廣東2月“冷干”和“暖干”年代際特征對比及其與海溫異常的聯(lián)系

胡蓓蓓，胡婭敏

（1. 中國人民解放軍92682部隊(duì)，廣東 湛江524001；2. 廣東省氣候中心，廣東 廣州510641）

1 引 言

隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，冬春氣候及其對農(nóng)業(yè)、能源和水資源等方面的影響受到人們越來越多的關(guān)注。廣東位于我國大陸東南沿海地區(qū)，屬于熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫在18 ℃以上[1]，水資源十分豐富，是全國年降水量最多的省份之一，多數(shù)地區(qū)年均降水量為1 500～2 000 mm[1]，降水時段主要集中在汛期（4—9 月），因此目前對廣東降水的研究多集中在前汛期和后汛期，如谷德軍等[2]研究了廣東前汛期降水與南海北部風(fēng)場準(zhǔn)雙周振蕩的關(guān)系，劉尉等[3]分析了廣東省開汛特征及其與前汛期降水的關(guān)系，梁巧倩等[4]對廣東前汛期鋒面強(qiáng)降水和后汛期季風(fēng)強(qiáng)降水特征進(jìn)行診斷和對比分析，袁金南等[5]分析了廣東熱帶氣旋及其降水的年代際變化特征，但對廣東冬春季降水研究較少。然而由于廣東冬春季降水少且變率大，易出現(xiàn)不同程度的干旱，甚至秋冬春連旱[6]，其中廣東春旱（2—5 月）每年都會發(fā)生[1]，而春季正是廣東農(nóng)作物播種和生長期，春旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大。2月是冬季（12—2月）到春旱期（2—5 月）的轉(zhuǎn)折月，是春播春種的關(guān)鍵期。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，廣東2 月降水占冬季降水的43%，與冬季降水的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.73，與廣東春旱期降水相關(guān)系數(shù)為0.54；2 月氣溫與冬季和春旱期氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.73和0.74，因而2月降水和氣溫對冬季和春旱期氣候有著重要影響。另外，1961—2019年共有66.1%的除夕在2 月，絕大部分2 月處于春運(yùn)高峰期，尤其是2008年1月中旬—2月初我國南方出現(xiàn)的大范圍低溫雨雪冰凍災(zāi)害導(dǎo)致數(shù)十萬人滯留在廣州火車站，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究2月氣候的演變規(guī)律和形成機(jī)理對于合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源及防災(zāi)減災(zāi)工作的開展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

已有研究表明，華南冬春季降水在1960 年代—1970 年代初期和自1990 年代初期至今顯著減少[7]，且華南東部和西部的降水量存在不同的年代際變化特征[8]。廣東冬半年降水存在準(zhǔn)40 年左右周期，偏少時段主要發(fā)生在1950 年代末—1970年代初、1990 年代末至今[9]；廣東季節(jié)的雙峰結(jié)構(gòu)降水在1992/1993 年發(fā)生年代際突變，導(dǎo)致春季降水減少[10]，氣候預(yù)測業(yè)務(wù)工作中發(fā)現(xiàn)廣東2月降水也存在顯著的年代際變化特征。華南冬季平均氣溫呈顯著上升趨勢，并在1989年發(fā)生升溫突變[11]；廣東冬季平均氣溫具有顯著的年代際變化特征，1960—1980 年代氣溫偏低；1990 年代后氣溫偏高[12]。然而，以上研究多是對降水和氣溫分開討論，但如農(nóng)田春旱、森林火災(zāi)、低溫雨雪冰凍等氣象災(zāi)害是由降水和氣溫共同決定的，因此需要對降水與氣溫協(xié)同的年代際特征進(jìn)行系統(tǒng)研究。

