基于BP-CCA的貴州夏季降水與太平洋海溫耦合關(guān)系

唐浩鵬，王 芬，2

(1.貴州省黔西南自治州氣象局，貴州 興義 562400 2；2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550002)

基于BP-CCA的貴州夏季降水與太平洋海溫耦合關(guān)系

唐浩鵬1，王 芬1，2

(1.貴州省黔西南自治州氣象局，貴州 興義 562400 2；2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550002)

利用貴州83個(gè)臺(tái)站1979—2011年的夏季月降水資料、海溫、氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)等再分析格點(diǎn)資料及副高指數(shù)資料，利用點(diǎn)相關(guān)找出影響貴州夏季降水的海溫關(guān)鍵區(qū)及關(guān)鍵時(shí)段，利用變形的典型相關(guān)分析(BP-CCA)方法對(duì)貴州夏季降水與關(guān)鍵區(qū)海溫的耦合關(guān)系進(jìn)行了分析，并對(duì)海溫影響貴州夏季降水的可能機(jī)制進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：①影響貴州夏季降水的海溫關(guān)鍵區(qū)域?yàn)楸碧窖蠹爸袞|赤道太平洋，其中尤以加利福尼亞冷流區(qū)、北太平洋暖流區(qū)對(duì)貴州夏季降水的影響更為重要，關(guān)鍵時(shí)段為上一年7-9月；②BP-CCA第一對(duì)典型相關(guān)場(chǎng)分析結(jié)果表明：加利福尼亞冷流區(qū)海溫與貴州夏季降水呈同位相變化，而北太平洋暖流區(qū)海溫與貴州夏季降水呈反相位變化，關(guān)鍵區(qū)海溫對(duì)貴州北部降水的耦合好于南部，而對(duì)西南部的耦合最差；③前期7-9月海溫與副高強(qiáng)度指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分布呈EI Nino 型，與副高西伸脊線指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分布在中低緯度西太平洋呈正相關(guān)，與中東赤道太平洋呈負(fù)相關(guān)，與副高脊點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)與海溫和副高的強(qiáng)度相關(guān)分布相反，在赤道中東太平洋為負(fù)相關(guān)區(qū)，西北太平洋為正相關(guān)區(qū)，海溫分布型為L(zhǎng)A Nina型。東北太平洋及中東赤道太平洋海溫異常與貴州500 hPa氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)顯著正相關(guān)，而西北太平洋海溫與貴州地區(qū)500 hPa氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)成負(fù)相關(guān)，為典型的EI Nino 型 。

