華南夏季降水20世紀(jì)90年代初的年代際變化及其與南亞高壓關(guān)系

伯忠凱，曾剛，武英嬌，李忠賢，史丹妮

(1. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044； 2. 山東省氣候中心，山東 濟(jì)南 250031； 3. 中國(guó)科學(xué)院寒旱區(qū)陸面過(guò)程與氣候變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000； 4. 安徽省六安市氣象局，安徽 六安237000； 5. 民航氣象中心，北京 100122)

?

華南夏季降水20世紀(jì)90年代初的年代際變化及其與南亞高壓關(guān)系

伯忠凱1,2，曾剛1,3，武英嬌4，李忠賢1，史丹妮5

(1. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044； 2. 山東省氣候中心，山東 濟(jì)南 250031； 3. 中國(guó)科學(xué)院寒旱區(qū)陸面過(guò)程與氣候變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000； 4. 安徽省六安市氣象局，安徽 六安237000； 5. 民航氣象中心，北京 100122)

利用1979—2008年中國(guó)160站降水資料、NOAA的CMAP降水資料以及NCEP/NCAR大氣再分析資料，應(yīng)用1978—2008年全球逐月觀測(cè)海表溫度驅(qū)動(dòng)NCAR CAM5.1全球大氣環(huán)流模式進(jìn)行數(shù)值模擬，探討了華南夏季降水的年代際變化特征及其與南亞高壓的關(guān)系。結(jié)果表明，華南夏季降水與南亞高壓的東伸脊點(diǎn)關(guān)系密切，均在20世紀(jì)90年代初存在年代際轉(zhuǎn)變。在1993—2008(1979—1992)年期間，南亞高壓位置偏西(東)，西北太平洋副熱帶高壓位置偏東(西)，華南地區(qū)則低層輻合(輻散)異常、高層輻散(輻合)異常，產(chǎn)生異常上升(下沉)運(yùn)動(dòng)，華南地區(qū)降水年代際偏多(少)，這也被數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果所驗(yàn)證。

華南夏季降水； 南亞高壓； 年代際變化

引言

華南地區(qū)是我國(guó)雨量充沛的區(qū)域，年降雨量大、暴雨次數(shù)多、雨季汛期長(zhǎng)、旱澇災(zāi)害頻發(fā)[1]。旱澇災(zāi)害的頻發(fā)會(huì)給華南地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民的生活等造成嚴(yán)重影響。因此，研究華南地區(qū)夏季降水的變化及其機(jī)制，對(duì)該地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

近年來(lái)有關(guān)華南降水的年代際演變特征，很多學(xué)者已進(jìn)行了不少研究。例如，Ding等[2]指出華南降水在20世紀(jì)90年代存在年代際轉(zhuǎn)變。肖偉軍等[3]的研究表明，華南中部和西北部是華南夏季降水的兩個(gè)主要?dú)夂蜃儺愔行膮^(qū)，華南西北部夏季降水具有年際變化為主的特征，而華南中部夏季降水則具有年代際變化為主的特征。華南降水的年代際變化與東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)的年代際變化密不可分，西太平洋副熱帶高壓、南海夏季風(fēng)等都是影響華南降水年代際變化的重要因子[4-7]。海溫對(duì)華南前汛期降水預(yù)測(cè)有較好的參考價(jià)值[8-10]，吳勝安等[11]發(fā)現(xiàn)熱帶西太平洋是影響華南降水年代際變化的關(guān)鍵海區(qū)。

南亞高壓是夏季北半球高層最強(qiáng)大的高壓系統(tǒng)，與北半球大氣環(huán)流特別是與我國(guó)夏季大范圍旱澇分布關(guān)系非常密切，對(duì)我國(guó)東部旱澇災(zāi)害具有重要的預(yù)測(cè)價(jià)值[12-17]。張瓊等[18]利用NCEP/NCAR再分析資料較客觀地定義了描述南亞高壓活動(dòng)的特征參數(shù)，對(duì)南亞高壓的年代際變化進(jìn)行了診斷分析。徐忠峰和錢永甫[19]也指出，南亞高壓的部分特征參數(shù)具有明顯的年代際變化特征，且在10～15 a時(shí)間尺度上，南亞高壓可作為預(yù)測(cè)長(zhǎng)江中下游降水年代際變化的一個(gè)參考信號(hào)。黃櫻等[20]、朱玲等[21]討論了南亞高壓對(duì)華北夏季降水的影響，指出南亞高壓的位置偏西時(shí)，華北夏季降水可能增加。6月南亞高壓的經(jīng)度偏差是影響同年夏季華北降水的重要因子。許多研究[17,22-23]表明，當(dāng)南亞高壓偏強(qiáng)時(shí)，江淮流域多雨；華南、華北少雨。胡景高等[24-25]指出夏季南亞高壓東脊點(diǎn)位置與長(zhǎng)江流域中游、江淮流域的夏季降水有顯著的正相關(guān)，與華南夏季降水有著顯著的負(fù)相關(guān)，將它作為研究華南降水時(shí)表征南亞高壓的特征參數(shù)則更具有代表性。

