中國(guó)華南3月降水和大氣環(huán)流的年代際轉(zhuǎn)型及其與PDO的聯(lián)系

程 乘，朱益民，于 斌，馬孝通，袁茂林

（1．中國(guó)人民解放軍95178部隊(duì)，廣西 南寧 530226；2．解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇 南京 211101）

中國(guó)華南3月降水和大氣環(huán)流的年代際轉(zhuǎn)型及其與PDO的聯(lián)系

程 乘1，2，朱益民2，于 斌1，馬孝通1，袁茂林1

（1．中國(guó)人民解放軍95178部隊(duì)，廣西 南寧 530226；2．解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇 南京 211101）

利用1951—2012年華南30個(gè)測(cè)站逐月降水資料、NCEP／NCAR月平均再分析資料和NOAA全球月平均海表溫度等資料，研究分析了中國(guó)華南地區(qū)3月降水的年代際轉(zhuǎn)型及相關(guān)海氣異常型。在此基礎(chǔ)上，建立基于海表溫度的預(yù)測(cè)模型對(duì)華南3月降水進(jìn)行回報(bào)與預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：1970年代中后期和1990年代末PDO發(fā)生2次位相轉(zhuǎn)換與華南3月降水的年代際變化聯(lián)系緊密。當(dāng)PDO位于暖（冷）位相時(shí)，北太平洋中部海表溫度偏低（高），阿留申低壓減弱（加強(qiáng)），使得東北—日本海氣壓偏高（低），青藏高原氣壓偏低（高），華南地區(qū)處在較強(qiáng)垂直上升（下沉）運(yùn)動(dòng)區(qū)，且低層有一顯著的氣旋性（反氣旋性）環(huán)流異常，有（不）利于低層水汽輻合，從而導(dǎo)致華南3月降水增加（減少）。此外，PDO位于暖（冷）位相時(shí)，赤道西太平洋海表溫度偏冷（暖），導(dǎo)致菲律賓上空反氣旋加強(qiáng)（減弱），南海向我國(guó)華南地區(qū)的水汽輸送增加（減少），致使華南3月降水增加（減少）。

華南3月降水；年代際氣候轉(zhuǎn)型；PDO；1990年代末

程 乘，朱益民，于 斌，等．中國(guó)華南3月降水和大氣環(huán)流的年代際轉(zhuǎn)型及其與PDO的聯(lián)系［J］．干旱氣象，2016，34（6）：936－944，［CHENG Cheng，ZHU Yimin，YU Bin，et al．Interdecadal Shift of March Precipitation and Atmospheric Circulation in South China and Their Relationshipswith PDO［J］．Journal of Arid Meteorology，2016，34（6）：936－944］，DOI：10．11755／j．issn．1006－7639（2016）－06－0936

引 言

我國(guó)東部地區(qū)氣候在1990年代發(fā)生了一次明顯的年代際轉(zhuǎn)型，這一事實(shí)已經(jīng)得到越來(lái)越多氣象學(xué)家的認(rèn)可［1－3］。與此同時(shí)，太平洋年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation，PDO）也發(fā)生了年代際位相轉(zhuǎn)換，這種海盆尺度的海溫年代際變化對(duì)東亞氣候會(huì)產(chǎn)生什么影響？這對(duì)我國(guó)未來(lái)氣候預(yù)估和重大決策具有重要的指導(dǎo)意義，因此需要更加深入地研究。

我國(guó)華南地區(qū)人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，也是重要的農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)，華南地區(qū)的氣候變化與當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活息息相關(guān)。在地理位置上，華南地區(qū)東臨西太平洋，南接南海，氣候變化受海溫影響較大［4－7］，同時(shí)，由于西側(cè)青藏高原地形的阻擋，華南成為東亞季風(fēng)進(jìn)出我國(guó)的門(mén)戶(hù)，對(duì)東亞季風(fēng)的年際變化異常敏感［8－12］。然而，目前對(duì)于華南區(qū)域降水的研究主要側(cè)重于華南前汛期［13－17］，而對(duì)華南早春降水的研究較少。統(tǒng)計(jì)表明，華南地區(qū)在春、秋季容易發(fā)生干旱，春旱出現(xiàn)的頻率最高，這對(duì)華南地區(qū)春耕播種及農(nóng)作物生長(zhǎng)有較大影響，因此研究華南3月早春降水的演變規(guī)律和形成機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

