#中國夏季降水的時空變化中國地處東亞季風區，夏季降水的多少和雨帶的分布均受到東亞夏季風的調控。而東亞夏季風的重要特點之一就是具有顯著的多尺度變化，因而中國的夏季降水也表現出多尺度的復雜變化，導致各種旱澇災害的頻發。所以，分析研究夏季降水變化規律和機理是很有必要的中國夏季總降水量時空分布特征概況l@DC(a)6DD100(b)V3岔」12DdET以l@DC(a)6DD100(b)V3岔」12DdET以t.：A碾'Tinisn'tgG°Etna°E占空年FV扎的百片忙母132忙(C)CIua120SD6040i132°E96°EWB°E年際啞化的拆九圣血(C)CIua120SD6040i132°E96°EWB°E年際啞化的拆九圣血12DDE72°E圖3.11951—2014年中國夏季降水概況（a）平均降水量，（b）站全年降水的百分比，（C）年際變化的標準差圖3.1給出了1951—2014年中國夏季降水的氣候狀況。由圖3.1（a）可見，中國夏季總降水量（STP）64年平均的分布，可以看出中國STP自東南向西北呈遞減的趨勢，降水量最多的區域為東南、華南及西南地區，總降水量可達到700mm以上，西藏東南部至內蒙古東部（東亞夏季風邊緣區）STP可達200mm左右，而降水量最少的區域為西北內陸的新疆、內蒙古西部等非季風區，STP在100mm以內，有些地區不足50mm。由圖3.1（b）可見，青藏高原至東北一帶的北方地區及西南地區，STP占全年降水的50%以上，尤其是青藏和內蒙古東部地區所占的比例高達70%，表明這些地區雨季主要在夏季，而北疆、長江中原、江南和華南東部等地STP站全年降水比例低于50%，表明這些地區全年有多個雨期，如華南地區有前汛期和后汛期。STP的標準差分布（圖3.1c）和STP多年平均的分布類似，也呈從東南向西北遞減的局勢，東南地區標準差在150mm以上，最大的地區為華南和長江下游地區，標準差達200mm以上，西北地區標準差在50mm以下，表明東南地區STP的年際變化大，而西北地區年際變化相對較小。中國夏季降水的年代際變化(b)19511959(a)19601969f0Di(c)1980—1989(d)1970—1979(f)19901999(e)20002009(g)2010—2014(g)2010—2014圖3.2各年代的夏季

降水距平百分率合成圖(a)1951—1959?1970—1979(e)1990—1999(g)2010—2014(b)1960—1961(d)1980—1989(f)2000—2009為了研究中國夏季降水的十年際尺度上的年代際變化特征，圖3.2給出了20世紀50年代至21世紀10年代各年代的降水距平百分率合成圖。從圖3.2（a）可見，在50年代，長江以北地區降水整體偏多，正距平中心位于黃河中下游地區、華北地區及四川盆地東部，北疆降水也偏多，而南疆和江南等地降水偏少；60年代，從西南地區至東北地區降水整體偏多，主雨帶呈西南至東北走向，降水中心位于環渤海灣地區和西南地區，而新疆至江南一線地區降水偏少，整個西北地區和江南地區降水異常偏少（圖3.2b）；70年代，黃河流域、華北地區和西南南部地區降水繼續偏多，而東北、西北西部、長江流域和江淮地區降水偏少（圖3.2c）；80年代，黃河流域、華北地區和西南南部地區降水有偏多轉為偏少，而東北大部、長江中上游和陜南地區降水有偏少轉為偏多，此外北疆和長江以南地區降水偏少（圖3.2d）；90年代，全國降水整體偏多，黃河以北地區和長江以南地區降水偏多，降水中心在華北北部和江南地區，西北地區降水也偏多，而長江和黃河之間地區降水偏少（圖3.2e）；21世紀00年代，中國頂部地區從南至被呈“++”分布，華南至今年南部地區和黃淮地區降水偏多，降水中心為淮河流域，而長江流域和黃河以北地區降水偏少，華北北部至東北西部異常偏少（圖3.2f）；2011—2014年，黃河流域以北地區降水整體偏多，長江下游地區降水也偏少，淮河流域、長江中游以南地區、及西南至華南地區降水偏少（圖3.2g）。從以上中國夏季降水十年際的變化特征可見，中國夏季降水大致經歷了以下幾次年代際的轉折；50年代至70年代末的北方多雨長江少雨階段，80年代華北少雨而長江中上游轉為多雨，90年代全國多雨，21世紀以后淮河流域降水偏多而華北降水偏少，而近幾年來淮河轉旱而轉澇。