引言

我国江淮流域在初夏季节盛行梅雨期, 习惯上称为江淮梅雨, 然而常用的划分逐年梅雨期的降水资料多取自长江中下游沿江各站。陶诗言等首先指出长江中下游沿江的上海、南京、芜湖、九江和汉口5站气候降水资料反映出梅雨期起迄特征及其与亚洲大气环流季节变化的密切联系^[1]。徐群等据此采用上述5站日降水资料结合历史地面天气图、单站天气要素及1953年以来的逐候500 hPa西太平洋副热带高压脊线位置划分出1885年以来的逐年长江中下游梅雨期资料^[2-3]。在进一步划分1951年以来逐年江苏省南北两区梅雨期时, 发现长江下游—苏南区和淮河下游—江苏江淮区梅雨期有相当的差别^[4]。为此有必要专门对淮河流域的梅雨期进行划分和研究。

1.   近52年淮河流域梅雨期的划分

1.1   淮河梅雨期及其与我国东部夏季风雨带北上进程的联系

如以旬雨量≥60 mm的主轴线随时间变化作为我国东部(110°~120°E)主汛期雨带位置的季节演变, 则从图 1可见, 50年平均的我国东部主汛期雨带于4—5月首先出现于27°~29°N处的江南地区, 5月下旬—6月中旬又南移至华南。也是从6月中旬开始, 主汛期雨带出现逐步北上的季节进程。长江中下游在6月下旬—7月上旬出现了一年中的主汛期———梅雨期。主汛期雨带于6月下旬—7月中旬也北进至淮河流域中南部(33°N)。60 mm以上的旬雨量轴线在逼近35°N处的淮河流域北部时消失了, 却在第21—22旬(7月下旬—8月上旬)再度出现于华北中北部, 即夏季风雨带于盛夏季节抵达它在我国东部的北端。由此可见, 当年6月下旬—7月中旬出现于33°N处的淮河流域梅雨期是我国东部夏季风雨带北上季节进程中在特定区域的气候表现。

图  1  1951—2000年我国东部(110°~120°E)平均旬降水量的经向-时间变化^[5](单位:mm)

Figure  1.  Meridian-time variations of the 10 d average precipitation in east China(110°—120°E)during 1951—2000(unit:mm)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.2   淮河梅雨期降水资料站的选定

淮河流域介于长江和黄河两大流域之间, 面积为27 ×10⁴ km², 处于我国中东部的南北气候过渡地带; 北以黄河南堤和泰山为界, 南以大别山、江淮丘陵和江苏境内的通扬运河为界。南北最大相差可达5.7个纬距。因此流域内各地气候也就存在相当差异。据朱炳海对我国梅雨区的划定, 淮河流域中南部的东台、淮阴、蚌埠和信阳各站尚处于我国梅雨区的北部, 而徐州则处于梅雨区的北缘(文献[6]的图 136)。根据各地春夏干湿期分布, 江苏省气候区划工作中将全省分为苏南、江淮和淮北(含徐州站)3区, 后2区的分界线呈西南—东北走向, 斜穿过34°N纬线(文献[4] 图 1), 江苏省淮河下游区的梅雨基准站也均取自34°N以南的江淮区^[4]。为此, 选取江苏省江淮区的淮阴(33.6°N, 119.0°E)和东台(32.8°N, 120.3°E)及淮河中上游干流区的蚌埠(32.9°N, 117.3°E), 阜阳(32.9°N, 115.8°E)和信阳(32.1°N, 114.1°E)作为划分淮河流域梅雨期的5个资料站(图 2)。该5站从1953年开始均具有连续的、质量较好的逐日降水资料。

图  2  淮河流域(图中白色区)及其5个雨量站在我国东部的位置

Figure  2.  Locations of the Huaihe Basin(white area)with its 5 rainfall stations in east China

