引 言

辽宁省位于中国东北地区南部，濒临黄海和渤海。辽宁省的降水主要集中在夏季，并呈降水量自东南向西北迅速减少的分布特点。由于辽宁省初夏降水和盛夏降水对应的环流形势和影响因子都有较大差异。因此，分析辽宁夏季降水时，有必要将初夏降水和盛夏降水的情况区别分析。

降水和气温一直是气象学者们的研究重点，对于降水和气温的最新研究成果较多(常军等，2013；李想等，2013；王艳姣等，2013；房一禾等，2013；2014)。在东北或辽宁地区夏季降水异常特征及环流因子方面，石文静等(2013)曾对越赤道气流与中国降水的关系展开过研究；孙力等(2003)曾分析过影响中国东北地区夏季旱涝的大气环流特征；杨文艳等(2006)对影响辽宁地区汛期降水环流特征进行了分析，指出辽宁夏季异常降水与东亚夏季风强弱、副热带高压位置以及南亚高压的位置关系密切。其他学者也进行过类似的研究，并得到了有意义的结论(廉毅等，1997；卢娟等，2008；孙力等，2002；贾小龙等，2003；2006；李广霞等，2003；毛炜峄等，2013)。东北夏季降水的影响因子方面，兰明才等(2011)研究了东亚副热带急流与东北夏季降水异常的关系，结果表明：东北夏季降水异常偏多年，青藏高原上空200 hPa西风急流中心强度偏强，东北地区上空急流轴向东北方向倾斜；降水偏少年，西风急流中心强度偏弱，急流轴向东南方向倾斜。何金海等(2006)、胡开喜等(2011)和刘英等(2012)分析了东北冷涡与我国东北夏季降水的关系，结果表明：夏季东北冷涡强度与降水呈正相关，但与辽宁地区正相关不显著。李辑等(2014)分析了辽宁省盛夏降水大尺度环流影响因子及2010年降水异常的原因指出：副热带西风急流位置偏北偏强、西太平洋副热带高压脊线西伸北抬以及低空偏南急流带来的水汽和动力抬升作用，是造成2010年盛夏降水异常偏多的大尺度环流成因。

上述研究的时间段大都集中在整个夏季或盛夏，而对辽宁初夏降水及其大尺度环流影响因子的研究很少，对比初夏和盛夏降水大尺度环流影响因子差别的研究更不多见。然而，辽宁初夏降水的影响因子与整个夏季和盛夏都是不同的，初夏降水异常以冷涡活动的影响为主，而盛夏则以东亚夏季风和西太平洋副热带高压的影响为主(沈柏竹等，2011)。另外，大多数对影响辽宁夏季降水的研究主要是针对个别环流因子进行分析，而缺乏对影响辽宁初夏降水各层大尺度环流因子的综合分析。近年来，辽宁地区极端气候事件频繁发生，特别是2012年6月辽宁全省平均降水量为159 mm，比常年偏多约8成，是1951年有完整气象资料以来最大值。7月上旬也有一次接近暴雨量级的降水过程，导致了2012年辽宁初夏降水异常偏多，给社会经济和人民群众生命财产安全带来了严重影响。为此，本文通过诊断分析，研究辽宁初夏降水大尺度环流系统和影响因子，分析导致初夏与盛夏降水异常原因的区别，进一步明确各层之间大尺度环流系统的相互配置对辽宁初夏降水影响的原因，为辽宁地区初夏降水的预测提供一定依据。

1 资料和方法

本文所用资料主要包括：辽宁省50站1961—2012年夏季逐日降水量资料；NCEP/NCAR全球逐日再分析的500 hPa高度场、850 hPa风场、200 hPa风场和1000~300 hPa比湿场资料(分辨率为2.5°×2.5°)。

文中辽宁省初夏时间段的定义考虑了两个方面的因素。

第一，陶诗言等(1965)曾在研究东亚夏季大气环流的调整过程时指出：东亚夏季大气环流演变要经历这样两个阶段：第一次变化出现在6月初，这时东海岸的上空急流突然北移，高空东风迅速扩张到20°N以北，这个时期(初夏的6月上中旬到7月上旬)，往往是中国和日本的梅雨期阶段，辽宁降水主要受到高纬度环流因子的影响；第二次变化在7月中旬，副热带高压脊线移到30°N以北，梅雨桔束，中国大陆盛夏开始，而盛夏辽宁降水主要受到副热带高压北侧副热带锋区的影响控制。

