（气象学专业论文）东亚冬季风异常对澳门气候的影响.pdf

摘要 本文利用1 9 5 2 年至2 0 0 3 年澳门气温及降水资料，以及美国国家气候和环境 预报中心( n c e p ) 再分析资料，采用统计诊断方法，分析和探讨了东亚冬季风 异常与澳门气候变化的关联以及前者影响后者的可能物理过程。 研究结果表明，澳门的气温及降水在过去5 1 年间大致呈上升趋势，而且存 在明显的年际及年代际变化。澳门冬夏季的气温及降水等级分布具有明显的差 异，冬季气温等级分布较广，夏季较集中；降水情况则相反，冬季降水等级较集 中，夏季则较广。 无论是年际或年代际尺度变化，东亚冬季风均与澳门同期季节或月份的气温 及降水具有明显的相关关系：即冬季风偏强( 弱) ，澳门气温偏低( 高) ，降水偏 少( 多) 。冬季风异常亦与后期特定月份或季节的澳门气候具有明显的隔季相关 关系：例如年际尺度的冬季风偏强( 弱) 时，4 月气温偏低( 高) ，6 月气温偏高( 低) 及降水偏少( 多) ；年代际尺度的冬季风偏强( 弱) 时，3 月气温偏低( 高) ，7 月 及次夏降水偏少( 多) 。 东亚冬季风异常通过海一气相互作用影响澳门同期气候；同时也因为海洋变 化的缓慢性及迟滞性，令海温于冬季风异常年的异常特征得以维持较长时间，并 通过海一气间相互作用关系，可以导致初夏东亚夏季风异常，从而导致澳门后期 的降水和气温也出现异常变化。 关键词：东亚冬季风澳门气候影响机理 t h ei n f l u e n c eo fa b n o r m a le a s ta s i a nw i n t e rm o n s o o n 0 1 1m a c a oc l i m a t ev a r i a t i o n m a j o r ：m e t e o r o l o g y n a m e ：l e o n gw e n gk u n s u p e r i o r ：a s s o c i a t ep r o f j i a nm a o q i u p r o f l u oh u i b a n g a b s t r a e t b a s eo l lt h et e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o nd a t ao fm a c a oa n dt h en c e p n c a r r e a n a l y z e dd a t af r o m 1 9 5 2t o2 0 0 3 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na b n o r m a le a s ta s i a n w i n t e rm o n s o o n ( e a w m 、a n dm a c a oc l i m a t ev a r i a t i o na n dt h ep h y s i c a lp r o c e s st h a t f o r m e ra f f e c t sl a t t e ra r ea n a l y z e db ym e a n so f d i a g n o s t i ca n ds 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 tb o t ht e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o ni nm a c a oh a da n i n c r e a s i n gt r e n di nt h ep a s t5 1 y e a r s t h e ya l s oh a v eo b v i o u sc h a r a c t e r i s t i c so f i n t e r a n n u a la n di n t e r d e e a d a lv a r i a t i o n s t h e r ee x i s t sa d p a r e n td i f f e r e n c eb e t w e e n t h eg r a d ed i s t r i b u t i o n so ft e m p e r a t u r ei nw i n t e ra n di ns u m m e r , a n dt h es a m ef o rt h e p r e c i p i t a t i o ni nm a c a o 1 1 1 et e m p e r a t u r ei nm a c a oh a saw i d e rv a r i a t i o nr a n g ei n w i n t e rt h a ni ns u m m e r o nt h eo t h e rh a n d t h eg r a d ed i s t r i b u t i o no fp r e c i p r a t i o ni n w i n t e ri sm o r ec