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1 中 国 农 业 气 象 (Chinese Journal of Agrometeorology) 2015 年 doi: /j.issn 刘 逵, 杨 靖 新, 杨 旺, 等. 低 纬 高 原 冬 季 与 春 季 降 水 特 征 及 其 环 流 背 景 差 异 分 析 [J]. 中 国 农 业 气 象,2015,36(4): * 低 纬 高 原 冬 季 与 春 季 降 水 特 征 及 其 环 流 背 景 差 异 分 析 1, 2, 刘 逵 3, 杨 靖 新 3, 杨 旺 3 1,, 杨 若 文 2, 桂 术 (1. 云 南 大 学 资 源 环 境 与 地 球 科 学 学 院 大 气 科 学 系, 昆 明 ;2. 国 家 海 洋 局 海 洋 - 大 气 化 学 与 全 球 变 化 重 点 实 验 室, 厦 门 ;3. 云 南 省 机 场 集 团 有 限 责 任 公 司 丽 江 机 场 气 象 台, 丽 江 ) 1 摘 要 : 利 用 经 验 正 交 函 数 分 解 (EOF) 相 关 分 析 小 波 分 析 等 方 法 对 低 纬 高 原 地 区 148 站 的 气 象 观 测 数 据 进 行 分 析, 以 揭 示 该 区 域 冬 春 季 的 降 水 时 空 分 布 及 其 环 流 背 景 差 异, 了 解 低 纬 高 原 干 旱 的 原 因 结 果 表 明 : 冬 春 季 降 水 时 空 分 布 特 征 差 异 显 著, 春 季 降 水 量 较 大 幅 度 高 于 冬 季, 差 异 最 大 区 域 位 于 低 纬 高 原 的 西 部 和 南 部, 呈 L 型 区 域 分 布 ; 冬 季 降 水 在 年 和 2005 年 以 后 存 在 4~6a 的 振 荡 周 期,1990 年 以 后 存 在 准 2a 和 10a 左 右 的 振 荡 周 期 ; 春 季 降 水 在 1995 年 以 前 存 在 较 明 显 的 4~6a 振 荡 周 期,2001 年 以 后 存 在 准 2a 的 振 荡 周 期 导 致 冬 春 季 降 水 差 异 显 著 的 环 流 背 景 主 要 为 : 与 冬 季 相 比, 春 季 青 藏 高 原 北 侧 的 东 亚 大 槽 较 弱 ; 但 高 原 南 侧 的 南 支 槽 活 跃 ; 海 洋 上 的 西 太 平 洋 副 热 带 高 压 偏 强 偏 西, 沿 着 高 压 外 围 的 气 流 更 容 易 到 达 低 纬 高 原, 从 而 水 汽 输 送 更 强 ; 副 高 与 南 亚 高 压 的 两 高 辐 合 区 向 北 延 伸 的 范 围 更 大, 有 利 于 低 纬 高 原 降 水 进 一 步 研 究 表 明, 低 纬 高 原 冬 季 降 水 主 要 与 青 藏 高 原 南 侧 孟 加 拉 湾 附 近 区 域 的 热 力 作 用 密 切 相 关, 春 季 降 水 则 与 该 地 区 的 比 湿 关 系 显 著 关 键 词 : 低 纬 高 原 ; 冬 春 季 ; 降 水 差 异 ; 环 流 差 异 Analysis on the Differences of Rainfall and Corresponding Circulation Between Winter and Spring in the Low-latitude Highlands LIU Kui 1,2,3, YANG Jing-xin 3,YANG Wang 3, YANG Ruo-wen 1,2, GUI Shu 1 (1. Department of Atmosphere Science, School of Resource Environment and Earth Science,Yunnan University, Kunming , China;2. Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry, State Ocean Administration, Xiamen, ; 3. Lijiang Airport Meteorological Station of Yunnan Airport Group co., LTD, Lijiang ) Abstract:In order to reveal the difference of temporal evolution and spatial distribution of rainfall and the corresponding circulation difference in winter and spring, and get the reason of drought in low-latitude highlands applied EOF, correlation analysis, wavelet analysis to analyze 148 stations observational precipitation. The