下载: 全尺寸图片 幻灯片

雨期结合西太平洋副热带高压(110°~130°E处)脊线季节进程所作的长江中下游梅雨期划分方法在中央气象台应用了30年, 和实况较为吻合^[3], 为此本研究决定基本上仍采用长江中下游沿江梅雨期及江苏省江淮区梅雨区的相同标准^[2-4]来划分淮河流域梅雨期。其主要标准是:①划分出上述淮河流域5站夏季出现的各段集中雨期; ②根据各雨期出现时500 hPa层西太平洋副热带高压逐候位置(脊线纬度, 西伸脊点经度)判断此集中雨期在夏季风北上进程中的季节特征。在确定标准前先统计并对比了淮河流域上述5站和长江中下游梅雨期5站(上海、南京、芜湖、九江和汉口)的夏季雨量气候状况。值得注意的是上述两区各5站夏季总雨量近50年(1953—2002年)平均值完全一致, 均为495 mm。然而如统计该两区区域雨日(即同日该区有二站以上出现降水, 且其日总降水量≥10 mm者)^[2]日数则有一定相差。近50年淮河流域5站和长江中下游5站夏季区域雨日平均出现天数分别为32.7 d和34.9 d, 即淮河干流区夏季雨日出现天数平均要比长江中下游沿江区少6.3%。在此种气候背景下, 划定淮河干流区集中雨期时, 对其雨日密度的要求应比长江中下游区适当放低些。为此参照文献[3], 给出划分淮河流域5站集中雨期的标准如表 1。

表  1  淮河干流区集中雨期标准

Table  1.  Standards for defining the concentrated rainy periods of the main stream region in the Huaihe Basin

下载: 导出CSV 

| 显示表格

这样, 根据(a)和(c)或(b)和(c), 均可划分出淮河干流区的各段集中雨期。其次是判别集中雨期的季节特征。徐群曾统计过淮河下游(江苏省江淮区)近43年(1954—1996年)梅雨期出现时西太平洋副热带高压的位置^[4], 从文献[4] 图 2可知淮河下游梅雨期出现时, 西太平洋副热带高压候平均脊线一般位于21°~27°N, 脊点经度在125°E以西。结合我国东部雨带轴线位置, 得出如下判据:①淮河干流区5站出现集中雨期时, 候平均500 hPa图上110°~130°E处西太平洋副热带高压脊线开始≥21°N或我国113°E以东雨带轴线在30°N以北, 则此时出现的集中雨期称为淮河梅雨期, 雨期首日为入梅日; ②淮河雨期结束后10~15 d内, 西太平洋副热带高压北上控制淮河流域, 即呈现和长江中下游相同的出梅后盛夏高温天气, 此类雨期结束后的首日为出梅日。它在大多数年和高温开始出现的入夏日基本一致, 但有少数年梅雨期结束后西太平洋副热带高压出现异常南撤或东退, 因此出梅日和高温开始的入夏日间会有相当差异。

2.   近52年淮河梅雨期出现概况

2.1   入梅概况

近52年(1953—2004年)淮河干流区5站显示出有44年出现梅雨集中期, 另有8年(1961, 1964, 1966, 1976, 1978, 1988, 1994年和2001年)出现空梅现象, 淮河梅雨期出现率为84.6%, 略低于同期长江中下游沿江区梅雨期出现率(88.5%)。自然, 空梅年仍会有几天相对集中的rd出现于淮河干流区。与长江中下游区处理的标准^[3]一致, 现取空梅年入夏前雨日相对集中的首日作为该年“入梅日”; 雨带跃过淮河干流区, 入夏之首日定为该年“出梅日”, 则近52年淮河干流区平均入梅日为6月25日, 比同期长江中下游平均入梅日推迟5 d。这和朱炳海利用1958年以前二十余年资料所得的淮河平均入梅期(6月20—25日之间)较接近(见文献[6]图 136)。文献[6] 表 114列出各站梅雨期资料中有本文所取4个站(东台、淮阴、蚌埠、信阳), 其平均入梅期为6月21日, 这和本文划分出的淮河干流区在1953—1962年的平均入梅期一致。

近52年入梅期概率分布显示有31年集中出现于6月19日—7月2日这14 d中, 占59.6%, 而在6月18日以前及7月3日以后入梅的各有10年和11年, 分别占19.2%和21.2%。如除去8个空梅年, 其余44年入梅期分布图上(图略)显示出和上述相同的集中趋势, 即入梅期仍集中于6月19日—7月2日这14 d中, 占56.8%, 而在6月18日以前及7月3日以后入梅的分别占20.5%和22.7%。入梅最早的3年(1956, 1989, 1996年)均出现于6月3日(有关早梅雨情况另述于后), 而入梅迟至7月7日及以后的9年则为1957, 1963, 1974, 1977, 1982, 1986, 1992, 1993, 1995年, 其中2年(1963, 1974年)的5月还出现过早梅雨。最迟入梅是7月14日(1993年), 最早及最迟入梅可相差41 d。