眾所周知，影響氣溫和降水的因子很多，大尺度大氣環(huán)流是區(qū)域氣溫和降水的直接影響因子[13]，此外，非絕熱加熱異常強(qiáng)迫如海溫[14-26]、海冰[27]和積雪[28]對華南地區(qū)氣溫和降水的年代際變化也有重要的影響。但大氣環(huán)流和海溫對廣東2月降水和氣溫年代際變化的影響還缺乏系統(tǒng)研究，因此本文擬從降水和氣溫的協(xié)同變化特征入手，選用1961—2019 年廣東降水和氣溫以及環(huán)流和海溫等資料，探索廣東2月降水和氣溫的年代際變化特征，進(jìn)而探尋大氣環(huán)流和海溫對其可能的影響，以期為廣東冬春季氣候分析、監(jiān)測和預(yù)測提供有益的線索和依據(jù)。

2 資料及研究方法

1961—2019 年廣東省86 個臺站逐月降水、氣溫資料以及1908—2019 年廣州逐月降水、氣溫資料來自廣東省氣候中心。大氣環(huán)流資料采用的是NCEP /NCAR 提供的全球月平均再分析資料，包括海平面氣壓場、500 hPa 位勢高度場、風(fēng)場和比濕場，水平分辨率為2.5 ° ×2.5 °，風(fēng)場和比濕場的垂直分層從1 000～300 hPa共8個等壓層。月海表溫度資料采用NOAA 的重建海溫（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature V5，ERSSTv5）分析資料，水平分辨率為2 °×2 °。文中取1961—2019年為氣候平均值。

熱帶印度洋全區(qū)一致海溫模態(tài)指數(shù)（Indian Ocean Basin-Wide Index, IOBW）和西太平洋暖池強(qiáng)度指數(shù)（Western Pacific Warm Pool Strength index, WPWPS）資料采用國家氣候中心提供的130 項(xiàng)檢測監(jiān)測指數(shù)（https://cmdp.ncc-cma.net/cn/download.htm），其中IOBW 為40 ～110 °E，20 °S～20 °N 區(qū)域內(nèi)海表溫度距平的區(qū)域平均值；WPWPS 為120 °E～180 °，30 °S～30 °N 范圍，海表溫度超過28.0 ℃的區(qū)域內(nèi)，格點(diǎn)海表溫度與28.0 ℃之差乘以格點(diǎn)面積的累積值。

同時，定義日本附近125 ～145 °E，30 ～45°N區(qū)域平均的500 hPa 位勢高度的距平值為東亞大槽指數(shù)（East Asia Trough，EAT）[29]。另外，定義北太平洋指數(shù)（North Pacific，NP）為160 °E～150 °W，20 ～40 °N 區(qū)域的海表面溫度距平值；定義東太平洋指數(shù)（East Pacific，EP）為140 ～95 °W，20 °S～0 °區(qū)域的海表面溫度距平值；定義115 ～125 °E，5 ～15 °N 與110 ～125 °E，30 ～50 °N 區(qū)域平均的850 hPa 經(jīng)向風(fēng)之差的距平值為V850 指數(shù)；定義北太平洋中部（150°E～140°W，25 ～45 °N）海平面氣壓場距平值為SLP_NP指數(shù)。

采用9 年Gauss 濾波提取原始資料中的年代際分量，通過Monte Carlo 方法[30-31]來確定時間序列濾波后的自由度，并采用經(jīng)驗(yàn)正交分解（EOF）、累積距平法、Morlet小波分析等方法[32-33]分析降水和氣溫的年代際變化特征，然后用合成、相關(guān)和回歸方法分析1961—2019 年廣東2 月降水和氣溫與同期大氣環(huán)流及前期海溫場的關(guān)系。

3 廣東2 月降水和氣溫的年代際變化

首先，對1961—2019 年廣東2 月降水距平場和氣溫距平場進(jìn)行EOF 分析，兩者第一模態(tài)的空間分布均表現(xiàn)為全省一致型（圖略），分別解釋了各自總方差的83.5%、94.9%。因此，我們選用具有百年資料的廣州站來分析全省1961—2019年期間的年代際時間尺度特征。