已有研究表明，由南海向華南的經(jīng)向水汽輸送變化將導(dǎo)致華南整體降水異常，而緯向的水汽輸送變化將導(dǎo)致華南區(qū)域降水不均，出現(xiàn)局部降水異常［18－19］。韓晉平等［20］通過(guò)耦合模式的長(zhǎng)期積分發(fā)現(xiàn)，華南春季氣候主要受副熱帶系統(tǒng)和中高緯環(huán)流影響。高輝等［21］發(fā)現(xiàn)近20 a華南地區(qū)汛期降水已由典型的雙峰型季節(jié)變化特征向單峰型轉(zhuǎn)變。鄭菲等［22］利用CAM3進(jìn)行海溫敏感性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，南半球環(huán)狀模偏強(qiáng)時(shí)，有利于華南春季降水的生成。朱志偉等［23］發(fā)現(xiàn)春季青藏高原大氣熱源的年代際減弱，使高原東南側(cè)的西南風(fēng)減弱，導(dǎo)致中國(guó)南方上空水汽輸送不足，春季降水減少。Duan等［2］研究指出，PDO對(duì)華南初夏降水年際變化的預(yù)測(cè)具有重要的調(diào)制作用。之前的研究多注重1970年代PDO冷暖位相的轉(zhuǎn)換對(duì)華南氣候的影響，特別是對(duì)華南前汛期降水的影響，而對(duì)1990年代PDO冷暖位相轉(zhuǎn)換對(duì)華南氣候影響的研究較少，尤其對(duì)早春3月降水的研究更是寥寥無(wú)幾。因此，本文對(duì)比分析了PDO 在1970年代和1990年代的2次年代際轉(zhuǎn)換及其對(duì)東亞大氣環(huán)流年代際變化的作用，旨在發(fā)現(xiàn)PDO通過(guò)影響東亞大氣環(huán)流進(jìn)而調(diào)制華南3月降水年代際變化的可能機(jī)理，為我國(guó)華南春季降水預(yù)測(cè)提供有意義的參考依據(jù)。

1 資料與方法

本文將（105°E—120°E，18°N—28°N）范圍定義為中國(guó)華南地區(qū)，前冬是指前一年12月至當(dāng)年2月。所用降水資料來(lái)自中國(guó)氣象局整編的1951—2012年華南地區(qū)30個(gè)測(cè)站逐月降水資料；大氣環(huán)流資料為美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和大氣管理局研究中心（NCEP／NCAR）1951—2012年逐月再分析資料，包括位勢(shì)高度場(chǎng)、水平風(fēng)場(chǎng)、垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等要素，分辨率為2．5°×2．5°；海表溫度資料分別為1951—2012年美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局（NOAA）發(fā)布的2°×2°全球月平均海表溫度資料和英國(guó)氣象局Hadley中心整編的5°×5°全球月平均海表溫度資料。

為提取原始資料中的年代際分量，采用9 a Gauss濾波器濾去原始資料中年際尺度的氣候變率。此外，還使用了合成分析、相關(guān)分析和奇異值分解（Singular Value Decomposition，SVD）等分析方法。

2 降水的年代際變化

2．1 降水的年代際變化

圖1給出1951—2012年華南地區(qū)3月降水標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列?？梢钥闯?，我國(guó)華南地區(qū)3月降水不僅有年際變化，還有顯著的年代際變化特點(diǎn)。從9 a Gauss濾波曲線(xiàn)來(lái)看，62 a來(lái)華南地區(qū)3月降水主要發(fā)生了2次年代際轉(zhuǎn)變。第1次出現(xiàn)在1976／1977年前后，降水由年代際偏少期進(jìn)入偏多時(shí)期，第2次出現(xiàn)在1998／1999年前后，降水由年代際偏多轉(zhuǎn)為年代際偏少?；谝陨戏治觯疚囊?951—2012年為氣候背景場(chǎng)，以1951—1976年和1999—2012年為華南3月降水偏少時(shí)期，以1977—1998年為降水偏多時(shí)期，對(duì)華南3月降水的年代際變化及其對(duì)應(yīng)的海氣異常型進(jìn)行研究。

圖1 1951—2012年華南地區(qū)3月降水的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列（實(shí)線(xiàn)為9 a Gauss濾波后的降水）Fig．1 The standardized time series of precipitation in March in South China during 1951－2012 （Solid line for the filtered precipitation by 9 a Gauss filter）