大量研究表明：中國東部夏季降水的雨型存在多次明顯年代際調整過程。例如：黃榮輝等（2011）研究指出，20世紀70年代中后期，中國東部雨型由北方多雨、長江和江淮少雨、南方多雨的“++”型向北方少雨、長江降水多雨、南方少雨的“+”型轉變；20世紀90年代初期南方偶極子型降水模態作用加強，東部降水模態由“+”型向“++”型轉變；90年代后期，21世紀初期又出現了北方降水異常偏少，長江和江淮降水偏多的降水模態。本章小結本章對中國夏季降水的氣候概況和十年際尺度的年代際變化特征進行了分析，主要得出了以下結論：中國夏季降水量及其標準差均從東南向西北方向遞減，華北、東北和西北大部夏季降水占全年降水的比例較大；中國夏季降水經歷年代際的轉折和模態轉變，20世紀50年代至70年代北方多雨而長江流域少雨，20世紀80年代之后，中國東南部地區和黃淮地區降水呈增加趨勢，而華北和東北等地降水呈減少趨勢。ENSO對中國夏季降水指示意義的變化ENSO是熱帶太平洋地區海氣系統年際氣候變率的最強信號，它不僅是造成全球氣候異常的一個重要原因，而且也是導致亞洲季風異常和我國旱澇發生的關鍵因素，所以ENSO的發生已經被作為預測中國年際氣候異常的重要前期信號之一。ENSO與中國夏季雨帶的演變規律存在較好的關系，但對中國夏季降水的影響卻很復雜，不同時間段的ENSO的影響有很大不同，而且在長期變化中存在不穩定性。4.1Nino3.4區SST與STP相關性的變化4.1.1二者關系在三個獨立時段下的不同選取1951—1971（時段1）、1973—1993（時段2）和1994—2014（時段3）年三個時間長度均為21年的時間段，分析三個時段前秋至前春逐月Nino3.4區海表溫度與夏季160標準站降水的相關性，并應用t檢驗標準統計達到95%置信度（作為達到顯著相關的臨界）的站數。圖4.1不同時段前秋至前春逐月Nino3.4區海表溫度與夏季160站降水達到顯著相關（95%置信度檢驗標準）的站數（紅線表示降水時段為1951—1971年，綠線表示降水時段為1973—1993年，藍線表示降水時段為1994—2014年）由圖4.1可見，三個時段所對應的曲線之間有很大差異，并且各自曲線走勢也有所不同。Nino3.4區海溫與夏季降水達到顯著相關的站數在第一時段（共104站）最多，在第二個時段（共61站）最少，而到第三時段達到顯著相關的站數（共78站）又有回升的趨勢。并且，時段1的曲線在冬季與其他兩條曲線的差異最為明顯。對于時段1，冬季3個月的顯著相關站數為12、17、16站，而其他兩個時段對應的站數只有6、7、6站（時段2）和8、9、6站（時段3）。時段2曲線和時段1曲線在秋季的差異最明顯，顯著相關的站數分別為6、4、6站和12、10、9站。單獨針對某條曲線來說，時段1曲線相比春秋兩季在冬季時對應較多的相關性站數，特別是冬季的1、2月份，即在1951—1971年時段內前冬海溫對夏季降水的預測性比較強。由時段2曲線可以看出，曲線走勢為上升趨勢，即表明在1973—1993年時段內，前春相對于前冬和前秋有較好的預測性。時段3曲線大致呈下降趨勢，即在1994—2014年時段內，前秋比其他兩季的預測性要好。由以上分析可以得出結論，在20世紀50—60年代，Nino3.4區海溫與中國夏季降水有很好的對應關系；在20世紀70年代中期—90年代中期，兩者的對應關系有了很大程度的減弱；而在近20年，兩者的關系又有了增強的趨勢。并且，在三個獨立的時段內，前秋至前春三個季節的海溫與降水的關系也發生了變化，對應關系最強的季節分別為：前冬—前春—前秋。4.1.2SST和STP的滑動相關分析為更好地分析Nino3.4區前冬至前春海表溫度與中國夏季降水的關系變化，采用滑動相關方法，分別計算1951—2014年中國160站各站夏季降水與前秋、前冬和前春Nino3.4區海溫之間滑動窗口為21年的滑動相關系數，并統計每次滑動19￡1-197111^1-190119￡1-197111^1-190119&S-19S61971-19&11&76-197611^1-20011^6-20061991-20>111消動時段圖4.2不同季節Nino3.4區SST與夏季160站降水21年滑動系數達到顯著相關的站數變化（紅線表示前秋，綠線表示前冬，藍線表示前春）〔<--怎-rT'.