第二，结合对辽宁地区夏季逐日降水多年平均气候特征演变的分析。图 1给出了辽宁省50站1961—2012年平均的5月1日到8月31日降水量EOF第一时间系数及11 d高斯滤波曲线。可见，从5月中下旬到6月中旬，降水有微小的上升趋势；6月中下旬到7月初，降水量有一个陡增趋势，但降水量本身并不大；7月上中旬开始，降水又出现一个陡增趋势，降水量也有很大增加，到7月末达到峰值；7月下旬开始属于盛夏降水阶段，之后降水趋势和量级均逐渐减少。前两个降水量的上升阶段主要体现的是降水量由春季向夏季转变的结果，降水量介于春末和盛夏之间，可以认为属于初夏降水阶段。

因此，综合以上两个原因，本文把辽宁省初夏的时间段定义为6月1日至7月10日。

本文主要采用经验正交函数分解(EOF)方法(魏凤英，1999)和合成分析方法对研究内容进行分析。辽宁初夏降水异常年份的定义方法为：对1961—2012年辽宁省50站52年初夏总降水量进行EOF分解，得到的EOF第一模态空间型为全区一致的异常分布(图略)，将第一模态标准化时间系数大于1的年份定义为多雨年，小于-1的年份定义为少雨年。由此得出8个多雨年：1962、1964、1966、1983、1989、2003、2010和2012年；7个少雨年：1969、1972、1973、1981、1991、1998和2008年。

2 2012年初夏降水特点

2012年6月辽宁全省平均降水量为159 mm，比常年偏多约8成，7月10日辽宁省出现了接近暴雨量级的降水过程，2012年辽宁初夏全省平均降水量约为220 mm，是1951年有完整气象资料以来最大值。

为直观展现2012年辽宁初夏降水异常的分布情况，图 2给出了2012年辽宁省50站6月1日至7月10日降水距平百分率分布图。可见，2012年辽宁绝大部分地区初夏降水距平百分率都为正，只有辽宁北部个别站点为负值。全省各站降水距平百分率在-25%~140%，其中辽宁东部和辽宁西南部地区距平百分率达到80%以上。辽宁北部西北部距平百分率较小。这种分布基本体现了沿海和内陆降水的差别。

图 3a为2012年初夏6月1日至7月31日逐日降水量累计值与气候平均值差异曲线，可见：只有6月1和2日两日处于降水偏少阶段，比1961—2012年平均的累积值略偏小。从6月3日开始到7月中旬，降水量持续比平均值偏多，最多时偏多100 mm以上。而7月中下旬降水偏多趋势略有减小。

图 3b给出了2012年6月1日至7月31日逐日降水量的时间变化图，可见，6月1日至7月31日，降水量达到中雨量级(≥10 mm)以上的强降水过程共有6次，第一次为6月3、4日，第二次为6月14、15日，第三次为6月29日至7月3日，第四次为7月10、11日，第五次为7月21、22日，第六次为7月29日。其中前4次过程发生在初夏，之后对于2012年初夏降水的分析便围绕前四次过程展开。

3 2012年辽宁初夏降水异常成因分析

图 4给出了2012年6月1日至7月25日500 hPa位势高度场沿37.5°~52.5°N平均的时间-经度剖面图。由图 4可见，4次降水过程的日期恰好大致对应4个位势高度的低值中心，这些位势高度低值中心可能是东北冷涡在500 hPa高度场上的体现。其中前3次过程的低值中心较强，说明东北冷涡强度较大。且前3次过程对应的低值中心均大致位于100°~120°E，即东北地区的西部，辽宁地区恰好位于低值中心的东南部。这与降水常发生在东北冷涡中心东南部(陈力强，2008)的事实吻合。第四次降水过程对应的低值中心比前3次偏东，且冷涡强度偏弱。这说明从第四次降水过程开始，东北冷涡的作用开始减弱，盛夏降水的影响因子开始起作用。

为考察2012年初夏辽宁降水异常偏多的原因，我们分别对2012年初夏的4次降水过程对应的各层环流背景进行了分析。发现4次过程对应的各层环流形势均很相似，因此，这里仅给出第二次(6月14—15日)降水过程的环流情况。

由图 5a可见，200 hPa纬向风场上，西风急流强度为明显的正距平，说明急流轴偏强。急流轴位于30°~40°N，处在辽宁地区以南。这与胡开喜等(2011)的结论：在东北冷涡活跃的夏季，东亚高空急流向南偏移并略加强，是一致的。

由图 5b可见，200 hPa矢量风场上，30°~40°N存在一个大风速带，辽宁地区上空为西南气流。大约在55°N、110°E处，气流出现明显的分支现象，气流从系统的南侧绕过东北冷涡向东运动，这种气旋性的分支(圆圈内)应该和初夏东北冷涡的频繁发生有关。

