亚洲夏季风的年际与年代际变化特征Word文档格式.docx

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2000年，孙秀荣、何金海等在郭其蕴的理论成果的基础上，定义了东亚海陆热力差指数（

），研究后发现，该指数能够较好的反映出东亚夏季风的年际变化，并且该指数与亚洲夏季风的强度呈正相关（孙秀荣等，2000）。

这两种方法都是基于海陆热力差异来反映亚洲夏季风的强度的，把海陆热力差跟夏季风的强度关联起来。

三、1992年，Webster等用了纬向风切变（850和200hPa）来定义了夏季风指数，自此以后，又有学者用经向风切变定义了Hadley环流的指数，同样能够反映季风的强度（陈桦等，2006b）。

1999年，李崇银等在研究南海地区的夏季风环流时，由于地域的特殊性，用Webster等提出的季风指数并不能很好地表示南海地区的季风强度，所以，李崇银等人则使用了对流层上下层的散度差能较好的将南海地区的环流特征考虑在季风的强度变化之中（李崇银、张利平，1999）。

2003年，张庆云等为了使夏季风指数既能反映风场又能反映降水场的变化，用6-8月平均的850hPa的纬向风距平差值定义了东亚（10-20º

N，100-150º

E；

25-35º

E）夏季风指数（EASMI），客观地反映了东亚夏季风的年变化与中国东部夏季降水的关系（张庆云等，2003）。

2000年，祝从文等从高、低（区域：

0-10º

N,100-130º

E）层纬向风切变（

；

区域：

E）和0-50º

N内各纬度上东西向海平面气压差（160º

E

110º

E）相结合定义了能够较好的反映东亚冬、夏季风变化的季风指数（EAMI）（祝从文等，2000）。

这些对于季风指数的定义，运用了、风场或者与海平面气压差相结合定义了夏季风的强度指数，都是从亚洲季风本身出发来研究季风指数的。

以上对于季风指数的研究，可以用来反映出我国夏季的降水。

夏季风的活动使得我国夏季降水出现了很大的区域差异，分布很不均匀，而降水主要集中在季风盛行的地区。

从1990年代以来，各国学者就开始研究不同时间段的气候变化问题，发现降水等气象要素存在明显的年际和年代际变化特征（龚道溢等，2001）。

这也就使人们想到降水的变化是否与夏季风的年际和年代际变化有一定的相关性。

早在1998年，徐建军等人就研究发现，东亚夏季风与中国东部的夏季降水就存在一定的关系，主要表现在当夏季风表现的较强时，中国的夏季降水可多也可以少，但是总体来讲是以少雨为主；

当夏季风表现的较弱时，中国的夏季降水以多雨为主，只有在华北、东北和东南等部分小范围区域内夏季风强度才与降水量呈正相关，而降水量的多少则主要是由局地天气系统影响的（徐建军等，1998）。

2006年，刘飞等人又根据亚洲的西风指数与中国夏季降水的关系，研究发现亚洲纬向西风与我国夏季降水有有良好的耦合关系，西风指数较高的年份,长江中下游地区夏季降水表现为偏少，而在华南、河套和东北地区降水则变现为偏多，在西风指数较低的年份则有相似的结论（刘飞等，2006）。

