彭旭鋼，陳柏洋，吳敏敏，駱鑒洲，王 磊,2#

1.廣東海洋大學(xué) 海洋與氣象學(xué)院，廣東湛江 524088；2.廣東海洋大學(xué) 近海海洋環(huán)境變化與災(zāi)害預(yù)警實(shí)驗(yàn)室，廣東湛江 524088

季風(fēng)降雨可以被比喻為季風(fēng)區(qū)農(nóng)業(yè)活動的“血脈”，季風(fēng)降雨的變異和異常會對農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。研究季風(fēng)的變異規(guī)律可以為季風(fēng)區(qū)廣泛分布的農(nóng)業(yè)活動提供有益的信息。季風(fēng)會呈現(xiàn)顯著的年際變化（2～7年周期），具體又可以細(xì)分為準(zhǔn)2年周期和準(zhǔn)4年周期。準(zhǔn)2年（2～3年）周期是季風(fēng)的一個(gè)重要的變異周期，在亞洲—澳洲季風(fēng)系統(tǒng)和北美—南美季風(fēng)系統(tǒng)都可以存在準(zhǔn)2年周期的變化[1-4]。

季風(fēng)系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代發(fā)生的年代際變異在以往的研究中已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注[5-6]。本研究針對全球季風(fēng)系統(tǒng)的年際變化主周期（尤其是準(zhǔn)2年周期）在20世紀(jì)90年代前后是否發(fā)生了顯著的年代際變異這一問題開展研究，對全球各主要季風(fēng)年際變化主周期在20世紀(jì)90年代前后的特征差異進(jìn)行對比分析。

1 數(shù)據(jù)和方法

研究使用的數(shù)據(jù)包括：月平均的NCEP/NCAR再 分 析 資 料[7]、GPCP全球降雨數(shù)據(jù)[8]以及ERSST全球海表面溫度數(shù)據(jù)[9]。所使用數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍為1948—2020年。

西北太平洋夏季風(fēng)指數(shù)的定義參 照Wang等（1999）[10]的 定 義 方 法，澳洲夏季風(fēng)指數(shù)的定義參照Kajikawa等（2010）[11]的方法，東亞夏季風(fēng)指數(shù)的定義參照Kwon等（2005）[12]的方法。全球其他季風(fēng)（包括北美季風(fēng)、南美季風(fēng)、北非季風(fēng)、南非季風(fēng)等）的指數(shù)定義參照Yim等（2014）[13]的方法。夏季是指當(dāng)?shù)匕肭虻南募?，即北半球（南半球）夏季取?—7—8月（12—1—2月）。Ni?o3.4指數(shù)定義為（5°N～5°S，170°W～120°W）區(qū)域平均的海表面溫度異常值。熱帶北大西洋海溫指數(shù)選取的 是（5°N～25°N，80°W～0°）區(qū)域平均的海表面溫度異常值。

利用小波分析方法，分析全球各主要季風(fēng)年際變化主周期在20世紀(jì)90年代前后的特征差異。時(shí)間序列的異常值是從原始時(shí)間序列減去長期變化趨勢和氣候態(tài)季節(jié)循環(huán)計(jì)算得出的，并且通過9年高通濾波得到時(shí)間序列的年際變化信號。

2 結(jié)果與分析

圖1顯示了對西北太平洋夏季風(fēng)指數(shù)和Ni?o3.4指數(shù)進(jìn)行小波分析的結(jié)果。西北太平洋夏季風(fēng)指數(shù)的年際變化主周期在20世紀(jì)70年代末至20世紀(jì)90年代中期以準(zhǔn)4年周期為主，而20世紀(jì)90年代以后轉(zhuǎn)變?yōu)橐詼?zhǔn)2年周期變化為主。通過對比前一個(gè)時(shí)期（P1:1975—1995）和后一個(gè)時(shí)期（P2:1996—2016）的功率譜（圖1b），可以觀測到西北太平洋夏季風(fēng)在P2時(shí)期的準(zhǔn)2年周期顯著增強(qiáng)，而準(zhǔn)4年周期顯著減弱。西北太平洋夏季風(fēng)年際變化主周期的這種變異特征與Ni?o3.4指數(shù)主周期的變異特征非常相似（圖1c），Ni?o3.4指數(shù)的年際變化主周期也在20世紀(jì)90年代發(fā)生了從準(zhǔn)4年周期為主到準(zhǔn)2年周期為主的轉(zhuǎn)變（圖1d）。

圖1 （a）西北太平洋夏季風(fēng)指數(shù)的小波分析結(jié)果；（b）西北太平洋夏季風(fēng)指數(shù)的功率譜在20世紀(jì)90年代之前和之后時(shí)期的對比；（c）冬季Ni?o3.4指數(shù)的小波分析結(jié)果；（d） Ni?o3.4指數(shù)的功率譜在20世紀(jì)90年代之前和之后時(shí)期的對比

針對全球其他季風(fēng)的年際變化主周期是否在20世紀(jì)90年代也存在特征轉(zhuǎn)變的問題，進(jìn)一步使用小波功率譜分析方法，對全球其他季風(fēng)指數(shù)的主周期在20世紀(jì)90年代前后的特征差異進(jìn)行了對比分析（圖2）。

