中国西北地处干旱半干旱气候区，降水多寡在很大程度上影响了当地的生态环境、农业生产和人民生活的质量，长期以来备受社会各界的关注。在气候变暖的背景下，西北地区东、西部的年降水量和极端降水的变化存在明显差别，甚至出现相反的趋势，主要表现为西部降水增多，东部则减少(施雅风等，2003；李栋梁等，2003；黄玉霞等，2004；靳立亚等，2005；赵庆云等，2005；陈冬冬等, 2009a, 2009b；赵红岩等，2012)，这与二者地处不同的气候区有关，特别是西北东部地区，位于干旱气候区、夏季风边缘区和青藏高原气候区的交汇地带，气候系统多样、复杂，为汛期旱涝的预测带来许多不确定性。

陆续有学者指出，西北地区夏季降水量和降水日数在20世纪50年代之后有减少的趋势，而降水强度则有增强的趋势，特别是在东部，弱降水的总量减少而强度有所增强，强降水的强度也在增强，但同时极强降水强度却减弱，降水日数的减少成为干旱化的主要原因(郭慕平等，2009；陈冬冬等，2009a)。白虎志等(2005)指出，降水日数自20世纪80年代以来呈减少的趋势，与西北东部干旱化的结论一致。降水强度划分的结果表明，西北地区极端强降水日数较少且变化不明显(Tu, et al, 2011)，干旱化主要体现为微量降水事件的减少(严中伟等，2000；Qian, et al，2007)，尤其是河套地区，干旱化与小雨、中雨和大雨日数的减少有很大的关系(王展等，2011；陈晓燕等，2010)。

雨日多、寡的直接原因是环流系统的异常变化，王咏青等(2005)曾指出，西北地区东部夏季环流型与干旱型天气体系正相似的日数有逐渐增多的趋势，而与偏涝型天气体系正相似的日数趋于减少。这个结果与降水日数的减少趋势是对应的，因为区域性干旱或洪涝出现和持续的直接原因在于当地和邻近地区上空某些特定的大气环流型的出现和持续。杨善恭等(1984)首先指出了西北干旱流型在中纬度地区的基本特征，即500 hPa新疆高压脊强、东亚低压槽深的“西高东低”型分布，后来的许多研究均受到这个概念的影响(罗哲贤，2005)。进一步的研究指出，源自西欧的遥相关波列是影响中国西北月降水和极端降水的关键系统(Chen G S et al，2012, 2013；Chen Y, et al, 2014；Orsolini, et al，2015)。赵庆云等(2006)认为，亚洲西风带环流及西北太平洋副热带高压(西太副高)的位置对西北东部异常旱、涝的作用最为关键。异常涝年，亚洲地区环流经向度增强，东亚大槽偏东，西太副高偏北；异常旱年则相反。王宝鉴等(2004)研究表明，强夏季风年西北东部汛期降水偏多，反之降水偏少。黄菲等(2009)指出，夏季风北边缘带向北推进的程度与西北东部降水的相关非常显著。可见，西北东部的夏季降水同时受到中纬度西风带系统和副热带天气系统的共同影响。此外，也有学者指出，极涡面积的大小与西北地区降水多、寡的变化有较好的关系(陈冬冬等, 2009b)。

不同强度的降水对农业、生态以及人民生活的影响显然是有差别的，因受到不同尺度天气系统的影响，其环流背景也会存在一定的差异，目前对影响西北东部不同强度降水的环流特征的对比研究尚少。因此，本研究对比了西北东部不同强度降水的雨日和雨量的时空变化特征，并通过个例分析探讨了发生不同强度降水时大气环流配置的异同，以期能够对西北东部夏季旱、涝的诊断和预测提供科学的理论参考和判据。

使用的资料主要包括：

由宁夏回族自治区气象局、陕西省气象局、甘肃省气象局提供，宁夏回族自治区气象局气候中心收集整理的1981—2012年西北东部(包括甘肃、宁夏、陕西、青海东部、内蒙古中部以及山西西部)198个台站的逐日降水资料，研究范围为(32°—42°N，98°—113°E)。以中国国家气候中心2012年下发的《气候预测检验站点表》为基础，甘肃、宁夏、陕西包含了研究区域内目前所有参与气候预测评分的站点；内蒙古、青海仅包含参与全国省级气象数据交换的国家基本站与基准站。文中将日降水量≥0.1 mm定义为一个雨日。根据中国气象局提出的降水量等级标准：小雨：0.1 mm≤R < 10 mm；中雨：10 mm≤R < 25 mm；大雨：25 mm≤R < 50 mm；暴雨：50 mm≤R < 100 mm；(特)大暴雨：R≥100 mm(全国气象防灾减灾标准化技术委员会，2012)，计算了西北东部夏季不同强度降水的日数和降水量。

由欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1981—2012年ERA-Interim逐月和逐日再分析资料(Paul, et al, 2009)，水平分辨率为1°×1°，地面要素包括地面气压，大气垂直方向为27层(1000—100 hPa)，要素包括位势高度、气温、水平风速、垂直风速和比湿等。

还使用两套格点资料用于佐证台站资料。一套是由中国国家气象信息中心提供的中国区域逐日降水格点数据集(赵煜飞等，2015)，水平分辨率为0.5°×0.5°，该资料融合了台站观测数据和卫星遥感数据；另一套是全球降水气候计划(GPCP)的再分析降水格点数据集(Arkin, et al，1994; Adler, et al，2003)，水平分辨率为2.5°×2.5°，是通过卫星反演降水与地面站点观测降水融合计算集成的月降水资料。

使用的方法主要包括相关分析、合成分析和线性倾向估计等。在进行线性倾向估计时，通过最小二乘估计得到线性回归系数b(即倾向值)，利用倾向值与相关系数的关系，求出时间与变量的相关系数(r)，确定显著性水平α，若|r|>r_α表明变量随时间的变化趋势是显著的(魏凤英，2007)。文中样本长度为32 a，对于α=0.05的信度水平r_α=0.35，对于α=0.01的信度水平r_α=0.45。

为了解西北东部降水的构成，首先给出了西北东部1981—2012年平均的各强度降水的雨日和雨量分别占夏季总雨日和总雨量的百分比(图 1)，小雨、中雨、大雨、暴雨和(特)大暴雨的日数分别占夏季雨日的77.5%、15.9%、5.3%、1.2%和0.1%，降水量则分别占夏季雨量的34.3%、35.4%、21.5%、7.8%和1%。小雨和中雨的降水日数超过总雨日的90%，其降水量对总雨量的贡献在70%左右，是西北东部地区夏季降水的主要组成部分；大雨的日数虽然仅占雨日的5.3%，但是对雨量的贡献超过了20%，也是西北东部降水的重要部分；暴雨及以上的雨日占比不足2%，雨量占比不足10%，且具有局地特征。由于(特)大暴雨的雨量和雨日极少，在后文中将其与暴雨合并计算。

图 1 1981—2012年平均西北东部夏季不同强度降水的雨量和雨日百分比 Figure 1 Average percentages of summer precipitation amount and days of different types in eastern Northwest China during 1981-2012

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1981—2012年气候平均夏季(6—8月)降水日数在中国西北东部呈自南向北递减的空间分布(图 2a)，雨日大值中心分别位于甘肃西南部(超过60 d)和青海东部(超过50 d)，夏季雨量也多于周边，分别约为300和250 mm(图 2b)。前者位于河曲一带，是黄河上游降水资源最丰富的地区之一，因其处于孟加拉湾水汽向东亚大陆输送的必经之路，降水量比青藏高原其他地区要大得多(许晨海等，2004)。后者位于祁连山脉一带，受到西风带、偏南季风和东亚季风的共同制约，是石羊河、黑河和疏勒河三大内陆河的发源地和径流形成区，也是河西走廊绿洲的重要水源地(贾文雄，2012)。少雨中心位于内蒙古西部，降水日数不足15 d，降水量在50 mm以下。降水日数与降水量空间分布的差异主要在陕西南部，降水量超过250 mm，但降水日数约为30 d，因为该地区中雨以上的降水相对较多，而小雨相对较少。此外，图 2清晰地显示出中国西部的几条干舌，分别位于陕蒙交界的毛乌素沙漠、宁蒙交界的巴丹吉林沙漠和甘肃南部一带(李栋梁等，1992)，干舌区降水少且不稳定。夏季降水量为300—400 mm、降水日数35 d以上的等值线在陕甘交界处存在一条北伸的湿舌，这与秦岭、子午岭的地形一致，可见文中选用的资料能够准确地反映出夏季降水在较复杂地貌、地形处的分布特征。

