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1、东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系YU Shuqiu1，SHI Xiaohui1，LIN Xuechun21. State Key Laboratory of Severe Weather; Chinese Academy of Meteorological Sciences;Beijing 100081; China;2. National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, ChinaAbstract: Using NCEP/NCAR reanalysis geopotential
2、 height (GHT) and wind at 850hPa, GHT at 500hPa, precipitation rate, sea level pressure (SLP) and precipitation observations from more than 600 stations nationwide in June - August from 1951 to 2006, and focusing on the East Asia - West Pacific region (10 - 80N, 70 - 180E), interannual variation of
3、East Asian summer monsoon (EASM) and its correlationswithgeneralcirculationandprecipitationpatternsarestudiedbyusingstatistical diagnostic methods such as 9-point high pass filtering, empirical orthogonal function (EOF) analysis, composite analysis and other statistical diagnosis, etc. It is conclud
4、ed as follows: (1) EOF analysis of SLP in the East Asia- West Pacific region shows the existence of the zonal dipoleoscillationmode(APD)betweentheMongoliadepressionandtheWestPacifichigh,andAPD index can be used as an intensity index of EASM. (2) EOF analysis of GHT anomalies at 500hPa in theEastAsia
5、- WestPacificregionshowsthatthefirstEOFmodeischaracterizedwithanobvious meridional East Asian pattern (EAP), and EAP index can also be used as an EASM intensity index. (3)Thecompositeanalysisofhigh/lowAPDindexyearsrevealstheclosecorrelationofAPDindex with EAP at 500hPa (or 850hPa). The study shows a
6、n obvious opposite correlation exists between APD index and EAP index with a correlation coefficient of - 0.23, which passes the confidence testat0.10level.(4)BothAPDandEAPindexesarecloselycorrelatedwithprecipitationduring flood-prone season in China and precipitation rate over the East As-iaWest Pa
7、cific region. The significant correlation area at 5% confidence level is mainly located from the southern area of the Yangtze River valley to the ocean around southern Japan, and the former is a positive correlation and the latter is a negative one.Keywords: summer monsoon; East Asia-West Pacific di
8、pole; East Asian Pattern; precipitation1 介绍中国地处东亚季风区，每年的降水分布、降水带移动以及旱涝灾害在很大程度上受夏季 风控制。因此，定量描述东亚季风强度和揭示它的活动规律一直是大气科学重点关注的课题。 许多作者都通过定义季风指数来定量描述东亚季风的强度变化。在过去几十年的研究中，大 致有两类季风指数， 即用热力差异定义的季风指数和环流差异定义的季风指数。我国位于欧亚大陆的东部，东临世界上最大的海洋太平洋。巨大的热力差异形成了世 界上最显著的季风现象。因此，利用海陆热力差异来表征季风的强弱这是很自然的想法，并 且已有很多的研究。郭其蕴1用4-9 月纬
