劉海文,袁帥,楊朝虹,武凱軍,朱玉祥,林一驊

① 中國(guó)民航大學(xué) 空中交通管理學(xué)院航空氣象系,天津 300300;② 中國(guó)氣象局 氣象干部培訓(xùn)學(xué)院,北京 100081;③ 中國(guó)科學(xué)院 大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029；④ 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049

華北是我國(guó)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地和礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū),也是我國(guó)工農(nóng)業(yè)主要生產(chǎn)基地之一。然而,華北又是我國(guó)水資源十分貧乏的地區(qū)之一,水資源的缺乏已嚴(yán)重妨礙華北地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展,也嚴(yán)重影響著華北地區(qū)城鄉(xiāng)人民的生活,可以說,水資源缺乏是華北今后經(jīng)濟(jì)發(fā)展中亟待解決的重大問題(黃榮輝等,1999)。

華北汛期降水一直是氣候界研究和每年汛期降水預(yù)報(bào)關(guān)注的重要問題之一。本文在對(duì)華北汛期降水研究進(jìn)行較為詳細(xì)的回顧和總結(jié)后,對(duì)一些亟待解決的科學(xué)問題進(jìn)行簡(jiǎn)單討論和總結(jié)。

1 華北汛期的定義及汛期降水的構(gòu)成特征

目前對(duì)于華北汛期時(shí)間的確定,基本上是按照天文月份來進(jìn)行,且月份的選擇并不統(tǒng)一。比如,陸日宇(2002,2003,2005)將7、8月降水量稱為華北汛期降水量。馮麗文(1980)則將4—9月作為華北的汛期。戴新剛等(2003a)則將7—9月作為華北汛期。相對(duì)于“汛期”一詞的使用,還有對(duì)華北雨季的降水規(guī)律進(jìn)行研究。比如,趙漢光(1994)根據(jù)旬降水量資料,對(duì)華北雨季進(jìn)行了劃分,認(rèn)為華北雨季開始期主要集中在7月中旬左右,結(jié)束期主要集中在8月中旬左右,即所謂的“七下八上”的華北雨季。因此,對(duì)華北汛期的客觀識(shí)別顯得十分重要。

圖1 1971—2000年平均的華北地區(qū)汛期日降水EOF第一模態(tài)的時(shí)間系數(shù)(6月14日—8月6日)的Mann-Kendal檢驗(yàn)結(jié)果(a;水平直線表示0.05信度的顯著性檢驗(yàn)臨界線)及其滑動(dòng)t檢驗(yàn)(b;直線表示0.01信度的顯著性檢驗(yàn)臨界線)(引自劉海文(2009))Fig.1 (a)Mann-Kendall test results of time coefficients of the first EOF mode of daily (from 14 June to 6 August) precipitation in flood season in North China averaged from 1971 to 2000 (Horizontal straight line denotes the 95% confidence level),and (b)the moving t-test (Horizontal straight line denotes the 99% confidence level) (from Liu(2009))

圖2 1971—2000年平均的華北地區(qū)汛期日降水EOF第一模態(tài)的時(shí)間系數(shù)(8月6日—9月12日)的Mann-Kendal檢驗(yàn)結(jié)果(a;水平直線表示0.05信度的顯著性檢驗(yàn)臨界線)及其滑動(dòng)t檢驗(yàn)(b;直線表示0.01信度的顯著性檢驗(yàn)臨界線)(引自劉海文(2009))Fig.2 (a)Mann-Kendall test results of time coefficients of the first EOF mode of daily (from 6 August to 12 September) precipitation in flood season in North China averaged from 1971 to 2000 (Horizontal straight line denotes the 95% confidence level),and (b)the moving t-test (Horizontal straight line denotes the 99% confidence level) (from Liu(2009))

