极涡对南方电网区域降水的影响

唐红兵，李崇浩，王 平，滕小羽

(1.中国南方电网电力调度控制中心，广东广州 510623；2.南京信大高科技发展有限公司，江苏南京 210024)



极涡对南方电网区域降水的影响

唐红兵1，李崇浩1，王 平2*，滕小羽2

(1.中国南方电网电力调度控制中心，广东广州 510623；2.南京信大高科技发展有限公司，江苏南京 210024)

基于国家气候中心提供的1960—2009年74项大气环流因子中提取出的极涡指数参数，并结合中国气象局整编的1960—2009年南方电网区域内95站降水月平均资料，采用相关性分析法讨论太平洋极涡和亚洲区极涡对南方电网区域降水的影响。结果表明，太平洋极涡和亚洲区极涡对南方电网区域降水的影响比较大，冬半年极涡强度指数与南方电网区域降水之间存在负相关性，极涡强度指数越小，降水越多，相关系数自西向东呈现先增大后减小趋势；春半年极涡强度指数与南方电网区域降水的相关系数自西向东先减小再增大，在四川南部和云南西部地区相关系数绝对值在0.7 以上。对单个测站而言，降水量与极涡强度指数间呈负相关，且相关系数绝对值均超过0.5，其中亚洲强极涡对南方电网区域降水的影响比太平洋强极涡大。

极涡；南方电网区域；降水；影响

极涡又称“绕极环流”、“绕极涡旋”，是绕南极或北极的高空气旋性大型环流[1]，其对全球天气气候的变化有重要影响[2]。自1853年极涡被学者第1次描述以来，极涡的研究引发了人们越来越多的关注。国外学者Angell[3]研究极涡的位置以及大小变化发现，300 hPa极涡对中纬地区气候变化有一定的指示作用。我国学者研究极涡对气候变化的影响表明，平流层极涡对对流层的环流场、温度场影响显著[4-5]。姚秀萍等[6]分析东北三江流域夏季旱涝与极涡基本特征发现，12月或冬季的极涡强度指数与次年8月份或夏季我国东北地区降水存在密切的正相关；时珍玲[7]分析20世纪90年代以来典型夏季旱涝成因发现，极涡活动对江淮流域夏季降水影响显著。

南方电网区域地处我国南部，区域内水能资源丰富，约占全国的1/3，主要分布在西部的云南、贵州、广西三省区的红水河、乌江、澜沧江、金沙江、怒江等各大流域。降水对流域来水和水电发电运行具有重要影响，研究极涡对降水的影响对电网调度生产工作具有重要的理论价值和实际意义。笔者在前人研究的基础上，利用国家气候中心提供的1960—2009年逐月环流指数资料，分析北半球极涡强度指数、亚洲极涡强度指数对南方电网区域降水的影响。

1 资料与方法

1.1 资料来源采用中国气象局国家气候中心提供的1960—2009年74项大气环流因子，选取极涡指数资料，对其进行季尺度和月尺度的划分。同时使用中国气象局整编的1960—2009年南方电网区域95站降水月平均资料。南方电网区域是指16°～31°N、96°～119°E，主要包括广东、广西、海南、贵州和云南五省。

1.2 极涡不同指数的定义极涡不同指数均能不同程度反映极涡的变化特征，且各指数有明确的定义[8]。在500 hPa月平均等压面上，取接近于最大西风轴线的等高线为极涡南界，极涡南界等高线以北所包围的面积为极涡面积，将为单位的极涡面积定义为极涡面积指数；将500 hPa月平均等压面与极涡南界特征等高线所在的等高面之间的空气质量定义为极涡强度指数；在500 hPa月平均高度图上，选取位势高度最低的一个低涡中心的经纬度位置作为极涡中心位置，将极涡中心附近最小的一个网格点上的高度值定义为极涡中心强度指数[7]。

1.3 分析方法为了更好地研究北半球极涡强度与南方电网降水的关系，在此从冬半年和春半年2个时间段分别就两者的相关性进行分析，求取极涡强度指数与南方电网区域降水量的相关系数，并构造出相关系数空间分布。