已有研究[18,21,26-27]中針對(duì)南亞高壓20世紀(jì)90年代的年代際變化的研究尚少，且研究影響華南降水的因子主要集中在西北太平洋副熱帶高壓、南海夏季風(fēng)、海表溫度和青藏高原積雪等[5-11,28-29]，而南亞高壓對(duì)華南降水年代際變化的影響的研究尚少。本文將利用觀測(cè)資料以及數(shù)值模式來(lái)研究1979—2008年期間華南夏季降水和南亞高壓的年代際變化特征，并討論兩者之間的關(guān)系，探究年代際變化尺度上南亞高壓影響華南夏季降水的可能物理機(jī)制，為理解華南夏季降水的年代際變化機(jī)理提供參考價(jià)值。

1 資料和方法

本文所用資料包括1979—2008年美國(guó)NCEP/NCAR逐月大氣再分析資料，變量包括位勢(shì)高度場(chǎng)、水平風(fēng)場(chǎng)及垂直速度場(chǎng)，水平分辨率為2.5°×2.5°，以及同期美國(guó)NOAA提供的全球逐月降水資料(CMAP)，水平分辨率為2.5°×2.5°。觀測(cè)的降水資料為國(guó)家氣候中心提供的中國(guó)160站逐月降水資料，從中選取華南地區(qū)23個(gè)站(福州、永安、廣昌、贛州、衡陽(yáng)、彬縣、零陵、芷江、廈門、梅縣、汕頭、曲江、河源、廣州、陽(yáng)江、湛江、海口、桂林、柳州、梧州、南寧、北海、榕江，站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1)。

圖1 華南地區(qū)23個(gè)站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of 23 meteorological stations in South China

為探討海表溫度異常是否能對(duì)南亞高壓與華南夏季降水年代際變化有影響，本文設(shè)計(jì)了全球海洋—全球大氣數(shù)值試驗(yàn)(簡(jiǎn)稱為GOGA)，即采用1978年1月—2008年12月全球逐月觀測(cè)的海表溫度驅(qū)動(dòng)美國(guó)國(guó)家大氣科學(xué)研究中心(NCAR)研制的CAM5.1全球大氣環(huán)流模式進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間積分模擬。其大氣初始場(chǎng)來(lái)自于5組控制試驗(yàn)(用氣候態(tài)的海溫驅(qū)動(dòng)CAM5.1大氣環(huán)流模式進(jìn)行模擬)。模式水平分辨率為T42，垂直高度層次為30層，采用模式自帶的真實(shí)地形、海陸分布等邊界條件。積分過(guò)程中選用歐拉動(dòng)力框架，時(shí)間步長(zhǎng)為20 min，積分時(shí)間為31 a，取1979—2008年模擬結(jié)果進(jìn)行分析。為與NCEP/NCAR再分析結(jié)果對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果采用雙線性插值方法插值成與再分析資料一樣的2.5°×2.5°水平網(wǎng)格資料。文中所有資料均取1979—2008年，夏季為6—8月平均。

2 南亞高壓特征指數(shù)的定義

選取區(qū)域(0°～50°N，0°～165°E)作為定義南亞高壓指數(shù)的區(qū)域，并仿照中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心定義西北太平洋副熱帶高壓特征指數(shù)的方法，定義了6個(gè)南亞高壓特征指數(shù)——強(qiáng)度、面積、北界、南界、東伸和西伸指數(shù)[30]，以此來(lái)定量表征南亞高壓活動(dòng)特征。從天氣氣候影響的角度看，200 hPa上的南亞高壓與低層環(huán)流、降水等關(guān)系更為密切[31-33]。因此，本文選取200 hPa夏季高度場(chǎng)上1 252 dagpm等值線包圍的反氣旋環(huán)流作為南亞高壓體，6個(gè)特征指數(shù)的定義如下：

1)面積指數(shù)：用0°～50°N，0°～165°E范圍內(nèi)被1 252 dagpm等值線包圍的格點(diǎn)數(shù)代表南亞高壓面積指數(shù)。