说明夏季风对我国的降水因不同区域而异。

以上对于季风的研究历程、各国学者不同时期对季风指数的研究以及对中国各季降水和亚洲夏季风之间的关系做了简要陈述。

对于以上几种季风指数在表示季风的强度的时候各有优缺点，在用降水量表示季风指数时，常常受到资料不足以及下垫面的影响；

在用气压和气温表示夏季风强度时，在低纬度地区就会受到限制，因为在热带低纬度地区温度和气压的时空变化值相对较小，很难表达出夏季风指数的时空变化。

本文在以前学者的研究基础之上，综合了以上几种季风指数的优缺点，利用对流层高低层的纬向风切变的值反映季风指数的大小，也就表示了季风的强度。

并且用这种季风指数来分析亚洲夏季风的年际和年代际变化，描述近60多年来，夏季风的强弱。

同时根据夏季风指数与同年夏、秋和冬以及次年春和夏降水量的相关性，表示亚洲夏季风强弱与中国各季降水的相关性，探讨夏季风的强弱变化是否对我国降水有指示作用。

第二章资料与方法

2.1资料简介

本文中使用的资料有：

（1）本文中使用了NCEP/NCAR再分析资料中的17层风场月平均资料，全球范围，2.5°

×

2.5°

（144×

73），时段为1950年1月-2014年12月；

本文使用850、150、100hPa纬向风资料。

（2）中国气象局（CMA）气象信息中心整编的1951—2014年中国160个标准台站的月平均降水量观测资料。

2.2方法说明

夏季风指数选取陈桦等人定义的DHI指数，公式表达为：

是U减去气候平均之后的距平值。

距平的定义是一系列数值中某个数与平均值的差值，距平有正负之分。

气候平均是指1950年-2014年的平均值。

标准化的变量可以衡量资料围绕平均值的变化幅度，标准差的计算公式为：

标准化时间序列为：

…

相关性分析能够反映两个气象要素之间的关系。

在置信度为90%的前提下，对DHI和中国各季降雨量做相关性分析。

第三章亚洲夏季风指数的选取

本文选取对流层高、低层的纬向风切变值表示季风指数，底层选取850hPa，高层则需要适当的选取。

由于热带东风急流是北半球亚洲夏季风系统高空的主要环流特征，其核心位于150hPa和100hPa（TanakaM，1982），热带东风急流区的最大东风和夏季风区近地面层的西风区构成了反相位的高低空特征，能够更好地表示夏季风的强弱变化。

并且陈桦等人在2006年也通过风切变最大区域的散度场分析研究发现，辐合的最大值位于925-850hPa，辐散的最大值则位于150hPa，这就进一步确定了高低层环流的耦合关系；

另外，他还计算了底层分别取200hPa和（150+100）hPa的风切变的值，表明前者的值要远小于后者。

所以高层取150-100hPa能更加确切和清楚的反映夏季风的强弱（陈桦等，2006c）。

本文将使用陈桦修正的季风指数（DHI）来表征亚洲夏季风强度。

其中是是150hPa和100hPa纬向风的平均，

从图1中我们可以看出，夏季6-8月夏季风指数用表示的纬向风切变在（0º

-20º

N，40º

-110º

E）区域内，即图中的方框区域是纬向风切变的最大区域，所以我们在上述区域内讨论季风指数的变化才最具有代表意义。

同时该区域也成为公式DHI定义的区域。

因为方框区域内的季风指数相对较大，所以用该区域的区域平均来表示的气候平均值来修正了公式，即将U修正为使得公式表示的季风指数更加准确和具有代表意义。

在上述区域内亚洲夏季风的强度较强，同时表示了夏季风爆发以后所能影响到的地域。

从图中可以看出，该区域主要包括非洲的索马里半岛、阿拉伯半岛、阿拉伯海、印度半岛、孟加拉湾以及中南半岛的西岸，这些地方也成了季风最活跃的地区，同时也受季风的影响最为显著。

亚洲夏季风指数在上述区域内表现的最强与该区域的地理位置有很大的关系，也印证了亚洲季风的产生原因，即由于海陆热力差异的季节性变化，使得大尺度风系季节性反转的大气运动现象，同时也受到气压带、风带的季节移动和地形因素等的影响（陈晶华等，1991）。

以上的叙述说明了该季风指数在使用纬向风速场的基础上，能够很好地反映亚洲季风的强度。

将夏季风指数表示的夏季风的强弱与以前学者的研究结论相比较，都有相似的结论（郭其蕴，1983；

李崇银等，1999；

张庆云等，2003）。

第四章亚洲夏季风的年际和年代际变化

对于亚洲夏季风强度的的年际和年代际变化，许多学者都进行过大量的研究，得出的基本结论是亚洲夏季风的年代际尺度在20世纪70年代末到80年代初具有明显的减弱，而这种减弱使得东亚和南亚的夏季降水格局在过去的几十年里发生了明显的变化（丁一汇等，2013）。