廣州1908—2019 年近112 年的2 月降水主要表現(xiàn)為年際和年代際變化相疊加的特征，1960 年代之后存在明顯的年代際波動，表現(xiàn)為“負(fù)-正-負(fù)”的分布（圖1a 黑折線），期間主要發(fā)生了兩次年代際突變，第一次發(fā)生在1970 年代末—1980 年代初，降水由年代際偏少期進(jìn)入偏多期，第二次發(fā)生在1990年代末，降水由年代際偏多期進(jìn)入偏少期。進(jìn)一步分析廣州2 月降水累積距平曲線（圖1b）可知，1981 年和1998 年可以作為突變的分界點(diǎn)，于是將1961—2019 年廣州2 月降水分為三個時段，分別為1961—1981 年、1982—1998 年和1999—2019 年。1961—2019 年廣東2 月降水距平時間序列與同期廣州2 月降水時間序列的相關(guān)系數(shù)為0.96，2月全省平均降水在1961—1981年和1999—2019 年為偏少期，降水量分別為48.3 mm 和43.2 mm，較氣候平均值偏少22.6%和30.8%，1982—1998 年為偏多期，降水量為103.7 mm，較氣候平均偏多66.0%（圖1c）。

對廣州1908—2019 年近112 年的2 月氣溫進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)為緩慢的線性上升趨勢（圖略，未通過0.05 顯著性檢驗(yàn)），進(jìn)一步對1908—2019 年廣州2 月氣溫做Morlet 小波分析（圖略），發(fā)現(xiàn)存在準(zhǔn)60 年周期，這與澳門[34]和全球氣溫類似[35-36]。1908—2019 年廣州2 月氣溫大致經(jīng)歷了相對暖、冷、暖、冷、暖五個階段[37]，其中1961—2019 年處于近112 年里的第四、五階段，偏冷期向偏暖期轉(zhuǎn)換，突變時間為1990 年代末（圖2b），剔除其長期趨勢后氣溫仍呈現(xiàn)為“冷-暖”的變化特征（圖2a），可見1961—2019 年是屬于更長時間尺度（112 年）內(nèi)準(zhǔn)60 年的周期變化。1961—2019 年廣東2 月氣溫時間序列與1961—2019 年廣州去除長期趨勢后氣溫時間序列的相關(guān)系數(shù)為0.98。對應(yīng)降水的三個時段，1961—1981 年和1982—1998年全省平均氣溫分別為13.8 ℃和13.9 ℃，分別較氣候平均值偏低0.6 ℃和0.5 ℃，1999—2019 年全省平均氣溫為15.5 ℃，較氣候平均偏高1.1 ℃（圖2c）。

圖1 1908—2019年廣州2月降水距平（a）、降水累積距平（b）和1961—2019年廣東2月降水距平（c）時間序列

圖2 同圖1，但為氣溫

為了更直觀地看到三個階段廣東2 月降水和氣溫的空間分布特征，分別對三個階段廣東2月降水距平百分率場和氣溫距平場進(jìn)行合成分析（圖3，見下頁），可以看出第一時段1961—1981 年（圖3a），全省呈整體一致偏少的降水分布形勢，雷州半島南部、陽江至茂名、粵東沿海地區(qū)降水較常年偏少25%～50%，其余地區(qū)降水較常年偏少25%以下。而平均氣溫表現(xiàn)為全省一致偏冷，且其分布特征與降水距平的分布相似（圖3b），即雷州半島北部、粵西北地區(qū)氣溫偏低0.3～0.5 ℃，其他地區(qū)氣溫偏低0.5 ℃以上。第二時段1982—1998 年（圖3c），廣東2 月降水與前一時期相反，呈整體一致偏多的分布形勢，粵北北部地區(qū)降水較氣候平均值偏多25%，其余大部分地區(qū)降水較常年偏多50%～75%，雷州半島南部、陽江至茂名、粵東沿海地區(qū)降水較常年偏多75%以上。而平均氣溫持續(xù)前一時期的一致偏冷（圖3d），其中粵北部分地區(qū)、粵西和粵東地區(qū)偏低0.3～0.5 ℃，其它地區(qū)氣溫偏低0.5 ℃以上。第三時段1999—2019 年（圖3e），廣東2月降水又進(jìn)入偏少期，呈整體一致偏少的分布形勢，且較1961—1981年時段偏少得更明顯，全省大部分地區(qū)降水均較常年偏少25%～50%。而平均氣溫則表現(xiàn)為全省一致偏暖，全省除珠江口西部、粵東北異常偏高1.0 ℃以上，其余大部分地區(qū)偏高0.5 ℃（圖3f）。

