华南前汛期降水的年际变化外文翻译资料

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华南前汛期降水的年际变化

古魏（WEI GU）

气候研究开放实验室，国家气候中心，中国气象局，北京，中国

王林（LIN WANG）

季风系统研究中心、大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，中国科学院大气物理研究所，中国科学院，北京，中国

胡曾真（ZENG-ZHEN HU）

气候预测中心，NOAA / NWS / NCEP，学院公园，马里兰

胡开明（KAIMING HU）

季风系统研究中心、大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，中国科学院大气物理研究所，中国科学院，北京，中国

李勇（YONG LI）

国家气象中心，中国气象局，北京，中国

（2017年4月30日收到的稿件，最终形式是2017年7月11日）

摘要

前汛期也被称为前夏的雨季，是东亚夏季风的第一站，占当年华南地区年降水量40％以上。本文以中国气象局所定义的华南前汛期的开始和结束日期为基础，研究了华南前汛期降水的年际变化和日平均数据的机制。华南前汛期的开始、结束日期和长度每年都在变化，华南前汛期的平均长度为90天，从4月6日到7月4日。综合分析表明，华南地区前汛期降水丰富的年份，对流层高层中南半岛的反气旋风切变减弱，西太平洋副热带高压的西南偏移和对流层低层南海的反气旋风异常。对流层低层西南风异常特别重要，因为它们有助于加强暖平流和水汽向华南地区的输送，增加对流层低层的对流不稳定性，形成华南地区异常上升的格局。进一步提出在这个过程中存在一个局部的循环与降水之间的正反馈。前汛期降水的变率可以很好地解释为热带太平洋的纬向海表温度（SST）偶极子和北太平洋西部相关的Matsuno–Gill型Rossby波响应。2000年以后，SST偶极子和前汛期降水的年际变化减弱。

1 引言

东亚雨季的一个显着特征是其逐步北移和东移（Tao and Chen,1987）。据此，形成了东亚夏季风（EASM）的形成三个阶段，称为前汛期（FRS；也为前夏的雨季）在华南地区，中国东部的梅雨，日本的白露和朝鲜半岛的昌马；以及中国北方和东北的雨季（Ding and Chan 2005;Wang 2006;Huang et al.2012）。前汛期指示华南地区雨季开始，大致从4月到6月开始（Chi et al.2005;Ding 2007;qiang and Yang 2008）。作为华南地区的主要雨季，前汛期占全年降水量的40％-50％左右。前汛期降水的异常行为往往造成严重的灾害，如滑坡和城市内涝，从而造成巨大的经济损失（Sun and Zhao 2000;Wang et al.2011）。

从长期的角度来看，由于南海夏季风(SCSSM)发生在前汛期中(Yuan et al.2010)，所以在前汛期的早期和后期阶段降水的性质是不同的。因此，前汛期早期（即南海夏季风爆发前）主要表现为锋面降水（Chi et al.2005;Yuan et al.2010）。水汽主要通过阿拉伯海的西风和西太平洋副热带高压西南边的东南风输送到华南（Chi et al.2005;Chang et al.2006）。相反，FRS晚期（即南海夏季风爆发后）主要表现为季风降水（Chi et al.2005;Yuan et al.2010）。水汽主要来自孟加拉湾和南海的跨赤道气流（Chi et al.2005;Chang et al.2006）。

以往的研究已经研究了大气环流和水汽输送，这是导致前汛期降水的年际变化的原因。结果表明，高于正常的前汛期降水往往与西太平洋副热带高压增强和西南向延伸，对流层上层副热带东亚急流向南偏移，西太平洋局地经向环流减弱有关（e.g.,Zhang et al.2009; Qiang and Yang 2013）。当FRS降水偏少时，情况正好相反。同时也表明，当热带地区水汽输送充足，同时中高纬度的冷空气侵入南方时，则观测到了正常以上的前汛期降水（Chen et al.1991;Yuan et al.2012）。这种配置在前汛期的早期阶段特别重要（Wu et al.2006;Yuan et al.2010,2012）。

FRS降水的年际变化可能与大气外部强迫如海温（SST）异常有关。虽然厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是东亚夏季风降水的一个重要驱动因子（e.g.,Huang and Wu 1989;Zhang et al.1999;Zhang and Sumi 2002;Wu et al.2003;Ding and Chan 2005;Huang et al.2012; Wang and Gu 2016），与前汛期降水量仅有微小的相关性（Chan and Zhou 2005;Qiang and Yang 2013;Yao et al,2016）。相比之下，西太平洋暖池的SST异常可能会改变当地的经线环流，从而影响FRS降水（Cai et al.2002;Deng and Wang 2002;Qiang and Yang 2013）。

