浙江夏季降水与北太平洋ss异常的关系

浙江夏季降水与北太平洋ss异常的关系

0资料与分析方法气象灾害是浙江省最严重的自然灾害。浙江主要气象灾害大都与降水有着直接的关系,降水量是浙江气候要素中最活跃的要素之一,也是反映气候资源与环境条件的主要参数.相对于全年的降水而言,夏季降水具有重要的作用,是历年汛期气象预报的重点对象.研究认为,大范围海气相互作用对长期天气过程及短期气候变化有着十分重要的作用,如赤道东太平洋海表温度的异常对我国东部地区的降水有着重要的影响.为了开展服务于夏季降水预报研究,本文在有关研究的基础上对浙江夏季降水量及其与北太平洋海表温度的关系作一些探讨.本文选用浙江省境内均匀分布的20个气象观测站夏季6～8月各月降水量资料,资料年限为1960～1997年,其中杭州、衢州、椒江、温州等4站的资料年限为1951～1997年.北太平洋海表温度资料取120°E～80°W,10°S～50°N范围内,5°×5°经纬度网格的286个格点资料,资料年限为1959～1997年.分析方法采用EOF、最大熵谱、Mann-Kendall检验等方法.1浙江夏季降雨量变化1.1降水年际变化特征量分析模型分析逐步推广,适当变率和变差系数.年际变化分浙江各地夏季降水量常年平均为390～650mm.6月,全省各地降水量在130～340mm之间,雨量分布为东少西多;7月,全省各地降水量在80～220mm之间,东部地区,尤其是括苍山地区为多雨区,沿海岛屿及西北山区为少雨区;8月,各地降水量在90～280mm之间,多雨区分布与7月基本相同,而金衢盆地和沿海岛屿为少雨区.全省夏季降水量年际变化较大,各地降水量历年极差值在540～1010mm之间,约为常年平均值的0.9～1.8倍,而作为夏季多雨区的括苍山地区,其极差值相对偏小.通过相对变率和变差系数等统计特征量可进一步反映各地降水年际变化的程度.6月,全省降水量相对变率为23%～41%,变差系数为0.31～0.50,其中浙南山区为小值区,两统计特征量分别小于30%和0.40.7月,全省降水量相对变率为38%～72%,变差系数为0.49～1.17;8月,两统计特征量分别为37%～59%和0.44～0.78.7月、8月全省绝大部分地区降水量相对变率和变差系数均在40%和0.50以上,这两个月相对变率和变差系数的分布特点基本一致,其中7月各地统计特征量差异最大.图1为7月降水量变差系数分布.由图可见,西北山区为变率低值区,金衢盆地、沿海和海岛地区为大值区,变差系数在0.7以上,个别海岛站达1.17.根据浙江气候背景,夏季降水主要为梅雨和台风降水。7月正是常年梅雨结束以及台风影响最多的月份之一,由于台风雨年际变化大,故造成受台风严重影响的沿海和海岛地区降水量变率偏大,使7月成为全年各地降水量变率差异最大的月份,这也表明梅雨和台风对浙江夏季降水的重要作用.1.2夏季降水的特性对浙江夏季降水量作EOF分析。表1为前4个主成分量(PC)的方差贡献百分率.第一分量(PC1)占总方差49.8%,根据其对应的得分时间序列历年变化情况可反映浙江夏季降水总体变化趋势.浙江夏季降水量50年代初为高值阶段,50年代中期至70年代初有一比较明显的下降过程,60年代中期为近40年降水量最少的阶段,70年代初中期有较明显的上升过程,此后历年降水量有逐步上升的趋势,其中在80年代末90年代初的上升过程较为突出.利用Mann-Kendall检验方法可对浙江夏季降水量年际变化作一简单的突变分析。图2为杭州等4个代表站夏季平均降水量的M-K曲线.