华南秋雨的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系外文翻译资料

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华南秋雨的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

牛宁，李建平

摘要

利用1951-2004年中国 160 个站点的秋季降水资料和 NCEP-NCAR 再分析资料，研究了华南秋季降水的年际变率及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明，华南秋季降水具有较强的年际变率，且与秋季西太平洋副热带高压 (WPSH) 呈正相关。在涝年，西太副高脊线位于华南的南部，北亚脊线的增强引发冷空气向南移动。此外，华南上空存在明显异常的上升气流和气旋，伴随850 hPa 向北气流加强，而经向水汽输送正异常中心加强了华南向北输送的暖湿水汽。而在干旱年份显示出相反的特征。华南秋季降水年际变率与西太平洋和北太平洋海温呈正相关，与 7 月份南印度洋海温则呈负相关。海温与华南秋季降水的最大滞后相关系数约为 2 个月，说明 7 月份三个海区的海温可能是华南秋季降水年际变率的预测因子之一。西太平洋 7 月海温、秋季WPSH与华南秋季降水之间的联系表明，海温异常通过与秋季WPSH的密切相关，从而影响秋季降水。

关键词：年际变化，秋季降水，华南，环流异常，海温

1.引言

在我国，降水的变化被认为是时空的。我国夏季降水的年际变化越来越受到人们的关注。Yang 和 Liu (1987) 研究了 4～9 月东亚、东南亚和南亚降水的年际和年代际变化。Lau 和 Yang (1997) 研究了东南亚夏季降水的年际变化。Lu (2005) 研究了华北降水的大气环流和与 JA（7 月和 8 月）年际变率有关的海温，发现它与赤道东太平洋海温异常有关。Duan 等 (2005) 分析了华南、华北和长江淮河流域夏季降水的年际变化，结果表明这三个地区夏季降水的年际变化是独立的。此外，也有学者通过定义夏季风指数来研究夏季降水的年际变率（Zhang等，2003; Li和Zeng，2005）。一些研究人员已经研究了冬季降水的年际变率 (Chen等，2000;Xu和Chan，2002)。华南降水是许多研究者关注的问题 (Yu等，2001;Wang等，2002;Yang和Li，2003;Niu和Li，2007)。Yu 等 (2001) 研究了长江流域降水与全球海温的相关性。Wang 等 (2002) 综述了华南春季季风与降水和大尺度环流的关系。Yang 和 Li (2003) 研究了长江-淮河流域严重干旱期间季节内振荡的特征。Niu 和 Li (2007) 讨论了 2004 年南方的秋季干旱。然而，很少有研究者关注华南秋季降水的年际变化。

秋季旱涝往往带来严重的经济损失，因此研究华南秋季降水的年际变化具有重要意义。例如，2004 年南方秋季干旱是 1951 年以来最严重的干旱。受灾面积 318 万公顷，影响约 2200 万人，损失达 460 亿元人民币。此外，中国南方秋季降水占全年长期平均的15%，因此中国南方秋季降水对总量的贡献不容忽视。为了寻找华南秋季降水的预测因子，需要进一步研究华南秋季降水的年际变率。

了解秋季降水的特征以及旱涝年的大气环流背景是有必要的。本文通过对华南秋季大气环流异常和全球夏季海温异常的研究，探讨华南秋季大气环流异常和全球夏季海温异常的变化规律，并寻找其预测因子。第二节描述了数据。第三节分析了华南秋季降水的年际变化，给出了洪涝和干旱年的定义。第四节介绍了洪涝和干旱年大气环流的明显特征。第五节研究了华南秋季降水与西太平洋、北太平洋和南印度洋 7 月海温异常的同步关系。最后在第六节给出结论。

2.数据

本工作使用的主要数据是NCEP/NCAR的再分析数据集（Kalnay 等，1996），分辨率为 2.5°*2.5°，以及全球 SST 数据，分辨率为2.0°*2.0°。此外，本文还使用了中国气象局编制的 1951～2004 年全国 160 个站点的月平均降水量资料。研究发现，华南秋季降水的大变率经常发生在 9 月和 10 月。因此，本研究使用这两个月的数据。在对华南秋季降水年际变化的分析中去除数据的线性趋势，以消除长期变化的影响。本文利用华南地区 42 个站点的降水资料，这些站点的分布如图 1 所示。

3.华南秋季降水的年际变化

图 2 显示了华南秋季降水的标准化幅度。由此可见，华南秋季降水存在明显的年际变率。降水量标准化幅度大于 1.0 的年份定义为华南秋季降水偏强的年份，华南上空秋季降水偏弱的年份定义为降水量标准化幅度小于 1.0 的年份。从图 2 可以看出，以下10 年（1953 年、1961 年、1965 年、1973 年、1975 年、1976 年、1981 年、1983 年、1987 年、2002 年）作为洪涝年。以下八年（1954 年、1955年、1967 年、1968 年、1992 年、1996 年、2003 年、2004 年）作为干旱年。很明显，在 20 世纪 50 年代到 60 年代期间，洪涝的频率与干旱的频率相当。从 70 年代到 80 年代只有洪涝年。20 世纪 90 年代以后，干旱发生的频率远远大于洪涝。显然，近年来华南秋季主要为干旱。

4.大气环流异常

旱涝往往与大气环流有关。为了揭示华南上空大气环流异常与秋季降水异常之间的关系，本文构造了变量的组合图。

图 3 显示了 500 hPa 位势高度与华南秋季降水的相关系数。由此可见，华南秋季降水与西太平洋副热带高压 (WPSH) 显著相关，最大相关系数超过 0.45。更多（更少）降水对应于更强（更弱）的 WPSH。华南秋季降水受到 了WPSH 的极大影响。

