（气象学专业论文）澳门汛期降水季节内变化的年际及年代际变化.pdf

摘要 本文利用1 9 5 2 至2 0 0 1 年澳门的降水量资料及同期n c e p ，n c a r 再分析资料， 采用统计诊断方法分析和研究了澳门降水的季节内变化、其年际年代际变化以及 和大气环流的关系。 结果表明，澳门降水存在1 3 至5 5 日的季节内变化；澳门前后汛期降水季 节内变化的标准差与同时段的实际降水存在很好的正相关关系；前后汛期降水的 季节内变化强度存在3 至7 年的年际周期，而年代际周期为1 3 至1 6 年，在5 0 年中，六十年代术至八十年代初为降水偏多的时段。 对澳门降水季节内变化强弱年的大气环流异常情况的合成分析，均反映出影 响澳门前后汛期降水异常主要与西风槽以及副热带高压的强度和位置有关。 通过对5 0 年澳门降水与8 5 0 h p a 经纬风季节内变化的相关分析，发现澳门前 汛期降水与南海西北部的纬向风距平分量成正相关关系；而澳门后汛期降水与华 南地区的纬向风距平分量成负楣关关系。另外还分析了5 0 年澳门前后汛期降水 季节内变化标准差的超前预报关键海区及5 0 0 h p a 位势高度关键区，结果发现位 于孟加拉湾及西伯利亚地区上的5 0 0 h p a 位势高度是可作为澳门前后汛期的关键 区之一，而在印度尼西亚邻近海域以及西北太平洋上的海表温度亦可作为澳门前 后汛期的关键区之一。 关键词：季节内变化谐波分析年际及年代际关键区 t h ei n t e r a n n u a la n di n t e r d e c a d a lv a r i a t i o no f i n t r a s e a s o n a lo s c i l l a t i o no nm a c a o sr a i n f a l l m a j o r ：m e t e o r o l o g y n a m e ：t o n g t i nn g a i s u p e r i o r ：p r o f l u oh u i b a n g a s s o c i a t ep r o j i a nm a o q i u a b s t r a e t b a s e do nt h er a i n f a l ld a t ao fm a c a of r o m1 9 5 2t o2 0 0 1a n dt h en c e p n c a r r e a n a l y z e dd a t a t h ei n t r a s e a s o n f l lv a r i a t i o no fm a c a o sr a i n f a l l i t si n t e r a n n u a la n d i n t e r d e c a d a lv a r i a t i o na n dt h e i rr e l a t i o n s h i pw i t ht h ea t m o s p h e r i cc i r c u l a t i o na r e a n a l y z e da n ds t u d i e db ym e a n so f t h es t a t i s t i c a lm e t h o d s t h er e s u l t si n d i c a t et h a tm a c a o sr a i n f a l lh a sar e m a r k a b l ei n t r a s e a s o n a l o s c i l l a t i o no f13t o5 5d a y s ；t h es t a n d a r dd e v i a t i o no fi n t r a s e a s o n a lo s c i l l a t i o ni n r a i n ys e a s o nh a sv e r yg o o dc o r r e l a t i o nd e p e n d e n c ew i t ht h ea c t u a lr a i n f a l li ns a m e p e r i o d s ；t h er a i n y s e a s o ni n c a - s e a s o n a lo s c i l l a t i o n i n t e n s i t y h a s3t o7 y e a r s i n t e r a n n u a lv a r i a t i o n a n dt h ei n t e r d e e a d a lv a r i a t i o ni s1 3t o1 6y e a r s i nt h ep a s t5 0 y e a r s ，t h er a i n f a l la tm a c a o i si nt h ef l o o dp e r i o df r o mt h ee n do f6 0 st ot h eb e g i n n i n g o f 8 0 s t h r o u g h t h ec o m p o s e d a r i