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摘要：根据中国1979～2011年共33年的逐日降水资料，采用95%的百分位阈值法计算出中国南方每个站点的极端降水阈值，通过对极端降水总量、极端降水频数和极端降水强度的时空分布分析，发现三个极端降水指数具有明显的年代变化，挑选出大范围极端降水事件后，将它们分为带状分布型、块状分布型和散状分布型。将其中的带状分布极端降水事件做了合成分析，并选取最具有代表性的个例进行说明，结果表明当事件发生时，在850hPa的环流场中，发生区域常常在副高外围的急流与北部的冷气流共同形成的锋区内，其西侧常常伴有由孟加拉湾的西风气流偏转形成的西南风，该区域的比湿较常年偏大。在200hPa的环流场中，发生区域上空常常会出现一个反气旋环流，在它的北侧伴随着西风急流，南侧会出现东风急流。

关键词：中国南方；极端降水；时空分布特征；异常环流

1.前言

我国地大物博，涵盖多种气候类型，降水格局较为复杂，我国的极端降水变化趋势大致与全球趋势呈现出相同的特点，但也存在区域性和局地性的特点，分析发现，我国西部地区的降水有明显的增强趋势，特别是在西北地区；而东部地区降水变化趋势的区域性差异较大。在中国南方，极端降水事件发生的频率逐渐增加，降水相对充沛，这个区域内的经纬度较为广阔，各地区的地势地形有很大的区别，西部地区主要是高原盆地，东部地区主要是平原丘陵。中国南方地区的人口多且密集，经济较全国最为发达，极端降水的发生将会影响对中国南方地区各方面的发展。极端降水事件在夏季主要发生区域为长江南部，冬季的主要发生区域为东南沿岸。

虽然目前有许多极端降水的研究，但大多数研究都是针对个例的极端降水天气过程分析其形成原因和特定时间范围内的极端降水特征，对于同时发生的大范围的极端降水事件的分析较少。本文将选取中国南方区域，对该区域内发生的大范围极端降水事件的时空分布以及环流形势进行分析，总结出在中国南方的区域内极端降水事件的过程中的变化特征。

2.数据与极端降水事件确定

2.1数据

极端降水过程统计采用的数据资料是中国气象局国家气象信息中心1979-2011年全国762个国家气象观测站点的逐日降水资料。环流数据来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的1979——2011年ERA-interim资料，水平分辨率为0.75°x0.75°，低层采用850hPa环流资料，高层采用200hPa环流资料，利用了uv风场数据和比湿q数据对大气环流形式进行了分析。

2.2极端降水事件的确定

极端降水事件是在该区域内发生几率很小的天气事件。我国范围内的极端降水阈值为50mm的日降水量，但在不同的地区，考虑到下垫面的地形影响和该地区的海陆位置，其极端降水的阈值是无法用统一的标准界定的。故此，本文将利用百分位值法重新界定各个站点极端降水事件的阈值。在气候极值的资料里，阈值法是被大多学者接受并使用的方法，计算出事件的阈值后，当达到阈值标准之后，我们便称该事件为一次极端气候事件。阈值法中，分为固定阈值和变化阈值两种类型，对于前者，就是一个确定的数值，在整个区域范围内以此确定值为标准进行研究；而后者中也分为两类，分别是参数法和非参数法，参数法常以Gamma分布函数的边缘值来确定，而非参数法是将资料按照一定的要求排列后选取某个特定的百分位值，在大部分研究中通常采用第95个百分位处的数值为所需的极端阈值。本文采用的阈值选取也是用变化阈值的非参数法确定，相比与固定阈值，变化阈值虽然计算相对复杂一些，并且需要对要去序列分布进行处理，但它避免了对地域条件的统一评判，保证了结果的可信度；固定阈值虽然计算方便，可以较为清晰简便地挑选出所需事件，但它在一定程度上忽略了地形位置海陆气候等原因，可能无法或错误地检测出虚假事件。

从中国气象局国家气象信息中心1979-2011年全国762个国家气象观测站点的逐日降水资料中筛选出245个中国南方（18°N～33°N，98°E～122°E）站点，计算出中国南方245个站点的阈值发现，在中国南方范围内，极端降水事件的阈值的平均阈值在1979～2011年内为39.51mm。计算出站点阈值后，对1979～2011每年每个站点的逐日降水进行比较，当站点的日降水量超过站点阈值时，称该站点发生了极端降水。

