常怡瑶，魏麟骁

(1.民航重庆空管分局，重庆　401120；2.重庆市气候中心，重庆　401147)



西南地区东部秋季降水特征及其异常年对应的海—气关系

常怡瑶，魏麟骁

(1.民航重庆空管分局，重庆401120；2.重庆市气候中心，重庆401147)

该文利用观测降水资料，NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA第四版月平均海温资料，分析了西南地区东部秋季降水年际变化的主模态以及与其联系的大气环流和海温异常。结果表明，西南地区东部秋季降水主要表现为全区一致型(EOF1)和南北反相型(EOF2)。第一模态对应着副热带西风急流减弱，青藏热低压和副热带高压偏强、偏西，东亚大槽偏弱，印缅槽持续发展，来自孟加拉湾和南海的水汽不断向西南地区东部输送；这一模态与同期10月的赤道中部太平洋海温有着密切关系。与秋季降水第二模态相联系的环流场上，副热带西风急流增强，青藏热低压和副高偏弱，对流层中部的位势高度场以经向环流为主，南支槽活动较弱，不利于水汽向中、高纬地区输送；这一模态与同期3月南半球新喀里多尼亚岛附近海域的海温最为密切。

西南地区东部；秋季降水；大气环流；海表温度

1　引言

“华西秋雨”是我国主要的雨季之一，主要出现在四川、重庆、贵州、云南等地，出现时段以9—10月为主，其主要特点是雨日虽多，雨量却不大，降水量多于春季，仅次于夏季。“华西秋雨”使该地区气温偏低，减少了日照时数，不利于农作物的收获和播种，虽然没有其它气象灾害严重，但同样给农业生产和国民经济建设带来了很大损失，因此，对华西地区秋雨的研究具有重要意义。高由禧[1，2]发现秋季降水主要集中在华西地区，最早始于高空西风环流首次在秋雨区出现，并且地面冬季风开始建立时；当西风急流稳定在西南地区上空，冬季风开始盛行时，华西秋雨结束，并将华西秋雨的起止日期定为8月底和10月第4候，随后，我国研究人员对“华西秋雨”展开了一系列的研究。徐桂玉[3]等指出华西秋雨期间的降水空间分布表现为纬向型、经向型和准全区型。冯丽文和郭其蕴[4]发现华西秋雨具有准3 a、13 a和17 a周期，并且具有年代际变化[5]，20世纪60—70年代秋雨北多南少，80年代后到21世纪北少南多。蒋竹将等[5]和罗霄等[6]通过对不同的华西秋雨指数进行分析后发现，华西秋雨主要具有4～8 a和5～8 a的周期。

华西秋雨发生在大气环流进行调整的时期，受到环流系统和外强迫的共同影响。徐桂玉等[3]的研究发现，9月和10月的500 hPa环流场上的欧亚型特征是华西秋雨纬向型降水的背景场。鲍媛媛等[7]通过对2001年的华西秋雨进行分析后发现，巴尔喀什湖地区低压槽上不断分裂东移的冷空气与暖湿气流交汇于华西地区，造成该地区持续不断的阴雨天气，这一结论和王遵娅等[8]的结论一致。白虎志和董文杰[9]的研究也发现巴尔喀什湖低压槽、西太平洋副热带高压和印缅槽是影响华西秋雨强、弱的主要环流系统。陆面热状况对华西地区秋季降水有一定影响，陈忠明等[10]的研究发现，青藏高原地表热状况与华西秋雨之间存在显著的负相关关系。我国很多学者[11-13]都指出赤道太平洋海温异常对我国降水有影响，也包括秋季。韩晋平等[14]的研究指出热带中太平洋海表偏冷时，副热带高压偏强偏西，我国北方秋雨偏多，反之亦然。刘宣飞和袁慧珍[15]指出ENSO可以调制IOD 与秋雨的关系，IOD正位相年，我国西南地区和黄河流域的秋季降水均偏多，但是，当其伴随着El Nio发生时，黄河流域的秋季降水偏少。