2．2 年代際降水距平場(chǎng)的空間分布

圖2分別給出華南地區(qū)1951—2012年3個(gè)年代際階段3月降水距平分布。1951—1976年（圖2a），華南3月年平均降水基本呈整體一致偏少的分布形勢(shì)，且華南東部地區(qū)偏少更為明顯，降水較常年偏少近20 mm。1977—1998年（圖2b），華南3月年平均降水距平分布與前一時(shí)期剛好相反，基本呈整體一致偏多的分布形勢(shì)，其中華南東部地區(qū)降水偏多更為明顯，3月降水較常年偏多40 mm，而華南南部的海南與西北部的貴州降水略有偏少。1999—2012年（圖2c），華南地區(qū)3月年平均降水距平分布又出現(xiàn)了反位相變化，其中華南東部地區(qū)降水異常偏少，最大偏少量達(dá)30 mm，降水偏少區(qū)域較1951—1976年時(shí)段偏少得更明顯，而華南西北部貴州地區(qū)降水略有偏多。綜上所述，華南地區(qū)3月降水基本呈現(xiàn)出全區(qū)一致偏多（偏少）的空間分布特征，其中華南東部地區(qū)對(duì)降水年代際變化的響應(yīng)更加敏感，變化幅度較大。這可能是受青藏高原地形的阻擋，來(lái)自南海、孟加拉灣的水汽更易沿著東南沿海地區(qū)北上，導(dǎo)致這一地區(qū)的3月降水更易受到東亞地區(qū)大氣環(huán)流年代際變化的影響。

3 降水與前冬北太平洋海表溫度年代際變化關(guān)系

3．1 前冬北太平洋海表溫度的年代際變化

圖2 1951—1976年（a）、1977—1998年（b）、1999—2012年（c）華南3月年平均降水距平的年代際分布（單位：mm）Fig．2 Interdecadal precipitation anomalies in March in South China during 1951－1976（a），1977－1998（b），1999－2012（c）（Unit：mm）

圖3 1951—1976年（a）、1977—1998（b）、1999—2012年（c）前冬北太平洋海表溫度距平場(chǎng)（單位：℃）（陰影區(qū)通過(guò)了90%及以上的信度檢驗(yàn)，下同）Fig．3 The sea surface temperature（SST）anomalies in pre－winter over the North Pacific during 1951－1976（a），1977－1998（b），1999－2012（c）（Uint：℃）（The shaded areas passed the 90%and above confidence level test，the same below）

圖3給出1951—1976年、1977—1998年和1999—2012年前冬北太平洋海表溫度距平場(chǎng)?？梢钥闯觯?951—1976年北太平洋中部海區(qū)海表溫度偏暖，北美沿岸海表溫度偏冷，具有PDO冷位相的分布特征（圖3a）；1977—1998年北太平洋海表溫度距平場(chǎng)分布與前一時(shí)期正相反（圖3b），其中部地區(qū)海表溫度偏冷，北美沿岸海表溫度偏暖，具有PDO暖位相的分布特征，且赤道西太平洋海表溫度偏冷，赤道東太平洋海表溫度偏暖，具有El Ni?o的分布特征；1999—2012年北太平洋海表溫度分布出現(xiàn)了明顯的年代際變化（圖3c），北太平洋中部及西部地區(qū)海表溫度偏暖，東部北美沿岸海表溫度偏冷，具有PDO冷位相的分布特征，且赤道西太平洋海表溫度偏暖，赤道東太平洋海表溫度偏冷，具有La Ni?a的分布特征。值得注意的是，1951—1976年和1977—1998年期間北太平洋海表溫度的暖、冷中心位置都位于160°W附近，而1999—2012年期間北太平洋海表溫度的暖中心位置向西收縮至日界線(xiàn)附近；此外，北太平洋中部海表溫度年代際異常的強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，這種與PDO相聯(lián)系的大范圍海溫年代際尺度異?？赏ㄟ^(guò)海氣相互作用造成年代際尺度上東亞季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的異常，從而導(dǎo)致PDO對(duì)東亞季風(fēng)及我國(guó)東部地區(qū)氣候異常的影響更加明顯。

