（气象学专业论文）热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系.pdf

热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r n so f s s t ai nw e s t e r np a c i f i cw a r mp o o lr e g i o na n di t sr e l a t i o n st os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a 摘要 本文通过对夏季热带西太平洋暖池区s s t a 的e o f 分析，发现夏季 暖池区海温存在两种主要空间分布型，即s s t a 的一致性分布和南北半球 反对称分布。 当s s t a 为一致性分布时，暖异常年，8 5 0 h p a 暖池区上空为一反气旋 偏差环流，副热带地区西风和低纬度地区东风得到加强，长江中上游地区 盛行偏南风气流；2 0 0 h p a 南亚上空为一反气旋偏差环流，长江中上游地 区为北风；w a l k e r 环流加强，副热带高压偏强，经向垂直环流在2 5 3 5 。n 附近为上升气流，长江中上游地区降水偏多，是l an i n a 事件的多发年， 对应的s o i 指数偏高，冷异常年则相反。 当s s t a 为南北半球反对称分布时，与s s t a 北暖南冷分布相对应， 8 5 0 h p a 暖池区上空为一反气旋偏差环流，1 5 n 附近东风气流和赤道附近 西风气流增强，长江中下游地区盛行偏南风气流；2 0 0 h p a 反气旋偏差环 流中心移到东亚大陆上空：副热带高压强度、西伸脊点都明显变强、西伸： h a d l e y 环流得到发展，长江中下游( 华北) 地区为上升( 下沉) 气流， 降水明显增多( 减少) ，北冷南暖年则相反。 暖池区s s t a 不同分布型与东亚大气环流和中国夏季降水关系不同， s s t a 的一致性分布与h a d l e y 、w a l k e r 环流、e n s o 循环及长江中上游地 区降水关系较好，而s s t a 南北反对称分布与h a d l e y 环流和长江中下游 地区降水关系较好。 关键词：暖池：海温分布型；大气环流；夏季降水 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r n so f s s t a i nw e s t e mp a c i f i cw a r mp o o lr e g i o na n d1 1 sr e l a t i o n st os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a s p a t i a l p a t t e r n so fs s t ai nw e s t e r np a c i f i cw a r mp o o l r e g i o n a n di t sr e l a t i o n st os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a a b s t r a e t b a s e do nt h es s td a t a , t h et e m p o r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o n so fs s t ai n w e s t e r np a c i f i cw a r mp o o lr e g i o nh a v e b e e na n a l y z e di nt h i sp 如e l - b y1 t l e f l l l so f e o f r e s u l t ss h o wt h a tt h e r ea l - et w om a i l ls p a t i a lp a t t e r n so f t h ew ps s t a ：o n e i su n i f o r mi nt h ew h o l ea r e a t h eo t h e l i so f t h en o r t h s o u t ha s y m m e t r y 跚e nt h es p a t i a lp a t t e r ni su n i f o r mi nt h ew h o l ea r e ai nt h ew a r my e a r s ? t h e r ei sa a n t i c y c l o n ec i r c u l a t i o ne x i s t i n go v e r t h ew a l t i ip o o la n d w e s t e r l yi nt h e s u b t r o p i c a lr e g i o n a n d e a s t e r l y i nt h e t r o p i c a lr e 百o n h a v eb e e n g r e a t l y s t r e n g t h e n e da t8 5 0 h