Samel et al.(1999)利用半客觀分析的方法,確定了6月14日—9月12日的時(shí)間范圍作為華北汛期降水的持續(xù)時(shí)間,具有較好的時(shí)空分布特征。劉海文(2009)使用Samel et al.(1999)研究華北雨帶的半客觀分析方法和EOF分解以及趨勢(shì)分析法,也從6月14日—9月12日來確定華北汛期開始和結(jié)束的時(shí)間,圖1即為1971—2000年平均的華北44站汛期日降水量EOF分析所得的第一特征向量對(duì)應(yīng)的時(shí)間序數(shù)的Mann-Kendal以及滑動(dòng)檢驗(yàn)的結(jié)果。由圖1a可見,時(shí)間序列在6月28日左右發(fā)生了突變,表明華北日降水在這天發(fā)生了突變。因此,結(jié)合突變分析和Samel et al.(1999)的半客觀方法,可以認(rèn)定6月30日左右基本上是華北汛期的開始日期。同理,圖2給出了1971—2000年平均的華北汛期日降水EOF分解第一特征向量對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)中8月6日—9月12日時(shí)間序列Mann-Kendal檢驗(yàn)以及滑動(dòng)檢驗(yàn)的結(jié)果。由圖2可見,Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)曲線中有好幾個(gè)相交點(diǎn),顯然其中第一個(gè)突變點(diǎn)為汛期結(jié)束的日期,這個(gè)突變?nèi)掌诖蠹s是8月22日,由于Mann-Kendall 統(tǒng)計(jì)曲線也不在信度內(nèi),因此又進(jìn)行了滑動(dòng)檢驗(yàn)趨勢(shì)分析,表明8月18日超過了0.01信度的顯著性檢驗(yàn)。雖然Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)結(jié)果和滑動(dòng)檢驗(yàn)趨勢(shì)分析結(jié)果相差比較大,但是滑動(dòng)檢驗(yàn)趨勢(shì)分析結(jié)果和Samel et al.(1999)半客觀方法確定的華北汛期結(jié)束日期基本一致,因此,從氣候?qū)W上講,8月18日左右是華北汛期的結(jié)束日。

2 華北汛期降水多時(shí)間尺度的變化特征

華北汛期降水具有多時(shí)間尺度的變化特征(李紅梅等,2008),這里所指的變化包括了長(zhǎng)期趨勢(shì)、年際和年代際等所有時(shí)間尺度上的信號(hào)。華北汛期降水在年際時(shí)間尺度存有很大的變率(趙聲蓉等,2003)。研究表明,華北汛期降水量在年際時(shí)間尺度上存在著準(zhǔn)2 a、準(zhǔn)5 a的周期振蕩(戴新剛,2003b)。除了華北汛期降水自身的周期振蕩外,大氣環(huán)流異常是導(dǎo)致華北汛期降水異常的主要原因。梁平德等(2006)根據(jù)華北歷史上幾個(gè)重旱年逐日的500 hPa環(huán)流分布,綜合得出華北夏季干旱年東亞地區(qū)上空大氣環(huán)流的3種基本流型。趙聲蓉和宋正山(1999)利用1980—1994年NCEP/NCAR月平均高度場(chǎng)和我國(guó)測(cè)站降水量資料,探討了華北汛期降水與500、200 hPa歐亞中高緯大氣環(huán)流異常的關(guān)系,得到與華北汛期旱澇有關(guān)的兩類異常環(huán)流型。畢慕瑩(1990)發(fā)現(xiàn),華北旱年貝加爾湖附近易有阻塞高壓生成,阻塞高壓進(jìn)而使得西風(fēng)帶分支,華北處于兩個(gè)分支之間的弱鋒區(qū)。余錦華等(2005)研究表明,華北地區(qū)汛期降水與青藏高原5—6月地表溫度具有顯著的正相關(guān)。最近,聶俊等(2021)在將副高指數(shù)分為3類的基礎(chǔ)上,指出用于表征副高強(qiáng)度的絕對(duì)強(qiáng)度指數(shù)與東亞遙相關(guān)型具有較好的相關(guān)關(guān)系,而東亞遙相關(guān)型指數(shù)為正位相時(shí),華北汛期降水偏少。