3．2 降水與前冬北太平洋海表溫度的耦合關(guān)系

為分析華南3月降水與前冬北太平洋海表溫度的耦合關(guān)系，將華南3月降水距平場(chǎng)作為左場(chǎng)，前冬北太平洋海表溫度距平場(chǎng)作為右場(chǎng)，進(jìn)行SVD分解得到第1模態(tài)（SVD1）異性相關(guān)分布及其時(shí)間系數(shù)（圖4）。經(jīng)分解，SVD1的方差貢獻(xiàn)為73．51%。從華南春季3月降水的異性相關(guān)分布場(chǎng)來(lái)看（圖4a），華南地區(qū)3月降水以正相關(guān)分布為主，其中華南東部地區(qū)相關(guān)系數(shù)達(dá)0．3以上，通過(guò)α＝0．1的顯著性檢驗(yàn)。從前冬北太平洋海表溫度異性相關(guān)分布場(chǎng)來(lái)看（圖4b），北太平洋海表溫度表現(xiàn)出PDO的分布特點(diǎn)，赤道西太平洋和北太平洋中部地區(qū)為顯著負(fù)相關(guān)區(qū)，相關(guān)系數(shù)最高＜－0．4，而北美沿岸以及赤道中東太平洋地區(qū)為顯著正相關(guān)區(qū)，相關(guān)系數(shù)最高＞0．4，均通過(guò)α＝0．1的顯著性檢驗(yàn)。這種空間分布型表明，當(dāng)前冬北太平洋中部以及赤道西太平洋地區(qū)海表溫度偏冷、北美沿岸以及赤道中東太平洋地區(qū)海表溫度偏暖時(shí)，華南3月降水偏多，且華南東部地區(qū)偏多趨勢(shì)更為明顯，反之亦然。從時(shí)間系數(shù)9 a Gauss濾波來(lái)看（圖4c），左場(chǎng)和右場(chǎng)的時(shí)間系數(shù)都表現(xiàn)出明顯的年代際變化特征，相關(guān)系數(shù)達(dá)0．53，通過(guò)α＝0．01的顯著性檢驗(yàn)；二者均分別在1976／1977年和1998／1999年前后發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)型，這與PDO的年代際位相轉(zhuǎn)換時(shí)間恰好吻合，說(shuō)明在年代際時(shí)間尺度上，北太平洋海表溫度的變化是影響華南地區(qū)3月降水變化的重要因子。

圖4 1951—2012年華南3月降水（a）與前冬北太平洋海表溫度（b）SVD1異性相關(guān)分布（a，b）及其時(shí)間系數(shù)（c）Fig．4 The spatial patterns（a，b）and time coefficients（c）of the first SVD mode of precipitation in March in South China（a）and pre－winter SST over the North Pacific（b）

4 大氣環(huán)流年代際異常型

4．1 850 hPa風(fēng)場(chǎng)及垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)

降水是諸多氣象條件共同作用的結(jié)果，其中最關(guān)鍵的是水汽條件和上升運(yùn)動(dòng)。圖5給出1951—1976年、1977—1998年和1999—2012年3月東亞地區(qū)850 hPa風(fēng)場(chǎng)及垂直運(yùn)動(dòng)距平場(chǎng)。可以看出，1951—1976年（圖5a），3月850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)在華南地區(qū)表現(xiàn)為反氣旋式環(huán)流，菲律賓上空反氣旋環(huán)流較弱，對(duì)華南地區(qū)水汽輸送較少；此外，華南地區(qū)垂直運(yùn)動(dòng)距平場(chǎng)上表現(xiàn)為下沉運(yùn)動(dòng)，這都不利于在華南地區(qū)產(chǎn)生降水，導(dǎo)致華南3月年代際降水偏少。相反，1977—1998年（圖5b），3月華南地區(qū)存在氣旋式環(huán)流，環(huán)流南部為偏南風(fēng)距平，菲律賓上空反氣旋環(huán)流偏強(qiáng)，有利于南海對(duì)華南地區(qū)的水汽輸送；另外垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上，華南地區(qū)為上升運(yùn)動(dòng)，二者的共同作用導(dǎo)致這一階段華南地區(qū)3月降水偏多。1999—2012年（圖5c），850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)上，3月華南區(qū)域存在反氣旋式環(huán)流，全區(qū)為偏北風(fēng)控制，菲律賓上空為氣旋式環(huán)流，這不利于水汽向華南地區(qū)輸送；垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上，3月華南大部為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，不利于產(chǎn)生降水，只有華南東部存在上升運(yùn)動(dòng)，但由于缺乏充沛的水汽，在二者的共同作用下該時(shí)期華南3月降水整體偏少。

圖5 1951—1976年（a）、1977—1998年（b）、1999—2012年（c）3月東亞地區(qū)850 hPa風(fēng)場(chǎng)及垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)（單位：m·s－1）距平（陰影區(qū)表示上升氣流區(qū)，A表示反氣旋式環(huán)流，C表示氣旋式環(huán)流，黑色矩形區(qū)域?yàn)槿A南地區(qū)）Fig．5 The anomalies of wind field and verticalmotion field（Unit：m·s－1）on 850 hPa in March over East Asia during 1951－1976（a），1977－1998（b），1999－2012（c）（Shaded areas for the ascending zone of airflow，A for anticyclone，C for cyclone，the black rectangle area for the South China）