p a w h i l eaa n t i c y c l o n ee i r e u l a t i o n o v e rt h ei n d i ar e g i o i la t 2 0 0 h p a t h ew 缸k e l e i r c u l a t i o nh a sb e e ns t r e n g t h e n e d , t h es u m m e rr a i n f a l lm a y b ea b o v en o r m a li nt h eu p p e ra n dm i d d l er e a c h e so ft h ey a n g t z er i v 瓯v i c e v e r s a w h e l lt h es p a t i a lp a t t e r ni so ft h en o r t h - s o u t ha s y m m e t r y ，i nt h ew a r m n o r t h - c o l ds o u t hy e a r s t h e r ei saa n t i c y c l o n ec i r c u l a t i o ne x i s t i n go v e rt h ew a r m p o o la t8 5 0 h p a , e a s t e r l y a t1 5 0na n dw e s t e r l yi nt h et r o p i c a lr e g i o nh a v eb e e n g r e a t l ys t r e n g t h e n e d ，w h i l et h ec e n t e ro fa n t i c y c l o n ec i r e u l a t i o nm o v e st ot h e e a s ta s i aa t2 0 0 h p a a n dt h eh a d l e yc i r c u l a t i o nh a sb e e na f f e c t e de v i d e n t l y ，s o t h es u n l m e rr a i n f a l lm a yb ea b o v en o r m a li nt h em i d d l ea n d1 0 w e t r e a c h e so f t h e y a n g t z er i v e r ，v i c e v e r s a t h e r ea r ed i f i e , r e n tr e l a t i o n st oe a s ta s i aa t m o s p h e r i cc i r c u l a t i o na n d $ 1 , ! a - t l m e rr a i n f a l li nc h i n a w h e l lt h es p a t i a lp a t t e r ni su n i f o r mi nt h ew h o l ea l e a t h e r ei sab e t t e rr e l a t i o n sb e t w e e nt h ew ps s t aa n dw a l k e rc i r c u l a t i o n , h a d l e y c i r c u l a t i o n e n s 0a n dt h e $ u n l m e rr a i n f a l lo ft h eu p p e ra n dm i d d l er e a c h e so f t h ey a h 【g t z er i v e r w h i l et h es p a t i a lp a t t e r ni so ft h en o r t h - s o u t ha s y m m e t r y , t h e r ei sab e t t e rr e l a t i o nb e t w e e nt h ew ps 研队a n dh a d l e yc i r c u l a t i o na n dt h e s l l i r l m e rr a i n f a l lo f t h em i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so f 也ey a n g t z er i v e t k e y w o r d s ：w a r m p o o l ； g e n e r a lc i r c u l a t i o n ； s p a t i a lp a t t e r n so f w p s s t a s t r e a m e rr a i n f a l l 热带两太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t l e m so f s s t a i n w e s l e mp a c i f i c w a r m p o o l r e g i o na n dn s r e l a t i o n s c os u m m e rr _ 鱼i n f s 1 l m c h i n a 1 1 引言 第一章绪论 近年来，全球气候变化越来越受到国际社会的关注，成为科学研究的热 点，特别是海洋，它占地区表面的7 1 ，具有巨大的质量和热容量，是驱 动大气运动能量的直接供应者和调节器，是大气中水汽的主要来源。