海洋海溫變化對中國夏季降水的影響

王敏敏

摘 要：近年來，中國夏季降水異常事件頻發(fā)，并已嚴(yán)重影響社會經(jīng)濟的發(fā)展，所以研究其異常成因是我國學(xué)者刻不容緩的任務(wù)。中國夏季降水帶有明顯的區(qū)域性特征。通過分析海溫場與中國各區(qū)域夏季降水的關(guān)系，得到以下結(jié)論：前期和同期海溫場的變化對當(dāng)年夏季降水的影響基本一致。當(dāng)赤道印度洋東部海域、暖池海溫偏高，而太平洋中東地區(qū)的海溫偏低時，兩河中上游流域及其以南區(qū)域降水偏多，即中國東南區(qū)域以及西南部分區(qū)域降水偏多。

關(guān)鍵詞：中國夏季降水;海溫;太平洋;印度洋

中圖分類號：P426.6;P732 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0136-04

Abstract： Since the occurrence of abnormal summer precipitation events in China has seriously affected the development of social economy in recent years， it is an urgent task for Chinese scholars to study the corresponding causes. The summer precipitation in China has obvious regional characteristics. After analyzing the relationship between the SST and summer precipitation in various regions of China， it draws the following conclusions： The changes of the SST in the previous and the same period have basically the same influence on the summer precipitation in the same year. Meanwhile， the SST in the eastern equatorial Indian Ocean and the warm pool is relatively high. However， the SST in the Middle East of the Pacific is relatively low， and the precipitation in their middle and upper reaches along with the southern regions is relatively high， namely， the precipitation in the southeast and partial southwest of China is relatively high.

Keywords： summer precipitation in China;SST;Pacific Ocean;Indian Ocean

中國夏季降水量占全年降水量的比例較大，直接影響國民經(jīng)濟和人們的生活。近年來，暴雨、干旱越來越頻繁地出現(xiàn)在華夏大地上，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重威脅，阻礙了社會經(jīng)濟的發(fā)展。因此，研究中國夏季降水異常的原因成為我國學(xué)者刻不容緩的任務(wù)。近年來，較多學(xué)者對中國夏季降水異常的成因進行了分析[1-6]，相關(guān)研究成果還被用于指導(dǎo)預(yù)測未來夏季降水的情況，并取得了一定的成效，但這還遠遠不夠，需要不斷提高未來降水預(yù)報的準(zhǔn)確率，以便人們對生產(chǎn)生活做出最優(yōu)安排，將損失降到最低。印度洋和太平洋是影響中國降水的兩個關(guān)鍵海域[7-12]，其海溫變化是影響中國夏季降水的重要因子，因此本文重點研究印度洋和太平洋的海溫變化對中國夏季降水的影響，以期提高短期降水預(yù)報的準(zhǔn)確率。

1 資料與研究方法

1.1 資料

降水資料：本文使用的降水資料來自國家氣候中心提供的中國160個測站月平均降水資料，時間為1951年1月1日至2010年12月31日。

海溫資料：1950年1月1日至2010年12月31日的NOAA（美國國家海洋局和大氣局）月平均再分析資料，分辨率為1°×1°。該資料主要用于中國夏季降水和海溫場的奇異值分解法（Singular Value Decomposition，SVD）分析。

1.2 方法

本文采用經(jīng)驗正交函數(shù)分析方法（Empirical Orthogonal Function，EOF）、奇異值分解法（Singular Value Decomposition，SVD），距平、合成、線性傾向估計方法，[F]檢驗、north檢驗以及蒙特卡羅方法（MonteCarl）檢驗方法[13-15]。

2 中國夏季降水特征分析

通過分析中國160個測站1951—2010年夏季降水資料，得出中國夏季降水呈帶狀分布，從南往北逐漸遞減。考慮到我國眾多氣象學(xué)者一致提出中國年降水量在20世紀(jì)80年代發(fā)生顯著變化[16-21]，而夏季降水量在全年降水量中所占比重很大，所以本文又將1951—1980年作為一個研究時段，將1981—2010年作為另一個研究時段。同時，本文還用后30年的平均狀況減去前30年的平均狀況做了一個差值分析。結(jié)果表明：西南地區(qū)的主要雨帶范圍在縮小，長江以南的降水量在增多;同時，東北和新疆大部分地區(qū)的夏季降水量都在增加，江淮地區(qū)和華南地區(qū)的夏季降水增加比較明顯，而華北以及四川的東北部夏季降水明顯減少。

