5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系_郑秋月

第33卷第3期2014年6月

高原气象

PLATEAUMETEOＲOLOGY

Vol．33No．3

2014June，785，doi：10．

J］．高原气象，2014，33（3）：775郑秋月，沈柏竹，龚志强，等．5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系［7522/j．issn．1000-0534．2012．00040．

5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

12311

郑秋月，沈柏竹，龚志强，周杰，胡经国

（1．扬州大学物理科学与技术学院，扬州225002；2．中高纬度环流系统与东亚季风研究开放实验室，

长春130062；3．中国气象局国家气候中心，北京100081）

摘要：利用19482011年NCEP/NCAＲ逐月再分析海平面气压场资料计算了北太平洋涛动指数

8月平均）帕默尔干旱指数PDSI的关系。结果表明，5月北太

NPOI，研究NPOI与华北地区夏季（6

平洋涛动与华北夏季旱涝有较好的正相关关系。NPOI正（负）位相异常年，PDSI偏大（小），华北地区850hPa风矢量距平场上乌拉尔夏季偏涝（旱）。可能的环流机制分析表明，NPOI正（负）位相异常年，

山、贝加尔湖及西太平洋附近地区分别为反气旋（气旋）、气旋（反气旋）、反气旋（气旋）距平环流，共同加强了低层西南暖湿气流在华北地区的辐合（辐散）；欧亚500hPa位势高度距平场上分别呈现“+－+”（“－+－”）波列分布，西太平洋副热带高压强度偏强（弱），位置偏西（东）偏北（南），冷暖气流活动使华北多（少）雨。整层水汽输送来自阿拉伯海和孟加拉湾及西太平洋上空，使华北为水汽输送正距平中心，降水偏多；华北水汽通量散度为负值，为水汽汇区，易于降水，阿拉伯海、孟加拉湾、中南半岛南部至南海及西太平洋地区为强水汽辐散中心，是影响华北地区重要的水汽来源。前冬太平洋海温异常对5月北太平洋涛动有强迫作用，继而影响华北地区夏季旱涝。关键词：北太平洋涛动；帕默尔干旱指数；华北夏季旱涝0534（2014）03-0775-11文章编号：1000-doi：10．7522/j．issn．1000-0534．2012．00040

中图分类号：P461

文献标志码：A

1引言

出，NPO强度和涛动中心不仅在年际、年代际的时

间尺度上有较明显异常，在季节和月尺度上也存在显著变化。但是，总体来看，过去的研究主要是集中在冬季，对于NPO其他季节和月份的异常及产生的气候影响等方面的研究相对较少。

华北地区夏季旱涝一直是中国气象学家关注的焦点，该区域是人口密集，土地、矿产资源丰富，经济发达的地区，也是中国工农业主要产地之一，然而，华北地区又是中国水资源贫乏的地区之一，已有研究指出，华北地区夏季降水从1965年前后开始出现明显减少趋势，80年代干旱更趋严重

。最近，廉毅［3］关于NPO与东亚夏季风关

NPO与东亚夏季风呈显著负相关关系的研究指出，

系，继而影响我国夏季降水。众所周知，华北地区

地处东亚季风区，为夏季风的边缘，华北地区的降水受东亚季风的影响集中在夏季，因此，在研究华

［13－19］

北太平洋涛动NPO（NorthPacificOscillation）

是一个气候学概念，是指由于副热带高压带（中心在夏威夷群岛附近）和副极地低压带（中心在阿留申群岛附近）的气压变化引起的穿越北太平洋海域的纬向风强度的扰动。目前，国内外研究主要集中在冬季NPO的年际、年代际变化特征及与其他大气环流系统（比如ENSO、东亚冬季风、东亚夏季风和海温等）的相互关系，以及由此产生的天气气候。国内已有研究表明，NPO异常对我国大

范围的温度、降水以及台风等均有显著影响，其作异常

用机制主要有两方面，一方面是通过自身变化引起的环流异常起作用，比如大幅度年际、年代际涛动异常及突变；另一方面是通过遥相关进行作［5－9］

。最近，龚志强等［10－11］、支蓉等［12］研究指用

［1－4］

10-16；定稿日期：2013-03-06收稿日期：2012-41175083，41205040）资助项目：全球变化重大研究计划（2012CB955902）；国家自然科学基金项目（41175067，

：（1986），，，，NPO作者简介郑秋月女山东菏泽人硕士研究生主要从事对中国气候影响的诊断预测研究E-mail：544305306@qq．com

mail：hujgyz@263．net通讯作者：胡经国．E-

776

高原气象33卷

北地区夏季旱涝时，密切联系NPO变化的分析，不仅可能揭示出一些华北地区夏季旱涝气候变化的有用信息，也有助于认识气候变化形成的机制。然而，目前有关NPO与华北地区夏季旱涝直接关系