o n c e n t r a t e dt h a ni ns u m m e r o nb o t hi 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 nt i m es c a l e s t h ee 删h a s s i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t hb o t ht e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o no fm a c a oi nt h es e a s o n o rm o n t h sd u r i n gt h es a m ep e r i o d i nt h es t r o n g e r ( w e a k e r ) e a w mc a s e s ，t e m p e r a t u r e i nm a c a oi sc o l d e r ( w a r m e r ) a n dp r e c i p i t a t i o ni sl e s s ( m u c h 、t h a ni nt h en o r m a lc a s e s ma n o m a l o u se a w ma l s oh a so b v i o u si n t e r s e a s o n a lc o n n e c t i o nw i t ht h e t e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o no fm a c a oi n 1 a t e rs p e c i f i e ds e a s o no rm o n t h s o nt h e i n t e r a n n u a lv a r i a t i o nt i m es c a l e ，t h et e m p e r a t u r ei nm a c a oi sc o l d e r ( w r r m e r ) i na p r i l b u tw a r m e r ( c o l d e r ) i nj u n e ，w h i l et h ep r e e i p i t a t i o ni sl e s s ( m u c h ) i nj u n ed u r i n gt h e s t r o n g e r ( w e a k e r ) e a w my e a r s o nt h ei n t e r d e c a d a l v a r i a t i o nt i m e s c a l e ，t h e t e m p e r a t u r ei n m a c a oi sc o l d e r ( w a r m e r ) i nm a r c h ，w h i l et h ep r e c i p i t a t i o ni s l e s s ( m u c h ) i nj u l ya n ds u m m e rd u r i n gt h es t r o n g e r ( w e a k e r ) e a w my e a r s t h ea b n o r m a le a w ml e a d st ot h ec l i m a t ea n o m a l i e si f lm a c a oi nw i n t e r t h r o u g ht h ea i r - s e ai n t e r a c t i o n b e c a u s eo f t h ep r o p e r t yo f s l o wa n dp e r s i s t e n tv a r i e t y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fs e as u r f a c et e m p e r a t u r ea n o m a l i e sd u r i n gt h ea b n o r m a le a w m y e a r sc a nb ep r e s e r v e df o ral o n g e rp e r i o df r o mw i n t e r t oe a r l ys u m m e r t h e nt h ee a s t a s i a ns u m m e rm o n s o o nb e c o m e sa n o m a l o u si ne a r l ys u m m e rt h r o u g ht h ea i r - s e a i i i n t e r a c t i o n ，d u et ot h es e as u r f a c et e m p e r a t u r ea n o m a l i e si nm a r i n ee a s ta s i a a sa r e s