2)強(qiáng)度指數(shù)：用0°～50°N，0°～165°E范圍內(nèi)1 252 dagpm等值線包圍的網(wǎng)格點(diǎn)上平均高度值編碼(1 253編碼為1，1 254編碼為2，1 255編碼為3，其余類推)之和為南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)。

3)北界指數(shù)：用南亞高壓北側(cè)1 252 dagpm等值線與0°～50°N，0°～165°E范圍內(nèi)經(jīng)線相交點(diǎn)的緯度平均值定義為南亞高壓北界指數(shù)。

4)南界指數(shù)：用南亞高壓南側(cè)1 252 dagpm等值線與0°～50°N，0°～165°E范圍內(nèi)經(jīng)線相交點(diǎn)的緯度平均值定義為南亞高壓南界指數(shù)。

5)東伸脊點(diǎn)指數(shù)：0°～50°N，0°～165°E范圍內(nèi)，1 252 dagpm等值線最東端所在經(jīng)度定義為南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)。

6)西伸脊點(diǎn)指數(shù)：0°～50°N，0°～165°E范圍內(nèi)，1 252 dagpm等值線最西端所在經(jīng)度定義為南亞高壓西伸脊點(diǎn)指數(shù)。

3 華南夏季降水的20世紀(jì)90年代初年代際轉(zhuǎn)變

中國(guó)東部夏季降水受東亞季風(fēng)系統(tǒng)的影響，存在明顯的年代際變化。Ding等[2]指出顯著的降水正異常在20世紀(jì)70年代末位于華北地區(qū)，之后向南移至28～34°N(長(zhǎng)江、淮河流域)，在20世紀(jì)90年代移至華南地區(qū)。圖2給出了用CMAP降水資料計(jì)算的中國(guó)東部105～120°E緯向平均的夏季降水距平經(jīng)11 a滑動(dòng)平均后的緯向—時(shí)間剖面。由圖可見(jiàn)，中國(guó)東部夏季降水存在明顯的年代際轉(zhuǎn)變。江淮流域及華北地區(qū)降水在20世紀(jì)90年代末存在年代際減少的轉(zhuǎn)變；而華南地區(qū)夏季降水的年代際轉(zhuǎn)變則發(fā)生于20世紀(jì)90年代初，在此之前華南降水處于明顯的偏少期，到20世紀(jì)90年代之后華南降水明顯增多，這與Ding等[2]的研究結(jié)果一致。

圖2 中國(guó)東部105～120°E緯向平均夏季降水距平11 a滑動(dòng)平均的緯向—時(shí)間剖面(單位：mm)Fig.2 The latitude-time section of summer rainfall anomaly (unit:mm) in eastern China averaged over 105-120°E after 11-year moving mean

進(jìn)一步驗(yàn)證華南降水在20世紀(jì)90年代初發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)變，分為1979—1992年和1993—2008年兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析。為了驗(yàn)證CMAP降水資料在研究中國(guó)東部夏季降水的適用性，圖3為1993—2008年與1979—1992年中國(guó)東部夏季降水觀測(cè)(臺(tái)站)和CMAP兩種資料的差值分布。可見(jiàn)CMAP降水資料與臺(tái)站降水資料有很好的一致，中國(guó)東部大部分地區(qū)降水差值為正值，尤其是在華南地區(qū)最為顯著，有大范圍區(qū)域通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，這表明1993年之后華南降水年代際增加是顯著的。

圖3 1993—2008年與1979—1992年中國(guó)東部夏季降水差值分布(1993—2008年減1979—1992年)(a.臺(tái)站， b. CMAP， c. GOGA；陰影區(qū)表示通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，單位：mm)Fig.3 Summer rainfall differences (unit:mm) in eastern China between 1993—2008 and 1979—1992 based on the station (a), CMAP (b) and GOGA (c) datasets (1993—2008 minus 1979—1992; Shaded areas are statistically significant at the 5% level)

為了分析中國(guó)東部夏季降水的空間分布特征，采用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解(EOF)方法，利用CMAP降水資料分析了1979—2008年中國(guó)東部(100～130°E，18～45°N)夏季降水變化的主要特征。圖4給出了中國(guó)東部夏季降水的EOF第一模態(tài)及對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列。為更好地展現(xiàn)其年代際變化，對(duì)降水資料做了3 a滑動(dòng)平均。第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)率為27.9%，從空間特征向量場(chǎng)可以看出，中國(guó)東部大部分區(qū)域都為正值區(qū)，華南地區(qū)存在正異常中心，與文獻(xiàn)[2]中臺(tái)站降水資料分析的結(jié)果相似。其第一時(shí)間系數(shù)序列顯示華南地區(qū)夏季降水在20世紀(jì)90年代初存在明顯的年代際轉(zhuǎn)變。