NPO作为北太平洋地区最的研究相对较少。因此，

重要的遥相关型，探讨其与华北地区夏季旱涝的关

系是必要的。

气候增暖背景下中国四季的持续长度和起始时

19612008年近48年来中国四季间发生了改变，

起始时间的变化特点为春、夏季呈提前趋势，而

［20］

秋、冬季则呈推后趋势。为探究前期NPO异常对华北夏季旱涝的影响，本文分别对前冬和春季各月NPOI指数与华北地区夏季PDSI进行相关分析，发现区域平均的华北夏季PDSI序列与春季NPOI有明显正相关（r=0．26），并且春季的几个月份中以5月的相关最显著（r=0．39），通过0．01显著性水平检验。由于春季为冬转夏季的转换季节，而春季中的5月的环流形态已基本转型完成，能够体现夏半年环流的特征，对夏季环流有一定预示作用。且经计算，5月与春季NPOI的相关系数为0．63，远超过99．9%（r=0．44）的置信水平。因此，本文利用5月NPO遥相关型异常与华北地区夏季旱涝关系的特征分析，为华北夏季降水异常的预测提供前期信号。

由式（1）分别可得纬向和经向水汽输送通量如下：

1P

Qu=u·qdp，（2）

gPs

Qv=

∫1

v·qdpg∫

PPsP

，（3）

其中：Qu为纬向水汽输送通量；Qv为经向水汽输送通量。

Qdiv

1=g

∫·（Vq）dp

Ps

，（4）

－1

其中：Qdiv为水汽输送通量散度，单位：kg·m·

s－1；q为比湿；g为重力加速度。

本文所计算的整层水汽通量为垂直方向1000，925，850，700，600，500，400和300hPa共8层积分所得。研究表明，不同再分析资料估算的水汽通

［24］

量在强度上有所不同，NCEP/NCAＲ再分析资料估算的水汽通量，在东亚地区较EＲA40要［23］

强，而本文利用上述两种再分析资料计算的NPO典型异常年的水汽差值分布相似，因此文中仅就NCEP/NCAＲ计算结果进行讨论。

利用刘宗秀等定义的北太平洋涛动指数NPOI，即：将传统北太平洋涛动区（25°N65°N，130°E

170°E）扩大为（25°N65°N，140°E

150°W），取（25°N40°N，140°E150°W）与（50°N

65°N，140°E

150°W）平均海平面气压

之差，并将差值再进行一次标准化处理。

帕默尔干旱指数PDSI是表征土壤湿度和径流的重要参数

［26－27］

［25］

2资料选取和方法介绍

所用资料包括：

（1）1948年1月2011年3月美国环境预测中心和大气研究中心NCEP/NCAＲ提供的月平均再分析资料，其水平分辨率为2．5°×2．5°经纬网格，要素包括：海平面气压场SLP、高度场、经向风场、纬向风场、比湿场，再分析资料空间层次为1000～10hPa共17层，其中比湿场为8层。水汽输送包括定常分量和瞬变分量，已［21－23］

指出，在东亚季风区，水汽输送的定有研究

常分量要远大于瞬变分量，是决定水汽输送的重要部分，而瞬变分量在水汽输送通量场上是小量。因此本文只关注水汽输送的定常部分。在p坐标系中，单位时间内通过垂直风向、底边为单位长度、高为整层大气柱面积上总的水汽通量（垂直积分的水汽通量）Q=（Qu，Qv）可由下式来计算，即

1P

Q=V·qdp

gPs1P=（u，v）·qdp．（1）gPs

（2）

，也是国际上较为流行的用来表

［28－31］

征区域干旱程度的指标，通常该指数取值区

4），负值表示较干旱，正值表示较湿润。间为（－4，

PDSI不仅列入了水量平衡概念，考虑了降水、蒸发、径流和土壤含量等条件同时也涉及到一系列农业干旱问题，而且考虑了水份的供求关系和前期的天气气候状况，具有较好的时空比较性。该指标可以客观地描述旱情的各项特征，如干旱开始、发展、减弱和结束过程，定量给出任意时刻的干旱程度，科学合理地预测预报干旱的未来趋势和影响程度，是美国确定灾区和救济的重要依据

［32］

。帕默

尔旱度模式在20世纪70年代引入中国，并得到相应的修正，在我国100°E以东地区取得较好的效果

［33］

。本文采取中国气象局国家气象信息中心资

2008

∫

∫

料室提供的经资料质量控制无缺测的1951域范围（33°N

42°N，110°E

年中国614个站点逐月PDSI资料集，华北地区区

123°E）（图1）。

3期郑秋月等：5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

777

北地区夏季PDSI均有较好的正相关关系。从两序列的10年滤波曲线（图2）可以更清楚地看出此特征：5月NPOI经历了4个不同的演变时期：20世纪60年代末之前为较强正位相，60年代中期80年代初基本处于正常值，80年代中期之后比前一阶段明显增强，到90年代末至今逐步减弱并趋于稳定；同样，对于华北地区夏季PDSI也有相似的变化时段：在60年代末之前，华北夏季PDSI为较强正位相，此时华北地区处于相对湿润时期，60年代末80年代初为弱正值，此时华北地区处于由湿

图1

Fig．1

华北地区80个测站点分布

润向干旱的过渡时期，旱涝气候灾害特征不明显，80年代至今PDSI为一致负值，说明华北地区夏季出现持续性干旱现象，这与上述关于华北地区夏季干旱的年代际变化研究结果相一致，而在1999/2000年左右PDSI出现负最大值，华北地区出现最

［34］

严重干旱，与张庆云等研究结论基本相一致。因此，5月NPO异常偏强时，华北地区夏季PDSI偏大，对应华北地区夏季偏湿；反之，5月NPO异常偏弱时，华北地区夏季PDSI偏小，则对应华北地区夏季偏干。