a l y s i so n t h eg e n e r a lc i r c u l a t i o ni ns t r o n ga n dt h ew e a k c a s e so fi n t r a s e a s o n a lo s c i l l a t i o no fr a i n f a l la tm a c a o i ti sr e v e a l e dt h a tt h ea b n o r m a l a c t i v i t i e so fr a i n f a l li nt h er a i n ys e a s o na r em a i n l yr e l a t e dt ot h ew e s t e r l yw i n d t r o u g h a sw e l la st h es u b t r o p i c a lh i g hi n t e n s i t ya n dt h e i rp o s i t i o n s t h ei n t r a s e a s o n a lv a r i a t i o no fm a c a o sr a i n f a l li na p r i lt oj u n eh a sag o o d p o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t hz o n a lw i n da t8 5 0 h p a1 e v e l1 a y e ri nt h en o r t h e r np a r to f t h e s o u t hc h i n as e a h o w e v e r , i nm a c a o ss e c o n dr a i n ys e a s o n t h ei n t r a s e a s o n a l v a r i a t i o no fr a i n f a l lh a sg o o dn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i mt h ez o n a lw i n da n o m a l i e so v e r t h es o u t h e r nc h i n aa r e a m o r e o v e rt h et e l e c o r m e c t i o n p a t t e r n s b e t w e e nt h e i n t r a s e a s o n a lv a r i a t i o ni n t e n s i t yo ft h ep r e c i p i t a t i o na tm a c a oa n db o t ht h e5 0 0 h p a g e o p o t e n t i a lh e i g h ta n d t h es e as u r f a c et e m p e r a t u r ea r ea l s oi n v e s t i g a t e d ，i ti sf o u n d t h a tt h ea n o m a l i e so ft h e5 0 0 h p ag e o p o t e n t i a lh e i g h to v e rt h eb a yo f b e n g a la n d t h e s i b e r i aa r e aa r ec l o s er e l a t e dt ot h ei n t r a s e a s o n a lo s c i l l a t i o no fr a i n f a l la tm a c a o a n d t h es e aa r e a si nt h ev i e i n i t yo fi n d o n e s i a na sw e l la si nt h en o r t h w e s t e mp a c i f i ca r e t h ek e ya r e a so f t h es u r f a e et e m p e r a t u r ef o rt h ei n t r a s e a s o n a lo s c i l l a t i o no f r a i n f a l l k e y w o r d s ：i n t r a - s e a s o n a lo s c i l l a t i o n ，h a r m o n i ca n a l y s i s ，i n t e r a n n u a la n di n t e r d e c a d a lv a r i a t i o n ， k e y a r e a s i i 1 1 澳门简介 第1 章引言 澳门位于华南沿岸珠江三角洲的珠江口西侧，北接中国珠海特区，南临南海， 东望珠江口东侧的香港，西隔水见珠海的湾仔、大、小横琴岛。在面积仅约2 5 平方公里的陆地面积上，居往了超过4 0 万的人v l ，人口密度居世界高位( 每平 方公里有1 6 0 0 0 余人) 。