江南雨季地理區(qū)域及起止時(shí)間的客觀確定

詹豐興，何金海，章毅之，朱志偉

(1. 南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044；2. 江西省氣象局，江西 南昌 330046；3. 江西省氣候中心，江西 南昌 330046)

江南雨季地理區(qū)域及起止時(shí)間的客觀確定

詹豐興1，2，何金海1*，章毅之3，朱志偉1

(1. 南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044；2. 江西省氣象局，江西 南昌 330046；3. 江西省氣候中心，江西 南昌 330046)

本文基于國(guó)家氣象信息中心整編的全國(guó)1 675個(gè)臺(tái)站觀測(cè)資料以及NCEP/NCAR的再分析資料，定義了候降水指數(shù)，利用旋轉(zhuǎn)正交經(jīng)驗(yàn)函數(shù)分解(REOF)法對(duì)全國(guó)候降水的季節(jié)進(jìn)程進(jìn)行了診斷分析，得到了表征氣候態(tài)降水逐候進(jìn)程的南、北方模態(tài)及各自的時(shí)間系數(shù)，發(fā)現(xiàn)REOF第二模態(tài)對(duì)應(yīng)降水季節(jié)進(jìn)程中的江南雨季。綜合考慮我國(guó)南方(31°N以南、110°E以東區(qū)域)氣候態(tài)降水的候進(jìn)程、降水季節(jié)進(jìn)程(4-6月降水指數(shù)減去6-8月降水指數(shù))年際變率以及雨季(4-6月降水指數(shù))降水年際變率的一致性，客觀定義了江南雨季的地理范圍。利用客觀劃定區(qū)域內(nèi)的降水指數(shù)、925 hPa經(jīng)向風(fēng)以及西北太平洋副熱帶高壓500 hPa脊線位置3個(gè)指標(biāo)，制定了判定江南雨季起止時(shí)間的方法，進(jìn)而對(duì)1961-2012年江南雨季起止時(shí)間進(jìn)行了客觀確定，給出了江南雨季起止時(shí)間序列。本文旨在為規(guī)范江南雨季的監(jiān)測(cè)提供參考和借鑒，并為其預(yù)測(cè)提供科學(xué)基礎(chǔ)。

江南雨季；地理區(qū)域客觀界定；降水季節(jié)進(jìn)程；起止時(shí)間

1 引言

江南地區(qū)人口稠密、資源豐富、生態(tài)良好、社會(huì)發(fā)達(dá)，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)、文化、生態(tài)和社會(huì)建設(shè)的重要區(qū)域。然而，受東亞熱帶季風(fēng)及副熱帶季風(fēng)系統(tǒng)的共同影響[1—2]，江南地區(qū)旱澇等氣象災(zāi)害頻發(fā)、重發(fā)。東亞季風(fēng)異常危及該區(qū)域人民生命財(cái)產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的安全，嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，因此對(duì)江南地區(qū)降水進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)能力非常必要。由冬至夏的季節(jié)轉(zhuǎn)換過(guò)程中(3-6月)，我國(guó)南方存在一段持續(xù)顯著的降水期，這段降水期屬于東亞副熱帶季風(fēng)進(jìn)程的初期，為東亞副熱帶季風(fēng)孕育階段。本文將此段降水期稱之為“江南雨季”。但迄今為止，對(duì)江南雨季的研究中，地理區(qū)域和雨季起止時(shí)間沒有客觀、統(tǒng)一的確定方法，影響了對(duì)江南雨季的研究和監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)。作為東亞季風(fēng)降水季節(jié)進(jìn)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[3]，江南雨季是海陸氣相互作用的產(chǎn)物，它既受熱帶、副熱帶地區(qū)下墊面影響，又受中高緯度天氣系統(tǒng)作用。熱帶低緯度地區(qū)下墊面強(qiáng)迫通過(guò)遙相關(guān)作用影響江南雨季的降水，如西太平洋暖池?zé)釥顩r通過(guò)北傳的EAP/PJ波列和改變局地經(jīng)圈環(huán)流影響江南地區(qū)降水[4—7]，中東太平洋和印度洋海表溫度分別通過(guò)Gill響應(yīng)激發(fā)西傳的Rossby波和東傳的Kelvin波影響江南地區(qū)降水[8—13]；同時(shí)，中高緯度因子也影響江南地區(qū)降水：青藏高原感熱加熱作用通過(guò)在其東側(cè)對(duì)流層低層激發(fā)氣旋性渦度影響江南雨季[14—15]，東亞副熱帶西風(fēng)急流等對(duì)江南雨季也起到不同程度的作用[16]。不同時(shí)間尺度上諸多影響因子的共同作用，又使得江南雨季具有多時(shí)間尺度的變率特征。因此，對(duì)江南雨季時(shí)空分布及其變化規(guī)律的研究不僅具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也具有十分重要的理論價(jià)值。江南雨季的研究受到專家學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大重視。