4.1亚洲夏季风的年际变化分析

根据夏季风指数

，利用1950-2014年的纬向风速场资料，计算出标准化的季风指数DHI。

数据统计：

年份

DHI

1950

1.733

1972

-0.873

1994

0.268

1951

0.258

1973

0.768

1995

-1.246

1952

1.440

1974

-0.103

1996

-0.985

1953

0.352

1975

1.329

1997

-1.687

1954

2.182

1976

-0.007

1998

-0.127

1955

1.409

1977

1.005

1999

-0.138

1956

1.050

1978

1.178

2000

-0.490

1957

0.762

1979

-0.903

2001

-0.156

1958

1.048

1980

0.269

2002

-1.439

1959

1.096

1981

-0.031

2003

-0.972

1960

1.627

1982

-0.228

2004

-0.925

1961

1.475

1983

-1.308

2005

-0.463

1962

0.521

1984

0.462

2006

-0.109

1963

0.080

1985

0.565

2007

-0.727

1964

0.999

1986

0.029

2008

-0.717

1965

0.139

1987

-0.744

2009

-1.932

1966

0.425

1988

-0.095

2010

-1.209

1967

1.200

1989

-1.088

2011

-1.801

1968

0.958

1990

-0.431

2012

-0.850

1969

0.174

1991

-0.513

2013

-0.670

1970

1.267

1992

-1.368

2014

-1.470

1971

0.927

1993

-1.193

根据图2中A图中的DHI年际变化趋势可以看出，亚洲夏季风强度存在明显的年际变化，但是总体呈明显的下降趋势。

在大约1970年代末以前，标准化指

数DHI基本上是正值，之后基本为负值，这就说明，在大约70年代末到80年代中期，亚洲夏季风发生了一次明显的突变，主要表现为亚洲夏季风强度的减弱现象，在此期间，DHI指数处于震荡状态；

从90年代开始，DHI指数一直保持着低于平均值的状态。

从图2中的拟合曲线中同样能明显的看出这种下降的变化趋势以及季风强度的突变现象。

另外，在50年代中期，DHI指数明显高于平均值很多，说明夏季风很强，90年代初期和末期以及20世纪初期和末期，夏季风指数低于平均值很多，强度较弱。

从图B的折线图的变化中，我们能更加清楚的看到夏季风的变化和年际振荡，以及变化的舒缓程度。

而在上述年代内，1954年、1991年、1998年、2003年和2009年我国长江流域发生了特大洪涝灾害，图中可以看出在上述年份夏季风指数的异常，也反映出了亚洲夏季风强度变化对我国降水的影响。

4.2亚洲夏季风的年代际变化分析

亚洲夏季风同样也存在明显的年代际变化，利用1950-2014年对流层高低层纬向风速计算的季风指数DHI经过标准化处理，以10年为单位，做出亚洲夏季风指数的年代际变化趋势（图3）。

从图3中可以看出，亚洲夏季风指数存在着明显的年代际减弱的趋势，从图中的拟合曲线也同样可以看出这种减弱

的变化趋势和在上世纪70年代末80年代初发生的明显的年代际突变。

在1970年代以前，夏季风指数的年代际值相对于平均值总体偏高，然后逐年减弱。

从1970年代初期到1980年代末期，亚洲夏季风出现了明显的年代际振荡，标准化夏季风指数DHI的年代际值由正变负，即发生了突变。

从80年代开始，亚洲夏季风指数的年代际值相对于平均值一直处于偏弱的状态，而且是这种趋势是逐年加强的。

从1990年代到2010年代，夏季风指数虽然相对于平均值较弱，但是年代际变化基本保持平稳，没有出现大的波动。

从2010年代开始，系季风指数有进一步减弱的趋势。

我国自上世纪70年代后期开始，我国东部地区的大雨带出现异常的南移现象，从而影响了我国的降水分布，造成了南涝北旱的降水格局，即在长江中下游地区的持续洪涝，而在华南和华北地区的持续干旱。

我国东部这种降水的变化，与夏季风强度从上述年代开始逐年减弱有关。

第五章亚洲夏季风指数与中国降水的关系

根据上一章我们可以看出亚洲夏季风指数存在年际变化，我国降水在不同的时空区域也存在年际变化，为了研究亚洲夏季风的强弱变化与我国降水的关系，是否有指示性意义，我们先计算出160个站点每年春、夏、秋、冬四季的降水量。

得到5列年变化向量与DHI年变化向量做相关性分析。

表2是每列向量的信息。

precipitation

时间段

向量长度

图A

1951-2014

64

1951-2014夏季

图B

1951-2014秋季

图C

1951-2014冬季

图D

1951-2013

63

1952-2014春季

图E

1952-2014夏季

求出每个站点的相关系数，得到经不规则插值得到下面5张分布图。

图A表示的是夏季风指数DHI与当年夏季降水量的同期相关性。

从图中可以看出，在我国的西南地区从云南南部呈狭长区域延伸至甘肃东南部的天水一带，正相关系数较大，特别是在四川东南部的宜宾一带和四川中部的成都一带相关系数达到了0.3以上；