澳门是由澳门半岛、醚仔岛及路环岛组成，澳门半岛与 愁仔岛之间有桥梁南北相接，而毡仔岛与路环岛之间已于填海区上筑有公路。 澳门虽为弹丸之地，但中西文化汇合，交通方便，旅游业十分蓬蓊，尤其因 九九回归盛事，使澳门举世闻名；气候与市民的生活、社会各种活动及经济的发 展息息相关，影响深远。 开埠四百多年的澳门，早在1 8 6 1 1 8 6 6 年期间，因一项研究传染病与气候关 系的工作，已有片段的气候资料刊登于政府宪报内。澳门的气象观测始于1 8 8 1 年，而完整的纪绿则从1 9 0 1 年开始；虽有百年的气象资料，但对澳门气候的研 究并不多，远较邻近的广东及香港逊色。 澳门在北回归线以南，属副热带海洋性气候；一年有两次太阳直射，阳光充 沛，终年高温，配合热带海洋的调节，日气温及月气温的变化较少。冬、夏季风 均十分明显，是典型的季风区，雨量充足，冬干夏湿，夏半年总雨量占全年八成 以上。 影响澳门的气象灾害主要是台风及暴雨，其次为强烈季风及雷暴，但后两者 影响甚少。资料显示，每年平均有6 个热带气旋侵袭澳门并引致当地悬挂热带气 旋信号，最早的台风灾害出现在四月，最迟的曾有一次在十二月；与热带气旋相 伴随的狂风大骤雨，往往造成财物损失，甚至于酿成人命伤亡，是在澳门破坏性 最强的自然灾害。暴雨及它的次生灾害( 如：淹水、滑坡、水土流失等等) ，除 对市民的同常生活带来不便外，更直接导致财产损失及自然资源破坏；暴雨全年 可有，大暴雨发生在前汛期较后汛期多一些。 1 2 有关季节内振荡的研究回顾 虽然3 0 至6 0 天大气低频振荡在8 0 年代才引起人们的普遍注意，但早在7 0 年代初就已发现3 0 至6 0 天大气振荡的存在。根据1 9 5 7 至1 9 6 7 年在坎顿岛的1 0 年观测资料，m a d d e n 和j u l i a “1 9 7 1 ) “1 通过谱分析首先发现热带大气在风场和地面 气压场的变化中存在4 5 至5 0 天周期的低频振荡。一年后，m a d d e n 和j u l i a n ( 1 9 7 2 ) 嘲通过进一步分析又证实了全球热带地区都存在着4 0 至5 0 天的低频振荡，并且 他们还指出这种振荡具有纬向波数1 的扰动及向东传播；振荡起源于热带印度洋 和西太平洋，与移动性w a l k e r 环流有联系。 z v e r y a e v 等0 1 对亚洲夏季风季节内涛动强度的年代际变化作出分析，他们 首先对每年夏季风时段的纬向风的序列做带通滤波，分别将1 0 至2 0 日以及3 0 至6 0 日的季节内振荡滤波，然后对得出的序列计算标准差，并且定义为季节内 振荡的强度。另外他亦对纬向风季节内涛动的强度与海平面温度来做相关分析及 奇异值分解，发现夏季平均纬向风的变化以及其季节内振荡的强度是对夏季风年 际及年代际变化有主要的贡献。 b i nw a n g 等对北半球夏季风的奇异性及气候季节内涛动作出分析，他利 用了1 9 7 5 年至1 9 9 2 年候平均的o l r 资料，为了研究o l r 时涮序列的本身振荡 情况，他对西北太平洋夏季风区先去除傅理叶的前4 个谐波，然后对其做谱分析， 发现存在2 0 至6 0 日的显著周期( 信度为9 5 ) 。 李薇等“1 根据1 9 8 2 1 9 9 2 年期间的日平均m i c r o w a v es o u n d i n gu n i t ( m s u ) ( s p e n c e r ，1 9 9 3 ) 海洋降水和5 天平均的c m a p ( x i e & a r k i n ，1 9 9 7 ) 降水观测资料，分 2 析了热带太平洋大气季节内振荡( m j o ) 的年际变化特征。在太平洋海表温度( s s t ) 年际变化的异常年份( 1 9 8 2 8 3 年，1 9 8 6 8 8 年，1 9 9 1 9 2 年) ，均有明显的m j o 信 号传到日界线以东并在中、东太平洋维持数月。热带m j o 活动强度的年际变化 与局地s s t 的变化存在正相关。中、东太平洋降水的季节内振荡的年际变化与 热带太平洋s s t 的最强正相关在n i f l 0 3 区附近。 李崇银”1 系统地回顾和总结了十多年来在大气季节内振荡( i s o ) 及其对其他 气候系统的重要作用方面的主要研究工作和成果，尤其是新近的研究成果。主要 包括热带大气i s o 的基本特征和主要活动规律；中高纬度大气i s o 的基本特征和 活动规律，以及与热带大气i s o 的主要差别；全球大气低频( 3 0 6 0 天) 遥相 关特征；大气季节内振荡的动力学机制；大气季节内振荡对南海( 亚洲) 夏季风 爆发，以及对南海( 东亚) 夏季风异常的重要作用。 陆同宇等”1 分析了在年际变化时间尺度上，与华北地区春季降水异常相关联 的大尺度大气环流异常。发现在华北春季降水多时，东亚地区上空在整个对流层 中存在一反气旋式环流异常。即与季节演变特征相符，而在热带地区存在与季节 演变相反。 李江南等8 1 用4 8 年广东7 个代表站的降水资料对广东前汛期和后汛期的气候 特征进行了统计分析，结果发现：广东降水的年变化曲线主要有单峰型和双峰型， 单峰型多为内陆站，峰值在5 - 6 月；双峰型多为沿海站，峰值在5 - 6 月和8 月。 