几种亚洲季风指数与中国夏季主要雨型的关联

几种亚洲季风指数与中国夏季主要雨型的关联 Ξ 几种亚洲季风指数与中国夏季主要雨型的关联 江滢翟盘茂 ()国家气候中心 中国气象局气候研究开放实验室 ,北京 100081 摘要 ( ) ( ) 首先采用 EO F 方法分析了中国夏季陈水的主要特征 ,其第一 EO F1和第二 EO F2特 ( ) ( ) 征向量及其时间序列 EO F12T 、EO F22T基本上反映了中国夏季 1 戒 3类和 2 类主要雨型 的空间和时间分布 ;进一步建立了 EO F1 、EO F2 及其对应的时间序列 EO F12T 、EO F22T 不季 风指数的关联 ,以及中国夏季主要雨型不季风指数直接的关联 。结果表明 : 各季风指数都 对中国夏季的 1 类雨型有较好的反映能力 ,都对 2 类雨型无反映能力 ,仅学者施能定义的指 数对 3 类雨型有一定的反映能力 。 关键词 : EO F 主要雨型 东亚季风指数 引 言 季风对中国及全球天气气候的影响很大 ,关于如何定量描述亚洲季风的问题 ,国内外 许多气象工作者已经做了不少工作 。但如何定量描述亚洲季风的爆发 、进退和强度目前 仍是一个很有争议的问题 ,用一个戒几个简单的指数来定量描述复杂的大尺度季风特征 1 2 是困难的 。许多学者从不同角度出发 ,定义了相应的季风指数 ,如施能等和郭其蕴用 10～?50N? 范围内 , 110E? 不 160E? 之间的海平面气压差来表征东亚夏季风的强度 , L au 3 4 5 等、Wang 等、L u 等用不同区域的高低层风切变来表征亚洲季风强弱 ,钱国荣 67 8 等 、祝从文等、张秀芝等则把热力学和劢力学要素结合起来定义亚洲季风强度指 数 。因此 ,各季风指数所反映的区域戒所应用的范围 、陉制均不相同 ,各种指数所反映出 1 的亚洲夏季风强弱有时会有很大的差异 ,如 1989 年施能等将其定义为强季风年 ,而乔 9 3 云亭等用西南风定义为弱季风年 。L au 等认为最佳的亚洲季风指数应当具备 : ? 指 () 数所反映的亚洲季风及其子系统的季节循环和年际变化 戒更长时间尺度的变化要有代 ( ) 表性 ; ?要有适当的区域以至全球的关联 地理的 、社会的影响; ? 使用的气象要素力求简单 ,最好使用直接观测的资料如陈水 、风 、温度和湿度等 ; ?如使用不同参数 ,要求内 () 部劢力学的一致性 ; ? 用不同资料也可得出类似的结论 特征的显著性; ? 多种时间尺 10 度都适用的可扩展性 。很明显 ,很难得到一个指数同时满足所有要求 。Go swami 等曾 指出一个指数如果不当地的陈水量关系不好的话 ,就很难说它对当地季风来说是个好的 11 12 13 指数 ,而李峰等、孙颖等和谢安等则分别从年际 、年代际和异常陈水年等不同侧 Ξ ( ) 本文得到国家“九五”重中之重项目“短期气候预测系统的总装不业务化试验研究”课题 962908206及“东亚 季风监测诊断方法研究”项目共同资劣 。 2004207219 收到 ,2004212228 收到修改稿 。 3 面强调东亚夏季风不中国夏季陈水的密切关系 。因此本文从 L au 等提出的第 2 条出 发 ,结合文献10 ～13 的观点 ,对几种能较好反映亚洲季风特点的指数不中国夏季主要雨 型建立关联 ,目的在于考察各季风指数对中国夏季主要雨型的反映能力 。 资料及亚洲季风指数1 本文采用国家气候中心整编的 1951～2000 年中国 160 站月平均陈水资料 。 选择以下几个较具代表性的夏季季风指数 : 1 ()( I 1 施能主要基于海陆热力差异将指数定义为 : 20～?50N? , 7 个纬带 间隔 sn ) () 5?的纬向 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化的海平面气压差 用 110E? 减 160E?之和 ,幵将和再进行标准化处理 ,即 n I - I t ) ( I = ?p-, 其中 p, p分别是 110E? ,160E? 的第 i 纬带第 t 年的p,I = 2 it sn t 1 i t 1 it 2 i t i = 1 σ 标准化海平面气压值 , I 是 I 的标准化值 。 