1、东部夏季降水变化及其与北太平洋 SSTA的联系第 28 卷第 2 期2005 年 4 月南京气象学院JournalofNanjingInstituteofMeteorologyV01.28No.2Apr.2005文章编号:10002022f2005)02-0189-08东部夏季降水变化及其与北太平洋 SSTA 的联系余贞寿,孙照渤,王学忠(南京信息工程大学气象灾害和环境变化重点实验室,江苏南京 210044)摘要:采用 REOF 分析和小波变换方法对 1900-1999 年中国东部 39 站夏季降水资料进行分析,结果表明:华南,西南地区和长江中下游地区及华北 ,东北西南部地区是中国东部夏季降水
2、异常 3 个最主要的区域,都存在显着的年际变化和年代际变化.分析了这 3 个区域夏季降水的年际,年代变化与北太平洋冬季海表温度异常的关系.关键词:中国东部;夏季降水;年际;年代际;北太平洋 ;SSTA中图分类号:P467 文献标识码:A中国气候变化的研究中,降水变化是一个重要的方面,但 1951 年之前中国降水量观测记录残缺不全,而且仅限于东部地区,所以国内外很多的研究.采用 1951 年以后的中国降水月平均资料,对 20 世纪近百年时间的降水变化没有系统的认识.近 10a 来,很多学者利用插补站点降水量资料对东部地区降水近百年时间变化进行研究,如章名立对中国东部地区18911988 年大范围
3、年平均降水资料分析,指出从雨量变化看中国东部的气候在近百年期间是干湿交替出现的,可以分成 6 个时段,在近四五十年中雨量有减少的趋势,前期雨量偏多,后期从 60 年代中期以来雨量持续偏少.龚道溢等利用 1880 年以来我国东部 35 站四季降水资料和 1951 年以来 120 站的降水观测资料研究了我国四季降水与 ENSO 的关系,指出近百年来,每逢 E1Nino 年,我国东部北方地区夏,秋和冬季降水及年降水都偏少 ,江南地区秋季降水显着增加,东南地区冬季降水也显着偏多;LaNina 年则相反 ,春季降水情况基本上与这些年没有关系.李晓东等利用王绍武整理的中国东部 25.N 以北的 28 站
4、1880-1999 年的夏季降水资料分析了中国东部地区百年来干湿的时空变化特征,指出长江中下游地区,淮河流域,华北及东北地区夏季降水具有 2025a 的振荡,而东北和淮河流域以 36a 和7080a 振荡为主,华北地区存在显着的 11a 振荡,长江中下游及东北地区还有近似 60a 的振荡.Xu 等利用原南京气象学院整理的 18811993 年的中国 36 测站降水资料研究了冬季降水及其与海平面气压的联系.另一方面,对长期天气过程,海洋是一个重要的因素,应用于汛期降水的长期预报被证明是有成效的.本文利用 100.E 以东的 39 个测站的 1900-1999 年的降水资料分析了华南,西南地区和长
5、江中下游地区及华北,东北西南部地区夏季降水的年际,年代际变化特征,并讨论其年际,年代际变化与前期冬季海温的关系.收稿日期:2004-01-06;改回日期:2004-03.24基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(40331010)作者简介:余贞寿(1978 一),男,浙江淳安人,硕士.E-mail:yuzhenshouyahoo.tom.elll90 南京气象学院第 28 卷1 资料与方法1.1 资料本文采用 1900-1999 年的中国东部(100.E 以东)39 站(图 1)夏季降水月平均资料,资料包括两部分:(1)利用 l9001950 年中国气象局和中国科学院地球物理研究所联合资料室
6、编印的中国降水资料,采用李春等方法,即首先利用邻近台站资料插补,如果邻近台站也缺测,再用线性回归方法对各站各月缺测值进行插补,形成 1900-1950 年的夏季月平均降水资料;(2)1951 一 l999 年的降水资料取自国家气候中心的 160 站月平均降水资料,从而形成 1900-1999 年完整的 39 站夏季降水资料.图 1 所选择的 39 个代表站点的分布Fig.1Thelocationof39selectedrainfallstations海表温度资料是 NOAACIRES 提供的 1854-2003 年的月平均拓展重构 SST,取其中1989-1999 年冬季 (12 月一次年 2
7、 月) 海温资料,覆盖范围:110290.E,20.S60.N.1.2 方法东部不同地区夏季降水变化各有特点,因此本文采用能较好反映局地特征的旋转经验正交函数(REOF)“ 对 1900-1999 年中国东部 39 站夏季降水进行分析,得到东部降水的主要分布型,再对各主要分布型对应的时间系数序列进行小波分析,得到各分布型的年际,年代际变化的主要周期,并重构相应的年际,年代际变化序列.最后利用相关分析的方法分析中国东部夏季降水的年际,年代际变化与北太平洋冬季 SSTA 的联系.2 结果分析2.1 东部夏季降水的时空特征图 2 是前 3 个方差贡献最大的 REOF 模态,累积解释总方差的 31.4