2.2   出梅概况

如将空梅年入夏日(雨带连续2候以上跃过淮河干流区北上的首日)^[3]也作为出梅期, 则近52年平均出梅期为7月21日, 其出梅期分布图(图略)显示出有22年(占42.3%)出现于7月16日—7月26日之间, 7月15日及以前和7月27日或以后出梅的均为15年, 各占28.8%。在7月5日及以前异常早出梅的6年(1961, 1964, 1978, 1988, 1994年和2001年)均为空梅年, 出梅最早为1961年(6月18日); 而迟至8月才出梅的有9年, 占17.3%, 其中有4年(1980, 1982, 1987, 1993年)出梅于8月下旬, 1987年最迟, 出梅于8月31日; 最早、最迟出梅日可相差近两个半月。淮河干流区5站夏季逐日总雨量近50年(1953—2002年)平均的逐日演变曲线(图 3)也揭示出在6月24日—7月21日间气候上存在着梅雨期。该时期淮河干流区5站逐日总雨量从近50年平均值看比夏季其他时期日总雨量平均偏多68%。图 3所揭示的淮河梅雨期气候起迄日期和本文所划分的近52年淮河梅雨期的起迄平均日期如此吻合也显示出本研究对淮河梅雨期的划分较符合实际。

图  3  1953—2002年淮河干流区5站(东台、淮阴、蚌埠、阜阳和信阳)夏季逐日总雨量平均演变和雨日出现天数的逐日演变

Figure  3.  1953—2002 summer daily variations of rainy indices of the Huaihe Basin daily rainfall for the sum of 5 stations and number of rainy days for the whole of 5 stations

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.3   淮河梅雨期长度和梅雨量

近52年淮河平均入梅期为6月25日, 平均出梅期为7月21日, 其间长度为28 d; 因为有24年出现2段及以上的梅雨集中期, 这就存在间歇期; 如除去这些间歇期, 则近52年淮河梅雨期平均长度为20.9 d, 这和同期长江中下游梅雨期平均长度(20.7 d)十分接近。淮河梅雨期长度集中出现于17~26 d范围内(占42.3%), 15 d及以下者有17年(占37.7%), 其中有8个空梅年^①, 梅雨期长达28 d及以上者有13年(占25%), 其中最长的是1980年, 出现2段长梅雨集中期, 到8月26日才出梅, 共61 d, 该年淮河干流区和长江中下游区一样未能进入(盛)夏^[3]。

① 空梅年，在夏季风雨带北上越过淮河前仍会出现几天相对集中的降水，据此可确定这些空梅年的“梅雨期长度”和“梅雨量”，均用括号标志。

淮河干流区5站从入梅到出梅的梅雨期总雨量近52年平均为1350 mm, 占该5站夏季总雨量的54.8%; 而同期(1953—2004年)长江中下游沿江5站的梅雨期总雨量平均为1308 mm, 占其夏季总雨量的52.8%。可见, 无论从梅雨期总雨量或相对夏季总雨量的百分数来看, 位于33°N附近的淮河梅雨量还比其南侧2~3个纬距的长江中下游沿江区稍多一些。再比较淮河下游(江苏江淮区)和苏南两区的梅雨量^[4], 也发现近54年(1951—2004年)平均淮河下游梅雨量比同期平均苏南梅雨量偏多11.8%。

近52年淮河梅雨量(梅雨期5站总雨量的相对百分数)在3等级强度上的分布还很不均匀, 从表 2可见出现偏少(梅雨量 < 80%)和偏多(梅雨量> 120%)的几率明显大于正常年。因梅雨期降水是淮河干流区汛期中最集中的降水期, 这表明淮河流域干流区夏季易出现旱涝。和近52年长江中下游沿江梅雨量强度分布进行对比, 可见淮河干流区出现强梅雨的几率(34.6%)还明显大于长江中下游沿江区(25%)。

表  2  近52年淮河和长江中下游两区梅雨量强度的3等级出现率

Table  2.  Percentage of the occurrences for 3 classes of the Meiyu amounts in the Huaihe Basin and the mid-lower Yangtze Basin(MLYB)

