蘇濤 張世軒支蓉 陳麗娟

1 引言

江淮流域地處中國東部,受夏季風(fēng)的影響,夏季降水年際變率大,易發(fā)生旱澇災(zāi)害,如1954年、1991年、1998年的洪澇,以及1959年、1961年、1978年的干旱,都給該地區(qū)人民生產(chǎn)和生活造成了非常嚴(yán)重的損失.因此,探尋江淮流域夏季旱澇異常的前期信號,并對夏季降水進(jìn)行預(yù)測具有十分重要的意義.

以往的研究主要集中于從不同的角度揭示江淮流域夏季降水的成因,例如早在1962年,陶詩言等[1]就指出,江淮流域持久性旱澇與500毫巴高度場流型的持續(xù)性異常有密切聯(lián)系;宣守麗等[2]的研究也表明,夏季各月東亞高空急流位置、強(qiáng)度以及急流擾動的異常與我國淮河流域降水異常密切相關(guān),環(huán)流型的異常會影響江淮流域上空冷暖氣流的強(qiáng)度,進(jìn)而影響該地區(qū)降水;趙亮等[3,4]發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)循環(huán)可以通過影響東亞夏季風(fēng)環(huán)流異常的范圍而使雨帶位置發(fā)生變化,而東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱會使雨量發(fā)生變化;趙勇和錢永甫[5]則指出青藏高原東部和其以北區(qū)域的大尺度熱力差異對江淮流域夏季降水有很好的指示性;司東等[6]的研究發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)90年代末由于江淮梅雨期東亞中緯度地區(qū)對流層明顯增暖,東亞副熱帶大氣擴(kuò)張,導(dǎo)致東亞副熱帶急流北移,Hadley環(huán)流圈拓寬北伸和中緯度西風(fēng)帶北移,使得梅雨雨帶向北移動,導(dǎo)致長江以南降水減少,長江以北降水增多.

綜上可見,以往的研究多從環(huán)流型的持續(xù)性異常、ENSO循環(huán)、青藏高原的熱力作用、水汽輸送[7]等角度揭示了江淮流域夏季降水的成因,研究的影響因子多為同期要素,缺少預(yù)測意義.近來,張世軒等[8]利用多要素相似度量季節(jié)劃分方法研究了中國東部地區(qū)前冬季節(jié)來臨早晚與我國夏季雨帶的聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)前冬來臨早晚與夏季雨型具有一定的對應(yīng)關(guān)系.而事實上,夏季季節(jié)的長短決定了雨季的長短,因而僅使用冬季季節(jié)來臨時間不能全面地把握冬季特征對夏季降水的影響,而使用冬季季節(jié)持續(xù)時間作為指標(biāo),既包含了冬季來臨時間也包含了結(jié)束時間,能夠更為全面地代表前冬季節(jié)長短與夏季降水的關(guān)系.因此,本文利用季節(jié)劃分方法計算江淮流域冬季持續(xù)時間,并進(jìn)一步探討了江淮流域夏季降水對前期冬季持續(xù)時間長短的響應(yīng),然后利用奇異值分解從空間場相關(guān)的角度探討了兩者的聯(lián)系,結(jié)果顯示二者關(guān)系密切,江淮流域前冬持續(xù)時間是其夏季降水多寡的一個顯著前期信號.

2 資料和方法

2.1 分區(qū)與資料

根據(jù)王遵婭[9]提出的氣候分區(qū)方法,本文江淮流域的選取范圍為 (27.5—35°N,107.5—122.5°E).使用的資料主要包括：

1)NCEP/NCAR提供的1960—2011年日平均再分析資料,主要包括地面溫度、氣壓、相對濕度、經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng);1961—2011年月平均再分析資料,主要包括高度場、比濕、地面氣壓、經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)等,分辨率均為2.5°×2.5°;其中位于江淮流域 (27.5—35°N,107.5—122.5°E)的共有 28(7×4)個格點(diǎn);

2)中國氣象局氣象信息中心資料室提供的1961—2011年中國160站月平均降水資料,選取江淮流域范圍內(nèi)的34個站點(diǎn).

