长江流域汛期降水年代际和年际尺度变化影响因子的差异
探究年代际尺度气候变化的奥秘
探究年代际尺度气候变化的奥秘作者：暂无来源：《科学中国人》 2018年第6期全球气候与环境正经历快速、巨大的变化，并在全球范围和中国区域均表现出明显的年代际尺度（10～30年）特征。
随着其影响的日渐显现，气候变化所涉及的政治、经济、社会和科技发展问题，已经受到国际社会的高度重视。
从20世纪70年代末开始，我国长江流域降水增多，华北地区降水减少，形成了我国东部“南涝北旱”的局面，导致长江流域洪涝增多而华北地区持续干旱，造成了大量的生命和财产损失，而这样的气候变化就属于一种年代际尺度的气候变化。
除此之外，年代际气候变化还会对农业、渔业、水利水电、航运、旅游业等领域的计划制定和决策产生一定的影响。
在国家层面上，它直接影响一个国家人民的生命财产安全以及经济建设和重大基础设施等中长期规划的制订。
因此，科学家对年代际尺度气候变化的深入探究具有重要意义。
中国科学院大气物理研究所研究员、清华大学地球系统科学系教授王斌多年来从事气候模式发展、变分资料同化和年代际预测等方面的研究工作，在这一领域研究中积累了丰富的经验。
到底年代际尺度气候变化与何相关？在年代际尺度变化下，我们应该如何应对？王斌及其科研团队迫切想要通过科学研究，揭开其中的奥秘。
聚焦大气成分与年代际尺度的关系近百年以来，在全球变暖的大背景下，我国东部气候在年代际尺度上经历了3次主要转型：分别发生在20世纪20年代和70年代中后期的两次从相对冷期向暖期的转变，和发生在20世纪50年代早期的一次从暖期向冷期的转变。
已有研究表明，大气成分对上述年代际转型有着重要影响。
自工业革命以来，人类活动向大气排放的各种气体和气溶胶深刻地改变了大气中化学成分的构成和含量。
气候变化、冰盖破坏、臭氧层空洞、光化学污染、灰霾污染等一系列气候与环境问题的出现和演变，都与人类活动向大气释放的各类污染物和温室气体有关。
如何准确估算这些物质的排放量和时空分布，表征和预测排放的时空变化，探究人类活动对排放的影响机理，寻求效益最大化的减排方案？如何考虑化学—气候复杂的相互作用，科学地预测大气成分和气候的年代际变化？如何综合考虑区域空气质量的未来变化及其与气候的相互作用，并找出合理有效的治理、应对之道？这些都是国际气候和环境科学领域当前关注的热点问题，也是全人类现今面临的最大挑战。
江南雨季降水季节内演变及其年际、年代际变化特征
江南雨季降水季节内演变及其年际、年代际变化特征詹丰兴;章开美;何金海;章毅之;尚可【摘要】In this study,the characteristics of intraseasonal evolution of precipitation in the rainy season of Jiangnan (24-30°N,110-120°E) and its interannual and interdecadal variations are researched,using daily precipitation data for the period of 1961-2008,based on the analysis of climatic characteristics of precipitation over southeastern China.The results are as follows:1) A significant twin-peak feature in the intraseasonal evolution of precipitation in Jiangnan is demonstrated,with mid-April and mid-June as the twin-peak periods.The peak precipitation first appears in Jiangnan in mid-to late April,then extends southward.Southern China reaches its peak precipitation period in early to mid-June,after which the heavy precipitation center moves northward,and Jiangnan experiences the second precipitation peak in mid-to late June.Meanwhile,the precipitation in the Jianghuai area(32-35°N) shows a single peak type.The first peak of the Jiangnan rainy season appears very early,and this is the first sign of the rainy season in eastern China.The second peak is the performance of the main rain belt moving northward.2) The correlation coefficient between the regional averaged twin-peak precipitation in Jiangnan and actual precipitation is 0.69,which indicates that the twin-peak precipitation shows the intraseasonal evolution features of the Jiangnan rainy season.The precipitation intensity of the Jiangnan rainy season mainly depends on the precipitation intensity of the bimodal peak in the rainy season(April-June),and this also shows that the twin-peak precipitation characteristics in the Jiangnan area can reflect the change characteristics of the actual precipitation.3) The twin-peak precipitation of the Jiangnan rainy season displays significant interannual and interdecadal variations.The interannual periods are found every 2-3 years,and strong signals are mainly centeredin the late 1960s to 1970s and mid-1980s to the beginning of the 21st century,while the interdecadal periods are shown every 8-10 years on the whole time domain,and their strong signals are centered in the early 1980s to late 1990s.4) On the interdecadal scale,although the intraseasonal features of precipitation display a significant twinpeak precipitation pattern in the Jiangnan rainy season,the characteristics of the intraseasonal evolution also show skipped-significant features.A twin-peak precipitation pattern is notable in the 1960s,1980s and the beginning of the 21st century,while in the 1970s and 1990s the twin-peak pattern is insignificant.