results showed that there was a prominent difference between the winter and spring rainfall s temporal evolution and spatial distribution. The spring rainfall was more than the winter's a lot, and the most different area was located in western and southern low-latitude highlands, which seemed to be a "L" pattern. The winter rainfall had a 4-6 years cycle during and after 2005 and had quasi-2 years and around 10 years cycles after 1990.The spring rainfall had a 4-6 years cycle before 1995 and quasi-2 years cycle after The differences of circulation background accounted for the difference between the winter and spring rainfall. Compared to winter, the east Asian Trough to the north of the Tibetan Plateau was weaker and the southern branch trough to the south of the plateau was more active in spring; the subtropical high in the western pacific was more westward and stronger, then the flow along its * 收 稿 日 期 : 基 金 项 目 : 云 南 省 机 场 集 团 有 限 责 任 公 司 创 新 项 目 [2013J(015)]; 国 家 海 洋 局 海 洋 - 大 气 化 学 与 全 球 变 化 重 点 实 验 室 开 放 基 金 课 题 (GCMAC1307); 国 家 自 然 科 学 基 金 ( ); 高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 ( ) 作 者 简 介 : 刘 逵 (1988-), 湖 北 人, 博 士 生, 研 究 方 向 为 天 气 气 候 学 @qq.com

2 438 中 国 农 业 气 象 第 36 卷 flank was easier to reach to the low-latitude highlands with more water vapor input. The convergence area between the subtropical high and south high shifted more northward. Further studies indicated that the winter rainfall was very linked to the near-surface heating over around the bay of Bengal area, but the spring rainfall was closely related to the specific humidity. Key words:low-latitude highlands; Winter and spring; Rainfall difference; Circulation difference 以 云 南 为 主 体 的 低 纬 高 原 地 区 干 雨 季 分 明 [1] 很 多 学 者 研 究 了 天 气 气 候 系 统 对 其 降 水 特 征 的 影 响, 如 季 风 大 气 环 流 和 海 温 异 常 登 陆 的 热 带 气 [1-2] 旋 秦 剑 等 研 究 指 出, 夏 季 风 环 流 偏 强 时 低 纬 高 原 夏 季 降 水 偏 强, 低 纬 高 原 6-9 月 降 水 与 西 南 季 风 有 [3] 密 切 关 系 张 万 诚 等 研 究 表 明, 夏 季 风 的 水 汽 输 送 对 云 南 汛 期 降 水 有 重 要 影 响, 夏 季 风 水 汽 输 送 有 两 个 源 地, 最 强 的 一 支 来 自 越 赤 道 气 流 转 向 后 在 孟 加 拉 湾 形 成 西 南 向 水 汽 输 送, 反 映 南 亚 季 风 对 云 南 的 影 响 ; 另 一 支 为 副 热 带 高 压 南 侧 的 东 风 气 流, 反 映 东 亚 季 风 对 云 南 的 影 响 云 南 夏 季 旱 涝 情 形 主 要 与 西 南 向 的 水 汽 输 