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摘要 利用湘西州 1960 ～2013 年北部龙山县、中部保靖县、南部吉首市的汛期降水资料，使用线性分析、距平曲线、滑动平均、小波分析、F检验分析了其年变化特征。结果表明，近54年湘西州年均汛期降水量总体呈减少趋势，湘西州汛期降水量变化存在15年振荡现象，在15年的振荡周期内，又有5年和3年的交替振荡的周期变化趋势；涝年州内北、中、南部降水量差异明显。ENSO事件对湘西州汛期降水有重要影响，厄尔尼诺年容易导致湘西州降雨偏多偏涝；南方涛动指数与西太平洋副热带高压是影响湘西州汛期降水的重要因素；在湘西州汛期的涝年或旱年，500 hPa大气环流的表现有明显差异。
关键词 降水；特征；成因；湘西州
中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10237-02
基金项目 湘西自治州烟草专卖局（公司）2013年度科技项目（XX13_03Aa06）。
作者简介吴志科（1963- ），男，湖南保靖人，工程师，从事气象业务管理工作。
湘西土家族苗族自治州（简称湘西州）地处武陵山区，属低纬亚热带湿润季风气候区，有明显的季节性气候变化特征。而气候的季节性变化，对全州的工农业生产和人们的生活有着广泛的影响。特别是每年一度的汛期，其降水的多寡、有无涝旱对全州的各行各业，特别是农业生产会产生重要的影响。因此，分析湘西州汛期降水的变化规律及其形成原因，对搞好汛期降水趋势预报，为工农业生产和各行各业服务有着重要的现实意义。贾建颖等对我国夏季或年度的降水变化特征进行了深入的研究[1-2]，湘西州与我国东部相比，夏季天气控制系统略有差别，笔者根据州内北部龙山、中部保靖、南部吉首的观测资料，对湘西州汛期（4～9月）降水的变化规律进行分析，同时结合大气环流的变化，对影响汛期降水的一些制约因子进行了初步的探讨。
1资料与方法
采用的资料全部为湘西州各县（市）的地面观测资料A0及A文件，记录年限1960～2013年。使用Excel的“添加趋势线”可以很方便地对年变化趋势作线性分析。由于小波分析在时域和频域上同时具有良好的局部性质，可以分析出时间序列周期变化的局部特征，能更清楚地看出各周期随时间的变化情况[3-5]。在此用Morlet小波分析湘西州汛期（4～9月）降水的周期性变化。
按能真实反应当地天气气候实际特征的目标，参照文献[6]并根据湖南省气象局制定的短期气候预测评定办法，划定湘西州汛期偏涝偏旱的标准：4～9月降水总量比常年偏多（少）2成或以上；4～6月或7～9月降水总量比常年偏多（少）3成或以上；选3站只要有一站4～6月或7～9月降水总量比常年偏多（少）6成或以上。
2结果与分析
2.1湘西州汛期降水变化特征通过对湘西州1960～2013年汛期降水量统计，湘西州汛期平均降水量996 mm，占年平均降水量的75%。从龙山、保靖、吉首三站4～9月平均雨量距平百分率年际变化（图1）可初步看出，汛期降水量由峰值至峰值（或由谷值至谷值）大部存在5年左右的周期变化，同时，还存在一个准3年周期变化现象；从线性趋势线可看出，湘西州54年来汛期降水量呈缓慢减少的趋势，其趋势线性回归方程为 y=-0.001 5x+0.044 3（y为降水距平百分比，x为年份）。为了更准确地说明年际变化的这种规律性，对汛期降水量距平百分率年际特征变化进行了小波分析，从图2可看出，年汛期降水量距平百分比存在准15年的周期变化，在准15年的周期内，又呈现5年和3年准周期的交替变化趋势，即1960～1975年间呈准5年的小周期，1976～1990年间呈准3年的小周期，1991～2005年间呈准5年的小周期，2005年至今呈准3年的小周期变化趋势。小波分析表明，湘西州汛期降水距平的年际变化存在15年振荡现象，在15年的振荡周期内，又有5年和3年的交替振荡的周期变化趋势。
