文摘

我们分析降水数据来自47个气象站1961年和2012年之间和NCEP / NCAR再分析理解时空变异性与华南春季降水的变化和大气循环的关系。经验正交函数(EOF)分析和旋转EOF (REOF)是用来揭示主要降水异常的空间结构和Mann-Kendall突然变化的试验方法来确定时间地点在分析时间跨度。我们发现的第一个空间模式华南春季降水结构域统一;第二个是由一个空间偶极子;第三个包含6个变异中心。1980年代的十年最大降水量在1960年代的十年最小的降水量。春季降水也出现自2000年以来有减少的趋势。我们还发现,春季降水的中国南方经历了一些突然的变化:突然的增量为1964,在2002年突然减量,突然的增量为1995。除了这些突然变化,降水也可以表现为多个时间尺度的变化,4年的主要周期的研究,8年,14年。华南春季降水也大气发行量密切相关:当阿留申低压增强,西风减弱,和西太平洋副热带高压中心的转变在早春偏西风为主; and the South China precipitation tends to be abundant (positive anomaly). In contrast, when Ural ridge strengthens, the southern branch of the East Asian trough weakens and the Western Pacific subtropical high shifts northwestward in the early spring, the South China precipitation tends to be reduced (negative anomaly).

1。介绍

中国是世界上最脆弱的国家之一,自然灾害,每年天气/气候灾害造成的损失高达3%坐骑国内生产总值(gdp)的-6%。频繁出现的干旱已经威胁到食品和社会保障,从而创造巨大的挑战,社会经济条件和environment-ecology1,2]。华南(104°26′-117°20′E, 20°09′-26°24′N)位于欧亚大陆的东南边缘,有4100万平方公里,包括广东和广西壮族自治区,蔓延在热带和亚热带地区包围了南海南部和东部的太平洋。该地区从地形上复杂和功能多样的立体气候制度,特别是在垂直方向。地区过程丰富的气候资源,它也经历频繁发生的气象灾害(3]。

中国南方的气候不仅影响低纬度大气环流也受到中间高纬度大气发行量。低和高纬度环流系统相互作用,导致不同天气/气候模式在中国南方。除此之外,许多研究也表明,气候变化和改变在中国,特别是中国南方低纬度的耦合的海气相互作用密切相关。一般来说,低级基本流程在中国南方特性三种不同类型:副热带西风,赤道西风,热带东风。虽然这三种类型的基本流程出现在所有四个季节,它们的位置、强度和范围变化很大从一季到下一季。此外,这些风最斜压,与交替的东风和西风在垂直。冬天,西风在对流层上层和底层特征东北季候风。在夏天,西南季风盛行的中古低地对流层和稳定的东风在对流层上层。

自1980年代以来,该地区许多灾难性的极端气候事件记录据信将与全球气候变化(4,5]。看来华南春季干旱发生的频率增加最近甚至一些干旱事件持续了几个赛季,例如,2003年的干旱事件,影响中国南方大部分地区长江,继续通过夏季和秋季,2005年中国南方持续干旱从秋季到春季,春天和2010年严重干旱在中国南方6- - - - - -9),导致激烈的后果在农业,工业和民用水使用。温家宝et al。(10)进行了定量诊断在华南春季干旱的机制。顾et al。11]分析了变异和广州春季降水的前兆。周et al。12)环比持续的干旱事件在中国南方和提供相关的大气环流背景。李等人。13)展示了带状seesaw-like春季降水的分布在中国南方和异常气候年大气环流的特征。李等人。14]发现大气水汽的特征及其与降水的关系在中国南方北方的秋天,冬天和春天。Wan et al。15]讨论了时态变化的春天持续的降雨和SCS副热带高压和相关性的东亚夏季风环流和降水。汉et al。16揭示了春季降水的年际变化和循环在中国南方所模拟的耦合模型。因为春季是最重要的农作物生长,研究华南春季降水的特点及其物理原因熊重大意义。

之前的研究使用统计分析表明,华南春季干旱通常是大尺度,与相对summer-autumn干旱的时空支离破碎的性格。在这项研究中,我们的目标是提供更详细的华南地区春季降水的时空特征。

2。数据和方法

南海在这项研究是指中国境内包围矩形从104°26′117°20′E和从20°09′26°24′N,如图1。这个中国的一部分包括广东和广西壮族自治区。数据分析包括(1)春季(3月至5月)降水(见图2)和(2)NCEP / NCAR再分析的分辨率2.5°2.5°。

降水数据用于本文的月降水资料,730站从1961年到2012年,由国家气候中心(中国)提供。每日同期NCEP / NCAR再分析数据包括风能、水汽通量、位势高度场和垂直速度场。