海洋对 气候的形成、稳定和变化起着举足轻重的作用。 最近几十年的研究成果证明，大洋暖池对全球气候变化及e n s o 的形 成有十分重要的作用。大洋暖池指的是热带西太平洋及印度洋东部多年平均 海温在2 8 以上的暖海区，它的总面积占热带海洋面积的2 6 2 ，约占全 球海洋面积的1 1 7 ，东西跨越约1 5 0 个经度，南北伸展约3 5 个纬度。在 热带西太平洋，常年海表温度大于2 8 ，通常比赤道东太平洋海温高出3 9 0c ，温跃层的厚度可达1 5 0 2 0 0 米，是全球海温最高的海域。在自东向西 的信风驱动下，赤道表层海水向西流动，大量的暖水在西太平洋堆积，使海 平面呈西高东低的形式，在东西向压力梯度的作用下，次表层出现向东的急 流，即赤道潜流。 热带西太平洋暖池区是全球对流活动最强烈的地区，而且活动持久，通 过卫星遥感资料发现，西太平洋暖池区最大对流中心、最大降水中心、绝热 加热高中心和暖池中心是一致的。由于暖池的空间尺度大，基础海温高，其 温度的微小变化都会对全球气候变化产生很大的影响，它的热力状态变化对 大气环流和旱涝的变化有很大影响，它的变化制约着亚洲和太平洋区域的气 候变化和自然灾害的形成，对东亚季风和中国夏季降水有重要影响。 1 2 热带西太平洋海气相互作用的研究进展 热带西太平洋是影响全球气候系统的关键区，研究发现，热带西太平洋s s t 年际变化存在准二年周期的振荡，并且这种s s t 的变化与e n s o 循环相联系“1 ； 李崇银指出e l n i n o 事件发生的前期征兆出现在赤道西太平洋。1 ，后来又进一步 指出赤道西太平洋地区西风和积云对流的持续异常将分别引起k e l v i n 波和大气 季节内振荡的异常活动，通过海气耦合作用导致e n s o 事件的发生。3 ；陈锦年、 高振会研究了赤道太平洋海温同南方涛动和副热带高压的相互关系“。；陈明萤研 究了海温对西北太平洋副热带高压的影响“1 ；罗绍华等指出南海s s t 尤其南海 东部s s t 与南亚高压、西太平洋副热带高压及长江中下游地区洪涝有显著的相 热带西太平洋暖池海温分布型与中离夏季降水的关系 s p a d a l p a t t e r n so f s s t a i n w e s t e r op a c i f i c w a r mp o o l r e g i o na n d i t s r e l a t i o n s t os u r a m e r r a i n f a l l i n c h i n a 关关系”；热带西太平洋暖池上空的对流活动显著影响东亚大气环流和气候”。1 ； 然而，对流的变化不仅受局地海温的影响，而且还受到热带地区大尺度大气环 流的影响“，因而，暖池区域海温偏高并不说明其上空对流也一定强“”。；陆日 宇指出夏季暖池对流强度与前期的暖池区域和赤道中东太平洋海温分别呈正、 负相关，而与同期的菲律宾以西区域表面温度呈显著的负相关”；n i t t a 研究 了暖池上空云量变化与其以外地区云量的遥相关，发现云量变化存在两个遥相 关型，一是东一西向遥相关型，二是日本岛一太平洋遥相关型“”1 ；热带西太平 洋s s t 长期变化有很强的区域特殊性，明显不同于热带海洋的其它区域，受它 影响的当地大气环流异常也明显不同于热带海洋的其它区域“：为研究热带西 太平洋海温的年际变化及海温异常的区域特殊性，周休诱、于慎余等采用复经 验正交函数( c e o f ) 对热带西太平洋( 1 8 0 1 2 0 0 e ，1 0 b 3 0 0 n ) 1 9 5 1 1 9 8 6 年的月平均海温距平进行分析，结果发现。这区域的s s t 异常包括准静止型、 经向传播型和纬向传播型三个模态“”。 1 3 热带西太平洋海气相互作用与东亚气候的关系 许多观测事实表明，暖池的热状况及其上空对流活动不仅对维持热带纬 圈环流起很大作用，而且在经向对北半球大气环流也有很大影响。 朱乾根等。”研究了西太平洋s s t 暖异常可引起本地区地面气压下降、低 层气旋佳环流和高空反气旋发展，使得印度一东南亚一中国东部一日本的西 南季风带南移和南海南部一西太平洋热带季风发展；吴爱明等”研究表明， 西太平洋暖池暖异常会出现东亚夏季风减弱和印度半岛夏季风增强的特征： 黄荣辉等o ”选取( 1 2 5 1 4 5 0 e ，0 1 5 0 n ) 范围作为热带西太平洋暖池区域， 从观测事实、动力理论和数值模拟较系统地研究了热带西太平洋暖池的热力 状况及其上空对流活动对东亚夏季风和西太平洋副热带高压的年际变化有很 重要的作用，发现暖池上空对流活动所形成的热源与北半球大气环流异常有 很好的相关性。在热带西太平洋热源的强迫作用下，准定常波传播将产生自 菲律宾附近至北美的遥相关型( t t 列) ，在江淮流域降水偏多( 少) 年，暖池 区本身s s t 偏低( 高) ；李崇银。”选取( 1 4 0 1 8 0 0 e ，1 0 0 s 一1 5 。