图中纵坐标为统计量V,表示变化特征。与横坐标平行的虚线为信度线。检验统计量高于上信度线或低于下信度线,则表明分析数据变化显著.正序列曲线C1反映历年降水量的变化过程,它与降水量场PC1分量对应得分序列变化过程基本一致.由于C1的变化在两信度线之间,表明浙江近50年降水量的上升变化过程没有十分显著的时期.结合反序列曲线C2来看,50年代初至60年代中期C2曲线在上信度线之上,表明降水量有显著的下降变化过程;此后,C2曲线总体呈下降走势,而C1曲线呈上升走势,两线在1988～1991年间形成交汇,表明这一期间降水量的变化可能发生突变.突变后的C1曲线继续走高并在1997年达到历史最高点,接近上信度线,表明降水量发生突变后,上升变化趋势成为主要特点,并且这种趋势日益加强.利用最大熵谱方法分别对夏季降水量场各主成分量进行分析.计算表明,夏季降水量场PC1具有较明显的准周期振荡。图3为PC1分量最大熵谱曲线,根据熵谱曲线峰值对应的频率,得到PC1分量具有准2.5年、3.5～5年、38年左右的周期振荡.对各主成分量按方差极大原则进行正交旋转变换,得到可反映降水量场局部特征的荷载阵旋转后的主成分量;通过对这类主成分量的谱分析,可揭示夏季降水量准周期振荡在浙江各区域的表现.分析表明,浙江西部地区夏季降水的准周期性反映十分突出,并且具有与PC1基本一致的周期振荡特点;而浙江东南沿海地区的准周期性则不明显.此外,对夏季各月降水量(杭州等4站资料平均值)的标准化序列也分别作了最大熵谱的计算(见图4).由图4可见,6月降水序列熵谱曲线的峰值显示具有6～8年的周期,7月降水序列熵谱曲线在2年和3.8年周期对应的频率处有较大谱峰,8月降水序列熵谱曲线则表明有2.4年和11.3年的准周期振荡.2夏季降雨量和海上温度2.1u3000关键反应前后两年夏季降水场的相关分析利用夏季降水量主成分量对应的得分时间序列,计算其与各月太平洋SST格点资料的滞后相关.计算结果表明,夏季降水量主成分量PC1与前期某些月份北太平洋SST存在比较突出的相关区,并且显著相关区的位置相对稳定.例如PC1分量与上一年7月太平洋西风漂流区140°W以西海区的SST呈负相关关系,图5为PC1分量与上一年7月北太平洋SST显著相关区的分布,置信水平α=0.01.由图可见,显著负相关区(|r0.01|=0.42)位于北太平洋西风漂流区(170°W～140°W,30°N～40°N),相关区内最大相关系数绝对值为0.59;PC1分量与北太平洋SST的显著正相关区位于加利福尼亚洋流区,相关系数最大值为0.57.图6为PC1分量与加利福尼亚洋流区、西风漂流区域内若干固定格点平均的滞后相关变化曲线,可见PC1分量与加利福尼亚洋流区SST前期第2个月、第4个月和第11个月的相关较显著,PC1分量与西风漂流区前期第1～2个月、第11～12个月的相关较显著。这也表明浙江夏季降水量场与加利福尼亚洋流区前期SST某些月份存在较好的正相关,而与西风漂流区前期SST有的月份存在较好的负相关。此外,PC1分量与前期黑潮区SST及赤道中、东太平洋区SST存在较好的相关.PC1分量与前期1～3个月和上一年5、6月份的黑潮区部分格点SST存在显著相关;与当年前期3月份和上一年5、6、11、12月份的赤道中、东太平洋区若干SST格点存在显著相关.通过对正交旋转后的各主成分时间序列进行与PC1相似的分析,表明浙江西部和北部地区与北太平洋SST存在若干显著相关区域;而浙江东南部地区,这种相关性显得并不明显.