太平洋海溫；貴州；夏季降水；BP-CCA

1 引言

在認(rèn)識(shí)氣候變化過(guò)程中最主要的挑戰(zhàn)是對(duì)各種反饋過(guò)程的定量表述。當(dāng)一個(gè)氣候變量變化時(shí)，通過(guò)一定的途徑也改變了另一個(gè)變量，從而對(duì)引起變化的初始變量產(chǎn)生影響。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)拉蒙特—多爾蒂地質(zhì)觀象臺(tái)的布魯克爾第一次指出，世界洋流的變化可以解釋過(guò)去一些氣候變化[1]。20世紀(jì)60年代，Bjerkness[2]開(kāi)始對(duì)熱帶東太平洋海氣相互作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)赤道東太平洋海溫異常會(huì)對(duì)中高緯度地區(qū)甚至全球的大氣環(huán)流和天氣氣候產(chǎn)生影響。近年來(lái)，我國(guó)氣象工作者針對(duì)海溫和降水開(kāi)展了一系列的研究工作，一方面研究集中在對(duì)區(qū)域性場(chǎng)用海溫建立預(yù)報(bào)模型及數(shù)據(jù)模擬上，另一方面研究則集中在海溫對(duì)降水的影響規(guī)律研究上。賈小龍等[3]使用變形的典型相關(guān)分析(BP-CCA)建立了東亞冬季500 hPa大尺度環(huán)流和中國(guó)冬季溫度及降水的降尺度預(yù)測(cè)模型。姚愚等[4]利用OSR(最優(yōu)子集回歸)及BP-CCA兩種方法建立了對(duì)降水的預(yù)報(bào)模型。王冰[5]利用典型相關(guān)理論分析了云南5月降水與上年5月至當(dāng)年4月各月太平洋熱帶海溫距平場(chǎng)之間的關(guān)系。胡桂芳[6]建立了位勢(shì)高度場(chǎng)前13個(gè)主分量場(chǎng)與季降水場(chǎng)之間的EOF-CCA模型，并對(duì)模型的擬合、預(yù)測(cè)效果進(jìn)行了評(píng)估。金建德等[7]利用3因子最佳子集回歸把前期海溫場(chǎng)作為預(yù)報(bào)因子與貴州夏季降水求相關(guān)，許丹等[8]用合成分析、奇異值分解SVD方法對(duì)冬季、春季北太平洋海溫與貴州夏季降水的關(guān)系進(jìn)行了分析計(jì)算，許可等[9]利用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)對(duì)印度洋海表溫度及其與貴州夏季降水的關(guān)系進(jìn)行了分析。所有這些研究為預(yù)報(bào)貴州夏季降水提供了一定的思路。BP-CCA 來(lái)源于經(jīng)典多元統(tǒng)計(jì)理論，具有嚴(yán)密的數(shù)理基礎(chǔ)，而應(yīng)用BP-CCA模型來(lái)研究貴州夏季降水場(chǎng)與前期海溫的關(guān)系的研究尚無(wú)，本文將在已有的研究基礎(chǔ)上，選用貴州83站1979—2011年的夏季降水月資料，使用點(diǎn)相關(guān)的分析方法找出影響貴州夏季降水的海溫關(guān)鍵區(qū)及關(guān)鍵時(shí)段，使用BP-CCA模型分析貴州夏季降水與關(guān)鍵區(qū)海溫的關(guān)系，并對(duì)前期海溫異常與貴州夏季降水異常進(jìn)行了合成分析，以揭示前期海溫異常影響貴州夏季降水的可能機(jī)制。

2 資料與方法

2.1 資料來(lái)源及處理

貴州省氣象局提供的83個(gè)氣象臺(tái)站的夏季月降水觀測(cè)資料。

美國(guó)國(guó)家大氣中心和環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP/NCAR)發(fā)布的第二套格點(diǎn)資料。

美國(guó)國(guó)家海洋大氣局(NOAA)提供的全球逐月平均海表溫度資料。

國(guó)家氣候中心提供的1951—2011年74項(xiàng)環(huán)流指數(shù)。

2.2 方法

本文使用點(diǎn)相關(guān)的分析方法找出影響貴州夏季降水的海溫關(guān)鍵區(qū)及關(guān)鍵時(shí)段，對(duì)前期海溫異常與貴州夏季降水異常進(jìn)行了合成分析，運(yùn)用t檢驗(yàn)方法對(duì)海溫距平等變量場(chǎng)合成平均進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并對(duì)海溫影響降水的可能機(jī)制進(jìn)行了探討。

BP-CCA方法的主要功能是找出關(guān)鍵區(qū)海溫與貴州夏季降水關(guān)聯(lián)最密切的空間型態(tài)。本文選取的研究對(duì)象為1977—2011年海溫場(chǎng)資料及1979—2011年夏季(6—8月平均)貴州區(qū)域內(nèi)(24.5～29.5°N，104～109°E)的降水量。CCA是氣象上常用的方法之一，它將較多的變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)典型變量，通過(guò)研究典型變量之間的相關(guān)系數(shù)，分析兩組變量場(chǎng)之間的關(guān)系。使用典型相關(guān)分析時(shí)，要求樣本量大于兩組變量的個(gè)數(shù)，如果變量的個(gè)數(shù)大于樣本量時(shí)，要減少變量個(gè)數(shù)，才能使用CCA方法，這種做法有可能會(huì)損失有價(jià)值的信息，Barnett等[10-11]提出了一種新方法—BP典型相關(guān)分析(BP-CCA)：首先對(duì)預(yù)報(bào)因子場(chǎng)和對(duì)像場(chǎng)進(jìn)行EOF分解，截取相應(yīng)的特征向量、時(shí)間系數(shù)及特征根，對(duì)新構(gòu)造的主分量變量場(chǎng)進(jìn)行CCA分析，對(duì)得到的典型相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)[12-13]。