9、向海平面气压差定义了夏季风指数，即在 10o-50oN 范围内，每10度纬圈上110oE减160E之间的气压差W5hPa的所有数值之和代表夏季风强 度，并将各年的值除以多年平均值定义为夏季风强度指数。施能、朱乾根等2在此基础上作 了改进。孙秀荣等3则进一步考虑了经向的海陆温差。另一方面，由于季风异常表现为大气环流的异常,吴爱明、倪允琪用类似于Webster和Yang5指数的做法取10o-20oN, 40o-115E范围内平均的850hPa经向风速距平为东亚季风 指数。祝从文等6也以此为基础从热带环流出发定义了一个热带环流指数，黄刚和严中伟7、 张庆云和陶诗言8也分别从大气遥相关型和热带、副热带
10、环流系统特点出发提出了各自的指 数。由于各个作者的出发点不同，定义的东亚季风指数所反映的侧重点也不同，有较大的差 异。最近，赵平和张人禾io】用自然正交函数（EOF）方法对东亚一太平洋地区的海平面气压 作分析，找出了东亚太平洋地区的耦合模态，并用合成分析方法讨论了这种耦合模态与东 亚冬季和夏季大气环流年际变率的关系。本文在此基础上，用东亚西太平洋地区6-8月海 平面气压作EOF展开并用它的第一特征向量的时间系数定义为夏季风指数，进而讨论它的 年际变率与环流和降水的关系。2 资料处理东亚夏季风具有明显的年代际变化。许多研究都表明ii，12, 1951年以后到20世纪60 年代中期处于强夏季风时期
11、，以后夏季风减弱，1976年以后的20多年中没有再出现强夏季 风年。为了突出年际变化，必须滤掉年代际振荡，要对资料进行预处理。本文所用的资料有：1951-2006年6-8月NCEP/NCAR的水平分辨率为2.5 X 2.5的850hPa 高度场和风场、500hPa高度场、降水率（单位:kg/m2）和海平面气压（SLP为高斯网格，在纬 圈方向格距为1.875。，共分192个格点，在经圈方向用不等距分94个格点，全球共192X 94格点） 以及全国 672 站的1951-2006 年6-8月雨量资料。为了突出年际变率，所有资料 都用 1951-2006年的平均值，进行距平和标准化处理，而降水率和雨
12、量则用距平百分比。然 后，对所有资料的每个格点（或站） 进行9点高通滤波，滤去10年以上的变化，突出年际变 化。以下所用的资料，如果没有特别说明，都是标准化距平（距平百分比）经9点高通滤波后 的资料，并且简称为距平，例如500hPa高度距平、SLP距平、降水距平百分比等。3 夏季东亚西太平洋偶极子3.1 东亚西太平洋区 SLP 的 EOF 展开类似于文献10的选区，但我们选用东亚一西太平洋区，即用10o-80 oN，70。-180。E区 的SLP距平作EOF展开，其第一模态占SLP距平总方差的38.6%。该模态在东亚大陆为正， 西太平洋为负，其零线在中纬度和副热带地区几乎与海岸线平行（图 1
13、上），正负中心分别在 巴尔喀什湖附近和日本北海道以东的洋面上，中心值分别为+5.0和-3.5以上。在正负中心之 间为明显的东西向气压梯度，说明东亚大陆和西太平洋之间的海平面气压存在明显的跷跷板 式的反位相关系，即偶极子关系。7570656055.504540353023200.15107011012013()140150170l&OfE)90N30S90S -0120W60 W60E120EFigure 1 The ftrst eigenvector (EOF-1) of SLP anomalies over the East Asia-West P act fie region 70-180
14、) in suinmer (June-August) from 195 to 2006 (a) and the correlation hetween the time coefficients of EOF and SLP anomalies (in Figure lb, the green red shades denote significant positive negative correlation region at 0.001 confidence level, respectively)图 1 1951-2006 年夏季（6-8月）东亚-西太平洋（10 o -80 o N，7
15、0 o -180 o E）SLP 距平的 EOF-1 模态（a）和其时间系数与SLP距平的同期相关（b）（图lb中，绿色/红色表示正/负相关，以0.001 的置信区间）由图la与文献10中的图1比较，两者基本相似，但也有几点明显的不同:（1）图la的 区域是 10 o -80 o N，70 o -180 o E，而文献10的区域是 10。-80。N，70。E-140。W，比图 1a 向东多选了60纬度， 造成偶极子的正负中心偏东， 太平洋的负中心约偏东30个经度， 东 亚大陆的正中心约偏东10个经度。 图1a在60 o N以北，东部为正，西部为负，和60。 N 以南反位相，而文献10则无此现象
16、。 （3）在青藏高原地区，文献10为一相对低值中心， 而图1a却为正值中心区。造成这些差异，除了选区略有不同外，可能与资料的预处理有关。 3.2 APD 指数在夏季海平面气压的多年平均图上，东亚大陆受蒙古低压影响，而西太平洋则受副热带 高压控制，东亚大陆正中心基本上与蒙古低压中心重合，而西太平洋的负中心也在副热带高 压区内（图1a），说明这对偶极子是反映了蒙古低压和西太平洋高压之间的跷跷板式的振荡 关系，当EOF1的时间系数为正（高指数）时，东亚大陆SLP为正距平控制，蒙古低压较弱， 同时，西太平洋SLP为负距平，西太平洋高压偏弱，东亚夏季风偏弱；反之，当EOF1的 时间系数为负（低指数）时，东亚大陆SLP为负距平控制，蒙古低压较强，同时，西太平