图 2 1981—2012年平均夏季降水日数(a，单位：d)和降水量(b，单位：mm)的空间分布 Figure 2 Distributions of average summer rain days (a, unit: d) and precipitation (b, unit: mm) during 1981-2012

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不同类型降水占夏季雨日的百分比在空间分布上也存在很大差异(图 3)。小雨占比自东南向西北递增，在陕西南部约为70%，而在内蒙古中部则超过90%(图 3a)；中雨、大雨、暴雨和(特)大暴雨的百分比在空间上则是自东南向西北递减，从陕西南部至内蒙古中部，中雨的占比从18%减至4%(图 3b)；大雨从8%减至1%(图 3c)；暴雨和(特)大暴雨在西部甚至不足0.5%，仅在陕西南部暴雨出现的百分率为2%左右(图 3d)。可见在研究区域的西北部，夏季雨日的构成较为单一，如内蒙古中西部夏季雨日九成以上为小雨，且降水日数与其他地区相比最少，是该地区常年干旱的主要原因；在研究区域的西南部，大雨和暴雨(及以上)的日数极少，因此以小雨和中雨的贡献为主；而在研究区域的东南部，夏季雨日的构成相对复杂，如在陕西中南部小雨约占夏季雨日的七成，中雨约占二成，大雨、暴雨和(特)大暴雨日数约占一成。总体而言，西北地区总降水日数少，且多以小雨出现，是该地区干旱的主要原因。

(a.小雨，b.中雨，c.大雨，d.暴雨和(特)大暴雨) 图 3 1981—2012年平均夏季不同强度降水日数占总降水日数的百分比(单位：%) (a. light rain, b. moderate rain, c. heavy rain, d. torrential rain) Figure 3 Distributions of average percentage of rain days of different types during 1981-2012 (unit: %)

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从区域平均的降水日数和降水量来看(图 4)，近32年夏季雨日和雨量的年际变化大体一致，二者的长期趋势均表现为减少，雨日的线性倾向率为-1.57 d/(10 a)(通过了α=0.01信度水平的检验)，雨量的倾向率为-7.0 mm/(10 a)，但未通过显著性检验。值得注意的是，20世纪80—90年代减少趋势较明显，21世纪初趋势变得平缓(图 4a)。小雨的年际变化与夏季降水较为相似，且减少趋势更显著，小雨日数的线性倾向率为-1.28 d/(10 a)，雨量的倾向率为-3.08 mm/(10 a)(前者通过了α=0.01，后者通过了α=0.05信度水平的检验)(图 4b)；中雨日数和降水量只呈微弱的减少趋势，雨日的线性倾向率为-0.26 d/(10 a)，雨量的倾向率为-3.89 mm/(10 a)，均未通过显著性检验，从图中可看到雨日和雨量在80年代至90年代初明显减少，而从90年代中后期开始出现增多的趋势(图 4c)；大雨和暴雨的日数和降水量未表现出显著的长期趋势(图 4d、e)，可能是受1981年降水异常偏多的影响，去掉1981年后暴雨日数和降水量的增大趋势会略明显，雨日的线性倾向率变为0.04 d/(10 a)，雨量的线性倾向率变为3.43 mm/(10 a)，但是由于其日数极少，因此对夏季降水异常变化的贡献非常有限(图 4e)。

(a.夏季总雨日和降水量，b.小雨，c.中雨，d.大雨，e.暴雨和(特)大暴雨；虚线为线性趋势) 图 4 1981—2012年西北东部平均降水日数和降水量的年际变化 (a. summer rain days and precipitation amount, b. light rain, c. moderate rain, d. heavy rain, e. torrential rain; Dotted lines denote the linear trends of variables) Figure 4 Variations of area average rainy days and precipitation amount of different types in eastern Northwest China during 1981-2012

