（气象学专业论文）中国南方大气水汽汇时空演变特征及其成因分析.pdf

中国南方大气水汽汇时空演变特征及其成因分析 专业：气象学 申请者：秦晓吴 指导老师：简茂球教授 摘要 用1 9 5 8 2 0 0 4 年n c e p n c a r 再分析资料、中国1 6 0 站月降水量资料以及江 河水流量资料分析了我国南方春、夏、秋、冬四个季节大尺度大气水汽汇的时空 变化及其成因，结果表明： 华南中东部地区、广西北部一湖南西部一贵州东部地区是我国南方春季水汽汇 的两个主要的变异中心区，华南中东部地区春季水汽汇具有明显的年际和年代际 变化特征，并以年际方差占优，该地区的降水量则具有明显的年际变化特征，广 西北部一湖南西部一贵州东部地区春季水汽汇、降水以及蒸发量都以年际变化为 主；当我国南方上空有西南( 东北) 风水汽通量距平，即西南风水汽输送增强( 减 弱) ，则会导致上述地区上空的水汽汇资源偏强( 偏弱) 。西南地区东部至华南北 部地区，广东、福建沿岸地区是我国南方夏季水汽汇的两个主要的变异中心区， 西南地区东部至华南北部地区夏季水汽汇和蒸发量具有明显的年代际变化特征， 该地区降水量的年际和年代际变化同等重要，广东、福建沿岸地区夏季，不管是 降水量、蒸发量、还是水汽汇，都以年际变化为主；如果向我国北方的水汽输送 增强( 减弱) ，则华南地区得到的水汽减少( 增加) ，导致上述地区上空的水汽汇 偏弱( 偏强) 。广西一湖南地区、广东中部地区是华南秋季水汽汇的两个主要的变 异中心区，广西一湖南地区秋季水汽汇与该地区蒸发一样，具有以年代际变化为 主的特征，而该地区降水量的年际变化比年代际变化还稍显著，广东中部地区秋 季降水、水汽汇和蒸发都是以年际变化特征为主；如果我国南方上空出现向东北 ( 向西南) 的水汽通量距平，则会导致华南上空的水汽汇偏强( 偏弱) 华南中 东部、广西北部一贵州东部一湖南地区是我国南方冬季水汽汇的两个主要变异中心 区，华南中东部冬季水汽汇和蒸发量具有明显的年代际变化特征，而降水量则表 现为明显的年际变化特征，广西北部一贵州东部一湖南地区冬季也有类似的特征， 降水量以年际变化为主，水汽汇和蒸发量则以年代际变化为主；当我国南方上空 出现西南( 北) 水汽通量距平，则会导致华南上空的水汽汇偏强( 偏弱) 。 分析1 9 5 8 - 2 0 0 4 四个季节华南地区珠江水系主要流域西江高要站和北江石 角站水流量与相应子流域上空大气水汽汇的关系，发现两者的年际年代际变化趋 势在夏季是比较一致的，位相配合较好，冬季稍微差一些( 其中北江优于西江) 。 当西江或北江流域上空的水汽汇偏多( 偏少) 时，在流域上降水过程就偏多偏强 ( 偏少偏弱) ，水位上涨( 下降) ，就有可能在这些流域发生丰水( 枯水) 现象。 对中国南方水汽汇变异的成因分析表明：如果某年夏季出现e 1n i n o ( l a n i n a ) 事件，即赤道中东太平洋海温偏高( 偏低) ，上升运动加强( 减弱) ，w a l k e r 环流减弱( 加强) ，来年春季，菲律宾以东洋面出现反气旋( 气旋) 距平环流， 距平反气旋( 气旋) 西北象限的西南风( 东北风) 距平则会( 不) 利于南海上空 的水汽输送至我国华南中东部地区，造成该年春季该地区水汽汇偏强( 偏弱) ， 形成偏涝( 偏旱) 的情况。在前一年的冬季，若非洲以南洋面海温异常偏低( 高) ， 这种冷( 暖) 水将会在接下来的春季沿西( 东) 印度洋一直北扩，在热带印度洋 一南海一西太平洋形成冷水( 暖水) 区，并持续到当年夏天，使得东亚的海陆热力 对比增强( 减弱) ，因而使得东亚夏季风偏强( 偏弱) ，水汽较常年可输送到更北 ( 偏南) 地区，因而南方水汽汇偏弱( 偏强) 如果在前春、夏印度洋一孟加拉湾 一南海海水温度异常偏低( 偏高) ，则会在当年秋季在南海一菲律宾上空低空出现 一个异常的反气旋( 气旋) 距平流场，伴随下沉( 上升) 距平运动，而在华南中 西部则为气旋( 反气旋) 切变距平流场，伴随上升( 下沉) 距平运动，导致水汽 汇偏强( 偏弱) 若当年夏秋发生e 1n i n o ( l an i n a ) 现象，即赤道中东太平洋 海温异常升高( 降低) ，赤道w a l k e r 环流减弱( 增强) ，且冬季菲律宾附近上升 运动减弱( 增强) ，则该年冬季华南中东部获得的水汽偏多( 偏少) 。 关键词：中国南方，大气水汽汇，时空演变特征，成因 s p a t i a la n dt e m p o r a lv a r i a t i o n so fl a r g e s c a l ea t m o s p h e r i c m o i s t u r es i n k so v e rs o u t h e r nc h i n aa n di t sc a u s e s a n a l y s i s m 司o b n a m e ： s u p e r v i s o r ： m e t e o r o l o g y q m x i a o h a o p r o f j i a nm a o q i u a b s t r a c t t l 圮g l o b a lm o i s t u r es i n k sa r