值得指出的是，1961—1981 年和1999—2019年廣東2月降水均表現(xiàn)為一致偏少，但前一時段氣溫一致偏低，總體表現(xiàn)為“冷干”，而后一時段氣溫一致偏高，總體表現(xiàn)為“暖干”。為什么兩個降水偏少時段氣溫會表現(xiàn)為截然不同的特征呢？是什么原因?qū)е铝诉@種差異性？下面將分別從大氣環(huán)流和海表溫度兩方面討論導(dǎo)致這種差異的可能影響因子。

4 “冷干”期和“暖干”期的大尺度環(huán)流特征

對“冷干”期（1961—1981 年）和“暖干”期（1999—2019 年）的海平面氣壓場、500 hPa位勢高度場、850 hPa 矢量風(fēng)場、整層水汽通量及散度場進(jìn)行合成分析，對比兩個時段大氣環(huán)流的差異，試圖找到導(dǎo)致廣東2 月降水偏少背景下氣溫年代際差異的可能成因。

“冷干”期，2 月北半球海平面氣壓距平場（圖4a）表明，50 °N 以北至極區(qū)的中高緯度地區(qū)為正距平控制，大西洋東部-非洲北部為顯著負(fù)距平控制，這一空間分布型與北大西洋濤動（NAO）的負(fù)位相十分相似，當(dāng)冬季NAO 負(fù)位相時，我國南方地區(qū)春季降水偏少[38]。另外，內(nèi)蒙古-華北地區(qū)為弱的負(fù)距平區(qū)，廣東及南海區(qū)域?yàn)槿跽嗥綀隹刂?，表明冷高壓偏?qiáng)，造成廣東2 月氣溫偏低。“暖干”期2 月的北半球海平面氣壓距平場（圖4b）可以看出，北太平洋中部為正距平區(qū)，阿拉斯加至中國東北地區(qū)為顯著負(fù)距平區(qū)，喀拉海-烏拉爾山-貝加爾湖南部為正距平區(qū)，斯堪的納維亞半島為負(fù)距平區(qū)，北大西洋東部為正距平區(qū)，在高緯度地區(qū)呈“+、-、+、-、+”的波列型分布。另外，廣東為弱的負(fù)距平控制，冷高壓強(qiáng)度偏弱，使得廣東2 月氣溫偏高。

圖3 廣東2月1961—1981年（a、b）、1982—1998年（c、d）和1999—2019年（e、f）降水距平百分率（a、c、e，單位：%）和氣溫距平（b、d、f，單位：℃）的空間分布

