張武龍1, 2 張井勇1 范廣洲2

?

我國西南地區(qū)干濕季降水的主模態(tài)分析

張武龍張井勇范廣洲

1中國科學院大氣物理研究所季風系統(tǒng)研究中心，北京100190 2成都信息工程學院大氣科學學院，成都610225

利用我國西南地區(qū)26個臺站降水資料，通過經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）分解的方法，分析了1980～2009年該地區(qū)干季（10～4月）和濕季（5～9月）降水的主模態(tài)。我國西南地區(qū)干季降水的時空變化存在兩種主模態(tài)，它們分別可以解釋總方差的22.4%和15.6%。第1主模態(tài)為全區(qū)一致型，具有準兩年周期振蕩的年際變化特征；第2主模態(tài)為東南—西北反向型，從20世紀90年代中期至21世紀初呈現(xiàn)2～3年的變化周期。我國西南地區(qū)濕季降水的時空變化存在三種主模態(tài)，它們分別可以解釋總方差的17.1%，13.8%和11.1%。第1主模態(tài)為全區(qū)一致型，20世紀90年代初期具有較強的2～4年周期；第2主模態(tài)為經(jīng)向偶極子型分布，并具有顯著的4年周期；第3主模態(tài)為緯向偶極子型分布，具有2～4年的年際變化信號。進一步利用NCEP/NCAR再分析資料以及美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的海表面溫度（SST）資料，通過合成分析和回歸分析的方法探討了與干濕季降水各主模態(tài)對應的大尺度大氣環(huán)流和海溫狀況。我國西南地區(qū)干季降水第1主模態(tài)與北極濤動（AO）有明顯的正相關關系，對應的大氣環(huán)流和海溫狀況表現(xiàn)為高緯北冰洋與中緯度地區(qū)上空高度場的反向異常分布，北大西洋和北太平洋海溫低緯與中高緯的偶極子型異常分布；第2主模態(tài)與中高緯歐亞大陸上空高度場經(jīng)向偶極子型異常分布有關，中緯度北太平洋的海溫異常與該模態(tài)具有緊密的聯(lián)系。我國西南地區(qū)濕季降水第1主模態(tài)與北大西洋濤動（NAO）顯著負相關，對應的大氣環(huán)流和海溫狀況表現(xiàn)為北大西洋上，高緯度與中緯度地區(qū)上空高度場的偶極子型異常分布，海溫從低緯到中高緯的三極子型異常分布；第2主模態(tài)受歐亞大陸上空高度場經(jīng)向三極子型異常分布影響，并與北太平洋海溫異常的一致型分布有關；第3主模態(tài)可能與El Ni?o Modoki有關，同時受到南亞高壓的影響，赤道太平洋海溫的緯向三極子型異常分布對該模態(tài)具有一定的潛在預報意義。

干濕季降水 主模態(tài) 經(jīng)驗正交函數(shù)分解大尺度大氣環(huán)流 海溫

1 引言

近一百多年來全球氣溫增暖明顯，氣候變暖及其引起的氣候變化已成為大氣科學研究的熱點，氣候變化同樣表現(xiàn)出顯著的區(qū)域性特征，區(qū)域氣候異常是全球氣候變化的組成部分。我國西南地區(qū)位于東北—西南走向的氣候生態(tài)過渡帶的南端，對氣候變化尤為敏感。西南地區(qū)地形復雜，世界上海拔最高、地形最復雜的青藏高原、云貴高原、橫斷山區(qū)和四川盆地等構成了該區(qū)域大陸地貌的主要特征，因而引起該地區(qū)降水量空間分布不均勻；加之受到季風環(huán)流的影響，導致該地區(qū)降水季節(jié)差異大，且干濕季轉(zhuǎn)換明顯，存在顯著的時間與空間變化的局地差異。事實上，近年來降水的異常變化導致暴雨、干旱頻發(fā)，已經(jīng)對該地區(qū)人民群眾的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生了嚴重影響。例如自2011年6月20日開始，西南地區(qū)出現(xiàn)的強降雨天氣過程導致重慶、四川、貴州、云南4?。ㄖ陛犑校?8個市（自治州）95個縣（市、區(qū)）遭受洪澇、滑坡、泥石流災害。據(jù)國家減災委辦公室統(tǒng)計，截至北京時間2011年6月24日15時，因暴雨洪澇災害造成411.9萬人受災，直接經(jīng)濟損失15.6億元（取自http://www.gov.cn/ [2011–06–24]）。再如2006年入夏后，重慶、四川盆地出現(xiàn)了近50年來最嚴重的高溫伏旱。入夏后四川平均降水量僅有309.9 mm，重慶為244.5 mm，均為1951年以來歷史同期最少。與同期相比，四川和重慶降水分別偏少136.2和228.2 mm；截止2006年9月10日，重慶市因旱直接經(jīng)濟損失達82.55億元，其中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失為60.75億元（取自http://ncc.cma.gov.cn/ [2006–09– 10]）。因此，對西南地區(qū)降水的研究是十分有必要的。

