次仁朗杰

(西藏自治區(qū)氣象局氣象臺，西藏拉薩 850000)

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我國東部冬季水汽輸送年代際變化

次仁朗杰

(西藏自治區(qū)氣象局氣象臺，西藏拉薩 850000)

利用NCEP/NCAR提供的1948～2011年全球逐月分析資料，對月平均資料進行整層積分并通過EOF方法，研究我國東部冬季水汽輸送的特征。結果表明，我國東部12、1、2月份水汽輸送在緯向上均為西風方向的水汽輸送，異常大值區(qū)位于太平洋一帶；在經向上12、1、2月份水汽輸送均為南風方向的水汽輸送，異常大值區(qū)位于云南一帶。第1空間模態(tài)，12、1月份在105°E以東水汽輸送的方向分別為東南風、東北風方向的平流輸送，2月份在120°E以東水汽輸送的方向為東南風方向的平流輸送；第2空間模態(tài)，12月份在110°E以東、1月份在90°E以東的水汽輸送的方向均為偏南風方向的平流輸送，2月份在105°E以東水汽輸送的方向為西南風方向的平流輸送；第3空間模態(tài)，12月份在105°E以東水汽輸送的方向為西南風方向的平流輸送，1月水汽輸送在東南地區(qū)是西南風方向的平流輸送，2月份在95°E以東水汽輸送的方向為偏南風方向的平流輸送。前3個模態(tài)時間序列表明我國東部水汽輸送存在明顯年際年代際變化。關鍵詞水汽輸送；年代際變化；我國東部

水汽輸送與降水的預報有直接關系，水汽輸送特征研究對降水的預報很有幫助。我國的降水有東南沿海降水較多西北內陸遞減、夏秋降水多冬春降水少的特點。我國東部地區(qū)是全國的政治、經濟和文化中心，水資源短缺嚴重制約了東部地區(qū)經濟和社會發(fā)展，所以研究我國東部地區(qū)水汽輸送問題具有很重要意義。

以往對我國水汽輸送特征的研究主要采用以下方法：對早期某一特定時段進行分析[1]；以近年某一個例為代表進行分析[2]；以月平均資料進行整層積分；以某一等壓面的水汽輸送通量為代表進行分析；使用逐日資料從地面或從1 000 hPa開始進行垂直積分，用得到的垂直積分的水汽輸送資料探討亞澳季風區(qū)或亞洲季風區(qū)水汽收支的氣候特征[3-4]；資料長度僅為十幾年[5]。但這些研究主要是針對我國東部夏季水汽輸送的特征，而對我國東部冬季水汽輸送特征的研究很少，為此，筆者利用NCEP/NCAR提供的1948～2011年全球逐月分析資料，對月平均資料進行整層積分并通過EOF方法，研究我國東部冬季水汽輸送的特征。

1　資料與方法

1.1資料來源選取NCEP/NCAR提供的1948～2011年全球水平空間分辨率為2.5°×2.5°的逐月再分析資料，包括風場、比濕場標準等壓面8層資料以及地面氣壓場資料。

1.2分析方法應用研究資料計算從地表到300 hPa厚度的整層水汽輸送通量(Q)以及整層經向水汽輸送通量(Qλ)、整層緯向水汽輸送通量(Qφ)的大小，其具體計算方法如下：

(1)

(2)

(3)

2　結果與分析

2.1我國東部冬季氣候平均的水汽輸送通量

2.1.112月份。由圖1a可知,20°N附近的整個區(qū)域緯向水汽輸送通量均為正值區(qū)，即1948～2011年該區(qū)域12月份的水汽輸送在緯向上均為西風方向的水汽輸送；大值區(qū)域位于福建廣州、云南和西太平洋一帶，其中最大值區(qū)即異常大值區(qū)位于西太平洋一帶。10°N附近的整個區(qū)域緯向水汽輸送通量是負值區(qū)，即1949～2011年該區(qū)域12月份的水汽輸送在緯向上為東風方向的水汽輸送，小值區(qū)域位于印度洋和太平洋一帶，其中最小值區(qū)即異常小值區(qū)位于太平洋一帶。