送 有 关, 如 果 南 亚 季 风 水 汽 输 送 强, 则 云 南 降 水 偏 多, 反 之, 则 偏 少 [4] 张 小 玲 等 研 究 了 El Niño 对 云 南 初 夏 5-6 月 降 水 的 影 响, 指 出 赤 道 东 太 平 洋 海 温 变 化 以 及 南 海 对 [5] 流 活 动 与 云 南 初 夏 降 水 有 密 切 关 系 刘 丽 等 指 出, 低 纬 高 原 强 降 水 事 件 具 有 明 显 的 年 代 际 变 化 特 征, 可 能 与 西 太 平 洋 和 东 印 度 洋 暖 池 海 温 状 况 有 重 要 联 [6] 系 张 秀 年 解 释 了 热 通 量 异 常 影 响 低 纬 高 原 夏 季 降 水 的 物 理 过 程, 当 6 7 月 潜 热 通 量 在 印 度 洋 暖 池 中 北 部 出 现 正 异 常 在 西 太 平 洋 暖 池 西 部 出 现 正 异 常, 东 北 部 出 现 负 异 常 时, 导 致 印 度 洋 北 部 和 西 太 平 洋 暖 池 西 部 大 气 增 温 增 湿, 有 利 于 南 海 北 部 和 孟 加 拉 湾 低 压 发 展, 季 风 环 流 加 强, 赤 道 辐 合 带 (ITCZ) 加 强 北 伸, 有 利 于 低 纬 高 原 夏 季 降 水 的 增 加 ;8 月 则 略 有 不 同, 当 印 度 洋 暖 池 中 北 部 潜 热 通 量 负 异 常 西 太 平 洋 暖 池 西 部 负 异 常 时, 导 致 南 海 北 部 孟 加 拉 湾 北 部 高 压 异 常 发 展, 引 起 高 压 外 围 气 流 对 低 纬 高 原 水 汽 输 送 增 强, 易 在 低 纬 高 原 地 区 形 成 两 高 辐 合 区,ITCZ 加 强 北 伸, 季 风 环 流 加 强, 导 致 低 纬 高 [7] 原 降 水 增 多 Cao 等 研 究 了 低 纬 高 原 夏 季 降 水 的 变 异 特 征 并 指 出 副 热 带 印 度 洋 偶 极 子 是 低 纬 高 原 夏 季 降 水 变 异 的 关 键 的 外 部 热 力 强 迫 因 子 很 多 学 者 也 [8] 研 究 了 ENSO 对 该 区 域 降 水 的 影 响 刘 丽 等 指 出 处 在 发 展 阶 段 的 El Niño 事 件 会 导 致 云 南 夏 季 大 部 分 区 域 降 水 减 少, 在 La Niña 的 发 展 阶 段, 云 南 省 大 部 分 区 域 的 夏 季 降 水 量 偏 多, 并 且 云 南 夏 季 降 水 异 常 对 [9] 该 阶 段 的 响 应 最 明 显 杨 亚 力 等 进 一 步 研 究 了 其 影 响 的 物 理 过 程, 在 El Niño(La Niña) 年, 孟 加 拉 湾 出 现 明 显 的 反 气 旋 ( 气 旋 ) 式 环 流 异 常, 孟 加 拉 湾 对 云 南 水 汽 输 送 减 弱 ( 增 强 ), 云 南 大 部 分 地 区 4-5 月 降 水 偏 少 ( 多 ); 并 通 过 相 关 分 析 得 知, 云 南 春 末 夏 初 降 水 的 异 常 也 与 印 度 洋 - 亚 洲 (IA) 型 遥 相 关 的 [10] 冬 春 季 转 化 有 关 杨 竹 云 等 研 究 指 出, 南 半 球 的 海 温 异 常 对 云 南 汛 期 降 水 的 异 常 也 有 影 响, 前 期 南 半 球 海 温 与 云 南 汛 期 降 水 相 关 显 著, 显 著 关 键 区 主 要 位 于 南 半 球 西 风 漂 流 区 的 东 南 印 度 洋 澳 大 利 亚 南 部 东 太 平 洋 的 智 利 和 秘 鲁 西 海 岸 及 西 南 大 西 洋 的 麦 哲 伦 海 峡 云 南 地 处 低 纬 高 原 地 区, 登 陆 的 热 带 气 旋 容 易 [11] 对 其 降 水 产 生 影 响 郭 荣 芬 等 指 出, 云 南 7-9 月 容 易 受 到 西 行 热 带 气 旋 的 影 响, 特 别 是 100hPa 南 亚 高 原 呈 现 西 部 型 分 布 时,500hPa 呈 现 纬 向 分 布, 热 带 地 区 季 风 低 压 ITCZ 活 跃, 副 热 带 高 原 西 脊 点 西 伸 至 云 南 东 北 部, 或 者 西 太 平 洋 副 高 与 青 藏 高 原 合 并, 均 有 利 于 热 带 气 旋 深 入 内 陆 对 云 南 降 水 产 生 影 [12] 响 郭 荣 芬 等 进 行 了 两 次 西 行 热 带 气 旋 对 云 南 降 水 的 对 比 研 究, 指 出 辐 合 区 配 合 台 风 低 压 环 流 共 同 作 用 是 热 带 气 旋 导 致 云 南 强 降 水 的 重 要 天 气 背 景, 并 且 台 风 外 围 低 空 急 流 的 建 立 和 维 持, 致 使 大 量 不 稳 定 能 量 和 水 汽 向 云 南 输 送, 在 云 南 形 成 条 件 性 对 称 不 稳 定 和 深 厚 斜 压 性 的 正 反 馈 机 制, 是 导 致 云 南 强 降 水 的 重 要 物 理 机 制 有 些 学 者 