湿季

更新时间:2022-08-25 16:52

湿季指雨季,一地区一年中的多雨时期,常持续一月至数月之久,并具有每年重复出现的特点。与其相对应的是干季。在温度的季节变化不明显,而降水变化比较显著的低纬度地区,往往用干、湿季来划分季节。近赤道地区晴天与雨天往往各绵延半年,故一年之中可分干湿两季。

现象描述

热带季风气候区,湿季出现于夏季。例如印度的湿季发生于西南季风期。有时湿季与夏季风期两词含意可以通用。中国多用“雨季”一词,有时也把雨季称为汛期。例如,华南地区把4-6月的雨季称为前汛期,而把7-10月的雨季称为后汛期。地中海气候区的湿季出现于冬季。近赤道地区,全年有两个湿季,分别出现于春分期和秋分期,并称为二分雨。

雨季与湿季区别

(1)雨季

降水较集中的湿润多雨季节。常发生在热带地区,往往与干季周期性交替出现。在降水分配不均匀的其他地区,也有将相对多雨的季节划分为雨季的;如中国通常将4、5月划为华南和南岭山区的雨季,5、6月间为江南雨季,6、7月间为江淮地区的梅雨季节,7月间为黄淮和华北雨季,8月为东北雨季等。

(2)湿季

近赤道地区晴天与雨天往往各绵延半年,故一年之中可分干湿两季。

从湿季降水分异论哀牢山季风交汇

滇南多年平均年降水月分配呈“双峰型”,年降水80%集中在湿季(5~10月),湿季降水时空分异明显。在该区北回归线沿线一带,年降水及其变化表现出东、中、西分异,特别是沿线中部地带表现出明显的过渡性特征,这与中部的哀牢山和无量山岭谷地形对季风水汽输送的影响有关。

早在20世纪60年代,有科学家指出,滇南地面气流分布,基本上反映出西部受印度洋西南暖湿气流(即西南季风)的影响,东部受太平洋西伸高压楔(即东南季风)的影响,两者大致以哀牢山脉为分界线。季风分界线实际上是一个大致的区域,有关哀牢山脉季风分界线应该理解为2支季风在哀牢山脉一带的交汇区。这一观点自提出已有半个世纪,并已成为学术界的共识,但是一直以来对2支季风在该区域的交汇态势鲜有深入探索。由于哀牢山及西部的无量山是西南纵向岭谷向滇东南高原过渡的重要自然地理单元,两大山系及相间河谷构成的岭谷相间地貌,具有纵向岭谷的通道—扩散、阻隔—屏障的效应,并对这一区域气候、水文、生态等特征的分异有着直接影响。因此,探索该区气候分异和季风及地形关联,以及2支季风在哀牢山脉一带的交汇态势,对揭示滇南气候变化的空间分异规律和区域气候对季风的响应具有重要意义。

研究区、资料与方法

(1)研究区及其地形特征

研究区为哀牢山和无量山两大山系的中南部,位于22.5~24°N、100.5~103.8°E之间,为云岭山地向东南延伸的山系河谷区(图1)。研究区北部海拔达3140m,向东南逐渐下降到95m左右,若干纬线沿线海拔高程变化如图2所示。23.5°、24°纬线,整体上表现为中低山—峡谷地貌类型,24°纬线山峰多在2000m以上,23.5°纬线山峰基本在1500~2000m之间。23°、22.5°纬线,部分较高山峰,如藤条江流域白岩子山、黄连山,海拔能达2500m以上,但整体上表现为低山丘陵—宽谷地貌类型,山峰一般都在1500m左右。区内山系河谷呈岭谷相间分布,由北逐渐向南和东南呈“帚状”展开,自西而东依次为无量山脉、把边江—勐野江谷地、哀牢山西侧支脉、李仙江及上游支流谷地、哀牢山东侧主脉、元江干流河谷。在哀牢山脉南段,江城低山丘陵、李仙江干流河谷、黄连山山地、藤条江河谷、哀牢山东侧主脉、元江河谷,呈典型的“低山丘陵—宽谷”地貌形态,为东南季风由南向北及西北输送水汽的重要通道。