n ) 范围作为暖 池区域，分析了夏季风异常与暖池区s s t a 的关系，强( 弱) 东亚夏季风年对 应着暖池区s s t a 正( 负) 距平。金祖辉1 3 2 等则把暖池范围定义为( 1 1 5 - 1 5 0 0 e ， 0 18 0 n ) ，通过对暖池区暖异常年的东亚大气环流进行合成分析，发现东亚夏 季风变异与暖池区s s t 异常关系密切，暖异常年在对漉层低层西太平洋上空 可产生个强的偏差环流，使副热带高压南侧东风气流大大加强，并向西伸 展到中南半岛南部，从而影响了东南亚热带和副热带地区西南季风的发展。 罗绍华等。4 指出南海s s t 尤其是南海东部s s t 与南海高压、西太平洋副高 及长江中下游地区洪涝有显著的相关关系。 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r n so f s s t a i n w e s t e r np a c i f i c w a r mp o o l r e g i o na n d i t s r e l a t i o n s t os u m m e r r a i n f a l l i n c h i n a n i t t a 与k u f i h a r a 。“”1 和黄荣辉o ”揭示出如下联系：热带西太平洋s s t 正异 常导致菲律宾周围对流活动加强，进而导致位于日本和我国东部上空的西太 平洋副热带高压加强，并使当地出现高温少雨天气。可见，热带西太平洋s s t 异常直接关系着东亚夏季短期气候异常及预测。 由于热带西太平洋长期变化的特殊性，其变化明显不同于热带海洋的其 它区域，受它直接影响的当地区域大气环流异常也将明显不同于热带海洋其 它区域。因而夏季热带西太平洋海气相互作用的异常将直接影响东亚区域， 使东亚区域夏季天气异常与e 1n i n o 事件的联系表现出某种不确定性。因此深 入研究热带西太平洋海气异常的区域特性对推进我国夏季短期气候预测是必 要的啪1 。 1 4 本文拟解决问题 目前有关热带西太平洋海气相互作用的研究已经取得了很大进展，使人 们对热带西太平洋海气系统的变化有了进一步的认识。然而，其中仍存在不 少要解决的问题： ( 1 ) 热带西太平洋暖池区是全球海气相互作用非常敏感的区域，但目前 暖池范围还没有统一的选取标准，上述研究选取的区域不同，研究的结果也 不尽相同。 ( 2 ) 热带西太平洋海温变化有其特殊性，但目前的研究大多侧重于暖池 的整体变化特征，而对暖池区内部海温变化特征还缺乏深入了解。 ( 3 ) 如果暖池区内部海温变化有明显不同，这些内部变化与大气环流及 气候异常的关系又如何? 本文主要就夏季暖池区海温是否存在的区域差异性，如果存在，其与大 气环流及气候的关系有何不同展开讨论，即探讨热带西太平洋海温异常的区 域性与大气环流及气候异常的关系。 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a c c = n so f s s t ai nw e x t e mp a c i f i cw a r mp o o lr e g i o na n di t sr e l a t i o n st os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a 第二章资料和方法 本文从分析暖池区海温的空间分布特征入手，分析热带西太平洋暖池海温 异常与大气环流的关系，并试图找出热带西太平洋暖池与我国东部夏季降水、 e n s o 循环的关系，并研究了高度场、风场、副热带高压等在这种关系中的桥 梁作用及其统计特征，所用资料和方法具体说明如下： 2 。1 资料说明 ( 1 ) 英国气象局整编的1 9 5 0 年1 月一1 9 9 8 年1 2 月的全球逐月海表温度资 料，范围为9 0 0 s 9 0 。n ，0 。- 3 6 0 。e ，a l 妒= 2 0 x 2 。 ( 2 ) n c e p 的再分析月平均全球位势高度场资料、风场、垂直速度和比湿资 料，范围为9 0 0 s 9 0 。n ，0 0 - 3 6 0 。e ，a x 妒_ 2 5 。2 5 。，其中风场和高 度场垂直方向为1 7 层，垂直速度和水汽垂直方向为1 2 层，资料长度取 为1 9 5 0 年1 月1 9 9 8 年1 2 月。 ( 3 ) 美国国家大气海洋署( n o a a ) 逐月向外长波辐射( o l r ) 资料，资料 长度取为1 9 7 4 年6 月1 9 9 8 年1 2 月( 其中缺1 9 7 8 年) ( 4 ) 中国国家气象局整编的1 6 0 标准站逐月降水资料和西太平洋副热带高压 指数资料，时间长度取为1 9 5 1 年1 月1 9 9 8 年1 2 月 ( 5 ) 美国c p c 的降水合并分析( c p cm e r g e d a n a l y s i so f p r e c i p i t a t i o n ，c m a p ) 资料。该资料由x i e 、a r k i n ( 1 9 9 6 ) 将5 种卫星估计的降水资料( g p i ， o p i ，s s m i ，s c a t t e r i n g s s m ie m i s s i o n , m s u ) 和陆地与海洋上观测到的 降水进行合并，得到全球热带和副热带地区合理的降水率分布。