4．2 緯向平均垂直流場(chǎng)

圖6給出3月105°E—120°E范圍緯向平均垂直流場(chǎng)?？梢钥闯?，1951—1976年華北為深厚的上升氣流距平區(qū)，華南為深厚的下沉氣流距平區(qū)，不利于華南地區(qū)水汽上升凝結(jié)形成降水；此外，近赤道地區(qū)同樣被深厚下沉氣流距平控制，不利于南海水汽向華南地區(qū)輸送，二者共同作用導(dǎo)致這一時(shí)期華南3月降水偏少（圖6a）。相反，1977—1998年華北為深厚的下沉氣流距平區(qū)，華南為深厚的上升氣流距平區(qū)（圖6b），這有利于華南地區(qū)水汽上升凝結(jié)形成降水。此外，近赤道地區(qū)同樣被深厚上升氣流距平控制，有利于南海水汽向華南輸送，二者共同作用導(dǎo)致這一時(shí)期華南3月降水偏多。1999—2012年（圖6c），華北地區(qū)為深厚的下沉氣流距平區(qū)，下沉氣流距平向低緯度低層地區(qū)滲透，導(dǎo)致華南對(duì)流層以下受下沉氣流控制，不利于水汽凝結(jié)產(chǎn)生降水。此外，近赤道地區(qū)對(duì)流層被下沉氣流控制，不利于水汽向華南地區(qū)輸送。二者的共同作用導(dǎo)致這一時(shí)期華南3月降水偏少。

圖6 1951—1976年（a）、1977—1998年（b）、1999—2012年（c）3月緯向平均（105°E—120°E）的垂直流場(chǎng)距平（冷色表示上升氣流區(qū)，暖色表示下沉氣流區(qū)）Fig．6 The anomalies of zonalmean（105°E－120°E）vertical flow field in March during 1951－1976（a），1977－1998（b），1999－2012（c）（Cold color for ascendingmotion，warm color for sinkingmotion）

4．3 海平面氣壓距平場(chǎng)

為了更清楚地描述1990年代末PDO位相轉(zhuǎn)換對(duì)華南3月降水年代際變化的影響，這里取氣候平均態(tài)為1977—2012年平均，著重對(duì)比1977—1998年和1999—2012年2個(gè)階段海氣異常型變化。圖7給出3月海平面氣壓距平場(chǎng)的年代際變化，可以看出，1977—1998年（圖 7a），阿留申低壓加深，東北—日本海氣壓偏高，青藏高原氣壓偏低，西西伯利亞氣壓偏高，氣壓距平場(chǎng)在中緯度地區(qū)由東向西呈“－、+、－、+”的波列型分布。青藏高原氣壓偏低，有利于在此產(chǎn)生氣旋式環(huán)流，環(huán)流底部的西南風(fēng)將來(lái)自南海的水汽向華南地區(qū)輸送，有利于華南地區(qū)的降水增加。此外，東北—日本海氣壓偏高，有利于在本地產(chǎn)生反氣旋式環(huán)流，環(huán)流底部的東北風(fēng)將來(lái)自南海的暖濕氣流阻擋在長(zhǎng)江以南地區(qū)，造成這一階段華南3月降水偏多。相反，1999—2012年（圖7b），阿留申低壓減弱，東北—日本海氣壓偏低，青藏高原氣壓偏高，西西伯利亞氣壓偏低，氣壓距平場(chǎng)在中緯度地區(qū)由東向西呈“+、－、+、－”的波列型分布。青藏高原氣壓偏高，有利于在青藏高原地區(qū)產(chǎn)生反氣旋式環(huán)流，環(huán)流底部的東北風(fēng)阻礙了來(lái)自南海的水汽向華南地區(qū)輸送，不利于華南地區(qū)產(chǎn)生降水。此外，東北—日本海氣壓偏低，有利于在該地區(qū)產(chǎn)生氣旋式環(huán)流，環(huán)流底部的西南風(fēng)將華南地區(qū)的水汽向北輸送，造成華南地區(qū)水汽減少，導(dǎo)致這一階段華南3月降水偏少。