(2)降水资料及分析方法

利用1961—2007年本区11个气象站(表1)月降水资料,分析各站年降水均值、极值比、变异系数(Cv)、多年平均年内降水集中度(Precipitation Con-centration Index,PCI)、连续最大4个月降水发生月(Consecutive Maximum 4-Precipitation Month,CM4PM)。其中,元阳站因1997年搬迁、前后序列不一,采用1961—1996年月降水进行统计。有关CM4PM、PCI统计及其意义见文献。基于SPSS检验以判识站点间湿季及各月降水序列是否存在显著性相关。

湿季降水空间分异

(1)降水主要特征

基于PRISM模型生成研究区湿季降水空间分异图(图3),研究区湿季降水与岭谷地形(图1)有很好的吻合关系。由东南向西北年降水量逐渐下降,降水极值比、年/湿季降水变异系数、降水集中度在东南部偏低,在中部、西北部偏高(表1、图3),表现出一定的由东南向西北的梯度性变化。

(2)湿季CM4PM和湿季月间降水变幅

各站湿季CM4PM如图4,研究区东南部2站、元江河谷3站CM4PM都以5~8月为主;由研究区东南部向西、西北推进至中部4站,CM4PM在5~8月和6~9月的比例接近;至西北部2站,CM4PM以6~9月为主。

在湿季,各站多年平均月间降水变幅如图5所示,图中R(5-4)表示相关站点的多年平均5月与4月的降水差值,当差值为正时文中表达为降水增量,当差值为负时文中表达为降水减量,R(6-5)、R(7-6)等均按此类推。

湿季前期(5~7月),仅元阳站R(7-6)为降水减量,其他各站R(5-4)、R(6-5)、R(7-6)都为降水增量:①南部的金平、绿春、江城3站的R(5-4)降水增量高于140mm;由南部向西北推进至普洱、宁洱,R(5-4)降水增量(约100~110mm)有所下降;再向西北至墨江、景谷和镇沅,R(5-4)降水增量(约70~80mm)再次下降。②各站R(6-5)降水增量一般比各自的R(5-4)降水增量低,但镇沅R(6-5)降水增量却比R(5-4)略高。③7月各站降水较6月仍增加,南部3站R(7-6)降水增量较R(6-5)降水增量低,而在中—西北部5站中有4站(墨江、宁洱、普洱、景谷)的R(7-6)降水增量高于其R(6-5)降水增量,仅镇沅R(7-6)降水增量低于其R(6-5)降水增量。

湿季后期(8~10月),宁洱、元江R(8-7)为降水增量(极小)外,其他各站的R(8-7)、R(9-8)、R(10-9)都为降水减量:①南部的江城、绿春、金平3站R(8-7)降水减量大,表明该3站的8月降水较7月锐减;再向中部(普洱、宁洱、墨江)、西北部(景谷、镇沅),R(8-7)降水减量明显低于南部的3站,其中宁洱站R(8-7)还表现为极小的降水增量,意味着中部、西北部8月降水略低于7月,未表现出与东南部区域一致的降水锐减态势。②各站R(9-8)降水减量都大幅上升;南部3站的R(9-8)降水减量达120~170mm;中部3站(墨江、普洱、宁洱)的R(9-8)降水减量在90~150mm之间;至西北部2站,R(9-8)降水减量也高达80~110mm,可见各站在9月降水都较8月显著减少。③进入10月,哀牢山以西各站降水差异不显著,各站R(10-9)降水减量相较于R(9-8)都明显下降。

湿季及各月降水变化关联

(1)湿季降水长序列变化的关联

各站间湿季降水序列相关分析如表2。在哀牢山东侧主脉的东西两侧,各自内部的相邻站点间的湿季降水相关系数都通过0.01显著性检验;两侧间的邻近站点湿季降水序列相关系数也通过0.01显著性检验,如墨江—元江、墨江—红河、绿春—红河、绿春—元阳的湿季降水相关系数变化于0.56~0.69之间。研究区西北部(景谷、镇沅)与东南部(金平、绿春)湿季降水序列相关性检验都未通过0.01显著性水平。