“冷干”期500 hPa 位勢高度場（圖4c）上以經(jīng)向環(huán)流為主，中高緯度位勢高度異常呈現(xiàn)出3波的結(jié)構(gòu)，烏拉爾山地區(qū)、東北亞地區(qū)、格陵蘭島南部為正距平區(qū)，其余地區(qū)為負(fù)距平區(qū)，特別是40 °N以南的東亞大部分、北美中南部，熱帶大部分地區(qū)位勢高度顯著偏低，格陵蘭島南部的正異常與北大西洋中部的負(fù)異常與海平面氣壓場相對應(yīng)。這種距平分布反映了極渦偏強(qiáng)，東亞大槽偏強(qiáng)，東亞冬季風(fēng)偏強(qiáng)，副熱帶高亞偏弱。烏拉爾地區(qū)的正距平與歐洲西部和日本上空的負(fù)距平組成的波列與歐亞型（EU）正位相的結(jié)構(gòu)相似，劉毓赟等[39]和左璇等[40]研究指出冬季EU 處于正位相時，中國東部降水偏少，氣溫偏低，本文結(jié)論與之相一致。“暖干”期500 hPa位勢高度距平場（圖4d）上以緯向環(huán)流為主，鄂霍次克海-貝加爾湖、斯堪的納維亞半島-地中海和加拿大西北部地區(qū)為負(fù)距平，其余地區(qū)為正距平區(qū)，且熱帶地區(qū)為顯著正距平區(qū)控制。這種距平分布反映了極渦偏弱，東亞大槽偏弱，東亞冬季風(fēng)偏弱，副熱帶高壓偏強(qiáng)。中南半島-廣東一帶為正位勢高度距平，在南支系統(tǒng)不活躍、水汽輸送不充足的條件下，這一時段廣東2 月降水偏少[41]。

圖4 “冷干”期（a、c）和“暖干”期（b、d）廣東2月北半球海平面氣壓距平（a、b，單位：hPa）和500 hPa位勢高度距平（c、d，單位：gpm）合成場 填色區(qū)為距平場，打點(diǎn)為通過0.01顯著性檢驗(yàn)。

進(jìn)一步對“冷干”期2 月850 hPa 風(fēng)矢量距平合成場（圖5a），可以看出華南地區(qū)表現(xiàn)為反氣旋式環(huán)流，廣東主要受異常北風(fēng)控制，冷空氣活躍，這種異常北風(fēng)一方面使得廣東氣溫偏低，另一方面不利于來自海上的水汽輸送到廣東；其整層水汽通量距平合成場（圖5a）在華南地區(qū)和南海南部水汽通量散度為正（輻散），造成廣東的水汽減少，導(dǎo)致這一時段廣東2 月降水偏少。而“暖干”期2月850 hPa風(fēng)矢量距平合成場（圖5b）可以看出，青藏高原為反氣旋環(huán)流控制，廣東以北為氣旋式環(huán)流，在廣東西部存在風(fēng)向輻散；南海中南部為氣旋式環(huán)流，與廣東北部的氣旋式環(huán)流在廣東東南部造成風(fēng)向輻散區(qū)，這些都不利于廣東地區(qū)產(chǎn)生降水；整層水汽通量距平合成場（圖5b），表現(xiàn)為華南沿海-中南半島-孟加拉灣為水汽通量輻散區(qū)，而水汽輻合中心位于南海中部和長江流域。

圖5 “冷干”期（a）和“暖干”期（b）2月東亞地區(qū)850 hPa風(fēng)矢量距平（矢量圖，單位：m/s）和整層積分水汽通量散度距平（填色圖，深色為輻散，淺色為輻合，單位：10-5 kg/（m2·g））的合成場

5 海溫對廣東2 月“冷干”和“暖干”的可能影響

海溫是影響東亞大氣環(huán)流及冬季氣候的最主要外強(qiáng)迫因子[16-28]。以下將從海溫異常方面來研究分析近59 年廣東2 月氣候“冷干”和“暖干”的可能原因。

