西南雨季降水异常大气环流特征

Characteristics of Abnormal Atmospheric Circulation of Rainy Season Precipitation in Southwest China

摘要: 为了研究造成西南雨季降水异常的大气环流特征，利用西南地区81个气象站1960~2022年的逐日气象降水量观测数据和同期NCEP/NCAR逐月再分析数据集，水平分辨率为2.5˚ × 2.5˚，运用合成分析和显著性检验等现代气候统计诊断分析方法对西南地区63年来雨季降水异常的高低层大气环流场、其他物理量场以及水汽输送场进行了研究，结果表明：1) 西南雨季降水空间分布不均，雨季降水三个大值区，分别位于四川省中部雅安、峨眉山和乐山一带，云南南部地区以及云南西部地区，且多雨区和少雨区呈交替分布。西南雨季降水长期变化趋势呈微弱递减的趋势，且存在明显的年际变化特征，总的来说降水偏多年主要集中在70年代以前，偏少年集中在2005年以后，西南地区降水有一定的年代际变化特征。2) 多雨年南亚高压较常年偏弱，南支槽活跃，贝加尔湖高压增强，整体为经向环流，西南地区产生显著的西南风异常，有利于对西南地区的水汽输送，有利于降水。少雨年南亚高压较往年偏强，高压中心偏东，整体为纬向环流，中南半岛西北风异常风场形势不利于孟加拉湾水汽向西南地区的输送，会导致降水偏少。西南雨季的垂直运动具有区域性，多雨年在云南西南部和四川东部垂直运动较强。少雨年在四川东部垂直运动较强。3) 多雨年孟加拉湾中部存在一气旋性距平水汽输送，其南侧有显著的西南向水汽通量输送带，说明孟加拉湾南部对西南地区的水汽输送加强。在两广和湖南一带有反气旋性距平水汽输送，南侧存在东南向水汽通量距平，表明来自南海的水汽向贵州、重庆及四川东部输送加强。西南地区多雨年的水汽通量散度距平从南向北表现为“辐合–辐散–辐合”的空间分布，水汽汇集的大值区位于四川东部和云南的南部。少雨年云南存在气旋性水汽通量距平，印度半岛东部有反气旋性水汽通量距平，前者后部和后者前部的北向水汽通量距平在中南半岛汇合，减弱了孟加拉湾北部对西南地区的输送。从孟加拉湾南部来的西南向水汽通量距平在中南半岛转为自西向东的水汽通量距平，不利于水汽向西南地区输送。少雨年西南地区水汽汇集的主要地带分别位于四川东部、重庆一带和云南的东部和南部。在云南西部和贵州的水汽通量散度距平很小，虽有水汽的汇集和辐散，但造成当地水汽变化不是很明显。多、少雨年的水汽辐合区均在云南中部和南部、四川东部，但多雨年在这两地水汽辐合强度远远大于少雨年。