在已有研究中，江南雨季常被納入華南前汛期[17]或長(zhǎng)江以南梅雨期[18—19]，但也有不少研究指出，江南雨季的季節(jié)內(nèi)—季節(jié)以及年際變化有顯著的特殊性，降水時(shí)段集中在4-6月，與華南南部和長(zhǎng)江流域有著明顯的不同。萬(wàn)日金和吳國(guó)雄[20]依據(jù)高原感熱和江南地區(qū)西南風(fēng)速的氣候態(tài)特征，將13-27候的降水定義為江南春雨期。陳菊英[21]將持續(xù)接近或超過(guò)“年平均日降水量的旬累計(jì)值”1.5倍的時(shí)段定義為雨季，并指出江南區(qū)域平均雨季從4月上旬開始，到6月下旬結(jié)束，是我國(guó)雨季開始最早也結(jié)束最早的區(qū)域，雨季集中期存在兩個(gè)峰值。高波等[22]認(rèn)為江南地區(qū)汛期集中于每年的3-6月，其中4-6月的降水量為717 mm，約占全年降水量的46%，且旱澇頻發(fā)，因此應(yīng)將4-6月作為江南地區(qū)的主要雨季進(jìn)行研究。陳紹東等[23]發(fā)現(xiàn)江南地區(qū)雨量集中于春末夏初(4-6月)，該區(qū)域內(nèi)雨季開始于4月。如江西省的雨季為4月到7月上旬[24]。

可見，在冬夏轉(zhuǎn)換期內(nèi)存在的江南地區(qū)持續(xù)降水期已被作為一段具有特殊性的獨(dú)立雨季來(lái)分析。然而，由于各研究中對(duì)江南地區(qū)的區(qū)域劃定差異較大，得到的江南雨季變率特征也就不盡相同，這給正確認(rèn)識(shí)江南雨季變化規(guī)律，提高江南雨季的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)水平帶來(lái)較大困難。例如，陳菊英[21]利用浙江、江西、湖南、福建4省的16個(gè)觀測(cè)站作為江南地區(qū)代表站；陳紹東等[23]利用聚類分析方法從長(zhǎng)江下游和華南北部挑選14個(gè)站點(diǎn)構(gòu)成江南地區(qū)代表站；Tian和Yasunari[25]在研究春季持續(xù)降水(即江南春雨)時(shí)，將我國(guó)東部地區(qū)25°～30°N確定為江南地區(qū)；朱志偉和何金海[26]在研究東亞副熱帶季風(fēng)降水(江南春雨)時(shí)將東亞副熱帶季風(fēng)關(guān)鍵區(qū)定義為20°～35°N，110°～120°E；尚可等[27]將氣候平均的春季持續(xù)連陰雨期(SPR)降水的峰值區(qū)(大于等于5 mm/d)定義為江南春雨區(qū)(20°～30°N，110°～122°E)；萬(wàn)日金和吳國(guó)雄[20]甚至認(rèn)為江南雨季范圍的南界位置應(yīng)該劃至雷州半島。除此之外，還有一些研究將江南雨季范圍分成兩部分，其南部劃歸為華南地區(qū)，而北部則納入長(zhǎng)江中下游地區(qū)。如池艷珍等[17]在研究華南前汛期降水時(shí)將華南區(qū)域定義為20°～27.5°N，106°～121°E；王遵婭和丁一匯[29]在研究我國(guó)雨季氣候特征時(shí)，將我國(guó)南方的廣大地區(qū)定義為華南區(qū)(20°～28°N，110°～122°E)；蔡學(xué)湛[28]從福建、廣東、廣西及江西南部、湖南南部選取了25個(gè)站點(diǎn)作為華南代表站，上述定義的華南區(qū)域北部與江南南部區(qū)域大部分重合；王永等[30]將我國(guó)東部4-9月的降水做旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(REOF)展開，定義南方的兩個(gè)高荷載區(qū)分別為長(zhǎng)江中下游地區(qū)(26°～31°N，106°～121°E)和華南區(qū)(20°～25°N，106°～120°E)，這正好將江南雨季范圍分隔開來(lái)，分別列入以上兩個(gè)區(qū)域。