計(jì)算步驟概括如下：

①對(duì)預(yù)報(bào)因子場(chǎng)A和預(yù)報(bào)對(duì)象場(chǎng)B作標(biāo)準(zhǔn)化或距平處理。

②對(duì)①處理后的變量場(chǎng)進(jìn)行EOF分析分解，分別截取前幾個(gè)模態(tài)的時(shí)間系數(shù)，構(gòu)造主分量矩陣X和Y。

③分別計(jì)算兩主分量X和Y矩陣的協(xié)方差陣syy-1SyxSxx-1Sxy，及交叉協(xié)方差矩陣Sxy及Syx。

④用奇異值分解計(jì)算方法求出矩陣Syy-1SyxSxx-1Sxy的特征值λ及對(duì)應(yīng)的載荷特征向量d。

⑧對(duì)典型相關(guān)系數(shù)采用大樣本的x2進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果

3.1 海溫關(guān)鍵區(qū)和關(guān)鍵時(shí)段的選取

為找出影響貴州夏季降水的關(guān)鍵海溫區(qū)域及關(guān)鍵時(shí)段，將貴州夏季降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)化后的降水場(chǎng)進(jìn)行EOF分解，提取第一時(shí)間序列，與1977年6月—2011年5月超前2 a共24個(gè)月海溫逐月滑動(dòng)求相關(guān)，共得到逐月滑動(dòng)的24張相關(guān)系數(shù)空間分布圖(圖略)，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析， 綜合考慮相關(guān)系數(shù)的大小、穩(wěn)定性、持續(xù)時(shí)間等因素， 可以得到與貴州夏季降水顯著相關(guān)的海域及關(guān)鍵時(shí)段，圖1給出了24張相關(guān)圖中與貴州夏季降水的相關(guān)系數(shù)較顯著的4個(gè)月的空間分布圖。

綜合24張相關(guān)系數(shù)空間分布圖可知(圖略)，影響貴州翌年夏季降水的最佳海溫主要集中在重要洋流區(qū)(黑潮、親潮、印度洋暖池區(qū)、北太平洋暖流區(qū)、加里福尼亞冷流區(qū)、西風(fēng)漂流區(qū)等)，這與過(guò)去的研究一致[7-9]，但是這些對(duì)貴州夏季降水產(chǎn)生重要影響的洋流區(qū)面積和持續(xù)時(shí)間不盡相同，超前3-6個(gè)月的日本海以東洋面海溫與貴州夏季降水相關(guān)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，但面積小，持續(xù)時(shí)間短，即從上年11月開(kāi)始對(duì)貴州夏季降水影響開(kāi)始明顯，1月與相關(guān)系數(shù)通過(guò)顯著性區(qū)域面積達(dá)到最大，2月其面積又迅速減小，此后對(duì)貴州夏季降水的影響宣告結(jié)束(圖略)。而上年9月印度洋暖池海溫雖與降水有較大面積的顯著負(fù)相關(guān)，但是持續(xù)時(shí)間短，僅持續(xù)1個(gè)月，到10月的時(shí)候幾乎消失。加利福尼亞冷流區(qū)及北太平洋暖流區(qū)與降水的相關(guān)系數(shù)通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的面積較之日本海附近更大，而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，達(dá)到4個(gè)月(圖1)，而貴州夏季降水與其它海域相關(guān)不夠穩(wěn)定、持續(xù)時(shí)間短， 相關(guān)系數(shù)小。因此， 將影響貴州夏季降水的海溫關(guān)鍵區(qū)初選為位于東北太平洋的加利福尼亞冷流區(qū)及北太平洋暖流區(qū)，180° ～100°W，10° ～ 50°N，31*21個(gè)格點(diǎn)，共計(jì)651個(gè)格點(diǎn)，選定影響貴州夏季降水的顯著相關(guān)時(shí)段為上年的7-9月。

圖1 海溫與貴州夏季降水的相關(guān)系數(shù)空間分布

(a圖上年7月，b圖為上年8月，c圖為上年9月，d圖為上年10月，0.34是0.05信度閾值，陰影區(qū)是通過(guò)0. 05 顯著性檢驗(yàn)， 方框區(qū)為顯著關(guān)鍵區(qū))

