北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)(2—3月)降水的關(guān)系

魏迎光,梁萍,任廣成,眭益眾

（1.中國人民解放96401部隊，陜西寶雞，721000；2.中國人民解放軍96631部隊，北京， 102208）

北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)(2—3月)降水的關(guān)系

魏迎光1,梁萍1,任廣成2,眭益眾2

（1.中國人民解放96401部隊，陜西寶雞，721000；2.中國人民解放軍96631部隊，北京， 102208）

利用1951—2010年臺北、臺中、福州和廈門4站2—3月降水資料和北太平洋海溫資料，通過合成分析、對比分析和相關(guān)分析等方法，研究了華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水變化的一致性和氣候變化特征及其與北太平洋海溫的關(guān)系。結(jié)果表明：臺北、臺中、福州和廈門4站過渡季節(jié)（2—3月）降水變化具有很好的一致性和明顯的年代際變化特征。華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水與北太平洋海溫存在著很好的相關(guān)關(guān)系；不同類型的降水異常年份，有著不同的海溫距平分布特征，降水偏多年，表現(xiàn)為厄爾尼諾分布型，降水偏少年，則表現(xiàn)為拉尼娜分布型，且這種距平分布型在其前期9月開始出現(xiàn)端倪，12月發(fā)展成熟。前期12—1月赤道東太平洋關(guān)鍵區(qū)和西風漂流區(qū)關(guān)鍵區(qū)海溫變化，對華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水具有較好的預(yù)測指示意義。

北太平洋海溫；華南東部；過渡季節(jié)；降水關(guān)系

1 引言

華南東部屬南亞熱帶氣候區(qū)，受海洋暖濕氣流的調(diào)節(jié)，全年氣候溫暖濕潤，雨水多是本區(qū)的主要氣候特征。夏半年（4—9月）降水多表現(xiàn)為雙峰型，分為前汛期（4—6月）降水和后汛期（7—9月）降水[1-2]。對于冬半年（10—3月）降水，本區(qū)較我國大陸其它地區(qū)，仍顯得很豐沛。尤其是從冬半年轉(zhuǎn)入夏半年或是說從冬季轉(zhuǎn)入前汛期的過渡季節(jié)2—3月，降水尤為集中，是較冬半年其他月份明顯的降水增加期。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，臺北、臺中、福州和廈門各代表站2月份降水量較1月份平均高出1倍多，3月份較2月份降水又有明顯遞增。因此，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）是其冬半年降水的集中期。以福州多年平均降水為例，過渡季節(jié)（2—3月）兩個月降水量多達232 mm，而10月至翌年1月4個月的降水量僅為171 mm，可見過渡季節(jié)2—3月降水之多。統(tǒng)計還發(fā)現(xiàn)，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水年際變化十分顯著。臺北、臺中、福州和廈門4站2—3月平均總降水量為859 mm，降水最多的年份1983年竟高達2906 mm，而降水最少的年份1955年僅為159 mm，最多年份與最少年份降水量相差達18倍之多，可見降水年際變化之大。降水年際變化越大，越易出現(xiàn)異常，造成氣候災(zāi)害。

眾所周知，海溫變化和南方濤動對全球氣候具有重大影響，它已經(jīng)成為全球氣候系統(tǒng)中最強的氣候年際變化信號，受到廣泛的關(guān)注和重視，我國也已把它作為短期氣候預(yù)測的一項重要依據(jù)，不少氣象學者從不同角度進行了探索［3-9］。本文試圖就北太平洋海溫對華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水異常的影響問題進行探討，以期為該區(qū)過渡季節(jié)（2—3月）降水趨勢預(yù)測提供有益的物理基礎(chǔ)。

2 資料和方法

福州和廈門降水量資料取自國家氣候中心整理的中國大陸160站氣候要素資料；臺北和臺中降水量資料取自臺灣氣象局公布的月氣候要素資料；北太平洋海溫（網(wǎng)格：5°×5°）資料由國家氣候中心提供。

對所選4個代表站過渡季節(jié)（2—3月）降水進行一致性分析，計算4個代表站過渡季節(jié)（2—3月）降水量距平百分率，依據(jù)降水量距平百分率之大小，確定降水異常年份；通過降水異常年份出現(xiàn)的概率及在各年代的出現(xiàn)次數(shù)和年代降水量分布，來分析華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的氣候變化特征；并通過合成分析、對比分析和相關(guān)分析等方法，研究北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的關(guān)系。