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.4   淮河早梅雨

淮河干流区和长江中下游一样, 有少数年曾出现过早梅雨^[2-3]。早梅雨期出现标准和6—7月梅雨期一样, 只是出现于5月; 这反映出西太平洋副热带高压及我国东部夏季风雨带的一度北进特征^[2-3]。近52年淮河干流区有5年(1954, 1963, 1974, 1991年和2000年)出现过早梅雨, 前4年的早梅雨也出现于长江中下游区^[3]。若将近52年所有淮河早梅雨(5年)和所有长江中下游沿江区早梅雨(6年:1954, 1963, 1964, 1974, 1985年和1991年)进行对比, 则显示出淮河早梅雨期平均开始期(5月21日)要比长江中下游沿江区(5月12日)推迟9 d。这和近52年淮河梅雨平均入梅期(6月25日)比同期长江中下游平均入梅期(6月19日)推迟的现象是一致的, 从而表明不论早梅雨或一般梅雨期大多是先从南面的长江中下游区开始的。淮河5年早梅雨平均总雨量(536 mm)仅为52年淮河平均梅雨量的4成, 其降水总量也仅为该5年淮河梅雨期总雨量的26.9%; 然而应注意的是该5年中有3年(1954, 1991, 2000年)在5月中下旬出现早梅雨后, 紧接着在6—7月淮河流域又发生异常梅雨雨涝, 因此这3年的5月早梅雨出现无疑进一步加重了淮河流域梅汛期的涝情。

2.5   梅雨量与淮河全流域夏季面雨量的关系

水利部治淮委员会水文局每年计算出淮河全流域夏季面总雨量作为判别淮河流域夏季汛情的一个重要指数。近51年(1953—2003年)该指数(A), 淮河干流区5站平均夏季总雨量(B)及淮河5站梅雨量(C)这3要素间的相关值分布分别为R(A-B):0.87, R(A-C):068, R(B-C):0.86, 信度均显著超过99.9%的高相关值(0.45)。这表明淮河梅雨量不仅和淮河干流区5站夏季总雨量关系十分密切, 也在相当程度上能反映淮河全流域夏季总雨量的大小。现各取近52年A, B和C的10个最大年份进行对比分析。

从表 3中可见有6个(有*号者)淮河梅雨量最大年, 同时也是淮河5站最大夏雨年及淮河流域最大夏雨年。在C组中, 有7年同时出现于A组中, 而B组10年中有8年同时出现于A组中, 可见A, B, C 3组存在相当的共性。虽然C和A两组有一定差异, 即有3个淮河流域最大夏雨年(1963, 1971, 2000年)未反映于淮河最大梅雨量年份, 其中2000年淮河梅雨量也偏多, 仅为第12位, 这说明淮河全流域10个最大夏雨年中, 有8年起因于异常增多的梅雨量, 较大差别仅限于1963年和1971年。

表  3  近52年10个淮河流域最大夏雨年、淮河5站最大夏雨年和淮河最大梅雨量年的对比

Table  3.  Comparison of ordinal numbers for 10 maximal years of summer rainfall for the whole Huaihe Basin, 10 maximal years of summer rainfall of 5 basic stations and 10 maximal Huaihe Basin Meiyu years

下载: 导出CSV 

| 显示表格

此外, 8个淮河空梅年(1994, 1961, 2001, 1988, 1964, 1966, 1976, 1978年)中, 其淮河全流域夏季面总雨量A也均偏少, 该8年平均偏少26.9%, 而10个A值最少年(依次为1966, 1999, 1988, 1985, 1959, 1997, 1992, 2001, 1978年和1973年), 其梅雨量也均为负距平, 该10年梅雨量平均偏少57%。可见, 淮河梅雨异常与淮河全流域夏季面总雨量即淮河流域夏季总汛情间存在十分密切的关系。

2.6   淮河干流和长江中下游沿江两区梅雨的对比

长江中下游沿江区和淮河干流区紧密相邻, 梅雨锋对此南北两区降水的影响自然密切联系。近52年两区的梅雨量, 入梅期和出梅期的相关系数分别为0.56, 0.55和0.70, 信度均达到99.9%。近52年两区梅雨量距平符号相同者有39年, 占75%; 距平符号相反者有13年(1953, 1955, 1962, 1965, 1966, 1968, 1970, 1972, 1989, 1990, 1995, 1999, 2000年), 其中差异最显著的6年列出如表 4。

表  4  两区梅雨量距平百分数对比显著年(单位:%)

Table  4.  Significantly contrasting years for the Meiyu anomaly percentages in 2 regions(unit:%)

下载: 导出CSV 

| 显示表格

表 4的6年中对比最大的是1965年和1999年。1965年夏长江中下游空梅, 华北也大旱, 梅雨锋降水却于6月30日—7月22日持续位于淮河流域, 导致苏皖两省中北部大涝, 是淮河全流域近52年中第3号涝年(表 3)。1999年夏季风雨带异常偏南, 位于长江中下游南侧, 长江中下游梅雨和夏季总雨量异常偏多出现夏涝之时, 淮河流域夏季雨量和梅雨量均显著偏少, 淮河全流域出现近52年夏季中第2最少雨年。

