詹豐興,何金海,章毅之,朱志偉
(1. 南京信息工程大學 氣象災害省部共建教育部重點實驗室 大氣科學學院,江蘇 南京 210044;2. 江西省氣象局,江西 南昌 330046;3. 江西省氣候中心,江西 南昌 330046)
江南雨季地理區域及起止時間的客觀確定
詹豐興1,2,何金海1*,章毅之3,朱志偉1
(1. 南京信息工程大學 氣象災害省部共建教育部重點實驗室 大氣科學學院,江蘇 南京 210044;2. 江西省氣象局,江西 南昌 330046;3. 江西省氣候中心,江西 南昌 330046)
本文基于國家氣象信息中心整編的全國1 675個臺站觀測資料以及NCEP/NCAR的再分析資料,定義了候降水指數,利用旋轉正交經驗函數分解(REOF)法對全國候降水的季節進程進行了診斷分析,得到了表征氣候態降水逐候進程的南、北方模態及各自的時間系數,發現REOF第二模態對應降水季節進程中的江南雨季。綜合考慮我國南方(31°N以南、110°E以東區域)氣候態降水的候進程、降水季節進程(4-6月降水指數減去6-8月降水指數)年際變率以及雨季(4-6月降水指數)降水年際變率的一致性,客觀定義了江南雨季的地理范圍。利用客觀劃定區域內的降水指數、925 hPa經向風以及西北太平洋副熱帶高壓500 hPa脊線位置3個指標,制定了判定江南雨季起止時間的方法,進而對1961-2012年江南雨季起止時間進行了客觀確定,給出了江南雨季起止時間序列。本文旨在為規范江南雨季的監測提供參考和借鑒,并為其預測提供科學基礎。
江南雨季;地理區域客觀界定;降水季節進程;起止時間
江南地區人口稠密、資源豐富、生態良好、社會發達,是我國經濟、文化、生態和社會建設的重要區域。然而,受東亞熱帶季風及副熱帶季風系統的共同影響[1—2],江南地區旱澇等氣象災害頻發、重發。東亞季風異常危及該區域人民生命財產及生態環境的安全,嚴重制約經濟社會可持續發展,因此對江南地區降水進行深入研究,進一步提高監測預測能力非常必要。由冬至夏的季節轉換過程中(3-6月),我國南方存在一段持續顯著的降水期,這段降水期屬于東亞副熱帶季風進程的初期,為東亞副熱帶季風孕育階段。本文將此段降水期稱之為“江南雨季”。但迄今為止,對江南雨季的研究中,地理區域和雨季起止時間沒有客觀、統一的確定方法,影響了對江南雨季的研究和監測、預測。作為東亞季風降水季節進程的一個重要環節[3],江南雨季是海陸氣相互作用的產物,它既受熱帶、副熱帶地區下墊面影響,又受中高緯度天氣系統作用。熱帶低緯度地區下墊面強迫通過遙相關作用影響江南雨季的降水,如西太平洋暖池熱狀況通過北傳的EAP/PJ波列和改變局地經圈環流影響江南地區降水[4—7],中東太平洋和印度洋海表溫度分別通過Gill響應激發西傳的Rossby波和東傳的Kelvin波影響江南地區降水[8—13];同時,中高緯度因子也影響江南地區降水:青藏高原感熱加熱作用通過在其東側對流層低層激發氣旋性渦度影響江南雨季[14—15],東亞副熱帶西風急流等對江南雨季也起到不同程度的作用[16]。不同時間尺度上諸多影響因子的共同作用,又使得江南雨季具有多時間尺度的變率特征。因此,對江南雨季時空分布及其變化規律的研究不僅具有巨大的現實意義,同時也具有十分重要的理論價值。江南雨季的研究受到專家學者的廣泛關注和極大重視。
在已有研究中,江南雨季常被納入華南前汛期[17]或長江以南梅雨期[18—19],但也有不少研究指出,江南雨季的季節內—季節以及年際變化有顯著的特殊性,降水時段集中在4-6月,與華南南部和長江流域有著明顯的不同。萬日金和吳國雄[20]依據高原感熱和江南地區西南風速的氣候態特征,將13-27候的降水定義為江南春雨期。陳菊英[21]將持續接近或超過“年平均日降水量的旬累計值”1.5倍的時段定義為雨季,并指出江南區域平均雨季從4月上旬開始,到6月下旬結束,是我國雨季開始最早也結束最早的區域,雨季集中期存在兩個峰值。高波等[22]認為江南地區汛期集中于每年的3-6月,其中4-6月的降水量為717 mm,約占全年降水量的46%,且旱澇頻發,因此應將4-6月作為江南地區的主要雨季進行研究。陳紹東等[23]發現江南地區雨量集中于春末夏初(4-6月),該區域內雨季開始于4月。如江西省的雨季為4月到7月上旬[24]。
可見,在冬夏轉換期內存在的江南地區持續降水期已被作為一段具有特殊性的獨立雨季來分析。然而,由于各研究中對江南地區的區域劃定差異較大,得到的江南雨季變率特征也就不盡相同,這給正確認識江南雨季變化規律,提高江南雨季的監測和預測水平帶來較大困難。例如,陳菊英[21]利用浙江、江西、湖南、福建4省的16個觀測站作為江南地區代表站;陳紹東等[23]利用聚類分析方法從長江下游和華南北部挑選14個站點構成江南地區代表站;Tian和Yasunari[25]在研究春季持續降水(即江南春雨)時,將我國東部地區25°~30°N確定為江南地區;朱志偉和何金海[26]在研究東亞副熱帶季風降水(江南春雨)時將東亞副熱帶季風關鍵區定義為20°~35°N,110°~120°E;尚可等[27]將氣候平均的春季持續連陰雨期(SPR)降水的峰值區(大于等于5 mm/d)定義為江南春雨區(20°~30°N,110°~122°E);萬日金和吳國雄[20]甚至認為江南雨季范圍的南界位置應該劃至雷州半島。