%利用1961-2008年逐日降水资料,在对比我国东南部各地区气候态降水特征的基础上,着重探讨了江南地区(110～120°E、24～30°N)雨季降水的季节内变化特征及其年际、年代际变化规律.结果表明:1)江南雨季气候态降水的季节内变化具有明显的双峰型特征,两个峰值集中期分别是4、6月中旬前后.4月中下旬第一个降水峰值率先出现在江南地区,之后峰值降水南移,于6月上中旬华南地区达峰值集中期,之后强降水才逐渐北移,6月中下旬又回至江南地区,使江南地区降水达第二个峰值集中期.2)我国江南地区区域平均的双峰降水与4 6月的实际降水之间的相关系数达0.69,这表明双峰型降水确实反映了江南雨季降水的季节内演变特征.3)江南雨季降水双峰型的季节内变化特征具有明显的年际、年代际变化周期.年际变化周期为2～3a,强信号主要集中在20世纪60年代后期到70年代中期以及80年代中期到21世纪初;年代际变化周期约为8～10a,在整个时间域上都存在,最强信号集中在80年代初到90年代末期.4)年代际尺度上,江南雨季降水的季节内变化特征(双峰型态)具有隔代显著的特征,即20世纪60、80年代及21世纪初双峰型特征显著,而20世纪70、90年代双峰型特征不显著.【期刊名称】《大气科学学报》【年(卷),期】2017(040)006【总页数】10页(P759-768)【关键词】江南雨季;双峰型;季节内变化;年际变化;年代际变化【作者】詹丰兴;章开美;何金海;章毅之;尚可【作者单位】南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,江苏南京210044;江西省气象局,江西南昌330096;江西省气象服务中心,江西南昌330096;南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,江苏南京210044;江西省气候中心,江西南昌330096;南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,江苏南京210044【正文语种】中文江南地区主要指包括江西、湖南、福建大部、浙江南部,即24～30°N范围内的我国东南部地区。
1991、1998和2016年三个大水年长江中下游夏季降水季节内特征的对比
第36卷第1期2020年2月热带气象学报JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGYVol.36,No.1Feb.,2020黄桢，李双林，张超.1991、1998和2016年三个大水年长江中下游夏季降水季节内特征的对比[J].热带气象学报，2020，36(1)：13-24.文章编号：1004-4965(2020)01-0013-121991、1998和2016年三个大水年长江中下游夏季降水季节内特征的对比黄桢1，李双林1，2，张超1(1.中国地质大学环境学院大气科学系，湖北武汉430074；2.中国科学院大气物理研究所/中国科学院气候变化研究中心，北京100029)摘要：针对长江中下游三个大水年1991、1998和2016年，利用NCEP/NCAR 大气环流再分析资料和CMAP 降水资料，对比了夏季降水的季节内特征，分析了引起降水季节内变化的大气环流季节内振荡ISO 演变及源地。
小波分析表明，三年季节内降水周期差异明显，分别为20~30d 、20~40d 和10~20d 。
随之，以东亚季风区季节内振荡指数及热带外Rossby 波活动通量，诊断了引起三年季节内活动异常的热带和中纬度ISO 变率特点。
结果显示影响三年季节内降水的ISO 差异较大。
1991年受到来自印度洋10~30d 和中纬度高层Rossby 波10~30d 的ISO 共同影响，造成周期为20~30d 的低频降水；1998年ISO 来源路径单一，受中北太平洋30~60d 和10~30d 的ISO 西传叠加作用，降水表现为20~40d 的振荡；引起2016年季节内降水异常的ISO 源地较多，既有来自印度洋向东北传播30~60d 的ISO ，又有来自太平洋向西北传播10~30d 的ISO ，还有来自热带外10~30d 的ISO ，三者在长江中下游汇合，引起降水10~20d 的振荡。
研究结果对认识长江中下游夏季集中降水的形成有重要意义。
长江流域气候变化影响、脆弱性和适应性
长江流域气候变化影响、脆弱性和适应性第一章气候变化的观测事实与未来趋势本章主要对过去100 年和50 年长江流域的气候变化观测事实、气候变化可能原因做出科学评估，同时对今后50~100 年由于人类活动引起的气候变化可能趋势进行初步预估。
首先对全国和长江流域气候的基本特点进行简要介绍，第节阐述长江流域气候变化主要观测事实，第三节描述长江流域极端气候事件的变化情况，最后对长江流域未来温室气体排放情景下的可能气候变化趋势进行初步介绍。
第一节基本气候特点一．气温和热量根据1956-2005年气象观测资料，我国年平均地面气温为11.1C，其空间分布受纬度、拔海高度等因子影响较大。
中东部年平均气温整体上由南向北递减，纬向分布明显。
在内蒙古和黑龙江的北部年平均温度低于0C,东北和华北北部大部分地区10C以下，江淮地区为15〜16C,华南地区超过20C,海南岛24C 以上。
西部地势对年平均气温的分布有着显著影响。
在塔里木盆地和吐鲁番盆地为10〜14C，青藏高原大部、阿尔泰山、天山、祁连山等地区年平均气温在0C以下。
在流域上，珠江流域年平均气温最高，达到21 C ;松花江流域年平均气温最低，仅2.5C。
1 月是中国全年最冷的月份，南北温度梯度也最大。
在东北最北部的漠河等地1月份平均气温接近-30C，而在海南岛南部超过20C，南北温差达50C左右。
7月是我国多数地区（除沿海和岛屿外）全年最热的月份，东部南北温度梯度变得最小。
我国最南段的珊瑚岛7月平均温度为29C，而最北端的漠河地区也能达到18.4C。
同时，7月份西部地区温差却处于全年最大。
准葛尔盆地、塔里木盆地月平均温度超过24C（吐鲁番盆地达32C），而在青藏高原大部分是8〜16C，在最冷的伍道梁地区仅为5.4C o 长江流域气候温和，多年平均气温高于全国平均，年平均气温一般在12〜17C之间。
年平均气温空间分布呈东高西低、南高北低的分布趋势，中下游地区高于上游地区，江南高于江北。
长江源区和黄河源区降水量变化分析
ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｐ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｂ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ，ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ ａ ｎ ｄ ｇ ａ ｍｍａ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｂ ｏ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｎ ｕ ａ ｌ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｐ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｙｅ ｌ ｌ ｏ ｗ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｏ ｓ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ．Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｐ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