利用近51年(1953—2003年)淮河梅雨量, 淮河干流区5站夏季总雨量, 长江中下游梅雨量, 长江中下游沿江5站夏季总雨量这4组序列分别与全国268个站的夏季总雨量计算相关(图 4), 并将图 4a和图 4c中相关系数达到0.3(n=51时, 相关系数值≥0.28即信度达到95%)的等相关值线绘于图 5a;同样也将图 4b和图 4d中相关系数达到0.3的等相关值线皆绘于图 5b。

图  4  1953—2003年淮河梅雨量(a), 淮河干流区5站夏季总雨量(b), 长江中下游梅雨量(c)和长江中下游沿江区5站夏季总雨量(d)分别与全国268站夏季(总)雨量的相关分布图

(实心圆代表淮河5站, 实心矩形框代表长江中下游5站)

Figure  4.  Correlation distributions for summer rainfall of 268 stations in China with Huaihe Basin Meiyu amounts(a), with summer rainfall of the whole 5 basic stations(SRW5BS)in the Huaihe Basin(b), with the mid-lower Yangtze Basin(MLYB)Meiyu amounts(c)and with another SRW5BS along the MLYB(d)in 1953—2003 respectively

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  5  淮河梅雨量、长江中下游梅雨量与全国268站夏季(总)雨量的高相关区(信度达到95%)分布对比(a)以及淮河干流区5站夏季总雨量, 长江中下游沿江5站夏季总雨量与全国268站夏季(总)雨量的高相关区分布对比(b)(实心圆代表淮河5站, 三角形代表长江中下游5站)

Figure  5.  Comparison of high correlation reg ions(exceeding 95% confidence limit)for summer rainfall of 268 station in China(SR268)with the Huaihe Basin Meiyu amounts and the MLYB Meiyu amounts respectively(a), comparsion also for high correlation regions of SR268 with SRW5BS in the Huaihe Basin and with another SRW5BS along MLYB respectively(b)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

从图 5a可知, 如将达到95%信度的高相关区作为梅雨影响区, 则淮河梅雨的影响区南北长约为4.5纬距(29.3°~33.8°N), 其东西向可长达14经距, 西界甚至跨越三峡达到重庆; 而长江中下游梅雨影响区范围更大, 南北向达5纬距(27.2°~32.2°N), 其东西向和淮河梅雨区一致。淮河梅雨区的北界及南界分别比长江中下游梅雨区偏北1.6及2.1纬距。淮河梅雨区在106°E以东的29.3°~32.2°N范围(占其梅雨区面积的64%)和长江中下游梅雨区重合; 可是两个梅雨影响区重合的面积(A₁)仍然略小于其南北两侧边界相差面积之和(A₂), A₁与A₂之比为2.9:3.7;而淮河干流区5站夏季总雨量与长江中下游5站夏季总雨量这两个高相关区的A₁与A₂之比却为2.4:5.3(图 5b)。这说明淮河干流夏季降水影响区与长江中下游沿江夏季降水影响区存在相当的差异, 而在梅雨期, 两者的关系相对较密切。近52年两区梅雨量相关值(0.56)明显大于两区各5站夏季总雨量相关值(0.41)即是明证。

从图 5a还可知:两区梅雨量与全国夏季雨量的高相关西界均抵达重庆地区, 即宜昌以西直到三峡—重庆地区可能存在着梅雨期。在文献[6]的图 136上, 梅雨区的南北界和本研究指出的长江中下游梅雨南界(27.2°N)及淮河梅雨北界(33.8°N)很接近, 但其西界仅止于111°E处, 这和图 5a所指出的西界可达105.4°~105.7°E相差甚大; 宜昌以西直到三峡—重庆地区有否梅雨期是值得进一步研究的。

3.   近52年淮河梅雨的时间演变

目前盛行利用小波分析计算气候序列的时间演变。该方法的优点是能给出气候序列的瞬时振动频率随时间的演变状况, 但缺点是未能对周期的显著性进行统计检验; 为此决定分别点绘出淮河梅雨量、入梅期和出梅期的年际演变及其10年滑动演变曲线(图 6), 然后根据其主要突变点, 分段计算其周期长度。