(2)湿季各月的月降水序列变化的关联

5月(表3):站点间5月降水序列相关系数高达0.54以上,全部通过0.01显著性检验,相关系数超过0.60、0.70的比例分别达到87.3%、54.6%,特别是邻近的站点间5月月降水相关系数一般都超过0.70,可见研究区5月各站的月降水多年际变化分异相对较小。

6月(表3):所有站点间月降水相关系数都较5月下降,其中未通过0.05显著性水平检验的达12.7%,通过0.05但未过0.01显著性水平检验的占30.9%,部分邻近站点间相关系数达到0.6。其中:①哀牢山东侧主脉的东西两侧,墨江站与元江河谷3站的6月月降水序列相关系数在0.56~0.65之间,绿春和元阳达0.63;而元江河谷3站6月降水序列相关系数高达0.64~0.73,表明哀牢山两侧站点6月降水具有较高的相关性。②西北部(景谷、镇沅)与东南部(金平、绿春),仅镇沅—绿春通过0.05显著性水平检验,表明研究区西北部和东南部两地6月月降水趋势性变化的不一致性较5月明显增加。

7月(表4):①李仙江以西4站间(镇沅、景谷、宁洱、普洱)的7月月降水相关系数较6月明显上升。②但李仙江以西的4站与以东7站间的相关系数都明显下降,28对站点间7月月降水相关系数未通过0.05显著性水平检验达60.7%,而且宁洱和普洱两站与绿春站的7月月降水相关系数为负值;可见李仙江以西4站和以东7站的7月月降水变化趋势存在明显的不一致性;与6月相比,本研究区西(北)部与东(南)部7月降水在趋势性变化上的分异更加明显。③元江河谷3站间的相关系数明显低于6月,但仍通过0.01显著性水平检验。④在哀牢山东侧主脉的南段东西两侧,藤条江流域2站(金平、绿春)与元江河谷3站7月降水相关系数较6月有升有降,但两侧邻近站点间(墨江—元江、墨江—红河、绿春—红河、绿春—元阳、金平—元阳)的7月月降水相关系数全部通过0.01显著性水平检验,其中元阳与绿春和金平2站的7月月降水相关系数达0.61~0.66,表明哀牢山东侧主脉的南段东西两侧7月月降水趋势性变化上仍具高度一致性。

8月(表4):①李仙江以西4站间的8月月降水相关系数较7月有升有降,但依然高度相关(0.50~0.72)。②李仙江以西4站与以东各站的8月月降水相关系数,基本都较7月有所增加,西(北)部与东(南)部的8月月降水在趋势性变化上的分异,较7月有明显下降。③墨江—江城、绿春—金平、元江河谷3站间的相关系数都较7月大幅提升。④在哀牢山东侧主脉东西两侧,墨江与元江河谷3站8月月降水相关系数高达0.64~0.71,较7月时明显上升;藤条江流域2站(金平、绿春)与元江河谷邻近2站(红河、元阳)的8月降水相关系数也高达0.56~0.72,表明山地两侧8月降水在趋势性变化上存在高度相关。

9月(表5):①李仙江以西4站间的9月月降水相关系数较8月而言有升有降,但镇沅与其他3站9月月降水都未达到0.01显著性水平相关。②李仙江以西4站,与毗邻的李仙江流域2站(墨江、江城),大多仍维持在0.01显著性水平上的相关,但景谷—江城只通过0.05显著性水平检验,而镇沅—江城未通过0.05显著性水平检验。③李仙江以西4站与藤条江流域2站、元江流域2站(元江、红河),9月月降水都未达到0.01甚至0.05显著性水平上的相关,有些甚至是负相关(如镇沅—金平、镇沅—元阳),意味着研究区的西北部与东部及东南部的9月月降水序列的分异较8月大。④哀牢山东侧主脉的山地两侧,邻近站点间的9月月降水序列相关系数较8月下降,但仍全部通过0.05显著性检验,可见9月哀牢山山地两侧的降水仍然具有一定程度的关联。