除此之外,還有一些研究將江南雨季范圍分成兩部分,其南部劃歸為華南地區,而北部則納入長江中下游地區。如池艷珍等[17]在研究華南前汛期降水時將華南區域定義為20°~27.5°N,106°~121°E;王遵婭和丁一匯[29]在研究我國雨季氣候特征時,將我國南方的廣大地區定義為華南區(20°~28°N,110°~122°E);蔡學湛[28]從福建、廣東、廣西及江西南部、湖南南部選取了25個站點作為華南代表站,上述定義的華南區域北部與江南南部區域大部分重合;王永等[30]將我國東部4-9月的降水做旋轉經驗正交函數(REOF)展開,定義南方的兩個高荷載區分別為長江中下游地區(26°~31°N,106°~121°E)和華南區(20°~25°N,106°~120°E),這正好將江南雨季范圍分隔開來,分別列入以上兩個區域。
綜上所述,華南北部與江南南部降水特征相似,最大降水期發生在4-6月,而華南南部連續3個月最大降水量出現在5-7月,與華南北部和江南地區降水特征有明顯差異[21],而長江中下游地區的主要降水出現在6-8月。因此江南雨季是一個有別于華南南部和長江流域而獨立存在的雨季,雨季起止時間等特征和其他地區有較大區別。江南地區氣候平均的雨季為4-6月,與我國現行氣象業務中的主汛期(6-8月)、江淮梅雨期(6-7月)以及華北—東北雨季(7-8月)在時間上有較大差異,是我國雨季開始最早、結束最早的區域。目前大多數研究將江南雨季泛稱為華南前汛期。而即使將江南地區作為獨立區域進行研究時,其具體區域的劃分也往往根據簡單的行政區劃或工作經驗來選取江南地區代表站,缺乏客觀劃分江南雨季具體區域范圍的方法。對于江南雨季的開始期也僅僅從氣候態出發,僅考慮降水變化,將江南雨季開始期定義在4月初,這顯然帶有相當的主觀性和經驗性。何金海等[31—32]在研究東亞副熱帶季風時指出,3月底4月初,以對流層低層偏南風的建立為標志,江南地區出現了較大范圍、強度較強的降水,此降水屬于東亞副熱帶季風降水性質。受此啟發,我們認為,在考慮江南雨季開始期指標時,有必要結合降水形成的機制,如同時考慮對流層低層偏南風的建立來制定相應的雨季開始期指標,這樣才能較為合理地確定江南雨季的起止時間。
如果一個區域的降水期能夠稱為獨立雨季,那么該區域各個站點的降水多時間尺度特征應該有許多相似性,如氣候態降水逐候進程(下稱候進程)存在一致性,降水季節進程的年際變率存在一致性,雨季降水的年際變率存在一致性。因此,本文將通過診斷我國氣象臺站日降水觀測資料,從上述3個降水特征的相似性標準出發,客觀劃定江南雨季的具體地理范圍。在此基礎上分析區域內降水和風場變化特征,確定江南雨季起止時間,為規范江南雨季的監測提供指導和參考,為江南雨季的預測提供科學基礎。
文中使用了我國氣象臺站逐日降水資料,資料時段為1961-2012年。降水資料來自國家氣象信息中心。為保證資料的完整性,選取了我國1 675個無降水缺測的氣象臺站降水記錄。研究中還使用了NCEP/NCAR再分析資料的925 hPa風場、500 hPa高度場等環流資料。
文中研究的時間尺度為候。為消除各候天數不同的影響,定義候降水指數作為研究對象,其定義如下:
(1)


圖1 我國東部氣候態(110°E以東)經向逐候日平均降水量(a)和逐候降水指數候進程演變圖(b)Fig.1 The evolution of the pentad average daily precipitation(a) and the pentad rainfall index process (b) in eastern China (east of 110°E)
本文采用REOF方法分析降水指數的時空變化。首先對降水指數場標準化,進行EOF分析,截取累計方差貢獻達90%的前K個空間型進行幾何旋轉,REOF分析得到的前K個空間型累計方差解釋原場總方差的百分率保持不變,而得到的單個空間型能夠盡量反映各模態的局部相關結構。在繪制REOF空間特征場時,我們將得到的第k個特征場Vjk按下式進行了變換:
(2)
式中,Vjk、λk分別為REOF得到的第k個特征場和第k個特征值。通過變換得到的ajk為各站點降水指數和第k個特征場對應的時間系數之間的相關系數,反映了區域內站點降水場和模態特征場的聯系程度,也可理解為站點降水之間的聯系程度,并且特征場空間結構不會發生改變[34]。
此外,文中通過分析我國氣象站氣候態逐候降水指數,研究各臺站氣候態降水候進程的一致性;將各站4-6月降水指數與6-8月降水指數的差值作為降水的季節進程,進而研究各臺站降水季節進程年際變率的一致性;對4-6月的降水指數進行EOF分析,研究雨季降水年際變率的一致性,進而根據上述3種一致性去客觀確定江南雨季的地理范圍。
3.1 我國氣候態降水的候進程分析
利用所選我國1 675個氣象臺站逐候降水指數的氣候平均值,構建我國逐候降水指數氣候平均場(見下式):
(3)
式中,m=1 675,n=72。
對X標準化后進行EOF分解,前7個特征場共解釋了90%以上的方差,將EOF得到的前7個特征場再進行旋轉,得到了REOF分析的7個特征場。REOF得到的前2個特征場的方差貢獻分別為51.89%、21.8%,均遠大于其他特征場的方差貢獻,因此我們重點對這兩個特征場進行分析。