3.1   寻找主要突变点

所谓突变是指序列取值状况在很短时间内突然发生变化, 如序列均值或序列的方差突然变化。这样, 从图 6发现梅雨量与出梅日期的10年滑动平均线(点线)以及每10年滑动梅雨量标准差曲线均有从20世纪60—70年代向80年代显著增长的趋势。针对入梅, 出梅及梅雨量的逐年变化及此3要素每10年滑动值标准差这6个序列均作M-K(MannKendall)检验分析, 发现入梅、出梅及梅雨量年际变化3序列的突变现象远不如其10年滑动值标准差的情况显著、现列出后者的M-K统计量曲线于图 7;它揭示入梅、出梅及梅雨量的量度均突破99%信度临界水平线。实(点)线分别为原(逆)序列的一种统计量, 其值大(小)于零表示上升(下降)趋势, 超过所设临界线即表示进入突变区, 两线交点处便是突变开始时间。该3要素的M-K统计曲线交叉点(突变点)依次出现于1972—1981年(入梅), 1970—1979年(出梅)和1978—1987年(梅雨量)。此三组年的共有时段是1978—1979年; 由图 6中梅雨量和出梅逐年变化线, 可见从1978—1980年, 淮河梅雨出现1953年以来最大的短周期振荡, 从出梅早、空梅大旱的1978年突变转到出梅异常延迟, 江淮大涝的1980年, 为此取其中点1979年作为主要突变开始年较为合理, 该年也是我国夏季风雨带开始不断南移之年^[7]。

图  6  淮河入梅期(a), 出梅期(b)及梅雨量(c)的逐年演变及每10年滑动梅雨量标准差演变曲线(d)

Figure  6.  Annual variation of the Meiyu onset day(a), ending date(b), the Meiyu amounts(c)in the Huaihe Basin and the curve of standard deviation of the 10-year running average Huaihe Basin Meiyu amounts(d)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  7  淮河入梅期(a), 出梅期(b)和梅雨量(c)的每10年滑动值标准差的M-K统计量曲线

(其中直线表示信度为99. 9%的临界线)

Figure  7.  The M-K statistical curves of the standard deviations of the 10-year running average of Meiyu onset day(a), ending date(b), the Meiyu amounts(c)

(the horizontal line denotes the degree of confidence at 99. 9%)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.2   周期计算

1979年作为突变年也恰好处于近52年淮河梅雨序列的中间年, 因此分别计算淮河梅雨3要素在两时段(1953—1978年, 1979—2004年)及全时段(1953—2004年)的显著周期就显得十分合理。选用非整数(年)波方法计算周期, 其优点在于能算出资料范围内任何长度和所需精度的周期, 且有严格的统计检验^[8-9]。计算结果列于表 5, 可见前后两个26年的盛行周期完全不同。从1979年这个突变年开始的后26年具有更显著的周期变化, 梅雨量和出梅均具有显著的2.2~2.3年短波振荡; 两要素在近52年也具有0.56(达到99.9%信度)的高正相关联系。入梅期在后26年则具有显著的5.8年周期。总之, 从1979年开始的突变表明淮河梅雨期已进入一个和以前截然不同的气候状态:梅雨量和出梅期显示出十分显著的2.2~2.3年短波强振荡, 从而导致淮河流域夏季旱涝频繁出现。

表  5  1953—2004年淮河梅雨演变的显著周期(单位:a)

Table  5.  Significant periods of the Huaihe Basin Meiyu during 1953—2004(unit:a)