10月(表5):站点间月降水序列相关系数低于0.40(未过0.01显著性检验)仅占3.6%,相关系数高于0.60、0.70的比例分别达63.6%、16.4%,高于0.70的主要为空间邻近站点间,10月研究区各站间的月降水变化趋势的分异较小。

湿季降水分异与季风关联讨论

(1)哀牢山东侧主脉湿季降水分异与季风关联

尽管哀牢山东侧主脉东西两侧降水量的分异十分明显(表1、图3),但在湿季和湿季各月两侧降水的其他相关特征却表现出诸多一致性。首先,两侧年和湿季降水都沿“东南—西北”方向逐渐下降;两侧各自内部的相邻站点间,湿季(表2)及湿季各月(表3~5)降水序列相关性都较高,表明在湿季由季风输送到哀牢山东侧主脉东西两侧的水汽(并形成降水),应是顺着“东南—西北”方向沿程输送而递减的,这与哀牢山脉南段湿季近地表盛行东南风相一致。其次,山地两侧间相邻站点湿季及湿季各月降水序列相关系数都较高,表明两侧湿季及各月降水的多年际变化趋势是一致的。而且,在哀牢山东侧主脉南部东西两侧的金平、绿春、元阳、红河,5月降水都激增(图5),4站的湿季CM4PM也都以5~8月为主(图4)。

上述特征表明,控制哀牢山东侧主脉中南段两侧(本区东南部)湿季及湿季各月降水的季风环流系统是一致的。地形对水汽的再分配会影响区域相邻站点降水量的大小,但不能决定站点在不同时间尺度(年、季、月等)上降水量的年际变化趋势。当控制相邻站点降水的季风系统没有差异时,相邻站点降水的多年际变化趋势、多年平均雨季开始时段、湿季最大连续4月降水的发生月份(图4)等,应具有一致性。在哀牢山东侧主脉的中南段,偏南的暖湿气流,在盛行东南风的作用下,顺由藤条江和李仙江河谷北上,并在哀牢山主脉西南坡形成高强度降水,而在东北侧背风坡(雨影区)的元江河谷降水则明显偏少,哀牢山东侧主脉两侧降水量分异并非是季风类型不同而致。

本区西北部各站的湿季CM4PM以6~9月为主,各站的5月降水增幅基本都较东南部低,这与东南部明显不同。东南部和西北部的中间过渡地带,湿季CM4PM在5~8月和6~9月的比例接近(图4),5月降水增幅也居于两地之间(图5)。这表明,控制本区东南部和西北部的湿季及其各月降水的季风环流系统应有所不同。相对于研究区西北部而言,东南部在湿季初期受到较早爆发的东南季风影响,因为西南季风爆发(5月下旬至6月上旬)要比东南季风(5月中旬)晚一周甚至更长时间。70年代有学者指出,云南夏季处在华南副高和青藏副高辐合区,滇东南盛行来自南海至北部湾来的东南暖湿气流,或南海台风、低压由北部湾登陆向西北发展的气流(统称盛行海洋东南季风)。新近研究指出,南海西太平洋副高西侧转向的偏南水汽输送是构成云南东部地区水汽输送的重要分支、南海通道向北的水汽输送与滇南降水呈正相关。

(2)东南—西北湿季降水时空分异与季风关联

本区西北部和东南部,湿季降水序列相关系数未通过0.01显著性检验(表2),表明两地湿季降水序列趋势性变化有所不同;而且两地的5月降水增加态势、CM4PM、8月和9月降水减幅态势也明显不同,表明两地湿季开始和结束时间可能有所差异,意味着影响两地湿季降水的季风环流系统是有一定分异的。而介于西北部和东南部之间的区域,即普洱、宁洱、墨江一带,上述有关特征都表现出明显的过渡性。