值得注意的是，几乎所有的上述有关前汛期降水量的研究基于月平均数据。通常选择4-6月或5-6月的平均值来代表前汛期。然而，前汛期的开始和结束日期每年都有很大的差异（Qiang and Yang 2008;也见本文图2a）。因此，利用月平均数据来研究前汛期降水的变化和相关机制可能是不够的。在本文中，我们使用基于日平均数据的前汛期的定义，并对FRS降水的年际变化进行了相应的研究，还讨论了热带太平洋的相关大气过程和可能的影响。

文章第2节描述了本研究中使用的数据和方法，第3节介绍了华南地区前汛期降水和基于日平均数据的年际变化，第4节和第5节分别探讨了从大气环流和SST的角度导致前汛期降水的年际变化的过程，第6节简要讨论了前汛期降水年际变化的年代际变弱，最后，第7节总结了本研究的主要结果，第8节提供了进一步的讨论。

2 数据和方法

本研究中使用的降水数据来源于中国气象局国家气象信息中心(CMA)在1981-2015年期间2479个中国站的日平均降雨量数据。大气数据来自国家环境预测中心（NCEP）-国家大气研究中心(NCAR)的每日平均再分析数据集，跨越1948年至今（Kalnay et al. 1996），该数据集有2.58times;2.58水平分辨率，从1000到10hPa，垂直压力水平为17。SST数据来源于哈德利中心海冰和海洋表面温度数据表（HadISST），这是一个从1870年到现在，18times;18网格的完整每月全球SST和海冰浓度的独特组合（Rayner et al.2003）。

（图1 2479个气象台站的位置，红点表示福建，广东，广西和海南等地用于确定华南地区的前汛期的261个台站。）

按照国家气候中心的定义，“华南地区”在这里被定义为包括福建、广东、广西和海南在内的中国南方四个省（国家气候中心2013）。在2479个监测站中，华南地区有261个监测站（图1中的红点），分别为福建、广东、广西和海南的66个、86个、90个和19个监测站。前汛期的开始日期是按照以下标准定义的（国家气候中心2013）：

1）广东(广西)的前汛期的开始日期被定义为在3月1日以后，观测到的日降水量超过38mm不少于所有台站50％（即43（45）台），日降水量超过38mm的不少于前一天所有台站的10％（即9（9）台）的第一天。

2）福建(海南)的前汛期的开始日期被定义为在4月1日以后，观测到的日降水量超过38mm不少于所有台站50％（即33（10）台），日降水量超过38mm的不少于前一天所有台站的10％（即7（2）台）的第一天。

3）华南地区前汛期的开始日期被定义为上述四个前汛期开始日期的最早日期。

前汛期的结束日期根据以下标准定义（2013年国家气候中心）：

1）6月1日以后连续五天261个台站日平均降水量均在7mm以下。

2）连续五天中在261个台站的日降水量超过38mm（即13个台站）不到5％。

3）西太平洋副热带高压脊线连续5天位于22°N以北。

4）前汛期的结束日期定义为满足上述三个标准时，261个站点日平均降水量在7mm以下的第一个日期。

根据这些定义，前汛期的开始和结束日期在CMA的国家气候中心进行监测和存档。值得注意的是，雨区是自然的，不应该受政府的限制。然而，仔细观察图1可以清楚地看到，华南地区存在一个由南岭山脉和武夷山脉组成的准纬向型高地形(见图1.Chen et al.2009)。这些山脉对于控制雨带和形成华南的FRS很重要。鉴于四省的261个监测站几乎都位于这一地势较高地区的南部，因此使用这些监测站来定义华南前汛期是合理的。

（图2 (a)在1981-2015年期间，华南前汛期开始(蓝色实线)和结束(红色实线)的日期及其长期均值(虚线)。(b)1981-2015年期间华南前汛期长度。）

图2a显示了1981-2015年期间FRS开始和结束日期的时间序列，两者都显示出明显的年际变化，平均开始和结束日期分别是4月6日和7月4日。前汛期的长度也逐年变化，平均长度为90天（图2b）。在这项研究中，前汛期时间表示前汛期的开始和结束日期之间的时间段，其长度每年都在变化。因此，每年的前汛期降水量被定义为前汛期期间的总降水量，并提取每年前汛期期间的大气变量，用于后续分析。本研究分析了1981-2015年不同数据集之间的共同周期，并通过双侧t检验对复合和回归分析的置信水平进行评估。