关 键词 ： 降水量 ； 概 率分 布 ； 长江 源 区 ； 黄 河 源 区
中图分 类号 ： Ｐ ３ ３ ３ 文 献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ４— ６ ９ ３ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ０ ０ ６— ０ ７
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｐ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｙｅ ｌ ｌ ｏ ｗ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
气候变化对长江流域洪涝灾害影响研究
气候变化对长江流域洪涝灾害影响研究气候变化是当前全球面临的重要挑战之一。
长江流域作为中国最长的河流流域，其地理位置和复杂的气候形势使得该区域特别容易受到洪涝灾害的影响。
因此，研究气候变化对长江流域洪涝灾害的影响至关重要。
首先，长江流域洪涝灾害与气候变化之间有着密切的关系。
长江流域位于亚热带到暖温带交界地带，受季风影响较大。
气候变化导致了长江流域降水的时空分布变化，进而影响了该地区的洪涝灾害发生频率和强度。
其次，气候变化引起的长江流域洪涝灾害主要有两个方面的影响。
首先，气候变暖导致冰川和雪冰融化加速，进而增加了长江流域的径流量和水位高度。
这种情况下，洪水容易发生，并且洪水的规模和范围可能会扩大。
其次，气候变化还会增加热带气旋和暴雨天气的频率和强度，这将导致长江流域出现更多的极端降水事件，如暴雨和短时强降水，从而增加了洪涝灾害的风险。
第三，长江流域洪涝灾害对该地区的经济和社会发展造成严重影响。
洪涝灾害导致农田受灾、蔬菜水果受污染，进而影响粮食和农产品的产量和质量。
此外，洪涝灾害还会造成人员伤亡和财产损失，对居民的生命财产安全构成威胁。
为了应对气候变化对长江流域洪涝灾害的影响，我们应该采取一系列的措施。
首先，加强气候监测和预警体系的建设，提前预测和预警洪涝灾害的发生，为民众提供及时的应对措施。
其次，加强防洪堤坝的建设和维护，增加河道的排水能力，降低洪涝灾害的风险。
此外，加强生态修复，保护和恢复湿地等自然防护屏障，减少洪水的侵袭范围。
同样重要的是，需要加强国际合作，共同应对气候变化对洪涝灾害的挑战。
长江流域跨越多个国家，其洪涝灾害的影响不仅限于中国，还涉及到该流域周边的其他国家。
因此，各国应该加强信息共享和合作，共同应对洪涝灾害的挑战。
最后，个人也应该加入到应对洪涝灾害的行动中来。
我们可以通过减少废弃物的排放、降低能源消耗、植树造林等方式，为气候变化的应对做出一份贡献。
综上所述，气候变化对长江流域洪涝灾害的影响不可忽视。
中国夏季降水影响因子的研究回顾
也 出现了间断。因此 ， 同年代际背景下影响中国 不 夏季 降水 的因子表现 出显著 的差异性 。近几十年
来， 学者对影响中国夏季降水的成 因进行 了大量的 研究 。以下将对已有 的研究成果进行 回顾 和讨论 。
季风指数 ， 高指数指示长江中下游为涝 ， 反之为旱 。
２期
郭
玲 等： 中国夏季降水影 响因子的研究 回顾
年代 际尺度 的气候振动 ， 的来说 ， 总 北方汛期降水 为由多到少 的气候变化趋势 ， 南方尤其是长江流域
２ 纪 ８— ９ 代 为 增 多 趋 势 ， ０世 ０ Ｏ年 即南 涝 北 旱 的气 候 趋 势 。钱维 宏 等 。 究 表 明 ， 江 中下 游 和华 南 。 研 长 降水 增 多 的 突变 发 生在 １７ ９９年 和 １９ 年 ， ９ １ 而华 北
员 和影 响 区域 不 一 样 ， 个 系 统 既 紧 密 联 系 ， 有 两 又 其 独立 性 。Ｚ ｕ等 ［ 一 步提 出 ， ｈ 进 东亚 季 风 可 划分 为南 海 季 风 和副 热带 季 风 ， 即南 海 一 西太 平 洋 热带 季 风 和大 陆一 日本 副热 带 季风 区 。 了定量 地 反应 为 季 风 的年 际 和季 节变 化 ， 要 定 义表 征季 风 强 弱 变 需
受 季 风 气候 的影 响 ， 中国汛 期 降水 不 仅 具 有年 际变 化 特征 ， 而且 具 有 明显 的年代 际变化 特 征 。陈 兴 芳 等 指 出 ， ５ 近 ０年 中 国汛 期 降 水 存 在 明显 的
化 的指数。郭其蕴＿ 采用海平面气压差来表征东 ｌ ７
亚 夏 季风 的强度 ， 指 数 在相 当程度 上 反 映 了东 亚 该 地 区上 空 环 流 的变 化 ，在 高 指 数 时 期 （ 夏 季 风 强 年 ）淮 河 以北 和 华 南 是 多 雨 的 ， ， 而长 江 流 域 少雨 ； 在 低 指数 时 期 （ 夏 季风 年 ） 弱 ，长 江及 其 以北 都 少
72-夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化
第51卷第6期2008年11月地 球 物 理 学 报CHINESE JOURNAL OF GEOP HYSICSVol.51,No.6Nov.,2008赵瑞霞,吴国雄,张 宏.夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化.地球物理学报,2008,51(6):1670~1681Zhao R X,Wu G X,Zhang H.Seasonal char acteristic and inter annual variabilit y of the atmospheric hydr ological cycle in t he Yangtze R iver basin dur ing t he summer monsoon period.Chinese J .Geophys.(in Chinese),2008,51(6):1670~1681夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化赵瑞霞1,2,吴国雄2,张 宏31中国气象局国家气象中心,北京 1000812中国科学院大气物理研究所LASG 实验室,北京 1000293中国气象局气象探测中心,北京 100081摘 要 本文利用NCEP/NCAR 再分析资料,分析了长江流域夏季风期间的水汽收支和循环,着重研究了不同月份与水汽收支的年际变化显著相关的大尺度水汽输送和环流异常.流域范围的西南夏季风水汽输送以6、7月最为强烈,经向输送在5~8月造成流域水汽辐合,9月造成辐散;纬向输送在5~7月造成流域水汽辐散,8、9月造成辐合.研究表明,在不同月份,流域的南北边界处的水汽输送在流域水汽收支的年际变化中起着不同的作用.这种变化与大气环流的异常密切相关.在夏季风相对较弱月份(5、8、9月),流域水汽收支的年际变化极大地受到流域南边界南风水汽输入通道的影响,对应于水汽收入偏丰年,该3个月500hP a 高空在青藏高原东部都存在显著异常低压区,而且,8、9月在中南半岛及其以东洋面存在显著异常反气旋环流,与8月西太副高的向西向南异常伸展,以及9月副高的西伸较弱和南北范围较宽有关,这些异常环流均造成南边界的大量异常水汽输入.而在夏季风十分强盛的6、7月,流域北边界南风水汽输出极大增加,成为流域水汽收入年际变化的关键敏感通道,对应于水汽收入偏丰年,6月500hPa 高空主要受中纬度以黄海和东海为中心的异常低压系统和气旋性异常环流影响,与该区域副高偏南、偏弱有关,而7月则主要受中高纬以外兴安岭为中心的异常高压和反气旋性异常环流影响,应该是由于该区域大陆高压的频繁生成造成的,它们均造成流域北边界水汽输出的异常减少.关键词 长江流域,水汽循环,夏季风,年际变化,异常环流文章编号 000125733(2008)0621670212中图分类号 P426收稿日期2007201229,2008209211收修定稿基金项目 国家气象局气候变化专项(CCSF200729);科技部项目(2006CB403600);国家自然科学基金项目(90502003,40475027,40221503,40523001)资助.