王敏敏

摘 要：近年來，中國夏季降水異常事件頻發(fā)，并已嚴重影響社會經(jīng)濟的發(fā)展，所以研究其異常成因是我國學者刻不容緩的任務。中國夏季降水帶有明顯的區(qū)域性特征。通過分析海溫場與中國各區(qū)域夏季降水的關系，得到以下結論：前期和同期海溫場的變化對當年夏季降水的影響基本一致。當赤道印度洋東部海域、暖池海溫偏高，而太平洋中東地區(qū)的海溫偏低時，兩河中上游流域及其以南區(qū)域降水偏多，即中國東南區(qū)域以及西南部分區(qū)域降水偏多。

關鍵詞：中國夏季降水;海溫;太平洋;印度洋

中圖分類號：P426.6;P732 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0136-04

Abstract： Since the occurrence of abnormal summer precipitation events in China has seriously affected the development of social economy in recent years， it is an urgent task for Chinese scholars to study the corresponding causes. The summer precipitation in China has obvious regional characteristics. After analyzing the relationship between the SST and summer precipitation in various regions of China， it draws the following conclusions： The changes of the SST in the previous and the same period have basically the same influence on the summer precipitation in the same year. Meanwhile， the SST in the eastern equatorial Indian Ocean and the warm pool is relatively high. However， the SST in the Middle East of the Pacific is relatively low， and the precipitation in their middle and upper reaches along with the southern regions is relatively high， namely， the precipitation in the southeast and partial southwest of China is relatively high.

Keywords： summer precipitation in China;SST;Pacific Ocean;Indian Ocean

中國夏季降水量占全年降水量的比例較大，直接影響國民經(jīng)濟和人們的生活。近年來，暴雨、干旱越來越頻繁地出現(xiàn)在華夏大地上，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了嚴重威脅，阻礙了社會經(jīng)濟的發(fā)展。因此，研究中國夏季降水異常的原因成為我國學者刻不容緩的任務。近年來，較多學者對中國夏季降水異常的成因進行了分析[1-6]，相關研究成果還被用于指導預測未來夏季降水的情況，并取得了一定的成效，但這還遠遠不夠，需要不斷提高未來降水預報的準確率，以便人們對生產(chǎn)生活做出最優(yōu)安排，將損失降到最低。印度洋和太平洋是影響中國降水的兩個關鍵海域[7-12]，其海溫變化是影響中國夏季降水的重要因子，因此本文重點研究印度洋和太平洋的海溫變化對中國夏季降水的影響，以期提高短期降水預報的準確率。

1 資料與研究方法

1.1 資料

降水資料：本文使用的降水資料來自國家氣候中心提供的中國160個測站月平均降水資料，時間為1951年1月1日至2010年12月31日。

海溫資料：1950年1月1日至2010年12月31日的NOAA（美國國家海洋局和大氣局）月平均再分析資料，分辨率為1°×1°。該資料主要用于中國夏季降水和海溫場的奇異值分解法（Singular Value Decomposition，SVD）分析。

1.2 方法

本文采用經(jīng)驗正交函數(shù)分析方法（Empirical Orthogonal Function，EOF）、奇異值分解法（Singular Value Decomposition，SVD），距平、合成、線性傾向估計方法，[F]檢驗、north檢驗以及蒙特卡羅方法（MonteCarl）檢驗方法[13-15]。

2 中國夏季降水特征分析

通過分析中國160個測站1951—2010年夏季降水資料，得出中國夏季降水呈帶狀分布，從南往北逐漸遞減?？紤]到我國眾多氣象學者一致提出中國年降水量在20世紀80年代發(fā)生顯著變化[16-21]，而夏季降水量在全年降水量中所占比重很大，所以本文又將1951—1980年作為一個研究時段，將1981—2010年作為另一個研究時段。同時，本文還用后30年的平均狀況減去前30年的平均狀況做了一個差值分析。結果表明：西南地區(qū)的主要雨帶范圍在縮小，長江以南的降水量在增多;同時，東北和新疆大部分地區(qū)的夏季降水量都在增加，江淮地區(qū)和華南地區(qū)的夏季降水增加比較明顯，而華北以及四川的東北部夏季降水明顯減少。

