华南地区夏季热带气旋降水和季风降水之间的关系外文翻译资料

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华南地区夏季热带气旋降水和季风降水之间的关系

陈杰鹏，温之平，王辛，中国科学院南海海洋研究所热带海洋学国家重点实验室，广州

季风与环境研究中心/中国广州中山大学大气科学学院

摘要：本文分析华南夏季风降水(P_SM)与热带气旋降水(P_TC)在年际和年代际尺度上的物理联系, 结果表明:在年际变化上,华南P_SM与P_TC呈显著负相关。南海-西北太平洋的气旋性涡度和相对 湿度增加以及垂直风切变减弱,有利于更多的热带气旋生成,从而使得华南P_TC增加。同时异 常增暖的赤道中太平洋SST和异常偏冷的北印度洋SST会激发南海-西太平洋异常气旋,加之中 国东部-日本异常反气旋的作用,使得华南P_SM减少。在年代际尺度上,华南P_SM与P_TC呈显著正 相关,在1990s初华南P_SM与P_TC明显增加。其中,南海生成的热带气旋对华南PTC年代际增多有重要贡献。前期冬春季西太平洋持续异常偏暖的SST会通过垂直环流的作用引起热带印度洋SST增暖并持续到夏季,之后偏暖的热带印度洋SST又反馈作用于西北太平洋异常反气旋,使得华 南P_SM增加。1990s初南海夏季风爆发年代际偏早,促使华南上空的大气显热源从5月持续增加 至夏季,从而有助于东亚副热带夏季风的增强和华南P_SM增加。

文章历史：收到2016年4月30日修订2016年5月28日2016年6月12日接受

关键词：中国南方;热带气旋引起的降水;夏季风引起的降水;关系

1. 引言

华南地区是亚太地区的一个亚热带沿海地区，根据王和何在（2002）提出的夏季风域划分属于东亚夏季风区。亚洲夏季季风每年在5 - 9月盛行，并且从海洋给中国东部带来温暖湿润的空气（张，廖和李 2010）。华南的气候降雨有两个高峰，一个出现在四月—六月，另一个出现在八月—九月。 这些高峰主要与夏季风和热带气旋（TC）的通过有关（Chan和Shi，1999）。 Chan和Shi（1999）将4月至6月华南地区的总降雨量定义为夏季季风降水（PSM）。 随后，这个缩写在提及5月至6月期间华南降水总数时也同样被采用(Chan and Zhou 2005; Zhou, Li, and Chan 2006)。

与登陆热带气旋相关的强风和暴雨以及主要的热带气旋轨道在受影响的地区造成相当大的经济损失和人员伤亡。张，刘和吴（2009）指出，1983-2006年期间，中国大陆和海南岛平均每年有7个TC登陆，导致年均直接经济损失287亿人民币和472人死亡。 4月至12月期间台风通常会引起中国降水，8月份降水量最大（Wang et al。2008）。特别是在南海岸，台风主要在六月至十一月期间登陆，其中8月至九月的降雨量最大（Tian，Ma and Lin 1999）。以往的研究指出，东南地区年热带气旋引发降水量占全年降水量超过10％（Ren et al。2006; Rodgers，Adler，and Pierce 2000; Xu 2007）。因此，综合考虑，夏季热带气旋和夏季风导致华南地区夏季大量降水。

在南海形成的热带气旋造成了1993年前后南海夏季降水的增加（Chen，Wu，and Wen 2012）。但是华南中的热带气旋降水和夏季风降水之间是否存在关系？ 在台湾，热带气旋降水和夏季风降水在年代际尺度和年际尺度上呈现相反的变化趋势（Chen and Chen 2011; Chen，Li and Shih 2010）。因此，鉴于南海和台湾位于同一纬度，华南地区夏季热带气旋降水和夏季风降水的年代际和年际变化是什么？

这篇文章的结构如下：第2节描述了数据集和方法。第3节和第4节描述了华南地区热带气旋降水与夏季风降水之间其调节过程的年际和年代际关系。第5节是总结。

2.数据，方法和模式

本研究采用中国气象资料服务网提供的1951-2008年756个台站的日降水资料。 我们只选择每年不超过一个月的数据缺失的台站，并且从1959年到2008年没有站点变化。中国大陆总共有525个台站。 据报道，NCEP-NCAR再分析资料中可能存在不切实际的年代际变化（Greatbatch和Rong 2006; Inoue和Matsumoto 2004; Wu，Kinter和Kirtman 2005; Yang，Lau和Kim 2002）; 因此，我们采用ERA-40（Uppala et al。2005）来分析1959-2002年期间的环流情况。 每月的海表面温度来自ERSST.v3（Smith et al。2008），它可以从1854年至今以2.0°times;2.0°的分辨率显示。 ERA-临时（Dee et al。2011）和HadISST（Rayner et al。2003） 数据用于探讨1993-2002年的平均环流和海温的差异和1983-1992年的平行分析。热带气旋航迹数据来源于1945 - 2010年JTWC西北太平洋（WNP）最佳航迹数据，间隔为6 h。 为了与日常降雨保持一致，我们将最佳轨道数据转换为日平均。