作者简介 赵瑞霞,女,1974年生,博士,主要从事水文气象研究工作.E 2m ail:zhaor x@Seasonal char acteristic and interannual variability of the atmospheric hydrologicalcycle in the Yangtze River basin during the summer monsoon periodZH AO Rui 2Xia 1,WU Guo 2Xiong 2,ZH ANG H ong31N ational Meteorolo g ical Center ,China Meteo r o lo g ical Ad ministr ation,Beij ing 100081,China 2LASG,Institute of Atmosp heric Phy sics,Chinese Academy o f Sciences,Beij ing 100029,China 3Meteorolo g ical Ob ser vatio n Centre,Chin a Meteo r o lo g ical Ad ministr ation,Beijing 100081,ChinaAbstract The atmospheric hydrological cycle over the Yangtze River basin during summer monsoon period is examined using the NCEP/NCAR reanalysis.T he primary focus is the linkagebetween the interannual variability of the moistur e convergence in Yangtze River and the large 2scale water vapor tr ansport and cir culation fields.The southwest wind over the basin is strongest during June to July.T he meridional water vapor tr ansport makes convergence over the river in May to August,and divergence over it in September;and the zonal water vapor transport makes divergence over the river in May to July,and convergence over it in August to September.During6期赵瑞霞等:夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化the period when the summer monsoon is comparatively weaker over the east of China,such as May,August and September,the interannual var iation of the water vapor budget over the river is significantly affected by the variation of the south wind across the south boundary.While the Yangtze River is unusually wet,an anomalous low2pr essure is established over the east of Qinghai2Tibet plateau for the thr ee months,and an anomalous anti2cyclonic circulation accompanied with a positive air pressure anomaly is established over Indo2China Peninsula as well as its eastern ocean in August and September.T hese two anomalous cir culations all increase the water vapor input thr ough the south boundary.But during the period when the summer monsoon is compar atively stronger over the east of China,such as June and July,the water vapor output by the south wind across the north boundary is evidently increased,and becomes the most vital path for the interannual variation of the water vapor budget over the river.While the r iver is unusually wet,an anomalous cyclonic circulation accompanied with a negative pressure anomaly is established in June over the Yellow Sea and the East China Sea in mid2latitude,and an anomalous anti2cyclonic circulation accompanied with a positive air pressure anomaly is established in July over the r egion around the outer Xinganling mountain in mid and high latitude.These two different anomalous circulations all decrease the water vapor output thr ough the north boundary.Keywords Yangtze River basin,Water vapor cycle,Summer monsoon,Inter annual variability, Anomalous circulation1引言东亚夏季风的年际变化很大,可以达到季节变化的量级,这是季风演变最重要的特征之一.长江流域位于东亚季风区,其水分循环的年际变化十分明显,是我国涝灾的主要集中区,中游旱灾也十分频繁.因而,对长江流域水汽收支丰枯的年际变化及其对应的大尺度水汽输送环流异常进行研究是很重要的.已有的关于长江流域水分收支和循环年际变化的研究,大部分致力于分析该流域某区域某次暴雨期间的水汽通道和水汽源汇[1~5].如陶杰等(1994)[1]、胡国权和丁一汇(2003)[2,3]对1991年7月、1998年夏季江淮梅雨暴雨的水汽源地及其输送通道进行分析,指出江淮地区梅雨暴雨水汽主要来自孟加拉湾和南海及其以东地区,且主要以定常涡动的方式进行输送,在850~500hPa层有两个重要水汽源地,而地面到850hPa更重要的水汽源地是南海.在降水过程中,暴雨区的水汽主要是从南边界和西边界流入,东边界和北边界流出,并且水汽的流入、流出主要在中低层进行.也有研究利用合成分析的方法对长江中下游夏季旱涝年份的环流特征进行了统计[6~8],如杨辉(2001)[6]对1980~1997年6~8月期间长江中下游的严重涝月和旱月所对应的大气环流进行了合成分析,结果表明,长江中下游严重涝年,在对流层中下层,来自于孟加拉湾和南海的南风异常和长江流域以北的北风异常在长江中下游辐合,这两股异常气流分别与西太平洋上反气旋异常系统(中心位于22b N,140b E)和气旋异常系统(中心位于日本海)有关,严重旱年基本相反.