東亞夏季風(fēng)年代際變化對(duì)宣城夏季降水的影響

胡越 黃曉英 楊小兵 楊偉 林永

1引言：

陶詩言、陳隆勛等通過提出東亞季風(fēng)環(huán)流的理論，指出東亞季風(fēng)是亞洲季風(fēng)系統(tǒng)的主要組成部分。東亞季風(fēng)地區(qū)涵蓋了低緯度和中緯度地區(qū)，包括熱帶和副熱帶，地形復(fù)雜多變，熱力性質(zhì)顯著，以上特征構(gòu)造了東亞季風(fēng)系統(tǒng)的特殊性。中國處于東亞季風(fēng)區(qū)域，東亞夏季風(fēng)年代際變化給中國的天氣和氣候變化造成了重大的影響。比如20世紀(jì)90年代，東亞夏季風(fēng)年代際變化異常引起了我國長江中下游地區(qū)的多次洪澇災(zāi)害，如1998年長江流域暴雨事件給我國造成了2600億元的經(jīng)濟(jì)損失，2000年受到東亞夏季風(fēng)的影響，我國夏季華北地區(qū)持續(xù)干旱，糧食大幅度的減產(chǎn)由上可知東亞夏季風(fēng)年代際變化可以影響我國長江中下游地區(qū)的旱澇，糧食安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及國民生產(chǎn)和生活，東亞夏季風(fēng)年代際氣候變化己成為當(dāng)前氣象界的重大科學(xué)問題。

近年來很多氣象學(xué)者都研究得出東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)70年代末期經(jīng)歷了顯著的年代際轉(zhuǎn)折，在降水分布上呈現(xiàn)“南澇北旱”的分布，我國長江流域降水增多，反之華北地區(qū)干旱的狀態(tài)。周連童和黃榮輝指出20世紀(jì)70年代以后熱帶中東太平洋海表面溫度在年代際尺度上呈現(xiàn)增暖的狀態(tài)，使得向東亞地區(qū)輸送的水汽減弱，水汽在長江流域輻合，而華北地區(qū)的水汽減少。wu et al還發(fā)現(xiàn)東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)90年代同樣出現(xiàn)了顯著的年代際轉(zhuǎn)折，我國華南地區(qū)降水增多，大量水汽在南海上空輻合，東亞地區(qū)大氣環(huán)流也發(fā)生了相應(yīng)的改變，西北太平洋副熱帶高壓向西伸展，東亞上空的急流向南移動(dòng)，海洋和陸地之間的熱力性質(zhì)差異增大綜上東亞夏季風(fēng)導(dǎo)致的降水分布的向南移動(dòng)的趨勢開始于1970s末，在20世紀(jì)70-90年代經(jīng)歷了顯著的年代際轉(zhuǎn)折，最后在90年代完成了最終的降水轉(zhuǎn)型。

安徽省宣城市位于安徽省東南地區(qū)，地處皖南山區(qū)與沿江平原結(jié)合地帶，經(jīng)緯度范圍為29°57-31°19N，117°58-119°40E。宣城地區(qū)夏季降水充沛，降水變化深受東亞夏季風(fēng)的影響。胡安霞等通過對(duì)宣城市所轄縣區(qū)近50年的降水觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)宣城市夏季降水在年代際尺度上存在多次突變，相比于其他季節(jié)，夏季降水在近50年呈增加的趨勢，但是在20世紀(jì)90年代后期夏季降水顯著下降，此變化趨勢與長江中下游其他地區(qū)變化較一致。孫忠保等通過對(duì)1960到2014年皖江宣城地區(qū)的極端降水事件分析發(fā)現(xiàn)極端降水在20世紀(jì)70年代存在突變，并指出此年代際變化與ENSO指數(shù)關(guān)系顯著。由此發(fā)現(xiàn)宣城地區(qū)夏季降水的年代際轉(zhuǎn)折與東亞夏季風(fēng)的年代際轉(zhuǎn)折，可能存在著某種聯(lián)系。東亞夏季風(fēng)作為宣城地區(qū)夏季降水的重要因子之一，研究東亞夏季風(fēng)的年代際轉(zhuǎn)折對(duì)宣城地區(qū)夏季降水的影響是非常重要的。本文旨在研究東亞夏季風(fēng)年代際變化對(duì)宣城夏季降水的影響作用，對(duì)促進(jìn)宣城地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，防災(zāi)減災(zāi)具有重要的意義，符合當(dāng)今建設(shè)美麗中國的迫切需求。

2.1資料

（1）逐月（日）環(huán)流場資料由美國大氣環(huán)境中心提供，水平網(wǎng)格分辨率為2.5°X2.5°，基本要素包括不同層次的比濕、水平風(fēng)速、高度場；采用NOAA提供的20世紀(jì)再分析資料（20CRv2）驗(yàn)證NCEP/NCAR再分析資料得出結(jié)果的準(zhǔn)確性，水平網(wǎng)格分辨率2°X2°