REOF分析得到的時間系數反映了氣候態降水候進程,特征場(已經過前述變換)代表的是各站點候降水時間序列與該模態時間系數的相關系數。圖2為REOF分析得到的前2個特征場空間分布及其相應的時間系數。由于江南地區地處我國東部,文中對兩個特征場中的我國東部地區進行分析。REOF得到的第一特征場解釋方差為51.89%,對應的時間系數在34-54候為正值,7-8月為最大區間。第一特征場中0.8以上的高值區(紅色區域)分布在我國東北、華北一帶,這說明我國東北、華北地區降水與這一降水候進程模態的相關性較好,34-54候為雨季;而0.3以下的低值區(綠色區域)分布在江南地區,說明該區域降水與該模態相關性較差,其時間系數也不能反映江南地區主要雨季的時段。REOF得到的第二特征場解釋方差為21.8%,對應的時間系數在15-37候為正值,在24候左右出現一個相對低谷,最大值出現在6月,4月中有一個次大值。第二特征場中0.7以上載荷高值區主要分布在江南地區,而東北、華北地區為低值區,數值在0.2以下。這表明江南地區降水和降水候進程第二模態的相關系數在0.7以上,15-37候對應著江南雨季的主要時段。
為了更進一步進行深入分析,關注圖2中REOF分析得到的第一、二特征場中分別大于0.6的紅色區域。在第一特征場中大于0.6的大值區主要分布在31°N以北,而在第二特征場大于0.6的大值區主要分布在31°N以南。因此根據氣候態降水候進程可以將我國東部劃分為兩個區域:31°N以北區域劃分成一類,這個區域內氣候態降水候進程呈現REOF得到的第一特征場時間系數的特點,雨季出現在34-54候;而31°N以南區域劃分為另一類,這個區域氣候態降水候進程表現為REOF得到的第二特征場的時間系數特征,15-37候為雨季的主要時段??梢?,我國東部31°N以南和以北的雨季發生時段呈現出顯著的不同特征。
3.2 區域降水季節進程的年際變率分析
根據我國氣候態降水的候進程特點,以31°N為界,我國東部可以劃分為兩個區域,31°N以北雨季出現在6-8月,31°N以南雨季主要出現在4-6月。為分析降水季節進程的一致性,將各站4-6月降水與6-8月降水的差值(等同4-5月與7-8月的差值)作為降水季節進程,并且聚焦31°N以南區域。通過對區域內各站1961-2012年降水季節進程進行EOF分析,我們得到了EOF分解的第一特征場(見圖3),該模態解釋了25.8%的方差??臻g載荷分布的高值區(0.6以上)位于江西、湖南、福建西部的大部分區域以及廣東西北部,高值中心在江西中部。該模態有較明顯的年代際特征,20世紀90年代以前,時間系數以正值為主,而90年代以后的時間系數負值出現更多,尤其在1990-2002年時間系數一直為負值。

圖2 我國逐候氣候態降水指數場EOF分解的前7個特征向量進行旋轉得到的第一特征場(a)和第二特征場(b)及其時間系數圖(c,d)Fig.2 The figure of first (a),second (b) feature and its time coefficient (c,d) that rotated by the former seven feature vector of the pentadmean precipitation index field decomposed by EOF in China

圖3 1961-2012年區域降水季節進程EOF分析第一特征場空間分布(a)及其時間系數圖(b)Fig.3 The first characteristic spatial distribution of the regional rainfall season march analyzed by EOF (a) and its time coefficient (b)during 1961-2012
3.3 區域雨季降水的年際變率分析
由于31°N以南的雨季主要出現在4-6月,因此對31°N以南區域內1961-2012年4-6月總降水進行EOF分解,以分析區域內雨季各站點4-6月總降水年際變率的一致性。圖4給出了EOF分析的第一特征場空間分布圖。第一特征場解釋了26.8%的方差,高載荷區(大于0.6)在江西、湖南、福建大部以及廣東的西北部,高值中心在江西中部到福建北部28°N左右的狹窄區域,模態系數的年際變化波動性較大。

圖4 1961-2012年區域雨季降水EOF分析第一特征場空間分布(a)及其時間系數圖(b)Fig.4 The first characteristic spatial distribution of the regional rainy season rainfall analyzed by EOF (a) and its time coefficient (b) during 1961-2012
綜合考慮氣候態降水候進程、降水季節進程年際變化以及雨季降水年際變化的空間一致性,對以上3個特征場進行疊加(圖5),選取0.6為閾值,將三者均大于0.6的重疊區域作為客觀劃定的江南雨季范圍,可見該區域位于110°E以東、25°~28°N之間,包括江西、湖南大部、浙江西南部、福建西北部、廣東北部、廣西東北部,即南嶺以北、28°N以南,110°E以東的我國東部地區。以下研究中,選取定義區域內的112個氣象臺站作為代表站,對江南雨季的起止時間進行分析和劃定。