对 低 纬 高 原 地 区 干 季 的 极 端 天 气 气 候 事 件 也 进 行 了 研 究 2008 年 1 月 下 旬 -3 月 上 旬 云 南 [13] 出 现 了 一 次 持 续 性 的 低 温 雨 雪 天 气, 晏 红 明 等 指 出 是 因 为 冷 空 气 由 北 至 南 逐 渐 加 强 南 压, 南 支 西 风 波 动 配 合, 以 及 副 热 带 高 压 减 弱 东 退 的 大 尺 度 环 流 [14] 造 成 的 陶 云 等 分 析 了 云 南 冬 季 降 水 的 时 空 演 变 特 征 并 分 析 了 降 水 特 征 与 大 气 环 流 和 海 温 的 关 系 自 2010 年 以 来, 低 纬 高 原 地 区 出 现 了 历 史 罕 见 的 冬 春 连 旱 灾 害, 其 机 制 尚 不 十 分 清 楚, 而 针 对 该 地 区 干 季 的 研 究 很 少 而 低 纬 高 原 地 区 地 形 复 杂, 其 西 北 是 为 青 藏 高 原, 西 南 有 阿 拉 伯 海 和 孟 加 拉 湾, 东 南 部 是 南 海, 并 且 不 同 季 节 它 们 通 过 热 力 动 力 作 用 对 该 区 域 环 流 背 景 的 影 响 程 度 不 一 致, 因 此 可 能

3 第 4 期 刘 逵 等 : 低 纬 高 原 冬 季 与 春 季 降 水 特 征 及 其 环 流 背 景 差 异 分 析 439 导 致 低 纬 高 原 地 区 不 同 季 节 降 水 特 征 差 异 显 著 冬 季 降 水 的 发 生 往 往 是 冷 空 气 作 用 的 结 果, 降 水 的 发 生 往 往 意 味 着 低 温, 从 而 使 经 济 作 物 遭 受 冻 害, 2013/2014 年 冬 季 多 次 低 温 雨 雪 天 气 导 致 云 南 地 区 油 菜 蔬 菜 果 树 及 经 济 作 物 遭 受 冻 害 [15] ; 而 春 季 降 水 量 的 增 加 则 有 利 于 春 季 作 物 的 生 长, 对 冬 季 和 春 季 降 水 量 进 行 差 异 分 析, 有 利 于 更 精 细 地 指 导 低 纬 高 原 地 区 冬 春 季 农 业 生 产 本 文 将 对 冬 春 季 降 水 的 时 空 分 布 特 征 和 气 候 特 征 进 行 比 较 研 究, 以 期 了 解 冬 春 季 的 环 流 背 景 差 异, 为 进 一 步 全 面 深 入 研 究 该 地 区 干 季 降 水 特 征 及 其 原 因 提 供 基 础 依 据 1 资 料 与 方 法 使 用 由 GMAO(Global Modeling and Assimilation Office) 和 GES DISC(Goddard Earth Sciences Data and Information Sciences Center) 提 供 的 逐 月 的 MERRA (Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications) 大 气 环 流 资 料, 时 间 长 度 为 年, 空 间 分 辨 率 为 , 气 象 要 素 有 位 势 高 度 水 平 风 场 比 湿 温 度 年 低 纬 高 原 地 区 148 个 气 象 站 ( 图 1) 降 水 观 测 资 料 由 云 南 省 气 候 中 心 提 供 以 12 月 - 翌 年 2 月 为 冬 季,3-5 月 为 春 季 分 析 方 法 包 括 经 验 正 交 函 数 分 解 (EOF) 相 关 分 析 和 小 波 分 析 方 法 [16] 交 叉 小 波 分 析 是 小 波 分 析 方 法 的 拓 展, 可 以 用 来 分 析 两 个 时 间 序 列 的 共 振 关 系 及 其 位 相 关 系 [17] 图 1 低 纬 高 原 地 区 148 个 气 象 站 点 ( ) 的 分 布 Fig. 1 Location of 148 meteorological stations( )in the low-latitude plateau 2 结 果 与 分 析 2.1 冬 季 与 春 季 降 水 量 时 空 差 异 及 其 时 间 演 变 特 征 低 纬 高 原 地 区 春 季 与 冬 季 降 水 量 差 值 分 布 见 图 2 由 图 可 见, 研 究 期 低 纬 高 原 各 地 春 季 降 水 量 比 冬 季 高 0~80mm, 整 体 上, 中 部 地 区 差 值 最 小, 其 次 为 东 部 地 区, 南 部 和 西 部 大 致 为 L 型 的 区 域 内, 春 季 降 水 量 较 大 幅 度 高 于 冬 季,L 型 区 域 的 冬 春 季 降 水 量 差 值 达 40~80mm 图 2 低 纬 高 原 地 区 年 春 季 降 水 量 与 冬 季 降 水 量 差 值 场 (mm) Fig. 2 The difference between the mean spring and winter precipitation in low-latitude plateau during 1979 to 