广东省降水的年际变化总趋势略有上升。2 0 世纪9 0 年代降水十分异常，降水量 明显增大。前汛期和后汛期降水年际变化很大，总体说来是负相关，情况大致相 反，但1 9 8 6 - 1 9 9 1 年是例外。广东省前汛期和后汛期降水周期变化特征很不相同。 前汛期主周期为2 2 、7 和3 年，后汛期主周期则为1 l 和3 5 年。前汛期和后汛 期的降水与西太平洋副热带高压脊线位置的周期特征很相似，证明两者有很密切 的关系。 1 3 研究目的 气候的年际变化是短期气候预测的主要对象之一。年际气候变动是通过大气 环流季节变化的异常而表现出来的。大气环流季节变化的根本原因是到达地表面 的太阳辐射量的季节变化，而大尺度海陆分布、海洋环流、冰雪过程、陆地表面 过程等因素也对大气环流的季节变化及季节内变动有显著影响。因此，大气环流 的季节及年际变化是十分重要面又非常复杂的科学问题，是气候可预测性研究的 核心科学问题之。 澳门地处东亚季风区，前人的研究结果表明东亚夏季风存在1 0 至2 0 日和3 0 至6 0 日的振荡，而东皿冬季风亦存在3 0 至6 0 同的振荡，由于澳门的降水与季 风的活动有密切的关系，所以澳门降水是否存在季节内振荡( i n t r a - s e a s o n a l o s c i l l a t i o n 下面简写为i s o ) 9 为了更深入了解，本文拟根据1 9 5 2 至2 0 0 1 年澳门 降水量资料以及n c e p 的再分析资料，使用功率谱、谐波分析等统计方法，分析 澳门降水的季节内变化特征的年际及年代际变化，并且还会对极端年份探讨大气 环流的异常。 由于澳门处于亚洲季风区，而对流层低层的流场能很好地表现出冬夏季风的 特征，因此本文希望找出8 5 0 h p a 风场如何影响澳门降水i s o ，以及它们之间振荡 的位相关系，并由此决定那些区域对澳门降水季节内变化的贡献最好。另外还会 引入一些预报的元素，通过探讨澳门降水i s o 与5 0 0 h p a 位势高度场及s s t 的超 前预报关键区，以便能提前对澳门降水s o 的位相变化作出预报。 4 2 1 资料选取 第2 章资料及方法 本论文取1 9 5 2 2 0 0 1 年共5 0 年澳门日降水量资料作为基本资料，并利用 n c e p r e a n a l y s i sd a t a ( p r o v i d e db y t h en o a a - c 甚强sc l i m a t e d i a g n o s t i c sc e n t e r , b o u l d e r , c o l o r a d o , u s a 。f r o mt h e i rw e b s i t ea t h t t p ：l l w w w c d c n o a a g o v ) 的日平均 8 5 0 h p a 经纬风资料、月平均8 5 0 h p a 经纬风资料及5 0 0 h p a 高度场资料，时间由1 9 5 2 至2 0 0 1 年，资料的分辨率为2 5 x 2 5 度，分析范围取东经7 0 1 8 0 度，南纬l o 度 至北纬i 0 度；而s s t 方面会取n o a a c i r e s ( n o a a c i r e s c l i m a t e d i a g n o s t i c s c e n t e r b o u l d e r , c o l o r a d o , a t h t t p ：w w w c d c n o a a g o v ) 提供的月平均s s t 由1 9 5 1 2 0 0 1 年每2 x 2 度的资料。 2 2 数据处理 本文分析季节内变化序列主要以候的时间序列作为分析，因此对澳门日降水 量的资料，计算5 0 年逐年7 3 候的候降水量，以便下面分析；同理对8 5 0 h p a 的 日平均经纬风资料，会对逐一格点计算5 0 年7 3 候的候平均。 2 3 方法概述 下面详细介绍本文使用的统计分析方法，包括功率谱、谐波分析以及m o i l e r 小波分析的计算原理。 5 2 3 1 功率谱 功率谱分析可以用来研究要素序列的变化周期，有直接法和间接法，间接法 也称相关函数法，即通常的连续功率谱，它是由布列克曼图基( b a c k m a n t u k e y ) 提出的，故常称这种谱为b t 谱，对于一个标准化时间函数x ( c ) ，其自相关函数 为 p ( f ) = i x ( o x o + f ) d r ( 2 1 ) 其中r 为落后时i q 长度，由傅立叶变换理论可得： p ( f ) = 1 一。珊弦4 “d 国 s ( ) = f p ( f ) p 一。7 d f ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) 其中s ( u ) 称为时间函数x ( t ) 的连续功率谱，而p ( t ) 与s ( 。) 恰为一傅立叶 变换对，( 2 3 ) 式表明，时间序列的功率谱可以用序列的自相关函数来计算，通 过离散化积分及加窗( 防止矩形波权函数泄漏) ，连续功率谱可用下式计算： 驴：卜+ z 静c o s 爿朋- o ，k 。