綜上所述，華南北部與江南南部降水特征相似，最大降水期發(fā)生在4-6月，而華南南部連續(xù)3個(gè)月最大降水量出現(xiàn)在5-7月，與華南北部和江南地區(qū)降水特征有明顯差異[21]，而長(zhǎng)江中下游地區(qū)的主要降水出現(xiàn)在6-8月。因此江南雨季是一個(gè)有別于華南南部和長(zhǎng)江流域而獨(dú)立存在的雨季，雨季起止時(shí)間等特征和其他地區(qū)有較大區(qū)別。江南地區(qū)氣候平均的雨季為4-6月，與我國(guó)現(xiàn)行氣象業(yè)務(wù)中的主汛期(6-8月)、江淮梅雨期(6-7月)以及華北—東北雨季(7-8月)在時(shí)間上有較大差異，是我國(guó)雨季開始最早、結(jié)束最早的區(qū)域。目前大多數(shù)研究將江南雨季泛稱為華南前汛期。而即使將江南地區(qū)作為獨(dú)立區(qū)域進(jìn)行研究時(shí)，其具體區(qū)域的劃分也往往根據(jù)簡(jiǎn)單的行政區(qū)劃或工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取江南地區(qū)代表站，缺乏客觀劃分江南雨季具體區(qū)域范圍的方法。對(duì)于江南雨季的開始期也僅僅從氣候態(tài)出發(fā)，僅考慮降水變化，將江南雨季開始期定義在4月初，這顯然帶有相當(dāng)?shù)闹饔^性和經(jīng)驗(yàn)性。何金海等[31—32]在研究東亞副熱帶季風(fēng)時(shí)指出，3月底4月初，以對(duì)流層低層偏南風(fēng)的建立為標(biāo)志，江南地區(qū)出現(xiàn)了較大范圍、強(qiáng)度較強(qiáng)的降水，此降水屬于東亞副熱帶季風(fēng)降水性質(zhì)。受此啟發(fā)，我們認(rèn)為，在考慮江南雨季開始期指標(biāo)時(shí)，有必要結(jié)合降水形成的機(jī)制，如同時(shí)考慮對(duì)流層低層偏南風(fēng)的建立來(lái)制定相應(yīng)的雨季開始期指標(biāo)，這樣才能較為合理地確定江南雨季的起止時(shí)間。

如果一個(gè)區(qū)域的降水期能夠稱為獨(dú)立雨季，那么該區(qū)域各個(gè)站點(diǎn)的降水多時(shí)間尺度特征應(yīng)該有許多相似性，如氣候態(tài)降水逐候進(jìn)程(下稱候進(jìn)程)存在一致性，降水季節(jié)進(jìn)程的年際變率存在一致性，雨季降水的年際變率存在一致性。因此，本文將通過(guò)診斷我國(guó)氣象臺(tái)站日降水觀測(cè)資料，從上述3個(gè)降水特征的相似性標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，客觀劃定江南雨季的具體地理范圍。在此基礎(chǔ)上分析區(qū)域內(nèi)降水和風(fēng)場(chǎng)變化特征，確定江南雨季起止時(shí)間，為規(guī)范江南雨季的監(jiān)測(cè)提供指導(dǎo)和參考，為江南雨季的預(yù)測(cè)提供科學(xué)基礎(chǔ)。

2 資料及方法

文中使用了我國(guó)氣象臺(tái)站逐日降水資料，資料時(shí)段為1961-2012年。降水資料來(lái)自國(guó)家氣象信息中心。為保證資料的完整性，選取了我國(guó)1 675個(gè)無(wú)降水缺測(cè)的氣象臺(tái)站降水記錄。研究中還使用了NCEP/NCAR再分析資料的925 hPa風(fēng)場(chǎng)、500 hPa高度場(chǎng)等環(huán)流資料。

文中研究的時(shí)間尺度為候。為消除各候天數(shù)不同的影響，定義候降水指數(shù)作為研究對(duì)象，其定義如下：

(1)

圖1 我國(guó)東部氣候態(tài)(110°E以東)經(jīng)向逐候日平均降水量(a)和逐候降水指數(shù)候進(jìn)程演變圖(b)Fig.1 The evolution of the pentad average daily precipitation(a) and the pentad rainfall index process (b) in eastern China (east of 110°E)

本文采用REOF方法分析降水指數(shù)的時(shí)空變化。首先對(duì)降水指數(shù)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行EOF分析，截取累計(jì)方差貢獻(xiàn)達(dá)90%的前K個(gè)空間型進(jìn)行幾何旋轉(zhuǎn)，REOF分析得到的前K個(gè)空間型累計(jì)方差解釋原場(chǎng)總方差的百分率保持不變，而得到的單個(gè)空間型能夠盡量反映各模態(tài)的局部相關(guān)結(jié)構(gòu)。在繪制REOF空間特征場(chǎng)時(shí)，我們將得到的第k個(gè)特征場(chǎng)Vjk按下式進(jìn)行了變換：

(2)

式中，Vjk、λk分別為REOF得到的第k個(gè)特征場(chǎng)和第k個(gè)特征值。通過(guò)變換得到的ajk為各站點(diǎn)降水指數(shù)和第k個(gè)特征場(chǎng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，反映了區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)降水場(chǎng)和模態(tài)特征場(chǎng)的聯(lián)系程度，也可理解為站點(diǎn)降水之間的聯(lián)系程度，并且特征場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生改變[34]。

此外，文中通過(guò)分析我國(guó)氣象站氣候態(tài)逐候降水指數(shù)，研究各臺(tái)站氣候態(tài)降水候進(jìn)程的一致性；將各站4-6月降水指數(shù)與6-8月降水指數(shù)的差值作為降水的季節(jié)進(jìn)程，進(jìn)而研究各臺(tái)站降水季節(jié)進(jìn)程年際變率的一致性；對(duì)4-6月的降水指數(shù)進(jìn)行EOF分析，研究雨季降水年際變率的一致性，進(jìn)而根據(jù)上述3種一致性去客觀確定江南雨季的地理范圍。