下载: 导出CSV 

| 显示表格

3.3   两段梅雨异常期

1979年开始的26年淮河梅雨的另一特征为强梅雨年偏多。超过近52年梅雨量平均值三成以上的淮河强梅雨年在前后各26年之比为5:12。后26年淮河梅雨量比前26年平均增多近三成(29.2%)。前后各26年淮河梅雨枯丰对比最突出表现于1958—1966年和1979—1987年两时段(表 6), 可见枯梅时段的1958—1966年, 其梅雨量比近52年平均偏少近4成, 而丰梅时段的1979—1987年平均梅雨量不仅比上述枯梅时段增多一倍以上, 且比近52年平均增多3.5成; 其主要形成因素是出梅期在1979—1987年要比1958—1966年平均推迟近1个月。这和7—8月西太平洋副热带高压偏北候数(K_n)在此时期比1958—1966年平均偏少4成, 我国东部夏季雨带主轴线从1958—1966年的36°N(黄河中下游)南撤至1979—1987年的34.1°N(淮河流域)密切联系(表 6)。该两时期我国7月雨量距平分布(相对于1953—2004年平均值)清晰显示出在枯梅(1958—1966年)期, 整个江淮流域少雨, 华北多雨(图 8a), 而在丰梅期(1979—1987年), 则江淮多雨, 华北少雨(图 8b)。这反映出该两段淮河梅雨异常还联系着我国中东部大范围降水距平符号相反的变化。淮河梅雨和7月我国中东部降水趋势的剧变和7月东亚中纬沿海500 hPa槽的伸缩有密切联系。从表 6和表 7并对照图 9a~c, 可见影响淮河梅雨丰枯及出梅迟早的主因是7月东亚中纬沿海槽的深浅。在1958—1966年平均7月500 hPa高度图(图 9a)上, 东亚中纬沿海槽不明显, 35°N处中纬槽西移至105°E处, 这伴随着7月西太平洋副热带高压西伸北进, 淮河梅雨量明显偏少(图 8a); 而图 9b却显示在1979—1987年7月东亚中纬沿海槽加深南伸, 成为北半球35°~40°N处的1波主槽, 西太平洋副热带高压偏南偏强, 形成我国东部夏季风雨带南移和淮河梅雨量增多(图 9b)。这种7月东亚沿海槽深浅的影响并不限于该两异常时段, 且在近52年均具有普遍意义。从图 9c可见淮河梅雨量在近52年的最显著高相关区(达到99.9%信度)即位于东亚中纬沿海槽区(35°~40°N), 次要的高相关区分别位于乌拉尔山南侧、鄂霍次克海西侧和阿拉伯半岛。需要注意的是人们熟知的对江淮梅雨有重要影响的鄂霍次克海阻塞高压区却是高相关区中最弱的; 而7月东亚中纬沿海槽区500 hPa高度距平(Δh)在近52年均与淮河梅雨量, 出梅期及K_n有信度达到99.9%的显著相关(表 7), 它与近52年长江中下游梅雨的相关值也达-0.61。7月东亚中纬沿海槽的伸缩从而影响江淮流域出梅迟早及梅雨量的丰枯的原因值得进一步研究。

表  6  两异常时段淮河梅雨量有关要素的对比

Table  6.  Comparison of associated elements of the Huaihe Basin Meiyu during 2 anomalos stages

下载: 导出CSV 

| 显示表格

图  8  淮河梅雨两异常时期的全国7月雨量平均距平分布(单位:mm)(a)1958—1966年,(b)1979—1987年

Figure  8.  Distributions of July rainfall anomalies in China during 2 abnormal stages of the Huaihe Basin Meiyu respectively(unit:mm)(a)1958—1966,(b)1979—1987

下载: 全尺寸图片 幻灯片

表  7  1953—2004年淮河梅雨量有关要素的相关系数

Table  7.  Correlation coefficients of assoiated elements of the Huaihe Basin Meiyu during 1953—2004

下载: 导出CSV 

| 显示表格

图  9  7月北半球500 hPa平均高度场(单位:dagpm)及其与淮河梅雨量的相关分布(a)1958—1966年平均高度图, (b)1979—1987年平均高度图,(c)近52年淮河梅雨量与当年7月500 hPa高度场的显著高相关区分布

Figure  9.  500 hPa height fields(unit:dagpm)of the Northern Hemisphere averaged in July during 1958—1966(a), 1979—1987(b), distribution of high correlation region between the Huaihe Basin Meiyu amounts and 500 hPa height fields in July(c)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.   结论与讨论

1) 近50年平均我国东部旬降水量主轴线自春到盛夏的进程表明, 在6月下旬—7月中旬主汛期雨带停留于33°N处, 此即为淮河流域在气候上出现的梅雨现象。

2) 按照和长江中下游沿江5站梅雨期划分基本相同的方法, 从淮河干流区找出均匀分布, 有较长资料且连续性好的5站(东台, 淮阴, 蚌埠, 阜阳和信阳), 利用其日雨量资料先划分出各段集中雨期, 因淮河5站夏季雨日出现天数在近50年略少于长江中下游沿江区, 因此对其达到集中雨期标准的雨日集中度要求也适当放低些; 再结合西太平洋副热带高压脊线(110°~130°E处)纬度从春到盛夏的季节进程划分出近52年淮河流域梅雨期。

