COMPARISON OF INTER-DECADAL CHARACTERISTICS OF'COLD-DRY'AND'WARM-DRY'PERIOD AND THEIR RELATIONSHIP WITH SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALIES IN GUANGDONG
-
摘要: 根据1961—2019年广东86个站点的降水和气温以及大气环流和海温资料,采用统计分析方法,研究广东2月降水和气温的时空分布特征及其相应的大气环流与海温特征。结果表明:近59年广东2月有两个年代际降水偏少时段,但对应的气温特征显著不同,分别是1961—1981年“冷干”和1999—2019年“暖干”,其对应的大气环流特征表明,第一时段1961—1981年(第二时段1999—2019年)500 hPa高度场以经向(纬向)环流为主,东亚大槽偏强(弱),东亚冬季风偏强(弱),低层受异常北(南)风控制,地面冷高压偏强(弱),偏强的冷空气阻碍了来自海上的水汽输送(偏弱的冷空气不能南下至广东),使得广东处于水汽辐散区(青藏高原表现为反气旋式环流,南支系统不活跃,对广东地区水汽输送不足),最终导致广东2月低温少雨(高温少雨)。进一步的分析表明,热带东太平洋和北太平洋中部海温异常是影响广东2月降水的重要外强迫因子,其中第一时段1961—1981年(第二时段1999—2019年)是热带东太平洋(北太平洋中部)海温异常偏冷(暖)通过850 hPa经向风切变偏弱(北太平洋中部异常反气旋环流)来影响广东降水。热带印度洋全区一致型、西太平洋暖池区和北太平洋中部海温异常是影响广东2月气温的外强迫因子,其中前两者主要通过东亚大槽这一环流影响广东气温,而北太平洋中部海温仅影响“暖干”期下广东2月的气温。Abstract: The long-term change in the February precipitation and temperature and associated large-scale circulation and sea surface temperature (SST) features are examined by using the dataset from 86 surface stations for recent 59 years (1961—2019) in Guangdong. The following features are identified. The February precipitation periods during 1961—1981 and 1999—2019 were two typical rain-deficient periods with significantly different temperature in Guangdong, corresponding to'cold-dry'and'warm-dry'phase, respectively. Accompanying the afore-described precipitation and temperature changes, the general circulation and moisture transport between the two rain-deficient episodes presented opposite features. In the'cold-dry'phase (1961—1981), meridional distribution prevailed over 500 hPa geopotential height with strong East Asian Trough (EAT) and the East Asian Winter Monsoon (EAWM). In addition, under the control of the surface cold high pressure, the northward cold surge was so strong that the warm moisture air mass from sea couldn't arrive at Guangdong, the place where the moisture divergence field was; thus the precipitation was less and the temperature was lower than normal. However, in the'warm-dry'phase(1999—2019), zonal circulation pattern with weak EAT and EAWM dominated over the Asian mid- and high latitudes region. The airflow from the cold high pressure was too weak to affect Guangdong, while southerly flow was significantly stronger than normal. Meanwhile, owing to an anti-cyclonic circulation anomaly over the Qinghai-Tibet Plateau, the inactive south branch westerlies were not favorable for moisture transport to Guangdong, leading to much deficient moisture supply for precipitation and higher temperature over Guangdong in February. Further analysis shows that the SST over the tropical Eastern Pacific and central North Pacific played an important role in the precipitation anomaly between the two different stages, respectively. In the first phase, anomalous cold SST of the tropical Eastern Pacific had an influence on February precipitation owing to the weak meridional wind shear at 850hPa. However, in the second stage, anomalous warm SST of the central North Pacific influenced the monthly rainfall based on anomalous anticyclone circulation in the central North Pacific. The uniform pattern of the tropical Indian Ocean, the western Pacific warm pool area and the central North Pacific SST anomalies were external forcing factors that affect Guangdong's February temperature. The first two mainly affected the temperature in Guangdong through the circulation of the EAT during 1961—2019, while the SST in the central North Pacific only affected the temperature in Guangdong in February during the'warm-dry'period.