降水首先必须要有充足的水汽供应,水汽可以来源于当地蒸发,也可以通过边界由其他区域输送而来.水汽辐合是外面水汽输入与当地水汽输出的综合效果,对于降水的多寡具有决定性的作用,其年际变化与降水显著相关[9~16].费建芳、乔全明(1994)的研究表明[9],强水汽辐合区和中国东部雨带的位置变化及热源分布有着密切关系.但是,从水汽辐合到形成降水,还需要有利的宏微观条件,因而大尺度大气环流异常与水汽辐合多寡的对应关系更加直接.本文将主要研究夏季风期间(5~9月),长江流域不同月份水汽收支的年际变化与大尺度水汽输送环流异常的对应关系.由上可知,以前的研究主要使用个例分析或者合成分析的方法,针对某次个例或者将整个夏季的旱涝作为研究对象,对于分析结果大多缺乏显著性检验.然而,随着夏季风的北进和南退,不同月份长江流域水汽收支的年际异常所对应的异常大尺度环流以及异常水汽输送通道不尽相1671地球物理学报(Chinese J.Geophys.)51卷同.本文将在流域尺度上[17,18],针对长江流域主要积水面积主体,使用回归分析方法[18],对夏季各个月份的水汽收支分别进行分析,且主要分析通过信度检验的研究结果.2 资料和方法说明本研究使用了NCEP/N CAR 再分析资料(以下简称NRA)中1958~2001年5~9月的2.5b @2.5b 网格资料,利用6小时一次的8层等压面(至300hPa)及地面的水平风速和湿度资料以及地面气压资料,计算了垂直积分(考虑地形)的整层水汽输送和辐合以及各层等压面的水汽输送.同时还使用了同期NRA 中500hPa 及850hPa 位势高度场资料.由赵瑞霞和吴国雄(2006,2007)[19,20]对NRA 的评估工作知,NRA 可以用于研究长江流域各月水汽收支的年际变化.垂直积分的整层水汽输送矢量(Q v )及其造成的辐合(MC),以及各层等压面水汽输送(Q vL )的计算方程如下:Q v =1gQ psptq V d p ,(1)MC =-$#Q v , (2)Q v L =q V ,(3)其中,上划线表示月平均,p t 及p s 分别指大气层顶气压(这里取300hPa)及地面气压,q 为比湿,V 为水平风矢量.垂直积分过程中,变量q 及V 首先在垂直方向上插值为等间隔的21层,然后进行积分.本文将首先分析长江流域夏季风期间水汽循环和收支的季节推进过程,并将主要使用回归分析方法,研究该流域夏半年(5~9月)各月份水汽收支丰枯年所对应的500hPa 和850hPa 高度场异常、整层水汽水平输送环流场异常的水平分布,以及与之相对应的各边界水汽输送异常的垂直分布.它们共同表征了异常的环流形势,并显示了该月对流域水汽收支年际变化有显著正贡献的各个通道(以下简称该月/敏感水汽通道0).另外,还给出了各月份长江流域水汽收支和各敏感水汽通道水汽收支的年际异常,分析了各月水汽收支丰枯年所对应的各通道的年际异常情况.文中所说的水汽收支丰(枯)年是指水汽收支指数值大于(或小于)它在年际变化中的一个正(或负)标准差值的年份.在以上所有的计算中,各变量的年际变化中均已去除线性趋势变化.这里就回归分析方法进行简单介绍.对于某特定月份而言,去掉1958~2001年该月流域水汽辐合MC 的时间序列的线性变化趋势,将得到的新的时间序列作为当月流域水汽收支指数,同时将每个格点(水平场或垂直场中)的水汽输送值和位势高度值的线性趋势也都去掉,将去除趋势变化后的格点变量对流域的水汽收支指数进行线性回归,然后取流域水汽收支指数年际变化中的一个正标准差值代入回归方程,从而得到对应于流域水汽收入偏多年环流异常的格点值.在回归分析中,使用相关系数t 检验对各格点的回归异常值进行了显著性检验,文中主要针对通过0.1信度检验的显著相关结果进行分析.长江流域的区域范围如图2a 中中国范围内的灰色粗实线所示,流域水汽辐合值即为该实线所围面积上的积分值,我们取(25b N ~34b N,97.5b E ~117.5b E)为其近似边界,来分析各边界的异常水汽输送情况.3 长江流域水汽收支的年循环及其年际变化幅度由图1可以看到,长江流域的水汽辐合在5~6月最大,其次就是7~9月,而12~2月则为水汽辐散,5~9月5个月期间的水汽辐合占全年水汽辐合的95.31%.而且,该流域总水汽辐合的年际变化幅度也在5~9月期间很大,以7月最大,9月次之,这应该与季风雨带的季节性北跳和南退进程的年际变图1 1958~2001年长江流域水汽辐合的多年平均季节循环(ave_MC,左坐标)和各月年际变化的标准差(SD_MC,右坐标)(mm #day -1)Fig.1 Annual cycle of the long 2term mean monthly moisture conver gence (left coordinate)and the standar d deviat ions of the monthly moist ur e convergence (r ight coor dinate)for the Yangtze River basin during 1958~2001(mm #day -1)16726期赵瑞霞等:夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化化较大有关.5月、8月流域水汽辐合的年际变化幅度基本相同,6月略大.可见,不论长江流域的水汽辐合本身,还是其年际变化幅度,均在5~9月期间达到年内较大值,因而本文将主要针对长江流域5~9月各个月份水汽收支的年际变化,分析与之对应的大尺度环流异常.4长江流域水汽循环的季节推进过程以及各月水汽收支丰枯年份所对应的大尺度水汽输送环流异常5~9月基本上包括了东亚夏季风发展北进和减弱南退的整个进程,随着季风系统的北进和南退,各个月份影响流域水汽收支的环流形势有很大的不同,造成流域水汽收支年际变化的环流异常也会有很大的变化,所以,分别讨论5~9月期间每个月的水汽收支丰枯年份所对应的大尺度水汽输送环流异常,有利于更清楚地了解长江流域夏季旱涝的形成机理.4.15月份由图2a,2f知,5月份,500hPa西太副高脊线仍然位于15b N附近,西南夏季风刚刚建立.长江流域的水汽主要来自于流域南边界和西边界的西南风输入,其中西边界的水汽收入远小于南边界,而主要的水汽输出通道为流域东边界的西风输出,其量值与南边界的水汽输入十分接近,北边界的向北输出相对较弱.经向输送造成流域水汽辐合,而纬向输送则造成流域水汽辐散.首先,一支强西南水汽输送带自孟湾南部经中南半岛、南海北部,向长江流域中下游输送大量水汽,南风分量输送大值区主要位于长江流域以南.同时,25b N附近存在强西风水汽输送带,在孟湾北部转为西南风输送,由西边界及南边界进入流域.另外,经由菲律宾群岛而来的东南水汽输送在中南半岛附近转为西南输送,加强了西南输送带的强度.图3给出了长江流域5月份水汽收支偏多年(+1.0R)所对应的整层水汽输送矢量显著异常场、500hPa显著异常高度场和水汽收支丰枯年的586线位置,与之相对应的流域各边界水汽输送异常的垂直分布,以及该月水汽辐合和各敏感水汽通道水汽收入的年际异常.图3(a~e)中的水汽输送异常及位势高度异常,都是使用前面第3节中介绍的线性回归分析方法计算得到的.以下只对与流域水汽收支年际变化显著相关的结果进行阐述和分析,图3a中所显示的异常量即为通过0.1信度检验的显著相关结果,图3(b~e)中色标所示深度的阴影区为通过0.1信度检验的显著相关结果,后面4.2~ 4.5小节中也是如此.由图3(a~e)可以看到,长江流域水汽收入偏多年,500hPa高度场上在鄂霍次克海存在高度显著正异常区(图3a),这可能与该地区阻高的频繁生成有关.在其西南侧存在由日本海而来、途经黄海的东南偏东异常水汽输送,经流域东边界700hPa以下进入流域,大值中心位于920hPa 左右(图3c),并增加了流域北边界东部700hPa以上的北风输出(图3e).