圖5 我國逐候氣候態降水指數場EOF第二特征載荷向量大于0.6區域(陰影區),區域降水季節進程EOF第一特征載荷向量大于0.6區域(紅色等值線)以及區域雨季降水EOF第一特征載荷向量大于0.6區域(藍色等值線)Fig.5 The second load vector region (>0.6,shaded area) of the pentad mean precipitation index field by EOF,the first load vector region (>0.6,red contour line) of the regional rainfall season march by EOF and the first load vector region (>0.6,blue contour line) of the regional rainy season rain-fall by EOF in China
為驗證江南雨季地理區域劃定的合理性,我們繪制了我國華南地區、江南地區、長江中下游地區區域平均氣候態降水的候進程變化曲線(見圖6)。其中,華南地區、長江中下游地區參考陳菊英[21]的劃分,利用20°~24.5°N,110°E以東氣象觀測站計算了華南區域平均降水,利用28°~31°N,115°E以東氣象臺站的資料計算了長江中下游區域平均降水。江南區域平均降水的計算則利用了文中定義的112個臺站資料。從圖6可以看出這3個區域降水最大值分別出現在32、34、36候,呈現出由南向北推進的特點,這是因為南海季風爆發后,副熱帶高壓由南向北推進,從而導致我國雨季由南向北推進,這正是眾所周知的我國東部主雨帶的推進特征。然而值得指出的是,江南地區降水逐候演變呈現出顯著的不同特征。不難看出,江南地區的雨季開始最早,并呈雙峰型特征,即在16候左右江南地區顯著降水開始,并逐漸增強,到20候左右出現第一個峰值,然后降水略有下降,在24候左右出現低值,隨后降水再逐漸增強,到34候左右出現第二個峰值,36候降水迅速減少,隨后江南雨季結束。在江南地區出現第一個降水峰值時,華南、長江中下游地區的降水均較江南地區明顯偏少,而華南地區在25候左右降水才明顯增強,長江中下游地區大約在30候降水明顯增強。因此,江南地區雨季出現的時間較其他兩個地區都早。37候以后江南地區受副熱帶高壓控制,降水明顯減少,而華南、長江中下游地區的降水還在維持,可見江南地區的雨季結束也早于其他兩個地區。因此,本文定義的江南雨季降水和毗鄰的華南、長江中下游地區的氣候態降水候進程有明顯的不同,呈現出一定的特殊性,表明江南雨季地理范圍的劃分是合理而有意義的。

圖6 長江中下游、江南地區、華南地區區域的平均氣候態降水指數候進程,圖中虛線為降水指數參考閾值(0.35)Fig.6 The pentad process of mean precipitation index in middle and lower reaches of the Yangtze River,Jiangnan region and south China,dotted line: the reference threshold value of precipitation index(0.35)
我們客觀劃分了江南雨季的地理區域,那么江南雨季的起止時間又該如何確定?何金海等[31]及朱志偉和何金海[26]指出伴隨著東亞緯向海陸熱力差異的季節反轉,對流層低層(925 hPa)風場也由偏北風轉為偏南風,降水明顯增強,東亞副熱帶季風雨季于3月底4月初首先在江南開始。為此,我們重點分析江南地區降水和經向風逐候演變特點。為了考慮江南降水和低層經向風的關系,文中將江南區域平均1961-2012年逐候降水指數RI和925 hPa經向風V構建雙時間序列矩陣X(式4),并進行多變量EOF分析,這樣可以得到降水和經向風候進程的主要模態。
(4)
多變量(降水指數和經向風)EOF分析的第一模態能解釋47.04%的方差,其降水指數和925 hPa經向風候進程曲線如圖7a所示。由圖可以看出,降水指數和經向風在36候之前均以波動形式不斷增強,特別是在3月底4月初(18候前后),降水和經向風有一個迅速增強的過程,這對應江南雨季的建立,體現了“季風”的建立既是“風”又是“雨”,風雨交加的特點。然而在36候以后,降水迅速下降,但經向風卻迅速增強并維持高值,這體現了“風”和“雨”的分離。由圖7b可以看出,對應降水的迅速下降,西北太平洋副高脊線表現為迅速北抬。正是副高的迅速北抬導致了江南雨季的結束,這是符合廣大天氣氣候工作者的預報實踐的。因此我們選用降水和經向風的結合來確定江南雨季的起始日期,用降水和500 hPa副高脊線位置的結合來確定雨季結束日期。副高脊線位置的確定采用劉蕓蕓等[35]研究的客觀方法。
為了確定雨季起止日期,選擇降水指數的閾值為0.35%,其在多變量EOF第一模態中對應的經向風大于0.5 m/s。在區域內所選臺站中,候降水指數大于0.35%相當于候內平均日降水量在4.5~7.4 mm/d之間,區域平均為5.9 mm/d。該閾值反映的日降水量與王遵婭和丁一匯[29]制定的主雨季標準—逐候降雨量標準化值超過0.5[在東部季風區主雨季閾值30~40 mm/(5 d)],Lau和Yang[36]及Qian等[37]制定的深對流降水標準——6 mm/d較一致,而與Wang[38]采用相對候平均降水率超過5 mm/d的標準定義季風雨季的標準也十分接近。