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从线性趋势的空间分布来看(图 5)，近32年西北东部大部分地区的雨日呈减少趋势，其在宁夏、甘肃和陕西关中的减少趋势尤为明显，速率约为-2—-4 d/(10 a)，而青海省同仁(35.52°N, 102.85°E)、内蒙古自治区的伊金霍洛旗(39.57°N，109.73°E)和杭锦后旗(40.9°N，107.13°E)的雨日则显著增多，同仁的雨日增加速率超过4 d/(10 a)(图 5a)。小雨日数的减少速率(图 5b)和空间分布与总雨日基本相同。中雨日数在全区仍以减少为主，但是趋势显然没有小雨显著，只有甘肃肃南(38.83°N，99.62°E)、东乡(35.67°N，103.4°E)、宕昌(34.03°N，104.38°E)、文县(32.95°N，104.67°E)，宁夏固原(36°N，106.3°E)，陕西千阳(34.68°N，107.15°E)、凤县(33.95°N，106.6°E)、南郑(33°N，106.93°E)等地的中雨日数减少趋势比较明显，速率约为-1—-2 d/(10 a)。局部地区如青海东部和内蒙古中部的中雨日数出现了增多的趋势，特别是同仁和伊金霍洛旗的小雨和中雨日数均显著增多，导致这些地区的夏季雨日也是明显增多(图 5c)。大雨日数在研究区域的西北部有所增多，如在甘肃西北部的民乐(38.45°N，100.82°E)、宁夏北部的贺兰(38.6°N，106.4°E)增多趋势显著，东南部的大雨日数则有所减少，如在陕西南部的铜川(35.08°N，109.07°E)、富平(34.78°N，109.18°E)、宁强(32.83°N，106.25°E)、南郑(33°N，106.93°E)、城固(33.17°N，107.33°E)等地减少较显著，但是总体变化不显著(图 5d)。暴雨以上等级的降水日数的变化更加不明显，只有宁夏银川(38.5°N，106.2°E)显著增多，而在宁夏南部隆德((35.6°N，106.1°E)和甘肃东部正宁(35.5°N，108.35°E)则显著减少(图 5e)。

(a.夏季总雨日，b.小雨，c.中雨，d.大雨，e.暴雨和(特)大暴雨；实心圆表示通过α=0.05的显著性检验) 图 5 1981—2012年不同强度降水日数的线性倾向率分布(单位：d/(10 a)) (a. summer rain days, b. light rain, c. moderate rain, d. heavy rain, e. torrential rain; the solid circle indicates values passing the significance level of 0.05) Figure 5 Distributions of linear trend coefficients of rainy days of different types during 1981-2012 (unit: d/(10 a))

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与降水日数相比，近32年夏季降水量虽有减少的趋势但不显著(图略)。小雨降水量的减少趋势在甘肃中部、宁夏北部较显著，与雨日的减少一致，其他地区降水量的减少趋势不明显，可能是小雨强度发生了变化；中雨和大雨降水量减少的区域和降水日数较一致，且雨量显著减少的站点更多，如陕西麟游(34.68°N，107.78°E)，富县(36°N，109.38°E)、甘肃陇西(35°N，104.65°E)、平凉(35.5°N，106.4°E)和青海南部的班玛(32.93°N，100.75°E)等地，说明中雨和大雨的强度也在减小；暴雨降水量在大部分地区呈增多的趋势但不显著。总体上，虽然显著性在局部略有差别，但降水量的变化与降水日数的长期趋势是一致的，可见降水日数的变化是西北东部干旱加重的主要原因。

鉴于图 5有部分站点的线性趋势和周围站点有明显的差异，文中用中国国家气象信息中心和全球降水气候计划的格点数据进一步佐证降水变化的空间特征。由于降水具有局地性较强的特性，对台站观测数据进行格点化插值后，增加了周围邻近台站观测值的影响，尤其当发生局地强降水时可能会出现很大的误差。受此影响，统计中国国家气象信息中心数据的降水日数时经常会出现雨日异常多的情况，与台站数据相比误差很大，因此文中仅给出与降水量的对比结果。对于气候平均夏季降水量(图略)，全球降水气候计划数据由于分辨率较低，对局地的降水极值中心和干、湿舌的刻画较差；中国国家气象信息中心数据能够较准确地反映出局地降水中心和干、湿舌的分布，但是青海东部和甘肃南部的降水中心值比台站数据偏大，可能是由于这两个地区的降水以小雨为主，而中国国家气象信息中心数据的小雨强度往往比实测值略偏大(赵煜飞等，2015)。格点降水量的线性倾向率的空间分布特征(图 6)与台站数据大体一致，表现为青海东部、内蒙古中部、宁夏北部和陕西东南部的降水增多，宁夏中南部、甘肃和陕西大部分地区降水减少，尤其在甘陕交界的南部降水减少速率最大，中国国家气象信息中心局地降水量的变化比全球降水气候计划数据更精确，但是局地倾向率的大值中心比台站数值偏小，例如在陕甘交界南部台站降水量的减少速率超过60 mm/(10 a)，而格点降水减少速率约为30—40 mm/(10 a)。此外，陕西中部局部站点降水有所增多没有在格点数据上反映出来。