-
Key words:
- cold-dry /
- warm-dry /
- inter-decadal change /
- Guangdong /
- February /
- atmospheric circulation /
- sea surface temperature
-
图 2 同图 1,但为气温
图 7 “冷干”期(a)和“暖干”期(b)2月海表温度距平合成场(单位:℃)
填色图为距平场,打点区域为通过0.01显著性检验,黑色方框和灰色方框同图 6指数区域。
图 8 a. 1961—2019年EP指数年代际变化分量与500 hPa位势高度(填色图和等值线,单位:gpm,打点为通过0.1显著性检验)和850 hPa风场的回归分布(矢量,单位:m/s,黑色为通过0.1显著性检验的纬向风或经向风,黑色方框为V850指数区);b. 1961—2019年NP指数年代际变化分量与海平面气压场(填色图和等值线,单位:hPa,打点为通过0.1显著性检验,黑色方框为SLP_NP指数区)和850 hPa风场(矢量,单位:m/s,通过0.1显著性检验的纬向风或经向风)的回归分布;c. 1961—2019年IOBW指数年代际变化分量与500 hPa位势高度场(填色图和等值线,单位:gpm,打点为通过0.1显著性检验,黑色方框为EAT指数区)的回归分布。
表 1 1961—2019年2月各海温指数年代际变化分量与广东2月降水和气温年代际变化分量的相关系数
海温指数 降水 气温 NP -0.51** 0.57** EP 0.49* IOBW 0.66** WPWPS 0.58** 注:*为通过0.05显著性检验,**为通过0.01显著性检验。 表 2 近59年广东2月不同降水偏少期的气候特征对比
分类 特征 “冷干”期1961—1981 “暖干”期1999—2019 大尺度环流特征 海平面气压 冷高压偏强 冷高压偏弱 500 hPa高度场 经向环流 纬向环流 东亚大槽偏强 东亚大槽偏弱 东亚冬季风偏强 东亚冬季风偏弱 水汽输送 水汽辐散区 南支系统不活跃 水汽输送不足 海温 影响气温的区域 热带印度洋全区一致型
西太平洋暖池区热带印度洋全区一致型
西太平洋暖池区北太平洋中部 影响降水的区域 热带东太平洋 北太平洋中部 -
[1] 《广东省气候业务技术手册》编撰委员会编. 广东省气候业务技术手册[M]. 北京: 气象出版社, 2008. [2] 谷德军, 纪忠萍, 高晓荣, 等. 广东前汛期降水与南海北部风场准双周振荡的关系[J]. 热带气象学报, 2013, 29(2): 189-197. [3] 刘尉, 罗晓玲, 陈慧华, 等. 近52年广东开汛期特征及与前汛期降水的关系分析[J]. 气象, 2014, 40(7): 827-834. [4] 梁巧倩, 蒙伟光, 孙喜艳, 等. 广东前汛期锋面强降水和后汛期季风强降水特征对比分析[J]. 热带气象学报, 2019, 35(1): 51-62. [5] 袁金南, 郑彬. 广东热带气旋降水年代际变化特征的分析[J]. 热带气象学报, 2010, 26(4): 385-391. [6] 谷德军, 纪忠萍, 林爱兰, 等. 广州春季降水的变化及其前兆信号[J]. 热带气象学报, 2005, 21(6): 614-623. [7] WU W, WEN Z P, CHEN Y G. Interannual variability of winter and spring precipitation in south China and its relation to moisture transport[J]. J Trop Meteor, 2013, 19(4): 322-330. [8] 赵恩榕, 简茂球, 李春晖. 华南降水季节演变的年代际变化[J]. 热带气象学报, 2018, 34(3): 360-370. [9] 纪忠萍, 温晶, 方一川, 等. 近50年广东冬半年降水的变化及连旱原因[J]. 热带气象学报, 2009, 25(1): 29-36. [10] LUO X, ZHANG Y C. Interdecadal change in the seasonality of rainfall variation in South China[J]. TheorAppl Climatol, 2015, 119(1-2): 1-11. [11] 伍红雨, 杨崧. 华南冬季气温异常与大气环流和海温的关系[J]. 热带气象学报, 2014, 30(6): 1 061-1 068. [12] 伍红雨, 李春梅, 刘锦銮. 近52年广东冬季气温异常的气候特征及变化[J]. 热带地理, 2014, 34(1): 20-26. [13] DING Y, WANG Z Y, SUN Y. Inter-decadal variation of the summer precipitation in East China and its association with decreasing Asian summer monsoon, Part I: Observed evidences[J]. Int J Climatol, 2008, 28(9): 1 139-1 161. [14] ZHU Y, WANG H, ZHOU W, et al. Recent changes in the summer precipitation pattern in East China and the background circulation[J]. Clim Dyn, 2011, 36(7-8): 1 463-1 473. [15] 孙照渤, 徐青竹, 倪东鸿. 华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系[J]. 大气科学学报, 2017, 40(4): 433-442. [16] 王江曼, 李春. 太平洋年代际涛动对ENSO与华南冬季降水关系的可能影响[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2015, 45(08): 1-9. [17] 程乘, 朱益民, 于斌, 等. 