图3给出了5月NPOI与华北地区夏季PDSI相关系数的空间分布特征。从图3中可以看出，几乎整个华北地区为一致的正相关，相关系数中心值达0．46，且大部分区域的相关系数均通过0．05的显著性水平检验，显著相关区主要是华北中东部地区。这说明5月NPOI与华北地区夏季PDSI的相关性具有明显的区域特征

。

DistributionofeightystationsinNorthChina

3

5月NPOI与华北地区夏季PDSI关系分析

对于华北地区均匀分布80个测站逐月PDSI资

料，取其区域各站算术平均代表华北地区夏季平均PDSI

。

图25月NPOI与夏季PDSI的时间演变序列及

10年滤波曲线

TimeseriesofNPOIinMayandPDSI

Fig．2

insummerandtheir10-yearfiltercurves

图2给出了5月NPOI与华北地区夏季PDSI各自随时间演变序列及其10年滤波曲线。从图2中可以看出，NPOI和PDSI两序列均有明显的年际和年代际变化特征，且均呈下降趋势，趋势倾向率分别为－0．13（10a）

－1

和－0．34（10a）

－1

，两序列

图3Fig．3

5月NPOI与华北地区夏季PDSI相关系数空间分布Spatialdistributionofcorrelationcoefficientsbetweenlightshadedareashavepassedthesignificance

levelat0．01and0．05，respectively

深、浅阴影区分别表示通过0．01和0．05的显著性水平检验

在年际和年代际时间尺度上的相关系数分别为0.39和0．42，去线性趋势后，两序列在年际尺度上的相关系数为0．34，达到98%的置信度检验，说明无论是年际还是年代际时间尺度，5月NPOI和华

NPOIinMayandPDSIinSummerofNorthChina．Darkand

778

高原气象33卷

取华北地区夏季PDSI的6个异常大值年：1964，1969，1973，1976，1979和1990年；6个异常小值年：1972，1997，1999，2000，2001和2002年，分别合成5月海平面气压距平场（距平场为1971

2000年气候平均，下同）及差值场（图4）

。

1996，2000和2001年。4．1850hPa风矢量距平场

图5给出夏季NPOI正、负位相异常年850hPa风矢量距平及差值场。从图5中可以看出，NPOI正位相异常年，乌拉尔山南部和贝加尔湖南部上空分别为反气旋、气旋式距平环流，北半球中高纬度无明显的冷空气影响华北地区，中国东部为显著西南风距平，说明东亚夏季风偏强，有利于水汽在中国东部地区辐合，并且在西太平洋地区存在一较强大的反气旋式距平环流，说明此时西太平洋副热带高压（下称西太副高）偏强且向西南方向发展，其底部的偏东气流在南海一带转向偏北，

从南海及东海

图4华北地区夏季PDSI异常大、小值年对应5月SLP

差值场（单位：hPa）

阴影区表示通过0．05显著性水平检验

Fig．4ThedifferenceofsealevelpressureinMaybetween

sixhighestPDSIyearsandsixlowestPDSIyears．Unit：hPa．

Shadedareahaspassedthesignificancelevelat0．05

图4为华北地区夏季PDSI异常大、小值年合

成的5月北太平洋地区海平面气压差值场及其显著性t检验。从图4中可以看出，整个北太平洋地区为明显北低南高现象，阿留申低压附近区域（50°N150°W）为显著负距平，夏威夷高

压附近区域（25°N40°N，140°E150°W）为显著正距平，整个北太平洋地区呈典型NPO正位相，并且差值场中阿留申群岛和夏威夷群岛附近地区均通过0．05显著性水平检验。说明华北地区夏季PDSI异常偏大时，对应5月NPOI正位相异常；反之，则对应5月NPOI负位相异常，这与前文所揭示的5月NPOI与华北地区夏季PDSI呈显著正相关的结论相一致。65°N，140°E

4强弱涛动年夏季大气环流异常特征

上述分析表明，5月NPOI与华北地区夏季PDSI有较好的正相关关系，并对华北地区夏季旱涝有重要影响。为了清楚地再现5月NPO异常对华北地区夏季旱涝环流异常的影响，下面对NPOI正、负位相异常年份对应的环流场进行合成/差值分析，试图解释NPO异常影响华北夏季旱涝的可能机制。从5月NPOI随时间演变序列中选取6个正位相异常年：1961，1963，1980，1991，1994和1998年；6个负位相异常年：1967，1968，1992，

图5

－1

夏季850hPa风场距平合成及差值场（单位：m·s）

（a）NPOI正位相异常年，（b）NPOI负位相异常年，（c）差值场

（正－负），阴影区表示通过0．05显著性水平检验

Fig．5Compositeoftheanomalyanddifferenceof850hPa

windfieldinsummer．Unit：m·s－1．（a）positiveNPOIyears，（b）negativeNPOIyears，（c）difference（positive-negative）．

Shadedareahaspassedthesignificancelevelat0．05

3期郑秋月等：5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

779

南部携带大量水汽一直输送到华北，有利于华北夏季降雨。而在NPOI负位相异常年正好相反，乌拉尔山、贝加尔湖上空为气旋、反气旋距平环流，来自中高纬度的冷空气南下影响华北地区，朝鲜半岛和日本海附近为显著气旋型距平环流，其西侧的东北风一直吹到东海附近，使华北上空为东北风距平，东亚夏季风偏弱，并且在西太平洋地区为气旋型距平环流，说明此时西太副高偏弱，这削弱了来自海洋的暖湿气流向华北地区的输送，不利于华北地区成云降水。从图5c中可以看出，中国东部地区、乌拉尔山和贝加尔湖附近地区为一显著差异区域，西太平洋地区显著的反气旋环流，为另一显著差异区域，这个显著差异区是与正、负位相异常年西太平洋地区出现的反气旋、气旋式差异环流相联系。