5.1 海溫對廣東2月降水年代際偏少的可能影響

用廣東2 月降水對逐月海溫進(jìn)行回歸（圖6e），結(jié)果顯示當(dāng)降水偏多時，對應(yīng)熱帶東太平洋海溫偏高，而北太平洋中部海溫偏低，這一海溫分布可以追溯到前一年12 月（圖6a）。進(jìn)一步計(jì)算表明，北太平洋海溫指數(shù)（NP）與降水呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.51（超過0.01 顯著性檢驗(yàn)），東太平洋海溫指數(shù)（EP）與降水呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.49（超過0.05 顯著性檢驗(yàn)）（表1），這表明北太平洋中部海溫偏低，熱帶東太平洋海溫偏高時，廣東2 月降水偏多。進(jìn)一步合成兩個降水偏少期2 月海溫分布（圖7），可以看出兩個時段通過顯著性檢驗(yàn)的海溫區(qū)域是不一樣的，其中第一個時段熱帶東太平洋海溫為顯著負(fù)距平（圖7a），而第二時段北太平洋中部海溫顯著正距平（圖7b），表明在前一時段廣東2 月降水偏少主要受熱帶東太平洋海溫異常偏低影響，而后一時段降水的偏少主要受北太平洋中部海溫異常偏高影響。

用EP 海溫指數(shù)對500 hPa 位勢高度和850 hPa 風(fēng)場進(jìn)行回歸（圖8a），結(jié)果顯示當(dāng)EP 海溫指數(shù)為正值，即熱帶東太平洋海溫偏高時，850 hPa風(fēng)場北太平洋地區(qū)為異常氣旋式環(huán)流，中國華北至青藏高原東部為異常北風(fēng)，冷空氣從西路向南侵入，菲律賓附近為異常反氣旋環(huán)流，廣東沿海和南海為南風(fēng)異常，即850 hPa 經(jīng)向風(fēng)切變（南部減北部，下同）較大，500 hPa位勢高度場上，25 °N 以南位勢高度顯著正距平，說明西太平洋副熱帶高壓偏強(qiáng)，有利于其西側(cè)異常偏南氣流將海上大量的暖濕水汽輸送到廣東地區(qū)，與北方冷空氣在廣東地區(qū)輻合，導(dǎo)致廣東降水的異常偏多，這與ENSO 暖位相時西太平洋大氣環(huán)流異常類似[42-43]；反之亦然。1961—1981 年期間EP 指數(shù)是負(fù)距平（圖略），因此圖5a 的850 hPa 風(fēng)場分布與圖8a 分布相反。進(jìn)一步計(jì)算得到，V850指數(shù)與EP指數(shù)和降水的相關(guān)系數(shù)分別為0.69和0.41（分別通過0.01和0.05顯著性檢驗(yàn)），這說明1961—1981年熱帶東太平洋海溫異常偏低主要通過菲律賓附近異常氣旋環(huán)流和北太平洋異常反氣旋環(huán)流導(dǎo)致850 hPa經(jīng)向風(fēng)切變偏弱來影響廣東2月降水偏少，這與李宏毅等[44]研究結(jié)論一致。

同樣，采用NP 海溫指數(shù)與海平面氣壓場和850 hPa 風(fēng)場回歸（圖8b），分析得到當(dāng)NP 指數(shù)為正值，即北太平洋中部海溫偏高時，北太平洋中部海平面氣壓顯著正距平，阿拉斯加地區(qū)為顯著負(fù)距平，且是一深厚的正壓系統(tǒng)（圖略），這與Liu等[45]的結(jié)論一致；850 hPa 風(fēng)場西北太平洋至中國東部為反氣旋式環(huán)流控制，中國東部沿海為異常南風(fēng)，不利于北方冷空氣南下，南海北部為異常東風(fēng)，在廣東表現(xiàn)為反氣旋式曲率，不利于水汽輻合，導(dǎo)致廣東2 月降水偏少。1999—2019 年期間NP指數(shù)以正距平為主，圖8b太平洋區(qū)域海平面氣壓場與圖4b 分布類似。進(jìn)一步采用SLP_NP 與NP指數(shù)和降水的相關(guān)系數(shù)分別為0.81和-0.42（分別通過0.01 和0.05 顯著性檢驗(yàn)）。這說明1999—2019年北太平洋中部海溫異常偏高通過北太平洋中部異常反氣旋環(huán)流來影響廣東2月降水偏少。