然而與我國東部降水相比，目前關于我國西南地區(qū)降水的研究相對較少。李永華等（2010）研究了西南地區(qū)東部夏季降水的時空特征，發(fā)現(xiàn)夏季降水的年際及年代際變化特征均較明顯，存在2～3年、15年左右的顯著周期。Jiang and Li（2011）分析了西南地區(qū)冬季降水的時空變化，指出冬季降水主模態(tài)與北半球環(huán)狀模態(tài)有很高的相關性。李躍清（2003）應用奇異值分解（SVD）技術研究了青藏高原地面加熱場與高原上空100 hPa高度場及其東側川渝地區(qū)夏季降水場的時空聯(lián)系和旱澇預測的關系，指出青藏高原地面加熱場強度前期1～3月偏弱（強），4～10月偏強（弱），則后期高原上空100 hPa高度場偏高（低），未來高原東側川渝地區(qū)夏季降水偏多（少），易于發(fā)生洪澇（干旱）。李永華等（2011）在研究夏季青藏高原大氣熱源與西南地區(qū)東部旱澇的關系時，認為西南地區(qū)東部夏季降水與高原主體東南部的熱源變化關系密切，當該區(qū)域大氣熱源偏強時，西南地區(qū)東部夏季降水偏多的可能性大。王偉和周潔（2012）發(fā)現(xiàn)歐亞地區(qū)中高緯地區(qū)環(huán)流（特別是烏山和貝湖附近高度距平的變化）以及西南地區(qū)上空伴隨高度場出現(xiàn)的氣旋性環(huán)流和反氣旋性環(huán)流是直接影響我國西南地區(qū)夏季降水的重要環(huán)流因子。唐佑民等（1997）提出西南地區(qū)夏季降水與太平洋海溫存在明顯的遙相關，El Ni?o對降水有重要影響。李永華等（2012）指出前期赤道東太平洋海表溫度偏高，西南地區(qū)東部夏季降水偏多的可能性大；當前期春季印度洋海表溫度偏高時，西南地區(qū)東部夏季降水可能偏多。Lu et al.（2011）指出區(qū)域性天氣異常條件（水汽輸送偏弱，氣溫偏高）對2009～2010年我國西南地區(qū)持續(xù)性嚴重干旱的發(fā)生有重要影響。黃榮輝等（2012）對2009年秋至2010年春西南地區(qū)嚴重干旱的研究結果，發(fā)現(xiàn)熱帶西太平洋和熱帶印度洋處于升溫的狀態(tài)，以及中高緯度地區(qū)的環(huán)流異常對此次嚴重干旱有重要影響；由于北極濤動（AO）為負值，東亞冬季冷空氣活動強且路徑偏東，使得到達西南地區(qū)冷空氣偏弱，從而引起西南地區(qū)持續(xù)性嚴重干旱的發(fā)生。這些工作多是把西南降水分為春夏秋冬四季分別討論，且主要集中在夏季和冬季。然而，西南地區(qū)由于受地形以及季風環(huán)流的影響，干濕季分明。董謝瓊和段旭（1998）利用1951～1995年臺站降水資料通過對西南地區(qū)降水量干濕季轉(zhuǎn)換的研究，描述了西南地區(qū)降水的氣候特征。但是關于西南地區(qū)干濕季降水自身的變化特征以及與大氣環(huán)流場和海溫場的聯(lián)系尚不清楚。因此，本文利用1980～2009年西南地區(qū)降水資料，通過EOF分析的方法研究了干季和濕季降水二者各自的主模態(tài)；再利用合成分析的方法分析與主模態(tài)相聯(lián)系的大尺度大氣環(huán)流和海溫特征。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

降水資料為中國氣象局發(fā)布的全國160個臺站的逐月降水數(shù)據(jù)。其中西南地區(qū)（22°～32°N，100°～109°E）包括四川、云南、重慶、貴州、廣西五省市的大部分地區(qū)有26個臺站，分布相對均勻（圖1）。大氣環(huán)流資料為美國國家環(huán)境預報中心和國家大氣研究中心（NCEP/NCAR）再分析月平均數(shù)據(jù)資料集，包括緯向風、經(jīng)向風、地面氣壓、位勢高度，水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向從1000 hPa到10 hPa共17個氣壓層。海溫資料為美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）提供的全球月平均海表面溫度（SST）數(shù)據(jù)，水平分辨率為2°×2°。另外，我們還用到兩個逐月的遙相關指數(shù)（北極濤動指數(shù)和北大西洋濤動指數(shù)），來源于NOAA氣候預測中心。