u l t ，t h ep r e c i p i t a t i o na n dt e m p e r a t u r ei nm a c a oa r ea l s ov a r i e da b n o r m a l l yi nt h e l a t e rp e r i o d k e yw o r d s ：e a s ta s i a nw i n t e rm o n s o o n , m a c a oc l i m a t e ，m e c h a n i s m s i i i 1 1 澳门简介 第1 章引言 澳门特别行政区是中华人民共和国领土的一部份，位于中国南部华南沿岸的 珠江口西侧，北面是广阔的中国大陆，南临中国南海，地处北纬2 2 。0 6 2 9 ”至2 2 。1 3 0 4 ”及东经1 1 3 。3 1 4 5 ”至1 1 3 。3 5 。4 3 “范围内，北与珠海市的拱北接壤，西与 珠海市湾仔、横琴岛隔水相对，东望珠江1 ：3 东侧的香港。澳门总人口约4 4 万多 【”，为世界人口高密度城市之一( 每平方公里有1 6 0 0 0 人) ，总面积约2 7 3 平方 公里，由澳门半岛、醛仔岛及路环岛组成，海拔不高，主要地貌类型是低丘陵 和平地。澳门半岛和醛仔岛是透过三条大桥连接起来的，而路毯连贯公路则把醛 仔岛和路环岛连为一体。 澳门地处低纬，在北回归线以南，属副热带海洋性气候。一年中有两次太阳 直射，阳光充沛，终年高温，配合热带海洋的调节，气温的日变化及月变化幅度 较小。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 雨量占全年总雨量八成以上。 澳f - i f 埠四百多年来，虽为弹丸之地，但无论在人民生活、文化及艺术等各 方面，都汇聚了中西文化的特点。随着澳门回归祖国及赌权开放，逐渐令澳门成 为亚洲其中一个世界闻名的旅游城市。旅游业一直是澳门的主要经济命脉，澳门 政府过去一直大力发展旅游业，与此同时，除了对各方面的政策进行相关配套外， 由于气象服务不论与当地市民生活或与旅客均息息相关，故公众及政府对气象服 务的要求亦不断提高。 澳门早在1 8 6 1 年至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。而气象观测始于1 8 8 1 年，由当时驻守澳 门的葡萄牙海军负责，但完整的记录则从1 9 0 1 年才开始。 由于地理位置的关系，影响澳门的灾害性天气主要是台风、雷暴及暴雨，其 次为强烈季候风( 一般发生在冬季) 。与很多东亚沿海城市一样，台风是夏季影 响澳门的主要灾害性天气，跟据澳门地球物理暨气象局过去3 0 多年统计资料显 示，每年平均有6 个热带气旋侵袭澳门并导致当地悬挂热带气旋信号。与热带气 旋相关联的狂风大雨，除了造成经济上的损失外，甚至酿成人命伤亡。雷暴大多 伴随着暴雨的发生，而暴雨及其次生灾害，例如淹水、滑坡等，除了对市民的日 常生活带来不便外，更可直接导致财产损失及自然资源破坏。强烈季候风对澳门 市民的影响相对较小。在冬季，强烈的东北季候风为澳门带来寒冷及干燥的气流， 对澳门市民不会造成直接的伤害。 1 2 有关东亚冬季风及其对中国气候影响的研究回顾 东亚冬季风是全球最强的冬季风，它是北半球热带外环流的主要组成部份。 早在1 7 世纪，h a d l e y 就提出季风是由于海陆热力差异所形成明显季节性变化的 大尺度环流系统。近年来对东亚冬季风的研究已经引起越来越多的科学工作者的 关注，所取得的成果也很丰富。 亚洲冬季风起源于西伯利亚高压，当高压离开源地向南进发时，在其东侧和 南侧产生很强的北风和东北风，这就是冬季风。吴国雄等 2 】手旨出，东亚冬季风异 常与全球环流异常有关联，因为这种异常不但在高纬度表现出来，在热带大气环 流上也有显著表现，而热带大气环流异常的持续与赤道海温异常持续有密切的关 系，因此东亚冬季风与赤道海温之间的关系为人们所关注，许多学者用观测资料 和模式两者的关系进行大量的分析。 陈隽等口 亦指出，冬季风异常不但造成同期大尺度环流形势的异常，而且对 后期环流和天气状况也有较大的影响。环流异常持续性与海温异常持续性密切相 关，而海温可能是维持这种持续异常的中介，它在冬夏季环流的隔季相关中起了 2 重要的作用。 穆明权等【4 1 曾指出，东亚冬季风年际变化中包含有明显的e n s o 信号，也就 是说东亚冬季风活动与e n s o 的发生有明显的关系，大多数e 1 n i n o 事件爆发后 东亚冬季风偏弱，而大多数l a n i n a 事件爆发后东亚冬季风偏强。 东亚冬季风的异常，除了对同期的海温及环流变化产生影响，从而令我国气 候也出现异常情况外，近年已有不少学者的研究表明，冬季风异常对我国后期的 气候也造成一定的影响，孙淑清等5 1 曾对东亚冬季风环流异常与中国江淮流域夏 季旱涝天气的关系进行研究，她们对江淮流域夏季旱涝年前期的冬季进行分析， 发现无论在中高纬大型环流形势、低纬环流特征、垂直环流强弱及热带海洋状况 等在旱涝年前期冬季的分布特征都与正常年有很大的区别，从而推断东亚冬季风 异常对后期的气候也造成明显的影响。 