3) 近52年中除8年为空梅外, 有44年出现梅雨集中期, 出现率为84.6%, 略低于同期长江中下游沿江区梅雨期出现率(88.5%)。淮河平均入梅及出梅期为6月25日和7月21日, 分别比长江中下游沿江区推迟5 d和7 d, 但其年际振幅很大; 入梅最早3年均出现于6月3日, 而有9年入梅迟至月7日及以后, 最大年际振幅可达41 d。出梅最早为6月18日, 有4年出梅迟至8月下旬, 最大年际振幅可达2.5个月。

4) 近52年平均淮河5站梅雨总量为1350 mm, 占该5站夏季总雨量的54.6%, 而同期长江中下游沿江5站(上海、南京、芜湖、九江和汉口)梅雨总量平均为1308 mm, 占该5站夏季总雨量的52.8%, 可见位于33°N附近的淮河梅雨量还比其南侧2~3个纬距的长江中下游沿江梅雨量稍多些。淮河干流区出现强梅雨的几率(34.6%)也明显大于长江中下游沿江区(25%)。淮河全流域10个最大夏雨年中有8年起因于梅雨量异常增多, 因淮河梅雨量与淮河全流域夏季总雨量关系密切, 可以说前者在相当程度上直接操纵着淮河流域夏季的汛情。

5) 淮河干流区有5年出现早梅雨, 虽然该5年早梅雨总量仅为同年梅雨总量平均值的26.9%, 但1954, 1991, 2000年这3年的5月中下旬出现早梅雨后紧接着6—7月淮河流域又发生大范围梅雨异常增多, 此类早梅雨的出现无疑加重了淮河流域的汛期涝情。

6) 淮河梅雨与长江中下游沿江区梅雨有相当密切的联系。近52年两区梅雨量, 入梅期和出梅期的正相关值均达到99.9%信度, 但仍有1/4年份两区梅雨量距平符号相反, 尤其是1965年和1999年两年, 该两区梅雨—夏季旱涝趋势皆呈截然相反的两个极端。

7) 通过相关计算, 估计淮河梅雨影响区南北占4.5纬距(29.3°~33.8°N), 长江中下游沿江梅雨影响区则南北跨5纬距(27.2°~32.2°N), 两者的东西向均横跨14经距, 西界甚至跨越三峡到达重庆。江淮梅雨北界在33.8°N附近, 这和前人的估计较接近, 但其西界可伸展至106°E西侧, 这一分析尚待进一步确认。

8) 分析近52年淮河梅雨量, 入梅和出梅期的历史演变曲线并经过M-K检验分析, 得到淮河梅雨突变年为1979年, 从此开始淮河梅雨量和出梅期均出现振幅加大的短波(2.2~2.3年)振荡。

9) 1979年前后各26年淮河梅雨的差异还表现于后期梅雨量比前26年偏多近3成; 此种梅雨量丰枯的差异集中表现于两时段:1958—1966年和1979—1987年, 这和后时段出梅期平均比前时段延长1个月有关, 其大气环流成因则表现为后(前)异常期的7月东亚中纬沿海槽南(西)伸, 伴随着西太平洋副热带高压偏南(北)西伸, 我国夏季风雨带因此南(北)移, 导致华北少(多)雨, 江淮多(少)雨, 淮河梅雨多(少), 出梅期迟(早)。此7月东亚中纬沿海槽对淮河梅雨的影响看来比鄂霍次克海高压或乌拉尔高压更显著。

1979年开始淮河梅雨发生突变。Xu曾指出1979年开始我国盛夏季风雨带出现明显南移, 是起因于我国加速工业化, 大量燃煤释放出的SO₂显著减弱抵达地面的太阳辐射, 夏季陆面太阳辐射加热的减少减弱了我国夏季风强度, 促使夏季风雨带南移^[7]。Liu等分析了1955—2000年中国305站气温日变幅、增暖趋势及降水变化后也认为除温室效应外, 最可能的成因是气溶胶, 尤其是硫酸气溶胶减弱太阳辐射发生的作用^[10]。需要注意的是IPCC(2001)也指出北半球中高纬度严重干旱和雨涝地区近二十余年的增长皆和20世纪70年代末ENSO位相转向更多暖事件和该时期全球气温开始屡创新高相吻合^[11]。文献[11] 图 2.1(a)上显示全球逐年平均陆面气温正是从1979年开始从20世纪70年代盛行的负距平跃向80年代以来不断增长的正距平^[11]。这样, 1979年开始淮河梅雨的突变就具有全球气候加速增暖及我国气溶胶增长等多种尺度人类活动加剧的深远背景。