2.2 季節(jié)劃分方法

張世軒等[8]將利用多要素構(gòu)造氣候狀態(tài)變量的觀點(diǎn)[10,11]應(yīng)用于相似性度量季節(jié)劃分方法上,提出一種多要素相似度量季節(jié)劃分方法.本文主要根據(jù)此季節(jié)劃分方法計算江淮流域前冬的起始、結(jié)束以及持續(xù)時間.具體步驟簡介如下.

將日平均溫度、氣壓、相對濕度和風(fēng)速(分別用P,T,RH,U,V表示)資料進(jìn)行候平均(以5天為一候)處理,得到各個要素的候平均資料序列;然后利用上述要素在空間上構(gòu)造一個氣候態(tài)變量F(t),其表達(dá)式如下：

取1月和7月的平均場分別作為冬季和夏季的典型氣候狀態(tài)場(分別記為Fw和Fs),消去其兩者的公共部分F?=1/2(Fw+Fs),得到偏差量Fw′和Fs′);然后計算各候氣候變量F(t)的偏差量F′(t)(F(t)′=F(t)-F?).并進(jìn)一步計算各個時段偏差量F′(t)與Fw′(或Fs′)的相似系數(shù)R(t)：

上式右端各變量均為矢量,R(t)就可以表征某一候?qū)嶋H場與典型的冬季(或夏季)場的相似程度,當(dāng)實際場與典型場達(dá)到一定的相似度時(即R(t)達(dá)到一定量值),便可將這一時間點(diǎn)t定義為季節(jié)的開始時間.

最后,根據(jù)R(t)的投影角φ(t)=arccosR(t)給出四季的劃分標(biāo)準(zhǔn)：本文選取當(dāng)0≤φ(t)＜π/4為冬季開始,3π/4＜φ(t)≤π為夏季開始,π/4≤φ(t)≤3π/4為春季或秋季開始,各季節(jié)的終止日期即為下一個季節(jié)起始日期的前一天.

從構(gòu)造的氣候態(tài)變量的定義F(t)=(P,T,RH,U,V)可以看出,這一氣候態(tài)變量綜合考慮了氣壓、溫度、濕度和風(fēng)等氣象要素,這些氣象要素能夠全面地表征一定地點(diǎn)和特定時刻大氣的基本特征,因而能夠比較準(zhǔn)確地刻畫各地區(qū)一年四季的演變.

3 江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水的變化特征分析

3.1 江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水的變化特征

利用第2.2節(jié)的季節(jié)劃分方法計算得到1961—2011年江淮流域前冬平均持續(xù)時間序列(圖1(a));圖1(b)為1961—2011年江淮流域夏季降水距平百分率序列.

由圖1(a)可見,近50年江淮流域前冬平均持續(xù)時間約為122 d,前冬持續(xù)時間最長的年份是1998年,為140 d;最短的年份是1973年,僅為106 d,兩者相差34 d,表明前冬持續(xù)時間的年際變率很大.此外,由前冬持續(xù)時間的標(biāo)準(zhǔn)化距平累加量曲線可以看到,江淮流域前冬持續(xù)時間也同時具有非常明顯的年代際變化：1961—1980年前冬持續(xù)時間存在逐漸縮短的趨勢,1980—2001年左右則又逐漸增長,2001年之后逐漸變短.而由圖1(b)可見,1961—2011年江淮流域夏季降水距平百分率最大值為32.5%(1998年),最小值為-39.5%(1978年),表明江淮流域夏季降水的強(qiáng)度也存在很強(qiáng)的年際變化;由夏季降水距平百分率的標(biāo)準(zhǔn)化距平累加量曲線可見,江淮流域夏季降水在1961—1979年都是以偏少為主,1980年之后降水逐漸增多,特別是90年代中期之后降水量增大趨勢最為明顯.