总之,浙江夏季降水量与北太平洋SST的显著相关区域表现在几个关键海区,降水量场与这些海区SST出现最佳相关的滞后时间分别为:北太平洋西风漂流区0～2个月,加利福尼亚洋流区11～12个月,赤道东太平洋海区3个月及9～10个月,黑潮暖洋流区2～4个月.根据关键海区SST与浙江夏季降水量的相关分析发现,与前期SST变化存在显著相关地区都出现在浙江中北部地区,特别是北部地区;而浙江南部地区,尤其是东南沿海地区的夏季降水量与前期关键区SST变化不存在显著相关,甚至毫无相关.这可能与每年影响台风降水的不稳定性有关.因此,在浙江夏季降水量短期气候预测的分析中,应侧重关注北太平洋海区SST前兆变化对浙江北部地区的影响.为了进一步分析显著相关海区SST与浙江夏季降水量的关系,对与PC1分量显著相关海区内的各SST格点资料作平均计算,并将这些序列与浙江夏季各测站降水量资料作相关计算.例如,夏季西风漂流区SST与下一年浙江夏季降水量有较好的负相关关系,相关系数分布图(图略)显示,相关显著的区域在浙江北部地区,最大相关系数绝对值可达0.59;夏季加利福尼亚洋流区与下一年浙江夏季降水量表现为正相关关系,这种关系的显著区域主要在浙江北部地区,最大相关系数为0.60;秋季赤道东太平洋海区SST与下一年浙江夏季降水量相关关系,在钱塘江中下游地区表现尤其突出,两者的最大正相关系数达0.65.2.2u3000分析北太平洋SST异常及其对我国东部地区降水的影响已有不少研究.这里根据浙江夏季出现大旱和大涝的年份,分析相应年份及有关时段太平洋海表温度距平(SSTA)的分布,从而了解浙江夏季旱涝与海表温度异常的关系.本文对旱涝年的界定是根据夏季降水量排列顺序及降水量确定.浙江夏季大旱年份有1967、1972、1979年等,大涝年份有1954、1984、1994、1995、1996年等.这里对这些年份的上一年夏季各月北太平洋SSTA进行合成.根据浙江大旱年上一年7月北太平洋SSTA累计值分布图(图略)可见,北太平洋西风漂流区出现较强的正距平区,而加利福尼亚洋流区和赤道东太平洋冷水区则保持着较低负距平.有趣的是,浙江大旱年的上一年,即1966、1971、1978年,恰是反厄尔尼诺现象发生的年份,这表明夏季赤道东太平洋SST异常偏低,次年夏季浙江易出现干旱.浙江大涝年与上一年6月太平洋SSTA累计值分布显示,在西风漂流和黑潮等海区出现负距平,而在加利福尼亚洋流区和赤道东太平洋区则出现较强的正距平;夏季大涝年的上一年,赤道中、东太平洋区SST出现较高正距平,这符合厄尔尼诺现象发生的条件。反查厄尔尼诺现象发生的年份可知,浙江多数夏涝年均出现在厄尔尼诺现象发生的次年.以上分析表明,赤道东太平洋SST异常变化与浙江夏季旱涝有着重要的关系。此外,浙江夏季降水量3～4年的准周期振荡与赤道东太平洋SST的准3.5年振荡十分接近,表明两者间可能存在某些相似的变化规律.因此,该海区SST的异常变化可视作浙江夏季旱涝发生的前兆特征.3浙江夏季降水场发生了逐步上升的周期振荡20世纪20年代初综合以上分析,可得出下列结论:浙江夏季降水量变化主要决定于梅雨和台风,根据降水量相对变率和变差系数等统计特征的分布,反映了台汛期降水的不稳定性对夏季降水量的重要影响.浙江夏季降水量变化在50年代中期至70年代初有明显的下降趋势,此后,则表现出逐步上升的变化趋势;根据检验,这种上升变化趋势在90年代初已形成突变.浙江夏季降水量场具有准2.5年、3.5～5年、38年等的周期振荡,这种振荡在浙江西部地区表现较为突出;