(a.中国国家气象信息中心格点数据，b.全球降水气候计划数据；阴影表示通过α=0.05的显著性检验) 图 6 1981—2012年夏季降水量的线性倾向率分布(单位：mm/(10 a)) (unit: mm/(10 a); Shaded areas denotes values passing the significance level of 0.05) Figure 6 Distributions of linear trend coefficient of precipitation in the summer based on (a) CMA and (b) GCPC

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不同强度的降水对农业、生态以及人民生活的影响显然是有差别的，其环流背景也存在差异，区分这种差异是十分必要的。但是降水出现的形式往往不是单一的，在不同年份其组合形式更是千差万别，且在不同的月份也有差异。将1981年8月和2003年8月作为特例展开分析，因为这两年夏季雨日偏多，同时8月各类降水也偏多，便于在相同的月(季)背景下对比不同强度降水的环流差异。在两个特例中，全区降水较多的时段均出现在7月上中旬和8月中下旬，暴雨多集中在8月。1981年出现强降水的站点略多，而2003年极端降水强度较大。根据台站数统计的降水异常日期如表 1所示(由于大雨和暴雨往往同时偏多，故划分为同一类情况)，在划分结果中，小雨偏多的情况下，其他强度的降水少有发生；中雨偏多的情况下虽然在一些地区也会出现小雨天气，但此时小雨站数占降水总站数的比例远未达到该月的气候平均值；同理，多地发生大雨和暴雨时，出现其余类降水的台站占比也远低于气候平均值。在下文中将主要分析1981年8月不同类型降水的环流差异，对2003年则仅作简要说明。

图 7—10给出了1981—2012年平均的8月环流场、1981年8月环流距平场(相对于32年平均值)和根据表 1中三种雨型偏多的日期合成的环流距平场(合成环流与1981年8月平均环流的差值)。

(a. 32年平均纬偏场，b. 1981年距平场，c.小雨偏多的距平场，d.中雨偏多的距平场，e.大雨偏多的距平场; 阴影表示通过α=0.05的显著性检验; 图b为相对于32年平均值的距平，图c、d、e为相对于1981年8月平均值的距平，下同) 图 7 1981年8月500 hPa位势高度(单位：gpm) (Shaded areas denote values passing the significance level of 0.05; Fig. b shows the anomaly field compared to 32 year average, Fig. c, d and e show the anomaly fields compared to average in August of 1981, the same hereafter) Figure 7 Geopotential height (unit: gpm) at 500 hPa in August of 1981: (a) average field of latitudinal deviation, (b) anomaly field of 1981, (c) anomaly field corresponding to abnormally abundant light rain, (d) anomaly field corresponding to abnormally abundant moderate rain, and (e) anomaly field corresponding to abnormally abundant heavy rain

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从500 hPa位势高度场(图 7)可以看出，气候平均8月东亚大陆中低纬度主要受低压控制，低值中心位于青藏高原南部—中国东部沿海一带，高纬度地区则受阻塞高压控制，高值中心分别位于乌拉尔山以西和贝加尔湖以东(图 7a)。1981年位势高度在东亚地区较常年偏低，距平值在中高纬度地区自西向东以波列的形式分布，乌拉尔山的阻塞高压较强，东北地区受低压槽控制，有利于冷空气南下。同时，在中国南方西太副高西伸，有利于南方暖湿气流深入到内陆，这是该年降水偏多的重要原因(图 7b)。该月小雨偏多时(图 7c)，乌拉尔山阻塞高压增强，东亚低槽加深，西太副高位置偏北同时西伸；中雨偏多时(图 7d)，阻塞高压位置略偏东，位于西伯利亚中部，西太副高位置偏南、西伸；大雨和暴雨偏多时(图 7e)，高纬度阻塞形势位于西伯利亚中东部，同时西太副高西伸至中国南方地区，有利于强降水产生。