从各月降水（表1）分析来看，湘西州各月降水有明显的差异，各月平均降水量是从1月开始逐月增加， 6月降水量达到全州的极值，之后逐月减少。但全州南、中、北部月降水量达到极值的月份明显不同。从月平均降水量的一级变量（后月减前月降水量）看出，6月北部为正，中部小于北部，南部却已转为0.1，造成这一原因显然与西太平洋副热带高压4～8月季节性北抬、相应雨带北抬有关。按旱涝标准，对偏涝年全州南、中、北部这些年份汛期降水的差异性情况进行分析，并进行F检验，结果表明偏涝多雨年，南、中、北部的降雨分布差异是显著的，F=13.9，通过信度0.01的检验（F0.01=8.02），差异是显著的。
2.2湘西州汛期降水与ENSO的关系全球范围的天气气候异常与ENSO事件有关已是公认的事实。ENSO事件不仅影响赤道东太平洋及其邻近地区的天气气候异常，也影响低纬和中纬度的大气环流和天气气候的异常变化[7-8]。探讨ENSO事件是否引起湘西州汛期异常降水的因素，对湘西州的天气预报工作者来说是十分必要的。为了分析ENSO与湘西州降水的关系，按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的资料，统计了厄尔尼诺年及次年、拉尼娜年及次年与湘西州的旱涝关系，结果表明，1960～2013年间共有21年（1963、1964、1968、1969、1973、1974、1975、1977、1980、1982、1983、1987、1991、1993、1995、1996、1998、1999、2002、2007、2010年）为厄尔尼诺年，厄尔尼诺年湘西州当年出现偏涝的机率为61.9%，厄尔尼诺年当年或次年湘西州出现偏涝年的机率为90.5%；对于全球3次发生强厄尔尼诺年份，即1982～1983、1986～987、1997～1998年，则湘西州汛期当年均为偏涝年。可见厄尔尼诺年对湘西州汛期降水有重要影响，厄尔尼诺当年或次年湘西州多偏涝。拉尼娜年共出现20年，湘西州在拉尼娜年出现偏涝的年数有10年，次年偏涝年有8年，由于拉尼娜年当年或次年有都为偏涝年的情况，拉尼娜年当年或次年湘西州出现偏涝年的机率为65%，拉尼娜年对湘西州汛期降水的统计意义不明显。 南方涛动与厄尔尼诺的研究基本是连在一起的，一般地，厄尔尼诺年往往发生在弱涛动年，即南方涛动指数SOI降为负值的年份；而拉尼娜年往往发生在强涛动年，即SOI较大值的年份。按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的SOI数据，初步分析SOI指数与湘西州汛期降水的关系发现，弱涛动一般从上年冬季开始了，当上年冬季SOI均值为负值，则湘西州偏涝的机率为52.4%，即湘西州汛期偏涝年50%以上出现在上年冬季SOI为负值的年份。如再把当年西太平洋副热带高压的某些状态一并考虑发现，如把当年4月副高西伸脊点位置以105°E为界来对历史资料进行“0”、“1”划分（≤105°E为1）所得集合为A，把上年冬季的SOI正负值进行“0”、“1”划分（SOI<0为1）所得集合为B，则A∩B=1时，湘西州汛期偏涝的历史拟合率可提高至62.5%，也即，弱涛动年且当年4月份副高西伸脊点位置偏西则湘西州汛期易形成涝灾。石伟等分析指出SOI为弱涛动年，夏季西太平洋副热带高压强大，西伸明显，位置偏南[9]，该研究得出的结论在某种意义上说与石伟等的结论[9-10]吻合。
2.3湘西州汛期降水与500 hPa环流形势以上分析得出了ENSO事件是影响湘西州汛期降水的重要因素，但不是仅有的因素。天气事实表明，天气系统（大气环流）及其相互作用对湘西州汛期降水有密切关系。因此在此对500 hPa环流特征与湘西州降水的关系进行了初步分析。由于资料的限制，仅选用偏涝年的1980、1983、1987年和偏旱年的1978、1981、1985年各3年典型个例的初步诊断来分析其关系。为了便于分析，绘制了以上偏涝偏旱三年东半球0～180°E范围，沿40°N纬圈的500 hPa 4～7月位势高度距平分布图（图3）。根据图3和历史天气图资料可得出，偏涝年乌山脊较强劲，脊线平均位置在50°～60°E，中高纬90°～160°E为一广宽的槽区或平直环流，从中印半岛和孟湾地区有槽线东移；副高呈带状分布且其西伸脊点较旱年偏西，其588 dagpm等值线常以东北-西南向形式分布；东亚槽平均位置在130°E附近。偏旱年则乌山脊势力偏弱，脊线平均位置在80°E附近，较涝年偏东约20个经距；中高纬90°～130°E，即乌山脊前至东亚沿海为宽广的弱脊区控制，沿海槽平均位置在140°E附近，较偏涝年偏东约10个经距；印缅槽势力弱，槽浅，副高势力多数较弱，且其588 dagpm等值线北界一般都平行纬圈。