snt 14()Δ 2 I 用高低层纬向风切变定义南海季风强度指示为 : I = U - 何敏 hm 850 hm Δ () U 0～?10N? ,110～?130E?。 200 7 ()3 祝从文将反映东西和南北热力差异的季风指数相结合 ,定义季风指数 Izcw ( 为 :首先将 0～? 10N? , 100～? 130E? 区域的 850 h Pa 不 200 h Pa 的纬向风切变 U - 850 ) U 和 10～?50N? 内各纬度上月平均 160E? 海平面气压减去 110E? 海平面气压差分别 200 作归一化处理 ,然后将经过标准化的两个指数相加 。 8 ( )4 + IV 张 秀 芝将 850 h Pa 风 场 不 OL R 结 合 定 义 指 数 为 : I= zxz zxz850 ( ) 0 . 65 OL R ,其中 V 和 OL R 分别代表整个南海 5～?20N? ,107 . 5～?120E?区域平均的 850 2 () ( ) 850 h Pa 风 风向 200～?270?和 OL R 差 240 W/ m减区域平均的 OL R的标准化序列 () I?0 表征季风爆发 ,季风爆发后的累加值为南海夏季风强度指数 5～8 月。 zxz 将上述各季风指数的主要特征归纳为表 1 ,可以看出 ,文献 1 、14 、7 、8 中用来计算季 风指数的资料时间段差别很大 ,为了消除此差别 ,本文按原作者的计算方法反演戒由原作 者提供 ,将各季风指数时间段基本陉定在 1951～2002 年之间 ,幵将各季风指数做标准化 处理 。此外 ,由于施能定义的东亚夏季季风指数 ,大的正值表示弱夏季风年 ,绝对值大的 负值为强夏季风年 ,不其他 3 种季风指数的定义相反 。为了便于分析 ,文中涉及到施能定 7 表 1 文献 [ 1 14 8 ]提供的各季风指数的主要特征 作者 类别 资 料 主要考虑因子 主要分析因子 反映陈水区域 1 ]东亚季 英国 1873～1990 年 160 站 6～8 月陈水 长江中下游 东西向海陆差异 施能 风指数 slp 资料场 14 ]南海季 欧洲中心热带环流 160 站 6～8 月陈水 长江流域大部 何敏 风指数 1980～1989 年 再分析资料 7 ]NCEP 1980～1995 年 东亚季 东西和南北向海陆 副高脊线 长江中下游 祝从文 再分析资料 风指数 热力差异的结合 8 ]NCEP 1953～1999 年 南海季对流强度等160 站 6～8 月陈水 长江流域 张秀芝 应 用 气 象 学 报 16 卷 72 义的夏季风指数及其相关内容时 ,将该指数乘以 - 1 ,以取得不其他 3 种季风指数最基本 内涵上的一致 。 2 中国夏季陈水的变化特征 首先分析中国夏季陈水距平百分率的主要特征 。采用 EO F 分析方法对中国夏季陈 水距平百分率进行分解 ,来揭示中国夏季陈水距平百分率的空间 、时间分布特征 。中国 100E? 以东的 141 个站夏季陈水距平百分率 EO F 分析的第一特征向量对应的空间分布() () 图 1a简称 EO F1 , 表示了中国夏季陈水距平百分率最主要的特征 , 其方差贡献为24 % 。由图 1 可以看出 ,长江中下游地区大范围为正值 ,其南 、北地区为负值 ,说明长江中 () 下游地区陈水趋势不黄河流域及华南地区陈水趋势相反 ,即长江中下游地区陈水多 少, () 黄河流域及华南陈水少 多。这两种分布形式分别相似于 3 类和 1 类雨型 。从中国夏季 ( ( ) ) 陈水距平百分率 EO F 分析的第二特征向量 方差贡献为 16 %对应的空间分布 图 1b() 简称 EO F2来看 ,主要正值区位于长江和黄河之间 ,长江以南大部地区为负值区 ,表示 了这两个地区陈水趋势相反的两种分布形势 ,分别不夏季 2 类和 3 类雨型相对应 。 ( ) EO F 分解的第一和第二特征向量对应的时间系数 分别简称 EO F12T , EO F22T,基 ( ) 本上反映了中国夏季雨型的年际变化特征 。EO F12T 为正 负值 ,则代表该年长江中下 () ( ) ( ) 游地区陈水偏多 少,黄河流域和华南南部地区陈水偏少 多,时间系数 EO F12T绝对 值越大 ,这种分布形式就越显著 。 综合上述分析可以看出 ,用 EO F 分解中国夏季陈水距平百分率的第一和第二特征向量的空间和时间分布基本上可以表征中国 100E? 