圖4 中國(guó)東部夏季降水經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解(EOF)的第一模態(tài)(a)及其時(shí)間系數(shù)(b)Fig.4 The first mode (a) and its principal component (b) of summer rainfall in eastern China based on Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis

4 南亞高壓年代際變化對(duì)華南夏季降水的影響

由以上分析得知，華南夏季降水在20世紀(jì)90年代初發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)變，而南亞高壓是對(duì)中國(guó)東部夏季降水影響較大的系統(tǒng)之一，所以下面進(jìn)一步分析南亞高壓的年代際變化及其與華南降水的關(guān)系。

圖5給出了夏季南亞高壓各指數(shù)及華南夏季降水的時(shí)間序列，可見(jiàn)除南亞高壓的北界指數(shù)外，南亞高壓的其他各指數(shù)(強(qiáng)度、面積、東伸脊點(diǎn)、西伸脊點(diǎn)、南界)均存在明顯的年代際變化。為了定量分析此次年代際變化，對(duì)南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)進(jìn)行了Mann-Kendall檢驗(yàn)(圖6)。顯示其在20世紀(jì)90年代初存在非常明顯的年代際轉(zhuǎn)變，這與華南夏季降水突變的時(shí)間相對(duì)應(yīng)。計(jì)算了華南降水序列與南亞高壓各特征指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，可以看出南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)與華南降水(臺(tái)站、CMAP)相關(guān)最好，呈顯著負(fù)相關(guān)。相關(guān)系數(shù)分別為-0.521(臺(tái)站)和-0.433(CMAP)，均通過(guò)0.01信度的顯著性檢驗(yàn)，表明華南降水在20世紀(jì)90年代初的這次年代際變化與南亞高壓東伸脊點(diǎn)的年代際變化密切相關(guān)。

圖5 1979—2008年夏季降水(臺(tái)站、CMAP)及南亞高壓(強(qiáng)度、面積、東伸脊點(diǎn)、西伸脊點(diǎn)、南界、北界)指數(shù)序列(R為臺(tái)站降水與CMAP降水之間的相關(guān)系數(shù)；R1、R2分別為臺(tái)站降水、CMAP降水與南亞高壓各指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù))Fig.5 Summer rainfall (stations, CMAP) and South Asia High (intensity, area, east point, west point, south border, and north border) indices from 1979 to 2008 (R is the correlation coefficient between station precipitation and precipitation of CMAP; R1(R2) indicates the correlation coefficient between the station (CMAP) precipitation and the indices of South Asia High)

圖6 1979—2008年南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)的Mann-Kendall檢驗(yàn)(虛線代表臨界值)Fig.6 Mann-Kendall test of east point index in South Asia High from 1979 to 2008 (The dotted line represents the critical value)

圖7為南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)與中國(guó)東部降水(臺(tái)站、CMAP)的相關(guān)分布，由圖可見(jiàn)，CMAP降水資料和臺(tái)站降水資料在與南亞高壓相關(guān)的空間分布上較為一致。長(zhǎng)江流域以北地區(qū)，南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)與降水呈正相關(guān)；在華南地區(qū)則呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，且有大范圍的區(qū)域相關(guān)系數(shù)通過(guò)了0.05信度的顯著性檢驗(yàn)。胡景高等[24-25]也認(rèn)為將夏季南亞高壓東脊點(diǎn)位置指數(shù)作為研究華南降水時(shí)用來(lái)表征南亞高壓變化的特征參數(shù)更具有代表性。因此，研究華南地區(qū)20世紀(jì)90年代初的年代際轉(zhuǎn)變時(shí)，應(yīng)更關(guān)注南亞高壓東伸脊點(diǎn)位置的異常。

以上分析表明，南亞高壓東伸脊點(diǎn)與華南夏季降水在20世紀(jì)90年代初均發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)變且兩者密切相關(guān)。為了探討南亞高壓年代際變化對(duì)華南夏季降水影響的可能機(jī)制，下面進(jìn)行環(huán)流場(chǎng)的高、低空配置分析。由前節(jié)分析的華南夏季降水的年代際變化特征可知，1979—1992年為年代際少雨期；1993—2008年為年代際多雨期。