热带气旋在南海（0°-23°N，100-120°E）或WNP（赤道以北，120-180°E）形成。另外，TC可以在赤道以北，120-180°E形成，然后进入南海。夏季热带气旋降水的定义遵循Chen，Wu和Wen（2012）的定义。当台站距热带气旋中心有效半径550公里时，台站降雨量定义为热带气旋降水。然后，夏季降雨总量减去热带气旋降水部分就是夏季季风降水。本研究北方夏季是指从6月到8月的月份。年代际分量用九年高斯过滤器提取。年际分量是通过从原始数据中减去年代际分量获得的。进行相关和回归分析，其意义基于学生的t检验。在年代际组分的显着性检验中，有效自由度是根据Chen和Chen（2011）的方法确定的。为了研究大气对海表面温度边界情况的响应，采用了CESM1.0.4的大气成分（CAM4）。控制模式是由全球海表面温度的气候态季节平均的26年的积分，并将过去20年的输出用于分析。为了显示西太平洋海表面温度异常的作用，做了西太平洋海温正异常引起的施于冬季和春季的全球海表面温度气候平均季节周期的敏感性实验。

3.在华南地区热带气旋降水和夏季风降水之间的年际关系

从夏季气候平均热带气旋降水和夏季风降水的空间分布可以看出，热带气旋降水和夏季风降水的中心位于华南地区（补充图S1）。 因此，选择华南地区（22.5-27.5°N，105-120°E）作为本研究的关键区域。我们通过EOF分析研究了热带气旋降水和夏季风降水之间的联合变化特征，这些特征可以描述降雨变率的时空特征。来自华南地区的71个台站的热带气旋降水和夏季风降水共同进行了EOF分析，它们的年代际和年际分量被认为是一个联合EOF分析。在本研究中，我们只讨论主要特征模式，分别占所选站年代际和年际降水量方差的41.9％和25.5％。

在热带气旋降水和夏季风降水之间，它们的年际分量观察到相反的分布（图1（a）和（b））。 热带气旋降水的正异常和夏季季风降水的负异常存在于年际变率的第一种空间模式中。 从相应的主成分（PC）来看，1990年是增加热带气旋降水和减少夏季季风降水的典型年份，1993年则相反。热带气旋降水和夏季风降水的年际时间序列在华南的平均相关系数为-0.3，在95％的置信水平上显着。

那么，海洋和大气的大规模异常的调节过程是什么？Stt的异常，500hPa p-垂直速度和850hPa风。图2（a）和（b）显示了正常化的PTC和PSM的第一个年际PC上SST，的回归异常。 在从160°E到日线的热带地区观测到明显的正海温距平异常。 中心地区太平洋SST的正异常与SCS-WNP的上升有关，它引发了WNP上的异常旋风作为对Rossby波的响应。这个结果与He和Wu（2014）一致。 与此同时，印度洋北部出现明显的负海温异常（NIO）。 NIO SST异常通过NIO和WNP之间的东西向垂直环流形成WNP上的异常旋风，之前在He和Wu（2014）使用CAM4的敏感性实验证明了这种异常。 南海南部的气旋与中国东部 - 日本的北部反气旋共同作用于南海夏季风。 因此，在西南风减弱之后，PSM受到SC的压制。

影响热带气旋活动的重要因素包括850 hPa涡度，600 hPa相对湿度和200〜850 hPa之间的垂直风切变（Camargo，Emanuel和Sobel 2007; Gray 1979）。 在图2（a）和（c）中，我们可以看到一个850hPa的气旋性涡度增加，600hPa的相对湿度增加以及SCS-WNP大部分地区的垂直风切变减少。 因此，在华南地区和西太平洋形成的热带气旋可以解释华南地区热带气旋降水的增加。第一年际主要成分与南海和西太平洋带来华南降水量的热带气旋数量之间的相关系数为0.251，显着高于90％的置信水平。