研究發(fā)現(xiàn)，中國夏季降水的區(qū)域性較為明顯，從另一個側(cè)面反映了中國夏季降水并不服從正態(tài)分布[22-26]。同時，中國各區(qū)域夏季降水的年代際變化不一。近60年來，東北地區(qū)夏季降水的年代際變化趨勢為弱多雨、少雨、多雨、少雨，尤其是1999年以后，降水顯著變少，進入少雨期。20世紀(jì)80年代至90年代前期，中國東部地區(qū)夏季多雨帶由華北南移到長江中下游，90年代中期繼續(xù)停留在長江以南地區(qū)，而且雨帶范圍不斷擴大。此區(qū)為洪澇多發(fā)區(qū)，即20世紀(jì)90年代是東部降水調(diào)整的重要時期。中部地區(qū)多雨帶有北移的特征，西南地區(qū)夏季降水減少的趨勢較為明顯;西部西北部夏季降水有增加的趨勢。

3 海溫變化對中國夏季降水影響的分析

1950—2010年的12月至翌年2月、1951—2010年的6—8月各個海區(qū)分別構(gòu)成前期冬季以及當(dāng)年夏季的季平均海溫場。分別對這兩季海溫場與中國夏季降水場進行奇異值分解，并用蒙特卡羅方法（MonteCarl）檢驗計算結(jié)果。結(jié)果表明：這兩季均是前三對奇異向量達到95%顯著性標(biāo)準(zhǔn)，第四對奇異向量處于置信水平之下。這表明前三對奇異向量在統(tǒng)計上是有意義的。由于第一、第二對奇異向量占較大方差，涵蓋兩場耦合的主要信號，所以本文僅對同期的前兩對和前期的第一對奇異向量所表示的相關(guān)特征進行分析。

由于成對奇異向量是由兩場交叉協(xié)方差求出來的，無論哪個場的向量對應(yīng)的時間系數(shù)均包含了另一個場的信息，所以奇異向量的時間系數(shù)與該場的同性相關(guān)分布即成對空間分布形式代表了兩場耦合相關(guān)的空間結(jié)構(gòu)，其相關(guān)系數(shù)值的大小反映了相關(guān)程度。兩場線性關(guān)系的地域分布達到一定顯著性水平，意味著極端海溫異常對應(yīng)極端的夏季降水異常。

3.1 太平洋海溫變化對中國夏季降水的影響

3.1.1 太平洋夏季海溫變化對同期中國夏季降水的影響。中國夏季降水場和同期太平洋海溫場的時間系數(shù)如圖1所示。第一對奇異向量解釋總方差的23.98%，海溫場與降水場時間之間的相關(guān)系數(shù)[R1]（A，B）為0.77，達到0.001（[α0.001]=0.40）顯著性水平。通過分析得出第一對奇異向量空間分布型，再結(jié)合圖1時間系數(shù)圖，從降水場右奇異向量分布情況可知：中國東北西區(qū)為負相關(guān)區(qū)域，中國東部黃河以南的區(qū)域，除了江西大部分區(qū)域、廣東和浙江的小部分區(qū)域外，其他區(qū)域都為負相關(guān)，中國中部長江以南的大部區(qū)域（廣西、云南以及整個四川盆地區(qū)域）也為負相關(guān)，中部東區(qū)長江流域上游以南為負相關(guān)區(qū)域，新疆塔里木河以北除小部分地區(qū)外為負相關(guān)區(qū)域;東北東區(qū)、華北、中部地區(qū)長江以北大部地區(qū)、西部東區(qū)長江流域以北區(qū)域、新疆塔里木河流域以南區(qū)域都為正相關(guān)區(qū)域。與之對應(yīng)的海溫場，西北太平洋海盆區(qū)域為正相關(guān)中心區(qū)域，赤道中東太平洋為負相關(guān)區(qū)域。這說明當(dāng)西北太平洋海盆海域的海溫偏高（偏低）而赤道中東太平洋海域的海溫偏低（偏高）時，中國華北地區(qū)、東北東區(qū)、中部地區(qū)長江以北大部區(qū)域、西部東區(qū)長江流域以北區(qū)域、新疆塔里木河流域以南區(qū)域夏季降水偏多（偏少），而在中國東北西區(qū)、東部黃河以南的區(qū)域（除江西大部分區(qū)域、廣東和浙江的小部分區(qū)域外）、中國中部長江以南的大部區(qū)域（廣西、云南以及整個四川盆地區(qū)域）、新疆塔里木河以北（除小部分地區(qū)外）區(qū)域的夏季降水偏少（偏多）。

第二對奇異向量解釋總方差的15.84%，海溫場與降水場時間之間的相關(guān)系數(shù)[R2]（A，B）為0.67。經(jīng)過分析得出：降水場空間分布基本與第一模態(tài)一致，只有小部分區(qū)域不同，相關(guān)系數(shù)大小上也略有差別。與之對應(yīng)的海溫場，空間分布狀況剛好與第一模態(tài)的海溫場相反。也就是說，當(dāng)海溫場的海溫異常分布情況與第一模態(tài)相反時，降水場的分布情況大致與第一模態(tài)的降水場分布情況相同。

