引言

山东地处我国南方雨量丰沛和北方干旱少雨的过渡地带，降水的年际和季节变率大，影响因素复杂^[1-11]，短期气候预测准确率低，并且预测效果不稳定。本文分析了2017年夏季(6—8月，下同)山东降水特征和主要天气过程，同时分析了夏季和逐月北半球环流特征及对山东降水的影响，进一步结合实际气候预测业务中遇到的问题，针对相似年份的确定、客观方法的研究和利用等问题做了一些初步探讨，以期为提升山东短期气候预测能力提供参考。文中所用资料主要是山东全省123个国家级地面气象观测站资料和NCEP/NCAR提供的再分析资料。

1 2017年夏季降水特征

2017年夏季山东全省平均降水量为453.0 mm，较常年(400.3 mm)偏多13.2%，其中，6月山东全省平均降水量为75.9 mm，较常年(79.2 mm)偏少4.2%；7月山东全省平均降水量为218.1 mm，较常年(170.3 mm)偏多28.1%；8月山东全省平均降水量为158.9 mm，较常年(150.9 mm)偏多5.3%。

夏季降水总体表现出如下特征：一是区域分布不均匀，各地降水量在162.0 mm(临淄)~983.1 mm(枣庄)之间，鲁西北、鲁中、鲁西南和山东半岛的部分地区在400 mm以下，鲁南和山东半岛的部分地区在600 mm以上，其他地区在400~600 mm之间；与常年同期相比，鲁中和鲁西北的部分地区、山东半岛和鲁南的局部地区偏少，其中鲁中和鲁西北的局部地区偏少2成以上；其他地区偏多，其中山东半岛、鲁南和鲁西北的部分地区偏多5成以上(图 1)，2017年夏季降水空间分布比较分散，没有表现出山东夏季降水的典型特征^[11]。二是时间分布比较均匀，从逐旬降水量看，进入夏季以来，7月中旬降水最多，降水量为86.8 mm；其次是8月上旬，降水量为73.1 mm；7月上旬、下旬和8月中旬的降水量均超过50.0 mm，分别为68.5 mm、62.7 mm和54.1 mm，除6月中旬外，其余每旬山东全省平均降水量均超过20.0 mm，时间分布上比较均匀(图 2)。三是降雨过程较多，山东全省主要降雨过程有10次，主要是6月6日、6月21—25日、7月6—7日、7月15—16日、7月18—19日、7月26—28日、8月2—3日、8月16—19日、8月27—28日、8月29—30日，其中过程降水量山东全省平均超过50 mm的有1次，超过20 mm的有6次(表 1)。

2 环流特征

2017年夏季500 hPa位势高度图(图 3a)上，北半球极涡为单极型分布，极涡位于北极上空，北半球中高纬西风带槽脊相对较弱，乌拉尔山上空为弱的负距平，乌拉尔山阻塞高压略偏弱，贝加尔湖上空为弱的正距平，中高纬整体以纬向环流为主，副热带高压(以下简称“副高”)较常年同期强度偏强，西伸脊点较常年偏西。850 hPa风场(图 4a)上，中国东南沿海上空为弱的西南风距平。

6月(图 3b)，北半球极涡呈单极偏心型分布，极涡中心位于北地群岛以东，同时极涡附近有明显的负距平，表明极涡较常年同期偏强。北半球中高纬500 hPa平均位势高度场呈多波型分布，亚洲大陆受“两槽一脊”的环流型控制，两支高空槽系统分别位于里海西北和亚洲东北部，里海西北和亚洲东北部为两个明显的负距平中心，里海和亚洲东北部的槽较常年同期偏强，东北冷涡明显偏强，里海下游的高压脊表现为明显的正位势高度异常。这种“西高东低”的环流形势有利于高纬地区冷空气南下，由850 hPa风场图(图 4b)也可以看出，该环流形势为山东降水提供所需的冷空气供应。北半球500 hPa高度距平场显示，6月西太平洋副热带高压较常年同期强度偏强(图 3b)，副高西脊点位置较常年同期相比偏西。此月山东降水主要是由于北方冷涡活动较强产生，由天气过程分析(表 1)也能够明显地体现出来，6月21—25日，受冷涡影响出现1次山东全省平均降水量为37.1 mm的降水过程，此次过程降水量占了2017年6月降水量的50%。

7月(图 3c)，北半球极涡呈偶极型分布，低涡中心分别位于格陵兰岛上空和北地群岛以东的洋面。低涡中心位势高度为明显的负异常，低涡强度较常年同期略偏强。环绕极涡中心，北半球中高纬西风带呈现5波型分布。在亚洲大陆存在一个高空槽系统，位于巴尔喀什湖地区，但是巴尔喀什湖地区位势高度异常为正值，高空槽系统较常年同期略偏弱，其西侧的乌拉尔山上空，为正位势高度异常，乌拉尔山高压脊较常年同期明显偏强。7月，副高强度较常年同期偏强，副高西脊点位置持续西伸，较常年整体偏西。850 hPa风场(图 4c)上，7月南海上空出现明显的气旋型环流，在我国东部近海上空出现明显的反气旋型环流，副高偏强偏西，易于水汽北上输送，导致山东7月降水明显偏多。

