江淮梅雨期降水经向非均匀分布及异常年特征分析外文翻译资料

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江淮梅雨期降水经向非均匀分布及异常年特征分析

竺夏英 何金海 吴志伟

摘要 虽然江淮梅雨的降水在大多数的年份都有一样的空间变化率，但是在一些年份还是呈现出南北相反的变化特征，这个时候的整个梅雨期的降水量一般接近正常。这增加了梅雨短期气候预测的难度。对江淮地区15个站点1951年到2004年6到7月份的降水进行EOF分析。发现了第二个特征向量主要反映了梅雨降水的经向非均匀分布特征。据此将梅雨的降水类型分成了南涝北旱和南旱被涝。并且利用NCEP和ERSST对梅雨降水经向分布异常年的海气背景特征进行了研究。结果发现：南涝北旱年，梅雨期低层锋区和水汽辐合中心偏南, 东亚副热带夏季风偏弱。

西太平洋亚热带高压和200hPa南亚高压位置南，二月北半球和南半球环强，北半球冬季，春季中国沿海海温高。 南干旱北部洪水年份，情况基本相反。 此外，北半球早期的ENSO对梅雨期间降水的不均匀分布有一定的影响。

关键词 梅雨 旱涝 空间分布 海气异常

江淮地区夏季降水的重要部分是雨季，对该地区夏季干旱和洪涝异常有重要影响。自1930年以来，江淮梅雨已有大量研究[1〜8]。在这些研究中，江淮地区全面干旱和干旱及其相关因素更为关注，事实上，江淮地区除了整体涝渍或部分干旱外，总体来看可能是正常但有一些地区涝渍等干旱地区，或整体如1991年，一般被认为是洪水年[9〜11]，但事实上，长江九江，屯溪，南昌，长沙南部的降水量为负距离（waterlog ）扁平，南昌至少要从-228毫米的水平，所以在1991年到长江以南应该是干旱的，而长江以北的水正好相反.Wu等[12 ]揭示正常的夏季风长江该地区中下游地区“干旱”现象，即夏季长江中下游降水平均水平接近正常水平，一段时间时间干旱，另一段时间和涝灾，这是不时考虑的，也有类似的“干旱与洪水”。共存“，即江淮梅雨地区的降水量接近正常水平，长江南北同时是由于干旱和涝灾引起的，而南北逆转变化，前人的研究似乎是但是，人的生命和生产也具有同样重要的影响，而这种局部不一致也增加了气象部门预测雨季短期气候的难度。因此，本文进行了降水场雨季（6〜7月）EOF分析，找出异常异常空间分布及相应的典型年份，重点分析海洋特征不均匀和异常分布的不均匀性，并将转发一些初步预测因素。

1 资料和方法

根据1951年至2004年7月间6月至7月的累积降水，吉耀梅雨地区降水量由丁和王[13]提出。具体做法如下：首先，（6-7个月）降水标准偏差，给出安庆安庆站降水最大变化率，然后与单点降水站160相关的锚定安庆计算得到空间相关图（图1），图1。阴影区域定义为江淮梅雨地区，选择15个站点，1109个E异常值作为梅雨地区的特征站，然后对这些地点的梅雨异常情况进行EOF分析。第二特征向量的时间分布从北向南，即梅雨期降水不均匀分布，NCEP集第一组月平均再分析数据（水平分辨率2.5°times;2.5° ）[14]和国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的第二套扩建重建SST（ERSST）数据（水平分辨率2.0°times;2.0°）[15]分析了梅雨降水经常雨季均匀分布和早期的大气环流异常和海面温度特征。

图1 安庆为基点的6~7 月份梅汛期降水量单点相关图

阴影区相关系数超过95%置信度检验

2 江淮梅雨期降水经向非均匀分布特征对 15 站54 a 梅雨量距平场进行EOF 分析, 得到前7 个特征向量的累积方差贡献率Vh 达90%(表1),其中第一特征向量占51%, 空间分布特点是整体同位相变化, 即前人主要讨论的江淮流域整体旱涝特征(图略)。 第二特征向量的方差贡献率达16%, 其特点是以长江为界(图2(a)), 南北呈反相变化, 即南涝北旱或南旱北涝, 分别以东台和长沙为极值中心, 说明这两个地方梅雨量年际变率最大, 然后向四周扩展。 结合此模态的时间系数变化曲线(图2(b)), 可以发现其年际变化明显, 似乎有25 a 左右的振荡周期,整体变化趋势不明显。