5 基于多元線(xiàn)性回歸方法的降水預(yù)測(cè)模型

5．1 前冬逐月北太平洋海表溫度異常與降水的關(guān)系

為了分析前冬北太平洋海表溫度演變對(duì)華南3月降水的影響，將1951—2012年北太平洋前冬逐月海表溫度與華南地區(qū)3月降水求相關(guān)，得到相關(guān)系數(shù)的逐月演變（圖8）?？梢钥闯?，隨著時(shí)間的推移，與華南3月降水顯著相關(guān)的海表溫度分布較為穩(wěn)定，位置和強(qiáng)度變化都不大，在北太平洋中緯地區(qū)表現(xiàn)為 PDO型，而低緯地區(qū)東西部呈相反變化。因此，選取其中各月均通過(guò)α＝0．1顯著性檢驗(yàn)的海區(qū)作為關(guān)鍵區(qū)，將關(guān)鍵區(qū)海表溫度距平視為華南3月降水變化的影響因子，參與預(yù)測(cè)建模試驗(yàn)。為了便于計(jì)算，將關(guān)鍵區(qū)定為10°×10°，得出關(guān)鍵區(qū)為SST1（134°W—124°W，0°—10°N）、SST2（150°E—160°E，6°N—16°N）、SST3（174°W—164°W，26°N—36°N）、SST4（136°W—126°W，34°N—44°N）。

圖7 1977—1998年（a）、1999—2012年（b）3月海平面氣壓距平場(chǎng)（單位：hPa）Fig．7 The anomalies of SLP field in March during 1977－1998（a）and 1999－2012（b）（Unit：hPa）

圖8 前冬12月、1月、2月（從上至下）北太平洋海表溫度與華南3月降水的相關(guān)系數(shù)Fig．8 The correlation coefficients between pre－winter SST in December，January，F(xiàn)ebruary（from top to bottom）over North Pacific and March precipitation in South China

5．2 華南3月降水的預(yù)測(cè)模型

將前冬關(guān)鍵區(qū)逐月海表溫度與華南3月降水求相關(guān)，得到逐月相關(guān)系數(shù)（表1）?？梢钥闯?，除了SST2區(qū)域12月海表溫度與華南3月降水的相關(guān)系數(shù)未通過(guò)α＝0．05的信度檢驗(yàn)外，其余各區(qū)各月的相關(guān)系數(shù)均通過(guò)α＝0．05及以上的信度檢驗(yàn)。其中，SST3區(qū)域各月和SST4區(qū)域1月海表溫度與華南3月降水的相關(guān)系數(shù)通過(guò)α＝0．01的信度檢驗(yàn)，說(shuō)明相對(duì)于熱帶太平洋海表溫度異常而言，與PDO相聯(lián)系的中緯度北太平洋地區(qū)海表溫度異常的變化對(duì)華南3月降水的影響更大。將每個(gè)關(guān)鍵區(qū)各月相關(guān)系數(shù)最大的作為華南3月降水的預(yù)測(cè)因子，得到預(yù)測(cè)因子為SST1Feb、SST2Feb、SST3Dec和SST4Jan（SST1Feb表示SST1區(qū)域同年2月海表溫度距平，SST2Feb表示SST2區(qū)域同年2月海表溫度距平，SST3Dec表示SST3區(qū)域前一年12月海表溫度距平，SST4Jan表示SST4區(qū)域同年1月海表溫度距平）。

表1 1951—2012年前冬關(guān)鍵區(qū)逐月海表溫度與華南3月降水的相關(guān)系數(shù)Tab．1 The correlation coefficients between pre－winter SST over key regions and March precipitation in South China during 1951－2012

采用多元線(xiàn)性回歸方法，將華南3月降水距平百分率（SCRp）作為預(yù)測(cè)對(duì)象，利用上述預(yù)測(cè)因子，建立華南3月降水的預(yù)測(cè)模型。其公式為：

選取1951—2002年為建模和回報(bào)時(shí)段，2003—2012年為獨(dú)立樣本預(yù)測(cè)時(shí)段，得到華南3月降水的回報(bào)與預(yù)測(cè)結(jié)果（圖9），二者相關(guān)系數(shù)為0．47。由圖9可看出，預(yù)測(cè)模型能夠較好地預(yù)測(cè)華南3月降水異常的年際和年代際變化，特別是在年代際時(shí)間尺度上，預(yù)測(cè)模型回報(bào)和預(yù)測(cè)的華南3月降水年代際異常與觀(guān)測(cè)值擬合較好，表明PDO對(duì)華南早春3月降水異常具有明顯的調(diào)制作用。

圖9 多元線(xiàn)性回歸模型對(duì)華南3月降水的回報(bào)（1951—2002年）與預(yù)測(cè)（2003—2012年）Fig．9 The fitted during 1951－2002 and predicted during 2003－2012 March precipitation in South China by usingmultiple linear regression model