高、低纬度环流配置异常反映的是冷、暖气团的活动。因此，进一步给出了500 hPa冷、暖平流距平场。气候平均的8月500 hPa温度平流场上(图 8a)，西北东部位于冷、暖空气的交绥区。与32年平均值相比，1981年冷、暖平流均有所增强(图 8b)，增强的冷空气主要来源于西伯利亚中部，经青藏高原北部绕流南下，增强的暖空气主要是沿着西太副高西侧北上的，且暖气团较常年更加向北推进。该月小雨偏多时(图 8c)，研究区域的冷平流显著增强，这与蒙古高原气旋式环流增强有关，而暖平流显著增强的区域位于渤海和黄海，即导致西北东部多地出现小雨天气的主要原因是北方冷空气较强盛；该月中雨偏多时(图 8d)，研究区域东部的暖平流显著增强，西北部的冷平流也有所增强但不如暖平流显著，可见中雨天气出现主要是由于偏南风引导的暖空气向北推进所致；该月大雨和暴雨偏多时(图 8e)，研究区域的冷、暖平流均有所增强，但是东南部的暖平流增强较为显著。由上述分析可知，大雨和暴雨多发生在陕西南部，引发强降水的主导因子是北上的暖湿空气。图 8f给出了不同降水情况下温度平流0线(即冷、暖空气交界线)的位置分布，气候平均的0线(黑实线)在黄河中下游位于36°N附近，在黄河中上游位于34°N以南。1981年8月温度平流0线(黑虚线)相比气候平均略偏北，即在冷暖空气同时增强的情况下南方暖空气势力更强，尤其是在甘肃南部0线偏北较明显。1981年8月小雨偏多时，0线(红实线)南压至34°N附近，表明当西北东部大部分地区受北方冷空气控制时易出现小雨天气；该月中雨偏多时，0线(绿实线)整体比气候平均位置偏北，在105°E以西与同年8月平均0线基本重合，而在105°E附近0线呈南北走向，即105°E以东的地区完全被暖空气控制；大雨和暴雨偏多时0线(蓝实线)位置也比气候平均位置偏北，暖空气控制的主要是研究区域东南部，这也是暴雨相对多发的区域。可见在南方暖空气的北推过程中更易形成中雨和大雨，这是由于大量水汽会伴随暖空气北上，与南下的冷空气相遇易诱发上升运动，为强降水提供了垂直运动和充足的水汽条件。

(a.32年平均值，b.1981年距平场，c.小雨偏多的距平场，d.中雨偏多的距平场，e.大雨偏多的距平场，f.冷暖平流0界线的位置；c、d、e中阴影表示通过α=0.05的显著性检验) 图 8 1981年8月500 hPa温度平流(等值线，单位：10-5℃/s)和风场(箭矢，水平风速单位：m/s，垂直风速单位：Pa/s) (a. average value, b. anomaly field of 1981, c. anomaly field correspnding to abnormally more light rain, d. anomaly field correspnding to abnormally more moderate rain, e. anomaly field correspnding to abnormally more heavy rain, f. the location of the boundary line between cold and warm airmasses; shaded areas denote values passing the significance level of 0.05 in figure c, d, and e) Figure 8 Temperature advection (contours, unit: 10-5℃/s) and wind (arrows, unit: horizontal velocity: m/s, vertical velocity: Pa/s) at 500 hPa in August of 1981

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从温度平流和经向环流在中部106°E的高度-纬度剖面(图 9)可以看出，气候平均8月西北东部地区上空低层700—600 hPa主要受暖平流控制，中层500—400 hPa北部为下沉的冷空气，南部为上升的暖空气，在300 hPa以上的高层又以暖平流为主(图 9a)。与32年平均值相比，1981年研究区域南部上升的暖空气明显增强，暖中心位于研究区域上空，形成有利于降水的垂直运动条件，北方下沉的冷空气也有所增强，冷中心位于蒙古高原50°N附近(图 9b)。该月小雨偏多时(图 9c)，西北东部上空中低层冷平流和下沉运动显著增强，冷平流距平中心位于研究区域北侧45°N附近；该月中雨偏多时(图 9d)，西北东部上空的暖空气显著增强，暖平流距平中心位于北侧蒙古高原上空，上升运动从对流层低层至200 hPa显著增强；该月大雨和暴雨偏多时(图 9e)，西北东部暖空气和上升运动显著增强，且暖平流距平中心位于研究区域上空，同时北侧蒙古高原上空为冷平流距平中心，垂直速度距平通过显著性检验的层次在200 hPa以上，且上升运动的强度也强于中雨。