圖1 1961—2011年江淮流域前冬持續(xù)時間 (a)與夏季降水距平百分率;(b)序列變化(曲線為標(biāo)準(zhǔn)化距平累加量)

江淮流域1961—2011年前冬持續(xù)時間與夏季降水距平百分率的相關(guān)系數(shù)為0.445,置信水平達(dá)到99%,表明近50年江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水存在顯著的正相關(guān)關(guān)系.

3.2 江淮流域前冬持續(xù)時間與中國夏季降水的相關(guān)性分析

為了探究江淮流域前冬季節(jié)持續(xù)時間與夏季降水之間的聯(lián)系,本文計算了1961—2011年前冬持續(xù)時間序列與中國160站夏季降水距平百分率的相關(guān)分布,得到時滯相關(guān)系數(shù)空間分布,如圖2.

由圖2可以看出,江淮流域1961—2011年前冬持續(xù)時間與中國160站降水的相關(guān)系數(shù)在江淮流域存在明顯的高值區(qū),大部分區(qū)域置信水平都達(dá)到95%,表明江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水存在顯著的正相關(guān),即前冬持續(xù)時間顯著偏長(偏短)時,夏季降水偏多(偏少).

圖2 1961—2011年江淮流域前冬持續(xù)時間與全國160站夏季(6—8月)降水量相關(guān)系數(shù)分布圖(陰影區(qū)分別為置信水平達(dá)到90%,95%的區(qū)域)

3.3 江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水的統(tǒng)計分析

江淮流域1961—2011年前冬持續(xù)時間的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為8.0,本文以此作為標(biāo)準(zhǔn)選取江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份作為典型代表年份,并研究這些典型年份對應(yīng)的夏季降水特征.前冬平均持續(xù)時間距平(PWLA,preceding winter lengths anomalies,單位：d)與夏季降水距平百分率(SRAP,summer rainfall anomalies percentage,單位：%)的對應(yīng)關(guān)系見表1.

由表1可見,在前冬持續(xù)時間顯著偏長的8年中,除1974年SRAP為負(fù)值外,其余年份SRAP均為正值,即夏季降水偏多,表明江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長時,夏季降水易偏多;而在前冬持續(xù)時間顯著偏短的9年中,1980,1999,2007年SRAP為負(fù)值,占3/9,其余年份SRAP均為負(fù)值,占6/9;表明當(dāng)江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏短時,夏季降水以偏少為主.

表1 江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份對應(yīng)的夏季降水距平百分率

3.4 江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份對應(yīng)的氣象特征分析

本文采用的季節(jié)劃分方法是基于日平均溫度、氣壓、相對濕度和風(fēng)場來確定一年四季的起始與結(jié)束時間,并進(jìn)而劃定四季的長度,因此接下來分析江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份對應(yīng)的日平均溫度、氣壓、相對濕度和風(fēng)場的差異,探究造成前冬持續(xù)時間長度出現(xiàn)差異的原因.為了得到有統(tǒng)計意義的結(jié)果,分別對上述氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計假設(shè)檢驗[12-14].此處為了便于分析,圖3中計算前冬各氣象要素差值時取的是前一年12月與當(dāng)年1,2月的平均值.

由圖3(a)可以看出,前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份溫度的差值在整個江淮流域均為負(fù)值,除東北部分地區(qū)外,其余地區(qū)置信水平均達(dá)到95%,即江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長年份比偏短年份溫度低.由圖3(b),江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長年份比偏短年份氣壓高,除西部與東南部分地區(qū)外,其余地區(qū)置信水平均達(dá)到95%.圖3(c)是相對濕度的差值分布,可以發(fā)現(xiàn)整個江淮流域均未通過顯著性檢驗,在西北與東南地區(qū)差值為正值,其余地區(qū)則為負(fù)值,表明江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份,相對濕度的差異并不明顯,相對濕度對前冬持續(xù)時間的影響可能比較小.圖3(d)是風(fēng)場的差值分布,可以看到江淮流域中部與東部沿海地區(qū)置信水平均達(dá)到95%,并且整個區(qū)域均為異常偏北風(fēng)控制,說明江淮流域前期冬季持續(xù)時間顯著偏長年份北風(fēng)比偏短年份的強(qiáng).

