中國東部夏季降水的年代際轉(zhuǎn)變及其與南亞高壓的關(guān)系

王湘玉

(臨潁縣氣象局，河南漯河 462600)

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中國東部夏季降水的年代際轉(zhuǎn)變及其與南亞高壓的關(guān)系

王湘玉

(臨潁縣氣象局，河南漯河 462600)

利用1951～2008年NCEP/NCAR再分析資料、GPCC降水資料，分析了我國東部夏季降水的年代際變化特征及其與南亞高壓的關(guān)系，研究了引起夏季降水年代際變化的大氣環(huán)流異常。結(jié)果表明，華北地區(qū)在20世紀(jì)60年代中期、長江中下游地區(qū)在70年代中后期、華南地區(qū)在90年代初期夏季降水存在明顯的年代際變化；華北、長江中下游及華南地區(qū)的夏季降水分別與南亞高壓的西伸脊點(diǎn)指數(shù)、南界指數(shù)及東伸脊點(diǎn)指數(shù)密切相關(guān)。20世紀(jì)60年代中期之后，南亞高壓的強(qiáng)度偏強(qiáng)、位置偏東，華北地區(qū)高層為異常氣旋性環(huán)流，低層為異常偏北風(fēng)，存在異常下沉運(yùn)動，導(dǎo)致華北夏季降水減少；70年代末之后，南亞高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏西，西北太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏東，長江中下游地區(qū)高層為異常反氣旋，低層為輻合異常，呈現(xiàn)異常上升運(yùn)動，導(dǎo)致長江中下游夏季降水增加；90年代初之后，南亞高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏西，西北太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏東，華南地區(qū)高層為異常反氣旋，低層為輻合異常，呈現(xiàn)異常上升運(yùn)動，導(dǎo)致華南夏季降水增加。

我國東部；夏季降水；南亞高壓；年代際轉(zhuǎn)變

我國東部夏季降水具有明顯的年代際變化特征[1-4]。Ding等[3]研究指出我國東部降水向南的轉(zhuǎn)變開始于20世紀(jì)70年代后期，經(jīng)歷1979～1992年的過渡期，第二次氣候突變發(fā)生于1992年，華南降水在20世紀(jì)90年代初存在年代際轉(zhuǎn)變；黃榮輝等[4-5]分析指出由于東亞氣候系統(tǒng)的年代際變化，使得華北地區(qū)從20世紀(jì)70年代后期開始發(fā)生持續(xù)嚴(yán)重干旱，而長江淮河流域從70年代中后期開始迄今夏季降水增多，從90年代中期開始華北地區(qū)北部的降水有增多趨勢。近年來，許多學(xué)者對我國東部夏季降水的年代際變化及其可能成因進(jìn)行了研究[5-7]。南亞高壓具有顯著3～4年周期的年際變化振蕩特征，這種周期性變化與海-氣之間的反饋?zhàn)饔糜嘘P(guān)，與ENSO變化周期較一致[8-10]。南亞高壓的年代際變異與我國東部夏季旱澇分布有密切關(guān)系[11-13]。長期以來，對于我國東部夏季降水及南亞高壓年代際變化已經(jīng)有了很多研究[14-16]，但大多針對20世紀(jì)70年代中后期的年代際變化進(jìn)行，筆者利用1951～2008年NCEP/NCAR再分析資料、GPCC降水資料，分析了我國東部夏季降水的年代際變化特征及其與南亞高壓的關(guān)系，討論南亞高壓影響夏季降水的可能機(jī)制。

1 資料與方法

所用資料有1951～2008年NCEP/NCAR逐月再分析資料，變量包括位勢高度場、水平風(fēng)場及垂直速度場資料，水平分辨率為2.5×2.5，以及同期全球降水氣候中心(GPCC)的逐月降水資料，水平分辨率為1×1。利用1951～2008年NCEP/NCAR再分析資料、GPCC降水資料，分析了我國東部夏季降水的年代際變化特征及其與南亞高壓的關(guān)系。