同时,在青藏高原东部存在高度负异常中心(图3a),其东南侧存在西南风异常水汽输送,自印度半岛、孟湾东南部及中南半岛而来的水汽,由南边界中东部几乎整层流入长江流域(图3d),在110b E的850hPa层存在异常输入大值中心,并造成流域东边界南部900~600hPa之间的水汽输出(图3c).在南边界的异常水汽输入中,还汇入了由菲律宾群岛附近和新几内亚岛以北附近洋面而来的在中南半岛转向的西南风异常水汽输送(图3a).由上可见,长江流域5月水汽收入偏多年,副高位置没有显著异常,但明显受到500hPa等压面上高原东部异常低压和中高纬鄂霍次克海异常高压系统的影响,与之相对应,对流域水汽收入有显著正贡献的敏感水汽输送通道包括:南边界中东部几乎整层的异常输入通道、东边界中北部低层的异常输入通道.由图3c,3d,3f可知,所有正贡献敏感通道中,南边界通道的异常水汽收支及其年际变化幅度都更大一些.需要说明的是,在图3f及后面图4~7(f)中,南边界和西边界/水汽收入0的年际异常对应着该两边界水汽输送通量的年际异常,而东边界和北边界/水汽收入0的年际异常则定义为该两边界水汽输送通量年际异常的负值.1958~2001年期间,长江流域5月水汽收入的偏多年份有1962、1967、1970、1971、1972、1975、1978、1983、1984、1988年等10年,其中有5年两个正贡献敏感通道均存在向流域的异常水汽输入,3年只有南边界中东部通道存在异常水汽输入,其他2年则只有东边界中北部通道存在异常水汽输入;长江流域5月水汽收入偏少年份有1958、1960、1965、1966、1969、1979、1981、1982、1986、1994、2000年等11年,2个正贡献敏感通道大部分年份为异常水汽输出,其中有6年两个通道均为向流域外的异常水汽输出,3年只有南边1673地球物理学报(Chinese J.Geophys.)51卷图2 1958~2001年(a)~(e)5~9月亚洲季风区整层积分的水平水汽输送矢量(kg #m -1#s -1)和500hPa 高度场586、588线(gpdm)位置的水平分布场,以及(f)长江流域西(T rw)、东(T re)、南(T rs)、北(T rn)边界水汽输送通量和经(Bgt_y)、纬(Bgt_x)向水汽收支(1.0@1012kg #day -1)的季节循环(a)~(e)中阴影为经向水汽输送绝对值大于100kg #m -1#s -1的区域;(a)中中国范围内的灰色粗实线为长江流域边界,黑色细实线矩形框为其概化边界.F ig.2 The long 2term mean vert ically integrated horizontal moistur e f lux (kg #m -1#s -1)and the 586,588cont ours (gpdm)of t he 500hP a geopotential height field for (a)~(e)May to September over the Asia Monsoon ar ea during1958~2001,and (f)the long 2term mean annual cycle of zonal (Bgt_x)and meridional (Bgt_y)water vaporbudgets and the moisture fluxes through the west (T rw),east (Tr e),south (T rs)and nort h (Tr n)boundaries (1.0@1012kg #da y -1)Regions where the meridional water vapor transport exceeds 100kg #m -1#s -1are shaded in (a)~(e);In (a),the th ick solid cur ve in Ch ina is the Yangtze River bas in outline,an d the thin s olid r ectangle boxis the approximate outline of the Yangtze River basin.界中东部通道存在异常水汽输出,其余2年只有东边界中北部通道存在异常水汽输出.4.2 6月份6月份(图2b,2f),西太副高脊线北移至24b N 左右,且明显东移,西南季风极大加强并向北推进,强水汽输送带变宽.越赤道气流以及孟湾、南海和中国东南部南风分量加强,20b N~30b N 印度半岛的西北风输送也比较强.此时,由于季风系统的整体北进,由西太平洋而来的东南风输送对于长江流域的水汽输入不再有明显的加强作用.与以上输送流场的变化相对应,长江流域南边界、西边界的西南风输入均加强,北边界及东边界的西南风输出也加强.其中南、北边界水汽吞吐量的增加更为明显,尤其是南边界的水汽输入,因而大大增加了流域6月的水汽16746期赵瑞霞等:夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化图31958~2001年5月份长江流域水汽辐合偏多年(+1.0R)所对应的(a)整层水汽输送矢量显著异常场(kg#m-1#s-1)、500hPa显著异常高度场(阴影) (gpdm)和水汽收支丰(实线)、枯(虚线)年500hP a高度场586线(gpdm)位置,以及水汽辐合偏多年所对应的(b)西、(c)东、(d)南、(e)北边界异常水汽输送通量的垂直分布场(1.0@10-3m#s-1);(f)流域水汽辐合(MC)的年际异常(kg#s-1),以及对流域水汽收支年际变化有显著正贡献的各敏感水汽通道水汽收入的年际异常(kg#s-1),其中包括南边界103b E以东整层通道(Rs)和东边界27.5b N以北700hP a以下通道(R e) (a)中所显示的显著异常量均通过0.1信度检验;(b)~(e)中色标所示深度阴影区为通过0.1信度检验部分,与横坐标相接的黑色直方柱阴影区为地面气压(hPa),图中,南风和西风异常输送为正,北风和东风异常输送为负;(f)中三条横线分别代表水汽辐合的偏多、偏少年标准(?1.0R)以及零线,MC、Re 对应左坐标,Rs对应右坐标;线性回归分析中的各要素以及图中各要素均已去除线性趋势变化.F ig.3The regression ma p of(a)the verticallyintegrated hor izontal moisture flux(kg#m-1#s-1) and500hP a geopotential height field(gpdm)based on the moist ur e convergence index for t he Yangtze R iver basin,the vert ical cross2sections of the regression map of moisture flux of the(b)west,(c)east,(d)south and(e)north boundar ies,and t he(f)interannual anomalies of moisture conver gence(MC)(kg#s-1) for the Yangtze R iver basin and the moisture input fluxes(kg#s-1)of different sensitive paths whose water vapor fluxes show str ong posit ive cor relat ions with the total moisture budget of the River.The sensitive pat hs include south(R s)and east(Re)r outes T he moistur e flux is draw only when the regression is90% statistically significant in(a).And in(b)~(f),the90% statistically significant areas are s had ed as the color bar,the dark histogram conn ected to the ab sciss a denotes the su rface air pr ess ure(hPa),th e south an d west wind anomalies are positive,and the north an d east wind anomalies are negative.In(f),th e th ree horizontal lin es repr esent the stan dards when the total m oisture budgets equal to? 1.0R an d zero separately,the left coordinate is corres ponding to MC and Re, and the right coordinate is cor respondin g to Rs.Th e linear tren ds of all the elements in the pictu res and th e regression process have been subtracted.