我们选择的所有站位于104°E的东部和南部的27°N代表中国南方。有47个电台均匀分布在该地区,这可能代表中国南方(图1)。

经验正交函数(EOF)分析和旋转EOF (REOF) [17,18)是用来确定华南春季降水的基本特征及其时空结构的变化和改变。Mann-Kendall试验方法(17,18)是用来确定的时间位置突然春季降水的变化,一套先验显著性水平。趋势是五分之一订单运行趋势及其统计学意义也使用非参数Mann-Kendall方法进行了测试。春季降水的周期性信息使用光谱分析获得。测试(17,18)还用于测试统计显著性的变化。

3所示。中国南方降水的特征

3.1。基本气候特征

南海有一个广泛的春季降水从212.1毫米到808.3毫米,平均值487.8毫米。春季降水由15.3%到40.2%的年度总为不同地区,平均值28.9%。图2块的均值和标准差对整个华南地区降雨雪。所显示的图2华南东部的春天拥有丰富的降雨而西部雨量少。春季降水最少的中心位于实用岛(109°06′E, 21°02′N)的广西壮族自治区,与春季降水只有212.1毫米。最大的春季降水发生在Fuogang (113°31′E, 23°53′N)广东省,价值超过800毫米。大比例(约4)最大和最小值之间的降雨的不均匀降水分布在中国南方。标准差的降水的降水也有类似的空间结构,其最大(349.3毫米)定位在阳江(111°58′E, 21°50 N′)的广东省和最低(92.3毫米)条纹绒毛(105°50′E, 23°25′N)和百色市(106°36′E, 23°54′N)广西壮族自治区西部的地区。一般来说,中国南方的东部和东南部地区有丰富的降水量;剩下的中国南方部分地区降雨少得多。春季降水的这种模式表明,春季降水在南方中国可能会显著影响季风往东南太平洋。

3.2。降水异常的空间结构

表1介绍了方差贡献从第一个八个特征向量(经验正交函数)。特征向量的总和的收敛华南降水相对缓慢:前两个特征向量的累积方差贡献是52.1%,前4 63.1%,前8 76.6%。前两个特征向量是显示在图中3。第一特征向量(EOF)有积极价值的领域,在增城最大值(113°50′E, 23°20′N)广东省中部。结果表明华南可能被认为是一个自然气候政权对华南春季降水,其代表站在增城(113°50′E, 23°20′N)广东省值0.82。第二个特征向量是由一个偶极子,north-southward零线的社区通过Hezhou (111°30′E, 24°25′N)广西和Luoding (111°36 E′, 22°42′N)的广东,恰逢广西和广东之间的边界。东的零线,代表站在使馆(115°45′E, 23°55′N)广东省,一个值为0.46;和西方,代表站是受灾最重的(109°14′E, 23°45′N)的广西壮族自治区,−0.58的值,这意味着华南春季降水的降水对比变化的一个组成部分,东部和西部地区的中国南方。

为了最大化方差解释不同的空间结构,我们使用EOF旋转前八获得的特征向量。前五个旋转eof解释方差的67.2%。这五个旋转的和eof说明六个独特的自然气候制度:(1)特性的南海北部丘陵地区广东和广西;(2)广西的西北地区;(3)广西的西南部地区;(4)中央华南(包括广东和广西的中部地区);(5)南部华南地区(包括广东、广西的中部地区);和(6)雷州半岛地区。

3.3。华南春季降水年际和年代际变化的

基于EOF的第一次系数序列和降水异常的比例每个站的变化规律进行了分析。通过第一次系数曲线新添加的图所示4它可以发现,春季降水在中国南方慢慢自1960年代以来总体趋势下降。有两种相对湿润的时期在1970年代和1980年代。降水显示了自1980年代末下降趋势。

量化华南春季降水的变化,我们计算正异常和负异常的百分比。在数据的时间跨度,27年正异常和25年负异常。春季降水的年际变化是显而易见的,例如,波动在1973年达到最大值716.5毫米在上下1963年的189.9毫米一样小。最大的年际波动几乎是最低的四倍。从图5,可以发现,中国南方的春季降水波动已经慢慢减少在过去52年。进一步分析的积极或消极的异常增加的百分比在不同年(关于1981 - 2010的意思)是呈现在图6。在1960年代,异常比例的增加是广西西北部积极的和消极的。春季降水异常积极的百分比的增加最为明显在凤山(107°02′E, 24°33′N)地区的广西、达到一个值的21%。相比之下,汕头(116°41′E, 23°24′N)广东东部的积极(消极的)增加异常下降的百分比−35%。在1970年代,除了广东省的东南沿海地区,整个中国南方主要是积极的异常。积极的异常比例在广西南部沿海最为明显,增加积极的异常比例的50%。相比之下,广东南部沿海有一个负异常的百分比−24%。在1980年代,中国南方主要是积极的异常比例除西北地区的广西。最大的正异常比例(31%)出现在广东省的东南沿海地区,而最大负异常比例(−5%)出现在柳州(109°24′E, 24°21′N)广西。在1990年代,中国南方和雷州半岛的北部有积极的异常比例在中国南部其他地区的负异常的百分比。 The largest positive percentage anomaly, with a value of 14%, appeared in Zhanjiang (110°18′E, 21°09′N) of Leizhou Peninsula while the largest negative anomaly percentage appeared in Huilai (116°18′E, 23°02′N) of coastal southeastern Guangdong and Baise (106°36′E, 23°54′N) of western Guangxi. In 2000s, the positive anomaly percentage was small and only appeared at Guangzhou (113°29′E, 23°13′N), Dianbai (110°59′E, 21°32′N) of Guangdong, and Baise (106°36′E, 23°54′N) of Guangxi, with its largest value only reaching 8% at Baise (106°36′E, 23°54′N). Elsewhere, negative anomaly percentage dominated, with the largest value (−19%) appeared in eastern Guangdong.