8、8%.第 1 模态(图2a)解释总方差的 l2.67%,变化的中心位于华南 ,西南地区 .由时间系数(图 2b)可知,1900-1910 年 ,70 年代末,90 年代初,华南,西南地区夏季降水是偏少的; 而从 1910年到 20 年代中期,30 年代末到 50 年代初,90 年代是偏多的.第 2 模态(图 2c)解释总方差的11.32%,变化的中心在长江中下游地区.结合时间系数(图 2d)来看,20 年代末到 30 年代末,50 年代末到 60 年代末,长江中下游地区的夏季降水是偏少的;而 1910-1920 年,90 年代的降水是偏多的.第 3 模态(图 2e)解释总方差的 7.49%,变
9、化的中心位于华北,东北西南部地区.从相应时间系数(图 2f)来看,1915-1925 年,60 年代初到 60 年代中期,华北,东北西南部夏季降水偏多;而 20 年代中期到 30 年代初,70 年代末以来降水偏少 ,特别是 80 年代华北干旱显着.上述结果与王绍武等的结果是一致的.2.2 东部夏季降水的主要周期分析对上面的 3 个时间系数序列作小波分析.由图 3a 可知,华南,西南地区夏季降水变化存在 24a 和 78a 的年际变化 ,准 25a 的年代际变化.其中 20 年代到 40 年代的年际变化第 2 期余贞寿等:东部夏季降水变化与北太平洋 SSTA 的联系 191妊垛暮苔妊垛曼苔图 2
10、19O01999 年中国东部夏季降水的前 3 个 REOF 模态(a,c,e;粗的等值线为零线, 等值线间隔为 0.1)和相应的时间序列(b,d,f)Fig.2SpatialdistributionsofthreeleadingREOFmodesforsummerrainfalloveretemChinafortheperiod19001999(a,c,e;thezerocontouristhickened;thecontourintervalis0.2)andtheirtimecoefficientseries(b,d,f)主要是 4a 周期的振荡 ,50 年代最主要的是 3a 的振荡 ,到
11、 60 年代表现为准 2a 的振荡,80 年代主要是 78a 的振荡,到 90 年代又变为准 4a 的振荡 .40 年代以前准 25a 的年代际变化较强,40 年代到 80 年代初准 25a 的年代际变化相对弱一点,而 80 年代又开始变强.由图 3b可见,长江中下游地区的夏季降水存在 23a 和 68a 的年际变化,1012a,16 22a,准25a 和准 45a 的年代际变化 .其中 20 世纪初与 20 世纪末准 2a 的振荡较强,30 年代末到 50年代初年际变化较弱,50 年代初到 70 年代末,年际振荡的周期由 3a 增加到 7a,20世纪 20年代以前有很强的准 8a 振荡 .年
12、代际变化方面,l020a 年代际变化从 1910 年到1970 年振荡周期由 16a 变为 10a,最后变为 8a 年际振荡.2050a 的年代际变化从 1900年开始增192 南京气象学院第 28 卷强到 60 年代变为两个主要的振荡周期:一个是准 25a,另一个是准 45a.由图 3c 可知:华北,东北西南部地区的夏季降水变化存在 24a,68a 的年际变化,1216a,2025a的年代际变化,1910-1925 年准 2a 变化较强,4070 年代准 3a 的振荡较强,1910 年到 30年代末周期为 67a 的振荡较强 ,1216a 的年代际变化 20 世纪前 40 年以 16a 为周
13、期的振荡占优,1940-1980 年以周期为 12a 的振荡最明显,1980 年以后为准 8a 的年际变化.24=8,量一】63264248昼一 l63264248墨一 l63264图 31900-1999 年中国东部夏季降水 REOF 分析前 3 个模态(aC)的时间系数序列的小波变换系数实部分布Fig.3Realpartsofthewavelettransformoftimecoefficientseries,ofthreeleadingREOFs(aC)第 2 期余贞寿等:东部夏季降水变化与北太平洋 SSTA 的联系 1932.3 东部夏季降水的年际,年代际变化的重构利用小波方法重构由上
14、面分析得到的年际(周期10a),年代际(10a 周期64a)变化成分(图 4,重构方法见参考文献12), 主要是为了研究东部夏季降水的年际,年代际变化与海温的关系,当然也可以分析上述 3 个地区的降水的年际,年代际变化的异常特征.显然,当某地区夏季降水的年际,年代际变化同正位相时,则该地区夏季降水是偏多的,反之,则偏螽垛螽垛楚螽图 4 中国东部地区夏季降水的年际(10a,实线),年代际变化(10a,64a,长虚线)及变化趋势(64a,点线)的重构a.华南,西南地区 ;b.长江中下游地区;e.华北,东北西南地区Fig.4Reconstructedinterannualcomponent(10a;