本文使 用了1 9 7 9 年1 月1 9 9 8 年1 2 月平均2 5 。2 5 。经纬度网格点资料。 ( 6 ) 1 9 5 5 年1 月1 9 9 8 年1 2 月次表层海水温度距平资料，水平网格距为 5 0 l o n 2 0 l a t ，资料的经向覆盖范围6 0 。s 6 0 。n ，纬向0 3 6 0 0 。资料 来自美国加州大学圣地亚哥分校s c r i p p s 海洋研究所。 ( 7 ) s o i ( 南方涛动指数) 资料为塔希提与达尔文站的标准化的海平面气压 差的标准化值。 d 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r n so f s s t a nw e s t e r np a c i f i cw a r mp o o lr e g i o na n di t sr d a t i o n st os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a 2 2 方法简介 在本文中重要使用以下几种方法： ( 1 ) 经验正交函数e o f 分析m 3 我们将海温距平资料写成一个1 t i 行，n 列的矩阵f ：( m 为资料的时间序 号，1 1 为空间点序号) 吲 场中任一时间i ，任点，的海温距平资料可分解为，和x 两部分，即 磊= 石 写成矩阵形式为： r f = l 2 m 、 l ，：1 2 m j ( 2 1 ) ( 2 1 ) f = t x ( 2 3 ) f 。为z 的转置矩阵，( 2 2 ) 中的毛表示第，个时间，第p 个权重系数，它只随 时间i 而变，称为时间系数。x 。表示第，个点，第p 个空间函数，它只随空间 位置而变，称为空间系数。具体的求r 和z 的步骤如下： ( a ) 先由f 求出a ；4 。= ( 只。，只，) ，即f 中第s 1 、s 2 格点上要索时间序列 向量( m 维) 的内积( 当f 为距平场时，a 是协方差矩阵) ； ( b ) 用j a c o b i 法( 对角化方法) 求出a 的全部特征值、特征向量a 、x ( c ) 由f 及z 求取时间系数rt = z f 对特征向量z 以及时间系数r 进行分析，从而得到分析对象的时间和空间 分布特征。 ( 2 ) 合成分析 ( 3 ) 小波分析 ； ，弋 f 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a d a ip a t t c r n s o f s s t a i n w e s t e r np a c i f i c w o r m p o o lp , s g i o na n d i t s r e l m i o n s t os u m m e rr a i n f a l l i n c h i n a ( 4 ) 相关分析 用来描述两个时间序列之间相互关系的方法，用相关系数 。去喜呼) 竿) 赫其帆_ 删为第“第1 个变量的 标准差。r n 的绝对值越大，表示两者的关系越密切。 ( 5 ) t - 检验方法 两组样本平均值差异的显著性检验，两组样本个数分别为n 和n ：，其平均 值分别为确和m z 则统计量f = ：珥m i - m 2 ，其中 5 ( 一+ 一) n l? 1 2 1 薹! ! ：! ! 二萎! ：! ：二：! 。给出信度a ，得到临界值屯，计算t 后在假 1 f 盥堕一。给出信度a ，得到临界值屯，计算后在假yn 1 + ，z 2 2 。 设h 。下比较t 与f 。当t 的绝对值大于等于f 。，否定原假设，说明存在显著性 差异。 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r n so f s s t ai nw e s t e r np a e i l i ew a r m p o o lr e g i o na n di t sr e l a t i o n si os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a 第三章热带西太平洋暖池区s s t a 的空间分布型 3 1 热带西太平洋暖池区的确定 在分析热带西太平洋暖池区海温变化及其海气相互作用过程中，对西太 平洋暖池范围的选取，目前仍没有完全统一的标准。本文主要对1 9 5 0 1 9 9 8 年夏季平均的s s t 分析( 图3 1 ) ，可以看出暖水主要集中在赤道以北的热带 西太平洋地区，但南半球也有一小部分，其中菲律宾群岛附近是暖中心区。 为深入研究西太平洋暖池s s t 变化的区域性差异，选取热带西太平洋暖池范 围时应涵盖南半球才完整，因此本文选取( 1 0 5 1 6 0 0 e ，1 0 0s 2 5 0 n ) 范围作 为热带西太平洋暖池区域，即图中方框围起的区域，该区域基本涵盖了2 9 以上的暖水区。 图3 11 9 5 0 1 9 9 8 年夏季平均的s s t 分布( 图中矩形区域为本文选取的暖池范围 即1 0 5 1 6 0 。e ，1 0 。