1 3 研究澳门气候及东亚冬季风对其影响的必要性 澳门地处于华南沿岸，冬夏季受到两种截然不同的气候系统影响。夏季受西 南季风影响，随着夏季风的爆发，天气炎热、潮湿及多雨。冬季由于整个亚洲大 陆长时间为冷高压所笼罩，位于高压前沿的东北季风为冬季影响澳门的主要气候 系统，天气以寒冷及干燥为主。如前所述，澳门夏季的主要灾害性天气为台风及 暴雨，其中暴雨有强度大、雨时短j 的发生特点，故有不少研究均集中于此项 目上。许多研究均指出，华南暴雨的强弱与夏季西南季风存在着明显的关系，因 此过去已有不少的研究都集中在夏季风异常、爆发对澳门夏季气候，例如对降水 的影响。林建恒【6 l 曾对南海夏季风强弱与南海及我国东部夏季降水的关系作过研 究，结果指出南海夏季风为我国华南地区的降水提供主要水汽和能量，二者之间 的相关关系十分显著。反观澳门冬季的气候研究则较少，对冬季风异常与澳门冬 季及夏季气候的关系亦甚少。澳门每年自1 2 月开始踏入冬季，到次年3 月左右 结束，在澳门冬季期间，平均最低温度大致在1 3 。c 左右，随着源自西伯利亚的 冷高压南下，一次又一次的冷空气到达华南沿岸，澳门冬季气温历史最低于1 9 4 8 年1 月2 6 日录得为一1 8 。c ，一般冷空气南下的低温也可到i o c 以下。气温的下 降幅度虽不能与高纬地区相比，但一些社会问题郝因此出现。随着气温的下降， 因感冒而需到医院求诊的市民亦明显增加，每年一到流感高峰期，无论是医院的 急症室或私人诊所，均出现排队轮候看症的病人。除了冬季气温偏冷外，天气干 燥及降雨量异常偏少亦是近年来澳门冬季气候的其中一个特征，降水偏少衍生了 另一社会问题一咸潮j 。过去数年的秋季及冬季期间，由于自然降水量偏少， 令整个广东省包括澳门及香港在内的饮用水咸度增加，长远会对市民健康造成严 重影响。由此可见，冬季的气温及降水异常变化对市民生活有着非常重要的影响， 鉴于过去有关澳门冬季气候特征及变化的研究较少，故本论文希望籍着对澳门过 去5 1 年的气候资料进行研究，分析澳门四季气候特征。另外，由于东亚冬季风 是冬半年影响东亚大陆的主要气候系统，澳门冬季气温偏冷及降水偏少也受到其 异常变化而出现不规则的变化，故研究东亚冬季风异常对澳门冬季、甚至夏季气 候变化也是一个非常重要而有社会意义的课题。 1 4 本文拟研究的问题 本论文主要针对以下三个方向进行讨论，包括：1 研究澳门不同季节的气候 变化特征，针对气温及降水资料进行趋势及周期分析，2 研究东亚冬季风的周期 变化及其异常情况下对澳门气候的影响，3 探讨东亚冬季风异常影响澳门气候的 可能物理机制。具体内容主要分成6 章。第一章简介澳门、介绍前人对东亚冬季 风的一些研究成果及对澳门气候研究的必要性；第2 章简介论文撰写过程中所使 用的资料及方法；第3 章研究澳门四季的气候特征，包括气温及降水的变化趋势， 年际及年代际变化特征等；第4 章定义东亚冬季风指数，籍此探讨冬季风的年际、 4 年代际尺度变化及其与澳门同期及后期的气候资料的相关情况；第5 章籍着第4 章得到的一些统计数据结果，首先划分出东亚冬季风的异常年份，分析异常年份 中澳门气温及降水异常特征及大型环流场特征，利用气象理论去探讨冬季风异常 影响澳门气候变化的一些途径及机理分析；第6 章为总结与讨论部份。 2 1 资料选取 第2 章资料及方法 本论文选取了1 9 5 2 年至2 0 0 3 年共5 2 年澳门的月平均气温及降水资料，并 利用美国国家气候及环境预报中心的再分析月平均资料( n c e p n c a r r e a n a l y s i sm o n t h l ym e a n sd a t a 于n o a a - c i r e sc l i m a t ed i a g n o s t i c sc e n t e r 网页 下载) ，资料种类包括：气温、海平面气压、经向风、纬向风、比湿及垂直速度 等，时间从1 9 5 2 年至2 0 0 3 年，资料的分辨率为2 5 。2 5 。海温资料方面， 取自n o a a - c i r e s ( n o a ac i r e sc l i m a t ed i a g n o s t i c sc e n t e rb o u l d e r , c o l o r a d o ) 的月平均资料，资料的时间及范围与以上资料相同，但水平分辨率为2 。2 。 2 2 方法概述 在考虑澳门冬季气候变化过程中，定义每年的1 2 月及次年的1 月、2 月为 该年的冬季，针对该段时间，计算由1 9 5 2 年1 2 月开始至2 0 0 3 年2 月共5 1 年的 1 2 月、1 月、2 月月平均温度及降水数据，另外亦计算3 个月的平均资料作为季 节平均资料。 在处理各种气象资料的时候，除了利用了一些常用的统计方法外( 包括相关 分析、距平、标准差、累积距平等等) ，为了对气象元素中不同周期部份作独立 分析，利用谐波分解程序将元素的年际及年代际变化部份分解开来。另外，在研 究澳门气候及东亚冬季风指数的周期变化时，利用了小波分析等数学统计方法。 本小节中将对以上方法作一简单的讲解。