華北汛期降水具有鮮明的年代際變化特征。華北汛期降水量首先在1965年左右有一次明顯的減少(嚴(yán)中偉等,1990a;陸日宇,2002),然后在20世紀(jì)70年代上半段略有回升之后,于70年代下半段出現(xiàn)了又一次的明顯減少(陸日宇,2002;楊修群等,2005),1990年代又有回升的趨勢(shì)(陸日宇,2002),而這個(gè)上升趨勢(shì)直到1996左右突然停止(Liu et al.,2020)。陸日宇(2002)研究認(rèn)為,華北汛期年代際時(shí)間尺度的降水量和年際時(shí)間尺度的降水量之間呈線性關(guān)系。因此,不少研究者(陸日宇,2002;楊修群等,2005)將華北汛期降水量進(jìn)行尺度分離,進(jìn)而研究影響華北汛期降水量在兩個(gè)不同時(shí)間尺度降水量上的歸因差別。張婕等(2012)和于勇等(2009)還研究了南半球環(huán)流系統(tǒng)與華北盛夏(7、8月)降水的年際關(guān)系及其年代際變化,表明南半球環(huán)流系統(tǒng)對(duì)華北汛期降水也具有十分重要的作用。

為了進(jìn)一步研究華北汛期降水多寡長(zhǎng)期變化的內(nèi)在因素,劉海文和丁一匯(2010)在把華北日降水量劃分為小雨、中雨、大雨、暴雨以及大暴雨五種類型的基礎(chǔ)上,研究了華北汛期降水、五類降水頻率和貢獻(xiàn)率,三者的長(zhǎng)期變化特征。研究認(rèn)為,華北汛期降水長(zhǎng)期變化特征三者都有一定的下降趨勢(shì),但是三者的下降趨勢(shì)程度并不相同。其中,華北汛期降水量下降趨勢(shì)最明顯。五類降水頻率中,小雨頻率下降趨勢(shì)最大,暴雨和大暴雨的下降頻率并不顯著。五類降水貢獻(xiàn)率中,暴雨貢獻(xiàn)率下降趨勢(shì)最大,小雨貢獻(xiàn)率下降趨勢(shì)最小。華北汛期大雨發(fā)生的頻率和暴雨的貢獻(xiàn)率決定了華北汛期降水量的多寡(劉海文和丁一匯,2010)。

3 華北汛期降水多時(shí)間尺度周期振蕩的年代際變化

如上所述,華北汛期降水呈現(xiàn)出多時(shí)間尺度的周期振蕩。李崇銀(1992)研究表明,華北汛期降水具有比較明顯的準(zhǔn)兩年周期振蕩和約為16 a的周期振蕩,華北汛期降水在時(shí)間尺度上具有多時(shí)間尺度的周期振蕩特征。朱錦紅等(2003)認(rèn)為,華北降水的80 a振蕩與東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度的長(zhǎng)期變化有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。戴新剛等(2003b)使用小波分析等方法,通過研究1951—2002年華北汛期的降水資料,發(fā)現(xiàn)華北汛期降水量存在著準(zhǔn)10 a、準(zhǔn)18 a和大約50 a時(shí)間尺度周期的譜分量,其中年際尺度部分約占總方差的85%。在年際時(shí)間尺度上,華北汛期多雨年份,其汛期降水量有明顯季節(jié)內(nèi)(30～60 d)的振蕩;而在汛期少雨年份,降水量的30～60 d振蕩周期卻不太明顯(李崇銀,1992)。