哟 。， 其中m 为最大落后数，k 为波数，r ( t ) 为序列的自相关函数，d ( t ) 为谱窗 函数此处用帕仁( p a r z e n ) 窗： f ，s c 三m ，3 + s c 导，3 ，。j ，j s 予 f研 7 酬2 z c 一鼽詈 m ( 2 5 ) 为了检验周期的显著性，还需要根据序列的红白噪声过程特性作x2 检验， 序列的红噪声过程谱函数为 6 s “= ! 二! 塑 ( 2 6 ) 1 - 2 r ( 1 ) c o s 堕 2 ( 1 ) 其中r ( 1 ) 为t = l 时的自相关函数值，序列的白噪声过程谱函数s a = 1 。序列 的红白噪声过程特性可用如下临界值判断： 棚，= 皆 ， 当“1 ) r c ( 1 ) ，表示序列具有红噪声过程特性，可用红噪声谱检验，否则用白噪 声谱检验。 2 3 2 谐波分析 气候序列中常存在着一些周期性的波动成份，这种成分可用傅里叶级数加以 分析，这种分析是在时域里进行的，因而可将波动份量提取出来，这就是常用的 谐波分析方法。谐波分析可用来研究气候要素的周期性及其振幅大小。因而也可 作趋势外推预报，还可分析要素年内变化的谐波以解释要素变化的成因，对气温 还可以研究一地气候的海洋性或大陆性属性，推测极值出现的时间。 设序列为xj , x ：，x t ，将其表示为傅里叶( f o u r i e r ) 级数： 耻”舢i n ( 等蝴) + a 2s i n ( 等2 帅： ：厶+ m4s i n ( 孕r + 仇) ( 2 - 8 ) 其中a q a 。为振幅，1 l r ，1 i tz ，为位相，t 为周期，对实际资料t = n ，对年 内月资料，t = 1 2 ，m 为最大波数，m 冬，各振幅和位相可用傅氏级数方法确 定。对任一波数k ，先由下式计算傅氏系数， 则该波动的振幅和位相为 7 m 矧俐h舞 i 降 4 = 喜竞x r = l ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 谐波分析是以序列中存在着波动为前提，如果序列中没有波动成分，或波动 振幅细微，或者虽然序列中有周期成分，但也存在较强的长期趋势的干扰，这种 方法也就失效，这是这种方法的局限所在。 2 3 3m o f l e t 小波分析 小波分析是近年来发展起来的新数学分支，它源于1 9 8 0 年法国科学家m o r l e t 的地震资料中，它是在f o u r i e r 变换和窗口f o u r i e r 变换基础上发展起来的，目前 是国际上十分活跃的研究领域，被称为f o u r i e r 分析发展史上的一个里程碑。小 波变换巳取得重大突破，以至于所有传统上使用f o 嘶e r 变换的地方，均可用小 波变换替代，且它还独具许多优点：它能在时域和频域同时具有良好的局部性质 它能将信号分解成交织在一起的多尺度成份，并对各种不同尺度( 或层次) 成份 采用相应粗细的时域或空域取同样步长，从而能够不断地聚焦到所研究对象的任 意微小细节，具有数学上严格的突变点诊断能力。因此，近1 0 多年来已在许多 学科领域得到广泛应用。在大气科学中主要应用在天气分析、气候变化。下面简 单介绍这一方法： 若一函数h ( t ) 满足容许性条件： c h ：社丛如 。 圆 ( 2 1 2 ) 其中h ( ) 为h ( t ) 的f o u r i e r 变换，则称平方可积函数h ( t ) l 2 ( r ) 为一个基本 小波或小波母函数。 定义 厅叫( r ) = 忑1 ( t - 口b a ) 、，口 ( 2 1 3 ) 为由母函数h ( 0 生成的依赖于参数a ，b 的连续小波，其中a 为尺度伸缩因子 b 为平移因子。 为 而h 。n ( t ) 的f o u r i e r 变换可表为 吃，。( ) = 慨( r ) e - i n d t = 届啪( 岛c o ) e “ ( 2 - 1 4 ) 函数( 数据) “f ) 的小波变换定义为： 町( 玎，6 ) = f 厂( f ) 吃，。( o a t ( 2 - 1 5 ) 其中h ：，h ( c ) 为乜 b ( c ) 的复共轭，由f o u r i e r 变换性质和p a r s e r v a l 定理，上式可表 ( 2 1 6 ) ( 2 - 1 6 ) 式即为小波变换在频率域上的表示式，w a ，b ) 称为小波系数，相应 w a b ) 的逆变换( 重构) 公式为 巾) = 击! 砂缸警(2_17)h吖o “ 上述小波母函数常用的有墨西哥帽小波和m o r l e t 小波，本文棵用m o r l e t 小 波，它是- - z o o 复数小波函数，形式为 ( f ) = e 。( p 一一l q - e 一2 ) 其f o u r i e r 变换形式为 - ( c o - f 】) 2 一壁一竺n 2 h a ( ) = p 2 一p 4e4 用该小波函数时，物理空间尺度l 与伸缩尺度因子a 之间关系为 ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) 9 ， p 如 叻 妨 k 洳 啦 。