4．2中高纬度大尺度环流特征

对于夏季500hPa位势高度场进行合成和差值分析。正位相异常年（图6a），北太平洋海域上阿留申低压附近为负距平，北太平洋副热带地区为正距平，整个北太平洋区域呈北低南高的NPO正位相，因此验证了NPO在高度场上的正压结构，且整“+－+”个欧亚大陆呈显著波列，欧亚高纬地区为

正距平，中纬度东亚地区为负距平，华北地区上空多低压槽活动，鄂霍次克海至西太平洋附近地区为正距平，在此稳定基本环流条件下，冷槽中不断有冷空气分裂南下，与暖湿季风气流交汇，形成有利于持续多雨的大尺度环流形式，同时华北上空的低压槽利于西太副高的西伸北抬，使南方暖湿气流易于向北输送，冷暖气流活动有利于华北地区降水偏多。NPOI负位相异常年（图6b）则基本相反，北太平洋阿留申低压附近为正距平，北太平洋副热带地区为负距平，呈NPO负位相，欧亚大陆呈典型的“－+－”波列，欧亚高纬地区为负距平，中纬东亚地区为显著正距平，鄂霍次克海至西太平洋附近地区为负距平，说明东亚阻塞活动增强，整个华北地区都处于暖高压控制下，使得华北夏季高温少雨，并且日本海附近为低压槽，不利于西太副高的西伸北抬，因此西太副高偏东偏南，华北受西北气流的控制干旱少雨。而500hPa位势高度差值场（图6c）与强涛动年非常相似，并且差异显著性区域主要是在朝鲜半岛和西太副高地区，说明NPOI正、负位相异常年，夏季副热带高压的异常变化对华北夏季降水影响较大。

4．3

北太平洋涛动异常与西太副高关系

由上述分析可知，NPOI正、负位相异常年华

北夏季旱涝既与中高纬度环流分布有关，也与副热带系统有着紧密关系。西太副高是影响华北地区夏季降水的重要环流系统，它的强度、纬度位置及西伸程度对华北夏季旱涝有着决定性的作用。为定量分析NPOI正、负位相异常年华北夏季500hPa环流特征，统计了强弱涛动年西太副高强度、面积、脊线位置、北界位置、西伸脊点等特征量，并计算了NPOI与西太副高各特征量的相关系数（表1）。

从表1中可以看出，与气候平均相比，

NPOI

图6夏季500hPa位势高度距平合成及差值场（单位：gpm）

（a）NPOI正位相异常年，（b）NPOI负位相异常年，（c）差值场（正－负），深、浅阴影区分别表示通过0．01、0．05显著性水平检验

Fig．6Compositeoftheanomalyanddifferenceof500hPa

geopotentialheightfieldinsummer．Unit：gpm．（a）positiveNPOIyears，（b）negativeNPOIyears，（c）difference（positive-negative）．Darkandlightshadedareashavepassedthesignificancelevelat0．01and0．05，respectively

780表1

高原气象33卷

NPOI正、负位相异常年夏季500hPa西太副高特征量

Characteristicquantitiesof500hPasubtropical

Table1

highinsummerinpositiveandnegativeNPOIyears

强度

正异常年负异常年平均值相关系数

61．133．141．20．32

面积29．518．421．70．28

脊线/°N24．823．424．2－0．12

北界位置/°N31．229．529．80．10

西伸脊点/°E112．4124．8121．8－0．31

正、负位相异常年对应的西太副高环流特征量存在明显差异。相对负位相异常年，NPOI正位相异常年500hPa西太副高强度偏强、面积偏大；由脊线和北界位置可见，西太副高偏北；由西伸脊点位置可知，西太副高偏西。因此，NPOI正、负位相异常年，西太副高环流特征的变化与上述850hPa和500hPa关于NPOI正位相异常年较负位相异常年，西太副高分别偏强、偏西、偏北的结论相一致。说明NPOI与夏季西太副高有密切关系，并进一步影响华北夏季旱涝。同时，NPOI与夏季西太副高强度、面积、西伸脊点的相关系数都通过0．05显著性水平检验，其他两项未通过检验，说明NPO与西太副高强度、面积及西伸脊点关系较为密切。4．4

整层水汽输送特征

水汽输送的多寡是造成降水异常的重要因素之一，水汽通量辐合是形成降水的必要条件，而且局地强降水与水汽输送方向也有较好的对应关系。因此，为了进一步分析水汽输送与华北夏季PDSI及华北夏季旱涝的关系，图7给出了1960

2008

年

6

图7夏季华北区域平均PDSI与整层水汽输送场相关

系数分布

阴影区表示通过0．05显著性水平检验

Fig．7Distributionofcorrelationcoefficientbetweenregionalmoisturetransportofsummer．Shadedareahas

passedthesignificancelevelat0．05

averagePDSIofNorthChinaandverticallyintergraded

华北地区区域平均PDSI与整层水汽输送通量相关系数分布。从图7中可以看出，整个中国东部为一致正相关区，且均通过0．05显著性水平检验，并且大部分区域通过0．001显著性水平检验，因此整层水汽输送通量与华北夏季PDSI相关密切，进而与华北夏季旱涝有密切关系，因此对NPOI正、负位相异常年整层大气平均水汽输送通量及其散度特征进行分析（图8）。