圖7 1961-2012年江南區域逐候降水指數和925 hPa經向風多變量EOF分析第一模態(a),降水指數第一模態和氣候態副高脊線位置候進程圖(b),圖中實線為降水指數,左圖虛線為925 hPa經向風、右圖虛線為副高脊線,水平虛實線代表各指標閾值Fig.7 The first mode of pentad precipitation index and 925 hPa meridional wind multivariate by EOF (a),the pentad process of precipitation index first mode and subtropical high ridge line position (b) during 1961-2012. Left dotted line: 925hPa me-ridional wind,right dotted line: subtropical high ridge line,horizontal line: corresponding threshold of index
因此,根據以上分析,給出江南雨季起止時間客觀確定指標:從3月份開始,當連續兩候925 hPa經向風為南風,風速大于0.5 m/s,且降水指數之和大于等于0.7%,則將該時段的第一候作為江南雨季的開始期;在江南雨季開始以后,當出現連續兩候降水指數之和小于0.7%,且副熱帶高壓脊線位置在25°N以北時,則該時段的第一候為江南雨季的結束期。
表1為根據上述3個指標客觀確定的1961-2012年江南雨季的起止時間。從表中可以看出,江南雨季開始期多在3月下旬到4月上旬,最早的年份是1980年,13候江南雨季開始,而2007年的江南雨季開始期為30候,是雨季開始最晚的年份。可見江南雨季開始日期的年際變率較大,最早最晚年相差17候;江南雨季大多在6月下旬到7月上旬結束,最早結束期為33候,分別出現在1963、1971、1979、1997年,而1973年雨季結束最晚,為43候。江南雨季結束日期存在明顯的年際變率,但其年際變率不如開始日期顯著。

表1 1961-2012年江南雨季開始和結束日期(單位:候)
本文采用國家氣象信息中心整編的1 675個臺站資料以及NCEP/NCAR再分析資料,定義了能消除地區差異的候平均降水指數,綜合考慮我國南方氣候態降水的候進程、降水季節進程的年際變率以及雨季降水的年際變率的一致性,客觀劃定了江南雨季的地理區域,制定了判定江南雨季起止時間的方法,確定了1961-2012年江南雨季起止時間。得到的主要結論如下:
(1)我國東部地區氣候態降水逐候進程存在兩個主模態,分別為北方模態和南方模態。北方模態高載荷區位于31°N以北,這個區域內顯著降水主要出現在34-54候,對應東亞季風主汛期降水;而南方模態高載荷區位于31°N以南,區域內降水主要時段集中在15-37候,對應江南雨季。
(2)綜合我國南方(31°N以南、110°E以東區域)的氣候態降水逐候進程、降水季節進程的年際變率以及雨季降水年際變率的一致性特征,客觀劃定了江南雨季的地域范圍,該區域位于25°~28°N,110°E以東,主要包括江西、湖南大部,浙江西南部,福建西北部,廣東北部以及廣西東北部,亦即南嶺以北、28°N以南,110°E以東的江南地區。
(3)考慮江南地區對流層低層925 hPa經向風,西北太平洋副熱帶高壓500 hPa脊線和江南地區降水指數之間的關系,用降水指數和經向風的結合來確定雨季起始期,用降水指數和副高脊線位置的結合來確定雨季結束期。對1961-2012年江南雨季的起止時間進行了確定,給出了江南雨季起止時間序列。江南雨季的起始期大多在3月底和4月初,而結束期主要集中在6月底和7月初。
值得指出的是,本文僅解決了江南雨季區域的客觀劃分以及江南雨季起止時間客觀判定的相關問題。限于篇幅,沒有直接給出與江南雨季起止時間相聯系的海氣背景。本文注意到江南雨季的氣候態季節進程存在雙峰型特征:第一個峰值出現在21候左右,第二個峰值出現在34候,第二峰值為江南雨季的主峰值。這種雙峰型特征的成因是什么?此外,江南雨季的起止時間和降雨量之間是否存在相關關系?其物理過程如何?這些問題還有待進一步研究。江南雨季作為東亞副熱帶季風雨季的一個階段,其形成是海陸氣相互作用的產物,特別是西太平洋暖池熱含量以及中東太平洋和印度洋海表溫度異常等都是影響江南雨季建立及其降水量的重要因子,但如何影響,其物理過程是什么?都是我們將要繼續深入探究的科學問題。
致謝:感謝國家氣象信息中心提供的1 675個臺站資料以及NCEP/NCAR提供的再分析資料。本文所有圖型為NCL軟件所繪制。
[1] Zhu Qiangen,He Jinhai,Wang Panxing. A study of circulation differences between East-Asian and Indian Summer Monsoons with their interaction[J]. Advances in Atmospheric Sciences,1986,3(4): 466-477.