6 結(jié) 論

（1）華南3月降水具有明顯的年代際變化特點(diǎn)，其中1951—1976年降水偏少，1977—1998年降水偏多，1999—2012年降水偏少。華南3月降水異常年代際轉(zhuǎn)型的時(shí)間與PDO冷暖位相發(fā)生轉(zhuǎn)換的時(shí)間基本一致。

（2）華南3月降水與前冬北太平洋海表溫度異常在時(shí)間尺度上有很好的耦合關(guān)系，當(dāng)北太平洋海表溫度呈現(xiàn)PDO暖位相分布時(shí)，華南3月降水偏多，二者的時(shí)間系數(shù)在1976／1977年前后和1998／1999年前后均發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)折。

（3）當(dāng)PDO位于暖（冷）位相時(shí)，北太平洋中部海表溫度偏低（高），阿留申低壓減弱（加深），使得東北—日本海氣壓偏高（低），青藏高原氣壓偏低（高），華南地區(qū)處在較強(qiáng)垂直上升（下沉）運(yùn)動(dòng)區(qū)，且低層有一顯著的氣旋性（反氣旋性）環(huán)流異常，有（不）利于低層水汽輻合，從而導(dǎo)致華南3月降水增加（減少）。此外，PDO位于暖（冷）位相時(shí)，赤道西太平洋海表溫度偏冷（暖），導(dǎo)致菲律賓上空反氣旋加強(qiáng)（減弱），南海向我國(guó)華南地區(qū)的水汽輸送增加（減少），致使華南3月降水增加（減少）。

（4）基于多元線(xiàn)性回歸模型對(duì)華南3月降水的回報(bào)與預(yù)測(cè)表明，與PDO相聯(lián)系的北太平洋海表溫度異常的年代際變化是造成華南3月降水年際和年代際異常的重要因子，PDO對(duì)華南早春3月降水異常具有明顯的調(diào)制作用。

本文建模因子僅考慮了海表溫度對(duì)華南3月降水影響，而對(duì)與PDO相聯(lián)系的大氣環(huán)流異常對(duì)華南3月降水的作用尚未作為預(yù)測(cè)因子引入模型，今后若采用多因子、多物理過(guò)程的預(yù)測(cè)模型可能將會(huì)提高降水的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

［1］黃榮輝，劉永，馮濤．20世紀(jì)90年代末中國(guó)東部夏季降水和環(huán)流的年代際變化特征及其內(nèi)動(dòng)力成因［J］．科學(xué)通報(bào)，2013，58 （8）：617－628．

［2］Duan W，Song L，Li Y，et al．Modulation of PDO on the predictability of the interannual variability of early summer rainfallover south China［J］．Geophysical Research Atmospheres，2013，118，doi：10．1002／2013JD019862

［3］劉海文，周天軍，朱玉祥，等．東亞夏季風(fēng)自20世紀(jì)90年代初開(kāi)始恢復(fù)增強(qiáng)［J］．科學(xué)通報(bào)，2012，57（9）：765－769．

［4］Webster P J，Magata V O，Palmer TN，etal．Monsoons：Progress，predictability and the prospects for prediction［J］．Journal of Geophysical Research，1998，103C7：14451－14510．

［5］何金海，袁良，祁莉．冬季西太平洋暖池與華南降水關(guān)系的年代際變化［J］．大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，38（6）：721－730．

［6］劉凱，祝從文．冬季北太平洋海溫主模態(tài)在1990年前后調(diào)整及其成因初探［J］．大氣科學(xué)，2015，39（5）：926－940．

［7］袁良，何金海．兩類(lèi)ENSO對(duì)我國(guó)華南地區(qū)冬季降水的不同影響［J］．干旱氣象，2013，31（1）：24－31．

［8］陳隆勛，李薇，趙平，等．東亞地區(qū)夏季風(fēng)爆發(fā)過(guò)程［J］．氣候與環(huán)境研究，2000，5（4）：345－355．

［9］馬慧，王謙謙，陳楨華．華南前汛期降水異常的時(shí)空變化特征［J］．高原氣象，2006，25（2）：325－329．

［10］許立言，武炳義．歐亞大陸積雪兩種物理效應(yīng)對(duì)2010年春末夏初華南降水的影響［J］．大氣科學(xué)，2012，36（2）：271－282．

［11］錢(qián)永甫，張艷，鄭益群．青藏高原冬春季積雪異常對(duì)中國(guó)春夏季降水的影響［J］．干旱氣象，2003，21（3）：1－7．

［12］張潔，周天軍，宇如聰，等．中國(guó)春季典型降水異常及相聯(lián)系的大氣水汽輸送［J］．大氣科學(xué)，2009，33（1）：121－134．