图8a给出了NPOI正、负位相异常年华北夏季8月整层水汽输送通量差值场及其显著性F检

验分布。从图8a中可以看出，整个中国东部地区盛行偏南气流，夏季华北地区为夏季风控制，

偏南

图8NPOI正、负位相异常年夏季整层水汽输送通量（a，单位：kg·m－1·s－1）及其散度

（b，单位：10－4kg·m－2·s－1）差值场（正－负）

阴影区表示通过了0．05显著性水平检验

Fig．8Thedifferenceofsummerverticallyintergradedmoisturefluxes（a，unit：kg·m－1·s－1）andits

Shadedareashaspassedthesignificancelevelat0．05

divergence（b，unit：10－4kg·m－2·s－1）ofpositiveandnegativeNPOIyears（positive-negative）．

3期郑秋月等：5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

781

和西南气流携带充沛水汽可送达华北甚至东北地区。华北地区以西南风水汽输送为主，水汽来源主要有两支：一支经由阿拉伯海和孟加拉湾，强大的水汽输送带继续向东输送至中南半岛及南海，和南海越赤道气流所携带的水汽汇合后转向中国华北地区，这条水汽输送方向为西南—东北向，此水汽输送带也是造成夏季华北地区偏涝的主要原因；另一支来自西太平洋上空气旋型的从东南到西北方向水汽输送，不过强度较弱。这两支水汽输送带在中国东海上空汇合后，在华北地区又从南指向北，转为西南水汽输送，因此大量水汽由孟加拉湾和热带西太平洋通过季风气流从中印半岛和中国南海输送到中国华北一带，使得华北上空为水汽输送通量的正距平中心，因此降水偏多。从图8a中还可以看出，两支水汽输送带均通过0．05显著性水平检验，同时，水汽输送通量差值场中来自西太副高的反气旋型水汽输送均与前面850hPa风场及500hPa高度场中所述的环流形式相对应。

水汽输送通量散度指单位时间汇入单位体积或从该体积辐散出去的水汽量，散度为正的地区表示水汽自该地区向四周辐散，称该地区为水汽源；散

度为负的地区表示四周有水汽向该处汇集，称该地区为水汽汇。从NPOI正、负位相异常年水汽输送通量散度差值分布（图8b）来看，最强的水汽辐散中心位于阿拉伯海、孟加拉湾、中南半岛南部至南海及西太平洋地区，这些水汽辐散区与图8a通量场中的两支水汽输送带相一致，是影响中国华北地区重要的水汽源。最强水汽辐合中心位于北太平洋中部、中国东部地区直至日本及其以东洋面，另外在中南半岛南部至南海、菲律宾至赤道太平洋也为较强水汽辐合中心，这些水汽辐合区正好位于行星尺度水汽输送带大值区或附近地区，这些水汽通量强辐合区也往往正好对应降水大值区，这从降水的

［35］

实际分布中已得到证实。华北地区水汽通量散度为负值区，说明NPOI正、负位相异常年差值场中该地区为水汽汇区，易于降水。

5前冬太平洋海温异常强迫作用

前面分析了5月NPOI正、负位相异常年对应的大气环流形态的异常，而这种大气环流的异常变化往往是由某些外强迫因子的变化引起的，其中海温就是影响中国东部夏季降水的重要外部因子。

近

图9

Fig．9

NPOI正（a）、负（b）位相异常年前冬海温距平及差值场（c）（单位：℃）

深、浅阴影区分别表示通过0．01和0．05显著性水平检验

TheanomalyanddifferenceofSSTfieldinwinter．Unit：℃．（a）positiveNPOIyears，（b）negative

NPOIyears，（c）differenceofpositiveandnegative．Darkandlightshadedareas

havepassedthesignificancelevelat0．01and0．05，respectively

782

高原气象33卷

年来，不少学者将海温异常与大气环流异常联系起来，从而揭示了大尺度环流对海温异常强迫的响应特征及其机理

［36］

是具体的影响机制仍需进一步研究。

为了进一步确定对5月NPO有重要影响的前冬太平洋海温关键区，将5月NPOI序列与前冬海温场求相关系数（图10）。从图10中可以看出，5月NPOI与前冬海温场基本为一致负相关关系，其中北太平洋中部地区、赤道中东太平洋及南太平洋海区相关系数均通过了0．05显著性水平检验，其中在北太平洋地区相关性最显著，中心相关系数超过了－0．4，这与前面NPOI正、负位相异常年海温差值场中显著差异区域基本相一致。

