引言

全球气候系统在20世纪70年代中期有一个明显的突变，这期间，大气环流^[1]、东亚夏季风^[2-3]、北太平洋海温^[4]和赤道东太平洋海温^[5]有明显的突变。在该气候变化背景条件下，中国的夏季降水在突变之前和突变之后有着明显的差异。

山东位于中国东部沿海，受海洋和陆地的共同影响，具有明显的季风气候特征，是我国旱涝灾害发生较为严重的区域之一。山东夏季降水量占全年总量的60%左右，是全年降水最多的季节，同时山东处于江淮平原和华北平原之间，是南北气候的过渡地带，一般来说，旱涝的产生具备明显的区域性。叶笃正等^[6]研究发现，不管ENSO年还是ENSO发生的次年，降水量的距平百分率零线均经过山东的中部，解释了山东夏季降水确实有不同于其他区域的特点。由于山东地理位置的特殊性及黄、渤、东海、北太平洋等地区海表面温度异常对山东气候的影响，其夏季的旱涝规律与华北地区和江淮地区均不同步，因此，有必要研究其夏季降水的特征及成因。

近年来，不少气象学者对山东夏季降水作了许多研究，探讨其变化特征和影响因子。研究表明，山东夏季降水以全省降水的同相变化为主要特征^[7]，总体呈现出自鲁南向鲁北递减的趋势^[8]。顾伟宗等^[9]对山东省盛夏(7—8月)26站实况降水序列进行9 a滑动平均指出，山东盛夏降水具有明显的年代际变化特征。山东夏季降水受东亚夏季风^[10]、副热带高压^[11] (以下简称副高)及海温^[12]等影响。本文利用近30 a山东省的降水资料分析了山东省的夏季降水特点，从空间和时间方面分析了其分布与变化特征，从大气环流异常和海温异常两个方面分析了其成因。其中，分布与变化特征方面由盛夏拓展到整个夏季，成因方面除了东亚夏季风、副高和海温的影响，还增加了对东亚高空西风急流的分析，以期为进一步认识山东夏季降水的变化规律提供参考价值。

2 资料及方法

使用资料包括1979—2010年山东省12个代表站(惠民、龙口、成山头、莘县、济南、泰山、沂源、潍坊、海阳、兖州、莒县、日照)的夏季降水资料、NCEP/DOE再分析资料中的高度场资料、风场资料(分辨率为2.5 °×2.5°)以及NOAA再分析海表面温度资料(分辨率为2°×2°)。应用经验正交函数(EOF)分解、多元回归分析等统计分析方法，分析了山东夏季(6—8月)降水的时空分布特征，并进一步分析了其成因。

3 山东夏季降水的时空分布特征 3.1 空间分布特征

图 1a给出1979—2010年山东夏季降水的气候态分布，从中可见，山东夏季降水由东南向西北逐渐减少，总体上呈现出东南部降水多、北部降水少的分布型。图 1b为对应的1979—2010年山东夏季降水的方差分布，从中可见，空间分布的方差与山东地区夏季降水的分布相似，也是东南部数值大，北部数值小，表明山东省夏季降水东南部变化较大，而北部地区相对较小。

对山东省12个代表站的夏季降水资料的距平进行EOF分解，并用North准则进行检验。图 2是EOF分解的前三个模态分布及其对应的时间变化曲线图。从中可见，第一特征向量场(图 2a)解释了总方差的55%，在全省区域内均为正值且从南到北逐渐减少，表明了山东夏季降水空间分布的一致性，即全省夏季降水呈同多同少的降水分布型。这反映了山东夏季降水分布型以全省一致变化为主。第二特征向量场(图 2b)解释了总方差的15%，全省区域内呈现出明显的南北差异，零线呈准东北—西南走向，反映了山东夏季降水存在着南—北反位相关系，表明山东夏季降水呈南部多北部少的降水分布型。第三特征向量场(图 2c)解释总方差的7%，全省区域内呈现出明显的东西差异，零线呈准南—北走向，反映了山东夏季降水存在着东—西反位相关系，表明山东夏季降水呈东部比西部多的降水分布格局。第二、三特征向量显示了山东夏季降水在空间上的旱涝并存，即南涝北旱、东涝西旱。综上分析可知，前三个模态所占比重超过总方差的2/3，且均通过了North准则检验。