总之,1980年代是春季降水最多的十年在过去的半个世纪1960年代在中国南方。主要是高于正常南海西北部春季降水的一部分,低于正常春季降水。1970年代以高于正常在中国最南方的春季降水。1990年代高于正常春季降水在南海北部和南部低于正常。在2000年代,春季降水一般都低于平均水平。

3.4。华南春季降水的多尺度分析

线性拟合在华南春季降水异常显示缓慢稳定的春季降水减少,斜率的−0.48。从图5,确定了中国南方的春季降水是高于正常在1968 - 1992和1961 - 1967和1993 - 2000年间低于正常。低于正常春季降水在21世纪第一个十年表明华南春季降水的数量降低了在21世纪的第一个十年。

为了更好地量化华南春季降水的多尺度特性,小波分析(17,18华南春季降水的进行,与相应的结果呈现在图7。占主导地位的变化的时间尺度华南春季降水7年,12到14年,40年。12 - 14年的变化发生在1961年和2012年之间;和华南春季降水的可变性below-above-below-above-below-above-below模式,1961 - 1967,1975 - 1980,1987 - 1994,和2004 - 2010年低于正常,1968 - 1974,1981 - 1986,和1995 - 2003年高于正常。最新的低于正常模式似乎已经过了它的高峰,它很可能高于正常降水将发生在未来十年。大约40年的时间,经历了below-above-below华南春季降水正常模式,以低于正常降水发生在1961 - 1972年和1992年之后,在1973 - 1992年高于正常。最新的低于正常时期似乎接近或达到零交点阶段,这意味着时间尺度上的可变性华南春季降水可能会在未来几年进入高于正常阶段。7年左右的时间尺度的变化大的振幅调制,更复杂的模式。预测使用周期性而不是调幅可能导致更大的错误。

光谱分析华南春季降水的空间意味着显示峰值的4年,8年,14年的光谱图,在图8。这种周期性的通过了显著性检验在0.05水平。

4所示。突然在华南春季降水的变化

确定春季降水的中国南方经历了突然的变化,我们使用Mann-Kendall [17,18)测试方法分析区域平均降水量系列。Mann-Kendall测试方法是一种非参数方法,广泛使用。方法不承担任何先验分布的样本,而不是对少数极端异常敏感。该方法可以应用于分类数据和系列虽然只涉及直观简单的计算。Mann-Kendall测试方法的优点之一是它的能力确定的位置意味着或斜率变化;因此,这是一个方法,可以检测到突然的变化。图9介绍了检测结果。很明显,春季降水增加从1960年代中期开始,保持直到1980年代中期。从1980年代中期,春季降水开始减少。突然增加发生在1964年,突然减量发生在2002年。这两个突然改变具有统计学意义的显著性水平(17,18]。

5。华南春季降水和大气环流异常

华南春季气候显著影响亚热带和中高纬度大气环流。850 hPa高度风场和复合材料的位势高度场丰富华南春季降水年,对稀缺华南春季降水年(图省略),一个可以识别的丰富(稀少)南海正值春季降水异常强(弱),宽(窄)副热带高压、强(弱)亚洲东部低,大(小)这两个系统之间的重力势梯度。这样的巧合也反映在位势梯度复合500 hPa(图10(a))。较大的积极位势梯度中心,最大价值超过9 dagpm,出现在10°-20°N西太平洋区,意味着副热带高压的加强。同时,负中心青藏高原的东部出现,显示更低。的基本动力,它可以推断,这种类型的异常压力梯度的加强会导致西南(19,20.在低水平。很明显,多年来丰富的(稀少)在华南春季降水对应加强(减弱)低级西南,也明显的复合风场的差异之间的850 hPa高度丰富的春季降水和稀缺的春季降水年(图10(b))。图10(b)也显示,异常反气旋环流出现在西太平洋副热带高压地区,集中在附近(138°E, 17°N),和一个异常气旋环流似乎青藏高原的东部围绕25°N。这两个系统之间的异常西南涵盖了印度支那的东部,南部中国,中国东南沿海。异常西南削弱明显当它到达长江地区。