研究發(fā)現(xiàn)，中國夏季降水的區(qū)域性較為明顯，從另一個側面反映了中國夏季降水并不服從正態(tài)分布[22-26]。同時，中國各區(qū)域夏季降水的年代際變化不一。近60年來，東北地區(qū)夏季降水的年代際變化趨勢為弱多雨、少雨、多雨、少雨，尤其是1999年以后，降水顯著變少，進入少雨期。20世紀80年代至90年代前期，中國東部地區(qū)夏季多雨帶由華北南移到長江中下游，90年代中期繼續(xù)停留在長江以南地區(qū)，而且雨帶范圍不斷擴大。此區(qū)為洪澇多發(fā)區(qū)，即20世紀90年代是東部降水調(diào)整的重要時期。中部地區(qū)多雨帶有北移的特征，西南地區(qū)夏季降水減少的趨勢較為明顯;西部西北部夏季降水有增加的趨勢。

3 海溫變化對中國夏季降水影響的分析

1950—2010年的12月至翌年2月、1951—2010年的6—8月各個海區(qū)分別構成前期冬季以及當年夏季的季平均海溫場。分別對這兩季海溫場與中國夏季降水場進行奇異值分解，并用蒙特卡羅方法（MonteCarl）檢驗計算結果。結果表明：這兩季均是前三對奇異向量達到95%顯著性標準，第四對奇異向量處于置信水平之下。這表明前三對奇異向量在統(tǒng)計上是有意義的。由于第一、第二對奇異向量占較大方差，涵蓋兩場耦合的主要信號，所以本文僅對同期的前兩對和前期的第一對奇異向量所表示的相關特征進行分析。

由于成對奇異向量是由兩場交叉協(xié)方差求出來的，無論哪個場的向量對應的時間系數(shù)均包含了另一個場的信息，所以奇異向量的時間系數(shù)與該場的同性相關分布即成對空間分布形式代表了兩場耦合相關的空間結構，其相關系數(shù)值的大小反映了相關程度。兩場線性關系的地域分布達到一定顯著性水平，意味著極端海溫異常對應極端的夏季降水異常。

3.1 太平洋海溫變化對中國夏季降水的影響

3.1.1 太平洋夏季海溫變化對同期中國夏季降水的影響。中國夏季降水場和同期太平洋海溫場的時間系數(shù)如圖1所示。第一對奇異向量解釋總方差的23.98%，海溫場與降水場時間之間的相關系數(shù)[R1]（A，B）為0.77，達到0.001（[α0.001]=0.40）顯著性水平。通過分析得出第一對奇異向量空間分布型，再結合圖1時間系數(shù)圖，從降水場右奇異向量分布情況可知：中國東北西區(qū)為負相關區(qū)域，中國東部黃河以南的區(qū)域，除了江西大部分區(qū)域、廣東和浙江的小部分區(qū)域外，其他區(qū)域都為負相關，中國中部長江以南的大部區(qū)域（廣西、云南以及整個四川盆地區(qū)域）也為負相關，中部東區(qū)長江流域上游以南為負相關區(qū)域，新疆塔里木河以北除小部分地區(qū)外為負相關區(qū)域;東北東區(qū)、華北、中部地區(qū)長江以北大部地區(qū)、西部東區(qū)長江流域以北區(qū)域、新疆塔里木河流域以南區(qū)域都為正相關區(qū)域。與之對應的海溫場，西北太平洋海盆區(qū)域為正相關中心區(qū)域，赤道中東太平洋為負相關區(qū)域。這說明當西北太平洋海盆海域的海溫偏高（偏低）而赤道中東太平洋海域的海溫偏低（偏高）時，中國華北地區(qū)、東北東區(qū)、中部地區(qū)長江以北大部區(qū)域、西部東區(qū)長江流域以北區(qū)域、新疆塔里木河流域以南區(qū)域夏季降水偏多（偏少），而在中國東北西區(qū)、東部黃河以南的區(qū)域（除江西大部分區(qū)域、廣東和浙江的小部分區(qū)域外）、中國中部長江以南的大部區(qū)域（廣西、云南以及整個四川盆地區(qū)域）、新疆塔里木河以北（除小部分地區(qū)外）區(qū)域的夏季降水偏少（偏多）。

第二對奇異向量解釋總方差的15.84%，海溫場與降水場時間之間的相關系數(shù)[R2]（A，B）為0.67。經(jīng)過分析得出：降水場空間分布基本與第一模態(tài)一致，只有小部分區(qū)域不同，相關系數(shù)大小上也略有差別。與之對應的海溫場，空間分布狀況剛好與第一模態(tài)的海溫場相反。也就是說，當海溫場的海溫異常分布情況與第一模態(tài)相反時，降水場的分布情況大致與第一模態(tài)的降水場分布情況相同。