2 我國東部夏季降水的年代際變化分析

從我國東部(107°～122°E)11年滑動平均的夏季降水距平的緯向-時(shí)間剖面(圖1)可看出，我國東部夏季降水存在明顯的年代際變化，顯著的正異常起初位于華北地區(qū)，然后移至長江中下游地區(qū)，在20世紀(jì)90年代初移至華南地區(qū)；20世紀(jì)60年代中期，華北夏季降水有減少趨勢，存在年代際轉(zhuǎn)變，長江中下游夏季降水在70年代末存在明顯的年代際轉(zhuǎn)變，降水增加，華南降水在90年代初之后年代際增加?？梢姡A北地區(qū)在20世紀(jì)60年代中期、長江中下游地區(qū)在70年代中后期、華南地區(qū)在90年代初期夏季降水存在明顯的年代際變化，這與Ding等[3]的研究結(jié)果一致。

為了進(jìn)一步分析我國東部夏季降水的空間分布型及氣候異常區(qū)域，將GPCC資料進(jìn)行3年滑動平均，對1951～2008年我國東部(100°～122°E、18°～43°N)夏季降水進(jìn)行EOF分析。從EOF第1模態(tài)及對應(yīng)時(shí)間序列(圖2)可看出，

第1模態(tài)方差貢獻(xiàn)率為21.4%，反映我國東部夏季降水的主要分布型，我國東部呈現(xiàn)“+-+”的三極型分布，長江中下游地區(qū)呈現(xiàn)負(fù)值，而華南和華北地區(qū)為正值區(qū)，與文獻(xiàn)[2]中臺站降水資料分析的結(jié)果相類似，第1時(shí)間序列顯示我國東部夏季降水在20世紀(jì)60年代中期、70年代末及90年代初存在3次年代際轉(zhuǎn)變，與圖1的結(jié)果相對應(yīng)。

為了確定夏季降水突變年份，對1953～1978年華北地區(qū)、1965～1992年長江中下游地區(qū)、1979～2008年華南地區(qū)夏季降水進(jìn)行Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖3)，華北地區(qū)降水在1959年左右發(fā)生了突變，長江中下游地區(qū)降水突變年份在20世紀(jì)70年代中期前后，華南地區(qū)降水的突變年份在1994年左右。這與前文結(jié)果比較一致。

3 我國東部夏季降水與南亞高壓的關(guān)系分析

前文分析得知我國華北、長江中下游、華南地區(qū)分別在20世紀(jì)60年代中期、70年代末、90年代初存在明顯的年代際變化，由華北地區(qū)降水及南亞高壓西伸脊點(diǎn)指數(shù)時(shí)間序列

(圖4a)可見，夏季南亞高壓西伸脊點(diǎn)指數(shù)和華北地區(qū)降水均存在明顯的年代際變化，具體表現(xiàn)為南亞高壓西伸脊點(diǎn)指數(shù)的年代際增強(qiáng)發(fā)生在20世紀(jì)60年代中期，與華北地區(qū)降水的年代際減少同時(shí)發(fā)生，兩序列的相關(guān)系數(shù)為-0.500，通過了0.01信度的顯著性檢驗(yàn)；長江中下游地區(qū)降水及南亞高壓南界指數(shù)時(shí)間序列(圖4b)顯示，夏季南亞高壓南界指數(shù)和長江中下游地區(qū)降水均存在明顯的年代際變化，具體表現(xiàn)為南亞高壓南界指數(shù)的年代際減弱發(fā)生在70年代末，與長江中下游地區(qū)降水的年代際增加同時(shí)發(fā)生，兩序列的相關(guān)系數(shù)為-0.501，通過了0.01信度的顯著性檢驗(yàn)；華南地區(qū)降水及南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)時(shí)間序列(圖4c)顯示，夏季南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)和華南地區(qū)降水均存在明顯的年代際變化，具體表現(xiàn)為南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)在90年代初存在非常明顯的年代際減弱，這與華南地區(qū)降水在90年代初的增加相對應(yīng)，兩序列的相關(guān)系數(shù)為-0.540，通過了0.01信度的顯著性檢驗(yàn)。