ec a l c u l a t e du s i n gt h en c e p n c a r d a i l yr e a n a l y s i sd a t af r o m1 9 5 8t o2 0 0 4 t h ev a r i a t i o no fp r e c i p i t a t i o n a n dt h ed i s c h a r g eo ft h ep e a r lr i v e rw a t e rs y s t e ma r ea n a l y z e df r o mt h e o b s e r v a t i o ns l a t i 0 1 1 8o v e rt h es o u t h e r nc h i n af r o m1 9 5 8t o2 0 0 4 t t l e m a i nr e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w ： t 0m a i na n o m a l o u sc e n t e r so fm o i s t u r es i n k si ns p r i n gl o c a t ea t t h ec e n t r a la n de a s t e r np a r to fs o u t h e mc h i n aa n dt h eb o r d e rr e g i o no f g u a n g x i , h u n a na n dg u i z h o up r o v i n c e sr e s p e c t i v e l y t h es p r i n g m o i s t u r es i n k so v e rt h ec e n t r a la n de a s t e i l lp a r to fs o u t h e mc h i n a e x p e r i e n c et h e 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 u s ，b u tt h e p r e c i p i t a t i o nv a i l a t i o ni nt h es a m ea r e ah a sad o m i n a n ti n t e r a n n u a l v a r i a t i o n a no ft h em o i s t u r es i n k , p r e c i p i t a t i o na n de v a p o r a t i o n v a r i a t i o 璐i nt h eb o r d e rr e g i o no fg u a n g x i h u n a na n dg u i z h o up r o v i n c e s h a v et h ec h a r a c t o r i s t i c so fb 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 n s w b e nt h e r ei ss o u t h w e s tw i n da n o m a l i e so v e rt h es o u t h e r nc h i n a , t h e a r e aw i l lg e tm o r em o i s t u r e ，1 1 l ee a s t e r np a r to ft h es o u t h w e s tc h i n a a n dt h en o r t h e mp a r to ft h es o u t h e r nc h i n a , t o g e t h e rw i t ht h ec o a s t a l a r e a si ng u a n g d o n ga n df u j i a na r et w om a i na n o m a l o 璐c e n t e r so f m o i s t u r es i n k si ns u m m e r t h em o i s t u r es i n ka n de v a p o r a t i o ni nt h e e a s t e r np a r to ft h es o u t h w e s tc h i n aa n dt h en o r t h e r np a r to ft h es o u t h e r n c h i n as h o wd o m i n a n ti n t e r d e c a d a ls c a l ev a r i a t i o n s b u tt h ep r e c i l c i r a t i o n v a r i e so nb o t h ei n t e r a n n u a ls c a l ea n di n t e r d e c a d a ls c a l e h o w e v e r , a l lt h e t h r e