[2] 張慶云,陶詩言. 夏季東亞熱帶和副熱帶季風與中國東部汛期降水[J]. 應用氣象學報,1998(8): 17-23.
Zhang Qingyun,Tao Shiyan. Tropical and subtropical monsoon over East Asia and its influence on the rainfall over eastern China in summer[J]. Journal of Applied Meteorological Science,1998(8): 17-23.
[3] Wang B,Lin H. Rainy season of the Asian-Pacific summer monsoon[J]. Journal of Climate,2002,15(4): 386-398.
[4] Huang R H,Sun F Y. Impacts of the tropical western Pacific on the East Asian summer monsoon[J]. Journal of the Meteorological Society of Japan,1992,70(1B): 243-256.
[5] Nitta T. Convective activities in the tropical western Pacific and their impact on the Northern Hemisphere summer circulation[J]. Journal of the Meteorological Society of Japan,1987,65(3): 373-390.
[6] 尚可,詹豐興,何金海,等.前期夏季西太平洋暖池熱含量對江南春雨的影響及其可能機理[J].海洋學報,2014,36(1):86-97.
Shang Ke,Zhan Fengxing,He Jinhai,et al. Impact of the preceding-summer heat content over western Pacific warm pool on Spring Persistent Rain and its possible mechanism[J]. Haiyang Xuebao,2014,36(1): 86-97.
[7] 任雪娟,錢永甫.南海地區潛熱輸送與我國東南部夏季降水的遙相關分析[J].海洋學報,2000,22(2):25-34.
Ren Xuejuan,QianYongfu. Teleconnection between latent heat flux over the South China Sea and precipitation of Southeast China in summer[J]. Haiyang Xuebao,2000,22(2): 25-34.
[8] 王磊,張文君,祁莉,等.兩類La Nia季節演變過程的海氣耦合特征對比[J].海洋學報,2014,36(1):72-85.
Wang Lei,Zhang Wenjun,Qi Li,et al. Contrasting air-sea features associated with two types of La Nia during the seasonal evolution[J]. Haiyang Xuebao,2014,36(1): 72-85.
[9] 陳迪,陳錦年,左濤.西太平洋副熱帶高壓變化與赤道太平洋海溫場的聯系[J].海洋學報,2013,35(6):21-30.
Chen Di,Chen Jinnian,ZuoTao. Variation of western Pacific subtropical high and its relationship with the sea surface temperature over equatorial Pacific[J]. Haiyang Xuebao,2013,35(6): 21-30.
[10] Wang B,Wu R,Fu X. Pacific-East Asia teleconnection: how does ENSO affect East Asian climate?[J].Journal of Climate,2000,13(9): 1517-1536.
[11] Xie S P,Hu K,Hafner J,et al. Indian Ocean Capacitor Effect on Indo-Western Pacific Climate during the Summer following El Nio[J]. Journal of Climate,2009,22(3): 730-747.
[12] Zhang R,Sumi A,Kimoto M. A diagnostic study of the impact of El Nio on the precipitation in China[J]. Advances in Atmospheric Sciences,1999,16(2): 229-241.
[13] Zhang R,Sumi A,Kimoto M. Moisture circulation over East Asia during El Nio episode in northern winter,spring and autumn[J]. Journal Meteorological Society of Japan Series 2,2002,80(2): 213-227.
[14] Wan R J,Wu G X. Mechanism of the spring persistent rains over southeastern China[J]. Science in China Series D: Earth Sciences,2007,50(1): 130-144.
[15] Wu G,Liu Y,Zhang Q,et al. The influence of mechanical and thermal forcing by the Tibetan Plateau on Asian climate[J].Journal of Hydrometeorology,2007,8(4): 770-789.
[16] 張耀存,郭蘭麗. 東亞副熱帶西風急流偏差與中國東部雨帶季節變化的模擬[J].科學通報,2005,50(13):1394-1399.