由图 5c可见，500 hPa位势高度场上，亚洲中纬度地区受两槽两脊控制，辽宁位于槽前，槽前的西南气流有利于将渤海的水汽输送到辽宁地区。辽宁及其以西地区上空为明显的位势高度负距平控制。其中第三次降水过程中，这个负距平区域出现了位势高度等值线闭合的情况(图略)。该位势高度负距平应该是东北冷涡在500 hPa位势高度场上的体现。

由图 5d可见，辽宁及其以西地区上空(圆圈内)为一个闭合的气旋式风切变。大风区位于辽宁地区，风速最高达12 m·s^-1，辽宁地区受偏南风控制，水汽充足。该闭合的气旋式风切变是东北冷涡在850 hPa风场上的体现。

由图 5e可见，整层水汽通量场上，辽宁地区上空(圆圈内)的水汽通量也为气旋式。偏南的水汽通量把渤海和黄海上的水汽带到辽宁地区，中心水汽通量达到10 g·m·kg^-1·s^-1以上，为辽宁初夏降水提供了充足的水汽。

综上所述，2012年初夏第二次降水过程中，各高度层上东北地区上空，都受到气旋式环流控制，气旋式环流的中心随高度略微向西倾斜，这正是深厚的东北冷涡相当正压结构在各高度层的体现，与刘英等(2012)对于东北冷涡结构的描述相符。因此，可以认为：东北冷涡是影响2012年初夏辽宁降水异常偏多的主要因子。

4 辽宁初夏降水大尺度环流影响因子分析

为验证导致2012年辽宁初夏降水偏多的环流特征是否具有普适性，下面对历史上辽宁初夏多雨年和少雨年的环流特征进行分析。

4.1 200 hPa纬向风场

200 hPa层上，东亚地区上空为西风带，副热带西风急流对辽宁初夏降水的影响至关重要。

图 6为200 hPa纬向风场多雨年(图 6a)、少雨年(图 6b)及多雨年减少雨年差值检验(图 6c)的情况，检验方法采用t检验。由图 6a和6b可见，多雨年和少雨年急流轴均出现在40°N附近，位于辽宁地区南侧。多雨年辽宁上空风速为正距平，少雨年为弱的负距平。多雨年急流中心强度大于少雨年。这与辽宁盛夏多雨年副热带西风急流轴比少雨年位置明显偏北、中心强度偏强，且急流轴位于辽宁地区北部(李辑等，2014)不同。由差值图可见，辽宁上空的纬向风差值通过了显著性检验，说明多雨年辽宁上空200 hPa风速比少雨年显著偏强。图 6d是多雨年200 hPa矢量风场合成图，可见，急流轴位于40°N附近。大致在55°N、110°E，气流出现分支的情况，该位置在东北地区的西北侧，这可能是由东北上空的低压系统阻挡形成的。分支后，低压系统南侧的风速加大，这也是多雨年辽宁上空200 hPa纬向风速大于少雨年的原因。综上所述，多雨年200 hPa风场特征与2012年初夏类似，说明导致2012年辽宁初夏多雨的环流特征是具有普适性的。

4.2 500 hPa位势高度场

500 hPa高度场环流异常是造成要素异常的直接原因，西太平洋副热带高压和东北冷涡，均在这一层体现得比较明显(朱乾根等，2000)。图 7给出了辽宁初夏多雨年和少雨年对应的500 hPa位势高度场合成图。

多雨年，中高纬地区亚洲区受两脊一槽控制，东北地区上空对应两个脊之间宽广的槽区，对应位势高度负距平，距平值小于-40 gpm，说明槽比常年偏强。该负距平区北侧和南侧均存在正距平区域，这种配置有利于该负距平区域稳定在东北地区上空，造成初夏东北地区多雨。这个负距平也说明辽宁地区初夏降水偏多与局地的异常低气压相联系。副热带地区，西太平洋副热带高压位于20°N附近的西太平洋上空，位置与常年同期比较接近，但较盛夏的位置明显偏东偏南，说明副热带高压对降水的贡献不大，这与辽宁盛夏降水在500 hPa上主要受副热带高压影响(李辑等，2014)不同。

少雨年，极地为负距平，极涡强度较常年同期偏强，极涡位于极圈内，不利于冷空气南下。中高纬的亚洲地区受一浅一深两个脊和一个槽控制。与多雨年情况不同，辽宁上空位势高度值接近常年，不受明显的槽脊控制。