3 江南雨季區(qū)域的客觀確定

3.1 我國(guó)氣候態(tài)降水的候進(jìn)程分析

利用所選我國(guó)1 675個(gè)氣象臺(tái)站逐候降水指數(shù)的氣候平均值，構(gòu)建我國(guó)逐候降水指數(shù)氣候平均場(chǎng)(見下式)：

(3)

式中，m=1 675，n=72。

對(duì)X標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行EOF分解，前7個(gè)特征場(chǎng)共解釋了90%以上的方差，將EOF得到的前7個(gè)特征場(chǎng)再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到了REOF分析的7個(gè)特征場(chǎng)。REOF得到的前2個(gè)特征場(chǎng)的方差貢獻(xiàn)分別為51.89%、21.8%，均遠(yuǎn)大于其他特征場(chǎng)的方差貢獻(xiàn)，因此我們重點(diǎn)對(duì)這兩個(gè)特征場(chǎng)進(jìn)行分析。

REOF分析得到的時(shí)間系數(shù)反映了氣候態(tài)降水候進(jìn)程，特征場(chǎng)(已經(jīng)過(guò)前述變換)代表的是各站點(diǎn)候降水時(shí)間序列與該模態(tài)時(shí)間系數(shù)的相關(guān)系數(shù)。圖2為REOF分析得到的前2個(gè)特征場(chǎng)空間分布及其相應(yīng)的時(shí)間系數(shù)。由于江南地區(qū)地處我國(guó)東部，文中對(duì)兩個(gè)特征場(chǎng)中的我國(guó)東部地區(qū)進(jìn)行分析。REOF得到的第一特征場(chǎng)解釋方差為51.89%，對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)在34-54候?yàn)檎担?-8月為最大區(qū)間。第一特征場(chǎng)中0.8以上的高值區(qū)(紅色區(qū)域)分布在我國(guó)東北、華北一帶，這說(shuō)明我國(guó)東北、華北地區(qū)降水與這一降水候進(jìn)程模態(tài)的相關(guān)性較好，34-54候?yàn)橛昙荆欢?.3以下的低值區(qū)(綠色區(qū)域)分布在江南地區(qū)，說(shuō)明該區(qū)域降水與該模態(tài)相關(guān)性較差，其時(shí)間系數(shù)也不能反映江南地區(qū)主要雨季的時(shí)段。REOF得到的第二特征場(chǎng)解釋方差為21.8%，對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)在15-37候?yàn)檎?，?4候左右出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)低谷，最大值出現(xiàn)在6月，4月中有一個(gè)次大值。第二特征場(chǎng)中0.7以上載荷高值區(qū)主要分布在江南地區(qū)，而東北、華北地區(qū)為低值區(qū)，數(shù)值在0.2以下。這表明江南地區(qū)降水和降水候進(jìn)程第二模態(tài)的相關(guān)系數(shù)在0.7以上，15-37候?qū)?yīng)著江南雨季的主要時(shí)段。

為了更進(jìn)一步進(jìn)行深入分析，關(guān)注圖2中REOF分析得到的第一、二特征場(chǎng)中分別大于0.6的紅色區(qū)域。在第一特征場(chǎng)中大于0.6的大值區(qū)主要分布在31°N以北，而在第二特征場(chǎng)大于0.6的大值區(qū)主要分布在31°N以南。因此根據(jù)氣候態(tài)降水候進(jìn)程可以將我國(guó)東部劃分為兩個(gè)區(qū)域：31°N以北區(qū)域劃分成一類，這個(gè)區(qū)域內(nèi)氣候態(tài)降水候進(jìn)程呈現(xiàn)REOF得到的第一特征場(chǎng)時(shí)間系數(shù)的特點(diǎn)，雨季出現(xiàn)在34-54候；而31°N以南區(qū)域劃分為另一類，這個(gè)區(qū)域氣候態(tài)降水候進(jìn)程表現(xiàn)為REOF得到的第二特征場(chǎng)的時(shí)間系數(shù)特征，15-37候?yàn)橛昙镜闹饕獣r(shí)段?？梢?，我國(guó)東部31°N以南和以北的雨季發(fā)生時(shí)段呈現(xiàn)出顯著的不同特征。

