海洋海温变化对中国夏季降水的影响

王敏敏

摘 要：近年来，中国夏季降水异常事件频发，并已严重影响社会经济的发展，所以研究其异常成因是我国学者刻不容缓的任务。中国夏季降水带有明显的区域性特征。通过分析海温场与中国各区域夏季降水的关系，得到以下结论：前期和同期海温场的变化对当年夏季降水的影响基本一致。当赤道印度洋东部海域、暖池海温偏高，而太平洋中东地区的海温偏低时，两河中上游流域及其以南区域降水偏多，即中国东南区域以及西南部分区域降水偏多。

关键词：中国夏季降水;海温;太平洋;印度洋

中图分类号：P426.6;P732 文献标识码：A 文章编号：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

中国夏季降水量占全年降水量的比例较大，直接影响国民经济和人们的生活。近年来，暴雨、干旱越来越频繁地出现在华夏大地上，给人们的生命财产安全带来了严重威胁，阻碍了社会经济的发展。因此，研究中国夏季降水异常的原因成为我国学者刻不容缓的任务。近年来，较多学者对中国夏季降水异常的成因进行了分析[1-6]，相关研究成果还被用于指导预测未来夏季降水的情况，并取得了一定的成效，但这还远远不够，需要不断提高未来降水预报的准确率，以便人们对生产生活做出最优安排，将损失降到最低。印度洋和太平洋是影响中国降水的两个关键海域[7-12]，其海温变化是影响中国夏季降水的重要因子，因此本文重点研究印度洋和太平洋的海温变化对中国夏季降水的影响，以期提高短期降水预报的准确率。

1 资料与研究方法

1.1 资料

降水资料：本文使用的降水资料来自国家氣候中心提供的中国160个测站月平均降水资料，时间为1951年1月1日至2010年12月31日。

海温资料：1950年1月1日至2010年12月31日的NOAA（美国国家海洋局和大气局）月平均再分析资料，分辨率为1°×1°。该资料主要用于中国夏季降水和海温场的奇异值分解法（Singular Value Decomposition，SVD）分析。

1.2 方法

本文采用经验正交函数分析方法（Empirical Orthogonal Function，EOF）、奇异值分解法（Singular Value Decomposition，SVD），距平、合成、线性倾向估计方法，[F]检验、north检验以及蒙特卡罗方法（MonteCarl）检验方法[13-15]。

2 中国夏季降水特征分析

通过分析中国160个测站1951—2010年夏季降水资料，得出中国夏季降水呈带状分布，从南往北逐渐递减。考虑到我国众多气象学者一致提出中国年降水量在20世纪80年代发生显著变化[16-21]，而夏季降水量在全年降水量中所占比重很大，所以本文又将1951—1980年作为一个研究时段，将1981—2010年作为另一个研究时段。同时，本文还用后30年的平均状况减去前30年的平均状况做了一个差值分析。结果表明：西南地区的主要雨带范围在缩小，长江以南的降水量在增多;同时，东北和新疆大部分地区的夏季降水量都在增加，江淮地区和华南地区的夏季降水增加比较明显，而华北以及四川的东北部夏季降水明显减少。

研究发现，中国夏季降水的区域性较为明显，从另一个侧面反映了中国夏季降水并不服从正态分布[22-26]。同时，中国各区域夏季降水的年代际变化不一。近60年来，东北地区夏季降水的年代际变化趋势为弱多雨、少雨、多雨、少雨，尤其是1999年以后，降水显著变少，进入少雨期。20世纪80年代至90年代前期，中国东部地区夏季多雨带由华北南移到长江中下游，90年代中期继续停留在长江以南地区，而且雨带范围不断扩大。此区为洪涝多发区，即20世纪90年代是东部降水调整的重要时期。中部地区多雨带有北移的特征，西南地区夏季降水减少的趋势较为明显;西部西北部夏季降水有增加的趋势。

3 海温变化对中国夏季降水影响的分析

1950—2010年的12月至翌年2月、1951—2010年的6—8月各个海区分别构成前期冬季以及当年夏季的季平均海温场。分别对这两季海温场与中国夏季降水场进行奇异值分解，并用蒙特卡罗方法（MonteCarl）检验计算结果。结果表明：这两季均是前三对奇异向量达到95%显著性标准，第四对奇异向量处于置信水平之下。这表明前三对奇异向量在统计上是有意义的。由于第一、第二对奇异向量占较大方差，涵盖两场耦合的主要信号，所以本文仅对同期的前两对和前期的第一对奇异向量所表示的相关特征进行分析。

由于成对奇异向量是由两场交叉协方差求出来的，无论哪个场的向量对应的时间系数均包含了另一个场的信息，所以奇异向量的时间系数与该场的同性相关分布即成对空间分布形式代表了两场耦合相关的空间结构，其相关系数值的大小反映了相关程度。两场线性关系的地域分布达到一定显著性水平，意味着极端海温异常对应极端的夏季降水异常。

