基于10年GPCP降水资料的全球极端降水分布分析

第３４卷第１期　气象研究与应用　２０１３年３月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＭＥ　ｐ　垦垦曼垦　旦垒　垒　！　垒！！Ｑ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．１　

Ｍａｒ．２０１３　

文章编号：１６７３—８４１１（２０１３）０１－００１３－０４　基于１０年ＧＰＣＰ降水资料的全球极端降水分布分析　

管习权　，林　娜　，王　雨　（１．揭阳市气象局，广东揭阳５１５５００；２．中国科学技术大学地球与空１９科学学院，安徽合肥２３００２６）　

摘　要：利用ＧＰＣＰ的１９９７—２００６年全球１。×１。格点降水日资料，对全球年平均的降水，以及夏季极端降水高值区域　频次和强度进行了分析．并比较了其与ＥＮＳＯ的ＯＮＩ指数的关系。取得了以下结果：赤道附近是全年多雨区，极端　降水高值区域多分布于此。赤道东太平洋夏季极端降水的频次和强度变化基本是一致的，西太平洋暖池也有相同　的特点。但是两者最强最弱年份却刚好相反，且都发生在ＥＮＳＯ冷暖年，但无明显的正负对应关系。我国中东部夏季　极端降水最强年（１９９８年）发生在极强ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ年一１９９７年的次年，最弱年（２００１年）也发生在持续２４个月的极强的　Ｌａ　Ｎｉｆｉａ事件之后，但两者没有明显的正负对应关系。孟加拉湾夏季极端降水频次和强度的年际振荡强弱有相反的　特点。长江中下游（６，７月）极端降水频次和赤道东太平洋（７，８月）极端降水频次有一定的滞后相关性，置信度为　９５％。　关键词：ＧＰＣＰ；夏季；极端降水；ＥＮＳＯ　中图分类号：Ｐ４５８．１　１　文献标识码：Ａ　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉ０ｎ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｂｙ　１０ａ　ＧＰＣＰ　Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉ０ｎ　Ｄａｔａ　Ｇｕａｎ　Ｘｉ—ｑｕａｎ　，Ｌｉｎ　Ｎａ　，Ｗａｎｇ　Ｙｕ　（１．Ｊｉｅｙａｎｇ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｅｒｖｉｃｅ，Ｊｉｅｙａｎｇ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，５　１　５５００；　２．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅａｒｔｈ　ａｎｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　Ｈｅｆｅｉ　Ａｎｈｕｉ。２３００２６）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　Ｏ　ｔｈｅ　ＧＰＣＰ　１９９７－２００６　ｇｌｏｂａｌ　１。Ｘ　１。ｌａｔｔｉｃｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｄａｔａ，ｔｈｅ　ｇｌｏｂａｌ　ａｖｅｒａｇｅ　ａｎｎｕａｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｕｍｍｅｒ　ｅｘｔｒｅｍｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｖａｌｕｅ　ａｒｅａ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ　ｗｉｔｈ　ＥＮＳＯ　ＯＮＩ　ｉｎｄｅｘ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ：ｔｈｅ　ａｒｅａ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｅｑｕａｔｏｒ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｐｌｕｖｉａｌ　ｒｅｇｉｏｎｓ　ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ　ａ　ｙｅａｒ，ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｅｘｔｒｅｍｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｈｉｇｈ　ｖａｌｕｅ　

ａｒｅａ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ＧＰＣＰ；ｓｕｍｍｅｒ；ｅｘｔｒｅｍｅ　ｐｒｅｅｉｐｉｔａｔｉｏｎ；ＥＮＳＯ　

ＩＰＣＣ第二次科学评估报告指出了极端气象事　件变化研究的重要意义，并力图回答“气候是否更加　容易变化或更加极端化了？”这个难题［１］。在国内运　用雷达和雨量计的测站资料分析西北、东北、新疆　、长江流域等特定区域降水的研究已有很多，比如刘　学华等分析了中国近４０ａ极端气温和降水分布特征　及年代际差异＿２］．赵庆云等研究了西北东部极端降　收稿日期：２０１２—１１－０２　作者简介：管习权（１９８５一），湖北荆州人，大学本科，从事天气预报工作。　水事件及异常旱涝季节变化倾向¨３］，张永领等对我　国东部夏季极端降水与北太平洋海温的遥相关进行　了研究［４］．扬莲梅研究了新疆极端降水的气候变化　＿５＿，王明沽研究了深圳汛期极端降水事件变化特征＿６］　