在月內(nèi)時(shí)間尺度周期振蕩上,華北汛期降水量也存在著明顯的年代際變化。圖3和圖4分別給出了華北處于不同年代際階段,華北汛期降水量月內(nèi)時(shí)間周期振蕩的年代際變化的差異。由圖3可見,在華北汛期降水偏多階段,其降水量有著顯著的3～8 d時(shí)間尺度的周期振蕩,這個(gè)時(shí)間尺度的周期振蕩在華北整個(gè)汛期一直存在,并一直持續(xù)到9月上旬后才減弱。且華北汛期日降水主要以3～8 d時(shí)間尺度周期為主,其周期比較單一(劉海文和丁一匯,2011a)。但是在華北汛期降水偏少階段,華北汛期降水的月內(nèi)時(shí)間尺度的周期振蕩和降水偏多階段相比卻有很大不同(圖4)。首先,華北入汛后,華北降水并沒有出現(xiàn)天氣時(shí)間尺度的高頻降水,而是過了7月上旬以后,才突顯出顯著的天氣時(shí)間尺度的高頻降水特征。另外,在華北汛期降水偏少階段,華北汛期日降水存在著兩個(gè)時(shí)間尺度的周期振蕩,一個(gè)是3～8 d的天氣時(shí)間尺度,另一個(gè)是10～20 d準(zhǔn)雙周振蕩周期。

圖3 1957—1978年(華北汛期降水偏多階段)平均的4月1日—9月30日華北降水量去除年循環(huán)時(shí)間序列的Morlet小波實(shí)部(a)和標(biāo)準(zhǔn)功率譜(b)(虛線為受邊界影響區(qū)域,陰影區(qū)表示通過0.05信度的顯著性檢驗(yàn);引自劉海文(2009))Fig.3 Morlet wavelet (a)real part and (b)standard power spectrum of the time series of daily precipitation (removing annual cycle) in North China from 1 April to 30 September averaged from 1957 to 1978 (The precipitation in flood season in North China is more than normal) (dashed lines:the boundary effect;shaded areas:passing the significance test at 0.05 level;from Liu(2009))

圖4 1979—2006年(華北汛期降水偏少階段)平均的4月1日—9月30日華北降水量去除年循環(huán)時(shí)間序列的Morlet小波實(shí)部(a)和標(biāo)準(zhǔn)功率譜(b)(虛線為受邊界影響區(qū)域,陰影區(qū)表示通過0.05信度的顯著性檢驗(yàn);引自劉海文(2009))Fig.4 Morlet wavelet (a)real part and (b)standard power spectrum of the time series of daily precipitation (removing annual cycle) in North China from 1 April to 30 September averaged from 1979 to 2006 (The precipitation in flood season in North China is less than normal) (dashed lines:the boundary effect;shaded areas:passing the significance test at 0.05 level;from Liu(2009))

4 華北汛期降水與大氣遙相關(guān)型的關(guān)系

自從Wallace and Gutzler(1981)使用一點(diǎn)相關(guān)的方法,揭示出北半球冬季大氣存在著5種遙相關(guān)型的事實(shí)后,關(guān)于遙相關(guān)及其對(duì)區(qū)域氣候的影響研究得到廣泛開展。比如:Kripalani and Kulkarni(1997,2001)以及張人禾(1999)利用多種氣候資料,發(fā)現(xiàn)印度夏季風(fēng)與中國(guó)華北和日本夏季降水存在遙相關(guān)關(guān)系。Ding and Liu(2008)認(rèn)為,在夏季風(fēng)盛行期間,由印度西北部經(jīng)青藏高原到中國(guó)華北地區(qū)存著一支西南-東北走向的“北支”遙相關(guān)型。隨后,Liu and Ding(2008)又用區(qū)域氣候模式對(duì)這支遙相關(guān)型加以驗(yàn)證,并進(jìn)一步揭示華北汛期旱澇前期遙相關(guān)經(jīng)向波列的傳播能量路徑及其機(jī)制。苗峻峰和徐祥德(1993)使用濾波以及尺度分離等方法,發(fā)現(xiàn)了定常行星波尺度的PNA、EAP型遙相關(guān)波列與華北汛期旱澇的相互關(guān)聯(lián)。張慶云等(2003)研究表明,夏季華北降水偏少的一種主要大氣環(huán)流型是:500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上40°～50°N的歐亞大陸位勢(shì)高度偏高并疊加歐亞(EU)遙相關(guān)型。林大偉等(2016)在分析大氣環(huán)流對(duì)夏季華北降水與印度降水之間的關(guān)系時(shí)認(rèn)為,對(duì)流層中高層環(huán)半球遙相關(guān)型波列(CGT)對(duì)華北夏季(汛期)降水有著重要影響(Ding and Wang,2005)。最近,Wang and He(2015)研究了近60年以來的華北干旱年的原因,認(rèn)為華北干旱與絲綢之路遙相關(guān)型,太平洋-日本型以及歐亞遙相關(guān)型有關(guān)。