3.2 區(qū)域降水季節(jié)進(jìn)程的年際變率分析

根據(jù)我國(guó)氣候態(tài)降水的候進(jìn)程特點(diǎn)，以31°N為界，我國(guó)東部可以劃分為兩個(gè)區(qū)域，31°N以北雨季出現(xiàn)在6-8月，31°N以南雨季主要出現(xiàn)在4-6月。為分析降水季節(jié)進(jìn)程的一致性，將各站4-6月降水與6-8月降水的差值(等同4-5月與7-8月的差值)作為降水季節(jié)進(jìn)程，并且聚焦31°N以南區(qū)域。通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)各站1961-2012年降水季節(jié)進(jìn)程進(jìn)行EOF分析，我們得到了EOF分解的第一特征場(chǎng)(見圖3)，該模態(tài)解釋了25.8%的方差?？臻g載荷分布的高值區(qū)(0.6以上)位于江西、湖南、福建西部的大部分區(qū)域以及廣東西北部，高值中心在江西中部。該模態(tài)有較明顯的年代際特征，20世紀(jì)90年代以前，時(shí)間系數(shù)以正值為主，而90年代以后的時(shí)間系數(shù)負(fù)值出現(xiàn)更多，尤其在1990-2002年時(shí)間系數(shù)一直為負(fù)值。

圖2 我國(guó)逐候氣候態(tài)降水指數(shù)場(chǎng)EOF分解的前7個(gè)特征向量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)得到的第一特征場(chǎng)(a)和第二特征場(chǎng)(b)及其時(shí)間系數(shù)圖(c，d)Fig.2 The figure of first (a)，second (b) feature and its time coefficient (c，d) that rotated by the former seven feature vector of the pentadmean precipitation index field decomposed by EOF in China

圖3 1961-2012年區(qū)域降水季節(jié)進(jìn)程EOF分析第一特征場(chǎng)空間分布(a)及其時(shí)間系數(shù)圖(b)Fig.3 The first characteristic spatial distribution of the regional rainfall season march analyzed by EOF (a) and its time coefficient (b)during 1961-2012

3.3 區(qū)域雨季降水的年際變率分析

由于31°N以南的雨季主要出現(xiàn)在4-6月，因此對(duì)31°N以南區(qū)域內(nèi)1961-2012年4-6月總降水進(jìn)行EOF分解，以分析區(qū)域內(nèi)雨季各站點(diǎn)4-6月總降水年際變率的一致性。圖4給出了EOF分析的第一特征場(chǎng)空間分布圖。第一特征場(chǎng)解釋了26.8%的方差，高載荷區(qū)(大于0.6)在江西、湖南、福建大部以及廣東的西北部，高值中心在江西中部到福建北部28°N左右的狹窄區(qū)域，模態(tài)系數(shù)的年際變化波動(dòng)性較大。

圖4 1961-2012年區(qū)域雨季降水EOF分析第一特征場(chǎng)空間分布(a)及其時(shí)間系數(shù)圖(b)Fig.4 The first characteristic spatial distribution of the regional rainy season rainfall analyzed by EOF (a) and its time coefficient (b) during 1961-2012

綜合考慮氣候態(tài)降水候進(jìn)程、降水季節(jié)進(jìn)程年際變化以及雨季降水年際變化的空間一致性，對(duì)以上3個(gè)特征場(chǎng)進(jìn)行疊加(圖5)，選取0.6為閾值，將三者均大于0.6的重疊區(qū)域作為客觀劃定的江南雨季范圍，可見該區(qū)域位于110°E以東、25°～28°N之間，包括江西、湖南大部、浙江西南部、福建西北部、廣東北部、廣西東北部，即南嶺以北、28°N以南，110°E以東的我國(guó)東部地區(qū)。以下研究中，選取定義區(qū)域內(nèi)的112個(gè)氣象臺(tái)站作為代表站，對(duì)江南雨季的起止時(shí)間進(jìn)行分析和劃定。

圖5 我國(guó)逐候氣候態(tài)降水指數(shù)場(chǎng)EOF第二特征載荷向量大于0.6區(qū)域(陰影區(qū))，區(qū)域降水季節(jié)進(jìn)程EOF第一特征載荷向量大于0.6區(qū)域(紅色等值線)以及區(qū)域雨季降水EOF第一特征載荷向量大于0.6區(qū)域(藍(lán)色等值線)Fig.5 The second load vector region (>0.6，shaded area) of the pentad mean precipitation index field by EOF，the first load vector region (>0.6，red contour line) of the regional rainfall season march by EOF and the first load vector region (>0.6，blue contour line) of the regional rainy season rain-fall by EOF in China