2.2 分析方法

本文采用經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）分解的方法（von Storch and Zwiers, 1999）分別得到西南地區(qū)干濕季降水變化的主要模態(tài)及其相應的時間系數(shù)，并用小波分析的方法（Torrence and Compo, 1988）來考察降水時間變化的特征，然后利用合成分析和回歸分析的方法探討與各降水模態(tài)對應的大尺度大氣環(huán)流和海溫特征。

3 我國西南地區(qū)降水的主模態(tài)

3.1 干濕季劃分

我國西南地區(qū)干濕季分明，降水主要集中在暖季（圖2a）。我們定義月降水強度指數(shù)：

其中，表示逐月的降水量，表示年平均的月降水量。如果，說明該月實際降水強度大于平均分布強度，則該月偏濕；反之，，說明該月實際降水強度小于平均分布強度，則該月偏干。圖2b即為西南地區(qū)月降水量的強度指數(shù)，從圖中可以看到，10、11、12、1、2、3、4月，連續(xù)七個月偏干，即為干季；5、6、7、8、9月，連續(xù)五個月偏濕，即為濕季。本文所考慮的時間段為1980年5月至2010年4月，干濕季的劃分采取10～12月和次年1～4月為干季，5～9月為濕季。這樣便分別得到共計30年的干濕季數(shù)據(jù)，其中約定1980年干季是指1980/1981年干季。

3.2 干季降水主模態(tài)

從西南地區(qū)近30年干季月平均降水量的空間分布（圖3a）可以看出，降水整體上存在兩個特點：一是自東向西減少；二是在四川盆地西部存在一個多雨中心。川西高原是整個西南地區(qū)的少雨區(qū)，干季月平均降水量都在25 mm以下；往東在四川盆地的西緣是多雨中心，最大值大于50 mm；四川北部和云南北部為相對的少雨區(qū)，再往東、往南降水量增加，形成渝，黔以及桂東北40～65 mm的多雨區(qū)。

對1980年5月至2010年4月西南地區(qū)26站干季降水做標準化處理，再通過EOF分析得到了西南干季降水的主要空間模態(tài)及其時間序列，其中前兩個模態(tài)的方差貢獻大于百分之十，可區(qū)分開并且是有意義的。西南地區(qū)干季降水第一主模態(tài)（EOF1）解釋了總方差的22.4%，其空間分布如圖4a所示，西南地區(qū)除川西高原上出現(xiàn)負異常，整體基本表現(xiàn)為正異常，體現(xiàn)了干季降水的一致變化；EOF1相應的時間序列（PC1）具有準兩年周期振蕩的年際變化特征（圖4b、c）。

第二主模態(tài)（EOF2）的方差貢獻是15.6%，圖4d和圖4e分別是西南地區(qū)干季降水EOF2的空間分布和相應的時間系數(shù)序列。從圖4d可以看到，EOF2的空間型呈現(xiàn)一個東南—西北向的“－＋”偶極子分布。0等值線基本沿著川渝和黔滇的交界線，正異常出現(xiàn)在四川和重慶，而貴州，廣西西部和云南表現(xiàn)為負異常。從EOF2相應的時間序列（PC2）的小波分析圖4f可以看到PC2從20世紀90年代中期至21世紀初呈現(xiàn)2～3年的變化周期。另外，PC2也具有一定的年代際變化信號（圖4e）。

3.3 濕季降水主模態(tài)

西南地區(qū)近30年濕季月平均降水量空間分布不均勻，局地差異大，在100～240 mm之間變化，如圖3b所示，由于受地形和山脈走向的影響，造成多雨區(qū)與少雨區(qū)交錯分布。同干季降水一樣，川西高原仍然是少雨區(qū)，降水量在140 mm以下；往東在四川盆地西部是多雨中心，最大值大于240 mm，往南還有個多雨區(qū)位于黔、滇、桂三省交界；濕季降水分布大致以這兩個多雨區(qū)為中心向四周遞減。

同樣，對1980年5月至2010年4月西南地區(qū)26站濕季降水做標準化處理，再通過EOF分析便能得到主要空間模態(tài)及其時間序列，其中前三個模態(tài)的方差貢獻大于百分之十，可區(qū)分開并且是有意義的。西南地區(qū)濕季降水第一主模態(tài)（EOF1）解釋了總方差的17.1%，其空間分布如圖5a所示，同干季降水第一空間模態(tài)一樣，整體表現(xiàn)為正異常，只有東北部極少部分出現(xiàn)了負異常，反映了西南地區(qū)濕季降水變化的一致性；EOF1相應的時間序列（PC1）具有明顯的年際和年代際變化特征（圖5b），從圖5c所示PC1的小波分析可以看到，該模態(tài)在20世紀90年代初期具有較強的2～4年的年際變化信號。