加强西南提供convergence-induced向上运动和中国南方的水分来源。图10(c)显示了复合低级的区别(从表面到700 hPa)融合丰富的春季降水年和稀缺的春季降水年在中国南部。很明显,大规模的融合发生在华南地区和西太平洋副热带高压地区,以其达到最大值年代⁻¹。这个大异常融合导致强烈的垂直运动在中国南方地区,如图10(d)。较强的垂直运动,它的价值超过的绝对值Pa年代⁻¹)出现20°-30°N和从表面延伸到200 hPa高度,与强大的垂直运动达到的值Pa年代⁻¹。强异常垂直运动和丰富的底层水分融合生成异常降水丰富华南春季降水年。

它可以从图中找到11通过了重要的测试有异常区域位于热带太平洋西部,西北北美,大西洋西北部和中部纬度在500 hPa高度场。类似于美国Pacific-North远程并置对比模式,它不同凡响的热带太平洋西部和西北北美北极;负面影响中期纬度在亚洲和北美中部纬度。它导致更高的位势高度在热带太平洋西部和阿留申低压强在年3月在华南春季降水丰富。

tropical-subtropical发行量的同时,阿留申低压加强东亚和情理之中的西风减弱的早春丰富华南春季降水年。这种类型的中期和高纬度环流模式中提供了一个有利的环境,高质量冷空气向南移动,导致热带西太平洋的温度的下降和进一步加强西太平洋副热带高压。西太平洋副热带高压的偏西风撤退导致大量水分从海洋运输到达中国南方的纬度。会议的冷空气从中间纬度和温暖潮湿的空气从热带地区导致了华南地区的降水异常(21]。稀缺的春季降水的年在中国南部,有一个异常反气旋环流在南海附近(22]。这样一个反气旋环流维护异常向下运动。同时,积极大规模位势高度异常出现在乌拉尔山脉附近,所以在中国东部,日本,和东部邻近地区,重合的削弱大东亚槽。这样一个循环模式阻止冷空气在中期和高纬度向南移动,从而形成了一个环境不支持春季降水的发生在中国南部。

6。结论和讨论

考虑(1)中国南部的降水时空不均匀,最稀缺春季降水(212.1毫米)实用岛(109°06′E, 21°02′N)广西壮族自治区和最丰富的春季降水(808.3毫米)Fuogang (113°31′E, 23°53′N)广东省。一般来说,中国南方的东部和东南部地区降雨丰富的区域;和剩下的中国南方部分地区降水稀缺的地区。第一特征向量产生的EOF分析统一在整个中国南部;第二特征向量有两个自然气候制度;第三特征向量有六个独特的自然气候制度:(1)特性的南海北部丘陵地区广东和广西;(2)广西的西北地区;(3)广西的西南部地区;(4)中央华南(包括广东和广西的中部地区);(5)南部华南地区(包括广东、广西的中部地区); and (6) Leizhou Peninsula region.(2)华南春季降水包含重要的多尺度变化。最大的年际波动发生在1973年,有一个价值716.5毫米,最小的年际波动发生在1963年一个值为189.9毫米。最大的年际波动几乎是最低的四倍。华南春季降水经验below-above-below-above-below-above-below模式的可变性。光谱分析的空间意味着春季降水在中国南方显示周期性的4年,8年,14年。(3)中国南方的春季降水包含显著的年代际变化。1980年代的十年是最丰富的春季降水在1960年代的十年春季降水最少。突然增加在1964年发生了突然减量发生在2002年。这两个突然改变具有统计学意义的显著性水平。(4)相关的大气环流模式丰富的春季降水和稀缺的春季降水在中国南方是明显不同的。在丰富的几年,一方面,阿留申低压加强东亚西风在情理之中削弱在早春,支持中、高水平质量冷空气向南移动。另一方面,西太平洋副热带高压撤退偏西风为主,导致大量水分从海洋运输到达中国南方的纬度。会议的冷空气从中间纬度和温暖潮湿的空气从热带地区导致了华南地区的降水异常。稀缺的春季降水的年在中国南部,有一个异常反气旋环流在南海附近。这样一个反气旋环流维护异常向下运动。同时,积极大规模位势高度异常出现在乌拉尔山脉附近,以及在中国东部,日本,和东部邻近地区,导致削弱南方分公司的大东亚槽和西太平洋副热带高压的西北方的转变。这样一个循环模式阻止冷空气在中期和高纬度向南移动,从而不喜欢春季降水的发生在中国南部。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作已经由中国国家基础研究项目(批准号2013 cb430200 (2013 cb430206)和第六项目十甘肃省气象局的人才,中国(批准号06)。