Abstract: In order to study the characteristics of atmospheric circulation that cause precipitation anomalies in the rainy season in Southwest China, daily meteorological precipitation observation data from 81 meteorological stations in Southwest China during 1960⁓2022 and monthly NCEP/NCAR reanalysis data set of the same period were used, with a horizontal resolution of 2.5˚ × 2.5˚. By using the modern climate statistical diagnostic analysis methods such as synthesis analysis and significance test, the high and low layer atmospheric circulation field, other physical quantity field and water vapor transport field of the rainy season precipitation anomaly in Southwest China in the past 63 years are studied. The results show that: 1) The spatial distribution of rainy season precipitation is uneven in southwest China. The three regions with high rainfall value are located in Ya’an, Mount Emei and Leshan in central Sichuan Province, southern Yunnan and western Yunnan respectively, and the regions with heavy rainfall and low rainfall are alternately distributed. The long-term variation trend of rainy season precipitation in southwest China showed a weak decreasing trend, and there were obvious inter-annual variation characteristics. In general, the precipitation was mainly concentrated before 1970s, and the precipitation was mainly concentrated after 2005. The precipitation in Southwest China had certain inter-decadal variation characteristics. 2) In rainy years, the South Asian high is weaker than the usual, the south branch trough is active, the Baikal high is strengthened, and the overall meridonal circulation, the southwest region produces a significant southwest wind anomaly, which is conducive to water vapor transport to the southwest region and conducive to precipitation. In the year of low rainfall, the South Asian high pressure is stronger than in previous years, the high pressure center is eastward, and the overall zonal circulation is present. The abnormal wind field situation of northwest wind over Indochina Peninsula is not conducive to the transport of water vapor from the Bay of Bengal to the southwest, resulting in less precipitation. The vertical movement of rainy season in southwest China is regional, and the vertical movement is stronger in southwest Yunnan and eastern Sichuan in rainy years. The vertical movement is stronger in the eastern part of Sichuan in the year of low rainfall. 3) There is a cyclonic anomaly water vapor transport in the middle of the Bay of Bengal in rainy years, and there is a significant southwest water vapor flux conveyor belt In the south side, indicating that the water vapor transport from the south of the Bay of Bengal to the southwest is strengthened. There is an anticyclonic anomaly of water vapor transport in Guangxi, Guangdong and Hunan, and a southeastward anomaly of water vapor flux in the south, indicating that water vapor from the South China Sea is transported to Guizhou, Chongqing and eastern Sichuan. The divergence anomaly of water vapor flux in rainy years in southwest China shows the spatial distribution of “convergence-divergence-convergence” from south to north, and the large value area of water vapor convergence is located in eastern Sichuan and southern Yunnan. There are cyclonic water vapor flux anomalies in Yunnan and anticyclonic water vapor flux anomalies in the eastern part of the Indian Peninsula. The northward water vapor flux anomalies in the rear part of the former and the front part of the latter converge, which weakens the transport of water vapor from the northern part of the Bay of Bengal to the southwest. The southwesterly water vapor flux anomaly from the south of the Bay of Bengal turns to the west-east water vapor flux anomaly in Indochina Peninsula, which is not conducive to the transport of water vapor to the southwest. The main areas of water vapor accumulation in southwest China are located in eastern Sichuan, Chongqing and eastern and southern Yunnan respectively. In western Yunnan and Guizhou, the divergence anomaly of water vapor flux is very small, although there is water vapor convergence and divergence, but the local water vapor change is not obvious. The convergence areas of water vapor in both rainy and rainy years are in central and southern Yunnan and eastern Sichuan, but the convergence intensity of water vapor in rainy years is much greater than that in rainy years.

1. 绪论

2023年3月20日，IPCC发布了第六次评估报告综合报告，AR6指出不利的气候影响已经比预期的更加深远和极端。近年来，随着严重的热浪、强烈的降雨、其他极端天气和多种灾害频发、并发，气候变化造成的负面影响和风险日趋显著。其中降水异常的频率和强度都在增加，这导致降水模式的改变，对农业、水资源管理、城市规划以及人类生活产生了深远的影响。降水异常与大气环流形势直接相关，因此，客观研究降水异常大气环流形势对于提高人类对气候系统的认识、保护生态环境、保障经济社会可持续发展具有重要意义。