上文分析得知，華北地區(qū)降水與南亞高壓西伸脊點(diǎn)指數(shù)、長江中下游地區(qū)降水與南亞高壓南界指數(shù)及華南地區(qū)降水與南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)的年際關(guān)系密切，下面探討它們之間關(guān)系的空間分布。由南亞高壓西伸脊點(diǎn)指數(shù)與我國東部降水的相關(guān)分布(圖5a)可見，華北地區(qū)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，有大范圍的區(qū)域相關(guān)系數(shù)通過了0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，表明當(dāng)南亞位置偏西(東)時(shí)，對應(yīng)華北夏季降水偏少(多)；南亞高壓南界指數(shù)與我國東部降水的相關(guān)分布(圖5b)顯示，長江中下游地區(qū)為顯著負(fù)相關(guān)區(qū)，有大范圍的區(qū)域相關(guān)系數(shù)通過了0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，表明當(dāng)南亞位置偏南(北)時(shí)，對應(yīng)長江中下游地區(qū)夏季降水偏少(多)；南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)與我國東部降水的相關(guān)分布(圖5c)顯示，華南地區(qū)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，有大范圍的區(qū)域相關(guān)系數(shù)通過了0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，表明當(dāng)南亞位置偏東(西)時(shí)，對應(yīng)華南夏季降水偏少(多)。

4 我國東部夏季降水年代際變化的環(huán)流分析

為研究我國東部夏季降水的年代際變化，在此對高、低層環(huán)流及垂直運(yùn)動進(jìn)行合成分析。根據(jù)前文分析，華北地區(qū)1953～1964年為相對多雨年、1965～1978為相對少雨年，長江中下游地區(qū)1965～1978年為相對少雨年、1979～1992年為相對多雨年，華南地區(qū)1979～1992年為相對少雨年、1993～2008年為相對多雨年。分別取1 680、585、586 dagpm所包圍的反氣旋范圍作為南亞高壓體、西北太平洋副熱帶高壓體，由夏季南亞高壓體、西北太平洋副熱帶高壓體位置分布及850 hPa風(fēng)場的差值分布(圖6)可知，華北地區(qū)相對少雨年，南亞高壓的強(qiáng)度更強(qiáng)、位置偏東，低層850 hPa華北地區(qū)為偏北風(fēng)，阻礙水汽輸送，環(huán)流場的配置不利于降水；長江中下游地區(qū)相對多雨年，南亞高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏西，西北太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏弱、位置偏東，低層850 hPa長江中下游地區(qū)的沿海存在氣旋式異常，將水汽源源不斷地輸送到該地區(qū)，有利于降水；華南地區(qū)相對多雨年，南亞高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏西，西北太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏弱、位置偏東；低層850 hPa為氣旋性環(huán)流異常，環(huán)流場的配置有利于降水。100 hPa南亞高壓與500 hPa西北太平洋副熱帶高壓在東西位置及強(qiáng)度變化是一致的，這與陶詩言等[13]分析指出的“相向而行”也是一致的。

前文主要分析降水年代際變化對應(yīng)的高低層環(huán)流異常，相對多雨年長江中下游、華南地區(qū)低層為輻合異常，為了進(jìn)一步分析華北、長江中下游及華南地區(qū)高層環(huán)流的異常，在此對相對多雨年與相對少雨年200 hPa輻合輻散及速度勢的差值分布進(jìn)行了分析。由圖7可見，華北地區(qū)存在氣旋性異常，表明相對少雨年高層為輻合異常；長江中下游地區(qū)處在異常反氣旋的邊緣，結(jié)合圖6b中低層的輻合異常，相對多雨年長江中下游地區(qū)存在異常上升運(yùn)動，有利于降水；華南地區(qū)高層存在輻散異常，結(jié)合圖6c中低層的輻合異常，相對多雨年華南地區(qū)為異常上升運(yùn)動，有利于降水。