s 2 5 0 n ，以下同，单位：) 3 2 热带西太平洋暖池s s t a 的空间分布型 为了解夏季暖池区s s t a 年际变化的时空分布特征，对选定的暖池区s s t a 进行e o f 分析“”( 资料已进行标准化处理) ，表3 1 为该e o f 分析前4 个模态 的方差贡献率及累积方差贡献率。 表3 1 ：夏季暖池区s s t ae o f 方差贡献率和累积方差贡献率( ) 由表可见，前四个模态累积方差贡献率超过8 0 ，而前两个模态的方差 贡献率分别达到4 9 1 和1 5 1 ，特别是第一模态，它的方差贡献率占了绝 对优势，可以看出第一模态与第二模态方差贡献率相差悬殊。 对e o f 第一、第二模态做m o n t ec a r l o 检验，发现e o f 前两个模态通过 了9 5 置信水平的显著性检验，因此e o f 前两个模态能反映暖池区s s t a 的 热带西太平洋暖池魁温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r r o f s s t ai nw e s t e r np a c i f i cw a r mp o o lr e g i o na n di t sr e l a t i o n st os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a 主要变化特征。结果发现：e o f 第一特征向量的空间结构( 图3 2 a ) 表现为 整个西太平洋暖池s s t a 均为负的分布形式，且具有非常好的一致性，其中心 区位于菲律宾附近，中心位置与暖池区s s t a 的暖中心位置基本吻合。而 e o f 2 ( 图3 2 b ) 的空间场表现为南北半球的反对称分布形式，这种反对称分 布大致以1 0 。n 为界，其东北部为负中心区，南部为正中心区，两个正负中心 强度相当。所以夏季西太平洋暖池区s s t a 除了非常好的一致性分布外，还具 有南北半球的反对称分布。 对e o f 一1 时间系数( 图3 2 c ) 做线性倾向估计，图中曲线为e o f 1 的时 间系数，直线为e o f 1 时间系数的线性变化趋势线。可以看出，过去4 9 年 e o f 1 时间系数呈不断下降趋势，有一个明显的从正位相向负位相的转变过 程，结合e o f 1 空间分布，夏季暖池区s s t a 表现出一个明显的增暖趋势。 图3 2 夏季暖池区s s t ae o f 1 特征向量( a ) 及时间系数( c ) 、e o f 一2 特征向量( b ) 及其时间系数( d ) ( 图a , b 等值线间隔分别为0 5 、1 - 0 c ) 现对e o f 第一特征向量、第二特征向量时间系数做小波分析( 图3 3 ) ，发 现e o f 一1 对应的时间系数具有2 7 a 和2 7 a 左右的变化周期；e o f 一2 对应的时 间系数具有1 5 a 和4 0 a 左右的变化周期。e o f 。l 的年际变化周期与e n s o 的变 化周期非常接近。 图3 3e o f 1 ( a ) 、e o f 一2 c o ) 特征向量对应的时间系数的小波分析 由于热带西太平洋暖池s s t a 主要存在两种空间分布型，即e o f 1 代表的 暖池区s s t a 的一致性分布和e o f 2 代表的南北半球反对称分布，因此可以分 别选取e o f 。1 、e o f 一2 特征向量的时间系数，反映这两种空间分布型的年际变 化特点。由于e o f - 1 时间系数包含着年际及线性趋势等众多信息，为了突出夏 季暖池区s s t a 的年际变化特点，对e o f 1 时间系数进行处理，去掉线性趋势 项，最后得到e o f 1 的年际变化曲线，然后以标准差0 0 6 为标准选取冷暖年， 因e o f 1 空间场为负，所以选取( 图3 4 a ) 中标准差小于。0 0 6 的1 9 5 4 、1 9 6 2 、 1 9 6 8 、1 9 7 0 、1 9 7 3 、1 9 7 8 、1 9 8 1 、1 9 8 8 、1 9 9 5 、1 9 9 8 年1 0 年为暖异常年；而大 于0 0 6 的1 9 6 5 、1 9 7 2 、1 9 7 6 、1 9 8 2 、1 9 8 5 、1 9 9 7 年等6 年为冷异常年。对e o f - 2 特征向量的时间系数处理，得到其年际变化曲线( 图3 4 b ) ，因e o f - 2 空间场在 北半球为负、南半球为正，故选取标准差小于0 ，1 2 的1 9 5 1 、1 9 5 3 、1 9 5 7 、1 9 6 1 、 1 9 6 6 、1 9 7 7 、1 9 8 0 、1 9 8 7 、1 9 9 3 年等9 年为暖池区北暖南冷的异常年份，而大 热带西太- i 洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r n so f s s t a i n w e s t e r np a c i f i c w m p o o lr e g i o na n d i t s r e l a t i o n s t os u m m e r r a i n f a l l i n c h l r i a 于o 1 2 的1 9 5 0 、1 9 5 5 、1 9 5 6 、1 9 5 8 、1 9 6 3 、1 9 6 4 、1 9 6 8 、1 9 7 8 、1 9 8 5 、1 9 8 6 、 1 9 8 9 、1 9 9 2 、1 9 9 6 年等1 3 年为暖池区北冷南暖的异常年份。 