(a.32年平均值，b.1981年距平场，c.小雨偏多的距平场，d.中雨偏多的距平场，e.大雨偏多的距平场；c、d、e中阴影表示通过α=0.05的显著性检验) 图 9 1981年8月温度平流(等值线，单位：10-5℃/s)和风场(箭矢，水平风速单位：m/s, 垂直风速单位：-10-2 Pa/s)沿106°E的垂直剖面 (a. average value, b. anomaly field of 1981, c. anomaly field correspnding to abnormally more light rain, d. anomaly field correspnding to abnormally more moderate rain, e. anomaly field correspnding to abnormally more heavy rain; shaded areas denote values passing the significance level of 0.05 in figure c, d and e) Figure 9 Temperature advection (contours, unit: 10-5℃/s) and wind (arrows, unit: horizontal velocity: m/s, vertical velocity: -10-2 Pa/s) along 106°E in August of 1981

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形成降水的必要条件除垂直运动外还需要有充足的水汽，图 10和表 2给出了水汽的输送、辐合辐散以及收支的情况，从气候平均的8月水汽通量及其散度场上(图 10a)可以看到，水汽主要来源于印度洋，途经孟加拉湾和中南半岛在南海沿东南气流北上，在研究区域的东南部存在明显的辐合区。与32年平均值相比，1981年8月孟加拉湾地区水汽通量和中国南部沿反气旋式环流距平向北输送水汽通量显著增强，西北东部的水汽辐合也显著增强(图 10b)。从水汽通量收支也可看到(表 2)，气候平均西北东部地区水汽净收支为29.06 kg/(m·s)，1981年净收支达到125.36 kg/(m·s)，是气候平均的4倍之多，特别是自北边界和南边界进入的水汽显著增多，分别是气候平均的45倍和4倍，但是由于高纬度地区大气水汽含量很少，北边界水汽通量的急剧增大可能是风速增大的结果，其对降水的贡献必定有别于南边界。从东边界流出的水汽通量几乎是气候平均的3倍，即流经西北东部地区的西北气流和西南气流是显著增强的。对于不同强度的降水，水汽通量的输送路径和辐合强度也有差异，该月小雨偏多时(图 10c)，在研究区域东部来自北方的水汽通量显著增强，由于水汽含量极少，在大部分地区水汽辐合减小，因此降水强度也较小；该月中雨偏多时(图 10d)，在研究区域有来自西北和西南水汽交汇，水汽辐合中心的散度距平值达-15×10^-5 kg/(m²·s)；该月大雨和暴雨偏多时(图 10e)，研究区域的东南部存在明显的水汽辐合，且辐合中心的散度距平值可达-25×10^-5 kg/(m²·s)以上，有利于强降水的产生。如表 2所示，该月小雨偏多时，北边界输入的水汽通量约是气候平均的70倍，南边界和西边界输入的水汽通量约为2倍，东边界输出的水汽通量约为4倍，但是南边界输入的水汽通量比同年8月平均值偏少，可见水汽的输送比较微弱；中雨偏多时，北边界的水汽输送较少，南边界的水汽输送明显增多；该月大雨和暴雨偏多时，南边界的水汽输送较中雨更多，但是区域净水汽收支在小雨、中雨、大雨出现时依次为96.73、74.76和69.03 kg/(m·s)，这很可能是受到降水范围的制约，因为出现小雨的站点较多，出现中雨的站点多分布在东部，大雨和暴雨则主要集中在东南部。