8月极涡呈单极型分布，其中心位于北极圈内，附近有明显的负距平，北半球极涡较常年同期偏强，极地冷空气势力较常年偏强。北半球中高纬500 hPa平均位势高度场呈多波型分布，亚洲大陆受“两槽一脊”环流型控制，两支高空槽系统分别位于西西伯利亚地区和我国东北地区至华北地区等地，东北地区多地有低槽活动；贝加尔湖至我国东北地区为弱的高压脊区，我国中东部地区受大陆高压控制。8月(图 3d)，副高强度接近常年同期略偏强，西伸脊点位于27°N、110°E附近，较常年气候平均西伸脊点位置明显偏西。副高位置偏西，强度偏强，使冷空气与副高西侧的暖湿气流交汇于我国中东部地区。东北地区至华北地区的槽为山东8月降水提供了冷空气，副高偏强偏西，沿副高西侧的暖湿气流为山东降水提供了水汽，850 hPa风场图(图 4d)上，在山东上空有明显的西北风和西南风的切变，导致山东8月降水明显偏多。

3 预测探讨与思考

2017年夏季海洋总体处于中性状态，影响降水预测的主导信号不明显，在异常信号不明显的情况下，如何做好气候预测，是一个非常困难的问题，结合以往的工作经验和2017年的气候预测，分析在山东短期气候预测中应重点关注的几个问题。

相似年份的确定是气候预测中的一个重要依据。当外强迫信号非常明显时，确定历史上的相似年份首先要考虑的就是外强迫信号，如果是在厄尔尼诺背景下时，不但要考虑厄尔尼诺这种现象，更要考虑前期冬季、春季厄尔尼诺所处的发生、发展、衰减等阶段，山东夏季降水与前期冬季赤道中东太平洋海温呈明显的正相关，但是随着时间的靠近，与前期春季赤道中东太平洋海温呈明显的负相关，并且都通过0.05信度检验(图 5)，这充分说明了厄尔尼诺衰减对山东夏季降水的影响。如果没有厄尔尼诺这种异常显著的外强迫信号，应该进一步分析前期印度洋海温和青藏高原积雪面积的情况，但是由图 5可以看出，山东夏季降水与前期冬季和春季印度洋海温的关系一直维持着正相关的关系，并不像赤道中东太平洋海温与山东夏季降水的关系，随着时间的推移发生变化。所以在确定相似年时要充分跟踪这些外强迫的动态发展情况及大气环流对其响应情况，而不是单纯孤立地看某一个月的相似情况，综合把握好这几方面确定的相似年，对山东夏季预测起到了很好的支撑作用。

由近几年实际业务来看，根据厄尔尼诺发生发展情况、印度洋海温的发展情况和青藏高原积雪外强迫因子确定2014年与2002年相似、2015年与1987年相似、2016年与2010年相似、2017年与2006年相似(图 6)，从实际降水分布来看，2002年和2014年山东全省一致偏少，1987年与2015年鲁西北偏多，其他大部地区偏少，2010年和2016年西多东少的分布形式，都非常一致。2006年与2017年，鲁南地区、鲁西北和山东半岛部分地区偏多的中心和鲁中偏少的地区对应较好，对于东南沿海和山东半岛部分地区降水接近常年的区域对应有差别。

注重客观方法的运用，随着气候模式的发展，大量气候模式预测资料的出现，各种降尺度方法应运而生，据国家气候中心分析，国家气候中心开发的FODAS系统从2009年到2017年的9年中，对每年中国夏季汛期降水主雨带的位置把握较准确，连续9年每年预测PS评分都超过或接近70分，平均分为74，高出业务模式9分，高出全国会商3分，预测准确率高且性能稳定。但是由于这种方法是基于全国降水开发，对省级的区域降水预测效果并不是很理想，2017年对山东夏季降水预测仅为61.4分，低于实际业务发布的得分。下一步应在分析清楚山东夏季降水异常成因的基础上，找出物理意义明确的关键因子，基于物理机制建立适合山东降水预测的降尺度方法。

影响山东降水的因子相关性发生了变化，随着气候变化，影响区域气候异常的因子相关关系也发生了变化^[12-17]，在山东同样存在这种现象(图 7)，以前期冬季Nino3区海温指数与山东夏季降水的相关系数为例，在20世纪80年代之前，Nino3区前期冬季海温与山东夏季降水的关系由弱的正相关逐渐转变为强的负相关，相关性通过0.05信度检验；20世纪80年代以后，相关系数由强的负相关逐渐减弱，至20世纪90年代初变为正相关，而后正相关系数逐渐增大，通过0.05信度检验，20世纪90年代末以后保持较强的正相关水平，这种相关关系的变化，影响了预测效果的稳定性，所以要加强研究，重新普查在新的气候背景下影响山东降水异常的因子，建立动态的预测模型。

4 小结

本文分析了2017年山东夏季降水的主要特征，以及引起降水的环流特征。2017年夏季山东降水偏多，6月降水主要由北方冷涡活动引起，而7、8月降水主要是副高偏强、偏西引起，副高西侧的暖湿气流为山东降水提供了充足的水汽，导致7、8月降水均偏多。进一步结合实际的预测业务，分析了今后应重点关注的相似年份确定、客观方法的建立和使用、影响因子的变化等几个问题，以期为提高山东短期气候预测能力提供指导。