Zhang Yaocun,Guo Lanli. The simulation of the deviation of East Asian subtropical westerly jet and rainfall seasonal variation in eastern China[J]. Chinese Science Bulletin,2005,50(13): 1394-1399.
[17] 池艷珍,何金海,吳志偉. 華南前汛期不同降水時段的特征分析[J]. 南京氣象學院學報,2005,28(2):163-171.
Chi Yanzhen,He Jinhai,Wu Zhiwei. Features analysis of the different precipitation periods in the pre-flood season in South China[J]. Journal of Nanjing Institute of Meteorology,2005,28(2):163-171.
[18] 陳科藝,王謙謙,胡娟,等. 江南北部地區梅雨期降水與海溫的SVD分析[J]. 南京氣象學院學報,2006,29(2): 258-263.
Chen Keyi,Wang Qianqian,Hu Juan,et al.SVD analysis of the relationship between northern JiangnanMeiyu precipitation and SST in the tropical oceans[J]. Journal of Nanjing Institute of Meteorology,2006,29(2): 258-263.
[19] 黃琰,張人禾,龔志強,等.中國雨季的一種客觀定量劃分[J]. 氣象學報,2014,72(6): 1186-1204.
Huang Yan,ZhangRenhe,GongZhiqiang,et al. An objectively quantitative division for rainy seasons in China[J]. Acta Meteorologica Sinica,2014,72(6): 1186-1204.
[20] 萬日金,吳國雄. 江南春雨的時空分布[J].氣象學報,2008,66(3):310-319.
Wan Rijin,Wu Guoxiong. Temporal and spatial distribution of the spring persistent rains over southeastern China[J]. Acta Meteorologica Sinica,2008,66(3): 310-319.
[21] 陳菊英.中國旱澇的分析和長期預報研究[M]. 北京: 氣象出版社,1991: 15-28.
Chen Juying. The analysis and long-term forecasting research of drought and flood in China[M]. Beijing: Meteorological Press,1991: 15-28.
[22] 高波,陳乾金,任殿東.江南南部-華南北部前汛期嚴重旱澇診斷分析[J]. 應用氣象學報,1999,10(2):219-226.
Gao Bo,Chen Qianjin,RenDiandong. Diagnostic analysis on the severe drought/flood for the beginning of flood season in southern part of the south of Yangtze River Valley and northern south China[J]. Journal of Applied Meteorological Science,1999,10(2):219-226.
[23] 陳紹東,王謙謙,錢永甫.江南汛期降水基本氣候特征及其與海溫異常關系初探[J].熱帶氣象學報,2003,19(3):260-268.
Chen Shaodong,Wang Qianqian,QianYongfu. Preliminary discussions of basic climatic characteristics of precipitation during raining seasons in regions south of Changjiang River and its relationship with SST anomalies[J]. Journal of Tropical Meteorology,2003,19(3):260-268.
[24] 陳雙溪. 氣象與領導[M].北京: 氣象出版社,1999.
Chen Shuangxi. Meteorology and Leader[M]. Beijing: Meteorological Press,1999.
[25] Tian S F,Yasunari T. Climatological aspects and mechanism of Spring Persistent Rains over central China[J]. Journal Meteorological Society of Japan Series 2,1998,76(1):57-71.
[26] 朱志偉,何金海.東亞副熱帶季風的季節轉變特征及其可能機理[J].熱帶氣象學報,2013,29(2):245-254.
Zhu Zhiwei,He Jinhai. Seasonal transition of east Asian subtropical monsoon and its possible mechanism[J]. Journal of Tropical Meteorology,2013,29(2): 245-254.
[27] 尚可,何金海,朱志偉,等.西太平洋暖池區熱含量和海表溫度與江南春雨的相關性對比研究[J]. 地理科學,2013,33(8): 987-992.
Shang Ke,He Jinhai,Zhu Zhiwei,et al. Between correlations of heat content and sea surface temperature over western pacific warm pool with Spring Persistent Rains[J]. Scientia Geographica Sinica,2013,33(8): 987-992.
[28] 蔡學湛. 青藏高原雪蓋與東亞季風異常對華南前汛期降水的影響[J]. 應用氣象學報,2001,12: 358-367.
CaiXuezhan. The influence of abnormal snow cover over Qinghai-Xizang Plateau and east Asian Monsoon on early rainy season rainfall over South China[J]. Journal of Applied Meteorological Science,2001,12: 358-367.
[29] 王遵婭,丁一匯. 中國雨季的氣候學特征[J]. 大氣科學,2008,32(1):1-13.
Wang Zunya,Ding Yihui. Climatic characteristics of rainy seasons in China[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences,2008,32(1):1-13.
[30] 王永,陸維松,龔龑.近53a中國東部雨季降水的區域特征[J]. 南京氣象學院學報,2005,28(5):609-616.
Wang Yong,Lu Weisong,Gong Yan. Regional characteristics of precipitation in the rainy season over eastern China during last 53 years[J]. Journal of Nanjing Institute of Meteorology,2005,28(5):609-616.