15、solidline),interdeeadalcomponent(10a,64a;longdashedline)andthetrend(64a;dottedline)ofsummerprecipitationoverEasternChinain1900-1999a.SouthChinaandSouthwestChina;b.themiddleandlowerreachesoftheYangtzeRiver;c.NorthChinaandtheSouthwestofNortheastChina194 南京气象学院第 28 卷少.但是从重构的趋势可知:华南,西南地区夏季降水 ,从 20 世纪初到
16、1940 年有增多的趋势,1940 年以后到 80 年代中期有减少的趋势,之后有增多趋势(图 4a);长江中下游地区夏季降水,从 1910 年到 50 年代中期有减少的趋势,之后到 90 年代有增多的趋势(图 4b);华北,东北西南地区夏季降水,从 1920 年之前有增多的趋势,1920 年到 1970 年左右有减少的趋势,70 年代后又有所回升,但总体上还是偏少的(图 4c).2.4 中国东部夏季降水与北太平洋冬季 SSTA 的联系利用小波重构的 3 个区域的夏季降水的年际,年代际变化时间序列与前期冬季(12,1,2月)SSTA 序列作相关分析,得到如下结果:华南夏季降水的年际变化与赤道中东
17、太平洋 SSTA正相关,与西太平洋负相关,特别是与中纬度东太平洋的 SSTA 负相关更显着(图5a);由图 5b可知,华南,西南地区夏季降水的年代际变化与中高纬太平洋西风漂流区,中国南海 SsTA 正相关,其中与北太平洋西风漂流区和中国南海海区 SSTA 正相关通过 0.05 的显着水平检验;与阿拉斯加湾附近海区 SSTA 显着负相关.由图 5c 长江中下游地区夏季降水年际变化知,西图 5 夏季降水的年际(a,c,e), 年代际变化(b,d,f)与冬季 SSTA 的联系a,b.华南,西南地区 ;c,d.长江中下游地区;e,f.华北,东北西南地区Fig.5Relationofinterannua
18、l(a,c,e)andinterdecadal(b,d,f)variabilityofsummerrainfallwithwinterSSTAa,b.SouthChinaandSouthwestChina;c,d.themiddleandlowerreachesoftheYangtzeRiver;e.f.NoAhChinaandtheSouthwestofNortheastChina第 2 期余贞寿等:东部夏季降水变化与北太平洋 SSTA 的联系 195北太平洋黑潮区 SSTA 显着正相关,与赤道中太平洋负相关;从图 5d 可知长江中下游夏季降水年代际振荡与赤道以南热带太平洋,西北太平洋,中国
19、南海 SSTA 正相关,其中南海,日本以东亲潮区和澳大利亚以东海域相关系数达到 0.05 的显着性水平;与东北太平洋SSTA 显着负相关.华北,东北西南部地区夏季降水年际变化与西北太平洋正相关(图 5e),与Ninol 一 3 区SSTA 负相关,与副热带中东太平洋以 150.E,30.N 为中心的东北西南走向海区SSTA 为显着负相关.由图 5f 可知:其年代际变化与副热带中太平洋显着正相关 ,与赤道东太平洋,西北太平洋,中国南海,暖池区,中纬度东太平洋,白令海峡附近,阿拉斯加湾地区 SSTA 显着负相关.3 小结(1)本文用 REOF 分析方法分析了中国东部地区夏季降水的变化 ,其中 3
20、个最主要的模态是:华南,西南地区和长江中下游地区及华北,东北西南部地区 ,分别解释总方差的12.67%.11.32%.7.49%.(2)用小波分析了前 3 个最主要的 REOF 模态相应的时间系数 ,得到东部 3 个区域夏季降水的年际,年代际变化特征:华南,西南地区,长江中下游地区及华北 ,东北西南部地区夏季降水都存在 28a 的年际变化 ;华南,西南地区和长江中下游地区还存在准 25a 的年代际变化,而长江中下游地区还存在 1O 一 22a,45a 的年代际变化,华北,东北西南部地区存在 1216a 的年代际变化 .(3)华南,西南地区夏季降水的年际变化与赤道中东太平洋 SSTA 正相关,与西北太平洋负相关,而长江中下游地区夏季降水的年际变化恰好相反,即与热带中东太平洋SSTA 负相关,与西北太平洋,特别是黑潮区 SSTA 正相关;华北 ,东北西南地区夏季降水的年际变化除与副热带中东太平洋显着负相关外,基本上与长江中下游地区相似,但是相关程度不如长江中下游地区.中国南海 SSTA 与上述的 3 个地区夏季降水的年代际变化相关很好,其中与华南,西南地区,长江中下游地区显着正相关,与华北,东北西南部地区显着负相关.另外,西北太平洋,热带中东太平洋的 SSTA 对中国东部夏季降水的年代际变化也有重要影响.本