关于西南地区降水异常已有大量研究成果，比如在西南地区降水异常气候特征的研究方面，有研究表明四川盆地夏季降水呈减少的趋势[1]-[3]。董谢琼等[4]指出西南地区的降水量空间分布不均匀，局地差异大，降水量的季节分配不均匀，且各地降水量的季节转换不同步性非常显著。近40多年来的降水量除冬季外，春夏秋年降水量都表现出较明显的负趋势。刘晓冉等[5]分析发现近40a西南地区的西部高原地区降水资源呈增加趋势，而东部除重庆地区外，大部分地区降水资源减少。有研究表明[6]，西南地区夏季降水量场可以分为5个区域，该5区均具有显著的年代际变化特征，且近50a来它们的旱涝变化存在着显著差异，其中川西、川东和贵州降水的长期变化趋势不明显，而四川盆地和云南显著变干。伍红雨等[7]指出贵州降水具有显著的年际、年代际变化特征，贵州夏季降水异常存在2.8年的显著周期。Liu等[8]的研究表明1959~2012年间，极端降水在西南地区的变化趋势中呈现空间异质性，但其空间变异性显著降低，这意味着洪水或干旱可能在整个西南地区中更加均匀地分布。以往的研究表明，干旱和洪涝过程常常是某种状态的异常环流型持续发展和长期维持的结果[9]-[15]，因此对于西南地区降水异常环流特征方面的问题，也有学者进行了深入的研究。伍红雨等[16]分析了贵州多、少雨年夏季环流的平均距平场特征，研究表明多雨年，南亚高压偏弱，西太副高偏南偏强，且印度西南季风、西太平洋副热带季风的南风气流较常年也偏强。少雨年，南亚高压呈西弱东强的特征，西太副高明显西伸，较常年偏北偏强，印度西南季风、西太平洋副热带季风的南风气流弱。同时2009~2010年冬季西南地区严重干旱的开始、发展和减弱与同期500 hPa南支槽活动及整层水汽输送有密切的关系[17]。有学者[18]分析了重庆夏季多雨的同期欧亚主要环流形势，乌拉尔山地区及贝加尔湖以东地区有高压脊发展，利于冷空气南下，青藏高原多低值系统，西太平洋副热带高压偏南，强度偏强。川西高原夏季降水量与500 hPa乌拉尔山高压脊、亚洲东北部高压脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽密切相关，以及100 hPa南亚高压的强度有很大的关系[19]。琚建华等[20]指出云南初夏降水多寡与前期500 hPa中高纬西风带环流配置及前期副热带200 hPa纬向风场分布有关。晏红明等[21]研究表明，孟加拉湾季风活动与云南初夏降水有一定关系，季风爆发偏晚，云南5月降雨量偏少；而当季风爆发偏早或正常，云南5月降雨量的多少主要与中低纬度地区冷空气的活动有关。是否有充足的水汽来源也是造成降水异常的重要原因，李永华等[22]通过研究表明西南地区东部主要有两条水汽通道：第1条主要来自青藏高原转向孟加拉湾经缅甸和云南进入西南地区东部，第2条水汽经由孟加拉湾南部向东输送至中南半岛及南海，与南海越赤道气流所携带的水汽汇合后转向至西南地区东部。朱家宁等[23]利用FLEXPART模式模拟西南地区的水汽输送，发现来自阿拉伯海–孟加拉湾一带的水汽对西南地区夏季降水有很大影响。黄荣辉等[24]指出印度季风区夏季水汽输送以纬向输送为主，且该季风区季风气流所引起的水汽平流是干平流，它利于水汽输送的辐散，水汽的辐合主要是由于风场的辐合所造成。

总而言之，研究西南地区雨季降水异常大气环流特征，探寻影响西南地区雨季降水变化的强信号，为西南地区雨季降水的短期气候预测提供理论依据，有着重要的现实意义。

2. 资料和方法

2.1. 资料简介

1) 中国西南地区三省一市(主要包括四川省、云南省、贵州州西部及重庆大足地区) 81个气象站1960~2022年(5~10月)的逐日降水数据，其站点分布如图1所示：

Figure 1. Site distribution map in Southwest China

图1. 西南地区站点分布图

2) 网格点资料来自NCEP/NCAR逐月再分析数据集(Kistler et al., 2001)，具体有位势高度、纬向风、经向风、垂直速度、比湿、地面气压，水平分辨率为2.5˚ × 2.5˚，选取的时间为1960~2022年(5~10月)。其中，比湿场、地面气压场与水平矢量风场资料结合起来计算整层水汽通量与水汽通量散度。

2.2. 方法介绍

研究方法包括：合成分析法[25]、显著性检验、计算整层水汽通量及水汽通量散度。

2.2.1. 显著性检验

设两个独立样本$\left(x_1,x_2,\cdots ,x_n\right)$ 和$\left(y_1,y_2,\cdots ,y_n\right)$ ，大小分别为n₁和n₂，均值为$\overline{x}$ 和$\overline{y}$ ，取均值为μ₁和μ₂且方差σ²相同的两个正态总体的标准差

$s_x=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum {\left(x-\overline{x}\right)}^2}}{n_1-1}}$ (1)

$s_y=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum {\left(y-\overline{y}\right)}^2}}{n_2-1}}$ (2)

检验两个总体均值μ₁和μ₂是否相同：

计算：

$t=\frac{\overline{x}-\overline{y}}{s\sqrt{\frac{1}{n_1}+\frac{1}{n_2}}}$ (3)