根據(jù)以上分析,江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長年份比偏短年份溫度低、氣壓高、北風(fēng)強(qiáng),而相對濕度的差異不是特別明顯,表明溫度、氣壓、經(jīng)向風(fēng)可能是影響江淮流域前冬持續(xù)時間的關(guān)鍵因子,而相對濕度的影響可能較小,并且在不同的區(qū)域各個氣象要素對季節(jié)長度的影響也可能存在差異.

圖3 持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份冬季(前一年12月與當(dāng)年1,2月平均)地面溫度(a),單位°C,氣壓(b),單位hPa;相對濕度(c),單位%;經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)(d),單位m/s的差值分布(陰影區(qū)為置信水平達(dá)到95%的區(qū)域)

4 江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份夏季大氣環(huán)流場和水汽輸送場分析

江淮流域夏季降水與全球500 hPa環(huán)流形勢關(guān)系緊密[15],同時,夏季東亞地區(qū)上空夏季風(fēng)水汽輸送通量與江淮流域降水也密切相關(guān),水汽輸送最大中心與最大降水中心有很好的對應(yīng),并且在水汽輻合帶附近能夠產(chǎn)生大量降水[16-20],所以本文接下來利用合成分析研究江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份夏季大氣環(huán)流場與水汽輸送通量場的異同,并進(jìn)一步分析造成江淮流域夏季降水產(chǎn)生差異的原因.

4.1 前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份對應(yīng)的夏季環(huán)流場分析

首先,分別對前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份的夏季500 hPa高度場,850 hPa風(fēng)場進(jìn)行合成分析,得到結(jié)果如圖4所示.

由圖4(a),前冬持續(xù)時間顯著偏長時,歐亞大陸中高緯度500 hPa高度場距平由西向東均呈現(xiàn)“+,-,+”的分布特點(diǎn),烏拉爾山、鄂霍次克海附近位勢高度偏高,貝加爾湖北部地區(qū)位勢高度偏低,江淮流域上空形成一個西風(fēng)槽.烏拉爾山、鄂霍次克海附近850 hPa風(fēng)場各形成一個明顯的反氣旋式環(huán)流,而貝加爾湖北部則形成了一個氣旋性渦旋,這種環(huán)流形勢有利于歐亞大陸的偏冷空氣向南輸送,導(dǎo)致江淮流域北部易受異常偏北風(fēng)影響.同時,江淮流域南部則為異常偏南風(fēng),南北氣流在江淮流域上空形成了一條明顯的切變線.

圖4 前冬持續(xù)時間顯著偏長年份(a)與偏短年份(b)對應(yīng)的夏季500 hPa高度場與850 hPa距平風(fēng)場的合成分布(陰影區(qū)為位勢高度距平值,等值線為位勢高度,單位dagpm;矢量線為距平風(fēng)場,單位m/s)

當(dāng)前冬持續(xù)時間顯著偏短時(圖4(b)),烏拉爾山、鄂霍次克海附近地區(qū)500 hPa高度場位勢高度偏低,江淮流域西風(fēng)帶平穩(wěn).同時,烏拉爾山、鄂霍次克海附近地區(qū)850 hPa風(fēng)場分別形成氣旋性渦旋,歐亞大陸上空的冷空氣向江淮流域輸送的強(qiáng)度比較弱,江淮流域受異常偏南氣流控制.

4.2 江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份夏季500 hPa高度場差值分析

由于500 hPa環(huán)流形勢對江淮流域夏季降水能夠產(chǎn)生很大的影響,因此為了研究江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份夏季500 hPa高度場的差異,本文接下來對它們的差值進(jìn)行合成分析.