5 華北汛期降水量增多趨勢(shì)的停滯

如前所述,華北汛期降水量在20世紀(jì)90年代左右又有回升的趨勢(shì)(陸日宇,2002),而這個(gè)上升趨勢(shì)直到1996左右突然停止(Liu et al.,2020)。圖5給出了華北汛期降水量的長(zhǎng)期變化的時(shí)間序列和Mann-Kendal趨勢(shì)檢驗(yàn)(Liu et al.,2020)。由圖5可見,華北汛期降水量在1979—1996年有一個(gè)顯著的上升趨勢(shì),1996年華北汛期降水量出現(xiàn)了峰值,隨后在1997年后,華北汛期降水量又進(jìn)入了停滯期。導(dǎo)致華北汛期降水量進(jìn)入停滯期的原因,除了東亞夏季風(fēng)減弱以外,西風(fēng)帶向華北輸送的水汽減少也是華北汛期降水量又進(jìn)入停滯期的原因之一(Liu et al.,2020)。

圖5 1979—2016年ISPNC17的時(shí)間序列(a;水平虛線表示多年平均值,1979—1996年的實(shí)線表示年代際趨勢(shì),豎虛線表示年代際偏移點(diǎn)),以及ISPNC17的Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果(b;綠點(diǎn)線表示后向統(tǒng)計(jì)秩序列,藍(lán)點(diǎn)線表示前向統(tǒng)計(jì)秩序列;兩條黑線表示置信度為95%的顯著性水平)(引自Liu et al.(2020))Fig.5 (a)Time series of ISPNC17 from 1979 to 2016 (Horizontal dashed line indicates the multi-year average value,solid line from 1979 to 1996 indicates the interdecadal trend,and vertical dashed line indicates the interdecadal shift point),and (b)Mann-Kendall test results of ISPNC17 (Green dotted line shows the backward statistical rank series,and blue dotted line shows the forward statistical rank series.Two black lines show the 95% confidence level) (from Liu et al.(2020))