2 极涡与我国南方冬春天气的关系

亚洲高纬上空稳定维持一个强大的极涡时，对我国的寒潮天气过程有很好的指示意义[9]。我国几乎所有中等以上强度的大范围持续低温均出现在北半球对流层中上部[10]。极涡发生一次断裂分为2个中心，即形成偶极性环流。亚洲一侧的极涡中心南压至西伯利亚北部，冷空气从西伯利亚源源南下，造成我国大范围持续降温[11]。若欧亚大陆极涡是2个极涡中心，且靠近我国的较强，则会伴随我国大范围持续低温较强；若2个极涡中心强度相当接近，我国的持续低温则中等偏强；反之，若亚洲极涡中心是较弱者或极涡分裂为3个中心，则持续低温偏低[12]。同时由于在北半球4个极涡区域中，太平洋极涡占总的区域面积比最大[12]，因此该研究主要讨论太平洋极涡强度指数和亚洲区极涡强度指数对南方电网区域降水的影响。

3 极涡强度指数与南方电网区域降水的关系

3.1 冬半年极涡强度指数与南方电网降水的关系从图1可以看出，冬半年太平洋极涡和亚洲区极涡对南方电网区域的影响趋势基本一致；相关系数自西向东基本经历了先增大再减小的过程。极涡强度与降水量呈负相关，极涡强度指数越小，南方电网区域的西部降水越多。在贵州地区、云南北部的部分地区相关性较好，相关系数绝值对在0.6 以上。

从图2可以看出，1月份时，太平洋极涡强度指数、亚洲区极涡强度指数与南方电网区域95个测站同期降水的相关系数自西向东的变化特征与冬半年基本一致。但太平洋极涡区在这一时间对南方电网区域降水的影响较亚洲区极涡范围更广，影响更大，在广东北部地区其相关系数在0.4以上。分析亚洲区极涡时发现，在贵州地区、云南北部的部分地区，极涡强度指数越小，降水越多；而在广西东部和广东地区变化趋势相反。

图2 1月份太平洋(a)和亚洲(b)极涡强度指数与南方电网区域95个测站同期降水的相关系数分布

3.2 春半年极涡强度指数与南方电网区域降水的关系从图3可以看出，春半年太平洋极涡和亚洲区极涡对南方电网区域的影响趋势基本一致；相关系数自西向东基本经历了先减小再增大的过程，两者之间呈负相关，极涡强度指数越小，南方电网区域的中部降水越多。在四川南部和云南西部地区相关系数绝对值在0.7 以上。

图4显示，7月份时，太平洋极涡对南方电网区域的降水影响的区域变化趋势与亚洲区极涡基本相同，但也存在差异。太平洋极涡强度与降水的相关系数自北向南变化趋势为“-+-”。在云南西部和广西中北部部分地区两者呈正相关，太平洋极涡指数越大，降水越多；在云南北部，两者呈负相关，相关系数绝对值在0.3以上，太平洋极涡指数越小，降水量越多。而亚洲区极涡指数与降水量的相关系数自西向东变化趋势为“+ - +”。在云南、贵州和广西地区，极涡强度指数越小，降水越多，其中贵州中部地区其相关系数绝对值在0.25以上；而在广东地区，极涡强度指数越大，降水相对增加。

4 极涡强度指数对主要径流预报区间内降水的影响

为了更好地分析极涡对南方电网区域降水的影响，将春半年和冬半年太平洋强极涡、亚洲强极涡与各个测站的降水量分别进行相关性分析。从图5可以看出，太平洋强极涡、亚洲强极涡对南方电网区域降水的影响均显著，极涡强度指数与降水量呈负相关，相关系数绝对值均超过0.5；极涡强度指数越小，南方电网区域降水越多。对单个测站而言，降水主要受亚洲强极涡影响，亚洲强极涡对南方电网区域降水的影响较太平洋强极涡显著。

图3 春半年太平洋(a)和亚洲(b)极涡强度指数与南方电网区域95个测站同期降水的相关系数空间分布

图4 7月份太平洋(a)和亚洲(b)极涡强度指数与南方电网区域95个测站同期降水的相关系数空间分布

图5 冬半年(a)和春半年(b)太平洋强极涡、亚洲强极涡强度指数与各测站降水量的相关性分布

5 结论

该研究利用中国气象局国家气候中心提供的1960—2009年74个大气环流因子和1960—2009年南方电网区域95站降水月平均资料，采用相关性分析方法分析了极涡强度指数对南方电网区域降水的影响，具体结论如下：