為驗(yàn)證江南雨季地理區(qū)域劃定的合理性，我們繪制了我國(guó)華南地區(qū)、江南地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)區(qū)域平均氣候態(tài)降水的候進(jìn)程變化曲線(見圖6)。其中，華南地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)參考陳菊英[21]的劃分，利用20°～24.5°N，110°E以東氣象觀測(cè)站計(jì)算了華南區(qū)域平均降水，利用28°～31°N，115°E以東氣象臺(tái)站的資料計(jì)算了長(zhǎng)江中下游區(qū)域平均降水。江南區(qū)域平均降水的計(jì)算則利用了文中定義的112個(gè)臺(tái)站資料。從圖6可以看出這3個(gè)區(qū)域降水最大值分別出現(xiàn)在32、34、36候，呈現(xiàn)出由南向北推進(jìn)的特點(diǎn)，這是因?yàn)槟虾＜撅L(fēng)爆發(fā)后，副熱帶高壓由南向北推進(jìn)，從而導(dǎo)致我國(guó)雨季由南向北推進(jìn)，這正是眾所周知的我國(guó)東部主雨帶的推進(jìn)特征。然而值得指出的是，江南地區(qū)降水逐候演變呈現(xiàn)出顯著的不同特征。不難看出，江南地區(qū)的雨季開始最早，并呈雙峰型特征，即在16候左右江南地區(qū)顯著降水開始，并逐漸增強(qiáng)，到20候左右出現(xiàn)第一個(gè)峰值，然后降水略有下降，在24候左右出現(xiàn)低值，隨后降水再逐漸增強(qiáng)，到34候左右出現(xiàn)第二個(gè)峰值，36候降水迅速減少，隨后江南雨季結(jié)束。在江南地區(qū)出現(xiàn)第一個(gè)降水峰值時(shí)，華南、長(zhǎng)江中下游地區(qū)的降水均較江南地區(qū)明顯偏少，而華南地區(qū)在25候左右降水才明顯增強(qiáng)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)大約在30候降水明顯增強(qiáng)。因此，江南地區(qū)雨季出現(xiàn)的時(shí)間較其他兩個(gè)地區(qū)都早。37候以后江南地區(qū)受副熱帶高壓控制，降水明顯減少，而華南、長(zhǎng)江中下游地區(qū)的降水還在維持，可見江南地區(qū)的雨季結(jié)束也早于其他兩個(gè)地區(qū)。因此，本文定義的江南雨季降水和毗鄰的華南、長(zhǎng)江中下游地區(qū)的氣候態(tài)降水候進(jìn)程有明顯的不同，呈現(xiàn)出一定的特殊性，表明江南雨季地理范圍的劃分是合理而有意義的。

圖6 長(zhǎng)江中下游、江南地區(qū)、華南地區(qū)區(qū)域的平均氣候態(tài)降水指數(shù)候進(jìn)程，圖中虛線為降水指數(shù)參考閾值(0.35)Fig.6 The pentad process of mean precipitation index in middle and lower reaches of the Yangtze River，Jiangnan region and south China，dotted line: the reference threshold value of precipitation index(0.35)

4 江南雨季起止時(shí)間的客觀確定

我們客觀劃分了江南雨季的地理區(qū)域，那么江南雨季的起止時(shí)間又該如何確定？何金海等[31]及朱志偉和何金海[26]指出伴隨著東亞緯向海陸熱力差異的季節(jié)反轉(zhuǎn)，對(duì)流層低層(925 hPa)風(fēng)場(chǎng)也由偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，降水明顯增強(qiáng)，東亞副熱帶季風(fēng)雨季于3月底4月初首先在江南開始。為此，我們重點(diǎn)分析江南地區(qū)降水和經(jīng)向風(fēng)逐候演變特點(diǎn)。為了考慮江南降水和低層經(jīng)向風(fēng)的關(guān)系，文中將江南區(qū)域平均1961-2012年逐候降水指數(shù)RI和925 hPa經(jīng)向風(fēng)V構(gòu)建雙時(shí)間序列矩陣X(式4)，并進(jìn)行多變量EOF分析，這樣可以得到降水和經(jīng)向風(fēng)候進(jìn)程的主要模態(tài)。

(4)

多變量(降水指數(shù)和經(jīng)向風(fēng))EOF分析的第一模態(tài)能解釋47.04%的方差，其降水指數(shù)和925 hPa經(jīng)向風(fēng)候進(jìn)程曲線如圖7a所示。由圖可以看出，降水指數(shù)和經(jīng)向風(fēng)在36候之前均以波動(dòng)形式不斷增強(qiáng)，特別是在3月底4月初(18候前后)，降水和經(jīng)向風(fēng)有一個(gè)迅速增強(qiáng)的過(guò)程，這對(duì)應(yīng)江南雨季的建立，體現(xiàn)了“季風(fēng)”的建立既是“風(fēng)”又是“雨”，風(fēng)雨交加的特點(diǎn)。然而在36候以后，降水迅速下降，但經(jīng)向風(fēng)卻迅速增強(qiáng)并維持高值，這體現(xiàn)了“風(fēng)”和“雨”的分離。由圖7b可以看出，對(duì)應(yīng)降水的迅速下降，西北太平洋副高脊線表現(xiàn)為迅速北抬。正是副高的迅速北抬導(dǎo)致了江南雨季的結(jié)束，這是符合廣大天氣氣候工作者的預(yù)報(bào)實(shí)踐的。因此我們選用降水和經(jīng)向風(fēng)的結(jié)合來(lái)確定江南雨季的起始日期，用降水和500 hPa副高脊線位置的結(jié)合來(lái)確定雨季結(jié)束日期。副高脊線位置的確定采用劉蕓蕓等[35]研究的客觀方法。