中国华南3月降水和大气环流的年代际转型及其与PDO的联系[J]. 干旱气象, 2016, 34(6): 936-944. [18] 袁媛, 李崇银, 杨崧. 与厄尔尼诺和拉尼娜相联系的中国南方冬季降水的年代际异常特征[J]. 气象学报, 72(2): 237-255. [19] 何金海, 袁良, 祁莉. 冬季西太平洋暖池与华南降水关系的年代际变化[J]. 大气科学学报, 2015, 38(6): 721-730. Doi:10.13878/j.cnki.Dqkxxb.20130427001. [20] 徐超, 乔云亭. 中国南方春季降水年际变化强度的年代际变化及其与海温异常的联系[J]. 气象科学, 2018, 38(3): 281-292. [21] 袁良. 热带太平洋海温变异与我国华南地区冬季降水关系的讨论[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2013. [22] 徐忆菲, 彭丽霞, 李季, 等. 1951—2013年我国冬季气温年代际变化与PDO的关系[J]. 气象科技, 2017, 45(4): 669-677. [23] 陈少勇, 张燕霞, 夏权, 等. 中国东部冬季气温异常与海表温度异常的关系分析[J]. 高原气象, 2009, 28(5): 1 181-1 188. [24] 唐卫亚, 孙照渤. 印度洋海温异常与中国气温异常的可能联系[J]. 南京气象学院学报, 2007, 30(5): 667-673. [25] 韩雪, 陈幸荣, 李荣滨. 我国冬季气温的趋势变化特征及其影响因子分析[J]. 海洋预报, 2015, 32(06): 49-57. [26] 姚霞. 热带太平洋-印度洋海温对中国气候异常的影响及其年代际变化[D]. 杭州: 浙江大学, 2014. [27] XUE F, GUO P W, YU Z H. Influence of Interannual Variablility of Antarctic Sea-Ice on Summer Rainfall in Eastern China[J]. Advances in Atmospheric Sciences. 2003, 20(1): 97-102. [28] DING Y, SUN Y. WANG Z Y, et al. Inter-decadal variation of the summer precipitation in China and its association with decreasing Asian summer monsoon Part II: Possible causes[J]. Int J Climatol, 2009, 29: 1 926-1 944. [29] 孙淑清, 孙伯民. 东亚冬季风环流异常与中国江淮流域夏季旱涝天气的关系[J]. 气象学报, 1995, 53(4): 440-450. [30] 潘晓华, 翟盘茂. 气温极端值的选取与分析[J]. 气象, 2002, 28(10): 28-31. [31] 周永宏, 郑大伟. 相关系数检验表的新算法[J]. 中国科学院上海天文台年刊, 1997, 18: 18-23. [32] 黄嘉佑. 第三讲气候状态变化趋势与突变分析[J]. 气象, 1995, 21(7): 54-57. [33] 魏凤英. 现代气候统计诊断与预测技术(第二版)[M]. 北京: 气象出版社, 2007. [34] 冯瑞权, 吴池胜, 王婷, 等. 澳门近百年气候变化的多时间尺度特征[J]. 热带气象学报, 2010, 26(4): 452-462. [35] 钱维宏, 陆波. 千年全球气温中的周期性变化及其成因[J]. 科学通报, 2010, 55(32): 3 116-3 127. [36] 钱维宏, 陆波, 祝从文. 全球平均温度在21世纪将怎样变化?[J]. 科学通报, 2010, 55(16): 1 532-1 537. [37] 纪忠萍, 谷德军. 广州近百年来气候变化的多时间尺度分析[J]. 热带气象学报, 1999, 15(1): 48-55. [38] 邵太华, 张耀存. 冬季北大西洋涛动对中国春季降水异常的影响[J]. 高原气象, 2012, 31(5): 1 225-1 233. [39] 刘毓赟, 陈文. 北半球冬季欧亚遥相关型的变化特征及其对我国气候的影响[J]. 大气科学, 2012, 36(2): 423-432. [40] 左璇, 肖子牛. 冬季欧亚型遥相关候时间尺度异常特征及其对我国天气的影响[J]. 气象, 2013, 39(9): 1 096-1 102. [41] 陶诗言. 冬季由印缅来的低槽对于华南天气的影响[J]. 气象学报, 1953, 23(3): 172-192. [42] WANG B, WU R G, FU X H. Pacific-East Asian teleconnection: How does ENSO affect East Asian climate?[J]. J Climate, 2000, 13: 1 517-1 536. [43] ZHANG R H, SUMI A, KIMOTO M. Impact of E1 Nino on the East Asian monsoon: A diagnostic study of the'86/87'and'91/92'events[J]. J Meteor Soc Japan, 1996, 74(1): 49-62. [44] 李宏毅, 林朝晖, 宋燕, 等. 我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析[J]. 大气科学, 2013, 37(3): 719-730. [45] LIU Z Y, WU L X. Atmospheric response to North Pacific SST: the role of ocean-atmosphere coupling[J]. J Climate, 2004, 17(9): 1 859-1 882.