2012 (mm) 历 年 实 测 的 冬 季 降 水 量 距 平 场 EOF 的 第 一 模 态 ( 图 3) 所 占 的 方 差 贡 献 率 为 43.5%, 说 明 该 模 态 很 好 地 反 映 了 低 纬 高 原 地 区 冬 季 降 水 的 主 要 特 征 冬 季 降 水 量 距 平 场 第 一 模 态 的 空 间 场 ( 图 3a1) 呈 现 全 场 一 致 性 分 布, 说 明 该 地 区 降 水 变 化 是 整 体 一 致 的, 或 增 多 或 减 少, 即 不 同 站 点 降 水 变 化 的 整 体 趋 势 一 致, 这 是 该 地 区 冬 季 降 水 量 变 化 的 一 个 显 著 的 宏 观 特 征 ; 绝 对 值 大 值 区 域 沿 着 低 纬 高 原 西 部 和 南 部 呈 现 L 型, 即 这 个 区 域 内 的 降 水 量 的 年 际 变 化 趋 势 最 显 著 对 第 一 模 态 的 时 间 序 列 的 小 波 分 析 结 果 表 明 ( 图 3a2), 该 地 区 降 水 量 在 年 存 在 一 定 的 周 期 变 化 特 征, 这 是 该 地 区 降 水 量 变 化 的 又 一 明 显 特 征 ; 冬 季 降 水 量 在 年 和 2005 年 后 存 在 4~6a 的 振 荡 周 期,1990 年 后 也 存 在 显 著 的 准 2a 的 振 荡 周 期 和 10a 左 右 的 年 代 际 振 荡 周 期 春 季 降 水 量 距 平 场 EOF 的 第 一 模 态 ( 图 3b) 所

4 440 中 国 农 业 占的方差贡献为 45.5% 说明该模态很好地反映了低 纬高原地区春季降水的主要特征 第一模态的空间 场 图 3b1 几乎呈现全场一致性分布 说明该地区 各个站点降水变化趋势较一致 绝对值大值区域主 要位于低纬高原南部 这些区域就是春季降水量年 际变化显著的区域 对春季第一模态的时间序列的 图3 Fig. 3 气 象 第 36 卷 小波分析结果表明 图 3b2 春季降水在 1995 年 前存在较明显的 4 6a 周期振荡 2001 年后存在准 2a 的周期振荡 可见 冬季和春季降水量年际变化显著的区域 不同 各自的 EOF 第一模态时间序列的小波分析结 果也存在较大差异 年低纬高原地区冬(a)春(b)季降水量距平场 EOF 的第一特征向量 1 及其时间序列的小波分析 2 The first feature vector of precipitation anomaly expanded by EOF(1) and the wavelet analysis of their corresponding temporal series(2) in winter(a) and spring(b) 注 小波图中, V 形区域黑实线内为通过 0.1 显著性检验的区域 Note The areas enclosed by black solid lines in the v district indicate P<0.1 in the wavelet analysis Fig. (2) 2.2 冬季与春季环流背景的差异 从图 4a b 可以看出 与冬季相比 春季高原北 侧的东亚大槽较弱 但高原南侧的南支波动明显 南支槽较强 赤道辐合带(ITCZ)更偏南 海洋上的西 太平洋副热带高压偏强偏西 沿着高压外围的气流 更容易到达低纬高原地区 这股气流来自海洋 其 强度直接影响了海洋向低纬高原的水汽输送强度 副高和南亚高压之间的辐合区也延伸至更北区域 更容易影响到低纬高原地区 冬季 副高南侧强东 风水汽输送带位于 15 N 以南 其中在 105 E 附近 有一条较弱的沿着副高外围向低纬高原的水汽输送 带 春季 南支槽前的西南水汽输送增强 同时副 高外围暖湿转向水汽输送增强 影响范围可至华南 从图 5a 可以看出 与冬季相比 春季 700hPa 的 温度有明显提高 陆地的增温效应比海洋强烈 是 由于陆地热源效应显现的原因 近地面温度的增加 也有利于激发垂直向上运动 青藏高原南侧大部分 为垂直向上运动 图 5b,使大气低层的暖湿大气向 高层输送 从图 5c 可以看出 与冬季相比 高原两 侧区域春季气压更高 高原北侧的高压显著增强 东亚大槽减弱 南侧的波动更明显 印缅槽更明显 从图 4 可以看出 春季环流形势更有利于海洋上的