6 華北汛期降水多寡的年代際變化的歸因

在20世紀(jì)70年代中期以前,華北汛期降水處于降水偏多階段;70年代中期以后,華北汛期降水進(jìn)入了偏少階段(陸日宇,2002)。自此,中國(guó)東部地區(qū)形成了“南澇北旱”的降水格局(Wang and Lin,2002;Yu et al.,2004)。關(guān)于“南澇北旱”的研究很多,Hu and Fu(2007)研究認(rèn)為,華北夏季的對(duì)流層變暖比中緯度其他經(jīng)度地區(qū)變暖要大得多,由于緯向平均的Hadley環(huán)流的向北延伸,使得中國(guó)東部地區(qū)出現(xiàn)“南澇北旱”。Zhang et al.(2007)研究表明,1925—1999年,北半球副熱帶地區(qū)降水在減少,而且Hu and Fu(2007)認(rèn)為,北半球副熱帶地區(qū)降水的減少可能和副熱帶旱區(qū)的向北擴(kuò)張有關(guān)。關(guān)于“南澇北旱”的研究文獻(xiàn)很多,宇如聰?shù)?2008)曾對(duì)“南澇北旱”的研究進(jìn)行了總結(jié):其形成原因主要涉及季風(fēng)減弱(郭其蘊(yùn)等,2003;陳隆勛等,2004)、青藏高原熱狀況異常(朱玉祥等,2009;Zhao et al.,2010)、南亞高壓的變化(畢云和錢永甫,2001;張瓊和吳國(guó)雄,2001)、北太平洋年代際振蕩(楊修群等,2004)、ENSO(Wu and Wang,2002;Huang et al.,2003;黃榮輝等,2003)、人為氣溶膠排放(Xu,2001;Menon et al.,2002)以及大氣環(huán)流異常變化(趙聲蓉和宋正山,1999)。

“南澇北旱”的“北旱”,主要是指1978年后華北汛期降水量進(jìn)入了嚴(yán)重的干旱階段。馬柱國(guó)(2007)通過計(jì)算地表濕潤(rùn)指數(shù),分析了中國(guó)華北地區(qū)1951—2005年干濕變化的年代際趨勢(shì)特征,結(jié)果表明,中國(guó)華北地區(qū)氣候及環(huán)境干濕變化存在顯著的年代際趨勢(shì)和突變特征,20世紀(jì)70年代中后期至今處于一個(gè)暖而降水少的干旱時(shí)段。張慶云等(2003)也認(rèn)為20世紀(jì)80年代以來華北地區(qū)降水持續(xù)偏少,干旱強(qiáng)度有所增加。影響華北汛期降水年代際變化的原因很多,涉及的主要因子有大范圍的溫度改變導(dǎo)致的熱力梯度(嚴(yán)中偉等,1990a,1990b)、赤道中東太平洋海溫(周連童和黃榮輝,2003)、印度洋和大西洋海溫(Yang and Lau,2004;Sun and Yuan,2009;Sun et al.,2009;Wang et al.,2009)、中緯度海-氣相互作用(李崇銀和廖清海,1996)、位于東亞副熱帶高壓的年代際變化(Nitta and Hu,1996)、冬季北極海冰(武炳義等,1999;劉海文等,2004)、北大西洋濤動(dòng)(NAO)和北太平洋濤動(dòng)(NPO)(Li and Li,1999)、季風(fēng)環(huán)流減弱(Wang,2001)以及青藏高原春季積雪(朱玉祥等,2009)。除此以外,PDO(Zhang et al.,1997;Chang et al.,2000;Yang and Lau,2004)、黑炭氣溶膠(Menon et al.,2002)、大尺度降水條件的改變(劉海文和丁一匯,2011b)包括水汽輸送的改變(周曉霞等,2008)、東亞上空平流層底以及對(duì)流層頂變冷(Yu and Zhou,2007;宇如聰?shù)?2008)也造成了華北汛期降水的減少。Ren et al.(2004)還發(fā)現(xiàn)了華北汛期降水和薩赫勒地區(qū)降水存在年代際時(shí)間尺度上的聯(lián)系。魏建寧和張杰(2021)研究認(rèn)為,亞非副熱帶西風(fēng)急流入口區(qū)位置及其伴隨的動(dòng)能異常對(duì)中國(guó)華北盛夏年代際干旱有重要的影響。戴新剛等(2003a)從華北降水頻譜變化來研究華北汛期降水的年代際變化的歸因,認(rèn)為華北汛期降水年代際較弱主要是年際振蕩成分的衰減,且20世紀(jì)70年代后準(zhǔn)2 a成分也逐漸減弱。