第二主模態(tài)（EOF2）的方差貢獻是13.8%，圖5d和e分別是西南地區(qū)濕季降水EOF2的空間分布和相應的時間系數(shù)序列。從圖5d可以看到，西南地區(qū)濕季降水EOF2的空間分布呈現(xiàn)從南到北“＋－”經(jīng)向偶極子型分布。廣西西部，云南出現(xiàn)正異常，貴州，重慶和四川大部分出現(xiàn)負異常，這反映了西南地區(qū)濕季降水南、北反向變化的空間分布特征。從圖5e可以明顯看到西南地區(qū)濕季降水EOF2的時間系數(shù)（PC2）具有明顯的年際變化特征，變化周期以4年為主（圖5f）。

第三主模態(tài)（EOF3）解釋了總方差的11.1%，EOF3的空間分布特征主要表現(xiàn)為東、西部地區(qū)濕季降水相反變化的特點（圖5g），從東到西呈現(xiàn)“－＋”的緯向偶極子型分布。廣西西部，貴州和重慶中東部表現(xiàn)為負異常，四川和云南大部分表現(xiàn)為正異常，這反映了西南地區(qū)濕季降水東、西反向變化的空間分布特征。EOF3相應的時間序列（PC3）如圖5h所示，呈現(xiàn)出明顯的年際和年代際的變化特征，小波分析（圖5i）也表明PC3具有較強的2～4年的年際變化信號。

4 與主模態(tài)相聯(lián)系的大尺度大氣環(huán)流和海溫特征

為了探討大尺度大氣環(huán)流和海溫狀況影響西南地區(qū)干濕季降水主模態(tài)的物理機制，本文利用合成分析的方法，首先從干濕季各主模態(tài)標準化的時間序列中分別挑選出時間系數(shù)＞1，和＜?1的年份（如表1），然后分別對時間系數(shù)＞1，和＜?1年份的同期大氣環(huán)流場和海溫場（已作標準化處理）做平均，再求出時間系數(shù)＞1，與＜?1年份平均大氣環(huán)流場和海溫場之間的差值，得到與各西南地區(qū)干濕季降水主模態(tài)相關的合成圖。同時，本文也利用回歸分析的方法，通過干濕季各主模態(tài)標準化的時間序列對同期大氣環(huán)流場和海溫場做回歸，所得結果與合成分析的主要結論基本相同。因此，本文僅討論利用合成分析的方法所得到的大尺度大氣環(huán)流和海溫特征。

表1 干濕季降水各主模態(tài)標準化的時間序列中時間系數(shù)＜?1和＞1的年份

4.1 干季

圖6給出了與我國西南地區(qū)干季降水EOF1相聯(lián)系的同期大氣環(huán)流場和海溫場。從500 hPa位勢高度場的合成圖（圖6a）可以看出EOF1正位相時，高緯北冰洋上空為負異常，而整個中緯度基本表現(xiàn)為正異常，類似于北極濤動（AO）指數(shù)的正位相分布（Thompson and Wallace，1998；龔道溢和王紹武，2003；范麗軍等，2003）。我們進一步計算了EOF1的時間序列（PC1）與同期AO指數(shù)的相關系數(shù)，發(fā)現(xiàn)PC1與AO指數(shù)呈顯著正相關關系（=0.49，通過0.01的顯著性水平檢驗）。另外，500 hPa高度上鄂霍茨克海至日本島一帶西北太平洋有正的位勢高度異常，表明東亞大槽異常偏弱。200 hPa高度上，緯向風場在東亞地區(qū)表現(xiàn)為急流核區(qū)西風減速，而急流核南北兩側的緯向西風加強（圖略）。這些環(huán)流的異常變化表明AO正位相時，東亞冬季風整體偏弱（Gong et al.，2001），西南地區(qū)干季降水一致偏多。850 hPa風場上（圖6b），南海上存在一支異常東南氣流，將暖濕空氣源源不斷的從低緯向我國西南地區(qū)輸送，有利于西南地區(qū)降水的增加。從PC1與海溫的合成圖6c上可以看到，在北大西洋和北太平洋上都存在從低緯到中高緯的“－＋”南北偶極子分布，也與相應AO正位相的海溫分布十分相似（范麗軍等，2003）。