抄一。吖_ 长一石盲 一 = r = 志 a ( 2 - 2 0 ) 其中t 相应于f o u r i e r 分析的周期长度，q 常数通常取为6 o ，而尺度因子 a = 2 0 2 ( “)( 2 - 2 1 ) 复数形式m o r t e l 小波比实数形式小波有更多优点，它的实部和虚部的相位差 玎2 ，可以消除实数形式小波变换模的振荡，且还可将模和位相分离开来，其实 部和虚部可分别作为两个子波函数看待，模可判断信号不同时空尺度的结构及其 突交点的位置，而虚部为双对称小波函数。 1 0 第3 章澳门降水季节内变化序列 澳门地处亚洲季风区，已有的研究结果表明亚洲夏季风存在l o 至2 0 日和3 0 至6 0 日的振荡，而东亚冬季风亦存在3 0 至6 0 目的振荡，由于澳门的降水与季 风的活动有关，所以本章会对澳门5 0 年候降水序列作谐波及功率谱分析，找出 降水的季节内显著周期，并利用此周期范围分解出澳门降水季节内变化序列，并 对其特征作出分析。 3 1 澳门降水的气候特征 3 1 1 澳门降水气候资料 澳门的降水年循环( 类型) 与广东降水基本一致，由表3 1 可知澳门主要的 降水出现在4 至9 月( 春夏季) ，5 0 年平均的降水量都超过1 5 0 m m ，其型态主要 呈现两个峰值，首个峰值出现在六月，属华南前汛期盛期多雨，第二个峰值在八 月，主要是由台风等热带系统所引致的后汛期。至于各月份降水强度的情况可看 表3 2 ，4 月至9 月平均超过9 毫米天，当中5 、6 及8 月更高达1 3 毫米天，澳 门在1 0 月至3 月主要为稳定的降水为主，而4 月至9 月为对流性降水；相应各 月份的降水日数可看表3 3 ，3 至9 月多年平均都超过2 0 天，当中以6 月最多为 2 6 9 天，综合可知多年4 至9 月的降水，无论在强度以及降水日数均能反映出这 时段降水的重要性。另外这里还会了解多年月平均各风向的百份比( 表3 4 ) ，由2 月至5 月风向出现的频率主要为偏东风最多，留意到5 月份开始，南至西南风的 频率百份比明显增大，到6 、7 月份转为以南至西南风为主，而在8 、9 月份南至 西南风的频率开始减少，取而代之为偏东风及偏北风。由此可见澳门汛期风向的 频率与东亚夏季风以及副高的活动有密切的关系。 表3 - 11 9 5 2 至2 0 0 1 年月平均降水量( 单位：毫米) 表3 - 21 9 5 2 至2 0 0 1 年月平均降水强度( 单位：毫米天) j a nf e bm a ra nm a y j u nj u l a u g s e p o c tn o vd e c 表3 31 9 5 2 至2 0 0 1 年月平均降水日数( 单位：天) j a nf e bm a r a nm a y j u nj 1 1 1 a u gs e p o c tn o vd e c d a y s 1 4 a1 8 42 1 02 0 82 4 32 6 92 4 72 4 62 1 71 5 o1 2 8 1 2 3 接下来了解下澳门逐候5 0 年平均的降水分布图( 图3 i ) ，以每5 天为一候， 全年共7 3 候，图中可见冬季的降水偏少全年的降水较多的时段分布在第1 9 至 5 9 候，当中第1 9 候的降水量明显增加，而第3 2 候降水达到多年平均最高值，其 次峰值为第2 0 候、第2 6 候、第4 6 候和第5 4 候，图中亦可大致看到多年平均存 在6 候左右的振荡，由此可见，澳门多年平均候降水比起多年月平均双峰型更细 致地表现出降水季节内变化的峰值型态。 至于各候降水5 0 年的的变动幅度可通过其标准差来度量，如图3 - 2 所示， 冬半年降水量较少的候对应5 0 年的标准差也较小，相反第1 9 至第5 4 候的标准 差均超过6 0 m m ，振幅也明显较大，当中以第2 6 、3 0 及3 3 候的标准差值最高， 达到l o o m m 以上，其次为第3 7 、4 l 、4 6 及5 4 候，当中明显可见存在4 至6 候的 振荡，而前汛期中的标准差峰值更存在稳定的4 候振荡，图中亦可见前汛期的降 水变动幅度明显较后汛期大。 篡鼢丽兰锄m 矿筹竺珊鼢百 怠 委 表3 41 9 5 2 至2 0 0 1 年月平均风向频率百份比 d i r e c t i o aj a af e bm a ra p tm a yj u n j u l a u gs e p o c tn o vd e ca n n u a l c a l mi 4 20 8o 7 0 51 7 n 521 2 10 7 1 ，8i 2 n 2 6 5 2 1 71 2 ，27 1 3 61 3 0 91 ，87 81 652 7 13 01 3 1 n n e1 1 49 97 33 , 22 210 71 76 91 5 81 681 3 77 5 n e2 8 l ，821 0 40 8 0 31 ，3 4 3 82 832 e n e3 2 1 1 61 20 71 3 10 92 42 92 93 41 9 e3 84 14 32 83 23 83 66 78 7 23 72 , 84 5 e s e1 6 