3 華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水變化的一致性分析

對一地區(qū)氣候變化進行研究，其前提是該地區(qū)所選代表站氣候變化應(yīng)具有較好的一致性。根據(jù)全國氣象地理區(qū)劃[10]，華南東部主要包括福建南部和臺灣地區(qū)。這就是說，對華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水變化進行研究，其基本條件是不僅臺灣地區(qū)所選代表站過渡季節(jié)（2—3月）降水變化應(yīng)具有較好的一致性，而且還應(yīng)與福建南部所選代表站過渡季節(jié)（2—3月）降水變化也具有較好的一致性。對此，分別計算各代表站過渡季節(jié)（2—3月）降水之間的相關(guān)系數(shù)。發(fā)現(xiàn)臺北與臺中過渡季節(jié)（2—3月）降水之間的相關(guān)系數(shù)為0.76，福州與廈門過渡季節(jié)（2—3月）降水之間的相關(guān)系數(shù)為0.78，臺北與福州和廈門過渡季節(jié)（2—3月）降水之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.74、0.76，臺中與福州和廈門過渡季節(jié)（2—3月）降水之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.83、0.86。各相關(guān)系數(shù)均遠超過0.001顯著性水平檢驗。表明華南東部地區(qū)所選代表站過渡季節(jié)（2—3月）降水變化具有很好的一致性。

4 華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的氣候變化特征

主要分析華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水異常年份出現(xiàn)的概率及在各年代的出現(xiàn)次數(shù)和年代降水量分布情況。采取通常的做法[11]，依據(jù)臺北、臺中、福州和廈門4站2—3月降水量距平百分率之大小，將華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水分為5級。并規(guī)定凡降水量距平百分率在0—±24%之間為降水正常；25%—50%之間為降水偏多；＞50%為降水特多；-25%—-50%之間為降水偏少；＜-50%為降水特少。根據(jù)這一標準，自1951年以來的60 a中，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水量距平百分率在0%—±24%之間的共出現(xiàn)28 a，占總年數(shù)的47%；降水量距平百分率在-25%—-50%之間的共出現(xiàn)10 a，占總年數(shù)的17%；在25%—50%之間的共出現(xiàn)4 a，占總年數(shù)的7%；降水量距平百分率＜-50%的共出現(xiàn)10 a，占總年數(shù)的17%；＞50%的共出現(xiàn)8 a，占總年數(shù)的13%?？梢园l(fā)現(xiàn)，對于降水異常年份，特多年出現(xiàn)的概率少于特少年，偏多年出現(xiàn)的概率也明顯少于偏少年。其原因主要是由于個別降水特多年，降水出現(xiàn)顯著異常所致。如1983年降水量距平百分率竟高達238，降水量較常年偏多2倍多。而對于降水特少年就沒有出現(xiàn)這種情況，即使歷史上降水最少的1955年，降水量距平百分率也不過為-76，降水量較常年偏少不到1倍。不僅如此，降水異常年份的各年代出現(xiàn)情況和年代降水量分布情況差異也十分顯著。圖1給出1951—2010年臺北、臺中、福州和廈門4站2—3月降水量距平百分率歷史演變。從圖1可以看出，上世紀50年代共出現(xiàn)1個特多年，2個偏多年，1個特少年和1個偏少年；年代降水量距平百分率累積值為-7，年代總降水量屬正常范圍。60年代則轉(zhuǎn)為降水明顯偏少時期，共出現(xiàn)1個特多年，3個特少年和1個偏少年；年代降水量距平百分率累積值為-130。70年代降水較60年代又有明顯減少，為歷史上降水最少時期，僅出現(xiàn)1個偏多年，而沒有出現(xiàn)特多年，特少年和偏少年竟均出現(xiàn)3個；年代降水量距平百分率累積值低達-225。進入80年代，華南東部過渡季節(jié)降水發(fā)生了明顯的氣候突變，從70年代的歷史上降水最少時期，一躍成為80年代歷史上降水最多時期，年代降水量距平百分率累積值竟高達318，共出現(xiàn)3個特多年，其中包括1個異常特多年（指降水量距平百分率大于200），1個特少年和1個偏少年。90年代較80年代降水雖有所減少，但仍為降水明顯偏多時期，共出現(xiàn)2個特多年，1個偏多年，2個偏少年，而沒有出現(xiàn)特少年；年代降水量距平百分率累積值仍高達213。進入本世紀后又轉(zhuǎn)為降水明顯偏少時期，10年中僅出現(xiàn)1個特多年，沒有出現(xiàn)偏多年，而特少年和偏少年竟分別出現(xiàn)2個；降水量距平百分率累積值為-169。可見目前華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水總的趨勢是處于偏少時期。