收入(参见图1).长江流域6月水汽收入偏多年(图4),以黄海及东海为中心,在中国东部至150b E以西太平洋面,存在一个显著的气旋性水汽输送异常环流,对应500hPa在该区域存在一个高度负异常中心区,与该区域副高位置偏南有关(图4a).此异常环流北支的东北风气流,造成长江流域北边界中东部以850 hPa为大值中心几乎整层的大量北风异常输入(图4e),以及东边界北部900~400hPa的显著东风异常输入(图4c);同时在发生转向后,增加了东边界南部800hPa以上的东风输出.北边界的异常北风输入应该主要对应于南风输出的减少,实际上是一种季风水汽输送向北推进的受阻现象.该异常环流南支的西南气流由中南半岛及南海北部而来,由于位置偏南、偏东,并未明显增加流域南边界的水汽收入.另外,此500hPa高度场上的异常低压一直向西延伸至阿富汗地区,高原上也为异常低压(图4a),与此对应,在其南侧低纬地区存在从阿拉伯海途经印度半岛的西风水汽输送异常,从西边界横断1675地球物理学报(Chinese J.Geophys.)51卷图4同图3,但为长江流域6月份,且(f)中对流域水汽收支年际变化有显著正贡献的水汽通道包括西边界南部边缘550hPa以下通道(Rw)、东边界32b N以北(900~400hPa)层通道(Re)和北边界104b E以东整层通道(R n)(f)中Rw、Re对应左坐标,MC、Rn对应右坐标.Fig.4As in Fig.3except for June,and the sensitive paths include west(R w),east(Re)and nor th(Rn)r outesT he left coordinate is corresponding to Rw and Re,and theright coordinate is corres ponding to MC and Rn in(f).山脉地区550hPa以下进入长江流域(图4b).两支气流在长江流域汇合(图4a),形成辐合,增加了长江流域的水汽收入.可见,6月长江流域水汽收入的偏多,主要受中纬度以黄海和东海为中心的异常低压系统及其向西延伸的异常低压带的影响,对流域水汽收入有显著正贡献的敏感水汽输送通道包括:北边界东部整层异常输入通道、东边界北部中层异常输入通道、西边界南部边缘低层异常输入通道.由图4b,4c,4e,4f可知,所有正贡献敏感通道中,北边界通道的异常水汽收支及其年际变化幅度最大.1958~2001年期间,在长江流域6月水汽收入偏多年份1962、1964、1968、1973、1974、1998年等6年中,北边界和东边界正贡献敏感通道有3年为异常水汽输入,西边界正贡献敏感通道有4年为异常水汽输入;在6月水汽收入偏少年份1960、1961、1966、1984、1988、1993、2001年等7年中,与流域东北侧异常东北风输送气流对应的北边界或东边界正贡献敏感通道有4年为异常水汽输出,西边界正贡献敏感通道有3年为异常水汽输出.4.37月份7月份(图2c,2f),副高脊线北移至27b N左右,西南季风水汽输送带进一步加强、变宽、北进,中国东部的南风分量进一步加大、并极大地向北扩展,西风分量减小;印度半岛北部(20b N~30b N)的西北风水汽输送明显减弱,与之相对应,孟湾北部至长江流域西边界的西风输送分量也有所减小,南风分量加大.因而流域东、西边界的西风输送减弱,尤其是东边界,纬向水汽辐散减少.而南、北边界的南风水汽输送进一步加强,尤其是北边界的南风输出极大加强,因此,经向水汽辐合减少.且经向辐合的减少量大于纬向辐散的减少量,所以7月总的水汽辐合量减少(参见图1).由图5可以看到,长江流域7月水汽辐合偏多年,在长江流域30b N以北至高纬地区存在一个大范围的反气旋性异常环流(图5a),对应500hPa在(82.5b E~140b E,45b N~65b N)范围存在以外兴安岭为中心的位势高度正异常中心区,这应该与该地区大陆高压的频繁生成有关.此反气旋南支的东北风异常水汽输送指向长江流域地区,在长江流域北边界中东部以及东边界北部造成东北风异常水汽输送.北边界中东部的显著北风异常水汽输入(图5e),在103b E~109.5b E之间主要位于地面到650hPa,以靠近地面处最大,向上逐渐减少;而在111b E以东则主要位于890hPa以下,大值中心位于920hPa附近.此异常北风输入实际上对应于南风输出的减少,表征了季风水汽输送向北推进的受阻现象.东边界北部的显著东风异常水汽输入主要位于32.5b N~34b N 之间的930~600hPa层,大值输送中心位于900hPa (图5c).1676。
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第51卷 第1期 2006年1月 论 文
104 www.scichina.com 长江流域汛期降水年代际和年际尺度变化 影响因子的差异 平 凡① 罗哲贤② 琚建华③(① 中国科学院大气物理研究所, 北京 100029; ② 南京信息工程大学, 南京 210044; ③ 中国气象局培训中心, 北京 100081.
E-mail: pingf@mail.iap.ac.cn)
摘要 长江流域汛期(6和7月)降水量的变化, 不仅具有年际变化特征, 而且具有明显的年代际变化特征. 自上世纪90年代以来, 中国长江流域汛期的降水明显增多, 表明在年代际尺度上, 长江流域汛期的降水进入了一个丰沛期. 研究表明, 近年来长江流域汛期降水具有高基本态和高变化率的特征, 它是由影响年代际变化的因子及年际变化的因子共同作用结果. 利用NCAR/NCEP资料分别对这两种时间长度的大气环流进行了分析和诊断, 发现影响年代际变化的因子和年际变化的因子是不同的. 因此要预测长江流域汛期的降水量变化, 必须将年代际变化和年际变化这两种时间尺度进行分离, 清楚地认识控制或影响各时间尺度的物理因素.
关键词 长江流域 年代际变化 年际变化 影响因子
长江流域汛期降水的预测是中国每年汛期降水预测的一个重要内容, 因此非常有必要认清长江流域夏季降水的变化规律及其产生的原因. 研究发现, 长江流域夏季降水存在着明显的准6~7年年的代际和年际变化: 在年代际时间尺度上, 20世纪50年代至1963年长江流域降水处于偏多阶段, 从1964年至20世纪70年代末降水明显减少, 90年代至今, 由于全球气候增暖趋势非常明显, 长江流域降水显著增 多[1]. 在年际时间尺度上, 受东亚夏季风的年际变率大的影响, 长江流域汛期降水作为大尺度季风降水现象, 也具有相当显著的年际变化, 近年来长江流域的汛期降水量的变化明显加大, 特别是90年代以来, 1993, 1998, 1999年都有洪水或大洪水发生. 由于上述不同时间尺度之间的相互作用, 使得长江流域夏季降水的空间结构发生了显著变化, 使得对长江流域夏季降水的预测及研究十分困难. 全球大气海洋系统在20世纪70年代末一致性地经历了一次跃变, 其结果导致80年代以来, 全球大范围地区明显增暖, 赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸等海域海表温度偏高, 这种东太平洋地区的海气系统的突变造成东亚夏季风长达数年的持续异常, 长江流域从20世纪90年代开始进入多雨 期[2,3]. 在年代际时间尺度上, 长江流域夏季降水从后20世纪50年代至1963年处于偏多阶段, 从1964年到20世纪70年代末处于偏少阶段, 20世纪90年 代以来处于显著偏多的阶段[4]. 对产生这种年代际变化原因, 已有了一些研究. 葛旭阳[5]认为, 赤道太平