图1.（a，b）年际（INA）和（c，d）年代际（IND）时间尺度。华南（a，c）Ptc和（b，d）Psm的第一个EOF模式。南海（a，c）Ptc的第一个特征向量和（b，d）Psm的第一个特征向量和（e）它们相应的主成分。

注意：（e）中的蓝色和红色线分别代表INA和IND EOF模式的第一个主成分。

4.在华南地区热带气旋降水和夏季风降水之间的年代际关系

对于图1（c）和（d）中的第一类年代际模式，它们的空间变化特征具有较好的一致性，在华南地区上具有正的热带气旋降水和夏季风降水异常。在沿海地区观察到明显的热带气旋降水正异常中心，而夏季风降水的分布非常统一。在相应的时间变化中有明显的年代际振荡。 可以看出，20世纪60年代初发生了显着的下降，20世纪90年代有所增加。 这些结果表明，热带气旋降水和夏季风降水在1975-1990年间有所下降，并在20世纪60年代初和20世纪90年代初之后有所增加。热带气旋降水和夏季风降水的年代际时间序列在华南地区的平均相关系数为0.64，为99％的显著置信水平。

但为什么热带气旋降水和夏季风降水对于年代际和年际构成有不同的关系？ 为了回答这个问题，热带气旋降水和夏季风降水的第一个十年期模式的调节过程将在本节中进行介绍。通过回归热带气旋降水和夏季风降水的第一个年代主要成分（图2的第二列），获得了海表面温度，500 hPa垂直速度和850 hPa夏季风的异常。热带印度洋（TIO）和出现明显暖SST异常，赤道中东太平洋没有明显的SST变化。在华南上看到异常的上升运动。与海表面温度异常相对应，p坐标轴500 hPa的垂直速度在热带印度洋上呈现异常上升，在西太平洋地区上呈现异常下降。在850 hPa时，强大的反气旋风覆盖了西太平洋地区和贝加尔湖至中国东北地区。南海地区的异常从南海吹向华南地区，并与北部反气旋的北部异常汇合。Wu等人 （2010）指出北半球反气旋的发展与前一个冬春季青藏高原积雪的增加有关，南半球反气旋与赤道印度洋海表面温度增加有关。热带印度洋海表面温度的正异常导致局地上升运动，而西太平洋上的下降运动则对海表面温度局地变暖有贡献。

图2.在夏季，华南地区的P_tc和P_sm的归一化年际间（inA）pc1的异常模式回归：（a）sst（颜色阴影;单位：°c），200 hpa和850 hpa之间的纬向垂直风切变（等值线;图2）。 单位：ms^-1）; （b）500 hPa p-垂直速度（颜色阴影;单位：10^-2Pa s^-1），850 hpa风（矢量;单位：m s^-1）; （c）850hpa的涡度（颜色阴影;单位：10^-6s^-1）和600hpa的rh（轮廓;单位：％）。 （d-f）如在（a-c）中那样，除了归一化的ind pc1上的回归。

注意：sst，垂直速度和涡度的回归模式在90％的置信水平显着，用点表示。 （a，d）中等值线间隔为0.5 m s^-1，（c，f）中等值线间隔为1％。

Kajikawa和Wang（2012）指出，南海夏季风爆发日期（SCSSM）在1993/1994年左右显着提前。第一次年代际变化的主要成分与南海夏季风爆发日期（Wang et al。2004）的相关系数为-0.63，在99％的保守水平上显着。南海夏季风爆发后，大气加热增强并向北移动（Zhu et al。2011）。 20世纪90年代初之后的早期南海夏季风爆发可能会加剧华南地区的大气升温。同时，东亚副热带夏季风（EASSM）和华南地区夏季风降水变强。从正常化的第一个年代际主要成分上从海平面气压到300hPa的大气加热异常积分，5月份大气加热的在南海和华南地区正异常。华南地区中的大气升温持续从5月到夏季，并且变得更加重要（补充图S2）。这有利于EASSM（东亚副热带夏季风）的增强和华南地区夏季风降水的增加。EASSM（Liu et al。（2012）的定义）在20世纪90年代初以后变得更加强劲，而SCSSM（南海夏季风Wang et al。（2009）中定义）变弱。 这意味着先进的SCSSM开始通过大气加热对EASSM提供了一个增强，这导致了华南地区夏季风降水的增加。

第一次年代际PC与西太平洋副热带高压形成的或进入南海地区引起南海降水的热带气旋数量之间的相关性不显着，而第一次年代际PC与南海地区为华南地区带来降雨热带气旋形成的次数密切相关（0.644，根据学生

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