(偏南偏弱),山东夏季以多雨(少雨)年份居多;春夏季南海-热带西太平洋地区对流活动与山东夏季降水之间存在着遥相关关系,两者遥相关的可能机制是热带强迫所激发的大尺度准定常Rossby波的传播。

海温异常对山东夏季降水的影响分析

讨论了前期全球海温异常对山东夏季降水不同分布型的影响,找到了对汛期降水预测有指示意义的异常信号,并将这些异常信号与2016年的降水分布特征进行了验证。前期恩索(ENSO)处于发展状态时,易造成全省夏季降水一致的分布形势;前期ENSO处于衰减状态时,山东夏季降水易出现东西反向的分布形势。太平洋十年际振荡和热带印度洋全区一致海温模态位相与鲁东南和半岛的夏季降水存在高相关,而副热带南印度洋偶极子和热带印度洋偶极子位相对山东夏季降水的高影响区位于鲁西北。这些异常信号对山东夏季降水预测具有一定的指示意义。

山东夏季强降水的时空演变特征及成因

应用1961—2012年山东省26站夏季降水和西太平洋副热带高压特征量指数等资料，分析了山东夏季强降水的时空演变特征。结果表明：山东夏季强降水日数总体呈减少趋势，部分地区呈增多趋势，暴雨日在1989年前后发生突变；强降水日数比重呈增大趋势，半岛北部增大趋势明显，近208比重明显高于前期，且波动幅度加大，同样在1989年前后发生突变；大雨日降水强度增加，暴雨日降水强度减小，两者均在1990年代降水强度最大，半岛、东南沿海地区为强降水雨强高值区。对其成因初步分析发现，强降水时间变化与西太平洋副高南北位置关系密切，台风带来的强降水是影响东南沿海地区降水强度的关键因子。

山东夏季降水与西太平洋副高强度的关系研究

应用统计学相关分析方法，对山东省50年（1953～2002年）夏季（6、7、8月）的实况降水资料进行了统计分析，得到了全省夏季降水的变化趋势，并对夏季降水变化与同期西太平洋副热带高压脊线位置及副热带高压强度进行相关计算，分析了西太平洋副热带高压对山东夏季降水趋势的影响，为利用副高脊线位置及副高强度等副高特征量，预报山东夏季降水提供了一些有价值的参考。

山东夏季高温天气特征分析

选取1951—2008年山东121个站日最高气温观测资料和高空、地面常规观测资料做统计分析。结果表明:山东的高温具有明显的时空分布特征。山东≥35℃炎热日年际变化总趋势是两多一少,1951—1971年为第一多值阶段,1991—2005年为第二多值年1972—1990年为少值阶段。山东≥40℃酷热日出现在5月下旬—7月中旬,主要集中在6月和7月上、中旬,其中6月中旬最多;山东各地≥35℃炎热日以鲁西北西部、鲁西南西部和鲁中北部出现较多,其中淄博最多;山东日最高气温≥40℃的酷热日主要出现在鲁西北西部、荷泽和鲁中北部,最多出现在聊城的夏津,山东酷热天气虽多出现在内陆,但1980年以后山东半岛沿海部分站点也出现了酷热天气。山东的高温天气分为干热型和湿热型两类。干热型高温的天气形势为:850h Pa图上有≥20℃的暖区控制山东,地面图上山东处在东高西低的气压场内;当850h Pa在河套存在中心温度≥24℃的暖中心,24℃等温线延伸到济南东部,20℃等温线穿过山东半岛,山东就会出现酷热天气。湿热型高温的天气形势为:山东从低空到高空都受副高控制,且850h Pa≥20℃的暖区控制山东内陆地区。

山东省夏季降水与赤道中东太平洋前期冬季海温对应关系的年代际变化

基于NCEP再分析资料的月平均500 h Pa高度场、NOAA月平均海温资料和山东省121个测站逐月降水资料,对1961—2015年山东省夏季降水与赤道中东太平洋海温对应关系的年代际变化进行研究。结果表明,山东省夏季降水在1970年代中期以及1980年代末、1990年代初发生了明显的转变。其中,在1970年代中期以前,山东省夏季降水量为线性减少趋势,总量偏多,而在1990年代以后,无明显变化趋势。山东省夏季降水与赤道中东太平洋前期冬季海温的关系在转变前后有明显差异:在1970年代中期之前,二者为反位相关系;1990年代之后,二者转为同位相关系。此外滑动相关结果也显示,1990年代以前,山东省夏季降水与Ni1o3区前期冬季海温为负相关关系,1990年代之后,二者为正相关关系。进一步研究发现,山东省夏季降水与西太平洋副热带高压之间的相关关系也发生了年代际变化:在前一时期,山东省夏季降水偏多年份的水汽主要来自东亚夏季风的输送;在后一时期,山东省夏季降水偏多的年份水汽主要来自El Ni1o次年夏季副热带高压西侧偏南气流的输送。