其中：

$s=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum {\left(x-\overline{x}\right)}^2}+{\displaystyle \sum {\left(y-\overline{y}\right)}^2}}{n_1+n_2-2}}$ (4)

或

$\sqrt{\frac{\left(n_1-1\right)s_x^2+\left(n_2-1\right)s_y^2}{n_1+n_2-2}}$ (5)

比较t (比如t₁)在(n₁ + n₂ − 2)自由度下的值。如果计算值|t| < t₁，则接受假设。

2.2.2. 计算整层水汽通量及水汽通量散度

单位边长整层大气的水汽通量Q的计算方式：

纬向水汽输送通量$Q_u=-\frac{1}{g}\underset{p_s}{\overset{p}{{\displaystyle \int }}}qu\text{d}p$ (6)

经向水汽输送通量$Q_v=-\frac{1}{g}\underset{p_s}{\overset{p}{{\displaystyle \int }}}qv\text{d}p$ (7)

单位为kg∙m⁻¹∙s⁻¹，p_s为地表气压，p为上界气压(本文取300 hPa)，q为比湿，g为重力加速度，u为纬向风，v为经向风[26]。

水汽通量散度$D_Q=\frac{\partial Q_v}{a\cos \phi \partial \lambda }+\frac{\partial Q_u}{a\partial \phi }$ (8)

单位为kg∙m⁻²∙s⁻¹，a为地球半径，$\phi$ 和$\lambda$ 分别为经度和纬度。

3 西南雨季降水异常大气环流特征

3.1. 西南雨季降水空间变化特征

图2是西南地区多年平均雨季降水量分布图。从整体来看，西南地区降水分布存在不均匀性，大致呈从西北向东南逐渐增加的趋势，降水量主要集中在400⁓1600 mm之间。雨季降水主要有三个大值区，分别位于四川省中部雅安、峨眉山和乐山一带，云南南部地区以及云南西部地区。降水大值区可以达到1200 mm以上，而降水相对少的川西地区降水量在700 mm以下，最低值不足500 mm，西南地区多雨区与少雨区的交替分布与其复杂的地形有关。这与高焕昕等[27]人的研究一致。

Figure 2. Spatial distribution of the average rainfall in the 63-year rainy season in Southwest China

图2. 西南地区63年平均雨季降水量空间分布

3.2. 西南雨季多、少雨年的筛选

根据多年雨季年平均降水量计算其标准化距平得到西南雨季降水标准化距平的年际变化，同时定义标准化距平大于等于1.5的年份为多雨年，小于等于−1.5的年份为少雨年。由图3可得，西南雨季多雨年为1965、1966、2001年，少雨年为1972、2009、2011和2022年。西南雨季在这63年里降水量整体呈微弱减少趋势，且存在明显的年际变化特征。由9年滑动平均曲线可以看到西南雨季总的降水变化趋势，1960年代以前主要为相对多雨期，1970年代前中期为正常波动期，而1970年代后期和1980年代为相对多雨期，在1990年代前中期波动很小，降水没有明显变化，但1990年代后期到2000年代前期为相对多雨期，2000年代后期至今是相对少雨期。总的来说降水偏多年主要集中在70年代以前，偏少年集中在2005年以后，西南地区降水存在一定的年代际变化特征。

Figure 3. Inter-annual variation of standardized anomaly of precipitation in Southwest China’s rainy season, 9-year moving average curve (solid orange line), and trend line (dotted green line) (±1.5 is the selection standard line, and the horizontal coordinate is the year)

图3. 西南雨季降水标准化距平的年际变化、9年滑动平均曲线(橙色实线)、趋势线(绿色虚线) (±1.5为选择标准线，横坐标为年份)

3.3. 西南雨季异常高低空大气环流特征

以往的研究表明，从长期角度来看，大尺度大气环流异常是西南地区极端降水的主要影响因素，而不是多样化地形和土地覆盖等局地因素[28]。为了探讨西南雨季降水异常与同期高、中、低层环流系统的异常有何关系，本文使用合成对比分析方法，分别对西南地区1960~2022年已选出3个多雨年、4个少雨年同期合成高度场、合成风场及其多、少雨年差值场进行合成分析，分别讨论其时空分布特征。