图3 4e o f - 1 ( a ) 、e o f - 2 ( b ) 时n n 数的年际变化曲线 ( 即去掉线性趋势项，其中a , b 中虚线分别代表o 0 6 和o 1 2 ，单位) 当暖池区s s t a 为一致性分布时，对暖异常年和冷异常年的s s t a 分别做合 成分析。暖异常年( 图3 5 a ) ，热带西太平洋地区s s t a 一致为正，高值区位于 暖池区域，最大值在南海附近，超过0 4 ：冷异常年( 图3 5 b ) s s t a 的分布 则相反，热带西太平洋地区s s t a 一致为负，低值区主要分布在暖池附近，最 低值在菲律宾附近，超过一0 4 v ；为检验冷暖年s s t a 合成，对暖异常年与冷异 常年s s t a 的差值场做f 检验( 图3 5 c ) ，发现差异显著的区域在热带西太平洋 和赤道东太平洋，而且暖池区为差异最显著的区域。 图3 5 暖池区海温为一致性分布时暖异常年( a ) 和冷异常年( b ) s s t a 合成分布 及暖年与冷年差值场的t 检验( c ) ( 图a , b 等值线间隔为0 1 ，图c 阴影区表示超过n = o 0 5 的显著性水平检验) 当暖池区s s t a 为南北半球反对称分布时，对北暖南冷年和北冷南暖年的 s s t a 分别做合成分析。北暖南冷年( 图3 6 a ) ，大致以1 5 0 n 为界，南侧s s t a 为负，最低值出现在菲律宾附近，达0 4 c ，北侧s s t a 为正，最高值出现在台 湾以东洋面，超过o 2 ；北冷南暖年则相反( 图3 6 b ) ，大致以5 0 n 为界，暖 池区南侧s s t a 为正，高值中心在菲律宾附近，最高值超过0 3 ，北侧为负， 最低值达到0 2 。 图3 6 暖池区s s t a 北暖南冷年( a ) 和北冷南暖年( b ) s s t a 合成分布 及北暖南冷年与北冷南暖年差值场的t 检验( c ) ( 图a , b 等值线间隔为0 1 图c 阴影区表示超过o = o 0 5 的曳著性水平检验) 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s v a t i a lp a t t e r n so f s s t a i n w e s l e mp a c i f i c w a r m p o o lr e g i o na n dh s r e l a t i o n s t 。s u m m e r r a i n f a l l i n c h i n a 对北暖南冷年与北冷南暖年s s t a 的差值场做t 检验( 图3 6 e ) ，发现暖池 区的南侧和北侧都有相当大的部分通过了信度为9 5 的显著性检验，尤其南侧 通过显著性检验的区域更大。 我们对暖池空间分布型的划分，只是根据海洋表层温度，而海洋有巨大的 热量和容量，其次表层海温在这两种空间分布型的表现又如何昵? 根据划定的 冷暖异常年，对次表层海温做合成分析，结果当暖池区s s t a 为一致性分布时， 暖异常年，沿1 0 0 s 2 5 0 n 纬向垂直剖面图( 图3 7 a ) ，在1 0 5 1 6 0 0 e 暖池范围 内次表层海温距平为正，最大值出现在1 3 5 1 4 5 0 e ，1 2 0 1 6 0 m 深的区域内， 最大值超过o 5 c ：冷异常年沿1 0 0 s 2 5 0 n 纬向垂直剖面图( 图3 7 b ) ，在1 0 5 1 6 0 0 e ，o 2 0 0 m 暖池范围内次表层海温距平为负，最低值出现在1 2 5 1 3 5 0 e ， 4 0 6 0 m 深的区域内，2 0 0 m 以下次表层海温距平为正。暖异常年沿1 0 5 1 6 0 0 e 经向垂直剖面图( 图3 7 c ) ，次表层海温距平也为正，最大值出现在3 8 0 n ， 1 0 0 1 6 0 m 的范围内，最大值超过0 8 c ，冷异常年沿1 0 5 1 5 0 0 e 经向垂直剖 面图( 图3 7 d ) ，暖池区0 1 0 0 m 范围内次表层海温距平为负，其中9 0 n 附近 2 5 0 m 深处次表层海温距平仍为负值，最低值出现在7 1 0 0 n ，8 0 1 4 0 m 深处， 最低值达到一0 8 c 。 因而s s t a 一致性分布时，暖异常年次表层上层海温距平也一致为正，而且 其暖异常的程度超过了表层海温；冷异常年暖池区次表层上层海温距平一致为 负，而且冷异常的程度也超过了表层海温。 图3 7 暖池区s s t a 为一致性分布时次表层( o 4 0 0 m ) 海温暖异常年( a ) 、冷异常年( b ) 沿1 0 。s 。2 5 。n 纬向垂直剖面图和暖异常年( c ) 、冷异常年( d ) 沿1 0 5 1 6 0 e o 经向垂直剖 面图( 等值线间隔a ，b 为o 0 5 c ，c , d 为0 1 ，实线为正，虚线为负) 当暖池区s s t a 为南北半球反对称分布时，沿1 0 5 1 6 0 0 e 经向垂直剖面图 发现，当暖池区s s t a 为北暖南冷分布时( 图3 8 a ) ，赤道以南的暖池区次表层 o 1 6 0 m 海温距平为负，赤道以北到1 0 。