ev a r i a b l e si nt h ec o a s t a la r e a si ng u a n g d o n ga n df u j i a nd o m i n a n ti n i n t e r a n n u a lv a r i a t i o n i fm o r em o i s t u r ei st r a n s p o r t e dt ot h en o r t h e r n c h i n a ，l e s sm o i s t u r ew i l ls t a yo v e rt h es o u t h e r nc h i n ai ns u m m e r i n a u t u n m ，g u a n g x ia n dh u n a n , t o g e t h e rw i t ht h ec e n t r a lp a r to fg u a n g d o n g , m a r et w om a i na n o m a l o u sc e n t e r so fm e i s t u r es i n k s t l l em o i s t u r es i n ka n d e v a p o r a t i o nv a r i a t i o n si ng u a n g x ia n dh u n s np r o v i n c e sd i s p l a ym o r e i n t e r d e e a d a lp r o p o a i o nt h a nt h ei n t e r a n n u a ls c a l e ，b u tt h ep r e c i p i t a t i o n v a r i e sw i t ht h ei n t e r a n n u a lv a r i a n c eb e i n gd o m i n a n t l i k et h ec a s ei n s u m m e r , t h ev a r i a f l e e so ft 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 n so f t h et h r e ev a r i a b l e si nt h ec e n t r e lp a r to f g u a n g d o n g a r ee q u i v a l e n t w h e n t h e r ei ss o u t h w e s tw i n da n o m a l i e so v e rt h es o u t h e r nc h i n a , t h ea r e a s a b o v ew i l lg e tm o r em e i s t u r ei na u t u m n t w om a i na n o m a l o u sc e n t e r s o fm o i s t u r es i n k si nw i n t e rl o c a t ea tt h ec e n t r a la n de a s t e r np a r to ft h e s o u t h e r nc h i n aa n dt h ea r e a so ft h en o r t hp a r to fg u a n g x i - e a s t e r np a r to f g u i z h o u h u n a n 讥忙p r e c i p i t a t i o nv a r i a t i o 璐i nt h e b o t ha r e a sa r e i n t e r a n n u a lv a r i a b l e s ，b u tt h em o i s t u r ea n de v a p o r a t i o nv a r i a t i o n ss h o w m o r ei n t e r d e c a d a ls c a l ev a i l a n c e s w h e nt h e r ei ss o u t h w e s tw i n d a n o m a l i e so v e rt h es o u t h e r nc h i n a , t h ea r e a sa b o v ew i l lg e tm o r e m o i s t u r ei nw i n t e r t h ed i s c h a r g eo fg a o y a oa n ds h i j i a os t a t i o n sa r eu s e dt oa n a l y z et h e r e l a t i o 璐b e t w e e nt h ed i s c h a r g eo fp e a r lr i v e ra n dt h em e i s t u r es i n k s o v e rt h er i v e rs y s t e m ar e m a r k a b l ei n - p h a s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e t w ov a r i a b l e si sf o u n di ns u m m e r , t h er e l a t i o n s h i pi no t h e rs e a s o n si sn o t s og o o da si ns u m m e r t l l l er e s u l t ss h o wt h a tt h ed r a i n a g ea r e a sw i l lb e f l o o d ( d r o u g h oi ft h em e i s t u r eo v e rt h i sa r e a si sm o r e ( 1 e s s ) t h a nt h e n o r m a ly e a r s i fe ln i n e ( l an i n a ) h a p p e n si nt h el a s ts u n n n e r , t h a ti s t h es e a s u r f a c et e m p r e t u r e ( s s t ) i sa b n o r m a lh i g h ( 1 0 w ) i nt h ec e n t r a la n de a s t e r n p a r to ft r o p i c a lp a c i f i c ，a n dt h ew a l k e rc i r c u l a t i o ni sw e a k e r ( s t r o n g e r ) t h a nt h en o r m a ly e a r s ，t h e r ew i l lb ea na n o m a l o u sa n t i c y c l o n e ( c y c l o n e ) o v e rt h ee a s to fp h i l i p p i n ei s l a n d s t h e r ew i l lb em o r e ( 1 e s s ) m o i s t u r e s i n k si nt h es o u t h e r nc h i n ai ns p r i n g i nt h el a s tw i n t e r , i ft h es s ti s c o o l e r ( w a r m e r ) i nt h eo c e a ns o u t ho fs o u t ha f r i c a ，t h ec o o l e r ( w a r m e r ) w a t e rw i l le x t e n dn o r t h w a r di nt h ef o l l o w i n gs p r i n g , a n dr e m i xw i t ht h e c o o l e r ( w a r m e r ) w a t e rl o c a t e sa tt h et r o p i c a li n d i a no c e a n s o u t hc h i n a s e a ( s c s ) - w e s t e r np a c i f i c , a l lo ft h ec o o l e r ( w a r m e r ) w a t e rw i l li n b u r s t i n t ot h es c s ，w h i c he n h a n c et h et h e r m a ld i f f e r e n c eb e t w e e nt h el a n da n d o c e a n , t h e r e f o r e ，t h es u m m e rm o n s o o nw i l ls t r o n g e r ( w e a k e r ) t h a nt h e n o r m a ly e a r s ，a n dm o r em e i s t u r ew i l lb et r a n s p o r t e dt of u r t h e rn o r t h e r n ( s o u t h e r n ) a r e a si nc h i n a ，a n dt h es o u t h e r nc h i n aw i l lg e tl e s s ( m o r e ) m e i s t u r e i ft h es s ti sl o w e r ( h i g h e r ) t h a nt h en o r m a ly c ：a r si nt h e i n d i a no c e a n - t h eb a yo fb e n g a l s c si nt h el a s ts p r i n ga n ds u m m e r , s o t h e r ei sa na n o m a l o u sa n t i c y c l o n e ( c y c l o n e ) o