為了確定雨季起止日期，選擇降水指數(shù)的閾值為0.35%，其在多變量EOF第一模態(tài)中對(duì)應(yīng)的經(jīng)向風(fēng)大于0.5 m/s。在區(qū)域內(nèi)所選臺(tái)站中，候降水指數(shù)大于0.35%相當(dāng)于候內(nèi)平均日降水量在4.5～7.4 mm/d之間，區(qū)域平均為5.9 mm/d。該閾值反映的日降水量與王遵婭和丁一匯[29]制定的主雨季標(biāo)準(zhǔn)—逐候降雨量標(biāo)準(zhǔn)化值超過(guò)0.5[在東部季風(fēng)區(qū)主雨季閾值30～40 mm/(5 d)]，Lau和Yang[36]及Qian等[37]制定的深對(duì)流降水標(biāo)準(zhǔn)——6 mm/d較一致，而與Wang[38]采用相對(duì)候平均降水率超過(guò)5 mm/d的標(biāo)準(zhǔn)定義季風(fēng)雨季的標(biāo)準(zhǔn)也十分接近。

圖7 1961-2012年江南區(qū)域逐候降水指數(shù)和925 hPa經(jīng)向風(fēng)多變量EOF分析第一模態(tài)(a)，降水指數(shù)第一模態(tài)和氣候態(tài)副高脊線位置候進(jìn)程圖(b)，圖中實(shí)線為降水指數(shù)，左圖虛線為925 hPa經(jīng)向風(fēng)、右圖虛線為副高脊線，水平虛實(shí)線代表各指標(biāo)閾值Fig.7 The first mode of pentad precipitation index and 925 hPa meridional wind multivariate by EOF (a)，the pentad process of precipitation index first mode and subtropical high ridge line position (b) during 1961-2012. Left dotted line: 925hPa me-ridional wind，right dotted line: subtropical high ridge line，horizontal line: corresponding threshold of index

因此，根據(jù)以上分析，給出江南雨季起止時(shí)間客觀確定指標(biāo)：從3月份開始，當(dāng)連續(xù)兩候925 hPa經(jīng)向風(fēng)為南風(fēng)，風(fēng)速大于0.5 m/s，且降水指數(shù)之和大于等于0.7%，則將該時(shí)段的第一候作為江南雨季的開始期；在江南雨季開始以后，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)兩候降水指數(shù)之和小于0.7%，且副熱帶高壓脊線位置在25°N以北時(shí)，則該時(shí)段的第一候?yàn)榻嫌昙镜慕Y(jié)束期。

表1為根據(jù)上述3個(gè)指標(biāo)客觀確定的1961-2012年江南雨季的起止時(shí)間。從表中可以看出，江南雨季開始期多在3月下旬到4月上旬，最早的年份是1980年，13候江南雨季開始，而2007年的江南雨季開始期為30候，是雨季開始最晚的年份。可見江南雨季開始日期的年際變率較大，最早最晚年相差17候；江南雨季大多在6月下旬到7月上旬結(jié)束，最早結(jié)束期為33候，分別出現(xiàn)在1963、1971、1979、1997年，而1973年雨季結(jié)束最晚，為43候。江南雨季結(jié)束日期存在明顯的年際變率，但其年際變率不如開始日期顯著。

表1 1961-2012年江南雨季開始和結(jié)束日期(單位：候)

5 總結(jié)與討論

本文采用國(guó)家氣象信息中心整編的1 675個(gè)臺(tái)站資料以及NCEP/NCAR再分析資料，定義了能消除地區(qū)差異的候平均降水指數(shù)，綜合考慮我國(guó)南方氣候態(tài)降水的候進(jìn)程、降水季節(jié)進(jìn)程的年際變率以及雨季降水的年際變率的一致性，客觀劃定了江南雨季的地理區(qū)域，制定了判定江南雨季起止時(shí)間的方法，確定了1961-2012年江南雨季起止時(shí)間。得到的主要結(jié)論如下：

(1)我國(guó)東部地區(qū)氣候態(tài)降水逐候進(jìn)程存在兩個(gè)主模態(tài)，分別為北方模態(tài)和南方模態(tài)。北方模態(tài)高載荷區(qū)位于31°N以北，這個(gè)區(qū)域內(nèi)顯著降水主要出現(xiàn)在34-54候，對(duì)應(yīng)東亞季風(fēng)主汛期降水；而南方模態(tài)高載荷區(qū)位于31°N以南，區(qū)域內(nèi)降水主要時(shí)段集中在15-37候，對(duì)應(yīng)江南雨季。

(2)綜合我國(guó)南方(31°N以南、110°E以東區(qū)域)的氣候態(tài)降水逐候進(jìn)程、降水季節(jié)進(jìn)程的年際變率以及雨季降水年際變率的一致性特征，客觀劃定了江南雨季的地域范圍，該區(qū)域位于25°～28°N，110°E以東，主要包括江西、湖南大部，浙江西南部，福建西北部，廣東北部以及廣西東北部，亦即南嶺以北、28°N以南，110°E以東的江南地區(qū)。