另外，在对东亚冬季风异常年份作合成 分析时，对被分析的气象元素进行了相关系数及平均值差异性的显著性检验，所 以亦会对有关方法的原理稍作介绍。 2 2 1 谐波分解 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 6 分析，这种分析是在时域里进行的，因而可将波动分量提取出来，这就是常用的 谐波分解方法。谐波分解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x h x 2 ，。x r ，将其表示为傅里叶( f o u r i e r ) 级数 弘a o + 佃睾蛔) + a 2s i n ( 等2 帅：抄 确+ 耋。a ks i n ( 芋帅。) c z - ， 其中a o ，a l 为振幅，纪，妒：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 三，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 铲；瓢t = 0 。s ( 孕 吼= 言”o s 【等】 1 1 b 。= ；赫t = 0t n ( 孕 。= 亭”i n i 等l 1 1 则该波动的振幅和位相为 e 祭 小昙壹x ( 2 - 3 ) ( 2 4 ) 谐波分解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，这是谐波分解方法的局限所在。 7 2 2 2 小波分析m 小波分析( w a v e l e ta n a l y s i s ) 是近十年国际上十分热门的一个前沿领域，被 认为是傅立叶分析方法的突破性进展。1 9 8 4 年法国地质学家j m o r l e t 在分析地震 波的局部性质时，将小波概念引入到信号分析中。进入9 0 年代后，小波分析在 信号处理、图像处理、地震勘探、数学电路、力学、光学等领域得到广泛应用。 由于小波分析对信号处理的特殊优势，气象学家很快将其应用于气象和气候序列 的时频结构分析中，并取得了不少有益的结果。前面给出的功率谱分析或傅立叶 变换可以显示出气候序列不同尺度的相对贡献大小，而小波变换不仅可以给出气 候序列不同变化的时间尺度，而且还可以显示出变化的时间位置。后者对于气候 预测十分有用。这里将介绍用小波分析进行气候序列小波分解的具体方法及主要 分析的内容。 若函数渺为满足下列条件的任意函数 卜m = o 抖 其中中( 。) 是v ( u ) 的频谱。令 v o a t ) 晰；吐等) ( 2 - s ) 为连续小波，v 叫基本小波或母小波，它是双窗函数，一个是时间窗，一个是频 率谱。甲叫o ) 的振荡随h j 增大而增大。因此，a 是频率参数，b 是时间参数 表示波动在时i n _ t z n 平移。那幺，函数删小波变换的连续形式为： 吁。州巾吲等 出 s ， 由上式可看到，小波变换函数是通过对母小波的伸缩和平移得到的。小波变换的 离散形式为 8 科珊1莓,(、iat口-bo)f) c2 - ) 0 ，6 ) = 小r 1 ( 7 ) 其中f 为取样间隔。n 为样本量。离散化的小波变换构成标准正交系，从而扩充 了实际应用的领域。小波方差为： v a r 0 ) = ，) 2 0 ，6 ) ( 2 8 ) 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，本波采用m o r l e t 小波，它 是一种复数小波函数，形式为 甲( ，) = ( 1 - ，2 去。一譬 ( 2 - 9 ) 小波分析既保持了傅立叶分析的优点，又弥补了某些不足。原则上讲，过去 使用傅立叶分析的地方，均可以由小波分析取代。从以上方法概述中可知，小波 变换实际上是将一个一维信号在时间和频率两个方向上展开，这样就可以对气候 系统的时频结构作细致的分析，提取有价值信息。 2 , 2 3 统计量的显著性检验嘲 在气象分析与预报中，为了研究气象要素本身或气象要素之间的关系，我们 总是选取一定的样本进行统计分析，那幺所得到的结果是否具有普遍意义? 会不 会是随机抽样的偶然性的结果? 回答这些问题就是概率统计中的显著性检验。 两组样本平均值差异的显著性检验 气象中的模型试验经常要遇到异常年份与一般年份差异的显著性检验，检验 方法如下：设一般年份有2 7 年，特殊年份有年，某气象要素在这个年份中的 9 平均值分别表示为及，在假设它们总体平均值无显著差异的条件下，统计 量 f ：三( 2 - 1 0 ) f2 _ () ，f ! + 丫 力卅 遵从自由度为月+ 脚一2 的f 分布，式中，为它们差值方差的无偏估计量，即 ( 2 1 1 ) 其中z i 及x ? 分别为一般年份及特殊年份的要素值。对于给定的显著水平和自由 度，由相应的表格中查出对应的临界“值，若“，就拒绝原假设，认为异常年 份与一般年份有显著差异。 1 0 h r 一 万一 。r 一 孔 + 一卅k j 一+一。 l n 一 。旦 = ， 3 1 澳门气候概述 第3 章澳门气候特征 澳门北靠, - 形b t l , i 大陆，南临热带海洋，既受到来自大陆的中高纬大气环流支配， 也受到来自海洋的低纬大气环流影响，冬夏季环流转换明显，是典型的季风气候 区。 