关键词 降水；特征；成因；湘西州
中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10237-02
基金项目 湘西自治州烟草专卖局（公司）2013年度科技项目（XX13_03Aa06）。
作者简介吴志科（1963- ），男，湖南保靖人，工程师，从事气象业务管理工作。
湘西土家族苗族自治州（简称湘西州）地处武陵山区，属低纬亚热带湿润季风气候区，有明显的季节性气候变化特征。而气候的季节性变化，对全州的工农业生产和人们的生活有着广泛的影响。特别是每年一度的汛期，其降水的多寡、有无涝旱对全州的各行各业，特别是农业生产会产生重要的影响。因此，分析湘西州汛期降水的变化规律及其形成原因，对搞好汛期降水趋势预报，为工农业生产和各行各业服务有着重要的现实意义。贾建颖等对我国夏季或年度的降水变化特征进行了深入的研究[1-2]，湘西州与我国东部相比，夏季天气控制系统略有差别，笔者根据州内北部龙山、中部保靖、南部吉首的观测资料，对湘西州汛期（4～9月）降水的变化规律进行分析，同时结合大气环流的变化，对影响汛期降水的一些制约因子进行了初步的探讨。
1资料与方法
采用的资料全部为湘西州各县（市）的地面观测资料A0及A文件，记录年限1960～2013年。使用Excel的“添加趋势线”可以很方便地对年变化趋势作线性分析。由于小波分析在时域和频域上同时具有良好的局部性质，可以分析出时间序列周期变化的局部特征，能更清楚地看出各周期随时间的变化情况[3-5]。在此用Morlet小波分析湘西州汛期（4～9月）降水的周期性变化。
按能真实反应当地天气气候实际特征的目标，参照文献[6]并根据湖南省气象局制定的短期气候预测评定办法，划定湘西州汛期偏涝偏旱的标准：4～9月降水总量比常年偏多（少）2成或以上；4～6月或7～9月降水总量比常年偏多（少）3成或以上；选3站只要有一站4～6月或7～9月降水总量比常年偏多（少）6成或以上。
2结果与分析
2.1湘西州汛期降水变化特征通过对湘西州1960～2013年汛期降水量统计，湘西州汛期平均降水量996 mm，占年平均降水量的75%。从龙山、保靖、吉首三站4～9月平均雨量距平百分率年际变化（图1）可初步看出，汛期降水量由峰值至峰值（或由谷值至谷值）大部存在5年左右的周期变化，同时，还存在一个准3年周期变化现象；从线性趋势线可看出，湘西州54年来汛期降水量呈缓慢减少的趋势，其趋势线性回归方程为 y=-0.001 5x+0.044 3（y为降水距平百分比，x为年份）。为了更准确地说明年际变化的这种规律性，对汛期降水量距平百分率年际特征变化进行了小波分析，从图2可看出，年汛期降水量距平百分比存在准15年的周期变化，在准15年的周期内，又呈现5年和3年准周期的交替变化趋势，即1960～1975年间呈准5年的小周期，1976～1990年间呈准3年的小周期，1991～2005年间呈准5年的小周期，2005年至今呈准3年的小周期变化趋势。小波分析表明，湘西州汛期降水距平的年际变化存在15年振荡现象，在15年的振荡周期内，又有5年和3年的交替振荡的周期变化趋势。
从各月降水（表1）分析来看，湘西州各月降水有明显的差异，各月平均降水量是从1月开始逐月增加， 6月降水量达到全州的极值，之后逐月减少。但全州南、中、北部月降水量达到极值的月份明显不同。从月平均降水量的一级变量（后月减前月降水量）看出，6月北部为正，中部小于北部，南部却已转为0.1，造成这一原因显然与西太平洋副热带高压4～8月季节性北抬、相应雨带北抬有关。按旱涝标准，对偏涝年全州南、中、北部这些年份汛期降水的差异性情况进行分析，并进行F检验，结果表明偏涝多雨年，南、中、北部的降雨分布差异是显著的，F=13.9，通过信度0.01的检验（F0.01=8.02），差异是显著的。