3.3.1. 100 hPa环流特征

图4分别给出了西南雨季多雨年和少雨年100 hPa位势高度合成场以及差值场。从图4(a)可以看出，多雨年低纬度为明显的负距平，中高纬度贝加尔湖以西有小的正距平，其余地区均为负距平。此时青藏高原上空处于负距平，表明南亚高压较常年偏弱。同时由多雨年平均高度场可知，南亚高压控制范围变小，中心位置偏西。图4(b)说明，少雨年中低纬度大部分地区高度场与常年相差不大，但在青藏高原上空为正距平，其正距平中心在青海–甘肃一带，南亚高压的控制范围变大，中心位置偏东，可见少雨年南亚高压较常年偏强。从图4(c)可以清晰的看到多雨年和少雨年位势高度的差异，低纬度存在负距平，我国绝大地区全部为显著的负距平，其中有一−40 gpm的负距平中心出现在我国中部地区，由此可见，西南雨季多雨年相比少雨年南亚高压明显减弱，反之。

(a)

(b) (c)

Figure 4. Synthetic height field of 100 hPa in rainy years (a) and less rainy years (b) and synthetic difference field in rainy years minus less rainy years (c) (the color area in Figure a and Figure b is the anomaly height field, the contour line is the average height field, and the dot part indicates that it has passed the reliability test of 0.1, unit: gpm)

图4. 多雨年(a)、少雨年(b) 100 hPa合成高度场及多雨年减去少雨年合成差值场(c) (图(a)和图(b)中彩色区为距平高度场，等值线为平均高度场，打点部分表示通过0.1的信度检验，单位：gpm)

3.3.2. 500 hPa环流特征

图5给出了西南雨季多雨年和少雨年500 hPa位势高度合成场和差值场。图5(a)表明，在中高纬度，总体为两槽一脊的环流形势，两槽分别位于乌拉尔山以东、东亚地区，脊为贝加尔湖高压脊，低纬度地区存在南支槽。乌拉尔山以东为显著的负距平，东亚地区为负距平，贝加尔湖附近高度场没有明显变化，孟加拉湾上空存在负距平，可知南支槽较往年加深。少雨年(图5(b))低纬度副高偏北，副高脊线位于20˚以北，中高纬度的环流形势与多雨年类似，但系统的强度有所差异，这种差异由图5(c)可直观看到，在中高纬度，距平场呈“− + −”的分布形势，说明多雨年与少雨年相比，乌拉尔山以东和东亚地区的槽加深，贝加尔湖高压脊加强，整体表现为经向环流，有利于冷空气南下。在孟加拉湾–中南半岛为负距平，表明南支槽活跃，而西南地区位于南支槽前，槽前西南气流可以将孟加拉湾的暖湿气流输送至我国西南地区。这种环流形势使得南下来的冷空气与南支槽前的暖湿气流在西南地区交汇，有利于降水。由以上分析可以发现西南雨季降水与南支槽、贝加尔湖高压有密切关系。当南支槽活跃，贝加尔湖高压增强，整体为经向环流时，降水偏多；当南支槽不活跃，贝加尔湖高压减弱，整体为纬向环流时，降水偏少。

(a)

(b) (c)

Figure 5. Synthetic height field of 500 hPa in rainy years (a) and less rainy years (b) and synthetic difference field in rainy years minus less rainy years (c) (The color area in Figure a and Figure b is the anomaly height field, the contour line is the average height field, and the dot part indicates that it has passed the reliability test of 0.1, unit: gpm)

图5. 多雨年(a)、少雨年(b) 500 hPa合成高度场及多雨年减去少雨年合成差值场(c) (图(a)和图(b)中彩色区为距平高度场，等值线为平均高度场，打点部分表示通过0.1的信度检验，单位：gpm)

3.3.3. 700 hPa环流特征

从多、少雨年的平均高度场易知在700 hPa的环流形势与500 hPa类似，都为两槽一脊的环流形势，但是槽脊的波动更大(图6(a)、图6(b))。多雨年的平均场上可以看到副高，副高偏北，副高脊线位于20˚N以北。多、少雨年较常年的距平也和500 hPa相似，但是二者的差值场有所差异，如图6(c)，在700 hPa上多雨年较少雨年乌拉尔山以东的槽加深，贝加尔湖高压稍有减弱，东亚大槽强度相差不大，东北地区到西西伯利亚的高压脊稍有加强。