3.2 时间分布特征

主要分析山东夏季降水的年代际变化。对EOF分解的前三个模态对应的时间系数进行9 a滑动平均，由第一模态对应的时间系数(图 2d)的变化可知，1990年以前山东夏季降水以偏少为主，1990年以后山东夏季降水呈明显的准2 a振荡。其中，32 a中负系数有15 a，正系数有17 a，降水少的年份比降水多的年份略少。从相应的9 a滑动平均曲线来看，1995年开始距平有明显的下降趋势，而2003年以后距平又明显增加。由第二模态对应的时间系数(图 2e)可知，2000年以前山东夏季降水北部偏多、南部偏少，2001年以后南部偏多、北部偏少。从相应的9 a滑动平均曲线来看，1988年以前距平较小，之后距平明显增大且为负值，1997年转为明显的正距平。对第三模态对应的时间系数(图 2f)分析可知，1987年以前山东夏季降水东部偏多、西部偏少，1988—2000年降水东部偏少、西部偏多，2001—2005年山东夏季降水东部偏多、西部偏少，2006年以后降水又转为东部偏少、西部偏多。从相应的9 a滑动平均曲线来看，1988年以前为正距平，之后转为负距平，1998年开始距平明显减小。综上分析可知，山东夏季降水具有一定的年代际变化特点，这与黄荣辉等^[13]和Li Xiaodong等^[14]研究结果“中国东部降水有明显的年代际变化特征”相一致。

4 山东夏季降水分布成因分析 4.1 大气环流异常

影响一个地区降水分布的原因诸多，而大气环流异常是导致降水分布的直接原因。从上文分析可知，山东夏季降水分布型以全省一致为主，下面主要讨论东亚夏季风、西太平洋副热带高压(以下简称副高)和东亚高空西风急流对山东夏季降水一致变化的影响。

4.1.1 东亚夏季风的影响

山东位于中纬度东亚季风区，东亚夏季风对山东夏季的降水有显著影响。王庆等^[10]分析了山东旱涝年的夏季850 hPa风场异常分布特点和山东旱涝年的热带地区OLR场分布特点发现，东亚夏季风的强弱对山东夏季的旱涝有一定的影响。

下面对东亚夏季风和山东夏季降水之间的相关性进行分析，图 3a、b分别为850 hPa风场气候态和第一模态对应的时间系数与850 hPa风场的回归系数分布。由图 3a可知，在中国东部和西太平洋地区分布着一个庞大的反气旋式环流，其中心在太平洋海域。该环流在东亚东岸形成一定强度的偏南风，山东上空被西南气流所控制。这种环流配置说明东亚夏季风影响山东地区。季风系统爆发的早晚和强弱直接影响着山东夏季降水的多少。由图 3b可知，蒙古国的上空分布着一个反气旋式距平环流，而中国东部与日本海南部为气旋式距平环流，这种环流配置有利于北方冷空气南下。而中低纬度太平洋地区分布着一个异常反气旋式距平环流，山东受强夏季风影响，有利于南方暖湿空气向山东输送。该环流西侧的偏南气流与北方南下的偏北气流在山东地区交汇，造成整个山东半岛夏季降水一致增加。

4.1.2 500 hPa高度场的影响

东亚夏季风系统中的一个重要组成部分是副高，它影响着东亚大气环流的变化，与东亚地区主要雨带的位置移动和雨季的出现有密切的关系。奚秀芬等^[15]和张苏平等^[16]研究表明，副高尤其是副高脊线的南北位置，对山东夏季降水有重要影响。

下面对副高与山东夏季降水分布的关系进行分析，图 4a、b分别为500 hPa高度场气候态和第一模态对应的时间系数与500 hPa高度场的回归系数分布。由图 4a可知，在西太平洋地区有一个副高，高压中心在20°—30°N之间。由图 4b可知，朝鲜和日本南部表现为正距平，中心在35°N左右，副高偏强。距平零线从山东西北部穿过，山东东南部(包括中部)为正距平，西北部为负距平。表明副高位置异常偏北，其西南侧的西南气流容易北上到达山东地区。副高的这种异常特征，致使山东上空水汽充沛，易造成山东夏季降水一致偏多。

副高影响山东夏季降水的机理，可以从天气学的角度来解释^[17]，夏季，当副高位置偏北时，其西北侧的西南气流容易北上到达山东地区，使得山东上空的水汽充沛，南侧的热带系统和台风也容易北上伸入内陆，产生暴雨天气；当副高位置偏南时，其西北侧的西南气流位置偏南，南侧热带系统不容易北上，山东受偏西气流的影响，干旱少雨。