澳门的冬季一般开始于1 2 月至次年的2 月，来自西伯利亚的冷空气接踵而 至，经过华中华南进入澳门，带来寒冷干燥的北风，市区温度有时会降至1 0 以下，通常于季内记录得全年最低气温，由于大气中水气含量低，故降雨量及降 雨日数较少。 随着冷高压的逐渐增强及间歇性爆发，时有冷空气南下并抵达华南沿岸：澳 门冬季录得全年最低气温，但平均也有1 5 4 c ，其中以1 月最低，整季平均最高 及最低分别为1 8 6 。c 及1 2 7 ，气温l i t 较差大，有5 9 c 。干燥的大陆性冷空气 除了为澳门带来较冷的天气外，相对湿度下降，平均为7 5 7 ，由于大气中水汽 较少，冬季雨量平均只有1 0 8 4 毫米，为全年最低，降雨日平均亦只有2 2 5 同。 澳门夏季一般指6 月、7 月及8 月，季内主要受到低纬热带天气系统影响， 气压下降至最低，特别是热带气旋袭澳期间。随着太阳高度角到达北回归线后折 回向南移动，澳门于夏季内有两次太阳直射，气温升至最高，平均为2 8 6 。c ，其 中以7 月所录得的温度为全年最高，整季的平均最高及最低气温为3 1 2 及2 5 5 ，气温日较差为5 7 。c 。温暖潮湿的海洋性空气使得相对湿度持续偏高，整季 平均为8 3 9 ，伴随着热带天气系统的强烈对流性活动，令骤雨及雷暴出现频密， 为澳门带来丰富的雨水，整季总雨量为全年最高，平均有8 8 7 7 毫米，降雨f j 有 5 4 4 日。 3 2 澳门气候季节变化特征 图3 - 1 及图3 - 2 分别为澳门自1 9 5 2 年至2 0 0 3 年的全年气温及降水月平均分 布图。先讨论图3 - 1 ，由图中可见，如前所述，澳门月平均温度最高为7 月，达 m o r t t h 图3 - 11 9 5 2 至2 0 0 3 年澳门月平均气温的年变化图 3 6 1 ，7 2 8：9 r 分i 7lk ： m 0 1 1 t h 图3 - 21 9 5 2 至2 0 0 3 年澳门月平均降水量的年变化图 到2 8 6 ，平均最低为1 月，为1 4 8 c 。平均气温年变化呈单峰型分布，以7 、8 月为中心向两边倾斜。降水方面，参看图3 2 ，由图中可见，澳门全年月平均降 水分布为双峰型，两个平均降水最高值的月份分别为6 月及8 月，而其中又以 6 月为全年的最高，平均雨量为3 6 1 7 毫米，而这个降水量年变化的分布形势亦 1 2 是华南地区降水的典型年变化分布形势。 为了了解澳门在不同季节期间各等级气温及降水量的分布，制作澳门四季的 日气温及日降水频谱图。气温部份，首先将气温的变化分成8 个等级，详细如表 3 1 ，计算澳门自1 9 5 2 年1 2 月开始至2 0 0 3 年8 月共5 1 个春、夏、秋及冬季每日 表3 - 1 日气温分级表 l气温等级 12345 678 l l 气温范围( ) 【o ，5 ) 5 ，1 0 ) t o ，1 5 ) 15 ，2 0 ) 2 0 ，2 5 ) 【2 5 ，3 0 ) 3 0 ，3 5 ) 3 5 ，一) l 0 ， 一 ：帕二釜 6 9 n i o ，5 )1 5 ，1 0 ) 【1 0 ，1 5 ) 【1 5 ，2 0 ) 1 2 0 ，2 5 ) 【2 5 ，3 0 ) 1 3 0 ，3 5 ) 1 3 5 ，) t e m p t r l l l m r e ( ) ( a ) l o ，5 ) 1 5 1 0 ) 0 0 ，1 5 ) 1 5 ，z o ) 2 0 2 s ) 1 2 5 。3 0 ) 1 3 0 ，3 5 ) 1 3 5 。) x e m p e r m ( u r l e t ) ( b ) 图3 - 3 澳门( a ) 冬季及夏季( b ) 春季及秋季日平均气温等级频谱图 ( 图中黑色部份分别代表冬季及秋季气温，白色部份代表夏季及春季气温) 帅砷蚰加o 享v营目。：- 帅帅勋蚰m 0 一#v暑gg 的日平均温度对应的等级出现的频率百分比，图3 3 分别为( a ) 澳门冬季及夏季及 ( b ) 秋季及春季日气温频谱图，由图中可见，冬夏两季的气温等级分布存在着明 显的差异，自1 9 5 2 年至2 0 0 2 年共5 1 个冬季中以第4 等级气温( 1 5 。c - - t 2 0 + c ) 出 现频率最多，占整个冬季5 1 8 ，其次为第3 等级( 1 0 。c 三t 1 5 ) ，占3 1 8 ， 整季气温等级分布较广，横跨5 个等级。夏季气温与冬季气温等级分布有着明显 的不同，与夏季情况相比，冬季气温分布较广，而夏季则较为集中，全季气温以 第6 等级( 2 5 。c 耋t 3 0 ) 为主，占9 0 7 ，其次为第7 等级( 3 0 c 耋t 3 5 ) ， 但亦只占6 9 左右，全季只横跨3 个等级。春季及秋季的情况可参考图3 - 3 ( b ) ， 由图中可见，两个过渡季节的日气温分布情况相当相似，秋季以第6 等级气温( 2 5 耋t 3 0 。c ) 出现频率最多，占整个秋季4 7 8 ：春季则以第5 等级气温( 2 0 三t 2 5 。c ) 出现频率最多，占整个春季4 2 6 。 