前兩對奇異向量相關(guān)空間結(jié)構(gòu)表明，太平洋夏季海溫與同期中國夏季降水分布型存在較為復(fù)雜的線性組合關(guān)系，最有可能出現(xiàn)這樣的情況：當(dāng)赤道中東太平洋海溫上升（或者下降）時，中國夏季降水容易出現(xiàn)東部黃河以南區(qū)域大范圍偏多（偏少）、黃河流域及其以北地區(qū)偏少（偏多）。但是，考慮第二模態(tài)，發(fā)現(xiàn)夏季降水場沒有強烈相應(yīng)同期夏季海溫場的顯著變化，說明還有其他因素對降水場的影響較強以抵消海溫場對降水場的影響。

3.1.2 太平洋前期冬季海溫變化對中國夏季降水的影響。冬季北太平洋海溫與中國夏季降水的第一奇異向量解釋總方差的30.26%，相關(guān)系數(shù)[R1]（A，B）為0.75。通過分析降水場可知：黃河流域、長江流域及其以南、新疆的大部區(qū)域為正相關(guān)，而東北大部區(qū)域、華北北部、中部東區(qū)、長江黃河之間的區(qū)域尤其兩河上游之間的區(qū)域為負相關(guān);與之對應(yīng)的海溫場，西北太平洋海盆區(qū)域、暖池區(qū)域為正相關(guān)，而赤道中東太平洋區(qū)域為負相關(guān)。也就是說，前期冬季暖池及西北太平洋海盆區(qū)域的海溫偏暖（偏冷），則當(dāng)年夏季中國東部黃河以南的區(qū)域降水偏多（偏少），東北大部區(qū)域降水偏少（偏多），新疆大部區(qū)域降水偏多（偏少）。

3.2 印度洋海溫變化對中國夏季降水的影響

3.2.1 印度洋同期夏季海溫變化對中國夏季降水的影響。第一對奇異向量解釋總方差的52.05%，海溫場與降水場時間之間的相關(guān)系數(shù)[R1]（A，B）為0.65，達到0.001（[α0.001]=0.40）顯著性水平。通過分析得出第一對空間分布型，再結(jié)合圖2的時間系數(shù)圖，從降水場右奇異向量分布情況可知，東北地區(qū)的吉林和遼寧地區(qū)、東部地區(qū)的華北中南部以及黃河流域以南的大部區(qū)域、中部長江以南區(qū)域、新疆的西北部和東南部為正相關(guān);而東北北部、中部長江流域以北區(qū)域、西部東區(qū)為負相關(guān)。與之對應(yīng)的海溫場（圖略），印度洋30°S以北區(qū)域為正相關(guān)，西太平洋暖池為正相關(guān)。這說明當(dāng)印度洋及西太平洋暖池的海溫偏高時，中國長江以南的區(qū)域降水偏多。

第二對奇異向量解釋總方差的12.87%，海溫場與降水場時間之間的相關(guān)系數(shù)[R2]（A，B）為0.72。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，降水場（圖略）空間分布基本與第一模態(tài)一致，只有小部分區(qū)域不同，相關(guān)系數(shù)大小上也略有差別，長江黃河中上游之間的區(qū)域正相關(guān)特別明顯。與之對應(yīng)的海溫場，西印度洋負相關(guān)，東印度洋以及暖池正相關(guān)。這表明當(dāng)東印度洋以及暖池海溫偏暖時，中國兩河流域之間的中間區(qū)域夏季降水偏多。

前兩對奇異向量相關(guān)空間結(jié)構(gòu)表明，同期太平洋夏季海溫與中國夏季降水分布型存在一定程度的線性關(guān)系，當(dāng)印度洋東部及暖池海溫偏暖時，中國長江黃河流域降水偏多。

3.2.2 印度洋前期冬季海溫變化對中國夏季降水的影響。冬季印度洋海溫與中國夏季降水的第一奇異向量解釋總方差的46.18%，相關(guān)系數(shù)[R1]（A，B）為0.68。研究認為，從降水場來看，中國東部大部分地區(qū)，尤其是西南地區(qū)和西藏東部區(qū)域以及兩河流域的中間地帶為較為大正相關(guān)值區(qū)，而與之對應(yīng)的印度洋海溫場，印度洋赤道區(qū)域海溫以及暖池區(qū)域為正相關(guān)。這說明當(dāng)印度洋赤道區(qū)域以及暖池區(qū)域的海溫偏暖時，兩河流域之間的區(qū)域以及江南大部區(qū)域夏季降水偏多。

4 結(jié)語

通過分析海溫場異常對中國夏季降水異常的影響發(fā)現(xiàn)，前期冬季和同期夏季海溫場的變化對當(dāng)年夏季降水的影響基本一致。當(dāng)赤道印度洋東部海域、暖池海溫偏高，而太平洋中東地區(qū)的海溫偏低時，兩河中上游流域及其以南區(qū)域降水偏多，即中國東南區(qū)域以及西南部分區(qū)域降水偏多。

參考文獻：

[1]齊慶華.西北太平洋水汽異常輸送及其與中國夏季降水的耦合模態(tài)[J].海洋科學(xué)，2009（9）：35-41.