3 前汛期降水及其年际变化

图3a显示了前汛期期间的长期平均降水量。华南所有台站的降水量几乎都超过600mm。两个最大降水中心位于福建西北部（27.5°N，117.5°E附近）和广东中部（22.5°N，112.5°E附近），最高降水量超过900mm。前汛期的平均长度仅为一年（90天）的25％，但是前汛期的降水量一般占华南总降水量的40％以上（图3b）。这一结果表明，前汛期降水对华南地区的水文循环十分重要。

（图3 (a)前汛期累积降水的气候态。(b)前汛期降水量占年降水总量的比例。(a)中的阴影间隔为100mm，(b)中为5％。红线表示黄河和长江，蓝线表示福建，广东和广西的边界。）

图4显示了1981-2015年华南地区归一化的261站平均降水量，简称前汛期降水指数，其中正（负）指数意味着前汛期降水充足（不足）。这个指数具有较强的年际变率特征，线性趋势为-0.014，低于95％置信水平。在接下来的部分中，将进行复合分析来揭示与这个指数相关的异常现象，采用0.5标准偏差选取典型的前汛期降水情况。根据这个标准，9年被确定为前汛期降水充足的年份（1981年，1983年，1986年，1987年，1992年，1993年，1997年，1998年和2014年），9年被确定为前汛期降水不足的年份（1985年，1988年，1991年，1994年，1995年，1999年，2003年，2011年和2015年），之后，它们分别被称为前汛期的干湿年。

（图4 1981-2015年期间，归一化的前汛期降水指数（蓝色）和IEWC（红色）。）

图5显示了干湿前汛期年份的复合降水及其差异。在湿润年份，华南地区累计降水量普遍超过800mm，广东西南部最高，超过1600mm（22°N，112.5°E附近）（图5a）。相反，在干旱年份，华南大部分地区累计降水量一般在500-600mm左右，最大值仅在800mm以上（图5b）。这两种情况的区别是很明显，华南地区在湿润年份观测到的降水较干旱年份偏多，广东降水中心偏差超过600mm（图5c）。

（图5 (a)湿年前汛期累积降水。(b)干年前汛期累积降水。(c)干湿年前汛期累积降水差。(a)和(b)中的阴影区间为200mm，(c)中为100mm。红线表示黄河和长江，蓝线表示福建，广东和广西的边界。）

4 相关的大气环流

在前汛期期间，200hPa风场的气候学特征是35°-40°N的西风急流和15°N以南的偏东风（图6a），在它们中间的中南半岛上空形成一个反气旋。与干旱年份相比，在湿润年份，西风急流和热带盛行东风都明显减弱（图6b）。在青藏高原东部（大约30°N，95°E）上方观测到一个异常气旋，这意味着中南半岛上空的气候反气旋（图6a）减弱并向南偏移。中南半岛反气旋的中心气候平均值在18°N,102°E，在湿年前汛期年代转变为16°N，103°E，在干年前汛期年代转变为19°N，99°E（未显示），这一特征也可以从西太平洋副热带高压的运动中看到。西太平洋副热带高压的西部边缘在气候平均意义上位于大约15°N，116°E，在湿年前汛期年，它转变为大约14°N，112°E，在干年前汛期年大约为15°N，119°E（图6c），这些特征与之前的研究（e.g.,Qiang and Yang 2013）基本一致，尽管细节略有不同。

（图6 (a)前汛期期间200hPa风场的气候态。(b)干湿年前汛期交替过程中200hPa风场的复合异常。(c)在前汛期期间，西太平洋副热带高压的位置（以5875-gpm等值线表示），气候态（黑色），湿年前汛期（蓝色）和干年前汛期（红色）。(d)前汛期期间850hPa风场的气候态。(e)前汛期过程中850hPa风场（矢量）与850hPa气温场（等值线）的气候态的复合异常。(f)在干湿前汛期两年之间，700hPa对流不稳定的复合异常。(e)中的等值线间隔为1°C，(f)中的等值线间隔为2x10-3 KPa-1。(f)中零等值线为粗体且负值等值线为虚线。(b)，(e)和(f)中的黑，中，浅阴影分别表示基于双侧t检验的99％，95％和90％置信水平。）

西太平洋副热带高向西南偏增强了该地区的气候平均西南风(图6d)，这与华南和中南半岛东北地区的850-hpa西南风异常（图6e）相对应。首先，在气候平均意义上的前汛期中，华南的水

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