5 第 4 期 刘 逵 等 : 低 纬 高 原 冬 季 与 春 季 降 水 特 征 及 其 环 流 背 景 差 异 分 析 441 图 年 700hPa 冬 (a) 春 (b) 季 风 场 平 均 态 Fig. 4 Mean wind field in winter(a)and spring(b)at 700hPa during 注 : 阴 影 区 为 青 藏 高 原 下 同 Note:Shaded area indicates Tibetan Plateau. The same as below 水 汽 向 低 纬 高 原 地 区 输 送, 图 5d 显 示, 春 季 低 纬 高 原 地 区 上 空 水 汽 处 于 辐 合 状 态, 说 明 春 季 环 流 形 势 更 有 利 于 海 洋 向 低 纬 高 原 输 送 水 汽 低 纬 高 原 地 区 冬 春 季 环 流 背 景 最 显 著 的 差 异 之 一 是 在 春 季 水 汽 更 容 易 由 海 洋 向 低 纬 高 原 地 区 输 送 2.3 冬 春 季 降 水 时 空 分 布 差 异 的 主 要 气 候 成 因 冬 春 季 各 个 气 象 要 素 场 均 有 一 定 差 异, 但 是 决 定 冬 春 季 降 水 差 异 的 主 要 气 象 要 素 场 需 进 一 步 确 定 图 6a 为 冬 季 低 纬 高 原 周 围 地 区 的 温 度 场 的 第 一 模 态, 第 一 模 态 所 占 的 方 差 贡 献 率 为 65.6%, 说 明 第 一 模 态 的 特 征 能 很 好 地 代 表 温 度 场 的 基 本 特 征 从 图 可 知, 空 间 场 为 全 场 一 致 性 分 布, 且 孟 加 拉 湾 北 部 区 域 为 正 值 中 心, 说 明 该 区 域 温 度 的 年 际 变 化 最 显 著, 可 能 是 该 地 区 为 海 陆 交 界 的 特 殊 位 置 导 致 了 热 力 状 况 在 不 同 年 份 变 化 显 著 第 一 模 态 的 时 间 序 列 与 冬 季 降 水 的 第 一 模 态 的 时 间 序 列 的 相 关 系 数 为 0.55, 说 明 近 地 面 的 热 力 作 用 是 影 响 低 纬 高 原 冬 季 降 水 的 一 个 重 要 原 因 从 冬 季 温 度 场 EOF 的 第 一 模 态 的 时 间 序 列 与 降 水 EOF 的 第 一 模 态 的 时 间 序 列 的 交 叉 小 波 ( 图 6b) 分 析 可 知, 通 过 显 著 性 检 验 的 区 域 与 图 a2 相 似, 在 2~4a 的 年 际 变 化 周 期 上, 近 地 面 温 度 与 冬 季 降 水 两 者 具 有 很 好 的 共 振 关 系, 且 箭 (a) 温 度 差 值 场 Difference field for temperature( );(b) 垂 直 速 度 差 值 场 Difference field for vertical velocity(hpa s 1 );(c) 位 势 高 度 差 值 场 Difference field for geopotential height(gpm);(d) 整 层 ( hPa) 积 分 的 水 汽 通 量 散 度 差 值 场 Difference for field divergence of column-integrated water vapor flux (10 5 kg m 2 s 1 ) 图 年 春 季 与 冬 季 700hPa 要 素 ( 春 - 冬 ) 差 值 场 Fig. 5 The differences of various meteorological elements between spring and winter at 700hPa during

6 442 中 国 农 业 头的倾斜角度均不大 说明近地面的热力作用对低纬 高原的降水有重要影响 且这种影响主要体现在同期 春季低纬高原周围地区的温度场的第一模态所 占的方差贡献率为 63.1% 图略 空间场为全场一 致性 但其孟加拉湾附近的大值区更偏南 第一模 态的时间序列与春季降水的第一模态的时间序列的 相关系数为-0.07 说明近地面的热力作用并不是影 响春季降水的因素 春季低纬高原周围地区比湿场的第一模态 图 7a 所占的方差贡献率为 63.1% 从图中可知 空间 场为全场一致性分布且其正值中心在孟加拉湾东 侧 与春季偏南风大值区域较一致 偏南风的变化 往往是影响该地区水汽随年份变化的重要原因 该 模态的时间序列与春季降水第一模态的时间序列的 相关系数为 0.48 通过了 99%的显著性检验 说明 图6 Fig. 6 气 象 第 36 卷 水汽是影响低纬高原春季降水的重要因素 春季比 湿场 EOF 的第一模态的时间序列与降水场 EOF 的第 一模态的时间序列的交叉小波 图 7b 分析可知 在 4 6a 的年际变化周期上 两者具有很好的共振关 系 且箭头指向下 说明比湿场对低纬高原的春季 降水有重要影响 且比湿场的变化超前于春季降水 的变化 冬季低纬高原周围地区的比湿场的第一模态 图略 所占的方差贡献率为 63.3% 从图中可知 空间场为全场一致性分布且正值中心在孟加拉湾东 侧 结合图 4a 可知该地区为向低纬高原输送的偏南 风大值区域 该地区为水汽随年份变化最显著的区 域 第一模态的时间序列与冬季降水的第一模态的 时间序列的相关系数为 0.05 说明水汽并不是影响 冬季低纬高原降水变异的主要原因 年 700hPa 冬季温度场 EOF 第一模态的空间分布(a)及其时间序列与降水 EOF 的第一模态时间序列的交叉小 波分析(b) The first mode s spatial distribution of temperature EOF (a),and the cross wavelet