如圖5所示,江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份夏季500 hPa高度場的差值分布,在烏拉爾山與鄂霍次克海地區(qū)置信水平均達(dá)到95%,表明前冬持續(xù)時間顯著偏長年份比偏短年份夏季烏拉爾山與鄂霍次克海地區(qū)500 hPa位勢高度顯著偏高,因此烏拉爾山與鄂霍次克海地區(qū)易形成阻塞環(huán)流形勢.而相關(guān)研究也表明[21-23],夏季烏拉爾山與鄂霍次克海地區(qū)的阻塞高壓對江淮地區(qū)降水有很大影響,陸日宇和黃榮輝[23]就指出阻塞高壓日數(shù)多的年份基本上都是江淮地區(qū)的澇年,而阻塞高壓日數(shù)少的年份則都是江淮地區(qū)的旱年.因此,可能正是500 hPa環(huán)流形勢的這種顯著性差異造成了江淮流域夏季降水的多寡.

圖5 前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份對應(yīng)的夏季500 hPa高度場差值分布(等值線為高度場差值,單位dagpm;陰影區(qū)為置信水平達(dá)到95%的區(qū)域)

4.3 前冬持續(xù)時間顯著偏短與偏短年份對應(yīng)的夏季水汽輸送場分析

江淮流域夏季降水同時受很多因子的共同影響,而水汽條件始終是其中一個重要的因子.江淮流域夏季降水的強(qiáng)度與水汽輸送形勢密切相關(guān),水汽輸送的強(qiáng)弱、路徑以及輻合輻散能夠直接影響降水的強(qiáng)度與范圍.圖6是江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長與偏短年份分別對應(yīng)的水汽輸送場,它們明顯存在著很大的差異.

我國夏季降水的水汽源地主要位于孟加拉灣、南海以及西太平洋等地區(qū)[19].當(dāng)江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長時(圖6(a)),江淮流域主要是受異常偏南的水汽輸送控制,圖6(a)陰影區(qū)顯示,由南海向江淮流域的水汽輸送明顯異常偏強(qiáng),而來自孟加拉灣與西太平洋地區(qū)水汽輸送則比較弱.同時,江淮流域北部則主要是異常偏北水汽輸送,南北暖濕、干冷空氣在江淮流域交綏,形成了一條明顯的切變線,進(jìn)而形成鋒區(qū),因而導(dǎo)致江淮流域降水偏多.圖6(a)中江淮流域大部分地區(qū)水汽輸送通量距平散度均為負(fù)值,也表明該地區(qū)存在異常水汽輸送輻合.前冬持續(xù)時間顯著偏短時(圖6(b)),江淮流域受異常偏南水汽輸送控制,南海與西太平洋等地區(qū)的南方暖濕水汽輸送較強(qiáng),而來自歐亞大陸的北方干冷空氣活動比較弱,冷暖空氣難以在江淮流域輻合,導(dǎo)致江淮流域降水相對偏少.圖6(b)中,江淮流域大部分地區(qū)水汽輸送通量距平散度均為正值,也表明該地區(qū)水汽輸送存在異常輻散,因而不利于在該區(qū)域形成降水.此外,根據(jù)4.1節(jié)的分析,水汽輸送形勢與500 hPa高度場和850 hPa風(fēng)場也存在很好的對應(yīng)關(guān)系,說明大氣環(huán)流形勢與水汽輸送存在非常緊密的聯(lián)系.

圖6 前冬持續(xù)時間顯著偏長年份(a)與偏短年份(b)對應(yīng)的夏季整層(垂直積分從地面氣壓至300 hPa)水汽輸送通量場的合成分布(陰影區(qū)為經(jīng)向水汽通量距平,正值表示異常向北,負(fù)值表示異常向南,單位kg/s;矢量線為水汽輸送通量距平,單位kg/s;等值線為水汽輸送通量距平散度,單位10-5kg/m·s-1)

5 江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水的奇異值分解

奇異值分解是對兩個場交叉協(xié)方差矩陣進(jìn)行廣義對角化運(yùn)算,它能同時在時間和空間上考慮兩個要素場的相互關(guān)系,并得到兩要素場數(shù)對相關(guān)的空間分布,而且這種空間分布能最大解釋要素場的方差[24,25].為了研究江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水之間相關(guān)場的空間結(jié)構(gòu),揭示兩個場關(guān)系密切的地域分布,本文接下來利用奇異值分解探討它們的聯(lián)系.