v e rt h es c s p h i l i p p i n e i s l a n d si nt h ef o l l o w i n ga u t u m n ，w i t ha na n o m a i o n sd o w n w a r d ( u p w a r d ) m o t i o n ( t h ei n s t a n c ei so p p o s i t eo v e rt h ec e n t r a la n dw e s t c r np a r to f s o u t h e r nc h i n a ) a l lo ft h e s ew i l lc a u s em o r e ( 1 e s s ) m o i s t u r eo v e rt h e c e n t r a la n dw e s t e r np a r to fs o u t h e r nc h i n a l i k et h ec a s ei ns p r i n g , t h e m o i s t u r eo v e rt h ec e n t r a la n de a s t e r ns o u t h e r nc h i n ai nw i n t e ri sm o r e ( 1 e s s ) w h e r ee ln i n o ( t an i n a ) h a p p e n si nt h el a s ts u m m e ra n da u t u i n n k e y w o r d s ：s o u t h e r nc h i n a ；l a r g e s c a l em o i s t u r es i n k ；s p a t i a l a n d t e m p o r a lv a r i a t i o n s ；c a u s e sa n a l y s i s v 第1 章引言 第1 章引言 1 1 研究意义 旱涝灾害是影响华南最严重和最频繁的自然灾害之一。1 9 9 4 年6 、7 月华南 特大洪涝事件给华南各省的经济和人民财产带来了严重的损失。最近，2 0 0 4 年 广东地区发生了历史上少见的夏季降水偏少、秋冬季连旱的特大干旱灾害p 1 ，这 不仅给农业生产带来了严重的危害，甚至还造成了珠江三角洲地区的日常饮用水 源的短缺，为此，国家还首次施行了从贵州引水进广东的“珠江压咸补淡应急调 水工程”。由此可见，研究华南地区的旱涝灾害演变规律，尤其是空中水资源的 变化特征，不仅可为提高华南旱涝灾害的预测水平提供科学理论依据，而且对经 济正在增长的华南地区的水资源调配和长远规划、制定防洪抗旱和减灾对策也有 非常重要的参考价值。 在以往的研究中，对华南旱涝的研究绝大部分是以分析降水量为基础的。虽 然空中降水的多寡对旱涝的发生有非常重要的影响，但是大气与陆地的水资源交 换不仅包括了大气中降到地面的水，还包括了地面蒸发到大气中的水分，二者之 差才真正代表陆气间的水交换量或者水汽汇。因此，用降水量和蒸发量的差值 ( 即大气的水汽源汇) 来研究华南的水资源的变化特征更为准确。虽然实际的蒸 发量不能直接观测得到，但降水量和蒸发量的差值( 大气的水汽汇) 可以通过水 汽方程计算得到，从而避免了估算实际的蒸发量这一难题。而到目前为止，涉及 华南地区水汽汇年际和年代际变化特征的研究非常少见，因此对华南上空水汽汇 的时间变化特征进行分析是非常必要，也有重要的社会意义。 1 2 研究现状 目前，国内气象工作者对华南降水和旱涝特征作了较多的研究：贺海晏的研 究1 2 壤明西江和东江流域旱多涝少，鉴江流域则涝多旱少，北江和韩江流域有涝 无旱。吴尚森等研究【3 l 表明华南前汛期降水有显著的准三年周期性变化。就年代 际变化而言，五十年代降水年际变化较大，六十年代和八十年代降水偏少，而七 第1 章引言 十年代降水偏多；同时他还指出华南后汛期降水有3 年周期变化和l o 年尺度的 长期变化h 。文献【6 】表明广东冬半年的干旱在7 0 年代以来有加剧的趋势。池艳珍 等【7 j 指出华南前汛期降水由锋面降水和夏季风降水两个时段组成，锋面降水时段 主要集中在4 月，为典型的由冬到夏过渡的环流形势；夏季风降水时段盛期主要 集中在6 月。 还有相当多的工作研究了造成我国南方旱涝的各种影响因子【嗍。梁建茵等 译l 发现，西太平洋副高造成的南海地区较强偏南风和较强东亚大槽以及较强南支 西风急流之间的相互作用是影响广东前汛期降水偏多的直接原因，而广东前汛期 偏早的主要原因是冷空气偏弱。西太平洋暖池海温变化是这种相互作用的重要影 响因子，暖池海温偏高( 低) ，广东前汛期正常偏旱( 涝) ；前期冬季西太平洋暖 池海温是前汛期旱涝变化的重要强信号之一；亚洲夏季风系统偏强( 弱) 是造成 广东省后汛期偏涝( 旱) 的最重要因素。w a n gh u i j u n 等【9 l 研究表明中国南方春 季风降水的年际变化主要受北太平洋的环流异常影响，而北太平洋的环流异常又 是与亚洲北部的西风急流和极涡有关的，同时，南方春季降水也与太平洋海表温 度异常有关，但是亚洲热带大气环流的变化对南方春季降水却没有太大影响。