洋地区的海温有显著的年代际变化, 即存在着“年代际ENSO”现象. 赤道太平洋大范围海水增暖特别是中国东部近海海温的异常增暖, 将减弱海陆热力对比, 导致东亚夏季风强度明显减弱, 引起长江流域夏季降水的增加. 姜彤和施雅风[6]指出, 全球气候变暖,
使得水循环加快, 势必导致海洋与陆地水体蒸发增加, 长江流域降水显著增加, 降水的极值事件频繁发生. 慕巧珍和王绍武[7]则通过对近百年来西太平洋副
高变化的模拟研究, 发现西太平洋副高的年代际变率与长江流域降水年代际变率有着密切的关系. 赵平和陈隆勋[8]通过对35年来青藏高原大气热源特征
的分析, 发现在年代际变化尺度上, 青藏高原春季热源对于长江流域的汛期降水有比较好的指示意义, 它与同期长江流域降水存在着明显的正相关. 尽管这些研究在一定程度上揭示了长江流域汛期降水的年代际变化, 但总体说来还未能得出比较概括性的结论. 由于东亚夏季风的年际变率大, 中国东部的夏季降水具有相当显著的年际变化特征. 一些研究分析了长江流域夏季降水年际变化及其原因. 郭燕娟和杨修群[9]通过对全球海气系统年际变化的时空特
征分析, 表明SST最大的年际变化发生在赤道东太平洋, 第一EOF对应的时间序列表现为明显的年际 论 文 第51卷 第1期 2006年1月 www.scichina.com 105 ENSO振荡, 因此ENSO是影响中国长江流域降水年际变化的强信号. 龚道溢[10]等指出, 在年代际尺度上, 近百年的5月北极涛动指数与夏季降水相关最高达−0.39, 超过99%信度水平. 如果春季北极涛动强, 随后夏季急流位置偏北, 雨带位置也北移, 从而造成长江流域降水的减少, 反之亦然. 薛峰[11]等的研究征实, 东亚夏季风降水与马斯克林高压和澳大利亚高压有密切关系. 当北半球从春至夏, 马斯克林高压增强时, 长江流域多雨, 华南少雨. 张顺利[12]等的研究则表明, 造成长江流域降水异常增多的条件是, 太平洋副热带高压、南海季风涌、中尺度冷空气和青藏高原中-α尺度对流系统的最佳组配. 总之, 目前对长江流域夏季降水的年际变化的成因, 还未能达到比较一致的看法. 考虑到长江流域汛期降水具有明显的年代际变化特征, 而目前在对长江流域降水年际变化进行研究时, 往往会将年代际变化也混淆近来, 特别是在利用较长时间序列资料进行分析时更是如此. 因此, 在本研究中, 我们将试图对长江流域降水变化中存在的年际时间尺度和年代际时间尺度进行分离, 并分别研究在两种不同的时间尺度上, 与长江流域降水相关联的海温、和大气环流异常, 以便对可能的物理成因有更深入的认识. 在此基础上, 对影响长江流域汛期降水的年代际和年际变化的因子进行分析, 给出分析和预测长江流域汛期降水的初步结论. 需要指出的是, 本文仅研究海温及大气环流变化对长江流域汛期降水的影响, 是基于如下的考虑. (ⅰ) 大量研究表明, 海温异常是影响长江流域汛期降
水的第一强信号[11], 同时海温异常具有明显的年际
与年代际变化特征. (ⅱ) 大气环流变化综合了各个因子对长江流域汛期降水的影响. 季风本身是大气环流系统的一部分; 而冰雪, 高纬度因子对长江流域汛期降水的影响是间接的, 其作用是引起大气环流的变化, 再由大气环流变化影响到长江流域汛期降水. 因此, 研究海温及大气环流变化异常, 能大致反映出长江流域汛期降水的基本特征.
1 资料和方法 1.1 资料简介 本研究所选用有以下几个来源, 主要资料为中国160个台站的月降水总量资料和NCEP/NCAR再分析资料, 月平均海温资料取自COADS, 从1950年
1~2002年12月, 共52年. 中国160个台站夏季的月降水总量资料, 时间从 1951~2003年. 本研究中的长江地区位于102~124°E, 27~33°N范围内, 覆盖中国23个台站, 我们选取这包括台站的降水量作平均, 用来代表长江流域地区的降水量. 1.2 分析方法 由于本研究主要是从长时间序列资料中, 提取年际和年代际变化的信息. 拟采取的统计方法包括, 小波分析、带通滤波、合成分析等. 首先对长江流域汛期降水序列资料进行小波变换, 提取年代际变化的显著周期. 再对序列资料进行滑动平均, 提取年代际变化的信号并进行分析. 其次, 在选出降水量异常变化的年份的基础上, 对其序列的大气环流及海温场进行滤波, 以扣除年代际变化的信息, 再对其进行合成分析, 以了解与降水量年际变化相关的大气环流及海温异常. 最后分析出长江流域汛期降水的年代际和年际变化的影响因子.
2 年代际变化 长江流域汛期降水主要集中在6, 7月, 其降水的年代际变化也主要体现在6, 7月. 本文的汛期分析主要指6, 7月, 降水量是6月降水量与7月降水量的算术和. 为了给出长江流域汛期降水量年代际变化准确的周期, 我们利用序列资料(从1950~2002年)进行小波分析, 以Morlet函数为母小波, 通过对其实部的分析来提取序列资料的显著周期, 从长江流域汛期降水量小波变换中, 发现存在着明显的6~7年周期( 图略), 由此可认为长江流域汛期降水量的年代际变化是6~7年. 图1是1951年到2002年长江流域汛期降水量的年际变化曲线和7年滑动平均图, 由此可看出长江流域汛期降水明显地年代际变化. 长江流域降水在50年代末有显著的减少, 在60年代末至70年代初略有回升, 从70年代初至80年代末, 降水量维持在一个较低的水平上, 在90年代降水量显著增多. 在本文所选用的资料中, 降水在70年代初有回升, 因此我们选取72年至88年为长江流域汛期降水的旱期, 89年至02年为涝期. 72~88年这18年旱期降水的平均值为336 mm, 标准差为54 mm; 89~02年这14年涝期降水的平均值为414 mm, 标准差为70 mm. 两段时间降水的平均值差达78 mm, 这反映了长江 第51卷 第1期 2006年1月 论 文
图1 1951~2002年长江流域汛期降水量的变化 折线为7年滑动平均值; □, ■ 线分别表示小于和大于7年滑动平均值0.5个标准差值的曲线, 中间实线段分别为1972~1988年和1989~2002时间段的平均值(单位: mm)
流域汛期降水在90年以后有明显的突变. 在用NCEP再分析资料进行年合成分析时, 为了考虑NCEP再分析资料的不连续误差的可能影响[13],
我们用独立资料—日本气象厅历史气候月平均资料进行了检验, 发现NCEP的年合成资料与实测合成资料有较好地一致性, 因此NCEP再分析其可用于合成分析. 图2(a)是用涝期(89~02)平均海表温度减去其旱期(72~88)平均所得差值. 图中最明显增暖现象发生在El Niño 3区(5°N~5°S, 150°W~90°W), 海表异常增温可达0.6℃, 它为海温差范围最大地区. 可见, 在年代际时间尺度上, 确实存在着“年代际ENSO”现象, 即El Niño 3区的海表异常增温. 我们对旱、涝期的位势高度异常也进行了分析(图略). 结果表明, 在对流层低层涝期(相较于旱期而言)在贝加尔湖至鄂克次库海地区为正异常区, 中心在中国华北地区, 马斯克林高压(5°N~5°S, 150°W~ 90°W)也异常增强; 除上诉区域中心外的大部分区域未通过95%信度检验; 在对流层高层涝期与旱期位势高度异常场的差异不明显. 从时间序列资料上看, 影响中国气候较大的欧亚大陆对流层低层30°~60°N地区平均位势高度场进行诊断, 发现在1975年以前, 位势高度是明显的负异常, 在80年代开始出现位势高度正异常, 90年代则完全是位势高度正异常区. 上述结果说明, (ⅰ) 从贝加尔湖至鄂克次库海地