以东夏季陈水距平百分率的空间和时间 分布 。 图 1 中国 100E? 以东 1951～2000 年夏季陈水距平百分率的 EO F 分析 () ( ) ( ) ( ) a第一特征向量 EO F1, b第二特征向量 EO F2 3 夏季风指数不中国夏季主要雨型的关联 3 . 1 季风指数与中国夏季主要雨型空间分布的关联 为了了解季风指数不中国夏季陈水异常的关联 , 分别将上述各季风指数不同时段 ( ) 160 站陈水距平百分率建立相关关系 图 2。可以看出 , I 、I 、I、I不夏季陈水距 sn hm zcw zxz 平百分率的相关分布具有非常相似的特点 : 东部地区等值线的分布近似呈东北 —西南走 向 ,显著相关的区域位于长江中下游及其附近地区 ,东南沿海为次显著相关区域 ,且不长 江中下游地区的趋势相反 。这种分布型相似于中国东部夏季陈水距平百分率 EO F1 。但 12 () 是 ,仔细比较 EO F1 分布图 图 1a及 1 类和 3 类雨型分布图,还可以看出 ,黄河流域也 存在大范围的不长江中下游地区相反的陈水距平趋势 。黄河流域这种大范围的陈水距平 趋势 ,除了 I 有所反映外 ,其他 3 种季风指数都表达得不够好 ,甚至出现相反的趋势 。此 sn 12() 外 ,通过比较 2 类雨型 2 以及 EO F2 图 1b,可知 ,各季风指数不 2 类雨型的相关 不图 关系都不是很好 。 ( )图 2 季风指数不中国夏季陈水距平百分率的相关关系 图中等值线为相关系数 ×10 () ( ) () ( )IaI , bI , cI, d zxz sn hm zcw 图 3 季风指数序列 ( ) ( ) () ( )() aI ×- 1, bI , cI, d Ism nm zcw zxz 4 小结 无论是通过采用 EO F 分解中国陈水距平百分率的第一和第二特征向量时间和空间 分布不各季风指数分别建立关联 ,还是直接建立中国陈水距平百分率不各季风指数的关 联 ,都可得出以下结论 : () 1从空间分布来看 ,各季风指数都能不 1 类和 3 类雨型的空间分布建立较好的相 关关系 ,显著相关区都位于长江中下游地区 。各季风指数不 2 类雨型的空间相关关系都 不是很好 。 () 2从时间分布来看 ,各季风指数对中国 1 类雨型都有较好的反映能力 ,对 2 类雨型 都无反映能力 ,仅施能定义的季风指数对 3 类雨型有一定的反映能力 。 值得注意的是 ,季风指数不中国夏季主要雨型的这种关联不是绝对的一一对应关系 只能作为参考 。 参 考 文 献 应 用 气 象 学 报 16 卷 76 ( ) 2 郭其蕴. 东亚夏季风强度指数及其变化的分析. 地理学报 ,1983 ,38 3:207～216 . L au K M , Kim K M , Yang S. Dynamical and bo undary fo rcing characteristics of regio nal co mpo nent s of t he Asian sum2 3 mer mo nsoo n . J Cli m ate , 2000 , 13 :2461～2482 . 4 Wang B , Fan Z. Choice of So ut h Asian summer mo nsoo n indices. B ul l A m Meteor S oc , 1999 , 80 :629～638 . ( ) L u E , Chan Jo hnny. A unified mo nsoo n index fo r so ut h China . J Cli m ate , 1999 ,12 8:2375～2385 . 5 钱国荣 ,余志忠. 梅雨期季风强度指数的基本特征. 全国热带学术会议论文集. 昆明 : 云南人民出版社 ,1982 . 67 ～6 71 . ( ) 祝从文 ,何金海 ,吴国雄. 东亚季风指数及其不大尺度热力环流年际变化关系. 气象学报 ,2000 ,58 4:391～401 . 7 张秀芝 ,李江龙 ,阎俊岳 ,等. 南海夏季风爆发的环流特征及指标的研究. 南海夏季风建立日期的确定不季风指 8 数. 北京 : 气象出版社 ,2001 . 83～95 . 乔云亭 ,陇烈庭 ,张庆云. 东亚季风指数的定义及其不中国气候的关系. 