圖7 1979—2008年夏季南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)與中國(guó)東部降水的相關(guān)分布(a．臺(tái)站，b. CMAP；陰影區(qū)表示通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn))Fig.7 Correlation coefficient between eastward ridge point index of South Asian High and summer precipitation based on station (a) and CMAP (b) datasets in eastern China from 1979 to 2008 (Shaded areas are statistically significant at the 5% level)

圖8為兩個(gè)時(shí)間段200 hPa上的南亞高壓體、500 hPa上的西北太平洋副熱帶高壓體及850 hPa差值風(fēng)場(chǎng)、500 hPa差值垂直速度場(chǎng)分布。以500 hPa上的586 dagpm等值線包圍的區(qū)域作為西北太平洋副熱帶高壓體。由圖8a可見(jiàn)，年代際多(少)雨期南亞高壓東伸至105°E(115°E)附近，西北太平洋副熱帶高壓西伸至110°E(105°E)。年代際多雨期相比少雨期而言，南亞高壓明顯偏西、西北太平洋副熱帶高壓則偏東，符合南亞高壓和西北太平洋副熱帶高壓“相向而行、相背而斥”移動(dòng)規(guī)律。850 hPa差值風(fēng)場(chǎng)上華南區(qū)域表現(xiàn)為氣旋性環(huán)流差值異常、氣流輻合異常，500 hPa垂直運(yùn)動(dòng)速度差值場(chǎng)上華南地區(qū)為異常上升運(yùn)動(dòng)。由對(duì)流層高層200 hPa上的散度場(chǎng)年代際的差值場(chǎng)分布圖(圖9a)可以發(fā)現(xiàn)，華南區(qū)域是輻散異常區(qū)。所以，當(dāng)南亞高壓年代際偏西(東)、西北太平洋副熱帶高壓年代際偏東(西)，這樣華南區(qū)域的對(duì)流層低層氣流輻合(輻散)異常、高層輻散(輻合)異常，產(chǎn)生異常上升(下沉)運(yùn)動(dòng)，華南地區(qū)年代際多雨(少雨)。

許多觀測(cè)研究[18, 26, 31]均表明，南亞高壓變化與海表溫度異常有密切關(guān)系。曾剛等[34]進(jìn)一步采用觀測(cè)的不同海域海表溫度驅(qū)動(dòng)NCAR CAM3模式進(jìn)行模擬，指出熱帶印度洋和熱帶太平洋的海表溫度異常均對(duì)南亞高壓的20世紀(jì)70年中后期年代際變化有重要影響，特別是熱帶太平洋海表溫度異常對(duì)南亞高壓東伸脊點(diǎn)位置的年代際變化有重要影響。所以，本文也采用觀測(cè)的逐月全球海表溫度驅(qū)動(dòng)NCAR CAM5.1模式進(jìn)行模擬，分析模式能否模擬出20世紀(jì)90年代初的南亞高壓和華南降水的年代際變化及其它們之間的關(guān)系。圖3c給出了GOGA模擬的1979—1992年和1993—2008年兩段時(shí)期中國(guó)東部夏季降水的年代際差值分布。由圖3c可見(jiàn)，華南地區(qū)的年代際差值分布與觀測(cè)結(jié)果較一致，只是正值區(qū)域要比觀測(cè)結(jié)果稍偏南、且差值偏小。進(jìn)一步分析其模擬出的高低層大氣環(huán)流配置(圖8b和圖9b)，由于數(shù)值試驗(yàn)比再分析資料的氣候平均值高(圖略)，所以取588 dagpm等值線包圍的區(qū)域作為西北太平洋副熱帶高壓體?？梢园l(fā)現(xiàn)模式與觀測(cè)結(jié)果較一致，即模擬出的1993—2008年的南亞高壓要比1979—1992年的南亞高壓位置偏西，西北太平洋副熱帶高壓位置偏東，這樣華南區(qū)域的環(huán)流低層輻合異常、高層輻散異常，產(chǎn)生異常上升運(yùn)動(dòng)，華南地區(qū)年代際多雨(圖3c)。所以，GOGA試驗(yàn)結(jié)果能較好地模擬出華南夏季降水、南亞高壓在20世紀(jì)90年代初前、后的年代際差異及其它們之間的關(guān)系，表明海表溫度異常對(duì)它們此次的年代際變化有重要影響。