由圖1b可知，我國絕大部分地區(qū)和中東一帶經向水汽輸送通量均為正值區(qū)，即1948～2011年該區(qū)域12月份的水汽輸送在經向上為南風方向的水汽輸送；大值區(qū)位于廣州、云南一帶，其中最大值區(qū)位于廣州、云南一帶。 我國東部沿海南海一帶和印度洋經向水汽輸送通量則為負值區(qū)，即1948～2011年這一區(qū)域內12月份的水汽輸送在經向上為北風方向的水汽輸送，小值區(qū)位于南海和印度洋一帶，其中最小值區(qū)位于南海一帶。

圖1　1948～2011年氣候平均的12月緯向(a)和經向(b)水汽輸送[單位：g/(s·m)]Fig.1　Zonal (a) and meridional (b) water vapor transport in Dec. during 1948-2011

由1948～2011年12月份氣候平均的水汽輸送(圖2)可知，我國整體是西風方向的水汽輸送，在云南、廣東一帶是西南方向的水汽輸送，也是水汽輸送異常大值區(qū)；南海和印度洋是東北方向的水汽輸送，是水汽輸送的大值區(qū)域。

圖2　1948～2011年氣候平均的12月水汽輸送[單位：g/(s·m)] Fig.2　Water vapor transport in Dec. during 1948-2011

2.1.21月份。由圖3a可知,20°N附近緯向水汽輸送通量

均為正值區(qū)，整個中國地區(qū)緯向水汽輸送通量也是正值區(qū)，表明1948～2011年這些區(qū)域1月份的水汽輸送在緯向上均為西風方向的水汽輸送；大值區(qū)域位于云南、福建、廣州和太平洋一帶，其中最大值區(qū)位于太平洋一帶。10°N附近緯向水汽輸送通量為負值區(qū)，即1949～2011年該區(qū)域1月份的水汽輸送在緯向上為東風方向的水汽輸送，小值區(qū)域位于印度洋和太平洋一帶，其中最小值區(qū)位于太平洋一帶。

由圖3b可知，中東和我國絕大部分地區(qū)經向水汽輸送通量均為正值區(qū)，即1948～2011年中東和我國東部1月份的水汽輸送在經向上為南風方向的水汽輸送，最大值位于云南一帶。印度洋、南海、太平洋經向水汽輸送通量則為負值區(qū)，即1948～2011年這一區(qū)域1月份的水汽輸送在經向上為北風方向的水汽輸送，小值區(qū)域位于印度洋和南海一帶，最小值區(qū)域位于南海一帶。

由1月份氣候平均的水汽輸送通量(圖4)可知，我國整體是西風方向的水汽輸送，在福建、廣東一帶是西南方向的水汽輸送，是水汽輸送異常大值區(qū)，南海和印度洋一帶是東北方向的水汽輸送，也是水汽輸送大值區(qū)。

圖3　1948～2011年氣候平均的1月緯向(a)和經向(b)水汽輸送[單位：g/(s·m) ]Fig.3　Zonal (a) and meridional (b) water vapor transport in Jan. during 1948-2011

2.1.32月份。由圖5a可知,20°N以北附近緯向水汽輸送通量均為正值區(qū)，整個中國地區(qū)緯向水汽輸送通量均為正值區(qū)，即1948～2011年該區(qū)域2月份的水汽輸送在緯向上均為西風方向的水汽輸送；大值區(qū)位于云南、福建、廣州和太平洋一帶，其中最大值區(qū)位于太平洋一帶。10°N附近緯向水汽輸送通量為負值區(qū)，即1949～2011年該區(qū)域2月份的水汽輸送在緯向上為東風方向的水汽輸送；小值區(qū)域位于印度洋、太平洋和南海一帶，其中最小值區(qū)位于太平洋一帶。

由圖5b可知，中東和我國絕大部分地區(qū)經向水汽通量均為正值區(qū)，即1948～2011年中東和我國東部2月份的水汽輸送在經向上為南風方向的水汽輸送，最大值區(qū)位于云南一帶。印度洋南海太平洋經向水汽通量則為負值區(qū)，即這一區(qū)域內1948～2011年2月份的水汽輸送在經向上為北風方向的水汽輸送；小值區(qū)域位于印度洋和南海一帶，最小值區(qū)域位于南海一帶。

