PDO，ENSO与初夏中国南部季风降水外文翻译资料

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PDO，ENSO与初夏中国南部季风降水

Johnny C.L.Chan，Wen Zhou

香港城市大学物理和材料科学学院大气探测实验室，中国 香港

中国南部初夏（5-6月）季风降水年代际变化（SCMR）被发现与ENSO和PDO有关联。SCMR的年代际变化可通过高（低）PDO指数周期中的多干（多湿）季风年识别。这样的变化还和ENSO与PDO间的关联有关。当ENSO和PDO同相（即：高PDO相位/厄尔尼诺事件或低PDO相位/拉尼娜事件），SCMR异常多的趋于比平常低或高；但当ENSO和PDO不同相，SCMR没有干或湿的倾向。这样的关系似乎和ENSO和PDO共同影响下的副高强度有关。

1. 介绍

近期，一个以PDO伴随ENSO每20到30年变化而闻名的年代际尺度模式已被确认[e.g.,Mantua et al.，1997]。这暗示ENSO基于长期气候预测的能力可能能通过PDO上的整合信息来提高[Gershunov and Barnett，1998；McCabe and Dettinger，1999]。一些最近的研究者也证明PDO能够调节导致北美上观察到的气候改变的ENSO遥相关[Dettinger et al.，1998；Higgins and Shi，2000]。Mantua等[1997]和Zhang等[1997]更深远的指出太平洋气候对ENSO与PDO的响应在热带地区较强而在中纬地区较弱。因此，可以预测亚洲夏季季风的年代际变化可能与以上这些在ENSO和PDO条件下有关。

太平洋海平面温度（SST）和东亚夏季季风（EASM）之间的关系在过去的研究中被当作主题。例如，Huang和Wu[1989]提出在暖ENSO事件的发展阶段，中国南方和北方干旱，中国中部洪涝；而这样的关系似乎在其消亡阶段逆转。Huang和Sun[1992]更深地指出中国中部旱南北涝可能与菲律宾上

的对流有关，这股对流能很大程度上被使西太副高（WPSH）北移的西太暖池推动。

这些研究大多数专注于年际变化。最近，Chang等[2000]指出19世纪70年代末之后的东亚夏季风降水和太平洋SST之间的关系的变化是西太副高轴心南推的结果。因为PDO是一个很大程度的年代际变化，很自然要问这样一个年代际基础的关系是否能被PDO修改。因此，此次研究的目的是调查PDO和ENSO一起影响中国南部夏季季风降水的程度，这是因为中国上空东亚季风在北移前在这里生成而做的选择。对这种关系的理解能对东亚季风的变化提供判断依据。

要分析的数据将在第二章描述。中国南部季风降水（SCMR）的年代际变化将在第三章描述。PDO、ENSO和SCMR之间的关系将在第四章检验。最后的总结和可能的展望将在第五章提出。

1. 数据

PDO指数是1910-2001年北纬20度以北太平洋SST异常（1-4月）的主要经验正交函数（EOF），这指数从NCEP/NCAR得来。ENSO指数以Nino-3 SST来描述，Nino-3 SST定义为1-4月5°S-5°N，90-15°W范围SST异常。1910-1949年的SST数据由U.K. Meteorological Office DISST2.3数据库萃取，1950-2001年的SST数据从US Climate Prediction Cener得到。降水资料包括从1910-2001年香港（22.11°N，114.14°E），澳门（22.16°N，113.35°E）和广州（23.08°N，113.16°E）各站获得的观测的逐月降水，从广东气委会获得的1951-2000广东省47站资料。1950-20为NCEP/NCAR再分析资料。

1. 中国南部季风降水年代际变化

由于中国南方4月降水天气系统的“杂

种”性质，5-6月的总降水量被作为SCMR，且以广州、澳门、香港三站平均来定义。选择这三站的降水是因为他们记录时间长也因为他们与广州省其它站的降水有很高的互相关。

图1：采用实值墨西哥帽小波（高斯函数导数；DOG m=2）的SCMR（1910年-2001年）标准化局地小波功率谱。两端的粗曲线表明边界变化

基于Z-指数[Ju et al.,1997]，假设降水遵循皮尔逊-Ⅲ型分布，干旱和洪涝等级可以定义为：

当、、，表示地i年的SCMR，表示平均SCMR，n表示SCMR预测年数。

*El Nino年：括号；La Nina年：下划线；EN 1：加粗；LN 1：斜体。根据Nino-3SST（19550年之前）Trenbreth[1997]（1950之后）定义