(a)

(b) (c)

Figure 6. Synthetic height field of 700 hPa in rainy years (a) and less rainy years (b) and synthetic difference field of rainy years minus less rainy years (c) (the color area in Figure a and Figure b is the anomaly height field, the contour line is the average height field, and the dot part indicates that it has passed the reliability test of 0.1, unit: gpm)

图6. 多雨年(a)、少雨年(b) 700 hPa合成高度场及多雨年减去少雨年合成差值场(c) (图(a)和图(b)中彩色区为距平高度场，等值线为平均高度场，打点部分表示通过0.1的信度检验，单位：gpm)

3.3.4. 850 hPa环流特征

图7为西南雨季多雨年和少雨年850 hPa的风场合成场和差值场。由图7(a)和图7(b)可知西南地区主要受西南风和南风控制。由图7(c)可以看到，多雨年在孟加拉湾上空有一气旋性环流异常，环流右侧的西南风异常经中南半岛向西南地区发展，与在我国东南部的一反气旋性环流左侧的东南风异常合并并加强，使得西南地区产生显著的西南风异常，有利于对西南地区的水汽输送。图7(d)表明，孟加拉湾北部有一反气旋性环流异常，其右侧显著的西北风异常不利于孟加拉湾水汽向西南地区的输送，会导致降水偏少。多雨年与少雨年相比(图7(e))，蒙古地区出现反气旋性环流异常，环流前部有北风异常带来冷空气。孟加拉湾存在气旋性环流异常，西南风异常很强。由此可知，西南雨季降水的多少受到印度西南季风和东南季风的影响，但相对而言，印度西南季风对西南雨季降水的影响更大。

(a)

(b) (c)

(c) (d)

Figure 7. Average wind field of 850 hPa in rainy years (a), (c) and less rainy years (b), (d), anomaly wind field and composite difference field (e) in rainy years minus less rainy years (shaded areas in Figure c, d and e indicate that they pass the reliability test of 0.1, unit: m/s)

图7. 多雨年(a)，(c)、少雨年(b)，(d) 850 hPa平均风场、距平风场及多雨年减去少雨年合成差值场(e) (图(c), (d), (e)中阴影区表示通过0.1的信度检验，单位：m/s)

3.4. 西南雨季异常动力条件

3.4.1. 500 hPa垂直速度场的变化

图8分别给出了西南雨季多雨年和少雨年500 hPa垂直速度合成场和差值场。负值表示上升运动，正值表示下沉运动。从平均垂直速度场可以知道，在多、少雨年西南地区都为负值，存在上升运动。由图8(a)说明，多雨年显著的正距平集中在贵州、重庆、四川西南部和云南北部，表明这些地区较常年上升运动减弱，在四川东北部和云南南部为负距平，其上升运动较常年加强。少雨年除云南南部和四川东部存在负距平，其他地区均为正距平，说明在少雨年云南南部和四川东部上升运动较常年加强，其他地区较常年减弱。分析多、少雨年的差值场可知，在西南地区中部为正距平，北部和南部为负距平，说明多雨年较少雨年中部上升运动减弱，南部和北部上升运动加强。同时在青藏高原上空有显著正距平，中南半岛有显著负距平，表明青藏高原上升运动减弱，在中南半岛上升运动增强，有利于南支槽的发展移动，有利于西南地区降水。由以上分析得出，虽然多雨年和少雨年在西南地区都是上升运动，但多雨年强盛的上升运动主要出现在西南地区南部和北部，少雨年强的上升运动出现在四川东部。

(a)

(b) (c)

Figure 8. Synthetic vertical velocity field of 500 hPa in rainy year (a) and less rainy year (b) and synthetic difference in rainy year minus less rainy year (c) (The color area in figure a and figure b is the anomaly vertical velocity field, the contour line is the average vertical velocity field, and the dot part indicates that it has passed the reliability test of 0.1, unit: Pa/s)

