東亞夏季風年代際變化對宣城夏季降水的影響

胡越 黃曉英 楊小兵 楊偉 林永

1引言：

陶詩言、陳隆勛等通過提出東亞季風環流的理論，指出東亞季風是亞洲季風系統的主要組成部分。東亞季風地區涵蓋了低緯度和中緯度地區，包括熱帶和副熱帶，地形復雜多變，熱力性質顯著，以上特征構造了東亞季風系統的特殊性。中國處于東亞季風區域，東亞夏季風年代際變化給中國的天氣和氣候變化造成了重大的影響。比如20世紀90年代，東亞夏季風年代際變化異常引起了我國長江中下游地區的多次洪澇災害，如1998年長江流域暴雨事件給我國造成了2600億元的經濟損失，2000年受到東亞夏季風的影響，我國夏季華北地區持續干旱，糧食大幅度的減產由上可知東亞夏季風年代際變化可以影響我國長江中下游地區的旱澇，糧食安全、經濟發展以及國民生產和生活，東亞夏季風年代際氣候變化己成為當前氣象界的重大科學問題。

近年來很多氣象學者都研究得出東亞夏季風在20世紀70年代末期經歷了顯著的年代際轉折，在降水分布上呈現“南澇北旱”的分布，我國長江流域降水增多，反之華北地區干旱的狀態。周連童和黃榮輝指出20世紀70年代以后熱帶中東太平洋海表面溫度在年代際尺度上呈現增暖的狀態，使得向東亞地區輸送的水汽減弱，水汽在長江流域輻合，而華北地區的水汽減少。wu et al還發現東亞夏季風在20世紀90年代同樣出現了顯著的年代際轉折，我國華南地區降水增多，大量水汽在南海上空輻合，東亞地區大氣環流也發生了相應的改變，西北太平洋副熱帶高壓向西伸展，東亞上空的急流向南移動，海洋和陸地之間的熱力性質差異增大綜上東亞夏季風導致的降水分布的向南移動的趨勢開始于1970s末，在20世紀70-90年代經歷了顯著的年代際轉折，最后在90年代完成了最終的降水轉型。

安徽省宣城市位于安徽省東南地區，地處皖南山區與沿江平原結合地帶，經緯度范圍為29°57-31°19N，117°58-119°40E。宣城地區夏季降水充沛，降水變化深受東亞夏季風的影響。胡安霞等通過對宣城市所轄縣區近50年的降水觀測數據統計分析發現宣城市夏季降水在年代際尺度上存在多次突變，相比于其他季節，夏季降水在近50年呈增加的趨勢，但是在20世紀90年代后期夏季降水顯著下降，此變化趨勢與長江中下游其他地區變化較一致。孫忠保等通過對1960到2014年皖江宣城地區的極端降水事件分析發現極端降水在20世紀70年代存在突變，并指出此年代際變化與ENSO指數關系顯著。由此發現宣城地區夏季降水的年代際轉折與東亞夏季風的年代際轉折，可能存在著某種聯系。東亞夏季風作為宣城地區夏季降水的重要因子之一，研究東亞夏季風的年代際轉折對宣城地區夏季降水的影響是非常重要的。本文旨在研究東亞夏季風年代際變化對宣城夏季降水的影響作用，對促進宣城地區的經濟發展，防災減災具有重要的意義，符合當今建設美麗中國的迫切需求。

2.1資料

（1）逐月（日）環流場資料由美國大氣環境中心提供，水平網格分辨率為2.5°X2.5°，基本要素包括不同層次的比濕、水平風速、高度場；采用NOAA提供的20世紀再分析資料（20CRv2）驗證NCEP/NCAR再分析資料得出結果的準確性，水平網格分辨率2°X2°