尽管对于“华西秋雨”的研究已经取得了大量成果，但是，西南地区东部的气候特征有别于西南其它地区，前人已经对该地区夏季降水特征做出了分析，例如，李永华等[16]发现西南地区东部与宜宾以下的整个长江流域和西藏东部及川西高原的降水呈显著正相关,而与华南及东南沿海地区、华北中部和四川盆地西部地区呈显著负相关；并且发现前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大，同时，当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水也可能偏多[17]。但是对于该区域秋季降水的变化特征还没有人涉及，本文在前人工作的基础上，进一步探讨西南地区东部秋季降水的变化特征及其成因，利用EOF方法揭示其时空分布特征，并采用相关分析和合成分析等方法分析与主模态相联系的大气环流、海温特征。

2　资料和方法

本文使用的观测资料包括国家气候中心整编的全国月平均降水格点资料[18]，这套资料共有0.25°×0.25°和0.5°×0.5°两个版本，本文使用了后者，起始时间为1961—2010年，这套资料已经广泛应用于气候变化研究中。以及美国国家环境预测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的月平均再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，主要使用了位势高度场、海平面气压场、风场、温度场等；海温资料使用的是美国国家大气海洋局(NOAA)发布的第四版延长重构的月平均海温资料，水平分辨率为2°×2°，选用的时间段为1960—2010年。由于冬季风一般始于11月，本文将9月和10月的降水量之和作为秋季降水，将9月和10月环流场的平均作为秋季环流场。采用经验正交函数分解(EOF)方法得到西南地区东部秋季降水场的主模态及相应的时间系数。也使用了合成、相关等方法来探讨与各模态对应的大气环流和海温特征。

3　西南地区东部秋季降水主模态

首先，利用EOF方法对西南地区东部秋季降水进行分析(这一区域的格点数共有144个，能够合理地描述降水的空间分布特征)，EOF方法是气候研究中常用的分析方法，它能够揭示出气象场中的主要模态[19,20]。秋季降水前5个模态的方差贡献率见表1。前两个特征向量的方差贡献率分别为46.5%和26.4%,累计方差贡献率达到72.9%，这两个模态基本可以代表西南地区东部秋季降水的分布特征，并且都通过了North检验。其余模态所占的方差贡献率太小(例如第3模态只占了8.5%)，本文不再分析。

图1a、1b分别为EOF分析第1模态的空间分布、时间系数序列图。如图1a所示，空间场的整体特征为全区一致，其高值区出现在29.5～31.5°N之间。从第1模态时间序列的变化可以看到，西南地区东部降水有下降的趋势。

表1　西南地区东部秋季降水前5个主模态的方差贡献

图1　1961—2010年西南地区东部降水年际变化EOF第1模态的空间分布(a)、时间系数(b)Fig.1　The spatial distribution and normalized time series of the first EOF mode of autumn precipitation over the east of Southwestern China for the period of 1961—2010

图2a、2b分别给出了西南地区东部降水EOF2的空间分布、时间系数图。从图2a上可以看到，30°N以北和以南区域存在着反位相的变化关系。EOF2时间序列的变化表明(图2b)，这种分布型存在着年际和年代际的变化特征。

图2　1961—2010年西南地区东部降水年际变化EOF第2模态的空间分布(a)、时间系数(b)Fig.2　The spatial distribution and normalized time series of the second EOF mode of autumn precipitation over the east of southwestern China for the period of 1961—2010

大气环流和海表温度是影响降水的主要因子，本文利用合成分析的方法，首先从EOF1和EOF2的标准化时间序列中分别挑选出>+1和<-1的年份(表2)，然后计算出时间系数>+1与<-1年份平均的大气环流场之间的差值场，得到与西南地区东部秋季降水前两个主模态相关的合成图。本文也利用相关分析的方法，将前两个主模态的时间系数与前期(超前1 a)和同期海温做相关，挑选出相关最大月份的相关系数分布场。