表1. 三个POD时期^*各自干季风年或湿季风年

使用半标准差（|Z|＞0.5）为临界值（标准化的Z-指数是范畴简便），92个年份可以分成三个不同等级：31年为干，37年为正常，24年为湿。从PDO的转变（1925、1947、1977）[e.g., Mantua et al., 1997]看出，干季风年或湿季风年的年份在这三个时代有所不同：1925-1946、1947-1976、1977-1995（表1）。注意年代际变化的存在，从1925-1946年较常发生干季风年，然后在下个时期（1947-1976）相反，再到1977年后更干的季风年。这呈现出来这些变化与PDO的转变非常匹配，在一个高PDO相位对应更干的季风年，反之亦然。对SCMR进行小波分析指出在整个92年中，小波变换系数模极大值大约为16-32年，除了19世纪20-40年代峰值大于32年[图 1]。

1. SCMR、ENSO、PDO间的关系

从表1还可以看出，在负PDO时期（1947-1976），有十分之七湿季风年与La Nina事件年或次年有联系；而在正PDO时期（1977-1995），有八分之六干季风年与La Nina事件年或次年有联系。这结果更深的指出SCMR、ENSO、PDO存在可能的联系。这说明当PDO和ENSO都处于高（低）相位时，SCMR常常比平常低（高）。

从PDO的小波分析也可看出在16-32年（未显示）为最强信号。因此可检验出PDO、ENSO、SCMR在16-32年段的小波变换系数的加权模式总和。从图2明显看出在年代际时间尺度上，PDO和ENSO有很强的相关性（相关系数=0.71），而且SCMR的变更与他

们相反，相关系数分别为-0.59和-0.71。最者的结果与在前一节指到的高（低）PDO时段间的干（湿）季风年的发生一致。

从图2得出的SCMR、ENSO、PDO三者的关系给出如下假说：高（低）PDO/El Nino相位模式与SCMR比平常低（高）有关。为

了核实这个假说，从1950-1995每一年，我们研究了在ENSO条件下SCMR（湿或干）的类别。我们发现最好的相关在El Nino事件的次年（EN 1），或La Nina事件的次年（LN 1)（图2）。当同相的情况发生，在高PDO相位/EN 1事件，SCMR要么偏比平常低（九分之五案例），要么正常（九分之三案例）；但在低PDO相位/LN 1事件，SCMR要么比平常高（八分之五案例），要么正常（八分之三案例）。相反的在不同相的情况下（即高PDO/LN 1或低PDO/EN 1），SCMR的类别的确定性较少。结果说明，当这两个迫力（ENSO、DPO）同相，他们相互加强对SCMR的强度的“控制”。然而，当他们不同相，这两个迫力将相互消弱。某些情况，一个迫力会比另一个强，所以更难判断SCMR的强度。换而言之，在不同相的情况下SCMR的可预测性变低。

图2：周期为16-32年的SCMR（星实线）、PDO（实线）和ENSO（虚线）标准化重构时间序列

副高强度因ENSO和PDO的变化可能是SCMR变得在某年比其他年更可预测的原因。考虑到高PDO相位的情况，在这种情况下北太平洋SST比平常低[e.g., Mantua et al.,1997]。如果在高PDO相位时期有暖ENSO事件发生，赤道西太平洋和菲律宾海的SST也比平常低。如此一来，这两个异常现象相互叠加使赤道西太平洋和菲律宾海的SST比平常低。与这比平常低的海表温度相关的是与被Chang et al.[2000]探讨的机制加强至成熟阶段的暖ENSO事件[Wang et al.，2000]和PDO有关的反气旋异常。因为副高保持相当长的一段时间，被加强的副高一般在初夏向西延伸至中国南海，结果是在中国南部上空为弱的夏季风[e.g.，Ding，1994；Tao et al.，2001]。一个500hPa位势高度场的实验指出这种情况无疑是可能的[图3a]。副高上5860这条线从1月到月包含了热带西北太平洋大部分，包括中国南海。

