基于20世纪再分析资料的东亚冬季风再研究 .doc

多种东亚冬季风指数及其与中国东部气候关系的比较 张自银1,2，龚道溢1，胡淼1，雷杨娜3 （1. 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室，北京 100875； 2. 北京市气候中心，北京 100089; 3. 陕西省气候中心，西安 710014） 摘要：东亚冬季风(EAWM)是北半球冬季最活跃和影响我国冬季气候的最主要环流系统，其年际–年代际变率对我国冬季气候有着重要意义。利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160站气温和降水观测资料，对比分析了12个不同定义的东亚冬季风指数及其与中国东部冬季温度和降水的关系，并分别考察在El Ni?o状态和La Ni?a状态时各东亚冬季风指数与中国东部气候关系的稳定性特征。结果表明，多数EAWM指数具有较好的一致性，同时也存在差异。有10个EAWM指数均反映出了近60年东亚冬季风呈减弱趋势，尤其是近30年最为明显，平均减弱速率达-0.25σ/10a，各EAWM指数都表现出强烈的年际变化特征，较突出的年际周期主要集中在~2 – ~4a、~5 – ~8a，另外~13.3a、~20a的年代际周期也较为明显。有10个(8个)EAWM指数与我国东部冬季温度(降水)第1模态年际变率有显著高负相关，达0.1%显著性水平；其中西伯利亚高压指数对冬季温度年际变率方差解释率最高(53.3%)，而对冬季降水年际变率方差解释率最高的是对流层中高层东亚经向风指数 (50.4%)。不同EAWM指数与中国东部冬季温度和降水的对应关系在El Ni?o状态、La Ni?a状态有不同的变化，因此在利用单个EAWM指数监测冬季气候时，要考虑到各个指数在ENSO不同状态下具有的差异性参考意义。 关键词：东亚冬季风; 年际变率; 中国东部；温度 1 引言 东亚冬季风(EAWM)是东亚季风系统的重要组成部分，是北半球冬季最活跃和影响我国冬季气候最重要的环流系统之一，我国科学家历来都很重视对冬季风活动规律的认识，并致力于提高对其变化的预测水平[1~7]。强东亚冬季风会给我国带来低温冷害、寒潮活动频繁等灾害性天气，相反弱冬季风常导致暖冬事件发生，从而对人们的生产、生活环境产生深刻影响[8,9]。此外，东亚冬季风的强弱对同期和后期海气系统及区域气候都有着显著作用[10~15]，冬季风的发展变化也对夏季风具有指示意义[16]。 气候系统的年际及年代际变率是国际气候学研究的热点问题，也是气候变化与可预测性研究计划(CLIVAR) 的重要研究内容之一，东亚冬季风的年际–年代际变率及其成因是我国气象学家非常关注的科学问题。已有研究发现EAWM自20 世纪80 年代以后呈明显减弱趋势[11,17~20]。年代际气候变化是年际气候变化的重要背景，同时也是叠加在更长期气候变化趋势上的扰动。然而值得注意的是，在全球气候增暖和EAWM呈持续减弱趋势的大背景下，不能忽视冬季风强烈年际变率增大的可能性及其可能带来的严重灾害，例如， 2007/08冬季我国南方发生罕见的低温、雨雪、冰冻灾害天气与东亚冬季风环流系统的年际变率异常有着密切的关系[9,21~23]; 此外，2008年北半球平均气温的偏低，以及2009/2010冬季北半球大范围持续的寒冬降雪过程，也都与东亚季风系统的年际变率异常有关[24,25]。 要更好地理解EAWM变率特征和长期趋势及其对我国的气候影响，首先需要有能够刻画东亚冬季风活动强弱的指数。目前已经有不少学者从不同的角度定义了EAWM指数[26]。东亚冬季风是一个十分复杂的系统，不同角度的定义可能反映了构成或影响东亚冬季风的不同因素。本文的目的，首先对已有的部分东亚冬季风指数进行对比分析，了解各个指数之间的异同性、线性趋势和变率特征；然后对比分析各个冬季风指数与中国东部冬季温度和降水的对应关系，并进一步考察在赤道中东太平洋海温偏暖(El Ni?o状态)、偏冷(La Ni?a状态)时，不同东亚冬季风指数与中国东部冬季气候关系的稳定性特征。 2 资料与方法 本文所用资料主要有NCEP/NCAR[27]再分析资料，包括逐月海平面气压场(SLP)，近地面(10m、1000hPa)经向风场(v)，850 hPa矢量风场(u、v)，500 hPa位势高度场(h)，300 hPa和200 hPa纬向风场(u)，以及中国大陆地区160气象站逐月温度和降水观测资料。为了消除随着纬度增大格点面积减小的影响，本文中所有格点资料在应用之前均进行了处理，即对原数据乘上格点中心纬度余弦值。本文中的冬季是指当年12月和次年1月、2月共3个月的平均，例如，2000年冬季是指2000年12月～2001年2月平均。 所用到的分析方法主要有相关分析，回归分析，经验正交函数分析(EOF)、要素场的合成分析等，时间序列分析中还用到Butterworth滤波和功