图 4 给出了东亚洪涝和干旱年份 500 hPa 的复合位势高度图。在涝年（图 4a），588 等高线附近的区域位于西太平洋，WPSH 脊线位于华南南部。北亚上空加强的脊引发冷空气的南移，冷暖空气交汇。这种趋势有利于降水，但干旱年份的情况与洪涝年份的情况截然不同。在干旱年份 500 hPa 的位势高度（图 4b）图上，WPSH 脊线被分成两部分，其中一个位于华南上空，华南被副热带高压覆盖，与图 4a 相比，干旱年份 WPSH 位置东移，这对该地区的降水不利。

图 5 显示了洪涝年和干旱年 850 hPa 垂直速度的复合异常以及它们之间的复合差异。在涝年（图 5a），东亚上空30°N 左右出现明显的( - )模态。这种 850 hPa 的垂直速度分布有利于降水。在干旱年份（图 5b），850 hPa 的垂直速度分布与强涝年份相比呈现出相反的特征。呈现（- -）模态，异常的下沉气流在该地区占优势，这对降水不利。中国南方洪涝年份与干旱年份之间的巨大差异具有统计学意义，并超过 了95%显著水平的t检验（图 5c）。并且华南主要为上升运动异常，这加强了该地区的北向水汽输送。这有利于降水。在强旱旱年份（图 6b），850 hPa 的流场分布呈现出相反的特征。华南上空为反气旋异常中心，主要为南向运动。这种流场削弱了水汽输送，不利于降水。此外，从图 6c 可以看出，洪涝与干旱之间 850 hPa 的气流差异显著，超过了t检验的95%显著水平。850 hPa 的垂直速度分布是造成华南地区旱涝的主要原因。

图 6 显示了洪涝年和干旱年 850 hPa 流场的复合异常和它们之间 850 hPa流场的复合差异。在涝年（图 6a），反气旋异常中心位于西太平洋上空，气旋异常中心位于华南上空。

水汽输送在降水中起着重要作用。Zhang (2001) 研究了印度季风和东亚上空的水汽输送与中国夏季降水之间的关系。Zhou 和 Yu (2005) 揭示了大气水汽输送与中国典型的夏季异常降水模式有关。本节将水汽输送作为华南降水的一个因素来研究。图 7 显示了洪涝年和干旱年的经向水汽输送异常以及它们之间的综合差异。从图 7a 可以看出，东南亚呈现（- -）模态。华南上空出现正异常中心，说明华南上空有显著的向北的暖湿水汽输送。这种配置有利于降水。然而，在干旱年份（图 7b），东南亚呈（ - ）型，华南存在负异常，表明北方干冷水汽输送占主导地位。这对降水不利。从图 7c 可以看出，华南的经向湿度在洪涝和干旱之间的差异具有统计学意义，超过了t检验的 95%显著水平。

5.华南秋雨与SST的关系

为探讨全球海温与华南秋季降水的关系，分别对 6 月、7 月、8 月、9 月和 10 月的秋季降水与全球海温进行了相关分析。结果发现，最显著的统计区域主要位于北太平洋、西太平洋和南印度洋。特别是统计意义最大的地区出现在 7 月份（图 8）。从图 8 可以看出，华南秋季降水与西太平洋和北太平洋海温之间的负相关关系低于0.4，与南印度洋海温的相关系数均为正值，最大值超过 0.40。

选择西太平洋 (0°–16°N, 140°–166°E)、北太平洋 (166°W–178°E) 和南印度洋 (38°–32°S, 90°–110°E) 为重点海区，研究 SST 对秋季降水的影响。

为比较这三个海区的海温与华南秋季降水的关系，分别对这三个关键海区的7 月海温异常与秋季降水进行了滞后相关分析。降水与海温异常之间的滞后相关意味着海温异常将导致华南上空的秋季降水。如图 9 所示，在秋季前几个月，华南秋季降水与西太平洋和北太平洋海温异常之间的相关系数均为负值。然而，其南印度洋的相关系数为正值。最大滞后相关的时间为两个月，即海温异常导致华南秋季降水滞后约两个月。推测 7 月西太平洋、北太平洋和南印度洋海温可能是华南秋季降水的预报因子之一。此外，三个不同海区海温异常的相关关系显著，西太平洋海温异常可能是影响华南秋季降水的主要因素，因为它的相关关系最强 (-0.55对应plusmn;0.4)。

西太平洋的热状态，包括大气对流和海温，在东亚大气环流和夏季降水的变化中起着重要作用 (Nitta，1987；Huang和Li，1987；Huang和Sun，1994；Lu，2001)。本节讨论了海温异常与秋季降水的关系。图10显示了7月西太平洋 (0°–16°N, 140°–166°E)海温距平和夏季（图 10a）和秋季（图 10b）500 hPa 位势高度距平的相关系数。与图 10a 和图 10b 相比，可以发现秋季 WPSH 向南移动，导致华南降水减少。图 10 还显示，西太平洋 7 月海温与夏季 500 hPa 的位势高度呈正相关，而秋季则呈负相关。结合图 3，西太平洋 7 月 SST 增暖，秋季 WPSH减弱，降水减少。以上结果说明7月西太平洋海温与秋季WPSH密切相关。

为进一步研究7月西太平洋海温、秋季WPSH与华南秋季降水的关系，图 11 显示了西太平洋海温的归一化时间序列 (0°–16°N, 140°–166°E)，华南秋季降水

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