郑 彬等【1 3 1 指出二十世纪七十年代以后，华南夏季降水年代际变化主要表现在准两 年尺度平均方差的变化上，当准两年方差大时，相应的华南夏季降水多，反之亦 然。曾琮等【1 4 1 指出强冬季风年后广东前汛期出现大旱的可能性较大，而出现大 涝的可能性很小。q i nj u n 等【1 6 】的研究表明北极涛动( a a o ) 对我国夏季降水有很 显著的影响，a a o 的变化可以引起西太副高强度和位置的变化，从而影响夏季 风降水的变化。常越等【1 7 l 指出华南前汛期降水应分为南海夏季风爆发前4 月份 至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6 月份两个时段，来源于西太平洋的水汽输送 变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用，而阿拉伯海- 孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。国外学者对与华南或 华南旱涝有关的大尺度水汽输送研究较少【墙9 1 ，而主要对与东亚季风区降水异 常有关的水汽输送做过一些研究。c h e r t 等1 2 0 l 还对东亚季风区的3 0 - - 5 0 天振荡如 何影响水汽通量的辐合做了分析。邓立平等【2 1 1 发现在我国近海西太平洋暖池附 近从上年4 月到当年3 月存在一个稳定的影响华南前汛期降水的负相关区，其主 要影响时段为上年6 8 月。苗春生等1 2 3 l 研究表明前汛期东北冷涡与华南降水存在 2 第1 章引言 显著的正相关，东北冷涡强年，华南降水偏多，前期2 3 月份北半球环状模( n a m ) 偏弱；反之，东北冷涡偏弱年，华南降水偏少，前期2 3 月份n a m 偏强。蔡学 湛等【2 5 l 研究表明菲律宾附近海域与赤道中东太平洋对流活动的异常是影响前汛 期旱涝的重要因子；前期冬季太平洋暖池附近对流活动异常变化则是旱涝前期一 个强的征兆信号，另外揭示了东亚太平洋中低纬h a d l e y 环流的异常直接影响到 华南前汛期旱涝。在文献 篮- 3 0 l 中对西江、北江水流量的逐日变化与上空水汽汇的 关系作了分析，发现水流量与水汽汇的变化有比较好的对应关系。 1 3 本文研究内容 根据以上所述，本文将从以下几个方面进行研究： ( 1 ) 我国南方各季节水汽汇的时间变化特征，包括时空演变特征，年际年代 际变化特点；， ( 2 ) 华南主要河流径流量与其上空水汽汇关系分析，目的是分析珠江水系的 流量的年际年代际变化与其上空的水汽汇的年际年代际变化的关系； ( 3 ) 我国南方水汽汇变异的成因分析，希望能对影响南方水汽汇变化的物理 因子及其过程进行一些初步的探讨。 3 第2 章资料和方法 第2 章资料和方法 本文使用的资料是1 9 5 8 2 0 0 4 年共4 7 年n c e p n c a r 再分析逐日资料，包括 口，p ，矾q 船，及豁乃除了跚的水平分辨率为2 0 2 。以外，其余各量的水 平分辨率为2 5 。2 酽。另外本文还用到了我国1 6 0 个测站的降水资料以及珠江 水系的径流量。本文分析所用的水汽汇资料是对由下面方法算得的逐日垂直积分 视水汽汇进行月平均处理而得。视水汽汇q 2 的计算采用倒算法【3 ，其公式为： ”叫詈v 剖协。， 其中q 为比湿，v 为水平风矢量，为p 坐标垂直速度，工为蒸发潜热参数。 水汽汇、水汽通量的垂直积分可表示为： ( q z ) i 1 上，s q z 勿- 工( p 一鼢( 2 2 ) ( v q ) 2 詈e ( 叼，v q ) d p ( 2 _ 3 ) 其中a 为地面气压，由于n c e p n c a r 高空水汽资料只到3 0 0 h p a ，故n = 3 0 0 h p a ， p 和e 分别为降水率和地面蒸发率，g 为重力加速度。 本文用到的分析方法有经验正交函数分解法( e o f ) 、奇异值分解( s v d ) 、合 成等统计方法。其中需要说明的是：在使用e o f 方法时，模态方差百分比是一个 相当重要的参数，它通常用来衡量某个e o f 模态对原向量场的方差贡献。但是， 模态方差百分比不能对每个e o f 模态方差贡献的空间分布提供更详细的信息。因 此本文中引入了模态点方差百分比( m s v p ) 这个参数，用来估算每个站点( 格点) 重建的时间序列与相应的观测场时间序列所占的百分比。模态点方差百分比计算 公式如下p 2 】： 脚印f 一吒 ( ，； ) 】1 0 0 ( 2 - 4 ) 其中下标- ，表示第j 个站点( 格点) ，下标j 表示第j 个样本， 为第，个特征 向量，v 。表示在第- ，个站点( 格点) 的第j 个特征向量的空间值。 第3 章中国南方水汽汇的e o f 分析 第3 章中国南方水汽汇的时空演变特征 在本章中，南方所取范围为( 1 0 2 5 - - 1 2 2 5 。e ，2 0 - 3 0 。n ) 。本章主要通过e o f 、 谐波分解和功率谱方法分析南方各个季节空中水汽汇时空演变特征。 3 1 春季南方水汽汇的e o f 分析 首先，对春季平均大气水汽汇 作e o f 分析，前五个模态分别占总方差的 3 4 9 9 6 、1 9 3 、1 1 4 、9 o 和5 9 ，前三个模态的累积方差已占总方差的6 5 9 9 6 。 