圖8 夏季200 hPa南亞高壓與500 hPa西太平洋副熱帶高壓體在1979—1992年(實(shí)線)和1993—2008年(虛線)的位置(單位：dagpm)以及兩段時(shí)期的850 hPa差值風(fēng)場(chǎng)(單位：m·s-1)和500 hPa差值垂直速度場(chǎng)(陰影；單位：0.1 hPa·s-1)(1993—2008年減1979—1992年)(a. NCEP， b. GOGA)Fig.8 Location of summer South Asia High body at 200 hPa and West Pacific subtropical high body at 500 hPa during the 1979—1992 (solid lines) and 1993—2008 (dashed lines) periods (units: dagpm), and 850 hPa wind difference (unit:m·s-1) and 500 hPa vertical velocity difference (shadings; unit:0.1 hPa·s-1) between the two periods (1993—2008 minus 1979—1992) from NCEP (a) and GOGA (b) datasets

圖9 1993—2008年與1979—1992年夏季200 hPa散度差值(a. NCEP， b. GOGA；單位：106 s-1)Fig.9 Divergence differences (unit:106 s-1) of NCEP (a) and GOGA (b) at 200 hPa between 1993—2008 and 1979—1992

為進(jìn)一步驗(yàn)證觀測(cè)的南亞高壓的年代際變化與上升運(yùn)動(dòng)及華南降水年代際變化的關(guān)系，采用NCEP/NCAR再分析資料，將華南地區(qū)(110～120°E，22.5～27.5°N)區(qū)域平均500 hPa垂直速度的負(fù)值定義為垂直運(yùn)動(dòng)指數(shù)(VMI)。圖9給出了觀測(cè)的VMI、南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)及華南降水(臺(tái)站、CMAP)序列，可見(jiàn)VMI指數(shù)存在年代際變化，Mann-Kendall檢驗(yàn)顯示VMI突變發(fā)生在20世紀(jì)90年代初(圖略)。從相關(guān)系數(shù)上看，VMI與南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)及華南降水(臺(tái)站、CMAP)的相關(guān)系數(shù)分別為-0.542、0.906(臺(tái)站)、0.882(CMAP)，均通過(guò)0.01信度的顯著性檢驗(yàn)。表明當(dāng)南亞高壓位置偏西(東)時(shí)，華南地區(qū)上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)(減弱)，對(duì)應(yīng)華南降水偏多(少)。

圖10 1979—2008年VMI指數(shù)、南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)及華南降水(臺(tái)站、CMAP)序列(R1、R2、R3為VMI指數(shù)分別與南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)及華南降水(臺(tái)站、CMAP)之間的相關(guān)系數(shù))Fig.10 Time series of VMI, eastern ridge of SAH and precipitation in South China from 1979 to 2008 ( R1, R2， R3 represent the correlation coefficients of the VMI with the eastern ridge of SAH, the station precipitation and CMAP precipitation in South China, respectively)

5 結(jié)論與討論

本文采用1979—2008年中國(guó)160站降水資料、CMAP降水資料以及NCEP/NCAR大氣再分析資料，并應(yīng)用1978—2008年全球逐月觀測(cè)海表溫度驅(qū)動(dòng)NCAR CAM5.1全球大氣環(huán)流模式進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)比觀測(cè)分析結(jié)果，探討了1979—2008年期間華南夏季降水的年代際變化特征及其與南亞高壓的關(guān)系，得出如下主要結(jié)論：

1)華南夏季降水在20世紀(jì)90年代初存在明顯的年代際轉(zhuǎn)折，1979—1992年降水年代際偏少；1993—2008年降水年代際偏多。

2)南亞高壓特征指數(shù)(強(qiáng)度、面積、東伸脊點(diǎn)、西伸脊點(diǎn)及南界等指數(shù))在20世紀(jì)90年代初存在明顯的年代際轉(zhuǎn)折，與華南降水20世紀(jì)90年代初的年代際轉(zhuǎn)變相對(duì)應(yīng)。南亞高壓東伸脊點(diǎn)指數(shù)與華南夏季降水相關(guān)最好，呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3)在1993—2008(1979—1992)年期間，南亞高壓東伸脊點(diǎn)位置偏西(東)，西北太平洋副熱帶高壓位置偏東(西)，華南地區(qū)對(duì)流層低層輻合(輻散)異常、高層輻散(輻合)異常，產(chǎn)生異常上升(下沉)運(yùn)動(dòng)，華南地區(qū)年代際多(少)雨。全球海表溫度異常驅(qū)動(dòng)NCAR CAM5.1全球大氣環(huán)流模式的模擬結(jié)果驗(yàn)證了此結(jié)果。

盡管本文采用觀測(cè)的全球海表溫度驅(qū)動(dòng)NCAR CAM5.1全球大氣環(huán)流模式模擬出了華南夏季降水、南亞高壓在20世紀(jì)90年代初前、后的年代際差異及其它們的聯(lián)系，但是這僅表明全球海表溫度異常有重要影響，究竟是哪部分海域的海表溫度異常、哪種海表溫度異常分布型起主要作用尚不清楚，未來(lái)需要進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)去研究。

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等. 天氣學(xué)原理和方法[M].4版.北京: 氣象出版社, 2007.