analysis of its and first rainfall EOF mode s temporal series(b) in winter at 700hPa during 注 图 b 黑实线内区域通过 0.1 水平的显著性检验 箭头向右 向左分别表示两个变量呈现同 异位相变化 竖直向下表示前一个变量的变化比后一 个变量超前 90 下同 Note: In Fig.b, the areas within solid black line have passed 0.1 significance test, arrow pointing right with in-phase, and arrow pointing left with anti-phase,and arrow pointing down means the first variable leads the second one by 90.The same as below 图 年 700hPa 春季比湿场 EOF 第一模态的空间分布(a)及其时间序列与降水 EOF 的第一模态的时间序列的交叉 小波分析(b) Fig. 7 The first mode s spatial distribution of specific humidity EOF(a),and the cross wavelet analysis of its and the first rainfall EOF mode s temporal sequences(b) in spring at 700hPa during

7 第 4 期 刘 逵 等 : 低 纬 高 原 冬 季 与 春 季 降 水 特 征 及 其 环 流 背 景 差 异 分 析 结 论 与 讨 论 3.1 结 论 (1) 低 纬 高 原 地 区 冬 春 季 降 水 差 异 显 著, 春 季 降 水 量 较 大 幅 度 高 于 冬 季, 差 异 最 大 区 域 位 于 低 纬 高 原 的 西 部 和 南 部, 构 成 L 型 区 域 ; 冬 季 降 水 在 年 和 2005 年 以 后 存 在 4~6a 的 振 荡 周 期,1990 年 以 后 存 在 准 2a 和 10a 左 右 的 振 荡 周 期 ; 春 季 降 水 在 1995 年 以 前 存 在 较 明 显 的 4~6a 振 荡 周 期,2001 年 以 后 存 在 准 2a 的 振 荡 周 期 (2) 导 致 冬 春 季 降 水 差 异 显 著 的 环 流 背 景 差 异 主 要 为 : 与 冬 季 相 比, 春 季 青 藏 高 原 北 侧 的 东 亚 [18] 大 槽 较 弱 ; 但 高 原 南 侧 的 南 支 槽 活 跃 索 渺 清 等 在 研 究 南 支 槽 的 演 变 特 征 及 其 结 构 时 也 得 到 了 南 支 槽 在 春 季 比 冬 季 活 跃 的 结 论 海 洋 上 的 西 太 平 洋 副 高 偏 强 偏 西, 沿 着 高 压 外 围 的 气 流 更 容 易 到 达 低 纬 高 原, 从 而 水 汽 输 送 更 强, 副 热 带 高 压 和 南 亚 高 压 之 间 的 两 高 辐 合 区, 延 伸 至 更 北 区 域, 更 容 易 影 响 低 纬 高 原, 这 可 能 是 华 南 前 汛 期 的 一 个 重 要 水 汽 通 道 [19] (3) 低 纬 高 原 冬 季 降 水 主 要 与 青 藏 高 原 南 侧 孟 加 拉 湾 附 近 区 域 的 热 力 作 用 关 系 密 切,700hPa 温 度 场 EOF 的 第 一 模 态 的 时 间 系 数 与 冬 季 降 水 EOF 的 第 一 模 态 的 时 间 序 列 的 相 关 系 数 为 0.55(P<0.01); 交 叉 小 波 分 析 的 结 果 显 示, 近 地 面 的 热 力 作 用 与 冬 季 降 水 在 2~4a 的 年 际 变 化 上 有 很 好 的 共 振 关 系 低 纬 高 原 春 季 降 水 则 与 该 地 区 的 比 湿 关 系 显 著 : 700hPa 比 湿 场 EOF 的 第 一 模 态 的 时 间 系 数 与 春 季 降 水 场 EOF 的 第 一 模 态 的 时 间 序 列 的 相 关 系 数 为 0.48 (P<0.01); 交 叉 小 波 分 析 的 结 果 显 示, 比 湿 的 变 化 与 冬 季 降 水 的 变 化 在 2~4a 的 年 际 振 荡 上 有 很 好 的 一 致 性 3.2 讨 论 低 纬 高 原 地 区 出 现 了 2009/2010 年 冬 春 极 端 干 旱 事 件, 受 旱 面 积 达 hm 2, 不 仅 使 云 南 贵 州 和 广 西 西 北 部 大 量 农 作 物 歉 收 甚 至 绝 收, 还 造 成 2500 万 人 生 活 饮 水 困 难, 经 济 损 失 ( 特 别 是 农 业 经 济 损 失 ) 巨 大 [20] 很 多 学 者 从 不 同 角 度 研 究 了 该 地 区 干 旱 灾 害 的 原 因, 得 到 了 一 些 有 意 义 的 结 论, 但 [21] 各 