表2　西南地区东部秋季降水主模态标准化事件序列<-1和>1的年份

4　与降水相联系的大气环流和海温异常

西南地区东部秋季降水必然受到大气环流的影响，因此，选取对流层不同气压层上的气象要素进行合成，用来考察与秋季降水各主模态的相联系的大气环流变化特征。

图3是与西南地区东部秋季降水相联系的大气环流场。由图3a可见，当降水一致偏多时，以蒙古国西部为中心，东亚大陆的海平面气压异常偏低，青藏热低压的影响持续存在，暖湿空气团在冷气团上方大量凝结，形成连阴雨天气，而西太平洋地区的海平面气压偏高。850 hPa风场上，我国东部地区都被异常的偏南风控制，这会为该地区带来更多的水汽，中国大陆东部为一弱的反气旋型环流，副热带高压的影响仍然存在，与海平面气压场相对应，蒙古国西部被异常的气旋性环流控制。同时，在500 hPa高度上，我国东部、朝鲜和日本上空被正的位势高度异常控制，说明东亚大槽偏弱，而西北等地位势高度为负异常，这说明新疆高压脊减弱，-10 gpm的负距平线向南伸展到了孟加拉湾附近，表明西部中纬度地区多低槽活动，同时印缅槽发展。200 hPa高度上，副热带西风急流明显减弱，而急流核的南北两侧纬向西风加强(图3d)。这样的环流配置有利于西南地区东部秋季降水的增加。

图4是与西南地区东部降水EOF2相联系的大气环流异常场。对应于EOF2的正位相，我国大部分地区的海平面气压场异常偏高，高压中心位于蒙古国西部(图4a)，850 hPa风场上，蒙古国西部被一异常的反气旋性环流控制，这一信号在500 hPa高度场上也有体现，东亚大陆上空被异常的偏北风控制，华南地区上空为一异常的反气旋型环流。500 hPa上，环流以经向环流为主，东部地区被负的位势高度异常控制，副热带高压减弱，孟加拉湾附近为正的位势高度距平，不利于南支槽的发展。200 hPa上的纬向风分布与EOF1对应的风场分布相反，副热带西风急流明显增强。总之，这样的环流配置不利于水汽向北方输送，造成了该地区南部降水偏多，而北部降水偏少。

图3　1961—2010年西南地区东部秋季降水EOF1时间序列对应的气象要素的合成差值场：(a)海平面气压；(b)850 hPa风场；(c) 500 hPa高度场；(d)200 hPa纬向风场(阴影区域表示通过了95%信度检验的区域)Fig.3　The composite maps of the normalized anomalies of (a) Sea level pressure, (b) 850-hPa wind, (c) 500 hPa geopotential height and (d) 200 hPa u-wind on thenormalized first principal component (PC1) of autumn precipitation over the east of southwestern China for the period of 1961—2010.light and dark shadings have passed significance levels at 95%

海洋与大气相比，它的质量和比热很大，对大气环流的变化起着缓冲期和调节器的作用，因而对中国气候的年际和年代际变异具有重要作用，唐浩鹏[21]等分析了贵州夏季降水与太平洋海温的关系，因此，下面进一步分析与西南地区东部秋季降水年际变化相联系的海平面温度(SST)的分布状况。

图5是与我国西南地区东部降水EOF1的时间系数与同期(1961—2010年)和前期(1960—2009年)相关系数分布图，本文挑选出了相关系数绝对值最大，并且分布范围最广的区域。可以看到，在同期10月，赤道中太平洋的海温分布与EOF第1模态最为密切，呈现显著的负相关，相关系数的绝对值在0.4以上，而且，这一区域密切的相关性从同期6月份就已经出现，并且不断发展扩大，阿留申群岛附近的相关性也很显著。因此，当赤道中太平洋地区的海温为负异常时，西南地区东部秋季降水偏多，反之，降水则偏少。本文也给出了超前1 a 4月的海温与EOF1时间系数的相关分布图，阿留申群岛附近和菲律宾东北部海域的海温与第1模态的关系最为密切，分别呈现出明显的正相关和负相关分布，这表明这两个区域前1 a的海温异常对该模态具有一定的预测意义。

图4　1961—2010年西南地区东部秋季降水EOF2时间序列对应的气象要素的合成差值场：(a)海平面气压；(b)850 hPa风场；(c) 500 hPa高度场；(d)200 hPa纬向风场(阴影区域表示通过了95%信度检验的区域)Fig.4　The composite maps of the normalized anomalies of (a) Sea level pressure, (b) 850-hPa wind, (c) 500 hPa geopotential height and (d) 200 hPa u-wind on thenormalized secondprincipal component (PC2) of autumn precipitation over the east of southwestern China for the period of 1961—2010.light and dark shadings have passed significance levels at 95%

图5　1961—2010年西南地区东部秋季降水EOF1时间系数序列与同期和前期海温的相关系数分布(阴影区域表示通过了95%信度检验的区域)Fig.5　Correlation maps of concurrent SST and preceding SST with the time series of EOF1 for the autumn rainfall in the east of Southwest from 1961 to 2010, shading areas indicate statistical significance at 95% level