圖4　1948～2011年氣候平均的1月水汽輸送[單位：g/(s·m)]Fig.4　Water vapor transport in Jan. during 1948-2011

由2月份氣候平均的水汽輸送通量(圖6)可知，我國整體是西風方向的水汽輸送，在福建、廣東一帶是西南方向的水汽輸送，是水汽輸送異常大值區(qū)，南海和印度洋一帶是東北方向的水汽輸送，也是水汽輸送大值區(qū)。

2.2我國東部水汽輸送年代際異常對經向、緯向水汽輸送異常場進行EOF分析，分別得到12、1、2月份水汽輸送的前3個時間和空間模態(tài)。

2.2.112月份。

2.2.1.1第1模態(tài)。從圖7b可以看出，1980年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，其中1982～2004年為時間系數正值區(qū)，1956～1981年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，1988～1995年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1963～1967年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖7a可知，我國東部沿海有水汽輸送異常發(fā)生，1982～2004年水汽輸送系數為正的時間段內，105°E以東水汽輸送方向為東南風方向的平流輸送，105°E以西水汽輸送方向為東北風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送；對于1956～1981年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

圖5　1948～2011年氣候平均的2月緯向(a)和經向(b)水汽輸送[單位：g/(s·m) ]Fig.5　Zonal (a) and meridional (b) water vapor transport in Feb. during 1948-2011

圖6　1948～2011年2月氣候平均的水汽輸送[單位：g/(s·m) ]Fig.6　Water vapor transport in Feb. during 1948-2011

2.2.1.2第2模態(tài)。從圖8b可以看出，水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點在1960和1977年，水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點在1972和1992年，其中1972～1977和1992～2006年為時間系數正值區(qū)，1961～1972和1976～1991年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，1972～1978和1993～2001年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1982～1985、1967～1970年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖8a可知，輸送異常主要發(fā)生在中部地區(qū)；在1972～1977和1992～2006年水汽輸送系數為正的時間段內，110°E以東水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，西北地區(qū)水汽輸送方向為西北風方向的平流輸送；在1961～1972和1976～1991年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

圖7　12月份水汽輸送EOF分析第1空間模態(tài)(a)和時間序列(b) Fig.7　Water vapor transport EOF analysis first space mode(a) and time sequence(b) in Dec.

圖8　12月份水汽輸送EOF分析第2空間模態(tài)(a)和時間序列(b) Fig.8　Water vapor transport EOF analysis second space mode(a) and time sequence(b) in Dec.

2.2.1.3第3模態(tài)。從圖9b可以看出，1961年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點在1979年，其中1962～1978年為時間系數正值區(qū)，1953～1960和1980～2009年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，1966～1971年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1985～1990年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖9a可知，水汽輸送異常主要發(fā)生在福建、廣州和我國東北一帶；在1982～2004年水汽輸送系數為正的時間段內，105°E以東水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，105°E以西水汽輸送方向為北風方向的平流輸送；1953～1960和1980～2009年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

圖9　12月份水汽輸送EOF分析第3空間模態(tài)(a)和時間序列(b)Fig.9　Water vapor transport EOF analysis of the third space mode(a) and time sequence(b) in Dec.

2.2.21月份。

2.2.2.1第1模態(tài)。從圖10b可以看出，1980年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，1968和1986年為水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點，其中1953～1968和1982～1986年為時間系數正值區(qū)，1969～1979和1987～2007年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，1958～1966年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1976～1979和1990～1995年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖10a可知，水汽輸送異常主要發(fā)生在東部地區(qū)；在1953～1968和1982～1986年水汽輸送系數為正的時間段內，105°E以東水汽輸送方向為東北風方向的平流輸送，105°E以西水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送方向為偏西風方向的平流輸送；對于1969～1979和1987～2007年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

2.2.2.2第2模態(tài)。從圖11b可以看出，1984年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，1956和1996年為水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點，其中1952～1955和1985～1995年為時間系數正值區(qū)，1957～1981和1997～2004年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，1990～1993年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1970～1974年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖11a可知，在1952～1955和1985～1995年水汽輸送系數為正的時間段內，90°E以東水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，西南地區(qū)水汽輸送方向為西北風方向的平流輸送；對于1957～1981和1997～2004年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

圖10　1月份水汽輸送EOF分析第1空間模態(tài)(a)和時間序列(b)Fig.10　Water vapor transport EOF analysis first space mode(a) and time sequence(b) in Jan.