3.1 太平洋海温变化对中国夏季降水的影响

3.1.1 太平洋夏季海温变化对同期中国夏季降水的影响。中国夏季降水场和同期太平洋海温场的时间系数如图1所示。第一对奇异向量解释总方差的23.98%，海温场与降水场时间之间的相关系数[R1]（A，B）为0.77，达到0.001（[α0.001]=0.40）显著性水平。通过分析得出第一对奇异向量空间分布型，再结合图1时间系数图，从降水场右奇异向量分布情况可知：中国东北西区为负相关区域，中国东部黄河以南的区域，除了江西大部分区域、广东和浙江的小部分区域外，其他区域都为负相关，中国中部长江以南的大部区域（广西、云南以及整个四川盆地区域）也为负相关，中部东区长江流域上游以南为负相关区域，新疆塔里木河以北除小部分地区外为负相关区域;东北东区、华北、中部地区长江以北大部地区、西部东区长江流域以北区域、新疆塔里木河流域以南区域都为正相关区域。与之对应的海温场，西北太平洋海盆区域为正相关中心区域，赤道中东太平洋为负相关区域。这说明当西北太平洋海盆海域的海温偏高（偏低）而赤道中东太平洋海域的海温偏低（偏高）时，中国华北地区、东北东区、中部地区长江以北大部区域、西部东区长江流域以北区域、新疆塔里木河流域以南区域夏季降水偏多（偏少），而在中国东北西区、东部黄河以南的区域（除江西大部分区域、广东和浙江的小部分区域外）、中国中部长江以南的大部区域（广西、云南以及整个四川盆地区域）、新疆塔里木河以北（除小部分地区外）区域的夏季降水偏少（偏多）。

第二对奇异向量解释总方差的15.84%，海温场与降水场时间之间的相关系数[R2]（A，B）为0.67。经过分析得出：降水场空间分布基本与第一模态一致，只有小部分区域不同，相关系数大小上也略有差别。与之对应的海温场，空间分布状况刚好与第一模态的海温场相反。也就是说，当海温场的海温异常分布情况与第一模态相反时，降水场的分布情况大致与第一模态的降水场分布情况相同。

前两对奇异向量相关空间结构表明，太平洋夏季海温与同期中国夏季降水分布型存在较为复杂的线性组合关系，最有可能出现这样的情况：当赤道中东太平洋海温上升（或者下降）时，中国夏季降水容易出现东部黄河以南区域大范围偏多（偏少）、黄河流域及其以北地区偏少（偏多）。但是，考虑第二模态，发现夏季降水场没有强烈相应同期夏季海温场的显著变化，说明还有其他因素对降水场的影响较强以抵消海温场对降水场的影响。

3.1.2 太平洋前期冬季海温变化对中国夏季降水的影响。冬季北太平洋海温与中国夏季降水的第一奇异向量解释总方差的30.26%，相关系数[R1]（A，B）为0.75。通过分析降水场可知：黄河流域、长江流域及其以南、新疆的大部区域为正相关，而东北大部区域、华北北部、中部东区、长江黄河之间的区域尤其两河上游之间的区域为负相关;与之对应的海温场，西北太平洋海盆区域、暖池区域为正相关，而赤道中东太平洋区域为负相关。也就是說，前期冬季暖池及西北太平洋海盆区域的海温偏暖（偏冷），则当年夏季中国东部黄河以南的区域降水偏多（偏少），东北大部区域降水偏少（偏多），新疆大部区域降水偏多（偏少）。

3.2 印度洋海温变化对中国夏季降水的影响

3.2.1 印度洋同期夏季海温变化对中国夏季降水的影响。第一对奇异向量解释总方差的52.05%，海温场与降水场时间之间的相关系数[R1]（A，B）为0.65，达到0.001（[α0.001]=0.40）显著性水平。通过分析得出第一对空间分布型，再结合图2的时间系数图，从降水场右奇异向量分布情况可知，东北地区的吉林和辽宁地区、东部地区的华北中南部以及黄河流域以南的大部区域、中部长江以南区域、新疆的西北部和东南部为正相关;而东北北部、中部长江流域以北区域、西部东区为负相关。与之对应的海温场（图略），印度洋30°S以北区域为正相关，西太平洋暖池为正相关。这说明当印度洋及西太平洋暖池的海温偏高时，中国长江以南的区域降水偏多。

第二对奇异向量解释总方差的12.87%，海温场与降水场时间之间的相关系数[R2]（A，B）为0.72。经过分析发现，降水场（图略）空间分布基本与第一模态一致，只有小部分区域不同，相关系数大小上也略有差别，长江黄河中上游之间的区域正相关特别明显。与之对应的海温场，西印度洋负相关，东印度洋以及暖池正相关。这表明当东印度洋以及暖池海温偏暖时，中国两河流域之间的中间区域夏季降水偏多。