對(duì)關(guān)鍵區(qū)海溫1978—2010 年共33 a 7-9月標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)進(jìn)行EOF分析，表2給出了EOF統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖2給出了方差貢獻(xiàn)率較大的前3個(gè)模態(tài)的空間分布，它反映出關(guān)鍵區(qū)海溫的幾種主要的大范圍空間分布型，其累積方差貢獻(xiàn)率為63%。第1 模態(tài)( 圖2a) 占總方差的38%，表明關(guān)鍵區(qū)海溫的空間分布型為全區(qū)基本一致，僅在西北部即北太平洋冷流區(qū)出現(xiàn)小片負(fù)值，高值區(qū)主要位于加利福尼亞冷流區(qū)。第2 模態(tài)( 圖2b) 占總方差的14%，其特征向量場(chǎng)由西北向東南表現(xiàn)為負(fù)—正—負(fù)分布，反映了海溫關(guān)鍵區(qū)西北—東南之間的空間局地差異。第3特征向量由南到北表現(xiàn)為正—負(fù)—正分布。North檢驗(yàn)[14]表明前10個(gè)模態(tài)中僅有4個(gè)模態(tài)通過(guò)了North檢驗(yàn)(其中第2模態(tài)并未通過(guò)檢驗(yàn))。

表1 海溫關(guān)鍵區(qū)7-9月數(shù)據(jù)EOF分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 海溫關(guān)鍵區(qū)的前3模態(tài)空間型態(tài)

3.2 貴州夏季降水與海溫關(guān)鍵區(qū)的BP-CCA分析

采用1978—2010年(即樣本數(shù)為33)的7-9月關(guān)鍵區(qū)海溫資料(651個(gè)格點(diǎn))和1979—2011貴州夏季83個(gè)站點(diǎn)降水資料。使用經(jīng)典典型相關(guān)分析要求樣本量大于兩組變量的個(gè)數(shù)或者說(shuō)兩個(gè)變量場(chǎng)的空間格點(diǎn)、站點(diǎn)數(shù)，才能保證方差陣可逆，使計(jì)算得以進(jìn)行，因而在做典型相關(guān)分析之前分別對(duì)海溫場(chǎng)和降水場(chǎng)進(jìn)行EOF分解，并截取前15個(gè)主分量作為新的因子場(chǎng)，降水場(chǎng)前15主分量累積方差貢獻(xiàn)率為90.97%。為了找出影響貴州夏季降水的最佳時(shí)段，我們將上年7-9月的海溫場(chǎng)采用單月滑動(dòng)、2個(gè)月滑動(dòng)和3個(gè)月滑動(dòng)3種不同時(shí)間步長(zhǎng)與貴州夏季降水作BP-CCA分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同時(shí)段海溫與貴州夏季降水的BP-CCA分析結(jié)果

據(jù)表2可看出，海溫取不同時(shí)段所提供給降水的信息存在差異，從相關(guān)系數(shù)來(lái)看，7月的最高，達(dá)到0.997 2，通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，9月最低為0.97。降水對(duì)9月海溫的解釋方差最高，達(dá)到60%，其次為7-9月，為54%，7月的最低為51%。7-9月海溫對(duì)降水場(chǎng)解釋最高，為62%，其次為8-9月，為61%，9月最低為54%，綜合其相關(guān)系數(shù)及解釋方差，因子的時(shí)間尺度取連續(xù)3個(gè)月(7-9月)的整體效果最好。

由于用BP-CCA方法建立兩場(chǎng)關(guān)系時(shí)與兩場(chǎng)截取的EOF模態(tài)的個(gè)數(shù)有關(guān)，為使建立的二者關(guān)系具有最佳的效果，這里對(duì)1978—2010年7-9月關(guān)鍵區(qū)海溫及1979—2011年貴州6-8月降水分別截取1～32個(gè)EOF模態(tài)，重復(fù)進(jìn)行CCA分析，圖3給出了截取不同EOF模態(tài)個(gè)數(shù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的第一模態(tài)相關(guān)系數(shù)?？梢钥吹剑?dāng)截取的EOF模態(tài)個(gè)數(shù)增加時(shí)，模態(tài)相關(guān)系數(shù)是迅速增加的，當(dāng)取14個(gè)模態(tài)后其相關(guān)系數(shù)都在0.99以上，隨后隨著截?cái)嗄B(tài)個(gè)數(shù)的增加，模態(tài)相關(guān)系數(shù)趨于相對(duì)穩(wěn)定。