（2）所有資料起止時間為1948年1月-2015年12月，共68年；東亞夏季在本文中特指6-8月。

（3）中國地面氣象觀測臺站降水資料

2.2東亞夏季風指數選取

Wang et al通過選取東亞夏季降水以及風場，采用經驗正交分析方法EOF評估多個東亞夏季環流指數，第一模態空間型能夠很好反映東亞夏季風系統里長江中下游降水增多，增強的西北太平洋副熱帶高壓等特征；第一模態的時間序列也可以表征東亞夏季降水和環流系統的年際變化。第二模態的空間型表現出和第一模態空間型相反的分布。其中渦度切變指數（I-WF、I-ZTC）以及西南季風指數（I-LZ）和第一模態時間序列的相關系數均在0.9以上，三類指數均能表征長江中下游梅雨、東亞副熱帶鋒面等東亞副熱帶夏季風系統的重要特征，因此本研究選擇這三類東亞環流指數衡量東亞副熱帶夏季風的強度。三類指數I-WF、I-ZTC和I-LZ指數計算公式如下：

3東亞夏季風年代際變化

三類東亞夏季風指數I-WF，I-LZ和I-ZTC的指數序列（圖3.1）。I-WF的季風指數序列在20世紀70年代末經歷了偏弱位相向偏強位相的年代際轉折，并且在90年代末強度急劇下降。I-LZ和I-ZTC的季風指數序列也經歷了和I-WF類似的顯著年代際變化。表3.1為三類東亞夏季風指數序列相關系數均通過了95%置信度水平，結果表明東亞夏季風指數序列不受指數選取的影響，確實在近60年出現了顯著的年代際轉折。東亞夏季風指數在20世紀80年代之前指數較低，在80-90年代強度偏高，在21世紀以后東亞夏季風指數強度較弱。

為了進一步研究在東亞夏季風年代際變化處于不同的位相時，東亞夏季風影響我國長江中下游流域降水、風場和水汽通量的空間分布。我們20世紀80年代之前，20世紀80-90年代，以及21世紀以來的東亞地區春季到夏季的水汽通量散度異常分別東亞夏季風指數做空間相關。三時段相關場的空間演變見圖3.2，可知三個時段的空間場呈現顯著的差異。

水汽作為降水比不可少的條件，其變化特征也可以反映降水特征。在20世紀80年代之前春季長江中下游地區包括宣城地區（29°57-31°19N，117°58-119°40E）水汽通量存在顯著的負異常，即水汽通量輻合，相反南海和西太平洋地區水汽通量散度不顯著（圖3.2a），水汽通量負異常從春夏季開始減弱，夏季JlIA時期負異常消失，這一時期南海和西太平洋地區水汽通量散度仍不顯著（圖3.2c-e）；在20世紀80-90年代春季長江中下游包括宣城地區水汽通量散度負異常顯著，即水汽通量輻合，南海和西太平洋地區水汽通量散度正異常很明顯，即水汽通量輻散，水汽通量散度在我國東部地區呈現南北偶極子分布型（圖3.2f），南北顯著偶極分布從春季一致持續到夏季時期（圖3.2g-j）；21世紀以來長江中下游地區包括宣城地區水汽通量輻合在春季以后開始減弱，夏季時期水汽通量輻合完全消失（圖3.2l-o）。

4全文總結

本文利用再分析資料和我國地面氣象觀測站點的降水資料，采用11年滑動窗口統計方法研究了東亞夏季風強度的年代際變化特征，分析了東亞夏季風年代際變化對宣城地區降水的影響，結果表明：

東亞夏季風強度在20世紀50年代以來出現了明顯的年代際轉折，在20世紀70年代末由東亞夏季風強度由偏弱轉為偏強，90年代末以來強度又顯著下降。

通過東亞夏季風指數與長江中下游地區（包括宣城）的降水場、風場、水汽通量散度的從春季到夏季的空間相關演變分析發現，宣城地區的降水明顯受到東亞夏季風年代際變化的影響，東亞夏季風強度偏強的時段，相應的宣城地區的降水是增多的，究其原因是當東亞夏季風強度偏強時，輸送到宣城地區的水汽偏多，進而降水增多。