圖7給出了與我國西南地區(qū)干季降水EOF2相聯(lián)系的同期大氣環(huán)流場和海溫場。由圖7a可以看出，EOF2正位相時，最強的正負異常中心出現(xiàn)在60°E以東的歐亞大陸和北太平洋上空，中高緯呈現(xiàn)出由北至南的“－＋”異常帶分布；西伯利亞一帶負異常明顯，而蒙古高原則表現(xiàn)為正異常，正異常范圍可延伸至我國西南地區(qū)，這種環(huán)流形勢有利于冬季風整體偏強偏東。從圖7b中也可以看出，貴州，廣西，云南東南部受強勁的偏東季風影響，來自孟加拉灣的暖濕空氣只能輸送到云南西部、四川與南下轉(zhuǎn)向西的部分冷空氣交匯形成降水。從PC2與海溫的合成圖7c上可以看到，中緯度北太平洋海溫表現(xiàn)出顯著負異常，表明中緯度北太平洋的SST異常對該模態(tài)具有一定的潛在預報意義。

4.2 濕季

圖8給出了我國西南地區(qū)濕季降水EOF1相聯(lián)系的同期大氣環(huán)流場和海溫場。從PC1與500 hPa位勢高度場的合成圖8a上可以看出在北大西洋上，高緯度與中緯度地區(qū)呈現(xiàn)出偶極子型異常分布，常年存在的冰島低壓表現(xiàn)為正異常，而亞速爾高壓附近表現(xiàn)為負異常，與北大西洋濤動（NAO）反位相分布相似（Hurrel，1995）。我們進一步計算了EOF1的時間序列（PC1）與同期NAO指數(shù)的相關系數(shù)，發(fā)現(xiàn)PC1與NAO指數(shù)呈顯著負相關關系（= －0.51，通過0.01的顯著性水平檢驗）。這說明 NAO為負 值時，西南地區(qū)濕季降水一致偏多。另外，在中高緯度帶上存在一個自北大西洋，經(jīng)北歐和西伯利亞到達北太平洋的一個波列，使得60°E以東的歐亞大陸500 hPa高度上呈現(xiàn)出“＋－＋”異常位勢高度分布（圖8a），這種環(huán)流配置有利于引導冷空氣南下，南支槽的穩(wěn)定維持把大量暖濕空氣輸送到西南地區(qū)上空（圖8b），與北方頻繁南下的冷空氣相交綏，在西南地區(qū)造成降水。從PC1與海溫的合成圖8c上可以看出，整體而言，最強的正負異常主要出現(xiàn)在北太平洋和北大西洋的中緯度地區(qū)；在北大西洋上，異常海溫表現(xiàn)為從低緯到中高緯的“＋－＋”三極子型分布，與NAO反位相的海溫分布類似（Czaja and Frankignoul，2002；Li and Wang，2003）。

圖9給出了與我國西南地區(qū)濕季降水EOF2相聯(lián)系的同期大氣環(huán)流場和海溫場。EOF2正位相時，在500 hPa高度上（圖9a），最強的正負異常中心出現(xiàn)在北大西洋上，從高緯到低緯呈現(xiàn)出“＋－＋”三極子型異常帶；在歐亞大陸上，從高緯到低緯呈現(xiàn)出“－＋－”三極子型異常帶，西南地區(qū)高空受異常低壓控制。日本島至我國東部沿海一帶海平面氣壓異常偏低，貝加爾湖周圍和我國華中至西南地區(qū)北部海平面氣壓異常偏高（圖略），說明北部盛行下沉輻散氣流，不易形成降水；而南部受異常氣旋控制，我國南海上的異常氣旋范圍控制到了黔桂滇地區(qū)（圖9b），使該地區(qū)形成上升氣流支，再加之孟加拉灣的水汽供應，促成降水。100 hPa高度上（圖9c），有一個以巴爾喀什湖為中心的正異常中心，位于青藏高原西北部，說明EOF2為正位相時，南亞高壓偏強且位置偏西偏北。從PC2與海溫的合成圖9d上可以看到，北太平洋基本上表現(xiàn)為一致的正異常分布。

圖10給出了與我國西南地區(qū)濕季降水EOF3相聯(lián)系的同期大氣環(huán)流場和海溫場。在500 hPa高度上（圖10a），最強的正負異常中心出現(xiàn)在北太平洋上，從高緯到低緯呈現(xiàn)出“－＋－”三極子性異常帶。當EOF3處于正位相時，西北太平洋上表現(xiàn)出負的位勢高度異常，表明副高較常年偏弱，但仍使我國東部和西南地區(qū)東部都處于異常高壓的控制之下（圖10a），盛行下沉氣流不利于西南地區(qū)東部降水的形成。在850 hPa風場（圖10b）上，西南地區(qū)西部有南風異常，它從低緯度帶來更多的水汽，有利于西南地區(qū)西部降水。100 hPa高度上（圖10c），在青藏高原南部有個正異常中心，位于90°E以東，說明南亞高壓偏強且位置偏東偏南。羅四維等（1982）曾提出夏季100毫巴青藏高壓偏東時，川東及貴州少雨，而川西多雨，這恰是EOF3的空間分布型。從PC3與海溫的合成圖10d上可以看到，赤道西太平洋表現(xiàn)出顯著的負異常，赤道中太平洋表現(xiàn)出顯著的正異常，赤道東太平洋表現(xiàn)出負異常，呈現(xiàn)出類似El Ni?oModoki正位相時期的海溫分布（Weng et al.，2007），說明El Ni?oModoki可能對西南降水具有一定的調(diào)制作用，即是當El Ni?oModoki正位相時，西南地區(qū)降水表現(xiàn)為西多東少的情況。