［13］吳尚森，梁建茵．華南前汛期旱澇時(shí)空分布特征［J］．熱帶氣象，1992，8（1）：87－92．

［14］吳尚森，黃成昌，薛惠嫻．華南后汛期降水的年際變化［J］．熱帶氣象，1990，6（4）：348－356．

［15］王朋嶺，王啟袆，王東阡，等．2012年4月華南地區(qū)降水異常事件及成因診斷分析［J］．地理科學(xué)，2015，35（3）：352－357．

［16］章開(kāi)美，李麗平，陳勝東．華南前汛期極端降水年代際異常及其影響因子分析［J］．干旱氣象，2016，34（1）：64－74．

［17］馬玉坤，張培群，王式功，等．華南前汛期夏季風(fēng)降水開(kāi)始日期的確定［J］．干旱氣象，2015，33（2）：332－339．

［18］李秀珍，梁衛(wèi)，溫之平．華南秋、冬、春季水汽輸送特征及其與降水異常的聯(lián)系［J］．熱帶氣象學(xué)報(bào)，2010，26（5）：626－632．

［19］竺可楨．東南季風(fēng)與中國(guó)之雨量［J］．地理學(xué)報(bào)，1934，1（1）：1 －27．

［20］韓晉平，王會(huì)軍，姜大膀．耦合模式長(zhǎng)期積分資料所揭示的華南春季降水及環(huán)流特征的年際變化［J］．氣候與環(huán)境研究，2006，11（2）：194－202．

［21］高輝，蔣薇，李維京．近20年華南降水季節(jié)循環(huán)由雙峰型向單峰型的轉(zhuǎn)變［J］．科學(xué)通報(bào)，2013，58（15）：1438－1443．

［22］鄭菲，李建平．前冬南半球環(huán)狀模對(duì)春季華南降水的影響及其機(jī)理［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（11）：3542－3557．

［23］朱志偉，何金海，鐘珊珊，等．春夏東亞大氣環(huán)流年代際轉(zhuǎn)折的影響及其可能機(jī)理［J］．氣象學(xué)報(bào)，2013，71（3）：440－451．

Interdecadal Shift of M arch Precipitation and Atmospheric Circulation in South China and Their Relationships w ith PDO

CHENG Cheng1，2，ZHU Yimin2，YU Bin1，MA Xiaotong1，YUAN Maolin1

（1．The 95178 Troops of PLA，Nanning 530226，China；2．College of Meteorology and Oceanography，PLAUniversity of Science and Technology，Nanjing 211101，China）

Based on themonthly precipitation data at30 weather stations in South China during 1951－2012，monthly reanalysis data from NCEP／NCAR andmonthly global sea surface temperature（SST）data from NOAA，the interdecadal shiftofMarch precipitation in South China and accompanying change of East Asia circulation were investigated．And on this basis the predictionmodel of precipitation in March based on SST was established．The results show that the interdecadal change of March precipitation in South China were closely related with two interdecadal shift of the pacific decadal oscillation（PDO）in themid to late 1970s and the late 1990s．When PDO was in positive（negative）phase，SST in central North Pacific was colder（warmer），Aleutian low pressureweakened（strengthened），which led to higher（lower）sea－level pressure（SLP）over Northeast China to Japan sea and lower（higher）SLPover the Tibet Plateau．In themeantime，South China located in the ascending（sinking）motion region，and the cyclone（anticyclone）circulation anomalies existed in lower layer over South China，which was conducive to convergence（divergence）ofwater vapour to cause the flood（drought）in South China．In addition，when PDO was in positive（negative）phase，SST in equatorial western Pacific Ocean was colder（warmer），which resulted in the intensification（weakening）of anticyclone over Philippines and increase（decrease）of water vapor transport from South China Sea to South China，and further March precipitation over South China increased（decreased）．

March precipitation in South China；interdecadal climate shift；PDO；the late 1990s

1006－7639（2016）－06－0936－09

10．11755／j．issn．1006－7639（2016）－06－0936

P426．6

A

2016－05－13；改回日期：2016－06－06

公益性行業(yè)（氣象）科研專(zhuān)項(xiàng)（GYHY201106017）資助

程乘（1994－），男，漢族，江西景德鎮(zhèn)人，碩士，助理工程師，主要從事年代際氣候變化相關(guān)研究．E－mail：chengcheng＿cici＠yeah．net