[2] Ding Y H,Wang Z Y, Sun Y. Inter-decadal variation of the summer precipitation in East China and its association with decreasing Asian summer monsoon. Part I: Observed evidences[J]. Int J Climatol, 2008, 28(9): 1139-1161.

[3] 肖偉軍，陳炳洪，劉云香.近45a華南夏季降水時(shí)空演變特征[J]. 氣象研究與應(yīng)用,2009,30(1):13-15.

[4] 張慶云，呂俊梅，楊蓮梅，等. 夏季中國(guó)降水型的年代際變化與大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程及外強(qiáng)迫因子關(guān)系[J]. 大氣科學(xué)，2007，31(6)：1290-1300.

[5] 謝佳君，楊春艷，孔德璿，等. 華南夏季降水分布特征及其與西太平洋副高關(guān)系[C]// 第31屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)論文集. 2014.

[6] 鄭彬，施能. 南海夏季風(fēng)對(duì)華南夏季降水年代際變化的影響[J]. 大氣科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 29(4): 477-483.

[7] 梁建茵. 月西太平洋副高脊線的年際變化及其對(duì)華南降水的影響[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 1994, 10(3): 274-279.

[8] 陳藝敏，錢永甫. 西太平洋暖池海溫對(duì)華南前汛期降水影響的數(shù)值試驗(yàn)[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 2005,21 (1): 13-23.

[9] 謝炯光，紀(jì)忠萍. 西北太平洋海溫與廣東省汛期降水的關(guān)系[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 1999, 15 (1) : 56-63.

[10]鄧立平，王謙謙. 華南前汛期4-6 月降水異常特征及其與我國(guó)近海海溫的關(guān)系[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 2002, 18 (1) : 45-55.

[11]吳勝安，江志紅，劉志雄，等. 中國(guó)夏季降水與太平洋 SSTA 年代際變化關(guān)系的初步研究[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 2005, 21(2): 153-162.

[12]Mason R B, Anderson C E. The development and decay of the 100-mb summer time anticyclone over Southern Asia[J]. Mon Wea Rev，1963, 91(1): 3-12.

[13]朱?？担扆堯?，陳咸吉，等.南亞高壓 [M].北京：科學(xué)出版社，1980.

[14]Tao S Y, Chen L X.A review of recent research on the East Asian summer monsoon in China[M]// Monsoon Meteorology. Oxford: Oxford University Press, 1987: 60-92.

[15]黃榮輝，陳際龍，周連童，等. 關(guān)于中國(guó)重大氣候?yàn)?zāi)害與東亞氣候系統(tǒng)之間關(guān)系的研究[J]. 大氣科學(xué), 2003, 27(4): 770-787.

[16]陳永仁，李躍清，齊冬梅. 南亞高壓和西太平洋副熱帶高壓的變化及其與降水的聯(lián)系[J].高原氣象，2011, 30(5): 1148-1157.

[17]張瓊，吳國(guó)雄. 長(zhǎng)江流域大范圍旱澇與南亞高壓關(guān)系[J].氣象學(xué)報(bào)，2001，59(5): 569-577.

[18]張瓊，張學(xué)洪. 南亞高壓的年際和年代際變化[J]. 大氣科學(xué), 2000, 24(1): 67-78.

[19]徐忠峰，錢永甫. 100 hPa高壓環(huán)流和東風(fēng)氣流的季節(jié)、年際和年代際變化[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào)，2003，19(3): 225-233.

[20]黃櫻，錢永甫. 南亞高壓與華北夏季降水的關(guān)系[J]. 高原氣象，2003，22(6): 602-607.

[21]朱玲，左洪超，李強(qiáng)，等. 夏季南亞高壓的氣候變化特征及其對(duì)中國(guó)東部降水的影響[J]. 高原氣象, 2010, 29(3)：671- 679.

[22]張玲，智協(xié)飛. 南亞高壓和西太副高位置與中國(guó)盛夏降水異常[J].氣象科學(xué)，2010，30 (4)：438-444.

[23]陶詩(shī)言,朱?？? 夏季亞洲南部100 hPa流型的變化及其與太平洋副熱帶高壓進(jìn)退的關(guān)系[J]. 氣象學(xué)報(bào), 1964, 34(4): 385-395.