表1 江淮梅雨期降水距平场EOF 分析前7 个特征向量的方差贡献率vh 及累积方差贡献率Vh

根据前 2 个主要特征向量的时间系数的比较, 选出第二模态的典型年份, 具体做法是: 首先分别选出前2 个特征向量的标准化时间系数绝对值gt;0.8 的年份, 对于重叠的年份则取绝对值最大的那个模态(因为当第一模态的标准化时间系数绝对值大于第二模态的标准化时间系数绝对值时, 往往表现为第一模态的空间分布型), 这样经过筛选之后, 最后得到南涝(旱)北旱(涝)型的典型年份(表2)。 为验证这些年份梅雨期降水经向非均匀分布特征, 又计算了江淮地区15 个站, 长江以南7 个站(图2(b)中负值区)和长江以北8 个站(图2(b)中正值区)54 a 标准化的梅雨量S15 , Ssth7 和Snth8, 并定义降水量距平绝对值lt;0.5 个标准差, 即标准化降水量值在[minus;0.5, 0.5]之间的为正常年份, 标准化降水量值gt;0.5(lt;minus;0.5)的年份则为偏涝(旱)年。

由表2 可知, 梅雨期降水经向非均匀分布异常年,江淮地区整体而言, 除1966, 1991 和1993 年, 大部分年份降水量距平绝对值均小于0.5 个标准差, 即整个江淮地区降水量属于正常范围内。 但是长江以南和以北地区的标准化降水量值符号基本相反, 最明显的是1957, 1991, 1993 和1995 年, 长江以南或以北地区的标准化降水量绝对值gt;1, 其他年份至少有一侧(长江以南或以北)地区标准化降水量绝对值gt;0.5, 表明该地区梅雨降水异常偏多或偏少。 由此可以看出, 表2 选出的江淮梅雨期降水经向非均匀分布异常年是比较合理的。

图2 第二特征向量的空间分布(a)及对应时间系数变化曲线(b)

1. 中的黑色圆点代表图1 中的15 个站点; (b)中的粗实线为趋势线

表2 江淮梅雨期南涝(旱)北旱(涝)异常年及标准化的

梅雨量a)

长江以南的降水几乎是正的（1966年除外），而长江以北是阴性的，说明长江以南的降水量太高，北方的降水较少。 1966年，虽然三个标准值小于0，但长江以南的标准化趋于0，其实常德，长沙，岳阳等地的降水明显较高，可以归为南1993年，江淮地区15个站的总降水量明显高于长江以北，长江以南地区异常高。与1993年相比，降水量几乎达到两个标准偏差。因此，归为南方旱灾年份。为了进一步验证上述结果，也难以发现长江以南是一个正面的异常区，最大的中心区是岳阳，南昌，常德等地。降水异常超过1​​20毫米，长江以北为负异常，最低为-136毫米。

长江以南，长江以南的降水大部分为负，长江以北为正（1960年除外），与南部的洪水相反。对于整个长江和淮河，降水异常的绝对值小于0.5标准差，属于正常的降水年。 1991年，降水远远大于0.5标准差，过去的研究[9,10]关注这一点，但很少注意到长江南部的降水实际上小于正常值，特别是南昌228 mm小于正常水平，所以1991年应该被列为干旱年份更为客观。虽然1960年的三个标准值小于0，但长江以北的标准化趋向于0，实际上合肥，中乡等地区的降水明显高于干旱，北。同样，长江以南的降水异常低于-160 mm，长江以东的降水异常大于230 mm

综上所述, 江淮梅雨期降水存在经向非均匀分布特征, 南涝北旱的典型年份有1964, 1966, 1973,1977, 1993, 1994 和1995 年, 南旱北涝的典型年份有1956, 1957, 1960, 1975, 1991 和2003 年。 可以看出,20 世纪80 年代几乎没有出现典型的南北非均匀分布异常年, 因此, 这种经向非均匀分布特征可能具有年代际变化特征。 对于以上这些典型年份, 南旱北涝的强度似乎要比南涝北旱的强度要大得多, 且大部分年份江淮地区整体梅雨量趋于正常。

3 江淮梅雨期降水经向非均匀分布异常年同期大气背景特征

梅雨锋是冷暖空气的交汇区[16], 因此梅雨雨带位置可能与冷暖空气的强弱有关. 1000 hPa 温度距平场合成图(图略)显示, 南旱北涝年, 长江以南为正距平区, 长江以北为负距平区, 表明冷、暖空气的势力都较强, 而0 距平线在长江以北, 则说明冷暖空气的交汇区偏北, 即锋区偏北。 南涝北旱年, 冷暖空气的势力仍较强, 但0 距平线在长江以南, 表明锋区偏南。

江淮梅雨是亚洲夏季风进入长江流域的产物[17]，所以异常的雨季与亚洲夏季风异常密切相关。 850 hPa风场与南亚热带地区差异之间的区别涵盖了大范围的东北差异气流，表明梅雨期降水东亚亚热带夏季风的异常年异常是 非常不一样。 南方汛期西南风较弱，南汛期西南风较强，有利于水汽输送方向。 此外，在亚太热带西太平洋气旋差异循环中，表明西部西部的南方旱灾干旱过高，北部干旱强度偏弱。