5.2 海溫對廣東2月氣溫“冷”“暖”的可能影響

廣東2月氣溫對海溫進(jìn)行回歸（圖6f），結(jié)果顯示當(dāng)廣東2 月氣溫偏高時，熱帶印度洋海溫、西太平洋暖池區(qū)和太平洋副熱帶區(qū)域海溫偏高，進(jìn)一步分析表明，這一海溫分布前期一直維持，但熱帶印度洋海溫全區(qū)一致（IOBW）變化在同期正距平最大（圖6f），西太平洋暖池區(qū)（WPWPS）在前一年11 月海溫正距平最大（圖6b）。分別計(jì)算IOBW、WPWPS 和NP 海溫指數(shù)與氣溫的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)三者均與氣溫呈正相關(guān)關(guān)系（均通過0.01 顯著性檢驗(yàn)）（表1）。分析兩個時段的同期海溫合成圖（圖7），可以看到1961—1981 年熱帶印度洋和西太平洋暖池區(qū)海溫顯著負(fù)距平（圖7a），而1999—2019 年熱帶印度洋、西太平洋暖池區(qū)和北太平洋中部海溫顯著正距平（圖7b）。說明熱帶印度洋全區(qū)一致型和西太平洋暖池區(qū)海溫對兩個時段氣溫均有影響，北太平洋中部海溫主要影響1999—2019年時段廣東2月氣溫。

圖6 廣東2月降水（a、c、e）和氣溫（b、d、f）年代際分量標(biāo)準(zhǔn)化序列對海表面溫度回歸的空間分布

圖7 “冷干”期（a）和“暖干”期（b）2月海表溫度距平合成場（單位：℃）

圖8 a. 1961—2019年EP指數(shù)年代際變化分量與500 hPa位勢高度（填色圖和等值線，單位：gpm，打點(diǎn)為通過0.1顯著性檢驗(yàn)）和850 hPa風(fēng)場的回歸分布（矢量，單位：m/s，黑色為通過0.1顯著性檢驗(yàn)的緯向風(fēng)或經(jīng)向風(fēng)，黑色方框?yàn)閂850指數(shù)區(qū)）；b. 1961—2019年NP指數(shù)年代際變化分量與海平面氣壓場（填色圖和等值線，單位：hPa，打點(diǎn)為通過0.1顯著性檢驗(yàn)，黑色方框?yàn)镾LP_NP指數(shù)區(qū)）和850 hPa風(fēng)場（矢量，單位：m/s，通過0.1顯著性檢驗(yàn)的緯向風(fēng)或經(jīng)向風(fēng)）的回歸分布；c. 1961—2019年IOBW指數(shù)年代際變化分量與500 hPa位勢高度場（填色圖和等值線，單位：gpm，打點(diǎn)為通過0.1顯著性檢驗(yàn)，黑色方框?yàn)镋AT指數(shù)區(qū)）的回歸分布。

表1 1961—2019年2月各海溫指數(shù)年代際變化分量與廣東2月降水和氣溫年代際變化分量的相關(guān)系數(shù)

由于IOBW 與氣溫的正相關(guān)系數(shù)最大，采用IOBW 指數(shù)與500 hPa 位勢高度場進(jìn)行回歸分析（圖8c），當(dāng)IOBW 指數(shù)為正值，即熱帶印度洋全區(qū)一致偏暖時，東半球50 °N 以南區(qū)域顯著正距平，東亞大槽偏弱，冷空氣偏弱，使得廣東氣溫偏高，反之亦然。東亞大槽EAT 指數(shù)與IOBW 指數(shù)和氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.71 和0.66（均通過0.01 顯著性檢驗(yàn)）。印度洋冬季海溫通過影響高空東亞西風(fēng)急流強(qiáng)度來影響東亞大槽強(qiáng)度[24]，即當(dāng)印度洋海溫升高（降低）時，對應(yīng)高空東亞西風(fēng)急流減弱（增強(qiáng)），在急流出口處出現(xiàn)反氣旋（氣旋）環(huán)流異常，使得東亞大槽偏弱（偏強(qiáng)），槽后偏北氣流減弱（加強(qiáng)），東亞冬季風(fēng)減弱（增強(qiáng)），廣東氣溫偏高（偏低）。而WPWPS 指數(shù)與500 hPa 位勢高度場的回歸分布（圖略）與圖8c類似，這里不再贅述。