圖3 取不同EOF模態(tài)個(gè)數(shù)進(jìn)行CCA重建

根據(jù)表2及圖3的比較結(jié)果，最終選取1978-2010年7-9月的關(guān)鍵區(qū)海溫資料與1979-2011年貴州夏季降水資料進(jìn)行EOF分解，截取其前15個(gè)模態(tài)構(gòu)建新的主分量場(chǎng)，對(duì)此主分量場(chǎng)作CCA分析，由于只有第1模態(tài)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，所以本文只分析第1對(duì)模態(tài)，對(duì)其它模態(tài)不予分析。

圖4 前期7-9月海溫與貴州夏季降水BP-CC的第1對(duì)典型載荷特征向量

圖4a載荷特征向量反映了海溫場(chǎng)東南為負(fù)值、西北為正值的分布，正值區(qū)位于北太平洋的西風(fēng)漂流區(qū)(北太平洋暖流區(qū))，負(fù)值區(qū)位于加利福尼亞冷流區(qū)，且此區(qū)域與沃克環(huán)流下降區(qū)域一致，可認(rèn)為上年7-9月海溫場(chǎng)作用于沃克環(huán)流，通過(guò)這種大氣環(huán)流模式影響貴州翌年夏季的降水[5]。而對(duì)應(yīng)的降水場(chǎng)(圖4b)則表現(xiàn)為全場(chǎng)一致的負(fù)值，即當(dāng)上年7-9月加利福尼亞冷流區(qū)的海溫偏高(低)時(shí)，翌年貴州夏季的降水將會(huì)偏多(少)，而當(dāng)同期北太平洋暖流區(qū)的海溫偏高(低)時(shí)，翌年貴州夏季的降水將會(huì)發(fā)生與之相反的變化，將會(huì)偏少(多)。關(guān)鍵區(qū)海溫對(duì)貴州北部降水的解釋效果好于南部，對(duì)黔西南地區(qū)的解釋效果最差，這與金建德等研究結(jié)果[7]一致。這種空間分布可能由于貴州降水不僅受東南季風(fēng)的影響，還受西南季風(fēng)、南支槽、印度洋海溫等其它因素的影響，因此，要詳盡分析貴州西南部降水的影響因子，還要考慮到其它因素。

3.3 前期海溫異常影響貴州翌年夏季旱澇的天氣學(xué)成因

由上述分析可知，前期關(guān)鍵區(qū)海溫異常與貴州夏季降水有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系從天氣學(xué)意義上看，是否有較合理解釋？下面對(duì)關(guān)鍵區(qū)海溫與大氣環(huán)流進(jìn)行探討，以揭示海溫影響貴州夏季水的可能機(jī)制。

圖5 前期7-9月海溫與翌年夏季副高3個(gè)指數(shù)(副高強(qiáng)度、脊線、脊點(diǎn))的相關(guān)系數(shù)

圖5給出了前期7-9月海溫與夏季西太平洋副高3個(gè)指數(shù)(副高強(qiáng)度、脊線、脊點(diǎn))平均值的相關(guān)系數(shù)，可以看到前期7-9月海溫副高強(qiáng)度指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分布呈EI Nino 型，在赤道中東太平洋及東北太平洋為大范圍內(nèi)的正相關(guān)區(qū)，且通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，即當(dāng)前期7-9月中東赤道太平洋及東北太平洋海溫異常偏高時(shí)，次年夏季西太平洋副高強(qiáng)度加強(qiáng)。前期7-9月海溫與副高西伸脊線指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分布在中低緯度西太平洋呈正相關(guān)，與中東赤道太平洋呈負(fù)相關(guān)。前期7-9月海溫與副高脊點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)與海溫和副高的強(qiáng)度相關(guān)分布相反，在赤道中東太平洋為負(fù)相關(guān)區(qū)，西北太平洋為正相關(guān)區(qū)，海溫分布型為L(zhǎng)A Nina型。綜合西太平洋副高3個(gè)指數(shù)，前期7-9月海溫對(duì)夏季副高的影響較大，強(qiáng)度及脊點(diǎn)的顯著相關(guān)區(qū)域在赤道中東太平洋及東北太平洋海區(qū)，即當(dāng)赤道中東太平洋及東北太平洋海溫偏高時(shí)，西太平洋副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏西、偏南，反之，西太平洋副高強(qiáng)度偏弱，位置偏東、偏北。