在前五个模态中，第2 模态极值区落入华南区域的极少，且第4 和第5 模态所占 的方差百分比也较小，因此接下来对春季的讨论中，只讨论第1 和第3 模态。第 1 和第3 特征向量及对应的模态点方差贡献分布如图3 - 1 所示。第l 模态特征向 量场如图3 - i ( a ) 所示，华南都位于正值区内，表明这些地区的变化是同号的， 其中心对应的点方差贡献百分比高达9 0 ，而模态点方差贡献百分比大于4 0 的 区域包括了广东、福建两省，江西大部分地区和广西东南部( 图3 一l b ) ，说明该 模态是我国南方春季水汽汇非常重要的一种异常型。对应第l 模态的时间系数 ( 图3 - 2 a ) ，即第l 主分量，如果以8 年为界进行谐波分解，可以发现其年代际 变化和年际变化所占比例差不多；通过功率谱的分析，发现该主分量存在准三年 的周期。另外，从年代际尺度曲线( 虚线) 趋势变化，结合特征向量场和时间系 数的符号分析可知，华南中东部地区春季上空的水汽汇存在逐渐增加的趋势。 第3 模态特征向量如图3 - 1 ( c ) 所示，正值极值中心区位于广西北部一湖南西 部一贵州东部地区，中心区的模态点方差贡献高达6 0 ( 图3 - 1 d ) ，因此该特征向 量主要反映了广西北部一湖南西部一贵州东部地区水汽汇的异常变化。从对应的时 间系数看( 图3 - 2 b ) ，其年际变化幅度较第1 主分量的明显，其年代际变化则表 现为在1 9 7 1 年之前随时间增大和在1 9 7 0 年之后随时间减小的主要特征。结合特 征向量场符号和时间系数符号可知，第3 模态反映的广西北部一湖南西部一贵州东 部地区的春季水汽汇的年代际变化特征是，在1 9 7 1 年前后分别有增加和减少的 变化趋势。 5 第3 章中国南方水汽汇的e o f 分析 图3 - 1 ( a ) 、( c ) 分别为春季水汽汇e o f 分析的第1 、第3 特征向量； ( b ) 、( d ) 分别为对应第l 、第3 特征向量的模态点方差贡献( ) 分布图 以舭= 俨一k _ q w 。 1 0 6 01 9 6 5 1 9 7 01 9 51 9 6 01 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 52 0 0 02 0 0 5 年 照 图3 - 2 春季水汽汇的e o f 分析的第1 主分量( a ) 和第3 主分量( b ) ， 虚线为九点滑动平均曲线 下面进一步分析两变异中心区水汽汇与降水量和地表蒸发量的变化关系，其 中蒸发量用降水量和水汽汇利用公式( 2 2 ) 倒算出。华南中东部地区的变异中 心区取第1 模态点方差贡献约大于4 0 9 6 的范围，并由该区域内的屯溪，衢县，浦 城，福州，永安，贵溪，南昌，广昌，吉安，赣州，郴县，厦门，梅县，汕头， 6 嚣8088器 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 rgj，巴，13d o 舯 蛳 m m 。 一 一 ，售巴、如王 第3 章中国南方水汽汇的e o f 分析 曲江，河源，广州，阳江，梧州，南宁，北海共2 1 个站的降水量和9 个格点的 水汽汇的平均值来代表中心区域平均降水和水汽汇。华南春季降水在过去的4 7 年里存在明显的年际变化特征( 见表3 1 ) ，水汽汇年代际和年际变化特征相当， 年际变化所占方差略高一点，且与降水的年际变化趋势非常相似( 图3 3 a 、b ) ， 通过功率谱分析，发现其存在准三年的显著周期。由降水量和水汽汇推算出的蒸 发量的以年代际尺度方差稍占优，以1 9 7 1 年为界，之前和之后蒸发量有增加和 减少的趋势( 图3 3 c ) 。 表3 - 1 春季降水量、水汽汇和蒸发时间序列的年际和年代际时间尺度的方差贡献 华南中东部地区广西北部湖南西部贵州东部地区 变量 年际方差贡献年代际方差贡献年际方差贡献年代际方差贡献 降水 6 2 5 3 7 5 6 0 8 3 9 2 水汽汇5 1 2 * a4 8 8 5 8 5 4 1 5 蒸发4 3 8 5 6 2 5 8 7 4 1 3 l l l g o 1 9 7 01 9 s1 1 1 _ 11 1 1 _ 1 i i i q ol 9 9 5 绷2 0 年 1 ，嘲1 9 7 01 9 1 1l l m o1 9 1 i s i l l 62 0 硼年 1 1 1 9 7 01 1 1 7 1 11 0 1 1 01 i l l s1 蛳吁m o 年 图3 - 3 华南中东部地区春季降水量( p ) ( a ) 、水汽汇( 0 2 x b ) 辛n 蒸发量( 以c ) 的时间曲线， 虚线为九点滑动平均曲线 广西北部湖南西部贵州东部地区水汽汇变异中心区取第3 模态点方差贡献 约大于4 0 的范围，区域平均降水量由该区域内的桂林，柳州，遵义，贵阳，榕 7 5 3 z t o 一童4 膏!目昌一智、目旦a(船口、茸目i 第3 章中国南方水汽汇的e o f 分析 江，酉阳6 站的降水量平均得到，区域平均的水汽汇则由位区域内的4 个格点值 平均得到。