5 結論和討論

本文利用26個臺站降水資料，通過EOF分解的方法分析了我國西南地區(qū)（22°～32°N，100°～109°E）干濕季降水的時空變化特征。結果表 明，我國西南地區(qū)干季降水的時空變化存在兩種主模態(tài)，它們分別可以解釋總方差的22.4%和15.6%。第1主模態(tài)在空間上表現(xiàn)為全區(qū)一致性，具有準兩年周期振蕩的年際變化特征；第2主模態(tài)在空間上呈現(xiàn)出東南—西北反向型，從20世紀90年代中期至21世紀初呈現(xiàn)2～3年的變化周期。

我國西南地區(qū)濕季降水的時空變化存在三種主模態(tài)，它們分別可以解釋總方差17.1%，13.8%和11.1%。第1主模態(tài)在空間上表現(xiàn)為全區(qū)一致型，20世紀90年代初期具有較強的2～4年周期；第2主模態(tài)在空間上呈現(xiàn)出經(jīng)向偶極子性分布，年際變化特征明顯，具有顯著的4年變化周期；第3主模態(tài)在空間上呈現(xiàn)出緯向偶極子性分布，具有2～4年的年際變化信號。

進一步利用NCEP/NCAR再分析資料以及美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的海表面溫度（SST）資料，通過合成分析的方法分析了與我國西南地區(qū)干濕季降水各主模態(tài)相聯(lián)系的大尺度大氣環(huán)流和海溫特征。結果表明，我國西南地區(qū)干季降水的第1主模態(tài)與AO有明顯的正相關關系，高緯北冰洋與中緯度地區(qū)上空高度場表現(xiàn)為反向異常分布。當AO正位相時，東亞冬季風整體較常年偏弱，使得到達我國西南地區(qū)的暖濕空氣增多，有利于西南地區(qū)降水的增加；在北大西洋和北太平洋上SST表現(xiàn)為從低緯到中高緯的“－＋”南北偶極子分布。當?shù)?主模態(tài)為正位相時，相聯(lián)系的環(huán)流表現(xiàn)為西伯利亞一帶負異常明顯，而蒙古高原則表現(xiàn)為正異常，正異常范圍可延伸至我國西南地區(qū)，這有利于冬季風整體偏強偏東，使得暖濕空氣的輸送路徑偏西，從而造成西南地區(qū)降水東南—西北反向分布；中緯度北太平洋的海溫異常對該模態(tài)具有一定的潛在預報意義。

我國西南地區(qū)濕季降水的第1主模態(tài)與NAO呈顯著負相關，在北大西洋，高緯度和中緯度地區(qū)上空高度場表現(xiàn)為偶極子型異常分布。當NAO處于反位相時，中高緯度帶上存在一個自北大西洋東傳的波列影響，使得500 hPa高度上60°E以東的歐亞大陸呈現(xiàn)出“＋－＋”異常位勢高度分布，這種環(huán)流配置有利于引導冷空氣南下，南支槽的穩(wěn)定維持把大量暖濕空氣輸送到西南地區(qū)上空，繼而在西南地區(qū)造成降水。海溫異常主要出現(xiàn)在北太平洋和北大西洋的中緯度地區(qū)；在北大西洋上，北大西洋SST表現(xiàn)為從低緯到中高緯的“＋－＋”三極子型分布。與第2主模態(tài)相聯(lián)系的環(huán)流表現(xiàn)為歐亞大陸上空高度場呈現(xiàn)出經(jīng)向三極子型異常分布。當?shù)?主模態(tài)為正位相時，西南地區(qū)高空氣壓異常偏低，而低空表現(xiàn)為南低北高的異常分布，故在西南地區(qū)北部形成下沉氣流，不易產(chǎn)生降水；而南部受異常氣旋控制產(chǎn)生輻合上升氣流，且孟加拉灣低槽異?；钴S，易形成降水。此外，北太平洋海溫基本上表現(xiàn)為一致的正異常分布。第3主模態(tài)可能與El Ni?oModoki有關，同時受到南亞高壓的影響。當El Ni?oModoki正位相時，伴隨南亞高壓偏強偏東，西南地區(qū)東部都處于異常高壓的控制之下而西部有南風異常，從低緯度帶來更多的水汽，導致西南地區(qū)“西多東少”降水型的形成。這也說明赤道太平洋海溫的緯向三極子型異常分布對該模態(tài)具有一定的潛在預報意義。

從上面的分析可以看到，中高緯環(huán)流異常是影響我國西南地區(qū)干濕季降水的重要強迫因子，北大西洋和北太平洋海溫與我國西南地區(qū)干濕季降水也存在明顯的遙相關，然而目前的結果僅限于統(tǒng)計關系，其具體的過程和物理機制還需進一步研究。

Czaja A, Frankignoul C. 2002. Observed impact of Atlantic SST anomalies on the North Atlantic Oscillation [J]. J. Climate, 15 (6): 606–623.