EOF2的时间系数与同期海温相关最为密切的时间出现在同年3月，位于南半球新喀里多尼亚岛附近，这种相关性从同期3月开始，共持续了4个月(图略)，与EOF1的海温相关分布相比，其相关范围较小。当该区域海温异常偏低时，有利于该地区30°N以北降水减少，30°N以南降水增加，反之亦然。图6b是EOF2时间系数与前1 a 7月海温场的相关分布图，所罗门群岛以东的海平面温度是相关最为密切的区域，从前1 a 6月开始，这种负相关共持续了4个月。从海温的相关分布可知，同年3月新喀里多尼亚岛海域的海温和前1 a 7月所罗门群岛东部海域的海温是相关最为密切的关键区，对于EOF2的空间分布型具有一定的预测意义。

图6　1961—2010年西南地区东部秋季降水EOF2时间系数序列期和前期海温的相关系数分布(阴影区域表示通过了95%信度检验的区域)Fig.6　Correlation maps of concurrent SST and preceding SST with the time series of EOF2 for the autumn rainfall in the east of Southwest from 1961 to 2010, shading areas indicate statistical significance at 95% level

5　结论

本文利用西南地区东部的降水资料，使用EOF方法分析了该地区秋季降水年际变化的主模态及与其对应的大气环流和海温异常。结果表明：

①西南地区东部秋季降水变化的第1模态反映了全区降水量一致的变化特征，解释了秋季降水年际变化总方差的46.5%，该模态的时间系数存在着下降趋势，反映了自20世纪60年代以来，西南地区东部秋季降水量不断下降；第2模态主要反映了30°N以北和以南区域的降水分布呈现反相变化的特征，占年际变化总方差的26.4%。

②与EOF1相联系的环流场上，青藏热低压和副热带高压偏强，东亚大槽偏弱，印缅槽持续发展，来自孟加拉湾和南海的水汽不断向西南地区输送，这样的环流分布有利于西南地区东部秋季降水的增加；EOF2的环流场上则表现为青藏热低压和副高偏弱，500 hPa位势高度场以经向环流为主，南支槽也偏弱，不利于水汽向中、高纬地区输送。

③与两个降水模态相联系的海温场上，同期10月的赤道中部太平洋海温与EOF1的时间系数关系紧密，当该区域海温变冷时，有利于西南地区东部秋季降水的增加，前1 a 4月阿留申群岛附近和菲律宾以东海域的海温对这一模态有指示意义；EOF2的降水分布型与同期3月南半球新喀里多尼亚岛附近的海温异常显著相关，前1 a 7月所罗门群岛附近的海温对这一模态有指示意义。

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The Characteristics of Precipitation in the East of Southwest China and the Corresponding Relationship of the General Circulation and SST

CHANG Yiyao1，WEI Linxiao2

(1.Chongqing Air Traffic Management Sub-bureau, Chongqing 401120, China;2.Chongqing Climate Center, Chongqing 401147, China)

The observed precipitation data, NCEP/NCAR reanalysis data and NOAA's fourth edition of the monthly mean SST data were used to analyze the main modes of the autumn precipitation's interannual variability in the east of southwest China and the associated atmospheric circulation and SST anomalies. The results show that the first EOF has an identical signal in whole area and the second EOF has a seesaw pattern between southern and northern China. The first mode corresponds to the weaker of the subtropical westerly jet. Tibetan heat low and subtropical high pressure are continuously strong and inclining to the west.While the East Asian trough is weak, the India Burma trough develop sustainably; the water vapor from the bay of Bengal and the South China Sea continuously move to the area; the mode with the same period in October and the central equatorial Pacific SST have a close relationship. Associated with the autumn rainfall in the second mode of the general circulation, subtropical westerly jet is enhancing. The Tibetan heat low and subtropical high are weak. The meridional circulation is main in the mid troposphere. The southern trough is weak, which is not conducive to water vapor transport to middle and high latitudes; this mode is closely related with the SST of the same period in March in the southern hemisphere near the New Caledonia island.

the east of southwest China; autumn precipitation; the general circulation; sea surface temperature

1003-6598(2016)02-0008-07

2015-11-02

常怡瑶(1989—)，女，助工，主要从事天气预报工作，E-mail:quiet7@126.com。

公益性行业(气象)科研专项(GYHY 201306053)。

P426.61+4

A