由澳门四季日气温频谱分布图中可见，澳门冬夏季间日气温频谱分布存在着 明显的差异，夏季气温分布较冬季集中，原因主要是由于夏季澳门主要受到海洋 性空气影响，空气含水量较高，恒温作用较为显著，导致温差较少，但冬季由于 图3 - 4 澳门冬季日晟高及最低气温等级频谱图 ( 图中黑色部份代表冬季最低气温，白色部份代表冬季最高气温) 间歇性受到大陆性反气旋带来干冷空气影响，气温变化及温差较大。图3 4 为澳 1 4 帅加蛐如m 0 墨一-芎口u主 门冬季日最高及日最低气温频谱图，由图中可见，若将冬季日最高及日最低气温 独立处理，它们合共横跨6 个等级，这也是澳门冬季季内气温变化及温差较大的 另一证明。 表3 - 2 日降水量分级表 i 降水等级 123456789l o1 1 i 降水量范围( m m ) 【o ，1 0 ) i o ，2 0 ) 2 0 ，3 0 ) 【3 0 4 0 ) 4 0 ，5 0 ) 【5 0 ，6 q ) 6 0 ，7 0 ) 1 7 0 ，8 0 ) 【8 0 ，9 0 ) 【9 0 ，i o o ) f 1 0 0 ，一) 妻 室妻薹董妻妻薹耋； 已 墨 昌寓 要 景皂 暑星；昌 p r e d p l t a t i o j ( m m ) 图3 - 5 澳门冬季及夏季日降水等级频谱图 ( 图中黑色部份代表冬季降水，白色代表夏季降水) 降水方面，利用类似气温的分级方法，将降水分成l1 个等级，详细如表3 2 。 图3 5 为澳门冬季及夏季的日降水等级频谱图，由图中可见，澳门冬季降水等级 较为集中，以第l 等级( o m m - - p r l o m m ) 所占比例最多，达到9 6 3 ，其次为 第2 等级( 1 0 m mp r 2 0 m m ) ，但亦只占2 左右，横跨7 个级别。夏季的降水等 级分布相对冬季较为分散，当中仍以第1 等级占大多数，达7 5 7 ，其次为第2 等级，占8 5 ，但全季横跨所有降水等级。比较冬夏两季间的日降水频谱情况 可知，澳门冬季降水主要成因多为锋面降水，雨量不多及强度不大是其主要降水 特征，故由图3 5 中可见冬季降水等级分布较集中及以低降水量的等级为主。相 对来说澳门夏季降水成因则较冬季多元化，局部及大范围的对流性天气、热带气 1 5 帅如如加m 0 一甚：w暑0芑毒 旋所带来的大雨等都可为澳门带来强度不等的降水，故由图3 5 中可看到，虽然 夏季降水仍以第1 等级占大多数，但超过1 0 0 毫米的暴雨降水亦占总体1 8 。 秋季及春季的日降水频谱分布情况非常相似( 图略) ，两个过渡季节均以第一等级 降水量占大多数，占8 5 以上，而且全季日降水变化横跨所有等级。 澳门冬夏两季受到两种性质截然不同的气候系统影响，故不同季节期间在澳 门盛行的风向亦会有显著的不同。表3 3 ”为i 9 5 2 年至2 0 0 1 年间澳门月平均风向 频率百分比表，由表可见，1 2 月、1 月及2 月均以北风占大多数，而6 月、7 月 则以西南风为主，8 月则以东南偏东风为主，但西南风仍占第二大比例。澳门冬 夏两季盛行几乎完全相反的风向，这主要是由于冬季澳门受偏北的冬季风影响， 而夏季则受来自海洋的西南季风影响所致。 表3 3 澳门1 9 5 2 至2 0 0 1 年月平均风向频率百份比”1 ( 表中阴影数字表示于对应月份中占比例最大的风向) 1 6 3 3 澳门各季气温及降水的气候变化特征 3 3 1 澳门各季的气温变化特征 本文定义1 2 月至次年2 月为该年的冬季，例如1 9 5 2 年的冬季是指1 9 5 2 年 的1 2 月及1 9 5 3 年1 月及2 月，至于春季为同一年的3 至5 月、夏季为6 至8 月、 秋季为9 至1 1 月。图3 - 6 a 是标准化的澳门1 9 5 2 年至2 0 0 2 年冬季平均气温距平 莹 置 昌 _ 点 i 宦 z ( b ) 困3 _ 6 ( a ) 标准化的澳门冬季气温距平时问序列及( b ) 累积距平时间序列 ( 未标准化的冬季气温标准差= l ) ( 图( a ) 中的实线为气温距平的时间序列，粗线为距平变化线性趋势线， 图( b ) 中的实线为气温距平的时间序列，粗线为累积距平线) 时间序列( 为便于讨论，在这章内往后所谈有关时间序列图表，资料内容均经过 ：“叫oo也o _喜oq一，罱篇qg=z o_皇；宣=8- 标准化处理) ，由图中的趋势线可发现，澳门冬季气温存在着明显的上升趋势， 这与近年来许多学者认为全球气温普遍上升的结论相符，除此之外，细看图中的 时间序列线，可发现澳门冬季气温存在着明显的年际及年代际变化。图3 6 b 是 澳门冬季气温累积距平时间序列，由图中可发现在1 9 世纪8 0 年代中出现了一次 较为明显的气候突变，即8 0 年代中以前澳门冬季气温总体呈下降趋势，而8 0 年 代中以后呈上升趋势，而利用c r a m e r s 方法1 7 对其突变显著性进行检验，结果显 示8 0 年代中期的突变通过= 0 0 1 的显著性水平t 检验。 