董謝瓊, 段旭. 1998. 西南地區(qū)降水量的氣候特征及變化趨勢 [J]. 氣象科學, 18 (3): 239–247. Dong X Q, Duan X. 1998. Climatic characteristics and variation tendency of precipitation in the southwest region of China [J]. Scientia Meteorologica Sinica (in Chinese), 18(3): 239–247.

范麗軍, 李建平, 韋志剛, 等. 2003. 北極濤動和南極濤動的年變化特征[J]. 大氣科學, 27 (3): 419–423. Fan L J, Li J P, Wei Z G, et al. 2003. Annual variations of the Arctic Oscillation and the Antarctic Oscillation [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 27 (3): 419–423.

龔道溢, 王紹武. 2003. 近百年北極濤動對中國冬季氣候的影響 [J]. 地理學報, 58 (4): 559–568. Gong D Y, Wang S W. 2003. Influence of Arctic Oscillation on winter climate over China [J]. Acta Geographica Sinica (in Chinese), 58 (4): 559–568.

Gong D Y, Wang S W, Zhu J H. 2001. East Asia winter monsoon and Arctic Oscillation [J]. Geophys. Res. Lett., 28 (10): 2073–2076.

黃榮輝, 劉永, 王林, 等. 2012. 2009年秋至2010年春我國西南地區(qū)嚴重干旱的成因分析 [J]. 大氣科學, 36 (3): 443–457. Huang R H, Liu Y, Wang L, et al. 2012. Analyses of the causes of severe drought occurring in Southwest China from the fall of 2009 to the spring of 2010 [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 36 (3): 443–457.

Hurrell J W. 1995. Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: Regional temperatures and precipitation [J]. Science, 269 (5224): 676– 679.

Jiang X W, Li Y Q. 2011. Spatio-temporal variability of winter temperature and precipitation in Southwest China [J]. Journal of Geographical Sciences, 21 (2): 250–262.

Li J P, Wang J X L. 2003. A new North Atlantic Oscillation index and its variability [J]. Advances in Atmospheric Sciences, 20 (5): 661–676.

李永華, 徐海明, 白瑩瑩, 等. 2010. 我國西南地區(qū)東部夏季降水的時空特征 [J]. 高原氣象, 29 (2): 523–530. Li Y H, Xu H M, Bai Y Y, et al. 2010. Spatial-temporal characteristics of summer precipitation in the east of Southwest China [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 29 (2): 523– 530.

李永華, 盧楚翰, 徐海明, 等. 2011. 夏季青藏高原大氣熱源與西南地區(qū)東部旱澇的關系 [J]. 大氣科學, 35 (3): 422–434. Li Y H, Lu C H, Xu H M, et al. 2011. Contemporaneous relationships between summer atmospheric heat source over the Tibetan Plateau and drought/flood in eastern Southwest China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 35 (3): 422–434.

李永華, 盧楚翰, 徐海明, 等. 2012. 熱帶太平洋—印度洋海表溫度變化及其對西南地區(qū)東部夏季旱澇的影響 [J]. 熱帶氣象學報, 28 (2): 145–156. Li Y H, Lu C H, Xu H M, et al. 2012. Anomalies of sea surface temperature in Pacific–Indian Ocean and effects on drought/flood in summer over eastern of Southwest China [J]. Journal of Tropical Meteorology (in Chinese), 28 (2): 145–156.

李躍清. 2003. 青藏高原地面加熱及上空環(huán)流場與東側旱澇預測的關系 [J]. 大氣科學, 27 (1): 107–114. Li Y Q. 2003. Surface heating in the Tibetan Plateau and general circulation over it and their relations with the prediction of drought–flood at its eastern side [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 27 (1): 107–114.

Lu E, Luo Y L, Zhang R H, et al. 2011. Regional atmospheric anomalies responsible for the 2009–2010 severe drought in China [J]. J. Geophys. Res., 116 (D21): D21114, doi:10.1029/2011JD015706.