[24]胡景高，周兵，陶麗. 南亞高壓特征參數(shù)與我國(guó)夏季降水的關(guān)系分析[J]. 氣象，2010，36(4)：51-56.

[25]胡景高，陶麗，周兵. 南亞高壓活動(dòng)特征及其與我國(guó)東部夏季降水的關(guān)系[J]. 高原氣象，2010，29(1)： 128-136.

[26]楊光，李崇銀，譚言科. 南亞高壓強(qiáng)度的年代際變化及可能原因分析[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào)，2013，29(4)：529-539.

[27]李永華，青吉銘，李強(qiáng)，等. 夏季南亞高壓的年(代)際變化特征及其對(duì)西南地區(qū)東部旱澇的影響[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，34(9)：71-81.

[28]朱玉祥，丁一匯，徐懷剛. 青藏高原大氣熱源和冬春積雪與中國(guó)東部降水的年代際變化關(guān)系[J]. 氣象學(xué)報(bào)，2007，65(6): 946-958.

[29]Wu R G, Wen Z P, Yang S, et al. An interdecadal change in southern China summer rainfall around 1992/93[J]. J Climate, 2010, 23(9): 2389-2403.

[30]趙振國(guó)．中國(guó)夏季旱澇及環(huán)境場(chǎng)[M]．北京：氣象出版社，1999：1-297.

[31]彭麗霞，孫照渤，倪東鴻，等. 夏季南亞高壓年際變化及其與ENSO的關(guān)系[J].大氣科學(xué)，2009，33(4)：783-795.

[32]尤衛(wèi)紅，段長(zhǎng)春，趙寧坤，等. 夏季南亞高壓年際變化的特征時(shí)間尺度及其時(shí)空演變[J]. 高原氣象，2006，25(4)：601-608.

[33]魏維，張人禾，溫敏. 南亞高壓的南北偏移與我國(guó)夏季降水的關(guān)系[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2012，23(6)：650-659.

[34]曾剛，張顧煒，武英嬌，等. 海表溫度異常對(duì)南亞高壓年代際變化影響的數(shù)值模擬[J]. 氣象科學(xué)，2016， 36(4)：436-447.

The interdecadal variability of summer precipitation over South China in early 1990s and its relationship with South Asia High

BO Zhongkai1,2, ZENG Gang1,3, WU Yingjiao4, LI Zhongxian1, SHI Danni5

( 1.KeyLaboratoryofMeteorologicalDisaster,MinistryofEducation(KLME),NanjingUniversityofInformationScience&Technology，Nanjing210044，China; 2.ClimateCenterofShandongMeteorologicalBureau,Jinan250031,China; 3.KeyLaboratoryforLandSurfaceProcessandClimateinColdandAirRegions,ChineseAcademyofScience,Lanzhou730000,China; 4.Lu’anMeteorologicalBureau,Lu’an237000,China; 5.AviationMeteorologicalCenter,Beijing100122,China)

Based on the precipitation data of 160 gauge stations in China from 1979 to 2008, CMAP precipitation data provided by NOAA and NCEP/NCAR reanalyses, simulating with NCAR CAM5.1 model driven by global sea surface temperatures, the interdecadal variability of summer rainfall in South China and its relationship with South Asia High (SAH)is discussed in this study.Results show that summer precipitation in southern China and the eastward ridge point of SAH exhibit an obvious interdecadal change around the early 1990s and they are closely related each other. During the 1993—2008 (1979—1992) period, the position of SAH extended westward (eastward), and the Northwest Pacific subtropical High eastward (westward), bringing a convergence (divergence) anomaly at the lower troposphere and adivergence (convergence) anomaly at the upper troposphere over the South China, which caused a rising (sinking) motion and thus resulted in more (less) precipitation than normal in this region. These observed results are also verified by the numerical experiment results.

summer precipitation in South China; South Asia High; interdecadal variability

2017-05-10；

2017-06-08

中國(guó)科學(xué)院寒旱區(qū)陸面過(guò)程與氣候變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(LPCC201502)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CB430202)；重慶市氣象局開(kāi)放式研究基金(kfjj-201302)

伯忠凱(1987—)，男，碩士，主要從事氣候診斷與預(yù)測(cè)研究，bozhongkai@163.com。

曾剛(1973—)，男，博士，研究員，主要從事東亞季風(fēng)及海氣相互作用研究，zenggang@nuist.edu.cn。

P462.4

A

2096-3599(2017)02-0065-09

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.02.008