92 1 32 9 23 4 72 5 51 5 21 11 7 1 9 92 4 11 9 71 32 0 ，6 s e8 1 1 , 41 8 72 1 91 9 61 2 71 3“1 2 31 2 26 1 7 21 2 , 9 s s e2 445 36 58 51 0 81 1 31 l 5 21 7o 60 95 7 s0 30 82 94 68 41 0 81 1 76 3 2 80 70 10 14 ，1 s s w0 1 0 92 65 59 61 5 11 71 0 3 4 20 , 7 0 0 ，15 5 s w0 10 70 92 91 0 41 7 6 1 9 91 54 60 40 10 16 w s w00 10 10 31 12 84 54 5 1 5o 30o 11 3 w 000 100 10 3l1 _ 3 0 60000 3 w s w00o000 0 ，20 1o 30 1000 1 n w 1 10 71 10 60 70 7 0 92 63 10 61 61 21 2 n n w 2 2 41 8 61 17 15 54 22 66 71 5 31 21 7 8 2 2 81 21 图3 - 1 澳门1 9 5 2 至2 0 0 1 年逐候多年平均的降水分布图 1 3 候 图3 - 2 澳门降水逐候标准差演变图 3 1 2 澳门汛期降水的大气平均状况 澳门前汛期降水根据降水性质的不同可分为前期( 4 月上旬至5 月上旬) 及后 期( 5 月下旬至6 月) ，在前期，由于冷空气活动强而频繁，特别是南支槽的扰动 常造成连续的降水天气，这类降水通常比较稳定，量值亦不算太大，而且雨带在 华南地区内有明显的由北向南移动的特征，基本上属于锋面降水。然而在后期， 由于夏季风的到来，降水量明显增大，降水过程中的对流活动强，暴雨常发生于 这段时期，下面分析对应的大气环流状况。 首先看前汛期低层8 5 0 h p a 水平流场及散度场的平均状况( 图3 3 ) ，澳门主要 受到暖湿的海洋性空气影响，逐渐由偏东气流转为受西南气流影响，与对流层中 层副高相联系的反气旋流场基本覆盖整个西北太平洋，其脊线位于2 0 n 左右， 西端伸展到南海中部，而在孟加拉湾附近存在一低压槽，与之相联的气旋式流场 覆盖印度洋北部，其西南气流在南海与反气旋的东南气流辐合，至于辐散场上可 见在北部湾附近有一气流辐散的区域，而在中国东南部存在一辐合的区域。另外 在中层5 0 0 h p a 上( 图3 4 ) ，由于在印度及盂加拉湾的季风槽形成，因而副高东退 1 4 至中南半岛附近，副高脊线平均徘徊在1 5 。n 附近。 图3 3 前汛期( 4 至6 月) 5 0 年平均8 5 0 b p a 水平流场( 单位：米，秒) 及散度场( 单位：1 0 秒) 图3 4 前汛期( 4 至6 月) 5 0 年平均5 0 0 h p a 位势高度场( 单位：位势米) 图3 - 5 后汛期( 7 至9 月) 5 0 年平均8 5 0 h p a 水平流场( 单位：米，秒) 及散度场( 单位：1 0 秒) 1 5 图3 6 后汛期( 7 至9 月) 5 0 年平均5 0 0 h p a 位势高度场( 单位：位势米) 在澳门后汛期，随着副高北抬，热带的天气系统开始北移影响澳门，包括热 带气旋，热带辐合带( i t c z ) 及东风波等，而西南气流为这些系统提供充足的水汽， 因而对流活动及降水量亦明显较大。 8 5 0 h p a 水平流场及散度场的后汛期平均状况( 图3 5 ) ，由北印度洋至菲律宾 以东的西北太平洋上均为西南风所控制，而在西北太平洋上的反气旋明显北抬， 其脊线位于北纬2 5 至3 0 度，澳门仍然受到与西南风相联系的海洋性空气影响， 另外在散度场上亦可见在北纬1 0 度附近存在一带状的辐合带；至于在5 0 0 】p a 位 势高度场上( 图3 - 6 ) ，与8 5 0 h p a 的形势对应地副高的脊线北抬至北纬2 5 至3 0 度， 并且西伸到中国西部，而在孟加拉湾的季风槽已向东伸展至南海，澳门处于槽脊 之间的形势，由图可见，与澳门后汛期降水相关的水汽更多的来源于南海。 3 2 澳门降水季节内变化序列的建立 为了解澳门降水季节内振荡的特征，首先要找出季节内的显著周期，对澳 门5 0 年候降水资料做谐波分析，将波数为l 至4 即相等于周期为9 0 日以上的序 列滤波出来，然后将5 0 年候降水序列与之相减得到周期小于9 0 日的逐年7 3 候 降水序列，接下来逐年7 3 候序列做功率谱分析，5 0 年的分析结果均能通过显著 1 6 水平为o 0 5 的白嗓音检验，从而得出各年的显著周期，为了看总体的情况，将 5 0 年的显著周期累加得出频数图3 7 。由图中可见显著周期由2 至2 4 4 候出现的 次数较少和较不稳定，尽管当中2 1 候出现了5 次，至于2 5 9 候至1 l 候出现次 数均维持在4 次以上，而其中以3 6 7 候至5 5 候的显著周期次数达到最多的7 次， 由此可见澳门近5 0 年降水存在较明显的季节内变化，以2 5 9 至1 l 候即1 3 至5 5 日的显著周期为主。 