圖11　1月份水汽輸送EOF分析第2空間模態(tài)(a)和時間序列(b)Fig.11 Water vapor transport EOF analysis second space mode(a) and time sequence(b) in Jan.

2.2.2.3第3模態(tài)。從圖12b可以看出，1960、1966、1992、2005年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，1956、1977、1963、1997年為水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點，其中1953～1955、1961～1963、1967～1977、1993～1997、2006～2008年為時間系數正值區(qū)，1957～1965、1978～1991和1998～2004年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，1954～1956、1971～1975、1994～1996年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1982～1987年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖12a可知，在1953～1955、1961～1963、1967～1977、1993～1997、2006～2008年水汽輸送系數為正的時間段內，東南地區(qū)水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，北部地區(qū)水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送，95°E以西水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送。對于1957～1960和1978～1991年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

2.2.32月份。

2.2.3.1第1模態(tài)。從圖13b可以看出，1991年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，1958年為水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點，其中1992～2009年為時間系數正值區(qū)，1959～1990年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，2000～2003年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1971～1974年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖13a可知，其中1992～2009年時間系數為正的時間段內，120°E以東水汽輸送方向為東南風方向的平流輸送，120°E以西水汽輸送方向為東北風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送；對于1959～1990年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

2.2.3.2第2模態(tài)。從圖14b可以看出，1955、1966、1986、2006年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，1958、1978、1991年為水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點，其中1956～1957、1967～1977、1986～1990年為時間系數正值區(qū)，1959～1965、1979～1985、1992～2005年為時間系數負值區(qū)。正值區(qū)中，1971～1975年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1996～2001年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖14a可知，在1956～1957、1967～1977、1986～1990年水汽輸送系數為正的時間段內，105°E以東水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，105°E以西水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送是偏北風方向的平流輸送；對于1959～1965、1979～1985、1992～2005年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

圖12　1月份水汽輸送EOF分析第3空間模態(tài)(a)和時間序列(b)Fig.12　Water vapor transport EOF analysis third space mode(a) and time sequence(b) in Jan.

2.2.3.3第3模態(tài)。從圖15b可以看出，1965年為水汽輸送時間系數顯著的“負轉正”的轉折點，1959、1976年為水汽輸送時間系數顯著的“正轉負”的轉折點，其中1953～1958、1966～1975年為時間系數正值區(qū)，1959～1964、1976～2007年為時間系數負值區(qū)；正值區(qū)中，1954～1955、1966～1968年時間系數較大，說明在這一時間段內特征向量模態(tài)更加顯著；負值區(qū)中，1994～1996年時間系數絕對值較大，說明在這一時間段內此模態(tài)的反位相顯著。結合圖15a可知，在1953～1958和1966～1975年水汽輸送系數為正的時間段內，95°E以西水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，95°E以東水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送；對于1959～1964和1976～2007年水汽輸送系數為負的時間段內，水汽輸送的方向則正好相反。

圖14　2月份水汽輸送EOF分析第2空間模態(tài)(a)和時間序列(b)Fig.14　Water vapor transport EOF analysis second space mode(a) and time sequence(b) in Feb.

圖15　2月份水汽輸送EOF分析第3空間模態(tài)(a)和時間序列(b)Fig.15　Water vapor transport EOF analysis third space mode(a) and time sequence(b) in Feb.