眾所周知,夏季我國(guó)降水雨帶的位置決定了中國(guó)東部汛期降水的多寡。早在20世紀(jì)80年代,王德瀚(1981)、查良松和鄒進(jìn)上(1985)都揭示出夏季在華北地區(qū)存在一條“南北”向雨帶。劉海文和丁一匯(2011c)研究認(rèn)為,華北夏季(7、8月)降水的年代際變化與華北雨帶的年代際變化密不可分。劉海文和丁一匯(2011c)研究表明,華北汛期期間,華北地區(qū)呈現(xiàn)出“南北”向雨帶和“東西”向兩條雨帶;而且,在華北汛期降水偏多階段,中國(guó)東部地區(qū),“北方”雨帶和“南方”雨帶呈“斷裂”狀分布,“北方”雨帶和“南方”雨帶之間形成一個(gè)較大范圍的降水低值區(qū);而在華北汛期降水偏多階段,“北方”雨帶和“南方”打通,“北方”雨帶和“南方”雨帶之間形成的降水低值區(qū)區(qū)域變小。華北雨帶分布的年代際變化和東亞大氣環(huán)流以及東亞夏季風(fēng)的年代際變化有關(guān)(劉海文和丁一匯,2011c)。

中國(guó)主雨帶以二次北跳,三次準(zhǔn)靜止的階段性方式隨季節(jié)向北推進(jìn)(Ding,1992；丁一匯等,2004)。當(dāng)中國(guó)主雨帶處于第3個(gè)停滯期,則華北和東北進(jìn)入雨季,即所謂的“七下八上”。趙平和周秀驥(2006)還研究了近40年來我國(guó)東部降水持續(xù)時(shí)間和雨帶移動(dòng)的年代際變化特征,認(rèn)為從春末到夏季,冷位相時(shí)我國(guó)東部強(qiáng)降水帶表現(xiàn)出從華南、經(jīng)過長(zhǎng)江流域向華北移動(dòng)的特征,而在暖位相時(shí)強(qiáng)降水主要集中在長(zhǎng)江流域,從華南向華北移動(dòng)的特征不明顯。李愛華和江志紅等(2007)利用中國(guó)東部355站夏季逐日降水資料,研究認(rèn)為中國(guó)東部夏季雨帶推進(jìn)強(qiáng)度在1966年和1979年發(fā)生明顯突變,1957—1966年雨帶推進(jìn)偏強(qiáng),而在1979—1989年雨帶推進(jìn)偏弱。

7 華北汛期降水的預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬研究

范可等(2008)鑒于華北汛期降水和對(duì)流層大氣有準(zhǔn)兩年振蕩的特點(diǎn)。建立了一種通過預(yù)測(cè)汛期降水的年際增量,然后再預(yù)測(cè)華北汛期降水距平百分率的新方法,能夠提高華北汛期降水預(yù)測(cè)水平,具有一定的應(yīng)用價(jià)值。王革麗和楊培才(2003)使用時(shí)空序列預(yù)測(cè)分析方法,對(duì)華北旱澇進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究,表明場(chǎng)時(shí)間序列方法對(duì)華北地區(qū)旱澇預(yù)測(cè)有一定的能力。陳麗娟等(2019)根據(jù)影響華北汛期降水的主要因子繪制了華北汛期降水的預(yù)測(cè)模型,并且強(qiáng)調(diào)華北雨季降水的強(qiáng)弱不僅與ENSO循環(huán)的位相有關(guān),更多受到ENSO演變速率的影響,強(qiáng)調(diào)了ENSO事件演化對(duì)華北汛期降水的作用和重要性。