5月中旬爆发的东南季风首先影响东南部,顺着河谷通道(藤条江、李仙江河谷等)北上西行,能够影响到无量山以西区域;在西南季风爆发并影响本区前,本区湿季(前期)降水受东南季风影响为主,湿季前期东南季风对无量山脉及以西的降水也存在影响,但影响程度有限,从而决定这一时期区域降水的空间分异。

5月下旬至6月上旬,西南季风爆发逐渐影响本区的西部及西北部,受西南季风影响为主的西北部、受东南季风影响为主的东南部,两地间若干站点6月的月降水相关系数较5月显著下降(表3),部分站点间甚至未通过0.05的显著性检验,但2支季风开始逐渐在本区复合交汇并影响降水。至7月,2支季风都达到强盛,在本区呈复合交汇态势并带来7月降水的年内峰值。6~7月,虽然2支季风在本区呈现复合交汇的态势,但各自的主控区还是有空间上的分异,在研究区的西部(无量山脉以西)及西北部,西南季风占绝对优势并主控降水;在哀牢山主脉的南段,应该以东南季风为主;在其中间地带,2支季风势力应较均衡,但西南季风可能稍强。受这一交汇态势和区域夏季水汽多来源的影响,站点间7月降水相关系数更低(表4),东南部和西北部的降水分异较6月时更明显。

8月,东南季风开始快速减弱,从而本区的东南部R(8-7)降水减量较西北部显著(图5);西南季风虽也有所减弱,但势力仍然较强,成为本区降水的主要水汽来源。受此影响,各站点间8月降水相关系数较7月显著增加(表4)。

至9月,西南季风开始明显减弱;由于西南季风此前已成为本区降水的主要水汽来源,它的快速减弱必然带来了研究区9月降水的锐减,各站R(9-8)降水减幅都较大(图5)。而且,随着西南季风快速减弱和退出,本区西北部和东南部降水的主要水汽来源产生明显分异,从而两地9月降水的相关系数较8月低(表5)。

至10月,西风带南支急流逐渐建立,成为影响滇南气候(降水)的重要系统,由于西风带南支急流属于干暖性气流,在其影响下,本区各站间10月降水序列的相关系数较9月明显增加,意味着滇南降水的区域分异变小。

因此,在湿季不同时期,2支季风对本区不同地带(东南、西北及中部过渡区)的水汽贡献存在空间分异,这与2支季风的爆发时间、强弱态势变化和退出时间等直接相关。2支季风水汽输送贡献率在不同时期、不同地带的差异,再加上地形的影响,是决定该区湿季降水时空分异的原因。

(3)湿季各月季风交汇区的变化

本区地形对2支季风在1500m以下高度的近地表水汽输送既具有一定的阻隔效应,又具有显著的通道效应,而对于3000m以上高度的季风水汽输送不会产生阻隔效应。基于前述讨论,对研究区季风交汇在湿季各月的变化推论如下:

①东南季风在5月中旬爆发,主要影响到本区东南部,并顺着河谷西行北上。

②西南季风在5月下旬至6月上旬爆发,由西南向东、北推移,2支季风大致以无量山和哀牢山西侧支脉为中心区(把边江流域一带)交汇;在中心交汇区以西及西北以西南季风为主,在中心交汇区以东及东南部以东南季风为主,从而表现出东南部、西北部在5~6月降水变化上的时空差异。

③6~7月,2支季风都逐渐进入强盛期,在本区呈复合交汇并共同影响区域降水。

④进入8月后,东南季风开始退缩,而西南季风仍较强盛,带来本区东南部和西北部的两地R(8-7)降水减幅的明显分异,此时东南季风只影响到本区东南部,2支季风的交汇中心区移至“江城—绿春—金平”一线及其以南,即图1中的李仙江干流河谷和藤条江流域一带,在交汇区的以北和以西区域是西南季风控制区。