n 整个o 4 0 0 m 的次表层海温距平都为 负，最低值出现在5 7 0 n ，l o o 1 4 0 m 处，最低值达到一0 2 5 ；1 0 0 n 以北次表 层0 4 0 0 m 范围内海温距平都为正，最大值超过0 3 c ；当暖池区s s t a 为北冷 南暖分布时( 图3 8 b ) ，1 5 0 n 以南次表层o 4 0 0 m 海温距平都为正，最大值 图3 8 暖池区s s t a 南北半球反对称分布时次表层海温( o 4 0 0 m ) 北暖南冷年( a ) 、北冷南暖年( b ) 沿1 0 5 1 6 0 e 。经向垂直剖面图 ( 等值线间隔0 0 5 c ，实线为正，虚线为负) 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a t i a lp a t t e r n so f s s t a i nw e s t e r np a c i f i cw a r mp o o lr e g i o na n di l sr a l a f i o n st os u m m e rr a i n f a l li nc h i n a 超过0 6 ，位于赤道附近，1 6 0 m 深处，而1 5 2 5 0 n ，o 1 5 0 m 范围内次表层 海温距平为负，但数值较小，最低值为一0 1 。因而当暖池区s s t a 为南北半球 反对称分布时，次表层海温也为南北半球的反对称分布。 为了解暖池区s s t a 两种空间分布型与其以外地区s s t a 的关系，用e o f 1 、 e o f 一2 特征向量的时间系数与热带太平洋地区夏季s s t a 求相关。当暖池区 s s t a 为一致性分布时，夏季暖池区s s t a 与同期热带西太平洋区域海温呈显著 的正相关( 图3 9 a ) ，尤其在南中国海附近相关系数达到o 8 以上，而与赤道中 东太平洋海温呈负相关，相关系数达到0 4 以上，此外，热带大西洋地区也有 一片正相关区域；当暖池区s s t a 南北半球反对称分布时( 图3 9 0 ) ，夏季暖池 区s s t a 与暖池区北侧海温为正相关，相关系数达到0 6 以上，与其南侧海温为 负相关，相关系数也超过0 6 ，同时与赤道中太平洋有一大片正相关区域。从而 可以看出夏季热带西太平洋暖池s s t a 的两种空间分布型，发生冷暖异常的区 域不仅仅是它本身，而且还有与其相关的热带海域，因此它们对大气环流的影 响也不仅仅是暖池区本身。 图3 9 暖池区s s t a 为一致性分布( a ) 和南北反对称分布( b ) 时暖池区海温与夏季 太平洋海温的相关分布图 ( 即分别用e o f 1 、e o f 2 特征向量对应的时间系数与同期海温求相关， 图中阴影为通过9 5 信度的显著性检验区域) 3 3 本章小结 通过本章分析，可以看出：暖池区s s t a 存在两种主要的空间分布型，即 暖池区s s t a 的一致性分布和南北半球反对称分布。暖池区s s t a 的一致性分 布有2 7 a 和2 7 a 左右的变化周期，其年际变化周期与e n s o 变化周期非常 接近，当暖池区海温增暖( 变冷) 时，赤道中东太平洋地区海温变冷( 增暖) ； 暖池区s s t a 的南北半球反对称分布有1 5 a 和4 0 a 左右的变化周期，当暖池区 海温为北暖南冷( 北冷南暖) 分布时，赤道中东太平洋地区海温增暖( 变冷) 。 热带西太平洋暖池海温分布型与中国夏季降水的关系 s p a l i a lp a t t e r n s o f s s t a i n w e s t e r np a e i f l c w a r mp o o l r e g i o na n d i t 5r e l a t i o n s t os u m m e r r a i n f a l l i n c h i n a 第四章暖池区s s t a 一致性分布与中国夏季降水的关系 热带西太平洋是全球海洋温度最高的海域，是大气热量的主要供应地之 一。在暖池上空，由于暖池附近海气相互作用相当剧烈，故它的对流活动强， 并且它处于w a l k e r 环流的上升支，大尺度的空气与水汽的辐合产生了强对流 和强降水，对大气环流产生重要影响。由于暖池区s s t a 存在两种主要的空间 分布型，即海温的一致性分布和南北半球反对称分布，这两种空间分布型不 仅海温分布不同，而且与大气环流和气候的关系也会有差异，因而有必要对 这两种空间分布型进行分析。本章是分析s s t a “一致性”分布与大气环流 和中国夏季降水的关系，s s t a 南北半球“反对称”分布与大气环流和中国 夏季降水的关系将在下一章分析。 4 。1 暖池区s s t a 一致性分布与大气环流的关系 当暖池区s s t a 为一致性分布时，暖池区海温致变暖( 或变冷) ，其对 东亚大气环流会有何影响? 本文主要分析海温与对流( o u t ) 、海平面气压 ( s l p ) 、高低空风场和西太平洋副热带高压的关系，寻找暖池区海温与大气 环流的关系。 4 1 1 暖池区s s t a