4.1.3 东亚高空西风急流的影响

东亚高空西风急流在亚洲季风系统中有重要作用，其南北移动的位置变化和强度的变化，不仅对东亚季节性的大气环流变换有重要影响，还影响着中国大部分地区的雨季开始和结束。

下面分析东亚高空西风急流对山东夏季降水的影响，图 5a、b分别为200 hPa纬向风场气候态和第一模态对应的时间系数与200 hPa纬向风场的回归系数分布。由图 5a可知，多年平均急流中心在40°N左右，从中心向南向北逐渐减小。由图 5b可知，从东北地区向东到朝鲜以及日本的北部为正距平，从中国东部江浙沪一带一直到中纬度太平洋上空分布着一个庞大的负距平，距平零线从山东北缘穿过。这表明，东亚高空西风急流的位置异常偏北，山东位于急流轴的南侧，上空盛行辐散上升气流，有利于山东夏季降水一致偏多。

4.2 海温异常

海温在全球气候变化中有重要作用。杨晓霞等^[18]对1951—1991年太平洋海温和副高500 hPa特征量资料进行统计分析，结果表明：副高对山东的夏季降水影响重大，而海温场又制约着副高的变化，因此海温异常往往导致山东夏季降水的异常，从而造成干旱或洪涝。

下面分析海温对山东夏季降水的影响。首先，分析山东夏季降水与前期冬季海温的关系。图 6a、b分别为前期冬季海温距平气候态和第一模态对应的时间系数与前期冬季海温场的回归系数分布。由图 6a可知，前期冬季赤道太平洋海温最高，约27 ℃，全球海温由赤道太平洋向南向北逐渐降低。由图 6b可知，山东夏季降水主要受前期冬季印度洋阿拉伯海、大西洋加勒比海和赤道大西洋等地区海温的影响，受赤道太平洋海温影响较小，几乎没有大片通过检验的阴影区域。山东夏季降水与前期冬季的印度洋阿拉伯海、大西洋加勒比海和赤道大西洋海温呈正相关，即当前期冬季上述海域海温偏高时，次年山东夏季降水一致偏多。

用同样的方法再分析山东夏季降水与同期夏季海温的关系，图 7a、b分别为同期夏季海温场气候态和第一模态对应的时间系数与同期夏季海温场的回归系数分布。由图 7a分析可知，夏季赤道太平洋海温最高，达27 ℃左右，全球海温由赤道太平洋向南向北逐渐降低，覆盖范围相比于前期冬季海温略偏北。由图 7b分析可知，山东夏季降水与同期夏季海温关系最密切的区域在日本海及日本群岛以东洋面、中国东部沿海、赤道太平洋和北半球大西洋等地区。山东夏季降水和同期夏季日本海及日本群岛以东洋面、中国东部沿海、赤道西太平洋和北半球大西洋部分海域海温呈正相关，与赤道东太平洋海温呈负相关，也就是说当同期夏季日本海及日本群岛以东洋面、中国东部沿海、赤道西太平洋以及北半球大西洋部分海域海温偏高或赤道东太平洋海温偏低时，山东夏季降水一般偏多。

综上分析可知，山东夏季降水受前期冬季赤道太平洋海温的影响较小，几乎没有大片通过F检验的阴影区域，而主要受同期夏季赤道太平洋海温的影响。

5 结论

主要从降水的空间分布、年代际变化、大气环流异常和海温异常等方面分析了山东夏季降水的特征及其成因，得出主要结论：

(1) 夏季降水在山东省范围内以一致变化为主，即夏季降水在山东省区域内的分布呈现为同多同少，在该趋势下又有明显的南、北差异和东、西差异，南多北少、东多西少。

(2) 山东夏季降水具有一定的年代际变化特点。1990年以前山东夏季降水以偏少为主，1990年以后山东夏季降水呈明显的准2 a振荡。

(3) 山东夏季降水与大气环流场的东亚夏季风、西太平洋副热带高压、东亚高空西风急流密切相关。中低纬度太平洋地区庞大的异常反气旋式距平环流，位置异常偏北的副高，在北部异常盛行的东亚高空西风急流，均易造成整个山东半岛夏季降水一致偏多。

(4) 海温在全球气候变化中有重要作用。山东夏季降水受前期冬季赤道太平洋海温的影响较小，主要受同期夏季赤道太平洋海温的影响，和同期夏季赤道西太平洋海温呈正相关，与同期夏季赤道东太平洋海温呈负相关。