為了進(jìn)一步分析夏季降水年代際變化對應(yīng)垂直運(yùn)動的差異，分析相對多雨年與相對少雨年緯向平均垂直環(huán)流的差值(圖8)發(fā)現(xiàn)，相對少雨年，華北地區(qū)(34°～43°N)為異常下沉運(yùn)動；相對多雨年，長江中下游地區(qū)(28°～34°N)、華南地區(qū)(22°～28°N)均為異常上升運(yùn)動，這與圖6～7中高低層環(huán)流場的分析相對應(yīng)。

5 結(jié)論和討論

利用1951～2008年NCEP/NCAR再分析資料、GPCC降水資料分析了我國東部夏季降水的年代際變化特征，研究了南亞高壓與我國東部夏季降水的關(guān)系，探討了引起夏季降水年代際變化的高低層環(huán)流異常，得到以下結(jié)論：

(1)我國東部夏季降水存在明顯的年代際變化，其中華北地區(qū)在20世紀(jì)60年代中期之后年代際減少；長江中下游地區(qū)在70年代末之后年代際增加；華南地區(qū)在90年代初之后年代際增加。

(2)1953～1978年華北地區(qū)夏季降水與南亞高壓西伸脊點(diǎn)指數(shù)密切相關(guān)；1965～1992年長江中下游地區(qū)夏季降水與南亞高壓南界指數(shù)密切相關(guān)；1979～2008年華南地區(qū)夏季降水與南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)密切相關(guān)。

(3)20世紀(jì)60年代中期之后，南亞高壓的強(qiáng)度偏強(qiáng)、位置偏東，華北地區(qū)高層為異常氣旋性環(huán)流，低層為異常偏北風(fēng)，存在異常下沉運(yùn)動，導(dǎo)致華北地區(qū)夏季降水減少；70年代末之后，南亞高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏西，西北太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏東，長江中下游地區(qū)高層為異常反氣旋，低層為輻合異常，呈現(xiàn)異常上升運(yùn)動，導(dǎo)致長江中下游地區(qū)夏季降水增加；90年代初之后，南亞高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏西，西北太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)度偏弱、位置偏東，華南地區(qū)高層為異常反氣旋，低層為輻合異常，呈現(xiàn)異常上升運(yùn)動，導(dǎo)致華南地區(qū)夏季降水增加。

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The Inter-decadal Variation of Summer Precipitation over Eastern China and Its Relation with South Asia High

WANG Xiang-yu

(Linying Weather Station, Luohe, Henan 462600)

Inter-decadal variations of the summer precipitation of Eastern China are studied by use of the NCEP/NCAR monthly mean reanalysis data and GPCC precipitation data, discussed the relations between the summer precipitation of East China and the South Asia High, from 1951 to 2008. The inter-decadal variations of summer precipitation in North China, in the middle and lower reaches of the Yangtze River, and in South China are respectively occurred in the middle 1960s, in the middle and late 1970s, and in the early 1990s. The summer precipitation in these areas mentioned above is also closely related with the westward ridge indexes, south boundary, and eastward ridge indexes of South Asia high, respectively. Specifically, the South Asia high is stronger and more eastward, and there are cyclone anomalies in the high-level, northerly wind anomalies in the low-level and descending motion anomalies over North China in the middle and late 1960s, which lead to less summer precipitation in North China. In the late 1970s, the South Asia high is weaker and more westward when the western pacific subtropical high is weaker and more eastward, also there are anticyclone anomalies in the high-level, convergence anomalies in the low-level, and ascending motion anomalies in the middle and lower reaches of the Yangtze River, which lead to more summer precipitation in this area. After 1990s, the South Asia high is weaker and more westward when the western pacific subtropical high is weaker and more eastward. Under this circumstance, there are anticyclone anomalies in the high-level, convergence anomalies in the low-level, and ascending motion anomalies in South China, and the summer precipitation is more in the same area.

Eastern China; Summer precipitation; South Asia High; Inter-decadal changes

王湘玉(1990- )，男，河南周口人，助理工程師，從事氣象業(yè)務(wù)和服務(wù)工作。

2015-11-06

S 16

A

0517-6611(2015)35-290-05