图3 7 澳门逐年7 3 候1 9 5 2 至2 0 0 1 年候降水季节内序列通过功率谱显著水平为o 0 5 的白嗓音检 验的显著周期5 0 年累加频数图 方差贡献百分比 图3 8 澳门5 0 年降水i s o 序列方差占总方差的百分比分布图 1 7 下面会利用刚得出的显著周期范围1 3 至5 5 日，以澳门5 0 年候降水序列为 基本序列，对应取整数波数为6 至2 4 的波作合成，得出澳门5 0 年候降水的季节 内变化( 下面简称i s o ) 序列。 为了衡量逐年分解出来的合成波序列占总方差的比重，计算各年的方差贡 献，并根据合成波所占总方差的百份比总结出图3 8 ，图中清楚可见5 0 年内只有 1 年分解出来的序列占总方差的百份比少于3 0 ，而占总方差3 l 叫0 有1 0 年， 4 1 5 0 有2 2 年， 5 1 6 0 有1 4 年，6 1 7 0 也有3 年，总体来讲方差贡献少于4 成的只有1 1 年，而有3 9 年方差贡献大于4 成，可见针对季节内振荡所过滤出来 的5 0 年i s o 序列总体上对总方差有较明显的贡献。 3 3 澳门降水季节内变化序列的基本特征 将澳门1 9 5 2 至2 0 0 1 年的降水i s o 序列对逐候做5 0 年的平均得出图3 - 9 。分 析序列曲线可见多年平均的情况以1 8 至3 6 候振幅最大，此时段与前汛期降水时 段相对应，其中可见正位相峰值第2 0 和第2 6 候与图3 一l 多年平均实测降水的峰 值候数相对应，而第3 3 候的峰值比图3 1 的第3 2 候迟了i 候，但第3 3 候实际降 水是全年的次最大值；其次以3 7 至6 0 候振幅较大，这时段高值对应为第4 0 ，第 4 6 及第5 4 候，与图3 - 1 的情况一致，相比之下，后汛期的季内变化的振幅要比 前汛期弱一些。由此可见逐候多年平均降水i s o 序列无论在前后汛期的振幅以及 峰值候的对应基本能反映澳门多年平均实测候降水季节内演变的主要特征。 1 8 3 4 小结 图3 - 91 9 5 2 至2 0 0 1 年澳门降水i s o 序列逐候5 0 年平均曲线 澳门降水的气候特征表明，主要的降水时段为4 月至9 月，当中无论在雨日 数及雨强都比其余月份有较大的增幅，至于水平流场的平均状况也能说明4 至9 月澳门主要受到副高的偏东气流以及南海夏季风的西南气流所影响，水汽输送旺 盛、对流降水明显增大，而5 0 0 h p a 位势高度场副高以及i t c z 在后汛期的活动有 利于热带天气系统北抬，相应热带气旋也较多地进入南海，并为澳门后汛期带来 降水。 通过功率谱以及谐波分析澳门5 0 年候降水资料，发现澳门降水存在1 3 至5 5 日的季节内振荡，并由此将原降水序列滤波得出澳门降水季节内变化序列，分析 此序列的5 0 年候平均情况，其振幅以及峰值候的对应基本能反映澳门多年平均 实测候降水的主要特征。 1 9 第4 章澳门降水季节内变化的 年际及年代际变化 为了便于分析5 0 年的澳门降水i s o 的年际和年代际变化情况，本章引入标 准差来表示各年的i s o 降水的振动幅度，并且对不同时段5 0 年的标准差曲线作 出分析，还会利用小波分析来了解年际及年代际周期的特征。 此外，还利用5 0 年前后汛期标准差的年际序列，划分出5 0 年前后汛期的强 弱i s o 年，并由此作出合成距平流场及高度场，分析大气环流的变异与平均状况 的变动情况，借此了解强弱i s o 年的大气环流的异常特征。 4 1 澳门降水季节内变化序列的年际及年代际变化 对澳门逐年的降水i s o 序列分别计算不同时段的标准差，标准差的大小可作 为代表以平均值为中心的平均振动幅度的特征量，下面以逐年的标准差来代表该 年降水i s o 的强度，另外还会探讨i s o 强度与实际降水量的对应效果如何。 4 1 1 全年主要降水时段( 第1 9 至5 4 候) 降水i s o 强度 逐年计算主要降水时段( 第1 9 至第5 4 候) 的标准差，由此得出降水i s o 强度 序列，首先想找出降水i s o 强度的大小是否对应降水的多少，因此对此5 0 年降 水i s o 强度序列与实际降水时段的总降水量做相关分析，得出它们之间的相关系 数为o 8 5 ，由此可见降水i s o 强度与实际降水量有着很好的对应关系，即当降水 i s o 强度偏向正位相时，该时段的总降水量也会偏向正位相。 下面来看主要降水时段i s o 强度序列年际演变情况( 图4 - 1 ) 其中红色的曲线 为1 1 年滑动平均曲线，可以看出由五十年代中至七十年代初澳门降水i s o 强度 2 n 呈逐渐上升的趋势，随后变化平缓，直至八十年代初强度开始呈下降趋势，到九 十年代初跌至低点后又呈逐渐上升的趋势，整体来说，主要降水时段的降水i s o 强度由六十年代末开始呈逐渐增大的趋势。 接下来将以上降水i s o 强度的年际序列做m o r l e t 小波分析来看年际及年代际 变化，图4 2 中可清楚见到由五十年代初至七十年代中存在8 年的周期，而在七 十年代中开始逐渐被1 3 年的周期所取代并一直维持至廿一世纪初，当中年代际 的1 3 年周期逐渐增大至1 4 年；至于高频的年际情况可见在六十年代末至七十年 代末存在3 年的周期，而在七十年代中到廿一世纪初存在4 至5 年的周