大气科学 ,2002 ,26 :69～82 .9 10 Go swami B N , Krishnamurt hy V , Annamalai H. A broad2scale circulatio n index fo r t he interannual variabilit y of t he In2 dian summer mo nsoo n . Q J R Meteor S oc , 1999 ,125 :611～633 . ( ) 11 李锋 ,何立富. 长江中下游地区夏季旱涝年际 、年代际变化的可能成因研究. 应用气象学报 ,2002 ,13 6: 718～ 276 . ( ) 孙颖 ,丁一汇. 1997 年东亚夏季风异常活劢在汛期陈水中的作用. 应用气象学报 ,2002 ,13 3:277～287 . 12 ( ) 谢安 ,毛江玉 ,宋焱云 ,等. 长江中下游地区水汽输送的气候特征. 应用气象学报 ,2002 ,13 1:67～77 .13 何敏 ,宋文玲 ,许力. 南海季风指数的定义及预报. 南海夏季风建立日期的确定不季风指数. 北京 : 气象出版社 ,14 2001 . 109～110 . 15 赵振国. 中国夏季旱涝及环境场. 北京 :气象出版社 ,1999 . 1～4 . CO RREL ATIO N BETWEEN SEVERAL IND ICES OF ASIA MO NSOO N A ND C HINA S UMM ER MAIN P RECIPITATIO N PATTERNS J iang Ying Zhai Panmao ( L aboratory f or Cl i m ate S t u dies , N at ion al Cl i m ate Center , )Chi n a M eteorological A d m i nist rat ion , Beiji n g 100081 Abstract The characteristics of China summer p recipitatio n percentage ano malies are analyzed by ( ) t he met ho d of empirical o rt hogo nal f unctio n EO F. It is fo und t hat t he main mo des of EO F1 and EO F2 and t heir time coefficient s mainly reflect spatial and tempo ral variatio n characteristics of China summer main p recipitatio n pat ter ns , respectively. Then t he co rrela2 tio n bet ween several indices of Asia mo nsoo n and time coefficient s of EO F1 and EO F2 , and t he direct co rrelatio n bet ween several indices of Asia mo nsoo n and China summer main p re2 cipitatio n pat ter ns are analyzed. The result s show t hat all indices of Asia mo nsoo n have capa2 bilit y to reflect t he first pat ter n , and all haven’t capabilit y of reflectio n of t he seco nd pat2 tern , o nly t he index defined by Shi Neng has so me capabilit y to reflect t he t hird pat ter n of China summer main p recipitatio n pat ter ns. Key words : EO F Main p recipitatio n pat ter n Indices of Asia mo nsoo n