對(duì)前期5-9月海溫與貴州夏季同期500 hPa高度場(chǎng)及緯向風(fēng)場(chǎng)求相關(guān)系數(shù) (圖6)，由圖6可知，東北太平洋及中東赤道太平洋海溫異常與貴州500 hPa氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)顯著正相關(guān)，而西北太平洋海溫與貴州地區(qū)500 hPa氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)成負(fù)相關(guān)，為典型的EI Nino 型，說(shuō)明前期海溫偏高時(shí)，中東赤道太平洋及東北太平洋副高偏強(qiáng)，偏西，有利于貴州夏季降水。

圖6 夏季500 hPa平均氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)與上年7-9月

(a：500 hPa氣壓場(chǎng)與海溫相關(guān)，b：500 hPa高度上風(fēng)場(chǎng)與海溫相關(guān))

以1979—2011年33 a貴州夏季降水標(biāo)準(zhǔn)化距平數(shù)據(jù)大于1.0倍標(biāo)準(zhǔn)差為降水偏多年， 小于-1.0倍標(biāo)準(zhǔn)差為降水偏少年的標(biāo)準(zhǔn)， 選出降水旱澇年(表3)，與選取貴州夏季旱澇年的標(biāo)準(zhǔn)一樣，用此方法選出1978—2010年關(guān)鍵區(qū)海溫的冷(暖)水年(表3)。分析表3可以發(fā)現(xiàn)，貴州夏季旱澇年與上年7-9月關(guān)鍵區(qū)海溫冷暖水年有4 a是對(duì)應(yīng)的，分別為1990年的關(guān)鍵區(qū)海溫暖水年對(duì)應(yīng)1991年貴州夏季的澇年，1992年的關(guān)鍵區(qū)海溫暖水年對(duì)應(yīng)1993年貴州夏季的澇年，1988年的關(guān)鍵區(qū)海溫冷水年對(duì)應(yīng)1989年貴州夏季的旱年，2010年的關(guān)鍵區(qū)海溫冷水年對(duì)應(yīng)2011年貴州夏季的旱年，即4個(gè)暖水年對(duì)應(yīng)2個(gè)澇年，占50%，4個(gè)冷水年對(duì)應(yīng)2個(gè)旱年，也占50%。綜上所述，上年7-9月關(guān)鍵區(qū)海溫冷水年預(yù)示翌年貴州夏季偏少，而暖水年則預(yù)示著翌年夏季降水偏多。

表3 貴州夏季旱澇年及海溫冷暖水年的對(duì)應(yīng)

根據(jù)前面降水和海溫場(chǎng)的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，貴州夏季降水與前期7-9月海溫場(chǎng)相關(guān)較好，所以選擇選擇旱澇年前期7-9月的海溫做距平合成，并用兩組樣本平均值差異的方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(黃嘉佑，2000)。圖7給出了貴州夏季旱澇年前期7-9月海溫距平合成圖及合成差的t檢驗(yàn)。分析圖7可看到旱澇年前期7-9月海溫距平分布有明顯不同。在澇年上年7-9月，東北太平洋、印度洋及赤道中太平洋為負(fù)距平，負(fù)值中心位于東北太平洋，中心海溫偏低1.2℃，加利福尼亞冷流區(qū)、赤道東太平洋及黑潮、親潮交匯處為海溫正距平，中心區(qū)海溫偏高1.2℃(圖7a)。而旱年前期7-9月海溫距平分布與澇年有明顯不同，在赤道中東太平洋及加利福尼亞冷流區(qū)大范圍海溫為負(fù)距平，中心偏低1.6℃，而在西北太平洋、黑潮為正距平區(qū)(圖7b)。分析圖7c旱澇差檢驗(yàn)圖可以看出，在赤道中東太平洋及加利福尼亞冷流區(qū)旱澇年的海溫差值較大，中心達(dá)到了3℃，且部分區(qū)域都通過(guò)0.05的顯著性t檢驗(yàn)，這與前面做的點(diǎn)相關(guān)的結(jié)果較一致，說(shuō)明影響貴州夏季旱澇的前期7-9月海溫關(guān)鍵區(qū)主要在赤道中東太平洋及北太平洋海域，其中尤以加利福尼亞冷流區(qū)及赤道中東太平洋的海溫對(duì)貴州夏季旱澇的影響較明顯。澇年前期7-9月北太平洋的海溫分布從西到東為“+-+”分布，中東赤道太平洋從西到東也呈現(xiàn)“+-+”分布，但此分布趨勢(shì)不如北太平洋明顯，而旱年前期7-9月北太平洋的海溫分布從西到東為“-+-”分布，中東赤道太平洋呈現(xiàn)全場(chǎng)較一致的負(fù)值分布，為典型的La Nina型分布。