在西北地区的宁夏北部也有较高的正相关性；

华北地区南部和北部的大片区域以及东北地区的沈阳长春一带正相关系数较高，尤其是渤海湾沿岸正相关系数在0.3以上，部分地区可达0.4。

而在我国的台湾岛、江南和江淮地区的东部以及江汉地区和重庆一带负相关系数较高，特别在长江三角洲地区负相关系数达到了-0.3到-0.4之间；

在我国东北的宜春一带和新疆西部也存在着这种明显的负相关。

在我国西藏地区由于台站稀少，所以降水与夏季风指数不具有可靠地相关性，不再分析。

图B表示夏季风指数DHI与同年秋季降水的滞后相关性。

图中显示，在我国西南地区的中北部和西北地区的兰州向南一带，正相关系数较高，四川南部显得更为突出；

东北地区的沈阳长春一带以及江淮和黄淮的沿海地区也有显著地正相关。

而在负相关区域除了新疆西北部的大片区域以及海南岛显现出强的负相关性，在长江中下游地区有较弱的负相关性，全国其他地方特征则无明显的负相关。

图C显示的是季风指数DHI与同年冬季的滞后相关性。

图中显示全国范围内呈正相关的区域相对较小，主要在新疆中部、内蒙古东部地区和陕西商洛一带的小部分区域。

负相关区域在江南和华南地区的西部分布广泛，强度较强，特别是在长江三角洲地区，负相关系数可达-0.4；

在我国大兴安岭西侧、东北地区的佳

图4DHI与降雨量的相关性分析图

木斯和长春一带和新疆的西北部地区也有普遍较高的负相关系数，在新疆的克拉玛依地区和大兴安岭北侧这种负相关更为明显。

图D是夏季风指数DHI与次年春季降水的滞后相关分析。

图中的正相关区域仅表现在贵州东部和湖南西部的小部分区域。

在我国华南和台湾岛的小部分区域、江淮地区的东部以及乌兰浩特向东南方向延伸的区域都表现出较强的负相关。

西藏地区不再分析。

图E是夏季风指数DHI与次年夏季降水的滞后相关分析。

在西南地区的南部和北部有小范围的强正相关区域；

从河北张家口向西北方向延伸的一块区域也有较强的正相关。

而在江淮的江南地区北部、西南地区西部、新疆北部和东北部和大兴安岭地区则显示出很强的负相关性。

从图A-D相比较可以看出，亚洲夏季风指数与中国降水之间存在一定的相关性，而这种相关性主要集中表现在我国的西南、南部、东部和东北地区。

相对来讲，正相关区域主要在我国的西南、华北和东北中部地区，并且这种相关性随着滞后时间段的推移（从当年夏季到次年春季）在强度和范围上都有较大的缩减。

负相关区域主要集中在江南长江中下游、华南、新疆西北部和东北北部地区，随着时间的推移（从当年夏季到次年春季），负相关的强度逐渐减弱，范围总体呈扩大趋势。

也就是说夏季风强（弱）的年份，在西南、华北和东北中部地区降水偏多（少）；

而在长江中下游、华南、新疆北部和东北北部地区降水偏少（多）。

比较图A和图E，对夏季风指数与当年夏季的同步相关性和次年夏季降水的滞后相关性分析发现，在图A中正相关范围明显大于图E，且相关系数较大；

图E中负相关无论在范围还是强度上，较图A有所增加，相比之下，图A中相关性强的范围总体较图E大，所以夏季风与我国当年夏季的降水的关系更为密切，而其滞后影响效应相对较弱。

第六章结论

本文通过使用修正的亚洲夏季风指数DHI，讨论了亚洲夏季风的年际和年代际变化，并分析与中国各季降水的相关性，讨论了亚洲夏季风与我国降水的关系，得出的结论主要有以下几点：

（1）亚洲夏季风存在明显的年际和年代际变化，总体减弱趋势。

在70年代末以前，大约70年代末到80年代中期，亚洲夏季风发生了一次明显的突变，主要表现为亚洲夏季风强度的减弱现象，而在此期间，夏季风指数存在显著的振荡。

1990年代至今，夏季风的强度一直低于平均值较多，减弱明显。

（2）DHI指数与中国同年夏季、秋季和冬季，次年春季和夏季降水之间存在一定的相关性，而这种相关性主要集中表现在我国的西南、南部、东部和东北地区。

相对来讲，正相关区区域主要在我国的西南、华北和东北中部地区；

负相关区域主要集中在江南长江中下游、华南、新疆西北部和东北北部地区。