根據(jù)采用的奇異值分解方法及分析的需要,以江淮流域1961—2011年28個格點(diǎn)的前冬持續(xù)時間為左場,34個站點(diǎn)夏季降水距平百分率為右場,對它們進(jìn)行SVD分解,得到奇異值和左、右奇異向量,這兩個向量分別對應(yīng)于江淮流域前冬持續(xù)時間和夏季降水場的空間分布型.

表2給出了江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水場前4對奇異向量協(xié)方差占總方差的百分比、相應(yīng)模態(tài)的相關(guān)系數(shù)、左右奇異向量對各自場的方差貢獻(xiàn)率等指標(biāo).從表2中看出,前4對空間分布型可以解釋總方差的65.34%,這說明前4對奇異向量能表示出前冬持續(xù)時間與夏季降水場耦合作用的大部分特征,研究這4對奇異向量的對應(yīng)關(guān)系,即可以較真實地反映前冬持續(xù)時間與夏季降水場的對應(yīng)關(guān)系和特征,因此以下只分析前4對空間分布型的特征.

空間分布型在一定程度上反映了兩個場的遙相關(guān)特征,每一對奇異向量分別對應(yīng)于前冬持續(xù)時間和夏季降水場的一種空間分布型,成對空間分布型清晰地展示出兩個場相關(guān)的空間結(jié)構(gòu).第一對奇異向量解釋總方差的22.38%,首先分析第一對空間分布型的特征即同性相關(guān)系數(shù)分布.

表2 江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水奇異值分解結(jié)果

圖7 江淮流域前冬持續(xù)時間(a)與夏季降水(b)第一空間分布型

圖7 為第一對空間分布型,從圖7(a)右奇異向量分布型看出,江淮流域除西南部分地區(qū)外,其余大部分地區(qū)都為負(fù)值區(qū),西北大部分地區(qū)和江西省北部地區(qū)相關(guān)系數(shù)都小于-0.3,置信水平達(dá)到95%(α0.05=0.271),部分地區(qū)相關(guān)系數(shù)甚至小于-0.7.右奇異向量(圖7(b))的空間分布型表現(xiàn)為江淮流域西南、東南大部分地區(qū)是負(fù)值區(qū),西北、東北部分地區(qū)以及中部是正值區(qū),大部分地區(qū)置信水平都達(dá)到95%.

圖8為第二對空間分布型,解釋總方差的16.83%.由左奇異向量(圖8(a))其空間分布型可以看出,江淮流域整個區(qū)域均為正值區(qū),這是全區(qū)域一致性分布型態(tài),并且絕大部分地區(qū)相關(guān)系數(shù)都在0.4以上,置信水平達(dá)到99%(α0.01=0.351).而從夏季降水場奇異向量(圖8(b))來看,江淮流域西北、東南以及中部地區(qū)是正值區(qū),西南部以及江西省北部地區(qū)為負(fù)值區(qū),并且整個江淮流域絕大部分地區(qū)均是正值區(qū),這表明當(dāng)江淮流域前冬持續(xù)時間偏長時,江淮流域夏季降水整體上是偏少的.

圖9為第三對空間分布型,解釋總方差的15.25%.左奇異向量(圖9(a))與第二對左奇異向量(圖7(a))分布型比較一致,均表現(xiàn)為全區(qū)域一致性正值區(qū)的分布型態(tài),高值區(qū)位于江淮流域中北部,正值中心位于湖北北部和安徽北部,可解釋其原始場方差的17.67%.夏季降水場奇異向量(圖9(b))表現(xiàn)為江淮流域全區(qū)大部分地區(qū)均為正值區(qū),正值中心分別位于北部和南部地區(qū).而湖北省大部分地區(qū)與浙江省北部地區(qū)則是負(fù)值區(qū),負(fù)值中心分別位于湖北省西部和浙江省東部.