4 結(jié)語(yǔ)

①點(diǎn)相關(guān)分析結(jié)果顯示：影響貴州夏季降水的海溫關(guān)鍵區(qū)域?yàn)槲挥跂|北太平洋的加利福尼亞冷流區(qū)及北太平洋暖流區(qū)，關(guān)鍵時(shí)段為上一年的7-9月。

圖7 貴州夏季旱澇年前期7-9月海溫距平合成圖及合成差的t檢驗(yàn)

(a：澇年SST，b：旱年SST，c：澇-旱SST，陰影區(qū)為通過(guò)0.05信度的t檢驗(yàn)區(qū))

②BP-CCA第一對(duì)典型相關(guān)場(chǎng)顯示：當(dāng)上年7-9月加利福尼亞冷流區(qū)的海溫偏高(低)時(shí)，翌年貴州夏季的降水將會(huì)偏多(少)，而當(dāng)上年7-9月北太平洋暖流區(qū)的海溫偏高(低)時(shí)，翌年貴州夏季的降水將會(huì)發(fā)生與之相反的變化，將會(huì)偏少(多)。關(guān)鍵區(qū)海溫對(duì)貴州北部降水的耦合好于南部，尤其對(duì)黔西南地區(qū)耦合最差。

③前期7-9月海溫與副高強(qiáng)度指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分布呈EI Nino 型，與副高西伸脊線指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分布在中低緯度西太平洋呈正相關(guān)，與中東赤道太平洋呈負(fù)相關(guān)，與副高脊點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)與海溫和副高的強(qiáng)度相關(guān)分布相反，在赤道中東太平洋為負(fù)相關(guān)區(qū)，西北太平洋為正相關(guān)區(qū)，海溫分布型為L(zhǎng)A Nina型。即當(dāng)赤道中東太平洋及東北太平洋海溫偏高時(shí)，西太平洋副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏西、偏南，反之，西太平洋副高強(qiáng)度偏弱，位置偏東、偏北。東北太平洋及中東赤道太平洋海溫異常與貴州500 hPa氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)顯著正相關(guān)，而西北太平洋海溫與貴州地區(qū)500 hPa氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)成負(fù)相關(guān)，為典型的EI Nino 型，說(shuō)明前期海溫偏高時(shí)，中東赤道太平洋及東北太平洋副高偏強(qiáng)，偏西，有利于貴州夏季降水。

④前期海溫異常年與貴州夏季降水異常合成分析結(jié)果：影響貴州夏季旱澇的前期7-9月海溫關(guān)鍵區(qū)主要在北太平洋及赤道中東太平洋，澇年前期7-9月北太平洋的海溫分布從西到東為“+-+”分布，中東赤道太平洋從西到東呈現(xiàn)“+-+分布，而旱年前期7-9月北太平洋的海溫分布從西到東為“-+-”分布，中東赤道太平洋呈現(xiàn)全場(chǎng)較一致的負(fù)分布，為典型的La Nina型分布。

[1] 威廉·伯勒斯.21世紀(jì)的氣候[M].北京：氣象出版社，2007.

[2] Bjerkness J， Atmospheric teleconnections from the equatorial Pacific，Mon. Wea. Rev.， 1969，97：163-172.

[3] 賈小龍，陳麗娟，李維京，等.BP-CCA方法用于中國(guó)冬季溫度和降水的可預(yù)報(bào)性研究和降尺度季節(jié)預(yù)測(cè)[J].氣象學(xué)報(bào)，2010，68(3)：398-410.

[4] 姚愚，晏紅明，李衛(wèi)紅，等.云南5月降水量可預(yù)報(bào)性的時(shí)空分布[J].廣東氣象，2010，33(1)：28-31.