⑤至8月下旬,东南季风基本从本区退出,此后2支季风此后在本区不再交汇;9月,西南季风快速减弱并逐渐退缩,本区各站的R(9-8)降水减幅都达到最大;至10月,西南季风也基本从本区退出。

由于东南季风的爆发和退出都比西南季风要早,因此,2支季风在本区的交汇开始时间与西南季风爆发并影响本区的时间一致,交汇结束时间与东南季风退出本区的时间一致。由此可见,所谓西南季风和东南季风“两者大致以哀牢山脉为分界线”,应为2支季风在无量山和哀牢山两大山脉区的交汇,不仅仅是哀牢山脉;在6月中旬至7月下旬2支季风的强盛期,两者的交汇区应该更大。而且,2支季风的交汇区在湿季各月是变化的,这与5~9月间2支季风的强弱态势直接相关。当然,在不同年份,2支季风各自还存在强弱及影响区域等的变化,这也会带来两者在本区交汇态势的变化。

研究结论

哀牢山和无量山山系中南部岭谷相间,自北向南及东南,地貌形态逐渐由中低山—峡谷演变为低山丘陵—宽谷,且呈“帚状”向东南逐渐展开。这一岭谷相间的地形走向和海拔分异特征,对东南和西南季风的近地表水汽输送既有一定的阻隔效应,又具有明显的通道效应。区域湿季降水的空间分异与岭谷地形的空间分异有着很好的吻合。

从各站湿季的最大连续4月降水发生月(CM4PM)、湿季月间降水变幅、湿季及湿季各月降水序列相关性来看,研究区东南部、西北部存在明显分异,而两地的中间地带具有明显的过渡性,如西北部CM4PM以6~9月为主,东南部及元江河谷以5~8月为主,中间地带5~8月、6~9月相近。西北部和东南部两地湿季各月降水相关性发生一定规律性的变化,即5月相关系数较高,6月明显下降,7月继续下降,8月略有上升,9月再次下降,至10月又再次上升。

哀牢山东侧主脉(南段)两侧降水量分异十分明显,其西(南)侧山地迎风坡各站降水量明显高于东(北)侧山地背风坡元江河谷各站降水量。尽管如此,两侧各自内部的相邻站点间、两侧之间的邻近站点间,湿季及湿季各月的降水序列相关性都较好,意味着两侧各站湿季及各月降水的多年际变化趋势具有较高的一致性;而且两侧各站的湿季连续最大4月降水发生月都以5~8月为主。

在湿季不同时期,2支季风对本区不同地带的水汽输送存在空间分异,这与2支季风的爆发和退出时间、强弱态势相关。在湿季前期,本区东南部降水的水汽主要来源之一为稍早(5月中旬前后)爆发的东南季风,东南季风携带的水汽顺元江、藤条江、李仙江等河谷北上西行。稍晚(5月下旬至6月上旬)爆发的西南季风,逐渐由西(南)向本区推移,首先影响到无量山以西(北),成为本区西部和西北部湿季降水的水汽输送主要来源之一。在2支季风强盛期,两者水汽输送对本区降水呈复合影响。东南季风(8月)和西南季风(9月)先后减弱退缩。2支季风的水汽输送和地形的共同影响,是决定该区湿季降水空间分异的原因。

西南季风和东南季风在无量山和哀牢山两大山脉区交汇,不仅仅是哀牢山脉一带,而且在6月中旬至7月下旬2支季风的强盛期,两者的交汇区应该更大。2支季风交汇区在湿季各月是变化的,这与5~9月间2支季风的强弱态势直接相关。因东南季风的爆发和退出都比西南季风要早,所以2支季风在本区的交汇开始时间与西南季风爆发并影响本区的时间一致,交汇结束时间与东南季风退出本区的时间一致。西南季风爆发初期,2支季风交汇中心区大致在“无量山脉—哀牢山西侧支脉”的把边江流域一带(偏西和北);2支季风强盛期,两者在本区呈复合交汇态势;在东南季风退缩期,两者交汇中心区大致在哀牢山脉的东南段;随着东南季风的退出,2支季风在本区不存在交汇。

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