850 hPa 水汽输送的合成差值场(图3(a))显示东亚上空为大范围的东北差值水汽输送区, 说明南涝北旱年向北的水汽输送较南旱北涝年弱得多, 并且这种差异主要是由偏西风的水汽输送强弱造成的,而副高南侧偏东风的水汽输送差异较小, 这与卓东奇等人[18]的研究结果相一致。 水汽通量散度图表虽然南北非均匀分布异常年的水汽辐合中心的强度相当, 但位置差异显著, 南涝北旱时水汽通量辐合中心在 30°N 以南(图略), 而南旱北涝时水汽辐合中心则偏北, 在30°N 附近(图3(b))。

图3 梅雨期850 hPa 水汽通量合成差值(a)和南旱北涝年850 hPa 水汽通量散度合成(b)

1. 中南涝北旱年减南旱北涝年, 单位为g·cmminus;1·sminus;1, 阴影区超过95%置信度检验; (b)单位为10minus;8 g·cmminus;2·sminus;1

研究表明江淮流域夏季发生旱涝异常时500 hPa位势高度场有相应的异常[19]. 500 hPa 位势高度距平合成图显示, 南涝北旱年(图4(a)), 欧亚大陆东部上空从低纬到高纬为“ minus; minus;”的距平波列, 表明西太平洋副高偏南, 高纬度鄂霍次克海阻塞形势偏强; 南旱北涝年(图4(b)), 欧亚大陆东部上空从低纬到高纬为“minus; minus; ”的距平波列, 表明西太副高偏北, 高纬度鄂霍次克海阻塞高压仍旧很明显。

梅雨与南亚高压有密切联系[16]. 图5 是南涝北旱年200 hPa 位势高度距平合成图. 北半球极区为负距平区所控制, 即位势高度场偏低, 表明极涡偏强. 欧亚大陆高纬度地区位势高度距平大部分为负值, 中、低纬度地区, 90°E 以西为正距平区, 即位势高度偏高;90°E 以东, 20°N 以北位势高度偏低, 20°N 以南位势高度偏高, 表明南亚高压偏西偏南。 而南旱北涝年情况基本相反(图略), 即极涡偏弱, 南亚高压偏东偏北。从梅雨期6~7 月份低层到高层的温度场、大气环流场及水汽输送的分析可以看出, 梅雨降水南北非均匀分布异常年梅雨同期这些大气特征存在明显的差异. 南涝(旱)北旱(涝)年, 低层锋区和水汽辐合中心偏南(北), 东亚副热带夏季风偏弱(强), 西太副高和高层南亚高压偏南(北)。

图4 梅雨同期降水经向分布异常年500 hPa 位势 高度距平合成图

单位为gpm; (a) 南涝北旱年; (b) 南旱北涝年

4 江淮梅雨期降水经向非均匀分布异常年前期海气背景特征

从图可以看出。 2表示第二特征向量的时间系数小于0，表明雨季为北，时间系数小于0，表明雨季绝对值越大，表明干旱更严重 南北。 因此，作为变态北部和南部变质异常异常分布的一个参数，被称为“南北指数”。 越来越多的研究表明，梅源梅雨与冬季和春季初期异常大气环流异常密切相关[20〜22]，特别是2月[19]。

在本文中，计算了南北指数与大气环流早期指数之间的相关性。发现十二月到二月初冬季梅花变质分布与北半球环形模型（NAM）呈负相关。二月相关系数最高，二月和四月初南北指数与南半球环形模型（SAM）的相关系数分别为-0.3，-0.23，可靠性试验超过95 ％。图6显示了二月份南北指数与海平面压力场的相关性，大部分亚热带和低纬度地区受负相关区域的控制，特别是在太平洋和非洲（图6（a ）），高纬度地区相关系数最高相关系数大于0.4，表明高纬度和低纬度梅雨降水南北季异常年均呈逆相变特征， - 北半球和北半球的南环之间的关系。

以前的研究指出，不仅热带地区的异常海面温度异常对长江，淮河夏季干旱和洪涝异常影响较大，而且中纬度中国近海（包括黑潮面积）江淮地区的纬度与干旱和洪涝密切相关[24〜27]。从南北指数和海温相关图可以看出，梅雨降水南北降水均匀分布的年际变化可能与冬季初期ENSO有关（图7（a ））和赤道东部和中部太平洋。冬末冬季，ENSO的雨季可能受到影响，梅雨带晚期可能向北，长江以南较少雨。西太平洋低纬度地区受负相关区域的控制，特别是南海和黑潮。结果表明，这些海域海面温度的异常分布可能对降水的不均匀分布有一定的影响，特别是当海温高时，雨季很可能是南部，海温较低（图7（b）），相邻的海域（即渤海，黄海，东海和南海北部）呈显着负相关区域，表明海域为正异常，梅雨晚期带可能为南，海温异常为负，5月下旬雨带很可能向北运动。

总之，梅雨期降水期间大气环流和海面温度差异明显，汛期南部不平衡和弱势弱（弱），北半球冬春季（ 包括黑潮地区），海面温度高（低），梅雨期降水异常分布也可能受到北半球早期ENSO的影响。

5 结论和讨论

梅雨期间的干旱和

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