本文主要使用世界气象组织引文推荐使用的极端天气气候事件检测指标中的三种极端降水指数对极端降水进行描述，分别为极端降水总量、极端降水强度、极端降水频数。

极端降水总量：每站日降水量大于阈值的年累计降水量。

极端降水频数：每年每站发生极端降水事件的日数。

极端降水强度：每站日降水量达到或超过阈值以上的极端降水总量与频数的比值。

3.极端降水时空分布特征

3.1 极端降水事件时空分布特征

图1是中国南方地区极端降水总量、极端降水频数、极端降水强度的时间序列。在1979～2011年内，极端降水总量的33年平均值为421.16mm，极端降水频数的33年平均值为6.75d，极端降水强度的33年平均值为62.33mm/d。三种极端降水指数都具有很强的年际变化特点，从图1中可以看出，极端降水总量在1979～2011年内年际变化的幅度都很大；极端降水频数在33年内基本上也呈现出与极端降水总量相同的年际变化；极端降水频率虽然与极端降水总量和极端降水强度的变化大致相同，但其在前期的变化幅度较小，并且在数值上随着时间的增长呈现出增长的趋势，这表明，近年来的极端降水事件的强度逐渐加大了。1979～2011年的极端降水总量的高值在1983年（514.50mm）、1999年（477.11mm）、2008年（501.31mm）、2010年（500.08mm），低值在1985年（351.58mm）、2003（354.78mm）年；图1b中可见，极端降水频数的高值出现在1983年（8.19d）、1998年（7.97d）和2002年（7.85d），低值在1985年（5.87d）和2003年（5.69d）。图1c表明，极端降水强度的高值出现在2008年（65.37mm/d）和2010年（66.46mm/d），低值出现在1985年（59.86mm/d）和2004年（59.89mm/d）。

从图1中可以间接地看出极端降水总量、极端降水频数和极端降水强度之间存在联系，从三者之间的相关系数，可以看出极端降水总量与极端降水频数的相关系数为0.98，相关程度最好，极端降水频数的增加将会导致极端降水总量的增加；极端降水总量和极端降水强度的相关系数为0.64，相关程度一般，相比极端降水强度对极端降水频数的影响，它对极端降水总量的影响较大；极端降水频数和极端降水强度的相关系数为0.46，相关程度较弱。

图2为1979～2011年中国南方地区极端降水总量、极端降水频数和极端降水强度的空间分布。从图2a中可以看出，中国南方的大部分地区的极端降水总量在289mm～465mm间，所有省份中都有站点的极端降水总量在这个范围内，广东地区、广西地区和江西地区的极端降水总量大部分在465mm～641mm之间，大于817mm的站点出现在海南地区及其附近。与图2a不同的是，极端降水总量的空间分布中大部分站点的数值都集中在第三区间，而从图2b中可以得出极端降水频数的空间分布大部分地区都是在7d以上，相对较少的地区是四川、重庆。湖北、安徽和上海等的部分站点，年频率在5天左右，较大部分地区少2天。极端降水频数的分布情况导致了在极端降水强度的空间分布图中，即图2c，表明中国南方地区大部分站点都处于40mm/d～86mm/d，在四川和云南地区也存在部分40mm/d以下的站点，而高值区，即大于86mm/d的站点，特别是大于109mm/d的站点是海南及其周围一些沿海站点。

图3为中国南方地区极端降水事件1979～2011年共33年的平均区域累计站点发生数时间分布图。该分布图呈现出一个较好的正态分布，在夏季极端降水事件发生的站点较多，而在不常发生降水的冬季，极端降水事件发生极少，冬季极端降水的发生区域主要位于福建沿海地区。从图3中可以看出，在5月12日当天，平均区域累计站点发生数突增到了9.39，此后数值略有下降，但总体是递增的趋势，此后在6月23日到达次高值14.67，在6月30日到达最高值14.97，7月开始逐渐下降，在7月12日第一次突降到8.51，第二日累计站点发生数逐渐回升，在8月8日进行了第二次突降，数值为8.52，此后又进行了第二次回升，在8月18日上升到10.45，最终总体呈递减的趋势。