2.2湘西州汛期降水与ENSO的关系全球范围的天气气候异常与ENSO事件有关已是公认的事实。ENSO事件不仅影响赤道东太平洋及其邻近地区的天气气候异常，也影响低纬和中纬度的大气环流和天气气候的异常变化[7-8]。探讨ENSO事件是否引起湘西州汛期异常降水的因素，对湘西州的天气预报工作者来说是十分必要的。为了分析ENSO与湘西州降水的关系，按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的资料，统计了厄尔尼诺年及次年、拉尼娜年及次年与湘西州的旱涝关系，结果表明，1960～2013年间共有21年（1963、1964、1968、1969、1973、1974、1975、1977、1980、1982、1983、1987、1991、1993、1995、1996、1998、1999、2002、2007、2010年）为厄尔尼诺年，厄尔尼诺年湘西州当年出现偏涝的机率为61.9%，厄尔尼诺年当年或次年湘西州出现偏涝年的机率为90.5%；对于全球3次发生强厄尔尼诺年份，即1982～1983、1986～987、1997～1998年，则湘西州汛期当年均为偏涝年。可见厄尔尼诺年对湘西州汛期降水有重要影响，厄尔尼诺当年或次年湘西州多偏涝。拉尼娜年共出现20年，湘西州在拉尼娜年出现偏涝的年数有10年，次年偏涝年有8年，由于拉尼娜年当年或次年有都为偏涝年的情况，拉尼娜年当年或次年湘西州出现偏涝年的机率为65%，拉尼娜年对湘西州汛期降水的统计意义不明显。 南方涛动与厄尔尼诺的研究基本是连在一起的，一般地，厄尔尼诺年往往发生在弱涛动年，即南方涛动指数SOI降为负值的年份；而拉尼娜年往往发生在强涛动年，即SOI较大值的年份。按照“National Weather Service Climate Prediction Center”提供的SOI数据，初步分析SOI指数与湘西州汛期降水的关系发现，弱涛动一般从上年冬季开始了，当上年冬季SOI均值为负值，则湘西州偏涝的机率为52.4%，即湘西州汛期偏涝年50%以上出现在上年冬季SOI为负值的年份。如再把当年西太平洋副热带高压的某些状态一并考虑发现，如把当年4月副高西伸脊点位置以105°E为界来对历史资料进行“0”、“1”划分（≤105°E为1）所得集合为A，把上年冬季的SOI正负值进行“0”、“1”划分（SOI<0为1）所得集合为B，则A∩B=1时，湘西州汛期偏涝的历史拟合率可提高至62.5%，也即，弱涛动年且当年4月份副高西伸脊点位置偏西则湘西州汛期易形成涝灾。石伟等分析指出SOI为弱涛动年，夏季西太平洋副热带高压强大，西伸明显，位置偏南[9]，该研究得出的结论在某种意义上说与石伟等的结论[9-10]吻合。
2.3湘西州汛期降水与500 hPa环流形势以上分析得出了ENSO事件是影响湘西州汛期降水的重要因素，但不是仅有的因素。天气事实表明，天气系统（大气环流）及其相互作用对湘西州汛期降水有密切关系。因此在此对500 hPa环流特征与湘西州降水的关系进行了初步分析。由于资料的限制，仅选用偏涝年的1980、1983、1987年和偏旱年的1978、1981、1985年各3年典型个例的初步诊断来分析其关系。为了便于分析，绘制了以上偏涝偏旱三年东半球0～180°E范围，沿40°N纬圈的500 hPa 4～7月位势高度距平分布图（图3）。根据图3和历史天气图资料可得出，偏涝年乌山脊较强劲，脊线平均位置在50°～60°E，中高纬90°～160°E为一广宽的槽区或平直环流，从中印半岛和孟湾地区有槽线东移；副高呈带状分布且其西伸脊点较旱年偏西，其588 dagpm等值线常以东北-西南向形式分布；东亚槽平均位置在130°E附近。偏旱年则乌山脊势力偏弱，脊线平均位置在80°E附近，较涝年偏东约20个经距；中高纬90°～130°E，即乌山脊前至东亚沿海为宽广的弱脊区控制，沿海槽平均位置在140°E附近，较偏涝年偏东约10个经距；印缅槽势力弱，槽浅，副高势力多数较弱，且其588 dagpm等值线北界一般都平行纬圈。