研 究 结 论 并 不 一 致 杨 辉 等 指 出, 欧 洲 东 部 至 里 海 以 及 青 藏 高 原 上 高 压 脊 强 烈 发 展, 使 西 风 带 的 扰 动 系 统 不 易 东 移 至 东 亚 上 空, 造 成 年 [22] 云 南 的 冬 季 干 旱 灾 害 张 万 诚 等 指 出,2009 年 云 南 秋 冬 季 降 水 特 少 的 原 因 主 要 是 由 于 对 流 层 中 低 层 高 原 南 部 孟 加 拉 湾 中 南 半 岛 及 云 南 受 到 强 反 气 旋 环 流 控 制, 云 南 为 经 向 异 常 负 距 平 水 汽 通 量, 没 有 充 足 的 水 汽 输 送, 使 云 南 上 空 大 气 含 水 量 较 常 年 [20] 同 期 异 常 偏 少 黄 荣 辉 等 认 为, 绕 高 原 路 径 的 冷 空 气 偏 弱 是 2009 年 秋 年 春 季 中 国 西 南 地 区 严 重 干 旱 的 主 要 原 因 之 一 前 人 研 究 结 果 大 多 将 冬 春 季 合 为 干 季 进 行 研 究, 本 文 将 冬 春 季 分 开 揭 示 了 该 地 区 的 环 流 背 景, 并 且 指 出 冬 春 季 海 洋 对 低 纬 高 原 水 汽 输 送 状 况 的 差 异 是 冬 春 季 环 流 背 景 的 重 要 差 异 之 一 ; 如 前 人 研 究 所 述, 冬 季 副 高 南 侧 强 东 风 水 汽 输 送 带 位 于 15 N 以 南, 其 中 在 105 E 附 近 的 沿 着 副 高 外 围 向 低 纬 高 原 的 水 汽 输 送 带 较 弱 [18], 而 本 文 指 出 冬 季 降 水 可 能 与 近 地 面 热 力 作 用 的 关 系 更 为 重 要, 这 些 结 论 可 为 进 一 步 揭 示 该 地 区 干 旱 的 根 本 原 因 提 供 基 础 依 据 本 文 基 于 低 纬 高 原 地 区 700hPa 温 度 场 替 代 该 地 区 的 热 力 作 用, 认 为 影 响 低 纬 高 原 冬 春 季 的 关 键 气 象 要 素 场 分 别 是 温 度 场 和 比 湿 场, 说 明 即 使 是 同 一 系 统 对 低 纬 高 原 地 区 干 季 的 影 响, 在 冬 春 季 其 影 响 途 径 也 可 能 是 不 同 的, 以 后 将 进 一 步 通 过 潜 热 通 量 和 感 热 通 量 的 输 送 以 及 温 度 平 流 等 研 究 热 力 作 用 对 该 地 区 降 水 的 影 响 参 考 文 献 References [1] 秦 剑, 琚 建 华, 解 明 恩. 低 纬 高 原 天 气 气 候 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社, 1997: Qin J, Ju J H, Xie M E. Weather and climate in low-latitude plateau[m]. Beijing: China Meteorological Press, 1997: (in Chinese) [2] 段 旭, 琚 建 华, 肖 子 牛, 等. 云 南 气 候 异 常 物 理 过 程 及 预 测 信 号 的 研 究 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社, 2000: Duan X, Ju J H, Xiao Z N, et al. The research of the physical process of climate anomaly and prediction signal in Yunnan[M]. Beijing: China Meteorological Press, 2000: (in Chinese) [3] 张 万 诚, 汤 阳, 郑 建 萌, 等. 夏 季 风 水 汽 输 送 对 云 南 夏 季 旱 涝 的 影 响 [J]. 自 然 资 源 学 报, 2012, 27(2): Zhang W C, Tang Y, Zheng J M, et al. Impacts of the vapor transportation by summer monsoon on drought and flooding in summer of Yunnan[J]. Journal of Natural Resources, 2012, 27(2): (in Chinese) [4] 张 小 玲, 琚 建 华, 张 三 杉. EL Nino 对 云 南 初 夏 降 水 的 影 响 [J]. 热 带 气 象 学 报, 1999, 15(2): Zhang X L, Ju J H, Zhang S S. EL Nino s impact on early summer precipitation in Yunnan[J]. Journal of Tropical

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