(3)考慮江南地區(qū)對(duì)流層低層925 hPa經(jīng)向風(fēng)，西北太平洋副熱帶高壓500 hPa脊線和江南地區(qū)降水指數(shù)之間的關(guān)系，用降水指數(shù)和經(jīng)向風(fēng)的結(jié)合來(lái)確定雨季起始期，用降水指數(shù)和副高脊線位置的結(jié)合來(lái)確定雨季結(jié)束期。對(duì)1961-2012年江南雨季的起止時(shí)間進(jìn)行了確定，給出了江南雨季起止時(shí)間序列。江南雨季的起始期大多在3月底和4月初，而結(jié)束期主要集中在6月底和7月初。

值得指出的是，本文僅解決了江南雨季區(qū)域的客觀劃分以及江南雨季起止時(shí)間客觀判定的相關(guān)問(wèn)題。限于篇幅，沒有直接給出與江南雨季起止時(shí)間相聯(lián)系的海氣背景。本文注意到江南雨季的氣候態(tài)季節(jié)進(jìn)程存在雙峰型特征：第一個(gè)峰值出現(xiàn)在21候左右，第二個(gè)峰值出現(xiàn)在34候，第二峰值為江南雨季的主峰值。這種雙峰型特征的成因是什么？此外，江南雨季的起止時(shí)間和降雨量之間是否存在相關(guān)關(guān)系？其物理過(guò)程如何？這些問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。江南雨季作為東亞副熱帶季風(fēng)雨季的一個(gè)階段，其形成是海陸氣相互作用的產(chǎn)物，特別是西太平洋暖池?zé)岷恳约爸袞|太平洋和印度洋海表溫度異常等都是影響江南雨季建立及其降水量的重要因子，但如何影響，其物理過(guò)程是什么？都是我們將要繼續(xù)深入探究的科學(xué)問(wèn)題。

致謝：感謝國(guó)家氣象信息中心提供的1 675個(gè)臺(tái)站資料以及NCEP/NCAR提供的再分析資料。本文所有圖型為NCL軟件所繪制。

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The objective definition for the geographic region of Jiangnan Rainy Season and its onset and retreat date

Zhan Fengxing1，2，He Jinhai2，Zhang Yizhi3，Zhu Zhiwei1

(1.KeyLaboratoryofMeteorologicalDisasterofMinistryofEducation(KLME)，CollegeofAtmosphericScience，NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology，Nanjing210044，China; 2.JiangxiMeteorologicalBureau，Nanchang330046，China; 3.ClimateCenterofJiangxiMeteorologicalBureau，Nanchang330046，China)

Using the 1 675 gauge data from National Meteorological Information Center and the NCEP/NCAR reanalysis data，the pentad mean averaged precipitation index which can eliminate the regional differences between gauges is defined. The rotated empirical orthogonal function decomposition (REOF) is applied to investigate the seasonal march of the pentad mean precipitation over the entire China. We obtain two leading modes (e. g. the South and North mode) and their time coefficients. The second mode of REOF presents well the Jiangnan Rainy Season (JRS).Given the consistence of three independent criterion，e.g.，the seasonal process of pentad mean precipitation，the interannual variability of precipitation index seasonal variation (April-June mean minus June-August mean) and the interannual variability of mean state of rainy season (April-June) in south of China (south of 31°Nand east of 110°E)，the overlap region of these three is objective defined as the geographic region of JRS. Using three variables in the defined geographic region of JRS，e.g.，the rainfall index，regional 925 hPa meridional wind and the western North Pacific subtropical high ridge line position at 500 hPa，the onset and retreat dates of JRS from 1961 to 2012 are determined objectively. The purposes of this paper are to provide reference for monitoring JRS and scientific basis for its prediction．

Jiangnan Rainy Season; objectively definition of geographic region; rainfall seasonal march; the onset and retreat date

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.06.001

2015-01-13；

2015-04-21。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2013CB430202)；長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(PCSIRT)；公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(GYHY201406018)；江西省科技廳指導(dǎo)性科技計(jì)劃(2013ZBBG70022)；江蘇省“青藍(lán)工程”科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)。

詹豐興(1963—)，男，江西省玉山縣人，高級(jí)工程師，主要從事季風(fēng)與旱澇研究。E-mail:zfx8@163.com

*通信作者：何金海，男，教授，主要從事季風(fēng)及海氣相互作用研究。E-mail:hejhnew@nuist.edu.cn

P466

A

0253-4193(2015)06-0001-11

詹豐興，何金海，章毅之，等. 江南雨季地理區(qū)域及起止時(shí)間的客觀確定[J]. 海洋學(xué)報(bào)，2015，37(6): 1-11，

Zhan Fengxing，He Jinhai，Zhang Yizhi，et al. The objective definitionfor thegeographic region of Jiangnan Rainy Season and its onset and retreat date[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(6): 1-11，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.06.001