。关于海温对华北地区降水影响

研究已有不少，并得出太平洋中某些关键区海温异

［37－40］

。常是影响华北地区降水强信号的重要结论因此，为了进一步探讨海温异常对NPO及华北夏

季旱涝影响，本节将讨论5月NPOI正、负位相异常年前冬海温异常，从而得出对华北夏季旱涝有影响的前期海温异常特征。

图9给出了5月NPOI正、负位相异常年前冬太平洋海温距平及差值场。为描述方便，取20°N40°N，160°E160°E

140°W为Ⅰ区，20°S20°N，

80°W为Ⅱ区，30°S20°S，180°140°W

6结论

为Ⅲ区。从图9a中可以看出，太平洋海域中Ⅰ区

为冷位相，Ⅱ区暖位相，Ⅲ区亦为冷位相，整个太“－+－”平洋区域海温呈距平形式，其中此形式中

［41］

的Ⅰ、Ⅱ区位相型与于润玲等关于前冬北太平洋海温与华北夏季降水关系的研究结论相一致。这表明前冬太平洋的这种海温分布型使得5月NPO偏强，继而导致华北地区夏季偏涝。而NPOI负位相异常年（图9b）正好相反，太平洋海域中Ⅰ区为暖位相，Ⅱ区冷位相，Ⅲ区亦为暖位相，整个太平

“+－+”距平分布，说明前冬太平洋洋区域海温呈

的这种海温分布型使得5月NPO偏弱，从而不利

于华北夏季降水。差值场（图9c）与NPOI正位相异常年相似，并且海温差值场中的这三个区域均通过了0．05显著性水平检验。因此可见，前冬Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ区的海温异常强迫作用，使5月NPO发生异继而对华北地区夏季旱涝产生一定的影响，

但常，

通过对5月NPO与华北夏季旱涝关系及影响

机制的探讨和分析，初步得到以下结论：

5月NPO与华北夏季旱涝有较好的正相

关关系。5月NPOI正位相异常时，华北夏季PDSI偏大，华北偏涝；反之，5月NPOI负位相异常时，华北夏季PDSI偏小，华北偏旱。5月NPOI华北夏季PDSI在年际及年代际尺度上均有较好的一致变化趋势。

5月NPOI正、负位相异常年的850hPa

风场存在显著差异。正异常年，乌拉尔山和贝加尔湖上空分别为强的反气旋、气旋式距平，西太平洋地区为反气旋型环流，华北地区为偏南风距平，东亚夏季风偏强，利于华北降水；负异常年，乌拉尔山和贝加尔湖上空分别为强的气旋、反气旋式距平，西太平洋地区为气旋型环流，华北地区上空为东北风距平，东亚夏季风偏弱，不利于华北降水。5月NPOI正位相异常年，欧亚大陆500

hPa高度距平场为“+－+”遥相关波列，在此环流条件下，冷槽中不断有冷空气分裂南下，与暖湿季风气流交汇，形成有利于持续多雨的大尺度环流形式，同时华北上空的低压槽利于西太副高的西伸北挺，使得南方暖湿气流易于向北输送，造成华北地区降水偏多；而NPOI负位相异常年，欧亚大陆呈

“－+－”典型的波列，欧亚高纬地区为负距平，中纬度东亚地区为显著正距平，鄂霍次克海至西太平洋附近地区为负距平，说明东亚阻塞活动增强，整个华北地区都处于暖高压控制下，使得华北夏季高

（3）（2）（1）

图10Fig．10

5月NPOI与前冬海温场相关系数空间分布

阴影区表示通过了0．05显著性水平检验

Spatialdistributionofcorrelationcoefficients

温少雨。

（4）5月NPOI正位相异常年，西太副高强度偏强、面积偏大、偏西偏北；相反，负位相异常年则强度偏弱、面积偏小、偏东偏南，并且西太副高特征量中的强度、面积及西伸脊点与NPO的关系

betweenNPOIinMayandSSTfieldinwinter．Shaded

areashaspassedthesignificancelevelat0．05

3期郑秋月等：5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系

J］．气象学报，2010，68（4）：501－513．关联性研究［

783

较为密切。

（5）整层水汽输送通量场，来自阿拉伯海和孟加拉湾及西太平洋上空的水汽输送，使得华北为水汽输送正距平中心，降水偏多；通量散度场，华北水汽通量散度为负值，为水汽汇区，易于降水，阿拉伯海、孟加拉湾、中南半岛南部至南海及西太平洋地区为强水汽辐散中心，为影响华北地区重要的水汽源。

5月NPOI正（负）位相异常年，前冬太

平洋海温场中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区分别为冷（暖）位相、暖（冷）位相和冷（暖）位相，且差值场中这三个区域均通过显著性检验，因此前冬太平洋海区中此三区域海温的异常强迫作用，使得5月NPO发生异常，继而影响华北地区夏季旱涝。

本文仅就5月NPO遥相关型对华北地区夏季旱涝的影响进行了初步分析，而前冬海温对5月NPO异常分布的影响，进而对华北夏季旱涝的影响机制的深入探讨将以后进一步分析。

致谢：衷心感谢施能教授和廉毅研究员细致地审阅并提出了有意义的修改意见。参考文献：

［1］PierceDW．TheＲoleofSeaSurfaceTemperaturesinInterac-tionsbetweenENSOandtheNorthPacificOscillation［J］．Cli-2002，15：1295－1308．mate，