3.2 大范围极端事件选取

根据前期对极端降水指数的分析，本文选取了每日发生极端降水事件的站点数超过35个的事件和时间，定义为一次中国南方范围内大范围极端事件。在中国南方245个站点中，35个站点占了14.29%的区域，一方面保证了选取的范围足够大，另一方面也保证了样本量，故而选取35个站点作为定义的阈值。按照这个方法，在1979～2011年共33年内，一共筛选出30个大范围极端降水事件，它们都发生在5～10月，其中大部分集中在夏季（6～8月），另外有1个大范围极端降水事件出现在1983年10月4日，共有35个站点发生了极端降水事件，还有4个大范围极端降水事件发生在5月。在统计中发现，在30个大范围极端事件中，可按站点的分布方式将其分为3种类型（图4），一种是呈带状分布的（图4a），一种是呈块状分布的（图4b），还有一种是散状分布的（图4c）。顾名思义，带状分布的大范围极端降水事件是指站点分布跨多个地区且较为密集有序地分布成为一条带状；块状分布的大范围极端降水事件是发生极端降水事件的站点大部分密集地集中在一个区域；而散状分布是只发生极端降水事件的站点没有规律可循稀疏地地散落在各个区域。

带状分布大范围极端降水是由于锋面系统产生的，降水落区常在冷暖气流交汇区；块状分布大范围极端降水是由环流系统发生发展产生的；散状分布大范围极端降水落区是由于局地地形地势和环流形式相互作用引发，由于篇幅较短，本文就带状分布大范围极端降水事件作出分析，另外两种在文中不做讨论。本文就其中的带状分布大范围极端降水事件进行研究和分析，共挑选出16个大范围极端降水事件，其中5月发生了3个事件，6月发生了9个事件，7月发生了4个事件。下文将利用这16个大范围极端降水事件中一个最具有代表性的个例，利用其多个事件的大气环流场合比湿场的合成分析，反映出带状分布的大范围极端降水事件的特征，更好地为此类极端降水事件做出诊断和解释。

4.带状极端降水事件环流特征

带状分布大范围极端降水事件的出现并非巧合，海温的变化、水汽的辐合辐散以及大气环流等等原因都将对带状分布大范围极端降水事件的出现产生巨大的影响，其中大气环流因素是主要导致大范围极端降水事件发生的原因。本文选取了2011年6月13日发生的带状分布大范围极端降水事件作为代表事件，前取3天，后取2天，得到六天的大气环流形式。

图6为2011年6月13日发生的带状分布极端降水事件的850hPa异常环流分布。从图6中可以发现，此次极端事件的发生区域在副高北部急流交汇的锋区上。在极端降水事件发生的前3天（图6a），印度半岛南部在西南风的控制之下，在孟加拉湾区域转为西风，到达中南半岛，其北部的气流改变了方向转为西南风吹向云贵高原，而副热带高压处于30N°左右，在西伯利亚到朝鲜半岛的位置出现了一个气旋，此后，穿过云贵高原的气流在东行的过程中不断得到加强，与副热带高压边缘的西南气流汇合，北边的气旋也在持续发展，直到副高和和北边的气旋偏强偏西，在极端降水事件发生当天（图6d），锋区已经移动到了湖北——浙江一带，中南半岛的西南气流也持续为锋区提供充足的气流支持，北部的东北气流在南下过程中分成了两股急流，一部分气流转为西风汇入在日本南部太平洋海面的副热带高压边缘气流，另一部分则转为东风不断偏转与我国南部上空的锋区交汇，这些都为带状分布极端降水提供了强大的动力条件。之后，北部的急流稍稍北移，冷暖气流交汇较昨日变弱，在后期（图6f）继续加强，这就导致了在2011年6月17日又发生了一次带状分布极端降水事件。