(a.32年平均值，b.1981年距平场，c.小雨偏多的距平场，d.中雨偏多的距平场，e.大雨偏多的距平场；c、d、e中阴影表示通过α=0.05的显著性检验) 图 10 1981年8月整层水汽通量(箭矢，单位：kg/(m·s))和水汽通量散度(等值线和阴影，单位：10-5 kg/(m2·s)) (a. average value, b. anomaly field of 1981, c. anomaly field correspnding to abnormally more light rain, d. anomaly field correspnding to abnormally more moderate rain, e. anomaly field correspnding to abnormally more heavy rain; shaded areas denote values passing the significance level of 0.05 in figure c, d and e) Figure 10 Integrated vapor flux (arrows, unit: kg/(m·s)) and vapor flux divergence (contours and shaded areas, unit: 10-5 kg/(m2·s)) in August of 1981

图选项

2003年8月的环流场与1981年较相似，在西北东部地区，来自北方的干冷空气和来自南方暖湿空气同时增强(图略)。选取2003年8月不同强度降水较多的日期(表 1)，其环流差异也与1981年较相似，不再赘述。如图 11所示，2003年8月冷、暖平流的交界线较气候平均略偏北(黑虚线)；小雨偏多时冷空气的范围向南扩张至34°N以南(红线)；中雨偏多时暖空气向北推进的范围与该月平均值相当，但是东部界线比1981年略偏南；2003年8月大雨偏多时暖空气向北推进的范围也比气候平均更大，东部界线比1981年偏北。从区域水汽收支来看(表 3)，水汽通量在南边界的差异决定了降水的强度，小雨偏多时北边界的水汽通量较大反映出北方冷空气偏强，与1981年相似。2003年不同降水对应的垂直运动和水汽条件也表现出与1981年相似的特征(图略)，即小雨偏多时西北东部上空主要受北方下沉冷空气的控制，水汽的辐合主要在研究区域的南边缘；中雨和大雨则主要受南方爬升暖空气的控制，水汽辐合的中心位于研究区域内，中雨偏多时水汽通量散度为-10×10^-5 kg/(m²·s)左右，暖空气的爬升范围主要在200 hPa以下；大雨时水汽辐合中心超过-20×10^-5 kg/(m²·s)，暖空气和上升运动的范围可达200 hPa以上。2003年与1981年的区别在于中雨偏多时水汽通量的输送和辐合被限制在研究区域的南部，而暴雨日的水汽辐合范围反而比1981年更大，可见中雨和大雨的范围往往受到当天冷、暖空气的推移位置制约，降水强度则是由南边界的水汽通量大小、水汽辐合强度和对流运动高度决定。

图 11 2003年8月500 hPa冷暖平流0界线的位置 Figure 11 The location of boundary line between cold and warm airmasses at 500 hPa in August of 2003

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需要说明的是，本节给出的两个特例(即1981年8月和2003年8月)的月(季)环流具有共同的特征，即冷、暖空气系统是同时增强的，为降水提供了较为充足的条件，而在不同的环流背景下可能出现更复杂的情况，有待今后更细致、深入研究。

分析了1981—2012年西北地区东部夏季不同强度降水的雨日和雨量的变化特征，并通过个例分析对比了产生不同强度降水的大气环流系统的异同，得到如下结论：

(1) 西北东部地区夏季降水以小雨和中雨为主，二者的降水日数占夏季雨日的90%以上，降水量占夏季雨量的70%左右。降水日数和降水量呈自南向北递减的空间分布，甘肃西南部和青海东部是雨日和雨量大值中心的所在。小雨占总雨日的百分比自东南向西北递增；中雨、大雨、暴雨和(特)大暴雨的百分比则是自东南向西北递减。近32年夏季小雨和中雨的日数和降水量大体上呈减少的趋势，21世纪初的减少速率慢于20世纪80—90年代，在宁夏、甘肃和陕西关中的减少趋势显著；暴雨则有略微增多的趋势。

(2)1981年和2003年8月西北东部降水偏多是乌拉尔山阻塞高压、蒙古气旋和西太副高增强，即冷、暖空气同时增强的结果，其中影响小雨的环流系统主要是北方的阻塞形势和蒙古高原的冷低涡，冷、暖气团的交绥界线位置偏南，西北东部主要受北方冷气团控制，水汽输送较常年略有增多但仍很微弱，因此虽有降水但雨量很少；中雨、大雨和暴雨主要受到西太副高西伸和南方暖湿空气的影响，冷、暖气团的交绥界线位置偏北，水汽沿西太副高的西侧北上影响西北东部，南边界的水汽通量越大、水汽辐合和上升运动越强，降水强度越大。