等等。而在全球尺度，运用卫星资料进行极端降水分　析却很少。　１４　气象研究与应用　３４卷　１资料与方法介绍　全球降水气候学计划（ＧＰＣＰ）是ＷＣＲＰ（ｔｈｅ　Ｗｏｒｌｄ　Ｃｌｉｍａｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒａｍ）的一部分，它于　１９８６年由ＷＣＲＰ建立——目的是在全球范围内观　测、估算降水的时空平均量［７］。ＧＰＣＰ综合红外和微　波卫星观测和全球６０００多个常规（雨量器）观测资　料，并生成全球降水估计资料。从１９９７年开始生成　全球经纬度１。×１。逐日降水资料，本文使用１９９７—　２００６年１０ａ的资料，分析极端降水变化。　对于极端降水，本文采用的是绝对阈值，选取的　是５０ｒａｍ／ｄ（暴雨），２５ｍｍ／ｄ（大雨）２个值，做了全球　的极端降水频次分析。在区域极端降水分析时，仅选　取５０ｍｍ／ｄ（暴雨）作为阈值，选取了２个极端降水　指数　：极端降水频次百分比，极端降水强度来对比　分析。　极端降水频次百分比：每年（或季、月）的极端降　水日数／资料总极端降水日数。计算出百分比是为了　方便比较不同区域同期的极端降水情况。　极端降水强度：每年（或季、月）的极端降水量／　每年（或季、月）的极端降水日数。　

２全球降水分布　图１（见彩页）是全球１９９７—２００６年１０ａ年平均　降水分布图（单位ｍｍ／ｄ）。由图可以看出：赤道附近　降水最多，两极地区降水最少。南北回归线两侧、大　陆西岸在副热带高气压带控制下的地区降水较少，　大陆东岸夏季风来自海洋，降水多。例如大陆西岸的　西亚、北非盛行东北信风干燥少雨；大陆东岸的亚洲　东部，夏季盛行来自海洋的偏南风，湿润多雨。中纬　度地带，内陆地区，距海较远降水少，如我国的西北　地区。　３夏季极端降水事件全球分布　全球降水夏季最强，而且夏季的强降水地区比　较集中。我们选取夏季来做季节尺度的全球极端降　水分析，分别定义绝对阈值为５０ｍｍ／ｄ（图２，见彩　页），２５ｍｍ／ｄ（图略）。我们发现夏季２５ｍｍ／ｄ的极　端降水总数分布和夏季平均降水分布有很高的相　似性．两者的高值区域也很好的吻合，因此２５ｍｍ／　ｄ并不能作为阈值代表极端降水的趋势。在做区域　极端降水指数分析时，我们选取５０ｍｍ／ｄ作为阈　值。　

强极端降水区域主要分布在孟加拉湾．中国大　陆东岸海域（暖池），还有赤道东太平洋地区。孟加拉　湾，中国大陆东岸海域分别为印度洋和太平洋比较　著名的水汽通道，雨量充沛．赤道东太平洋地区为大　气经圈环流的辐合上升区，降水也很充足。　

４高值区域的极端降水年际变化　如图２所示．我们选取４个１０。ｘｌ０。的区域．１　号区域赤道东太平洋地区（１１０Ｏ　１２０。Ｗ，８ｏ　１８。Ｎ），　２号区域我国中东部（１ｌ０。　１２０。Ｅ，２５。一３５。Ｎ），３号　区域孟加拉湾（８５。～９５。Ｅ，１５。一２５。Ｎ）和４号区域西　太平洋（暖池）（１３０￣－１４０。Ｅ，１０。～２Ｏ。Ｎ）。由于降水并　不具有时间和空间上的连续性，在区域平均后，降水　强度Ｅｌ平均量大概在１５ｍｒｎ／ｄ左右．在夏季１０年　９２０个时间序列中能达到５０ｍｍ／ｄ或者２５ｍｍ／ｄ的　天数很少，或者几乎没有。因此不能做上述２个极涝　指数的年际变化图，所以本文没有采用区域平均的　方法，而是将格点资料作为测站资料来统计分析。将　区域中１００个格点当作１００个测站，各测站极端降　水天数和强度累加后作为该区域的极端降水天数和　强度值．分别做出以上４个区域的极端降水频次百　分比和极端降水强度的１０年变化图。绝对阈值取为　５０ｍｍ／ｄ。　由图３可知，除了２００３年以外。赤道东太平洋　地区的频次和强度的变化基本吻合．即极端降水事　件发生多的年份，其降水强度也随之增大，反之一　样。其余３个地区年际变化规律对应不明显，图略　去。　综合各区域变化规律可知，１号赤道东太平洋　和４号西太平洋暖池极端降水的频次和强度变化　基本是吻合的，但是二者最强最弱年份却刚好相　反，西太平洋暖池２００４年达到最大，１９９８年最弱，　而赤道东太平洋地区２００４年为最弱年，１９９８年为　最强年。　我国中东部和孟加拉湾极端降水变化各有特　点．我国中东部极端降水频次和强度变化没有明显　对应关系．孟加拉湾极端降水频次和强度的年际振　荡强弱有相反的特点。　在我国中东部１９９８年为强年．２００１年为最弱　年．赤道东太平洋地区１９９８年为强年，２００１年也为　弱年，我国中东部和赤道东太平洋地区极端降水强　弱年可能有一定的对应关系，在第六节中我们将选　取长江中下游再做细致的相关分析。　１期　管习权，林娜，王雨：基于１０年ＧＰＣＰ降水资料的全球极端降水分布分析　１５　（ａ）极端降水频次百分比　（ｂ）ｔｇｃＮ降水强度　图３赤道东太平洋地区１０年夏季极端降水指数年际变化图　