我国的降水，特别是极端降水的发生发展首先要考虑东亚副热带高空的西风急流，其位置和强度都将对强降水产生作用。在200hPa的异常环流场，湖北、安徽、浙江一带出现了一个明显的西风急流带，这是由印度半岛上空的西北气流偏转而来的，在印度半岛中部转为西南气流并穿过青藏高原，其中一部分气流偏转为东风气流后汇入西北气流，形成一个气旋环流，另一部分转为西风急流穿过我国中部后在太平洋转为东北气流，又在低纬度地区偏转为东风气流，与中南半岛的西南气流形成了一个大范围的反气旋环流。在此后的发展过程中，上述两个环流不断东移，期间也有来自其他地区的气流汇入，使其强度加大，在极端降水时间发生当天，可以看出气旋环流已经移动到青藏高原地区，而反气旋环流控制了中国南方大部分地区，且来自西伯利亚地区的东北气流也逐渐偏转汇入。锋面上，低层表现出辐合，高层表现出辐散，存在上升气流，使这次大范围极端降水拥有了强大的动力条件，此后原来的反气旋环流逐渐消散，而在印度半岛北部重生出一个气旋环流并不断东移发展。

从850hPa的比湿异常场中可以看出，印度半岛西南部到孟加拉湾都处于正距平区，中国南方地区的比湿距平值有正有负，负距平中心在陕西省，周围的四川、重庆、贵州区域内也处于负距平区中，而正距平中心在东海海面上，在中国南方区域内，云南、广西到浙江一线都处于正距平区。随后正距平中心向东部延展，北部的负距平中心缓慢南移，与正距平大值区域交汇在湖南、浙江和江西一带，此时正距平区也处在2*10-3g/kg～4*10-3g/kg之间，由于低层锋面辐合，使得比湿相比平均场较大，对降水的发生发展有一定的推动作用。带状分布极端降水事件发生当日，印度半岛南部到孟加拉湾再到中南半岛大部分地区都处于正距平区，从我国云南地区连接了原先的正距平区，发生区域处于1*10-3g/kg～4*10-3g/kg的正距平区间，水汽含量较高，有较好的降水条件。此后正距平中心带拉长，北部的负距平逐渐消散。

长江中游地区极端降水类型中的锋面气旋类极端降水。在低层异常环流场中，副高边缘的西南气流不断得到加强，与北部的反气旋交汇形成锋区，降水落区常常由锋区的位置决定。在高层异常环流场中，印度半岛的西北气流在穿越我国时偏差成为西风气流，随后发展并与低纬度的东风气流形成大范围的反气旋环流。从低层异常比湿场中可以看出，降水落区的异常比湿都处于正距平区内，对降水有重要的影响。

5. 结论与讨论

中国南方的极端降水总量和极端降水频数在1979～2011年间呈现出一种年际变化特征，而极端降水强度除此之外，从数值上可以看出近年来呈上升趋势。

中国南方的大部分地区的极端降水总量处于289～465mm间，极端降水频数在7d及其以上，极端降水强度在40～86mm/d之间，三种指数的最高值均出现在海南及其附近。

大范围极端降水事件按照空间分布大致可以分为三类，分别是带状分布型、块状分布型和散状分布型，它们的出现是各尺度天气共同作用的结果，就带状分布型大范围极端降水事件而言，它主要出现在锋区内。

带状分布大范围极端降水事件在850hPa的环流场中发生区域常常在副高外围的气流与北部的冷气流共同形成的锋区内，其西侧常常伴有由孟加拉湾的西风气流偏转形成的西南风，汇入副高形成强大的动力支持。带状分布大范围极端降水事件在200hPa的环流场中，发生区域上空常常会出现一个反气旋环流，在它的北侧伴随着西风气流，南侧会出现偏东气流。通过对比湿的分析可以发现，发生当天的比湿较常年偏大，拥有较好的水汽条件，而在低层，东北风与西南风形成了辐合上升区，高层有反气旋环流形成的辐散层。

随着气候系统的变暖加剧，极端气候事件也逐渐增加，尤其是极端降水的变率加大。目前来说，虽然对极端降水事件的变化规律和原因因素尚不明确，但它具有突发性强、损害性大等特点，对未来人类社会和生态所造成的影响毋庸置疑。我国处于东亚季风区，有良好的水汽条件，常年遭受着极端天气的攻击，极端降水事件就是其中之一。研究中国南方极端降水事件过程的主要特征，可以在一定程度上为应对极端气候和旱涝灾害提供科学依据。同时也应该意识到，本次分析只选取了一种类型的极端事件的850hPa和200hPa的环流场进行了讨论，对于和其他类型极端降水事件的天气过程并未研究，这些问题都有待进一步讨论。

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作者简介：杨若艺（1997—），女，苗族，云南金平人，云南省金平县气象局助理工程师，气象服务与应用气象。