6 結(jié) 論

本文從降水和氣溫的協(xié)同變化特征角度研究了近59 年廣東2 月“冷干”期和“暖干”期對應(yīng)的大氣環(huán)流與海溫特征。

（1）廣東2 月降水和氣溫在空間變化上具有相當(dāng)?shù)耐叫?，時間上有明顯的年代際變化特征，主要有1961—1981 年和1999—2019 年兩個年代際降水偏少時段，其中第一時段（1961—1981 年）降水偏少氣溫偏低，表現(xiàn)為“冷干”；第二時段（1999—2019年）降水偏少氣溫偏高，表現(xiàn)為“暖干”。

（2）兩個時段的大尺度環(huán)流特征基本上表現(xiàn)為相反的特征（表2），“冷干”期（“暖干”期）500 hPa高度場以經(jīng)向（緯向）環(huán)流為主，東亞大槽偏強(qiáng)（弱），東亞冬季風(fēng)偏強(qiáng)（弱），低層受異常北（南）風(fēng)控制，地面冷高壓偏強(qiáng)（弱），偏強(qiáng)的冷空氣阻礙了來自海上的水汽輸送（偏弱的冷空氣不能南下至廣東），使得廣東處于水汽輻散區(qū)（青藏高原表現(xiàn)為反氣旋式環(huán)流，南支系統(tǒng)不活躍，對廣東地區(qū)水汽輸送不足），最終導(dǎo)致廣東2月低溫少雨（高溫少雨）。

（3）熱帶東太平洋海溫異常偏低、熱帶印度洋-西太平洋暖池區(qū)海溫偏低是造成1961—1981年廣東2月氣候表現(xiàn)為“冷干”的主要外強(qiáng)迫因子，而北太平洋中部海溫異常偏高、熱帶印度洋-西太平洋暖池區(qū)海溫偏高是導(dǎo)致1999—2019 年廣東2月氣候表現(xiàn)為“暖干”的外強(qiáng)迫因子，它們均通過影響大尺度環(huán)流進(jìn)而影響氣溫和降水。其中，前者“冷干”期降水主要受熱帶東太平洋海溫影響，當(dāng)熱帶東太平洋海溫偏低時，850 hPa 風(fēng)場表現(xiàn)為菲律賓附近異常氣旋環(huán)流和北太平洋異常反氣旋環(huán)流，導(dǎo)致850 hPa 經(jīng)向風(fēng)切變偏弱，使得廣東2月降水偏少；熱帶印度洋-西太平洋暖池區(qū)海溫偏低導(dǎo)致東亞大槽偏強(qiáng)，槽后偏北氣流加強(qiáng)，進(jìn)而造成東亞冬季風(fēng)偏強(qiáng)，最終導(dǎo)致廣東2 月氣溫偏低。而后者“暖干”期主要受北太平洋中部海溫異常偏暖的影響，導(dǎo)致海平面氣壓場上北太平洋中部為異常反氣旋環(huán)流，這一異常反氣旋一方面不利于水汽輻合，另一方面反氣旋環(huán)流西部的異常南風(fēng)不利于冷空氣南下至廣東，導(dǎo)致廣東2 月高溫少雨；熱帶印度洋-西太平洋暖池區(qū)海溫偏高則導(dǎo)致廣東2月氣溫偏高。

表2 近59年廣東2月不同降水偏少期的氣候特征對比