[31] 何金海,祁莉,韋晉,等.關于東亞副熱帶季風和熱帶季風的再認識[J]. 大氣科學,2007,31(6):1257-1265.
He Jinmei,Qi Li,Wei Jin,et al. Reinvestigations on the East Asian subtropical monsoon and tropical monsoon[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences,2007,31(6):1257-1265.
[32] 何金海,趙平,祝從文,等.關于東亞副熱帶季風若干問題的討論[J].氣象學報,2008,66(5):683-696.
He Jinhai,Zhao Ping,Zhu Congwen,et al. Discussions on the East Asian subtropical monsoon[J].Acta Meteorologica Sinica,2008,66(5): 683-696.
[33] Zhao P,Zhang R,Liu J,et al. Onset of southwesterly wind over eastern China and associated atmospheric circulation and rainfall[J]. Climate Dynamics,2007,28(7/8): 797-811.
[34] 吳洪寶,吳蕾.氣候變率診斷和預測方法[M]. 北京: 氣象出版社,2005: 33-44.
Wu Hongbao,Wu Lei. Diagnosis and prediction method of Climate variability[M]. Beijing: Meteorological Press,2005: 33-44.
[35] 劉蕓蕓,李維京,艾婉秀,等.月尺度西太平洋副熱帶高壓指數的重建與應用[J].應用氣象學報,2012,23(4):414-423.
Liu Yunyun,Li Weijing,Ai Wanxiu,et al. Reconstruction and application of the monthly Western Pacific Subtropical High indices[J].Journal of Applied Meteorological Science,2012,23(4):414-423.
[36] Lau K M,Yang S. Climatology and interannual variability of the Southeast Asian summer monsoon[J]. Advances in Atmospheric Sciences,1997,14(2): 141-162.
[37] Qian W,Kang H S,Lee D K. Distribution of seasonal rainfall in the East Asian monsoon region[J]. Theoretical and Applied Climatology,2002,73(3/4): 151-168.
[38] Wang B. Rainy season of the Asian-Pacific summer monsoon[J]. Journal of Climate,2002,15(4): 386-398.
The objective definition for the geographic region of Jiangnan Rainy Season and its onset and retreat date
Zhan Fengxing1,2,He Jinhai2,Zhang Yizhi3,Zhu Zhiwei1
(1.KeyLaboratoryofMeteorologicalDisasterofMinistryofEducation(KLME),CollegeofAtmosphericScience,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China; 2.JiangxiMeteorologicalBureau,Nanchang330046,China; 3.ClimateCenterofJiangxiMeteorologicalBureau,Nanchang330046,China)
Using the 1 675 gauge data from National Meteorological Information Center and the NCEP/NCAR reanalysis data,the pentad mean averaged precipitation index which can eliminate the regional differences between gauges is defined. The rotated empirical orthogonal function decomposition (REOF) is applied to investigate the seasonal march of the pentad mean precipitation over the entire China. We obtain two leading modes (e. g. the South and North mode) and their time coefficients. The second mode of REOF presents well the Jiangnan Rainy Season (JRS).Given the consistence of three independent criterion,e.g.,the seasonal process of pentad mean precipitation,the interannual variability of precipitation index seasonal variation (April-June mean minus June-August mean) and the interannual variability of mean state of rainy season (April-June) in south of China (south of 31°Nand east of 110°E),the overlap region of these three is objective defined as the geographic region of JRS. Using three variables in the defined geographic region of JRS,e.g.,the rainfall index,regional 925 hPa meridional wind and the western North Pacific subtropical high ridge line position at 500 hPa,the onset and retreat dates of JRS from 1961 to 2012 are determined objectively. The purposes of this paper are to provide reference for monitoring JRS and scientific basis for its prediction.
Jiangnan Rainy Season; objectively definition of geographic region; rainfall seasonal march; the onset and retreat date
10.3969/j.issn.0253-4193.2015.06.001
2015-01-13;
2015-04-21。
國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(2013CB430202);長江學者和創新團隊發展計劃(PCSIRT);公益性行業(氣象)科研專項項目(GYHY201406018);江西省科技廳指導性科技計劃(2013ZBBG70022);江蘇省“青藍工程”科技創新團隊;江蘇高校優勢學科建設工程資助項目(PAPD)。
詹豐興(1963—),男,江西省玉山縣人,高級工程師,主要從事季風與旱澇研究。E-mail:zfx8@163.com
*通信作者:何金海,男,教授,主要從事季風及海氣相互作用研究。E-mail:hejhnew@nuist.edu.cn
P466
A
0253-4193(2015)06-0001-11
詹豐興,何金海,章毅之,等. 江南雨季地理區域及起止時間的客觀確定[J]. 海洋學報,2015,37(6): 1-11,
Zhan Fengxing,He Jinhai,Zhang Yizhi,et al. The objective definitionfor thegeographic region of Jiangnan Rainy Season and its onset and retreat date[J]. Haiyang Xuebao,2015,37(6): 1-11,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2015.06.001