-.--..亠出FIFr「圖4.2給出了每21年滑動的利用前秋、前冬和前春Nino3.4區海溫與夏季160站降水達到顯著相關的站點變化。由圖中曲線可以看出，前秋和前冬所對應的曲線差異不大，都呈現出先下降又上升的趨勢。前春曲線與另兩條曲線在前期有較大的差異，在后期差異逐漸減小，總體表現出先上升后下降又稍上升的趨勢。在每一個時段都觀察三條曲線中最大的顯著相關站數（即max（前秋,前冬，前春）），整體趨勢依然是先下降后上升。最大值曲線的最低點大致在“1980—2000”刻度處，表明在1980—2000年區間段前后，前秋，前冬和前春三個季節的海表溫度與夏季降水的對應關系最弱。最大值曲線有兩個峰值點，分別位于“1958—1978”和“1968—1988”兩個刻度處，但是兩個刻度所對應最大值曲線是兩個不同的季節曲線，分別為前冬和前春；表明，在1958—1978區間段前后，前冬的海表溫度與夏季降水有較強的對應關系；在1968—1988區間段前后，前春的海表溫度對夏季降水有較強的對應關系。分析最大值曲線的組成變化，由圖4.2可知，按時間段順序，其組成是：前冬—前秋—前春—前秋。最大值曲線組成的變化表明了，在不同的時段，對夏季降水有較好預測的季節有所變化。在近幾十年，前秋曲線高于其他兩條曲線，表明在該時段內前秋海表溫度與夏季降水的對應關系強于前冬和前春，與上一節得出的結論一致。由前春曲線的走勢可見，在20世紀70年代左右的時段，前春海表溫度對夏季降水有較好的指示意義，其他時段均不如前秋和前冬。前秋和前冬曲線走勢大致相同，在1951—2014年整個時間段的前期和后期對夏季降水有比較好的指示意義。三條曲線在20世紀70—80年代均有很大程度的下降，其指示意義遠不如其他時段，其原因可能是20世紀70年代中期赤道東太平洋海溫、東亞夏季風及大氣環流都發生的一次顯著突變影響到了SST與STP的關系。總結以上分析，Nino3.4區的SST對中國夏季降水的指示意義，由前期的很強變為中期的很弱，而近幾十年又有增強趨勢，雖然增強的程度并不大，但上升的趨勢很明顯。不同時段內，三個季節的海表溫度對夏季降水的指示意義程度均有不同，即隨時間有明顯的階段性。在19世紀70年代中期前后，三個季節的指示意義幾乎沒有應用價值。所以，在預測業務中參考ENS0的作用是必須充分考慮不同時段二者的年代際變化。Nino3.4區海溫對中國夏季降水距平的可預測性變化下面討論不同季節Nino3.4區海溫對中國夏季降水距平可預測性的影響。規定在某一研究時段內，若Nino3.4區海溫距平（SSTA）與某站夏季降水距平同號（指正負號）年份占研究年份的2/3以上（包括2/3）或1/3以下（包括1/3）則認為ENSO對該站降水有預測意義4.2.1距平預測的滑動分析分別計算在1951—2014年內滑動窗口為21年的利用不同季節Nino3.4區海溫距平對160站降水距平符號預測準確率達到66.7%的站數。1961-19711966-11961-19711966-197&1961-19011966-198619H-1K11W6-19961901-MO11966-20M1991-2011滑動吋段--整匕Fwwm圖4.321年滑動的利用不同季節Nino3.4區SSTA預測中國夏季降水距平正負準確率在66.7%以上的站數變化（紅線表示前秋，綠線表示前冬，藍線表示前春）圖4.3給出了每21年滑動的利用前秋、前冬和前春Nino3.4區海溫距平預測中國夏季降水距平符號準確率在66.7%以上的站數變化。該圖與圖4.2差別不大，前秋和前冬，均是先下降再上升的走勢，最小值所對應的時段也與圖4.2相同。對于前秋曲線，其對降水距平符號的預測能力也是在1951—2014年整個時段的中期達到最強。近20多年,SSTA對夏季降水距平符號的預測能力，從站數上看雖有所增加，但是隨著時段的改變，有預測意義的臺站是否發生了變化，有預測意義的同一臺站的降水距平符號與海溫距平符號的關系是否發生了變化，從圖中并得不出結論為了探討這一問題，下面以前冬季節下的Nino3.4區海溫在1954—1974，1972—1992，1994—2014三個特殊時段內對夏季降水距平符號的預測準確率達到66.7%的站點分布，以探究ENSO對夏季降水預測指示意義的區域性變化。