５　区域极端降水与ＥＮＳｏ的联系　ＥＮＳＯ是迄今为止人类所观测到的全球大气和　海洋相互耦合的最强信号之一＿８］，在全球大气环流　和气候的年际变化中有清楚的反应。在国内关于中　国和全球降水与ＥＮＳＯ的关系。人们已经进行了大　量的分析工作［　，如蔡学湛分析得出福建夏季旱涝　较大程度上依赖ＥＮＳＯ循环的不同阶段＿】１］：班荣球　分析得出南方涛动对副高强弱、西脊点和脊线位置　有３—１２个月的滞后影响，进而影响桂西北的降水［　］。　但关于极端降水和ＥＮＳＯ的关系的研究比较少，本文　采用相关分析来研究极端降水和ＥＮＳＯ之间的联系。　由于本文主要研究夏季极端降水分布特征，定　义在当年夏季（６、７、８月）发生ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ（或者Ｌａ　Ｎｉｆｉａ）事件的年份为ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ（或者Ｌａ　Ｎｉｆｉａ）年。由此　可知：ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ年为１９９７年、２００２年、２００４年；Ｌａ　Ｎｉｆｉａ年则为１９９８年、１９９９年。　图４　１９９５—２００６夏季平均ＯＮｌ的年际分布　图４中Ｅ表示ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ年．Ｌ表示Ｌａ　Ｎｉｆｉａ年　比　较上节的频次和强度图与ＯＮ１年际分布图，可以发现：　（１）赤道东太平洋的极端降水最强年１９９８年，　最弱年２００４年，暖池的极端降水最强年２００４年，最　弱年１９９８年，都是海表温度异常年份，即ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ　（或者Ｌａ　Ｎｉｆｉａ）年，但是强弱年和ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ（或者Ｌａ　Ｎｉｆｉａ）没有明显的正负对应关系。　（２）我国中东部极端降水最强年（１９９８年）发生　在极强ＥＬ　Ｎｉｆｉｏ年一１９９７年的次年，最弱年（２００１　年）发生在持续２４个月极强的Ｌａ　Ｎｉｆｉａ事件之后。　两者没有明显的正负对应关系。　

６长江中下游的极端降水频次再分析　由上文知道我国中东部和赤道东太平洋地区极　端降水强弱有一定的对应关系。所以选取我们比较　关心的区域——长江中下游地区（１１２。～１１７。Ｅ，２８。～　３２ｏＮ），分析其和赤道东太平洋和暖池地区的夏季　逐月极端降水次数对应关系。由于格点数不一致，故　将月极端降水次数除去１０年月最大极端降水次数　得到归一化纵坐标。　分析相关系数。得出长江中下游地区和赤道东　太平洋相关系数为一０．２９６．而与暖池地区的相关系　数为一０．３３８，均没有明显的负相关性（置信度９５％的　阈值为０．３６０）。同时分析１９９７—２００６夏季长江中下　游极端降水日数和同期ＯＮＩ指数的相关系数（图　略），为一０．２２１，也没有明显的相关性。　由图５可看出。长江中下游和赤道东太平洋地　区波形有一定滞后相似，取长江中下游６．７月份数　据，和赤道东太平洋７，８月数据，得到其相关系数为