图8. 多雨年(a)、少雨年(b) 500 hPa合成垂直速度场及多雨年减去少雨年合成差值(c) (图(a)和图(b)中彩色区为距平垂直速度场，等值线为平均垂直速度场，打点部分表示通过0.1的信度检验，单位：Pa/s)

3.4.2. 850 hPa涡度场的变化

图9是多、少雨年850 hPa涡度合成场和差值场。由图9(a)可知，多雨年显著的正涡度距平中心主要集中在贵州、四川东南部和重庆西部，表明在这三地区较常年低层辐合加强，高层辐散加强，促进上升运动。而云南由于涡度距平变化很小，低层的辐合和高层的辐散没有明显加强或减弱。在少雨年(图9(b))，正涡度距平集中在云南省和四川东部，说明这两地区低层辐合加强，高层辐散加强，其他地区的涡度没有显著变化。从多、少雨年的差值场可以看到，多雨年与少雨年相比，在四川、贵州和重庆低层辐合加强，而在云南则低层辐合减弱。通过以上分析得出结论，多雨年在西南大部分地区低层辐合加强，高层辐散加强；少雨年同样，但是多雨年低层辐合加强和高层辐散加强的程度在重庆、贵州、四川都大于少雨年，在云南小于少雨年。

(a)

(b) (c)

Figure 9. Synthetic vorticity field of 850 hPa in rainy year (a) and less rainy year (b) and synthetic difference field in rainy year minus less rainy year (c) (Th figure e color area in FIG. a and b is the anomalous vorticity field, the contour line is the average vorticity field, and the dot part indicates that it has passed the reliability test of 0.1, unit: 10⁻⁵s⁻¹)

图9. 多雨年(a)、少雨年(b) 850 hPa合成涡度场及多雨年减去少雨年合成差值场(c) (图a和图b中彩色区为距平涡度场，等值线为平均涡度场，打点部分表示通过0.1的信度检验，单位：10⁻⁵s⁻¹)

3.5 西南雨季异常水汽条件

3.5.1. 整层水汽通量

徐翔德等[29]指出青藏高原–季风水汽输送大三角区域的高原地–气与孟加拉湾、菲律宾、南海等海–气过程区域的水份循环时空演变及其对亚洲季风爆发的综合影响等是认识中国及东亚旱、涝异常成因的重要科学问题。能否产生降水与当地是否有充足的水汽输送密切相关，在气候态上，我国西南地区夏季降水的水汽通道主要有两条：第1条自孟加拉湾北部经缅甸从青藏高原南侧进入我国西南地区；第2条自孟加拉湾南部，经由中南半岛和南海，与南海越赤道气流所携水汽汇合后转向输送至西南地区[30]。由图10(a)可知，多雨年孟加拉湾中部存在一气旋性距平水汽输送，其南侧有显著的西南向水汽通量输送带，说明孟加拉湾南部对西南地区的水汽输送加强。在两广和湖南一带有反气旋性距平水汽输送，南侧存在东南向水汽通量距平，表面来自南海的水汽向贵州、重庆及四川东部输送加强。在四川中部有东北向水汽通量距平，说明存在来自内陆的冷湿气流向西南地区输送，为降水带来有利条件。但在云南西部—中南半岛北部为自东向西的水汽通量距平，孟加拉湾北部水汽向西南地区的输送减弱。因此，西南雨季多雨年的水汽主要来源于孟加拉湾南部以及南海。少雨年(图10(b))云南存在气旋性水汽通量距平，印度半岛东部有反气旋性水汽通量距平，前者后部和后者前部的北向水汽通量距平汇合，减弱了孟加拉湾北部对西南地区的输送。从孟加拉湾南部来的西南向水汽通量距平在中南半岛转为自西向东的水汽通量距平，不利于水汽向西南地区输送。但是在西太平洋至南海存在自东向西的水汽通量距平，为贵州、重庆和四川东部输送水汽。所以西南雨季少雨年的水汽主要自西太平洋经南海进入广西影响我国西南地区降水。多、少雨年的差值场(图10(c))体现了两者之间水汽来源及强度的差异，孟加拉湾为气旋性水汽通量异常，其西南向显著的水汽通量距平和南海反气旋性异常南侧的显著东向水汽通量距平在中南半岛汇合加强，随后一部分水汽转为西向距平由云南进入西南地区，与从四川来的北向水汽通量距平在贵州和云南的交界处相遇，有利于降水的增加。