前两对奇异向量相关空间结构表明，同期太平洋夏季海温与中国夏季降水分布型存在一定程度的线性关系，当印度洋东部及暖池海温偏暖时，中国长江黄河流域降水偏多。

3.2.2 印度洋前期冬季海温变化对中国夏季降水的影响。冬季印度洋海温与中国夏季降水的第一奇异向量解释总方差的46.18%，相关系数[R1]（A，B）为0.68。研究认为，从降水场来看，中国东部大部分地区，尤其是西南地区和西藏东部区域以及两河流域的中间地带为较为大正相关值区，而与之对应的印度洋海温场，印度洋赤道区域海温以及暖池区域为正相关。这说明当印度洋赤道区域以及暖池区域的海温偏暖时，两河流域之间的区域以及江南大部区域夏季降水偏多。

4 结语

通过分析海温场异常对中国夏季降水异常的影响发现，前期冬季和同期夏季海温场的变化对当年夏季降水的影响基本一致。当赤道印度洋东部海域、暖池海温偏高，而太平洋中东地区的海温偏低时，两河中上游流域及其以南区域降水偏多，即中国东南区域以及西南部分区域降水偏多。

参考文献：

[1]齐庆华.西北太平洋水汽异常输送及其与中国夏季降水的耦合模态[J].海洋科学，2009（9）：35-41.

[2]赵俊虎，封国林，王启光，等.2010年我国夏季降水异常气候成因分析及预测[J].大气科学，2011（6）：1069-1078.

[3]王钦，李双林，付健健，等.1998和2010年夏季降水异常成因的对比分析：兼论两类不同厄尔尼诺事件的影响[J].气象学报，2012（6）：1207-1222.

[4]蔡榕硕，谭红建，黄荣辉.中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系[J].大气科学，2012（1）：35-45.

[5]况雪源，张耀存，黄丹青，等.南海海温异常对中国夏季降水影响的诊断研究[C]//第28届中国气象学会年会：S5气候预测新方法和新技术.北京：中国气象学会，2011：16.

[6]郭玲，何金海，祝从文.中国夏季降水影响因子的研究回顾[J].气象与减灾研究，2011（2）：1-7.

[7]李丽平，靳莉莉，管兆勇.北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径[J].大气科学，2010（5）：988-1000.

[8]彭模，韩雪，陈茂钦.中国夏季降水雨型雨带与印度洋海温变化特征分析[J].安徽农业科学，2010（9）：4645-4650.

[9]邓伟涛，孙照渤，曾刚，等.中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系[J].大气科学，2009（4）：835-846.

[10]钱玮，管兆勇.中国南方夏季降水与热带印度洋偶极型海温异常的联系[J].南京气象学院学报，2007（1）：9-16.

[11]钱玮.中国南方夏季降水与热带印度洋及南海海温变化的联系[D].南京：南京信息工程大学，2006：16-17.

[12]张增信.热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系[D].南京：南京气象学院，2004：18-19.

[13]赵振国.中国夏季旱涝及环境场[M].北京：气象出版社，1999：1-4.

[14]陈兴芳，赵振国.中国汛期降水预测研究及应用[M].北京：气象出版社，2000：1-8.

[15]孙照渤，陈海山，谭桂容，等.短期气候预测基础[M].北京：气象出版社，2010：234-450.

[16]黄荣辉，徐予红，周连童.我国夏季降水的年代际变化及华北干旱化趋势[J].高原气象，1999（4）：465-476.

[17]魏凤英.全球海表温度变化与中国夏季降水异常分布[J].应用气象学报，1998（1）：100-108.

[18]陈海山，朱伟军，邓自旺，等.江苏近40a夏季降水异常及其成因分析[J].南京气象学院学报，2003（6）：721-732.

[19]李红梅，周天军，宇如聪.近四十年我国东部盛夏日降水特性变化分析[J].大气科学，2008（2）：358-370.

[20]周连童，黄荣辉.关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究[J].气候与环境研究，2003（3）：274-290.

[21]严中伟.60年代北半球夏季气候跃变过程的初步分析[J].大气科学，1992（1）：111-119.

[22]莫如平.中国降水、气温的年际振荡及其与埃厄尼諾的联系[J].海洋学报，1989（2）：143-149.

[23]刘华.近50年中国降水和温度的统计分析和海洋对其影响初步研究[D].青岛：中国海洋大学，2009：22-32.

[24]王遵娅.中国夏季降水的气候变率及其可能机制研究[D].北京：中国科学院研究生院，2007：30-33.

[25]王蕾，张人禾.不同区域海温异常对中国夏季旱涝的影响[C]//中国气象学会2005年年会论文集.北京：中国气象学会，2005：12.

[26]覃军，王盘兴.中国东部夏季三个雨带降水的年代际变化及其与中高纬环流和海温的关系[J].热带气象学报，2005（1）：63-71.

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