圖8 江淮流域前冬持續(xù)時間(a)與夏季降水(b)第二空間分布型

圖9 江淮流域前冬持續(xù)時間(a)與夏季降水(b)第三空間分布型

圖10 江淮流域前冬持續(xù)時間(a)與夏季降水(b)第四空間分布型

圖10 為第四對空間分布型,解釋總方差的10.88%.前冬持續(xù)時間奇異向量(圖10(a))表現(xiàn)為江淮流域西南部為負(fù)值區(qū),而西北與東南部則為正值區(qū).夏季降水場奇異向量(圖10(b))在湖北省西部與江蘇、浙江省大部地區(qū)是正值區(qū),其余部分則為負(fù)值區(qū),正值區(qū)位于湖北西部和江蘇、浙江交界處,負(fù)值中心位于河南西南部、安徽北部以及湖南中南部.

上述奇異值分解表明：江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水存在明顯的遙相關(guān),由前四對奇異向量可以發(fā)現(xiàn),江淮流域夏季降水與前冬持續(xù)時間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān).本節(jié)利用奇異值分解得到的江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水的空間分布型與3,4節(jié)根據(jù)統(tǒng)計、合成分析得到的結(jié)果也比較一致.

6 結(jié)論

中國大部分地區(qū)位于中緯度,季節(jié)變化明顯,受太陽輻射的驅(qū)動,造成地面溫度、降水、大氣環(huán)流等發(fā)生調(diào)整,導(dǎo)致一年內(nèi)春、夏、秋、冬四季的更替,因而四季的轉(zhuǎn)變實際上反映的是氣象要素和氣候現(xiàn)象狀態(tài)的變化[26-30].本文利用多要素相似度量季節(jié)劃分方法研究了江淮流域前冬持續(xù)時間的變化特征,并且進(jìn)一步利用統(tǒng)計、合成分析與奇異值分解等方法分析了江淮流域夏季降水對前冬持續(xù)時間長短的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)二者確實存在著一定的遙相關(guān)關(guān)系.主要結(jié)論如下：

1)江淮流域前冬持續(xù)時間的年際變率很大,并且具有明顯的年代際變化,1961—1980年前冬持續(xù)時間存在逐漸縮短的趨勢,1980—2001年左右則又逐漸變長,2001年之后逐漸變短.此外,根據(jù)典型代表年份的合成分析可以發(fā)現(xiàn),江淮流域前冬持續(xù)時間顯著偏長年份比偏短年份溫度低、氣壓高、北風(fēng)強(qiáng),而相對濕度的差異不是特別明顯,表明溫度、氣壓、經(jīng)向風(fēng)可能是影響江淮流域前冬持續(xù)時間的關(guān)鍵因子,并且在不同的區(qū)域各個氣象要素對季節(jié)長度的影響也可能存在差異.

2)1961—2011年江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.445,置信水平達(dá)到99%,說明近50年江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水指數(shù)存在顯著的正相關(guān)關(guān)系.通過分析發(fā)現(xiàn),前冬持續(xù)時間顯著偏長年份比偏短年份夏季烏拉爾山與鄂霍次克海地區(qū)500 hPa位勢高度高,而當(dāng)烏拉爾山與鄂霍次克海地區(qū)形成阻塞形勢時,易造成江淮流域夏季降水偏多.

3)江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水的奇異值分解表明,江淮流域前冬持續(xù)時間與夏季降水存在明顯的遙相關(guān).由前四對奇異向量可以發(fā)現(xiàn),江淮流域夏季降水與前冬持續(xù)時間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系.

以上為江淮夏季降水對前冬持續(xù)時間長短響應(yīng)的初步結(jié)論,江淮流域位于東亞季風(fēng)區(qū),其夏季降水同時受夏季風(fēng)、西太平洋副熱帶高壓、極渦、阻塞形勢、青藏高原的動力與熱力作用等因素的共同影響[31-35],并且各個因子之間的相互作用也很復(fù)雜,因此僅從其前冬持續(xù)時間依然是難以準(zhǔn)確地確定其夏季降水的強(qiáng)度.本文的工作也僅是為江淮流域夏季降水的預(yù)報提供一定的參考,而如何合理利用這些結(jié)果預(yù)報我國夏季降水還需要更加深入的研究.

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