［2］郭冬，孙照渤．冬季北太平洋涛动异常与东亚冬季风和我国

天气气候的关系［J］．南京气象学院学报，2004，27（4）：461－470．

［3］廉毅．北太平洋涛动与东亚夏季风的相关研究［J］．地理科

2007，27（增刊1）：19－27．学，

［4］任广成．北太平洋涛动与北太平洋海温的关系［J］．贵州气

1992，16（3）：35－38．象，

［5］郭冬，孙照渤．冬季NPO突变前后大气环流和我国天气气候

2005，28（2）：180－188．的变化［J］．南京气象学院学报，

［6］张静，朱伟军，李忠贤．北太平洋涛动与淮河流域夏季降水

．南京气象学院学报，2007，30（4）：546－异常的关系［J］550．

［7］任建龙，陈文键．冬季北太平洋涛动与我国夏季气候的关系

J］．福建气象，2007，4：1－9．分析［

［8］王会军，孙建奇，范可．北太平洋涛动与台风飓风频次的关

2007，37（7）：966－973．系研究［J］．中国科学（D辑），

［9］周波涛，王会军，崔绚．Hadley环流与北太平洋涛动的显著

J］．地球物理学报，2008，51（4）：999－1006．关系［

［10］龚志强，周磊，支蓉，等．1－30d尺度温度关联网动力学统计

．物理学报，2008，57（8）：5351－5360．性质的研究［J］

［11］龚志强，支蓉，冯爱霞，等．基于复杂网络的北半球遥相关年

．物理学报，2012，61（2）：1－9．代际变化特征研究［J］

［12］支蓉，封国林，龚志强，等．基于矩阵理论的全球气温的时空

［13］黄荣辉，徐予红，周连童．我国夏季降水的年代际变化及华北

J］．高原气象，1999，18（4）：1－14．干旱化趋势［

［14］戴新刚，汪萍，张培群，等．华北降水频谱变化及其可能机制

J］．自然科学进展，2003，13（11）：1182－1189．分析［

［15］宇如聪，周天军，李建，等．中国东部气候年代际变化三维特

2008，32（4）：893－905．征的研究进展［J］．大气科学，

［16］周波涛，王会军，崔绚．Hadley环流与北太平洋涛动的显著关

J］．地球物理学报，2008，51（4）：999－1006．系［

［17］ZhouTJ，GongDY，LiJ，etal．Detectingandunderstanding

themulti-decadalvariabilityoftheEastAsianSummerMonsoon-Ｒecentprogressandstateofaffairs［J］．2009，18（4）：455－467．Zeitschrift，

［18］YuＲC，ZhouTJ．Seasonalityandthree-dimensionalstructureof

theinter-decadalchangeinEastAsianmonsoon［J］．Climate，2007，20：5344－5355．

［19］LiHM，DaiAG，ZhouTJ，etal．ＲesponsesofEastAsian

summermonsoontohistoricalSSTandatmosphericforcingdur-J］．ClimateDyn，2010，34：501－514．ing1950－2000［

［20］张世轩，张璐，孙树鹏，等．全球变暖情况下中国季节的变化

［J］．高原气象，2011，30（3）：659－667．

［21］周天军，张学洪，俞永强．气候系统模式中海气水通量交换的

．科学通报，1999，45（19）：2097－2100．耦合方法［J］

［22］周天军．利用不同资料估算的全球海气间淡水交换量之比较

［J］．自然科学进展，2003，13（9）：946－950．

［23］ZhouTJ，YuＲC．Atmosphericwatervaportransportassociated

withtypicalanomaloussummerrainfallpatternsinChina［J］．JGeophys

Ｒes，2005，110，D08104，doi：

10．

1029/

2004JD005413．

［24］FengL，ZhouTJ．Watervaportransportforsummerprecipitati-onovertheTibetanPlateau：Multidatasetanalysis［J］．JGeo-physＲes，2012，117，D20114，doi：10．1029/2011JD017012．［25］刘宗秀，廉毅，沈伯竹，等．北太平洋涛动区500hPa高度场季

节变化特征及其对中国东北区降水的影响［J］．应用气象学2003，14（5）：553－561．报，

［26］SolomanS，QinDH，ManningM，etal．Technicalsummaryin

Ｒ］．WorkingClimateChange2007：ThePhysicalScienceBasis［

GroupIContributiontotheIPCCFourthAssessmentＲeport，Cambridge：CambridgeUniversityPress，2007：61．

［27］DaiAG，TrenberthKE，QianTT．AglobaldatasetofPalmer

DroughtSeverityIndexfor1870－2002：Ｒelationshipwithsoilmoistureandeffectsofsurfacewarming［J］．Hydrometeor，2004，5：1117－1130．

［28］DaiAG，TrenberthKE，KarlTＲ．Evidenceofhydrological

effectsondiurnaltemperaturerange［J］．GeophysＲesLett，1998，25：3367－3370．

［29］KarlTＲ，KoscielnyAJ．DroughtintheUnitedStates：1895－

1981［J］．Climate，1982，2：313－329．

［30］KarlTＲ．Somespatialcharacteristicsofdroughtdurationinthe

UnitedStates［J］．ClimateApplMeteor，1983，22：1356－1366．

［31］KarlTＲ．ThesensitivityofthePalmerDroughtSeverityIndex

Meteorologische

（6）

784

高原气象33卷

andPalmer'sZ-Indextotheircalibrationcoefficientsincludingpotentialevapotranspiration［J］．ClimateApplMeteor，1986，25：77－86．