3　結論

(1)1948～2011年我國東部冬季水汽輸送通量氣候態(tài)：20°N附近12月份的水汽輸送在緯向上均為西風方向的水汽輸送，其中最大值區(qū)即異常大值區(qū)位于西太平洋一帶；在10°N附近的整個區(qū)域在12月份的水汽輸送在緯向上為東風方向的水汽輸送，其中最大值區(qū)位于太平洋一帶。中東和我國絕大部分地區(qū)12月份的水汽輸送在經向上為南風方向的水汽輸送，其中最大值區(qū)位于廣州、云南一帶；我國東部沿海南海一帶和印度洋12月份的水汽輸送在經向上為北風方向的水汽輸送，其中最大值區(qū)位于南海一帶。20°N附近和整個中國地區(qū)1月份的水汽輸送在緯向上均為西風方向的水汽輸送，其中最大值區(qū)位于太平洋一帶；在10°N附近1月份的水汽輸送在緯向上為東風方向的水汽輸送，其中最大值區(qū)位于太平洋一帶。中東和我國絕大部分地區(qū)1月份的水汽輸送在經向上為南風方向的水汽輸送，最大值區(qū)位于云南一帶。印度洋、南海、太平洋1月份的水汽輸送在經向上為北風方向的水汽輸送，最大值區(qū)位于南海一帶。 2月份水汽輸送經緯向分布趨勢與12、1月相似。

(2)我國東部水汽輸送異常時空分布：12月份第1空間模態(tài)在105°E以東水汽輸送方向為東南風方向的平流輸送，在105°E以西水汽輸送方向為東北風方向的平流輸送，北方地區(qū)的水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送；第2空間模態(tài)在110°E以東水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，西北地區(qū)水汽輸送方向為西北風方向的平流輸送；第3空間模態(tài)在105°E以東水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，105°E以西水汽輸送方向為北風方向的平流輸送。1月份第1空間模態(tài)在105°E以東水汽輸送方向為東北風方向的平流輸送，105°E以西水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送方向為偏西風方向的平流輸送；第2空間模態(tài)在90°E以東水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，西南地區(qū)水輸送方向為西北風方向的平流輸送；第3空間模態(tài)在東南地區(qū)水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，北部地區(qū)水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送，95°E以西水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送。2月份第1空間模態(tài)在120°E以東水汽輸送方向為東南風方向的平流輸送，120°E以西水汽輸送方向為東北風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送；第2空間模態(tài)在105°E以東水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，105°E以西水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，北方地區(qū)水汽輸送方向為偏北風方向的平流輸送；第3空間模態(tài)在95°E以西水汽輸送方向為西南風方向的平流輸送，95°E以東水汽輸送方向為偏南風方向的平流輸送，北方地區(qū)水輸送方向為偏北風方向的平流輸送。前3個模態(tài)時間序列表明我國東部水汽輸送存在明顯的年際、年代際變化。

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Inter-decadal Variation of Water Vapor Transport over Eastern China in Winter

Ciren Langjie

(Observatory of Tibet Autonomous Region Meteorological Bureau, Lhasa, Tibet 850000)

Using global monthly data during 1948-2011 provided by NCEP-NCAR, monthly average data was accumulated, through EOF method, characteristics of water vapor transport over eastern China in winter were studied. The results showed that water vapor transport in Dec., Jan., Feb. is always west wind, abnormal large value area is located in the Pacific Area; The meridional water vapor transport in eastern China in winter is always south wind, abnormal large value area is located in Yunnan. In the first space mode, water vapor transfer is always southeast wind and northeast wind in Dec. and Jan. respectively in east of 105°E, water vapor transfer is always southeast wind in Feb. in east of 120°E; in the second space mode, water vapor transfer in east of 110°E in Dec. and east of 90°E in Jan. is always south wind, water vapor transfer in east of 105°E in Feb. is always southwest wind; in the third space mode, water vapor transfer in east of 105°E in Dec. is southwest wind, water vapor transfer in Jan. in southeast region is southwest wind, water vapor transfer in east of 95°E in Feb. is south wind. The first 3 modal time series showed that the water vapor transport over Eastern China has obvious inter-decadall and inter-annual variation.

Water vapor transport; Inter-decadal variation; Eastern China

次仁朗杰(1990- )，男，藏族，西藏拉薩人，助理工程師，從事天氣預報研究。

2016-04-22

S 165

A

0517-6611(2016)18-180-07