该地区的降水、水汽汇和蒸发量都具有明显的年际变化特征( 表3 1 ) ， 比较降水量和水汽汇的变化趋势( 图3 4 a 、b ) ，发现虽然在某些年份两者呈现反 位相的情形，但是整体来说，在过去的4 7 年里，两者的变化趋势还是比较一致 的。对蒸发量曲线进行功率谱分析，发现其存在准四年的显著周期。 1 i - r o1 l r $ l g e o1 9 m $ 嘲2 0 年 嘲1 嘲1 朝帕1 1 1 7 5 嘲1 啊1 1 2 0 0 0 毒嘲年 童 图3 4 同图3 - 3 ，但为广西北部湖南西部贵州东部地区的情形 分别将春季第l 、第3 模态点方差贡献百分比大于4 0 区域内格点的 值 进行平均，得到两条 曲线，曲线1 倍标准差为阈值分别选出春季中心的强弱 ( 正负) 异常年。华南中东部地区春季水汽汇偏强年有4 年：1 9 8 7 年，1 9 9 3 年 1 9 9 8 年和2 0 0 2 年；偏弱年有7 年：1 9 5 8 年，1 9 5 9 年，1 9 6 3 年，1 9 6 4 年，1 9 6 9 年，1 9 7 1 年和1 9 7 4 。第3 模态位于广西北部湖南西部贵州东部地区的水汽汇 异常中心的偏强年有8 年：1 9 6 1 年，1 9 6 2 年，1 9 6 9 年，1 9 7 0 年，1 9 7 1 年，1 9 7 5 年，1 9 8 0 年和2 0 0 2 年；偏弱年有6 年：1 9 5 8 年，1 9 6 0 年，1 9 6 4 年，1 9 7 4 年， 1 9 8 5 年和2 0 0 4 年。然后根据上述强弱年对垂直积分的水汽通量分别进行合成。 8 i 3 2 1 拿、6日目一 o一4，r 瓮暑吾姗)9 食暑售茸v阉 第3 章中国南方水汽汇的f , o f 分析 图3 - 5 给出了春季水汽汇气候平均场和华南中东部水汽汇强弱年水汽通量距 平场及其散度分布。在气候平均场上( 图3 - 5 a ) ，主要有两支水汽输送带在中南 半岛一南海汇合北上影响华南地区，一支是西太副高南侧源于偏东气流的水汽输 送带在中南半岛一南海地区转向北上，另一支是源于印度一孟加拉湾的偏西气流的 水汽输送带。除雷州半岛和海南外，我国南方处于水汽通量的辐合区在华南中 东部地区水汽汇偏强年( 图3 - 5 b ) ，菲律宾附近出现一个反气旋式水汽通量距平 场，中南半岛北部、南海南部及菲律宾以东区域是明显的水汽通量距平辐散区， 而中国东南部及其沿海地区则处于菲律宾附近反气旋式水汽通量距平场北侧的 西南风水汽通量距平带控制下，并伴随着明显的距平辐合，即是说，华南上空由 西南气流输送的水汽要较常年的偏多，其辐合也偏强，因而导致华南的水汽汇偏 强。在华南水汽汇偏弱年，中国东部及其以东洋面上空是一反气旋式水汽通量距 平场( 图3 - 5 e ) ，华南则处于该反气旋式水汽通量的南支偏东风水汽通量距平带 中，并伴随有明显的水汽通量距平辐散，即较常年而言，在南海北部一华南上空 的西南风水汽输送偏弱，其水汽通量的辐合也偏弱，因此使得华南水汽汇较常年 偏弱。另外，从前面给出的华南春季水汽汇的强弱年份可知，强年出现在1 9 8 7 年以后，而弱年则集中在1 9 7 4 年以前，所以上述强弱年水汽通量场的差异实际 上也反映了其年代际变化特征。 9 第3 章中国南方水汽汇的e o f 分析 图3 - 5 ( 游季大气垂直积分水汽通量( k 昏3 一m 1 ) 及其散度( 1 a k “1 m 4 ) 的气候平均场： 华南中东部地区水汽汇强年的水汽通量距平及其散度场；( c ) 弱年的水汽通量距平及其散 度场；图中的等值线为水汽通量散度值 广西北部一湖南西部一贵州东部地区春季大气水汽汇强弱年合成的垂直积分 水汽通量距平场如图3 - 6 所示。对于强年( 图3 - 6 a ) ，在南海中北部至台湾以东 附近洋面上空存在一个反气旋式水汽通量距平场，其中在我国南方上空为西南风 水汽通量距平，南海中北部，包括台湾，直到日本附近都为水汽通量散度正距平 区( 辐散异常) ，而我国东部、南部地区则是水汽通量距平辐合区，其中辐合中 心位于广西北部一湖南西部一贵州东部地区，从而使得该地区上空的水汽汇偏强。 在弱年( 图3 - 6 b ) ，水汽通量距平场的分布与华南水汽汇偏弱年的分布较相似( 图 3 - 5 c ) ，不同的是，我国南方的水汽通量距平辐散中心比图3 - 5 ( c ) 的中心要稍偏 西南，即位于我国广东、广西交界处，从而使得该地区上空的水汽汇偏弱。 1 0 第3 章中国南方水汽汇的e o f 分析 日r 图3 - 6 广西北部一湖南西部一贵州东部地区春季水汽汇强弱年的大气垂直积分水汽通量 距平( k g s t m - 1 ) 及其散度( 1 0 6 k g s a m - 2 ) 场分布。( a ) 强年，( b ) 弱年； 图中的等值线为水汽通量散度值 3 2 夏季南方水汽汇e o f 分析 对夏季平均大气水汽汇作e o f 分析，其前五个模态分别占总方差的3 0 2 9 6 、 1 7 6 、1 6 、蹦和7 。前三个模态占了6 3 8 。从第1 模态特征向量场分布可以 看出( 图3 7 a ) ，该模态的主要正中心区位于广西西北部、贵州南部、湖南西南 部和江西中南部( 以下简称西南地区东部至华南北部地区) ，华南都处于正值区 范围，即整个华南地区的变化是同号的，其中心对应的点方差贡