另一方面，如果一个冷ENSO事件发生，赤道西太平洋和菲律宾海的SST会比平常高。因此，海表温度会对应发生正异常或负异常取决于被哪个控制。此外，因为气旋性异常与冷事件的成熟阶段有关，但在高PDO相位，流动为反气旋性，副高会更弱。甚至，与高PDO/EN 1情况下的条件比较，高PDO/LN 1情况下500hPa副高的范围更弱[图3a]。因为这两个循环变异会相互消弱，这使得SCMR强度的判定更难。

在低PDO相位情况下正好相反。即在LN 1的情况，PDO的气旋性变异叠加与在冷ENSO事件有关的气旋性变异上，使得副高很弱，导致更强的夏季风和使得SCMR更高于平常。实际上，1月到4月副高5860线在这种状况下没有[图3b]。另一方面，低PDO/EN 1情况下，副高较高PDO情况下非常明显但较弱。

所以，ENSO、PDO、SCMR两两不同组合明显地对副高强度有不同影响。最终SCMR也在变化。

1. 总结与讨论

本文探讨了初夏（5月-6月）中国南部季风降水（SCMR）的年代际变化并与ENSO（厄尔尼诺/南方涛动）和 PDO （太平洋年

表2：不同ENSO/PDO阶段^a下SCMR条件的比较

a： A、N、B分别表示SCMR比平常高、正常、比平常低。根据Trenberth[1997]的研究，EN 1和LN 1分别表示El Nino事件的次年和La Nina事件的次年。

代际震荡）结合起来研究。发现SCMR存在年代际变化，两个时期（1925-1946年、

1997-1995）为干季风年，1947-1976年为湿季风年。这三个时段是对PDO转变的响应，湿（干）期对应低（高）PDO指数。PDO和ENSO的小波分析指出PDO和ENSO的年代际尺度与SCMR的年代际尺度很好地关联。

图3：1月-5月逐月500hPa位势高度场合成图，以5860线表示，图a为EN 1/高PDO（实线）和LN 1/高PDO（虚线）；图b为EN 1/低PDO（实线）和LN 1/低PDO（虚线）。

而且，我们发现，当ENSO和PDO同相，即高PDO相位/El Nino事件或低PDO相位/La

Nina事件，SCMR分别更常的比平常低或比平常高；但ENSO和PDO不同相，SCMR低或高与平常的年数相同，这意味着这种情况下SCMR情况不确定。这样的关系可通过两种震荡的不同组合下的副高强度的变化来解释。所以，在给定的年份下，SCMR高于或低于平常取决于叠加在以PDO情况为背景的ENSO的条件。这样的结论与之前的研究相符，热带太平洋SSTs的年际和年代际变化能影响亚洲夏季风的年代际变化。这也与以下假设相符：PDO的整合信息可以提高基于长期气候变化的ENSO的长期预测性[e.g., Gershunov and Barnett, 1998; McCabe and Dettinger, 1999]。必须提到的是，这相关性分析和综合结果似乎暗示PDO对SCMR的影响比ENSO更重要。然而，给出这不成熟的结果限于我们对PDO和ENSO及其可能相互作用的有限认知。

此次研究提出了一个在PDO和ENSO相互变化下SCMR的长期预测的可能性探讨的试图。如上所示，在某些情况下，预报SCMR强度仍很困难。其他因素仍需辨识。此外，中国南部间或地长时期（年代际尺度）持续干旱或洪涝的原因仍需断定。不过，目前的结果指出通过耦合不同时间尺度的迫力，仍有可能建立一些可预测信号。

鸣谢

感谢NCEP/NCAR对再分析资料和全球海温资料的提供，感谢Dr. N. J. Mantua对PDO指数提供，感谢Drs. C. Torrence和G. P. Compo对Nino-3 SST指数和小波分析软件的提供，感谢各气象中心对逐月降水资料的提供。感谢香港城市大学科研资金7001682对这次研究的支持。感谢香港城市大学科研助学金对第二作者博士工作的支持。

参考文献

Chang, C.-P., Y. Zhang, and T. Li (2000), Interannual and interdecadal variations of the East Asian summer monsoon and the tropical Pacific SSTs. Part II: Meridional structure of the monsoon, J. Clim., 13, 4326–4340.

Dettinger, M. D., D. R. Cayan, H. F. Diaz, and D. M. Meko (1998), North-south precipitation patterns in western North America on interannual-to-decadal timescales, J. Clim., 11, 3095–3111.

Ding, Y. (1994), Monsoons Over China, 419 pp., Springer, New York.

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