圖1 臺北、臺中、福州和廈門4站2—3月降水量距平百分率歷史演變

5 北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的關(guān)系

5.1 北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的同期相關(guān)

圖2 北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的相關(guān)分布（相關(guān)系數(shù)擴大100倍）

圖2給出北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的相關(guān)分布，從圖2可看出，北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水存在著很好的相關(guān)關(guān)系。高相關(guān)區(qū)主要有兩個，一個位于赤道東太平洋，表現(xiàn)為正相關(guān)，最高相關(guān)系數(shù)為0.55，遠超過0.001顯著性水平檢驗。統(tǒng)計赤道東太平洋 10oS—5oN，80o—160oW 范圍共 66 格點相關(guān)系數(shù)分別通過0.05、0.01和0.001顯著性水平檢驗百分比，發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)通過0.05顯著性水平檢驗的有59個，占總格點數(shù)的89%；通過0.01顯著性水平檢驗的為46個，占總格點數(shù)的70%；通過0.001顯著性水平檢驗的為26個，占總格點數(shù)的39%。另一個高相關(guān)區(qū)位于西風漂流區(qū)，表現(xiàn)為負相關(guān)，最高負相關(guān)系數(shù)為-0.47,超過0.001顯著性水平檢驗。統(tǒng)計西風漂流區(qū)30o—40oN，180o—150oW范圍共21格點相關(guān)系數(shù)分別通過0.05、0.01和0.001顯著性水平檢驗百分比，發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)通過0.05顯著性水平檢驗的為19個，占總格點數(shù)的90%；通過0.01顯著性水平檢驗的為15個，占總格點數(shù)的71%；通過0.001顯著性水平檢驗的為7個，占總格點數(shù)的33%?？梢娙A南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水與赤道東太平洋和西風漂流區(qū)兩大海區(qū)海溫相關(guān)之好。事實上這種相關(guān)場的分布[12～13]所反映出的是，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水偏多年，北太平洋海溫距平場呈現(xiàn)厄爾尼諾分布型特征，即赤道東太平洋為正距平，西風漂流區(qū)為負距平。相反，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水偏少年，北太平洋海溫距平場呈現(xiàn)拉尼娜分布型特征，即赤道東太平洋為負距平，西風漂流區(qū)正負距平。圖3給出華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水8個特多年北太平洋海溫累積距平合成。從圖3可看出，北太平洋海溫距平場表現(xiàn)出典型的厄爾尼諾分布型特征。整個赤道東太平洋全為正距平控制，最大正距平中心強度達5.7℃,西風漂流區(qū)則為負距平控制，負距平中心強度為-6.9℃。在華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水10個特少年北太平洋海溫累積距平合成圖上（圖略），北太平洋海溫距平場表現(xiàn)出的則是典型的拉尼娜分布型特征。

圖3 華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水8個特多年北太平洋海溫累積距平合成圖（海溫距平值擴大10倍）

5.2 前期北太平洋海溫與華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水的遙相關(guān)

圖4 華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水與前期各月赤道東太平洋和西風漂流區(qū)兩大海區(qū)海溫最高相關(guān)系數(shù)演變曲線