前兩對奇異向量相關空間結構表明，太平洋夏季海溫與同期中國夏季降水分布型存在較為復雜的線性組合關系，最有可能出現(xiàn)這樣的情況：當赤道中東太平洋海溫上升（或者下降）時，中國夏季降水容易出現(xiàn)東部黃河以南區(qū)域大范圍偏多（偏少）、黃河流域及其以北地區(qū)偏少（偏多）。但是，考慮第二模態(tài)，發(fā)現(xiàn)夏季降水場沒有強烈相應同期夏季海溫場的顯著變化，說明還有其他因素對降水場的影響較強以抵消海溫場對降水場的影響。

3.1.2 太平洋前期冬季海溫變化對中國夏季降水的影響。冬季北太平洋海溫與中國夏季降水的第一奇異向量解釋總方差的30.26%，相關系數(shù)[R1]（A，B）為0.75。通過分析降水場可知：黃河流域、長江流域及其以南、新疆的大部區(qū)域為正相關，而東北大部區(qū)域、華北北部、中部東區(qū)、長江黃河之間的區(qū)域尤其兩河上游之間的區(qū)域為負相關;與之對應的海溫場，西北太平洋海盆區(qū)域、暖池區(qū)域為正相關，而赤道中東太平洋區(qū)域為負相關。也就是說，前期冬季暖池及西北太平洋海盆區(qū)域的海溫偏暖（偏冷），則當年夏季中國東部黃河以南的區(qū)域降水偏多（偏少），東北大部區(qū)域降水偏少（偏多），新疆大部區(qū)域降水偏多（偏少）。

3.2 印度洋海溫變化對中國夏季降水的影響

3.2.1 印度洋同期夏季海溫變化對中國夏季降水的影響。第一對奇異向量解釋總方差的52.05%，海溫場與降水場時間之間的相關系數(shù)[R1]（A，B）為0.65，達到0.001（[α0.001]=0.40）顯著性水平。通過分析得出第一對空間分布型，再結合圖2的時間系數(shù)圖，從降水場右奇異向量分布情況可知，東北地區(qū)的吉林和遼寧地區(qū)、東部地區(qū)的華北中南部以及黃河流域以南的大部區(qū)域、中部長江以南區(qū)域、新疆的西北部和東南部為正相關;而東北北部、中部長江流域以北區(qū)域、西部東區(qū)為負相關。與之對應的海溫場（圖略），印度洋30°S以北區(qū)域為正相關，西太平洋暖池為正相關。這說明當印度洋及西太平洋暖池的海溫偏高時，中國長江以南的區(qū)域降水偏多。

第二對奇異向量解釋總方差的12.87%，海溫場與降水場時間之間的相關系數(shù)[R2]（A，B）為0.72。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，降水場（圖略）空間分布基本與第一模態(tài)一致，只有小部分區(qū)域不同，相關系數(shù)大小上也略有差別，長江黃河中上游之間的區(qū)域正相關特別明顯。與之對應的海溫場，西印度洋負相關，東印度洋以及暖池正相關。這表明當東印度洋以及暖池海溫偏暖時，中國兩河流域之間的中間區(qū)域夏季降水偏多。

前兩對奇異向量相關空間結構表明，同期太平洋夏季海溫與中國夏季降水分布型存在一定程度的線性關系，當印度洋東部及暖池海溫偏暖時，中國長江黃河流域降水偏多。

3.2.2 印度洋前期冬季海溫變化對中國夏季降水的影響。冬季印度洋海溫與中國夏季降水的第一奇異向量解釋總方差的46.18%，相關系數(shù)[R1]（A，B）為0.68。研究認為，從降水場來看，中國東部大部分地區(qū)，尤其是西南地區(qū)和西藏東部區(qū)域以及兩河流域的中間地帶為較為大正相關值區(qū)，而與之對應的印度洋海溫場，印度洋赤道區(qū)域海溫以及暖池區(qū)域為正相關。這說明當印度洋赤道區(qū)域以及暖池區(qū)域的海溫偏暖時，兩河流域之間的區(qū)域以及江南大部區(qū)域夏季降水偏多。

4 結語

通過分析海溫場異常對中國夏季降水異常的影響發(fā)現(xiàn)，前期冬季和同期夏季海溫場的變化對當年夏季降水的影響基本一致。當赤道印度洋東部海域、暖池海溫偏高，而太平洋中東地區(qū)的海溫偏低時，兩河中上游流域及其以南區(qū)域降水偏多，即中國東南區(qū)域以及西南部分區(qū)域降水偏多。

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