（2）所有資料起止時(shí)間為1948年1月-2015年12月，共68年；東亞夏季在本文中特指6-8月。

（3）中國地面氣象觀測臺(tái)站降水資料

2.2東亞夏季風(fēng)指數(shù)選取

Wang et al通過選取東亞夏季降水以及風(fēng)場，采用經(jīng)驗(yàn)正交分析方法EOF評(píng)估多個(gè)東亞夏季環(huán)流指數(shù)，第一模態(tài)空間型能夠很好反映東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)里長江中下游降水增多，增強(qiáng)的西北太平洋副熱帶高壓等特征；第一模態(tài)的時(shí)間序列也可以表征東亞夏季降水和環(huán)流系統(tǒng)的年際變化。第二模態(tài)的空間型表現(xiàn)出和第一模態(tài)空間型相反的分布。其中渦度切變指數(shù)（I-WF、I-ZTC）以及西南季風(fēng)指數(shù)（I-LZ）和第一模態(tài)時(shí)間序列的相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，三類指數(shù)均能表征長江中下游梅雨、東亞副熱帶鋒面等東亞副熱帶夏季風(fēng)系統(tǒng)的重要特征，因此本研究選擇這三類東亞環(huán)流指數(shù)衡量東亞副熱帶夏季風(fēng)的強(qiáng)度。三類指數(shù)I-WF、I-ZTC和I-LZ指數(shù)計(jì)算公式如下：

3東亞夏季風(fēng)年代際變化

三類東亞夏季風(fēng)指數(shù)I-WF，I-LZ和I-ZTC的指數(shù)序列（圖3.1）。I-WF的季風(fēng)指數(shù)序列在20世紀(jì)70年代末經(jīng)歷了偏弱位相向偏強(qiáng)位相的年代際轉(zhuǎn)折，并且在90年代末強(qiáng)度急劇下降。I-LZ和I-ZTC的季風(fēng)指數(shù)序列也經(jīng)歷了和I-WF類似的顯著年代際變化。表3.1為三類東亞夏季風(fēng)指數(shù)序列相關(guān)系數(shù)均通過了95%置信度水平，結(jié)果表明東亞夏季風(fēng)指數(shù)序列不受指數(shù)選取的影響，確實(shí)在近60年出現(xiàn)了顯著的年代際轉(zhuǎn)折。東亞夏季風(fēng)指數(shù)在20世紀(jì)80年代之前指數(shù)較低，在80-90年代強(qiáng)度偏高，在21世紀(jì)以后東亞夏季風(fēng)指數(shù)強(qiáng)度較弱。

為了進(jìn)一步研究在東亞夏季風(fēng)年代際變化處于不同的位相時(shí)，東亞夏季風(fēng)影響我國長江中下游流域降水、風(fēng)場和水汽通量的空間分布。我們20世紀(jì)80年代之前，20世紀(jì)80-90年代，以及21世紀(jì)以來的東亞地區(qū)春季到夏季的水汽通量散度異常分別東亞夏季風(fēng)指數(shù)做空間相關(guān)。三時(shí)段相關(guān)場的空間演變見圖3.2，可知三個(gè)時(shí)段的空間場呈現(xiàn)顯著的差異。

水汽作為降水比不可少的條件，其變化特征也可以反映降水特征。在20世紀(jì)80年代之前春季長江中下游地區(qū)包括宣城地區(qū)（29°57-31°19N，117°58-119°40E）水汽通量存在顯著的負(fù)異常，即水汽通量輻合，相反南海和西太平洋地區(qū)水汽通量散度不顯著（圖3.2a），水汽通量負(fù)異常從春夏季開始減弱，夏季JlIA時(shí)期負(fù)異常消失，這一時(shí)期南海和西太平洋地區(qū)水汽通量散度仍不顯著（圖3.2c-e）；在20世紀(jì)80-90年代春季長江中下游包括宣城地區(qū)水汽通量散度負(fù)異常顯著，即水汽通量輻合，南海和西太平洋地區(qū)水汽通量散度正異常很明顯，即水汽通量輻散，水汽通量散度在我國東部地區(qū)呈現(xiàn)南北偶極子分布型（圖3.2f），南北顯著偶極分布從春季一致持續(xù)到夏季時(shí)期（圖3.2g-j）；21世紀(jì)以來長江中下游地區(qū)包括宣城地區(qū)水汽通量輻合在春季以后開始減弱，夏季時(shí)期水汽通量輻合完全消失（圖3.2l-o）。

4全文總結(jié)

本文利用再分析資料和我國地面氣象觀測站點(diǎn)的降水資料，采用11年滑動(dòng)窗口統(tǒng)計(jì)方法研究了東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度的年代際變化特征，分析了東亞夏季風(fēng)年代際變化對(duì)宣城地區(qū)降水的影響，結(jié)果表明：

東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度在20世紀(jì)50年代以來出現(xiàn)了明顯的年代際轉(zhuǎn)折，在20世紀(jì)70年代末由東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度由偏弱轉(zhuǎn)為偏強(qiáng)，90年代末以來強(qiáng)度又顯著下降。

通過東亞夏季風(fēng)指數(shù)與長江中下游地區(qū)（包括宣城）的降水場、風(fēng)場、水汽通量散度的從春季到夏季的空間相關(guān)演變分析發(fā)現(xiàn)，宣城地區(qū)的降水明顯受到東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng)的時(shí)段，相應(yīng)的宣城地區(qū)的降水是增多的，究其原因是當(dāng)東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí)，輸送到宣城地區(qū)的水汽偏多，進(jìn)而降水增多。