(a)

(b) (c)

Figure 10. Moisture flux anomaly field and difference field (c) of the whole layer in rainy year (a) and rainy year (b) (unit: kg/(m∙s))

图10. 多雨年(a)、少雨年(b)整层水汽通量距平场及差值场(c) (单位：kg/(m∙s))

3.5.2. 水汽通量散度

多雨年(图11(a))西南地区有一负水汽通量散度距平中心位于四川东部，有一正水汽通量散度距平中心位于云南西北部和贵州西北部，在重庆、云南中部和南部为大片的负水汽通量散度距平，在贵州为正水汽通量散度距平。西南地区的水汽通量散度距平从南向北表现为“辐合–辐散–辐合”的空间分布，水汽汇集的大值区位于四川东部和云南的南部。少雨年(图11(b))西南地区有两个显著的负水汽通量散度距平，分别位于四川东部、重庆一带和云南的东部和南部，是水汽汇集的主要地带。在云南西部和贵州的水汽通量散度距平很小，虽有水汽的汇集和辐散，但造成当地水汽变化不是很明显。对比多、少雨年的差异(图11(c))，存在一个正水汽通量散度中心在云南西北部和贵州西北部，达到了2 × 10⁻⁵ kg/(m²∙s)以上，多雨年相比少雨年，水汽在云南–贵州西北部一带辐散，在云南中部、南部和四川东部汇集。结合以上分析，多、少雨年的水汽辐合区均在云南中部和南部、四川东部，但多雨年在这两地水汽辐合强度远远大于少雨年。

(a)

(b) (c)

Figure 11. Divergence anomaly field and difference field (c) of water vapor flux in the whole layer in rainy years (a) and less rainy years (b) (unit: 10⁻⁵ kg/ (m²∙s))

图11. 多雨年(a)、少雨年(b)、整层水汽通量散度距平场及差值场(c) (单位：10⁻⁵ kg/(m²∙s))

4 结论

首先分析了西南地区雨季降水的空间分布特征及时间变化特征，其次对西南雨季多、少雨年的物理场进行了合成对比分析，结果表明，南亚高压、对流层中层环流的经纬向分布特征、南支槽、低层风场形势、对流层大气垂直运动状况，以及水汽输送状况是影响研究区西南雨季降水偏多年和偏少年年际差异的主要因素，具体得出以下结论：

1) 西南雨季降水主要有三个大值区，分别位于四川省中部雅安、峨眉山和乐山一带，云南南部地区以及云南西部地区，且多雨区和少雨区呈交替分布。西南雨季降水整体呈逐年微弱递减的趋势，且存在明显的年际变化特征，总的来说降水偏多年主要集中在70年代以前，偏少年集中在2005年以后，西南地区降水有一定的年代际变化特征。

2) 多雨年在对流层中高层高度场上，南亚高压较常年偏弱，南支槽活跃，贝加尔湖高压增强，整体为经向环流；在低层风场上，西南地区产生显著的西南风异常，有利于对西南地区的水汽输送，有利于降水。少雨年在对流层中高层高度场上，南亚高压较往年偏强，整体为纬向环流；在低层风场上，孟加拉湾北部反气旋性环流右侧的西北风异常不利于孟加拉湾水汽向西南地区的输送，会导致降水偏少。由此可知，西南雨季降水的多少与印度西南季风和东南季风密切相关。

3) 多雨年和少雨年的垂直运动具有区域性，多雨年在云南西南部和四川东部垂直运动较强。少雨年在四川东部垂直运动较强。

4) 西南雨季多雨年的水汽主要来源于孟加拉湾南部以及南海，水汽通量散度距平从南向北表现为“辐合–辐散–辐合”的空间分布，水汽汇集的大值区位于四川东部和云南的南部。西南雨季少雨年的水汽主要来源于西太平洋，而后经南海进入广西影响我国西南地区降水。少雨年的水汽辐合区在云南中部和南部、四川东部，但多雨年在这两地水汽辐合强度远远大于少雨年。