[2]趙俊虎，封國林，王啟光，等.2010年我國夏季降水異常氣候成因分析及預(yù)測[J].大氣科學(xué)，2011（6）：1069-1078.

[3]王欽，李雙林，付健健，等.1998和2010年夏季降水異常成因的對比分析：兼論兩類不同厄爾尼諾事件的影響[J].氣象學(xué)報，2012（6）：1207-1222.

[4]蔡榕碩，譚紅建，黃榮輝.中國東部夏季降水年際變化與東中國海及鄰近海域海溫異常的關(guān)系[J].大氣科學(xué)，2012（1）：35-45.

[5]況雪源，張耀存，黃丹青，等.南海海溫異常對中國夏季降水影響的診斷研究[C]//第28屆中國氣象學(xué)會年會：S5氣候預(yù)測新方法和新技術(shù).北京：中國氣象學(xué)會，2011：16.

[6]郭玲，何金海，祝從文.中國夏季降水影響因子的研究回顧[J].氣象與減災(zāi)研究，2011（2）：1-7.

[7]李麗平，靳莉莉，管兆勇.北太平洋次表層海溫異常對中國夏季降水影響的可能途徑[J].大氣科學(xué)，2010（5）：988-1000.

[8]彭模，韓雪，陳茂欽.中國夏季降水雨型雨帶與印度洋海溫變化特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（9）：4645-4650.

[9]鄧偉濤，孫照渤，曾剛，等.中國東部夏季降水型的年代際變化及其與北太平洋海溫的關(guān)系[J].大氣科學(xué)，2009（4）：835-846.

[10]錢瑋，管兆勇.中國南方夏季降水與熱帶印度洋偶極型海溫異常的聯(lián)系[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報，2007（1）：9-16.

[11]錢瑋.中國南方夏季降水與熱帶印度洋及南海海溫變化的聯(lián)系[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2006：16-17.

[12]張增信.熱帶西太平洋暖池海溫分布型與中國夏季降水的關(guān)系[D].南京：南京氣象學(xué)院，2004：18-19.

[13]趙振國.中國夏季旱澇及環(huán)境場[M].北京：氣象出版社，1999：1-4.

[14]陳興芳，趙振國.中國汛期降水預(yù)測研究及應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2000：1-8.

[15]孫照渤，陳海山，譚桂容，等.短期氣候預(yù)測基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2010：234-450.

[16]黃榮輝，徐予紅，周連童.我國夏季降水的年代際變化及華北干旱化趨勢[J].高原氣象，1999（4）：465-476.

[17]魏鳳英.全球海表溫度變化與中國夏季降水異常分布[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，1998（1）：100-108.

[18]陳海山，朱偉軍，鄧自旺，等.江蘇近40a夏季降水異常及其成因分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報，2003（6）：721-732.

[19]李紅梅，周天軍，宇如聰.近四十年我國東部盛夏日降水特性變化分析[J].大氣科學(xué)，2008（2）：358-370.

[20]周連童，黃榮輝.關(guān)于我國夏季氣候年代際變化特征及其可能成因的研究[J].氣候與環(huán)境研究，2003（3）：274-290.

[21]嚴(yán)中偉.60年代北半球夏季氣候躍變過程的初步分析[J].大氣科學(xué)，1992（1）：111-119.

[22]莫如平.中國降水、氣溫的年際振蕩及其與埃厄尼諾的聯(lián)系[J].海洋學(xué)報，1989（2）：143-149.

[23]劉華.近50年中國降水和溫度的統(tǒng)計分析和海洋對其影響初步研究[D].青島：中國海洋大學(xué)，2009：22-32.

[24]王遵婭.中國夏季降水的氣候變率及其可能機制研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院，2007：30-33.

[25]王蕾，張人禾.不同區(qū)域海溫異常對中國夏季旱澇的影響[C]//中國氣象學(xué)會2005年年會論文集.北京：中國氣象學(xué)會，2005：12.

[26]覃軍，王盤興.中國東部夏季三個雨帶降水的年代際變化及其與中高緯環(huán)流和海溫的關(guān)系[J].熱帶氣象學(xué)報，2005（1）：63-71.

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