(1)冬半年极涡强度指数与南方电网降水量呈负相关性，极涡强度指数越小，降水越多，相关系数从西向东呈现先增大后减小趋势；1月份太平洋极涡区较亚洲区极涡对降水的影响较大。

(2)春半年极涡强度指数与南方电网降水量呈负相关，相关系数从西向东先减小再增大，在四川南部和云南西部地区相关系数绝对值在0.7 以上；太平洋极涡相关系数矢量场从北向南变化趋势是“-+-”，而亚洲区极涡指数矢量场从西向东变化趋势是“+-+”。

(3)对单个测站而言，降水量与极涡强度指数间均呈负相关，且相关系数绝对值均超过0.5，亚洲极涡对南方电网区域降水的影响较太平洋强极涡大。

[1] 陆春晖.北半球冬季平流层爆发性增温的动力诊断分析[D].南京：南京信息工程大学，2008：44-45.

[2] 张恒德，高守亭，张友姝.北极涡年代际变化及其与我国春季降水的关系[J].气候与环境研究，2006，11(5)：593-604.

[3] ANGELL J K.Contraction of the 300 mbar north circumpolar vortex during 1963-1997 and its movement into the eastern hemisphere[J].Journal of geophysical research，1998，103(D20)：25887-25893.

[4] 易明建，陈月娟，周任君，等.2008 年中国南方雪灾与平流层极涡异常的等熵位涡分析[J].高原气象，2009，28(4)：880-888.

[5] 刘毅，赵燕华，管兆勇.平流层环流异常对2008年1月雪灾过程的影响[J].气候与环境研究，2008，13(4)：548-555.

[6] 姚秀萍，董敏.东北三江流域夏季旱涝基本特征分析[J].应用气象学报，2000，11(3)：297-303.

[7] 时珍玲.九十年代以来江淮流域夏季典型旱涝成因分析[J].气象，1996(9)：35-38.

[8] 黄嘉佑，刘舸，赵昕奕.副高、极涡因子对我国夏季降水的影响[J].大气科学，2004，28(4)：517-526.

[9] 张振伟.2010年1月两次寒潮天气对比分析[J].安徽农业科学，2012，40(1)：454-456.

[10] 熊光明，陈权亮，魏麟骁，等.平流层极涡偏移对我国冬季降水的影响[J].应用气象学报，2012，23(6)：683-690.

[11] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2000：269-272.

[12] 张恒德，高守亭，刘毅.极涡研究进展[J].高原气象，2008，27(2)：452-461.

Effect of the Polar Vortex on Precipitation in China Southern Power Grid

TANG Hong-bing1, LI Chong-hao1, WANG Ping2*et al (1. China Southern Grid Power Dispatching and Control Center, Guangzhou, Guangdong 510623; 2. Nanjing Xinda High Tech Development Co. Ltd., Nanjing, Jiangsu 210024)

Using the 74 factors of the atmospheric circulation data of National Climate Center from 1960 to 2009, and monthly precipitation data from 95 stations in China provided by National Climate Center (NCC) from 1960 to 2009, the effect of the polar vortex on precipitation in China Southern Power Grid were discussed by means of correlation analysis. The results showed that the influence of Pacific polar vortex and the Asia polar vortex on the South China power grid is relatively large, and the polar vortex intensity index and the precipitation in the China Southern Power Grid is negative correlation. The smaller the polar vortex intensity index is, the more precipitation. The absolute value of correlation coefficient increased firstly and then decreased from the west to the east. But in spring, the correlation coefficient decreased firstly and then increased from the west to the east. In southern Sichuan and western Yunnan, the absolute value of correlation coefficient was above 0.7. For each single station, the precipitation and the polar vortex intensity index was negatively correlated, and the absolute value of correlation coefficient was more than 0.5. The influence of the Asian strong polar vortex was greater than that of the Pacific Ocean.

Polar vortex; China Southern Power Grid; Precipitation; Impact

南方电网科技项目(K-ZD2014-014)。

唐红兵(1966-)，男，湖南祁东人，高级工程师，硕士，从事水文气象及水库调度研究。*通讯作者，工程师，硕士，从事降水事件统计分析工作。

2016-08-17

S 16；P 466

A

0517-6611(2016)30-0169-03