[5] 王冰， 張健挺.云南降水場(chǎng)與太平洋海溫場(chǎng)典型相關(guān)分析[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(6)：428：430.

[6] 胡桂芳，張?zhí)K平，謝考憲.EOF-CCA模型在山東季降水預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].氣象，2000，26(7)：12-16.

[7] 金建德，嚴(yán)小冬，雷云，等.西北太平洋海溫變化對(duì)貴州夏季降水的影響[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2006，22(2)：192-197.

[8] 許丹，王瑾. 貴州夏季降水場(chǎng)與北太平洋海溫場(chǎng)的非同步相關(guān)研究[J].貴州氣象，2000，24(1)：3-7.

[9] 許可，嚴(yán)小冬.印度洋海溫異常對(duì)貴州夏季降水的影響[J].貴州氣象，2005，29(增刊)：12-14.

[10] Barnett T P.1983.Interaction of the monsoon and Pactific trade wind systems at interannual time scales，PartⅠ：The equatorial zone.Monthly Weather Review，111：756-773.

[11] Barnett T P，Preisendorfer R.1987.Origins and levels of monthly and seasonal forecast skill for united states surface air temperature determined by canonical correlation analysis.Monthly Weather Review，115：1825-1850.

[12] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，1999.

[13] 黃嘉佑.氣象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法[M].北京：氣象出版社，2004.

[14] North G R，Bell T，Cahalan R，et al.Sampling errors on the estimation of empirical orthogonal function.Mon.Wea.Rev.，1982，110：669-706.

[15] 李志方.太平洋海溫與我國(guó)大陸降水的EOF分析[J].貴州氣象，2012，36(1)：18-20.

[16] 舒國(guó)勇，高紅梅，嚴(yán)小冬.貴州省銅仁市雨季開(kāi)始期演變特征及環(huán)流分析[J]. 貴州氣象，2012，36(5)：9-13.

[17] 楊洋，李光強(qiáng). 厄爾尼諾與貴州夏季降水的關(guān)系[J]. 貴州氣象，1996，19(2)：12-15.

Coupling relationship between the Guizhou summer precipitation and the surface temperature in Pacific Ocean based on BP-CCA

TANG Haopeng1，WANG Fen1,2

(1.Meteorological Office of Southwestern Guizhou,Xingyi 562400；2.The mountainous climate and resource key laboratories of Guizhou Province，Guiyang 550002)

Based on the precipitation of summer at 83 stations from 1979 to 2011 over Guizhou and the mean monthly reanalysis SST ,pressure, wind data of NCEP/ NCAR , the relationship between summer precipitation and the SST,in the Pacific Ocean are investigated in terms of empirical orthog onal function( EOF) , composite analysis, BP-CCA ,and so on. The results are as follows: ①the key SST region which influences lies in the north Pacific Ocean and middle-east Pacific Ocean, the key period is from July of the former year to September；②the results of BP-CCA ：the summer precipitation is increasing ( decreasing ) in the corresponding period when SST of the california cold curren from Jul to Sep were warmer ( colder) than average,but when the SST of north pacific ocean warm current were warmer ( colder) than average, the summer precipitation over Guizhou is decreasing ( increasing ) ,the influence of the key SST region to Guizhou is better in the middle-north of Guizhou, but,best in the west-south of Guizhou；③From Early July to September, the correlation coefficient distribution of SST and subtropical high strength index Was EL Nino, the correlation coefficient distribution of SST and subtropical high of west ridge line index in the low latitudes western pacific was positive, but which was negative in middle east equatorial pacific，the correlation coefficient distribution of SST and subtropical high of west ridge point index in the middle-east equatorial pacific was negative, but which was positive in west-north pacific. The distribution of SST was LA Nina. the correlation coefficient between northeast pacific and the middle east equatorial pacific SST and 500hPa wind and pressure in Guizhou was significantly positive, the correlation coefficient between northwest pacific SST and 500hPa wind and pressure in Guizhou was negative, which was for typical EL Nino.

Pacific SST field；Guizhou；Precipitation in flood season；BP-CCA

2014-07-27

唐浩鵬(1985—)，男，助工，主要從事短期氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41375097)；黔西南州科技局社會(huì)發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目(2014-32)；黔西南州氣象局項(xiàng)目(2014-08，2014-09)共同資助。

1003-6598(2015)01-0014-07

P466

B