由差值图可见，东北地区上空的位势高度差值通过了0.05的显著性检验。说明多雨年较少雨年东北地区上空500 hPa位势高度值显著偏小。

多雨年500 hPa位势高度场特征与2012年的情况类似，但由于图 7a是多年的平均情况，东北上空的负距平不如2012年初夏第二次降水过程那么明显。

4.3 850 hPa风场

850 hPa风场能够很好地反映出对流层低层平均环流(朱乾根等，2000)及低空急流的特征。

图 8给出了辽宁初夏多雨年和少雨年对应的850 hPa风场以及多雨年减少雨年风场的差值。由图 8a和8b可见，多雨年和少雨年对流层低层均出现两条低空急流带，一条穿过印度半岛沿孟加拉湾和中南半岛，到达中国南海地区后转成西南气流北上；另一条来自西太平洋副热带高压南侧的偏东气流，沿西太平洋副热带高压西侧引导气流转成偏南气流北上，两条气流大致在中国东海附近汇合，到达朝鲜半岛后转为偏西气流。多雨年两条低空急流汇合北上位置较少雨年略偏南，且多雨年4 m·s^-1以上的风速区伸到辽宁地区，这有利于初夏水汽向辽宁地区的输送，而少雨年4 m·s^-1的风速区在辽宁地区出现断裂。此外，多雨年东北地区上空(图 8a圆圈)存在气旋式环流。少雨年不存在这样的环流形势。

由差值图(图 8c)可以看出，东北地区上空(圆圈)受气旋式环流控制，其中气旋的西部差值通过了显著性检验。这种气旋式风场说明辽宁地区初夏降水偏多年东北地区上空850 hPa受低压系统控制。这种形势同样与2012年初夏的形势类似。

初夏850 hPa风场的情况同样与盛夏不同，盛夏多雨年两个急流带汇合位置较少雨年明显偏西，汇合后的偏南低空急流把大量水汽输送到辽宁地区(李辑等，2014)。而且盛夏多雨年东北地区上空不受气旋式环流控制。

综上所述，初夏多雨年，200 hPa层上，副热带西风急流偏强，且出现分支的情况；500 hPa层上，亚洲中纬地区两脊一槽控制，东北地区上空是槽区，对应位势高度负距平；850 hPa层上，东北地区受气旋式涡旋控制。各层上的低值涡旋系统的作用都有利于初夏降水异常偏多。这正是东北冷涡在各层上的体现。

前述分析揭示了导致辽宁初夏多雨的环流特征，这里有必要分析导致环流异常的大气圈内部的可能原因。首先，在200 hPa纬向风场上，2012年初夏和初夏多雨年平均情况，副热带西风急流轴均位于辽宁地区以南，且强度均偏强，较强的副热带西风急流轴北侧的辽宁地区上空便受到较强的气旋性切变控制，该气旋性切变为东北冷涡高层部分的活跃提供了有利条件。其次，在500 hPa位势高度场上，2012年初夏和初夏多雨年平均情况，东北地区均受明显负距平控制，上游的高纬地区均受正距平或阻塞形势控制，这有利于冷空气进入东北地区，为东北冷涡在中层的加强提供有利条件。最后，850 hPa风场和水汽通量场的气旋式切变也对东北冷涡在低层的活跃有一定贡献。因此，各层环流配置综合作用，使初夏环流场发生异常，进而导致了辽宁初夏降水异常。

5 结 论

(1) 2012年辽宁初夏降水比常年偏多8成左右，是1951年有完整气象资料以来降水最多的一年，主要有4次中雨量级以上的降水过程。

(2) 2012年辽宁初夏的4次主要降水过程所对应的各层环流形势基本相同，200 hPa高空急流在东北以西上空出现气旋式分支现象；500 hPa上亚洲中纬地区受两槽两脊控制，东北地区上空是槽区，对应明显的位势高度负距平；850 hPa风场和整层水汽通量场上，东北地区上空均为气旋式环流。各层环流情况均表明：东北冷涡这一深厚系统是2012年辽宁初夏降水异常偏多的主要影响因子。

(3) 对流层不同高度上大尺度环流影响系统相互配合为东北冷涡的加强和活跃提供有利条件，这是造成辽宁初夏降水异常的主要原因。与2012年初夏情况类似：多雨年200 hPa西风急流出现分支现象，副热带西风急流强度偏强；500 hPa上，亚洲中纬地区受两脊一槽控制，东北地区上空是槽区，对应位势高度负距平；850 hPa风场在东北地区上空表现为气旋式环流。东北地区上空从低层到高层，都受一个深厚的低值涡旋系统控制。