［32］周跃武，冯建英译．美国20世纪干旱指数评述［J］．干旱气

2006，24（1）：79－89．象，

［33］姚玉璧．气象、农业干旱指数综述［J］．干旱地区农业研究，

2007，1：185－211．

［34］张庆云，卫捷，陶诗言．近50年华北干旱的年代际和年际变

．气候与环境研究，2003，8（3）：307－化及大气环流特征［J］318．

［35］周长艳，何金海，李薇，等．夏季东亚地区水汽输送的气候特

2005，28（1）：18－27．征［J］．南京气象学院学报，

［36］王秋良，张立凤，关吉平．月尺度环流对SST强迫的响应特征

J］．高原气象，2012，31（4）：993－1000．及机理分析［

［37］朱平盛，张苏平．华北夏季旱涝的前期环流异常及其与北太平

1997，8（4）：437－444．洋海温的关系［J］．应用气象学报，

［38］张启龙，翁学传，程明华．华北地区汛期降水与热带西太平洋

J］．高原气象，1999，18（4）：575－583．暖池和黑潮的关系［

［39］杨修群，谢倩，朱益民，等．华北降水年代际变化特征及相关

2005，48（4）：789－797．的海气异常型［J］．地球物理学报，

［40］郝立生，丁一汇，闵锦忠．东亚季风环流演变的主要模态及其

．高原气象，2012，31（4）：与中国东部降水异常的联系［J］1007－1018．

［41］于润玲，孙照渤，陈海山．华北夏季降水与北半球环流及北太

平洋海温关系的初步分析［J］．南京气象学院学报，2002，25（5）：576－586．

3期郑秋月等：5月北太平洋涛动与华北夏季旱涝的关系785

ＲelationshipbetweenNorthPacificOscillationinMayand

Drought/FloodinSummerinNorthChina

ZHENGQiuyue1，SHENBaizhu2，GONGZhiqiang3，ZHOUJie1，HUJingguo1

（1．CollegeofPhysicalScienceandTechnologyofYangzhouUniversity，Yangzhou225002，China；

2．LaboratoryofＲesearchforMiddle-HighLatitudeCirculationandEastAsianMonsoon，Changchun130062，China；

3．NationalClimateCenterChinaMeteorologicalAdministration，Beijing100081，China）

Abstract：TherelationshipbetweentheNorthPacificOscillation（NPO）inMayandthesummerdrought/floodinNorthChinawasanalysedusingtheNCEP/NCAＲmonthbymonthreanalysisdatafrom1948to2011inclu-dingsealevelpressure，500hPageopotentialheight，specifichumidity（8layers）andwindfield（8layers）．TheNorthPacificOscillationIndex（NPOI）whichreflectsthechangesofthesealevelpressureinNorthPacificwascalculatedfirstly．ThenthecorrelationcoefficientbetweenNPOIandPalmerDroughtSeverityIndex（PDSI）whichrepresentsthesituationofsummerdrought/floodinNorthChinafrom1960to2011wasalsocalculated．TheresultsshowthatthereisapositivecorrelationbetweenNPOandsummerdrought/floodinNorthChina．WheninpositiveNPOIyears，PDSIinsummerishigherthannormal，andNorthChinahasmoresummerfloods；otherwise，innegativeNPOIyears，PDSIinsummerislowerthannormal，andNorthChinahasmoresummerdroughts．InordertoexplainthepositivecorrelationbetweenNPOandsummerdrought/floodinNorthChina，windvectorfieldon850hPaandgeopotentialheightfieldon500hPawerecompositeanalysed，respec-tively，andcomparethedifferentintensity，areaandpositionofwesternboundaryofWesternPacificSubtropicalHigh（WPSH）whenNPOisindifferentstrength（weakandstrong）．Thepossiblecirculationmechanismisthatwheninpositive（negative）NPOIyears，onlowerlayer（850hPawindfield），thecommonactionofanti-cy-

cyclonic）ofLakeBaikal，andtheanti-cyclonic（cyclon-clonic（cyclonic）inUralMountains，thecyclone（anti-

ic）anomalycirculationinWestPacifichavestrengthened（weakened）theconvergenceofsouth-westwarmandhumidairflowsoflowlayerinNorthChinaregion．Andalso，wheninpositive（negative）NPOIyears，500hPageopotentialheightanomalyshows‘+－+’（‘－+－’）wavetrain，andWPSHisstronger（weaker）shiftingnorthwest（southeast）thannormalyears，coldandwarmairactivitiesmakemore（less）rainfallinNorthChina．Verticallyintergradedmoisturefluxeswascalculated，inordertoshowwatertransportationofsummerdrought/floodinNorthChinaandstudytherelationshipbetweenNPOinMayandseasurfacetemperatureinwinterbyu-singcompositionmethod．Inthedifferenceofverticallyintergradedmoisturefluxesfieldinsummer，themoisturetransportfromtheArabianSeaandBayofBengalandtheWestPacificmakeNorthChinathepositiveanomalyofwatervapormoisture，sothereismorerainfallinNorthChina；Indivergencefield，thewatervapordiver-genceisnegativeinNorthChina，soitismoisturesinkandthereismorerain．AndalsotheArabianSea，BayofBengal，thesouthofIndo-ChinaPeninsulatotheSouthChinaSeaandtheWesternPacificarethewatervapordi-vergencecenters，whichareimportantvaporsourceforNorthChina．TheSSTinwinterinPacificOceanhasforcingroleonNPOinMay，whichinfluencessummerdrought/floodinNorthChina．

Keywords：NorthPacificOscillation；PalmerDroughtSeverityIndex；Drought/FloodinNorthChina