在華北汛期降水量的數(shù)值模擬方面,呂世華和陳玉春(1999)使用美國(guó)NCAR區(qū)域氣候模式RegCM2對(duì)1991和1994年我國(guó)華北夏季降水進(jìn)行了氣候模擬研究。模擬結(jié)果表明,該模式對(duì)華北夏季降水的主要分布特征有一定的模擬能力。李棟梁等(2003)通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),夏季青藏高原大面積感熱異常偏強(qiáng)時(shí),黃河流域降水偏多;反之,華北干旱。最近,胡一陽等(2021)基于參與CMIP6高分辨率模式比較計(jì)劃(HighResMIP)9個(gè)模式組的18個(gè)全球氣候模式模擬數(shù)據(jù),評(píng)估了不同分辨率氣候模式對(duì)中國(guó)區(qū)域1961—2014年降水特征的模擬能力。結(jié)果表明,模式分辨率的提高確實(shí)能在一定程度上改善模式對(duì)中國(guó)降水模擬能力。

8 新的研究方向展望

華北地區(qū)是我國(guó)水資源十分貧乏的地區(qū)之一,華北出現(xiàn)的年代際干旱一直是氣候界關(guān)心的重要研究課題。雖然關(guān)于華北汛期降水的研究和成果很多,得出的結(jié)論也很多,但是未來關(guān)于華北汛期降水的研究,仍然有以下幾個(gè)方面值得關(guān)注:

1)華北汛期降水年代際變化最顯著的就是7月和8月,6月年代際變化并不顯著,因此建議研究華北汛期降水的年代際變化最好集中于這兩個(gè)月份或者本文用客觀的方法定義的華北雨季,這樣對(duì)華北汛期降水多少的歸因研究結(jié)果,具有較好的可比性。

2)盡管影響華北汛期降水的因素很多,但是到目前為止,學(xué)術(shù)界尚未得到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),其中的機(jī)制中既有人類活動(dòng)的影響(Menon et al.,2002),也有華北汛期降水的自然變率。其中華北汛期降水年代際變化的最本質(zhì)的原因是什么,仍值得大家深入研究。

3)華北汛期在1996年后出現(xiàn)的年代際降水停滯,對(duì)這一新現(xiàn)象,關(guān)注的或者研究的文章還比較少。

4)華北汛期降水的譜系分析中,為什么華北汛期降水主要是年際振蕩成分的衰減,且20世紀(jì)70年代后準(zhǔn)2 a成分也逐漸減弱(戴新剛等,2003a),以及華北汛期降水在不同年代際背景下,高頻的天氣振蕩和準(zhǔn)雙周周期振蕩表現(xiàn)不同,其背后的原因是什么,這方面的研究仍值得關(guān)注。

5)華北汛期降水與大氣遙相關(guān)型的變化,一種是隨著急流波導(dǎo)傳播的,比如CGT型,另一種是沿著大圓路徑傳播的,比如歐亞型,但這兩類遙相關(guān)型在影響華北汛期降水時(shí)的相互作用方面,也值得大家研究和關(guān)注。

6)華北汛期降水的預(yù)測(cè)方面,包括中國(guó)東部雨帶的空間分布,對(duì)華北的汛期降水多寡起著十分重要的作用。如何提高模式對(duì)東亞夏季風(fēng)年際變率和年代際變率的模擬效果,這對(duì)每年的汛期降水的預(yù)測(cè)起著至關(guān)重要的作用;另外,在預(yù)測(cè)方法上,能否將模式結(jié)果或者統(tǒng)計(jì)結(jié)果(包括統(tǒng)計(jì)降尺度方法)和現(xiàn)在興起的人工智能,機(jī)器學(xué)習(xí)等方面結(jié)合在一起,用來提高華北汛期降水的預(yù)測(cè)能力,也是值得研究者去嘗試和努力的方向。

綜上所述,華北汛期降水的多少的變化的歸因問題是個(gè)非常復(fù)雜的問題,在年際變化中又有年代際變化成分,在年代際干旱化趨勢(shì)過程中又有可能出現(xiàn)某個(gè)年份降水的突然增加,這些問題,無論是對(duì)華北汛期降水的研究還是對(duì)華北汛期降水的預(yù)測(cè),都帶來了一定的難度。