羅四維, 錢正安, 王謙謙. 1982. 夏季100毫巴青藏高壓與我國東部旱澇關系的天氣氣候研究 [J]. 高原氣象, 1 (2): 1–10. Luo S W, Qian Z A, Wang Q Q. 1982. The climatic and synoptical study about the relation between the Qinghai–Xizang high pressure on the 100 mb surface and the flood and drought in East China in summer [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 1 (2): 1–10.

唐佑民, 翟武全, 許金洪. 1997. 我國西南地區(qū)夏季降水異常與太平洋海溫季節(jié)演變的關系 [J]. 海洋與湖沼, 28 (1): 88–95. Tang Y M, Zhai W Q, Xu J H. 1997. The relation between the summer precipitation anomaly in southwestern China and the seasonal SST variation in the Pacific Ocean [J]. Oceanologia et Limnologia Sinica (in Chinese), 28 (1): 88–95.

Thompson D W J, Wallace J M. 1998. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields [J]. Geophys. Res. Lett., 25 (9): 1297–1300.

Torrence C, Compo G P. 1998. A practical guide to wavelet analysis [J]. Bull. Amer. Meteor. Soc., 79 (1): 61–78.

von Storch H, Zwiers F W. 1999. Statistical Analysis in Climate Research [M]. Cambridge: Cambridge University Press.

王偉, 周潔. 2012. 1951～2008年西南地區(qū)夏季旱澇的環(huán)流特征 [J]. 高原山地氣象研究, 32 (2): 47–50. Wang W, Zhou J. 2012. Summer circulation characteristics of the drought and flood in southwest region from 1979 to 2008 [J]. Plateau and Mountain Meteorology Research (in Chinese), 32 (2): 47–50.

Weng H Y, Ashok K, Behera S K, et al. 2007. Impact of recent El Ni?o Modoki on dry/wet conditions in the Pacific rim during boreal summer [J]. Climate Dyn., 29 (2–3): 113–129.

Dominant Modes of Dry- and Wet-Season Precipitation in Southwestern China

ZHANG Wulong,ZHANG Jingyong,and FAN Guangzhou

1,,,100190 2,,610225

This study investigates the dominant modes of interannual variability of precipitation in dry (October–April) and wet (May–September) seasons over southwestern China through empirical orthogonal function (EOF) analysis of monthly precipitation reported by 26 meteorological stations during 1980–2009. The dominant modes are shown to be specific in each season. In the dry season, the first leading mode is generally distributed uniformly throughout the region with quasi-biennial oscillation, and the second leading mode is characterized by an obvious two–three year period of southeast and northwest opposite distribution from the mid-1990s until recently. In the wet season, the first leading mode shows the same distribution with an obvious two–four year period in the early 1990s, and the second leading mode shows spatial distribution of a meridional dipole pattern during a significant four-year period. The third leading mode is of a zonal dipole distribution and exhibits changes in two–four-year periods. We further examine the relationships of dominant modes of dry- and wet-season precipitation with large-scale atmospheric circulation and sea surface temperature (SST). In the dry season, the first leading mode is closely related to Arctic Oscillation (AO). For this mode, high- and mid-latitude opposite distribution in the 500-hPa height field is detected in addition to a meridional dipole-like structure in the North Atlantic and North Pacific SST fields. The second leading mode is related to a meridional dipole-like structure in the 500-hPa height field over Eurasian Continent and SST anomalies over the mid-latitude North Pacific. In the wet season, the first leading mode is significantly and negatively correlated with North Atlantic Oscillation (NAO). This mode is related to a dipole pattern between high and middle latitudes in the 500-hPa height field and a meridional tripole-like structure in the North Atlantic SST field. The second leading mode is associated with a meridional tripole pattern in the 500-hPa height field over the Eurasian Continent and a nearly coincident distribution of North Pacific SST anomalies. The third leading mode is related to the El Ni?o Modoki and South Asia high. The zonal tripole-like structure in the equatorial Pacific SST field may act as a potential predictor of the third mode.

Dry- and wet-season precipitation, Dominant modes, EOF analysis, Large-scale atmospheric circulation, Sea surface temperature

1006–9895(2014)03–0590–13

P467

A

10.3878/j.issn.1006-9895.2013.13156

2013–04–19,

2013–09–03收修定稿

國家自然科學基金面上項目41275089，國家重點基礎研究發(fā)展計劃2009CB421405、2012CB955604，中國科學院“百人計劃”項目

張武龍，男，1988年出生，碩士研究生，主要從事區(qū)域氣候變化研究。E-mail: zwl@mail.iap.ac.cn

張武龍，張井勇，范廣洲. 2014. 我國西南地區(qū)干濕季降水的主模態(tài)分析[J]. 大氣科學, 38 (3): 590–602, doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2013.13156. Zhang Wulong, Zhang Jingyong, Fan Guangzhou. 2014. Dominant modes of dry- and wet-season precipitation in southwestern China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 38 (3): 590–602.