印度夏季風(fēng)指數(shù)的年際變化主周期呈現(xiàn)出與西北太平洋夏季風(fēng)相反趨勢的變化特征（圖2b）。在20世紀(jì)90年代之前，印度洋夏季風(fēng)以準(zhǔn)2年周期為主，準(zhǔn)4年周期不顯著。而在20世紀(jì)90年代之后，印度夏季風(fēng)的主周期在3年和6年附近周期出現(xiàn)峰值，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詼?zhǔn)4年周期為主，而準(zhǔn)2年周期則趨向減弱。北美夏季風(fēng)在P1和P2時(shí)期都可以觀測到顯著的準(zhǔn)2年周期和準(zhǔn)4年周期（圖2d），后一時(shí)期的周期與前一個(gè)時(shí)期相比較有略微加長的趨勢。針對北非季風(fēng)（圖2f）和南美季風(fēng)（圖2h），在P1時(shí)期都以準(zhǔn)4年周期為主，并且準(zhǔn)4年周期都存在2個(gè)峰值的功率譜分布形態(tài)；在P2時(shí)期，這2個(gè)季風(fēng)都轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)4年周期為最大峰值、準(zhǔn)2年周期為第二大峰值的功率譜分布形態(tài)，并且準(zhǔn)4年周期由之前的雙峰型轉(zhuǎn)變?yōu)閱畏逍?。南非季風(fēng)的準(zhǔn)4年周期在P2時(shí)期顯著增強(qiáng)（圖2j），并且由P1時(shí)期的準(zhǔn)4年和準(zhǔn)2年雙峰型轉(zhuǎn)變?yōu)镻2時(shí)期的準(zhǔn)4年單峰型的功率譜分布形態(tài)。與南非季風(fēng)變化趨勢相反的，澳洲季風(fēng)的準(zhǔn)4年周期在P2時(shí)期顯著減弱（圖2l），在P1時(shí)期可以觀測到準(zhǔn)4年和準(zhǔn)2年2個(gè)峰值的功率譜分布形態(tài)，然而，在P2時(shí)期僅能夠觀測到準(zhǔn)2年1個(gè)峰值。東亞夏季風(fēng)在P2時(shí)期以準(zhǔn)4年周期為主，在P1時(shí)期相對來說以準(zhǔn)2年周期為主（圖2n）。

圖2 全球不同季風(fēng)指數(shù)的小波分析和前后時(shí)期功率譜的對比

通過對全球各主要季風(fēng)的主周期的對比分析，發(fā)現(xiàn)西北太平洋夏季風(fēng)具有其他季風(fēng)所沒有的周期轉(zhuǎn)變特征：由20世紀(jì)90年代之前的準(zhǔn)4年周期為主轉(zhuǎn)變?yōu)?0世紀(jì)90年代之后的準(zhǔn)2年周期為主。與其他季風(fēng)相比較，西北太平洋夏季風(fēng)年際變化主周期在20世紀(jì)90年代前后發(fā)生的變化與El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO)年際變化主周期的變化特征更加一致。

由于年際變化主周期在20世紀(jì)90年代的轉(zhuǎn)變，與全球其他季風(fēng)相對比，西北太平洋夏季風(fēng)在20世紀(jì)90年代以后存在更明顯的準(zhǔn)2年周期加強(qiáng)的現(xiàn)象。Wang等(2017)[14]認(rèn)為熱帶太平洋與大西洋之間跨洋盆相互作用過程可以促使ENSO和西北太平洋副熱帶高壓的準(zhǔn)2年周期變化在20世紀(jì)90年代以后顯著增強(qiáng)。通過滑動相關(guān)分析（圖3），發(fā)現(xiàn)春季熱帶北大西洋海表面溫度異常與西北太平洋夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)關(guān)系在最近年代呈現(xiàn)顯著加強(qiáng)的趨勢。熱帶太平洋和大西洋之間跨洋盆相互作用的增強(qiáng)，可能是引起西北太平洋夏季風(fēng)在20世紀(jì)90年代以后準(zhǔn)2年周期變化顯著增強(qiáng)的重要驅(qū)動因素[15]，并且可以導(dǎo)致西北太平洋夏季風(fēng)和ENSO呈現(xiàn)出比較一致的年際變化主周期的變化趨勢。

圖3 西北太平洋夏季風(fēng)指數(shù)與春季熱帶北大西洋海表面溫度異常的21年滑動相關(guān)系數(shù)（a）和21年滑動偏相關(guān)系數(shù)（去除了前冬Ni?o3.4指數(shù)的影響）（b）

3 結(jié)論

對比全球各主要季風(fēng)年際變化主周期在20世紀(jì)90年代前后的特征差異，得出以下結(jié)論：

（1）全球各主要季風(fēng)年際變化主周期在20世紀(jì)90年代前后的特征具有明顯的差異性。西北太平洋夏季風(fēng)的年際變化主周期由20世紀(jì)90年代之前的準(zhǔn)4年周期為主轉(zhuǎn)變?yōu)?0世紀(jì)90年代之后的準(zhǔn)2年周期為主。相反地，印度夏季風(fēng)由20世紀(jì)90年代之前的準(zhǔn)2年周期為主轉(zhuǎn)變?yōu)?0世紀(jì)90年代之后的準(zhǔn)4年周期為主。南非夏季風(fēng)在20世紀(jì)90年代之后出現(xiàn)準(zhǔn)4年周期的顯著增強(qiáng)，與之相反地，澳洲夏季風(fēng)在20世紀(jì)90年代之后出現(xiàn)準(zhǔn)4年周期的顯著減弱。

（2）與全球其他季風(fēng)相比較，西北太平洋夏季風(fēng)年際變化主周期在20世紀(jì)90年代的變異特征與ENSO年際變化主周期的變異特征更一致，都表現(xiàn)出主周期在20世紀(jì)90年代附近由準(zhǔn)4年為主向準(zhǔn)2年為主的轉(zhuǎn)變。熱帶太平洋和大西洋之間跨洋盆相互作用的增強(qiáng)可能是引起西北太平洋夏季風(fēng)和ENSO在20世紀(jì)90年代以后準(zhǔn)2年周期變化顯著增強(qiáng)的重要驅(qū)動因素。