茸 量 呈 _ 点 ； 日 鲁 z y e l r ( a ) _ 八八八刚一 w v 容鎏交釜器誉誊囊豪蒙禁豢善 y e i t l g ( b ) 图3 - 7 标准化的( a ) 年际及( b ) 年代际尺度澳门冬季气温距平时间序列 ( 图中实线为经标准化处理后的气温距平时间序列，虚线为1 倍标准差线， 未标准化的冬季气温年际尺度标准差= 0 7 8 c ，年代际尺度标准差= o6 3 ) ”：”，o蚰。们也：罩o 由图3 - 6 中可见，在澳门冬季气温距平的时间序列，可发现气温存在着明显 的年际和年代际变化，为了在此方面再作详细分析，对澳门冬季气温进行谐波分 解，将周期8 年以下的年际变化部份及8 年或以上的年代际变化部份分离出来， 作独立讨论。图3 7 a 及3 7 b 分别为年际及年代际尺度的澳门冬季气温距平时间 序列图。由计算可知年际和年代际分量标准差非常接近，说明两者对澳门冬季气 温的气候变化都起着重要的作用，由图3 - 7 a 中可见澳门冬季气温具有明显的年 际变化。至于年代际变化方面，由图3 - 7 b 可见，澳门冬季气温在5 0 年代初到 言 善 磊 趸 i 邑 主 墨|ll墨 y e a r ( a ) 吐a 人。人 认瓣 。刚弋叫w 謇虽交誊莹景亲墓誉 璧 謇 誉 垂 y e a r ( b ) 图3 - 8 ( a ) 标准化的澳门夏季气温距平时间序列及( b ) 累积距平时间序列 ( 未标准化的夏季气温标准差= 0 3 8 c ) ( 图( a ) 中的实线为气温距平的时阃序列，粗线为距平变化线性趋势线， 图( b ) 中的实线为气温距平的时间序列，粗线为累积距平线) 1 9 ”：，o们oo“ 4 2 0 0 4 击 m 挖 j暑曼目茸；8 直_目。目墨盥ii暑loz 5 0 年代中为偏冷期，到5 0 年代中至6 0 年代中为偏暖期，6 0 年代中至7 0 年代下 旬又回到偏冷期，经过7 0 年代下旬数年的偏暖期后，进入8 0 年代初至8 0 年代 中的偏冷期，这亦是过去5 1 年来年代际变化距平中最冷的一个时期，回顾图3 3 的澳门冬季气温累积距平图中可见，这个时期正时澳门冬季气温发生气候突变的 时期，后自8 0 年代中至今澳门冬季气温均处于偏暖期，且2 l 世纪初的偏暖程度 是过去5 1 年中最强的。 图3 - 8 a 及3 - 8 b 分别为澳门夏季平均气温距平及累积距平时间序列图，由图 3 _ 8 a 中可见，夏季气温除了与冬季一样有着明显的上升趋势外，澳门夏季气温亦 言2 l i 。 f z - 2 y e a r ( a ) 。打二夕弋 m 羔一扩- 蒙蘩 襄 鎏 交 孽 豢襄馨誊誊襄季 y e a r ( b ) 图3 - 9 标准化的( a ) 年际及( b ) 年代际尺度澳门夏季气温距平时间序列 ( 图中实线为经标准化处理后的气温距平时间序列，虚线为1 倍标准差线， 未标准化的夏季气温年际尺度标准差= 0 2 8 年代际尺度标准差= 0 2 7 c ) 2 0 具有明显的年际和年代际变化，在7 0 年代末到8 0 年代初期出现了一次经 c r a m e r s 方法检测且通过a = o 0 1 显著水平t 检验的气候突变。即7 0 年代末以前 澳门夏季气温偏冷，而其后是偏暖。 澳门夏季气温的年际及年代际变化曲线如图3 - 9 所示，两者的标准差也非常 接近，说明两者对夏季气温变化的贡献都非常重要。夏季的年代际尺度变化可由 图3 9 b 中看到，澳门夏季气温自5 0 年代初至6 0 年代末这段期间内偏冷及偏暖 的情况间歇有序地出现，到整个7 0 年代澳门夏季气温进入一较强偏冷周期，8 0 年代初至9 0 年代未进入另更长周期的强偏暖周期。偏暖周期过后自9 0 年代末 至千禧年为一弱偏冷周期，但自2 0 0 3 年开始澳门夏季气温又再进入另一偏暖周 期。 过渡季节情况方面，先讨论春季，澳门春季气温在1 9 5 3 至2 0 0 3 年共5 1 年 间亦出现明显的上升趋势( 图略) ，另外，在6 0 年代末及9 0 年代初出现了两次明 显的气候突变，但只有9 0 年代初的突变能通过c r a m e r s 方法检测且通过q = o 0 1 显著水平t 检验，即在9 0 年代初以前澳门春季气温偏冷，而其后是偏暖。 a 八入八夕 止二沙- 謇虽晷茧誊票善豪豪莹蒙善晷茧誊蘩善 y e r 图3 1 0 标准化的年代际尺度澳门春季气温距平时间序列 ( 圈中实线为经标准化处理后的气温距平时间序列，虚线为】倍标准差线 未标准化的春季气温年代际尺度标准差= 0 4 9 c ) 澳门春季气温年际及年代际部份的标准差分别为o 6 9 。c 及o 4 9 。c ，可知年际 2 1 ”：。：詈。舶d=；o舶o 尺度对澳门春季气温变化贡献较为重要。其年代际距平变化( 图3 1 0 ) 在7 0 年 代末以前气温偏冷及偏暖的周期间歇性地出现，但踏入7 0 年代末开始进入一长 期偏冷周期，直至9 0 年代初出现突变，澳门春季气温由此时开始至2 0 0 3 年仍是 处于偏暖周期。 秋季气温变化方面，与其余三个季节一样，澳门秋季气温在过去5 1 年间存 在明显的上升趋势( 图略) ，另外，在8 0 年代初存在一次能通过c r a m e r s 方法检 测且通过a = o 0 1 显著水平t 检验的气候突变，在8 0 年代初以前澳门秋季气温偏 冷，而其后是偏暖。比较四季气温出现气候突变的先后，可发