對華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水與北太平洋海溫進行逐月遙相關(guān)分析并結(jié)合降水典型年份北太平洋海溫距平合成分析，發(fā)現(xiàn)前期各月赤道東太平洋海區(qū)均表現(xiàn)為正相關(guān)，西風漂流區(qū)則均表現(xiàn)為負相關(guān)，只是各月相關(guān)程度有所不同，但總的趨勢是越接近同期，相關(guān)越好。圖4給出華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水與前期各月赤道東太平洋和西風漂流區(qū)兩大海區(qū)海溫最高相關(guān)系數(shù)演變曲線。可以看出，兩大海區(qū)前期各月最高相關(guān)系數(shù)總的趨勢是越接近同期相關(guān)程度越好。其中以前期1月最好，相關(guān)系數(shù)分別為0.53和-0.39，前者超過0.001顯著性水平檢驗,后者接近0.001顯著性水平檢驗。12月次之，相關(guān)系數(shù)分別為0.44和-0.38,前者達到0.001顯著性水平檢驗,后者超過0.01顯著性水平檢驗。就前期各月海溫距平分布型而言，自前期9月兩種典型的海溫距平分布型（厄爾尼諾分布型和拉尼娜分布型）開始出現(xiàn)端倪，且往后逐月越來越明顯，到前期12月和1月業(yè)已表現(xiàn)出典型的厄爾尼諾分布型和拉尼娜分布型。這就是說我們在進行華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水趨勢實際預(yù)測時，可把前期12月和1月北太平洋海溫距平分布型作為前兆信號。當前期12月和1月北太平洋海溫距平表現(xiàn)出厄爾尼諾分布型時，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水易偏多。反之，表現(xiàn)為拉尼娜分布型時，降水易偏少。為找到華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水預(yù)測的較好海溫因子，對前期12月和1月進行合成相關(guān)計算，并分別在赤道東太平洋和西風漂流區(qū)依據(jù)相關(guān)系數(shù)之大小選擇關(guān)鍵區(qū)。具體的是在赤道東太平洋選擇0o—10oS，80o—160oW 范圍共30個格點作為關(guān)鍵區(qū)。在西風漂流區(qū)選擇 25o—35oN，160o—175oW范圍共12個格點作為關(guān)鍵區(qū)。計算得到，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水與前期12—1月赤道東太平洋關(guān)鍵區(qū)30個格點海溫距平和及西風漂流區(qū)關(guān)鍵區(qū)12個格點海溫距平和之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.42和-0.39，前者通過0.001顯著性水平檢驗,后者通過0.01顯著性水平檢驗。表明前期12—1月赤道東太平洋關(guān)鍵區(qū)和西風漂流區(qū)關(guān)鍵區(qū)海溫變化，對華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水均具有較好的預(yù)測指示意義，尤其是赤道東太平洋關(guān)鍵區(qū)海溫變化指示意義更好。就是說，前期12—1月赤道東太平洋關(guān)鍵區(qū)海溫越高，西風漂流區(qū)關(guān)鍵區(qū)海溫越低，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水越多。反之，降水越少。

6 結(jié)論

（1）臺北、臺中、福州和廈門4站過渡季節(jié)（2—3月）降水變化具有很好的一致性；

（2） 上世紀60和70年代為華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水偏少時期，尤其是20世紀70年代為歷史上最少時期；80和90年代為偏多時期，尤其是80年代為歷史上最多時期；進入本世紀降水明顯減少，目前處于降水偏少時期；

（3） 華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水與赤道東太平洋海溫存在很好的正相關(guān)關(guān)系，與西風漂流區(qū)海溫存在很好的負相關(guān)關(guān)系。華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水偏多年，北太平洋海溫距平場呈現(xiàn)厄爾尼諾分布型特征。降水偏少年，呈現(xiàn)拉尼娜分布型特征；

（4） 前期12月和1月北太平洋海溫距平表現(xiàn)出厄爾尼諾分布型，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水易偏多。反之，表現(xiàn)為拉尼娜分布型，降水易偏少。前期12—1月赤道東太平洋關(guān)鍵區(qū)海溫越高，西風漂流區(qū)關(guān)鍵區(qū)海溫越低，華南東部過渡季節(jié)（2—3月）降水越多。反之，降水越少。

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Relationship between sea surface temperature in the northern Pacific and rainfall in the east part of Southern China in February-March

HWEI Ying-Guang1，LIANG ping1，REN Guang-cheng2，SHUI Yi-zhong2
(1.96401 Troops of the Chinese People's Liberation Army，Baoji 721000 China;2.96631 Troops of the Chinese People's Liberation Army，Beijing 102208 China)

Based on rainfall data collected in four stations(Taipei,Taizhong,Fuzhou and Xiamen)in February-March and sea surface temperature(SST)data in the northern Pacific data during 1951—2010,variation of rainfall in the east of Southern China,characteristics of climate change,and relationship between SST in the northern Pacific is analyzed.It is shown that,during the transition seasons(February-March),the rainfall varies consistently among the four stations with a significant interannual variability.Close correlation is found between SST in the northern Pacific Ocean and rainfall in the east part of South China during transition seasons.The positive/negative rainfall anomaly corresponds to El Nino/La Nina event,respectively,which starts in September and reaches the maximum level in December.The sea temperature variation in the eastern equatorial Pacific and westerly drift zone is an effective indicator for the rainfall in the easte part of South China during the transition seasons.

sea surface temperature in the northern Pacific;east part in the Southern China;transition season;rainfall

P456

A

1003-0239（2012）02-0059-05

2011-10-11

軍內(nèi)科研項目

魏迎光(1975-)，男，工程師，主要從事短期氣候預(yù)測工作。E-mail:453738139@qq.com