4.2.2距平預測的區域性變化圖4.4基于前冬4.2.2距平預測的區域性變化圖4.4基于前冬Nino3.4區SSTA預測夏季降水距平符號準確率在66.7%以上的站點分布（紅點表示基于海溫與降水距平同號預測；藍點表示基于海溫與降水距平異號預測）降水為1954—1974年降水為1972—1992年降水為1994—2014年伍叱匪哄>WE圖4.4為上述三個時段內基于前冬Nino3.4區SSTA預測夏季降水距平符號率在66.7%以上的站點分布。比較以上3張圖可以看出，站點的分布發生了很大的變化。在1954—1974年和1994—2014年兩個時段內，降水距平符號預測準確率在66.7%以上的分別有59站（圖4.4a）和39站（圖4.4c），兩圖中站點較多，且相對集中，呈區域性分布；而1972—1992年的研究時段，所對應的圖b中站點密度大幅度降低，僅有21站，而且站點分布比較分散，不利于開展區域性降水的預測。第一研究時段，在a圖中可以看出站點的分布狀態。可以明顯看出，紅點的個數遠多于藍點個數，即同號預測站數（44站）遠多于異號測站數（15站），由此可看出，在1972—1992年這一時段內，前冬Nino3.4區海溫距平符號對中國大部分地區的夏季降水距平符號預測為同號。觀察紅點的分布，同號預測站點主要分布在新疆北部、西北地區東部、華北及江南北部。其中，西北東部和華北地區的站點分布更為密集。說明，前冬海溫對這些地區的夏季降水有較強的預測指示意義。觀察藍點的分布，其主要其中在黃淮地區，在西南地區東部和東北地區也有少數站點分布。位于黃淮地區的異號預測站尤為集中，表明該地區這些測站的夏季降水與前冬海溫距平異號的概率超過了66.7%，兩者的對應關系較強。在第二個研究時段，有預測意義的站點較少，且分布比較分散，不利于探究海溫預測夏季降水的區域性。而到第三研究時段時，即在近20年，海溫距平對降水距平有預測意義的站點又有了顯著的增加。觀察圖4.4(c)中站點的分布，并與圖4.4(a)對比會發現，雖然站點數有所增加，但與第一時段相比，卻發生了顯著的區域性變化，甚至在有些地區由原先的異號預測變成了同號預測。在第三時段，站點主要分布在中國東部，對西北地區和西南地區的降水預測意義大幅度減弱。預測依然以同號預測為主，同號預測站主要集中在黃淮流域和華北地區，而黃淮流域在第一研究時段為異號預測，即隨著年代的變化海溫距平對該地區的夏季降水距平的預測發生了相反的變化。長江中下游的沿海區域的一些測站降水與海溫異號率在14年以上，與前兩個研究時段相比，海溫和降水兩者的對應關系有所增加。值得一提的是，在第二時段，雖然前冬Nino3.4區海溫對中國夏季降水距平沒有較好的預測性，但是根據圖3.3的最大值曲線可以看出，在1972—1992年前后對降水距平有較好預測的是前春海表溫度，所以在該時段海溫與降水的對應關系是否減弱，其區域性是否發生了變化，需要進一步的探究。根據提出的問題，在前春海溫對夏季降水距平有較好預測意義的時段內，選取1964—1984年和1972—1992年兩個時段作為代表，作出站點分布圖。〔謔11花聽"E妬FI站E林智壬lifTiW?瓚壬圖4.5基于前春Nino3.4區SSTA預測夏季降水距平符號準確率在66.7%以上的站點分布(紅點表示基于海溫與降水距平同號預測；藍點表示基于海溫與降水距平異號預測)a.降水為1964—1984年b.降水為1972—1992年圖4.5給出了兩個代表時段基于前春Nino3.4區海溫距平預測夏季降水距平符號準確率在66.7%以上的站點分布。比較以上兩圖可以看出，1964—1984年時段(圖4.5(a))有預測意義的臺站數明顯多于1972—1992年時段(圖4.5(b))；然而，仔細對比會發現,b圖相對a圖只是在站點數目上有所變化，并沒有區域性的改變,而且每個區域的站點密度都是呈減小趨勢。比較圖4.5(a)和圖4.4(a)，兩圖的同號預測站分布和異號預測站幾乎相反。圖4.4(a)中，1951—1971年時段內前冬海溫對西北北部