我国东部冬季水汽输送年代际变化

次仁朗杰

(西藏自治区气象局气象台，西藏拉萨 850000)



我国东部冬季水汽输送年代际变化

次仁朗杰

(西藏自治区气象局气象台，西藏拉萨 850000)

利用NCEP/NCAR提供的1948～2011年全球逐月分析资料，对月平均资料进行整层积分并通过EOF方法，研究我国东部冬季水汽输送的特征。结果表明，我国东部12、1、2月份水汽输送在纬向上均为西风方向的水汽输送，异常大值区位于太平洋一带；在经向上12、1、2月份水汽输送均为南风方向的水汽输送，异常大值区位于云南一带。第1空间模态，12、1月份在105°E以东水汽输送的方向分别为东南风、东北风方向的平流输送，2月份在120°E以东水汽输送的方向为东南风方向的平流输送；第2空间模态，12月份在110°E以东、1月份在90°E以东的水汽输送的方向均为偏南风方向的平流输送，2月份在105°E以东水汽输送的方向为西南风方向的平流输送；第3空间模态，12月份在105°E以东水汽输送的方向为西南风方向的平流输送，1月水汽输送在东南地区是西南风方向的平流输送，2月份在95°E以东水汽输送的方向为偏南风方向的平流输送。前3个模态时间序列表明我国东部水汽输送存在明显年际年代际变化。关键词水汽输送；年代际变化；我国东部

水汽输送与降水的预报有直接关系，水汽输送特征研究对降水的预报很有帮助。我国的降水有东南沿海降水较多西北内陆递减、夏秋降水多冬春降水少的特点。我国东部地区是全国的政治、经济和文化中心，水资源短缺严重制约了东部地区经济和社会发展，所以研究我国东部地区水汽输送问题具有很重要意义。

以往对我国水汽输送特征的研究主要采用以下方法：对早期某一特定时段进行分析[1]；以近年某一个例为代表进行分析[2]；以月平均资料进行整层积分；以某一等压面的水汽输送通量为代表进行分析；使用逐日资料从地面或从1 000 hPa开始进行垂直积分，用得到的垂直积分的水汽输送资料探讨亚澳季风区或亚洲季风区水汽收支的气候特征[3-4]；资料长度仅为十几年[5]。但这些研究主要是针对我国东部夏季水汽输送的特征，而对我国东部冬季水汽输送特征的研究很少，为此，笔者利用NCEP/NCAR提供的1948～2011年全球逐月分析资料，对月平均资料进行整层积分并通过EOF方法，研究我国东部冬季水汽输送的特征。

1　资料与方法

1.1资料来源选取NCEP/NCAR提供的1948～2011年全球水平空间分辨率为2.5°×2.5°的逐月再分析资料，包括风场、比湿场标准等压面8层资料以及地面气压场资料。

1.2分析方法应用研究资料计算从地表到300 hPa厚度的整层水汽输送通量(Q)以及整层经向水汽输送通量(Qλ)、整层纬向水汽输送通量(Qφ)的大小，其具体计算方法如下：

(1)

(2)

(3)

2　结果与分析

2.1我国东部冬季气候平均的水汽输送通量

2.1.112月份。由图1a可知,20°N附近的整个区域纬向水汽输送通量均为正值区，即1948～2011年该区域12月份的水汽输送在纬向上均为西风方向的水汽输送；大值区域位于福建广州、云南和西太平洋一带，其中最大值区即异常大值区位于西太平洋一带。10°N附近的整个区域纬向水汽输送通量是负值区，即1949～2011年该区域12月份的水汽输送在纬向上为东风方向的水汽输送，小值区域位于印度洋和太平洋一带，其中最小值区即异常小值区位于太平洋一带。

由图1b可知，我国绝大部分地区和中东一带经向水汽输送通量均为正值区，即1948～2011年该区域12月份的水汽输送在经向上为南风方向的水汽输送；大值区位于广州、云南一带，其中最大值区位于广州、云南一带。 我国东部沿海南海一带和印度洋经向水汽输送通量则为负值区，即1948～2011年这一区域内12月份的水汽输送在经向上为北风方向的水汽输送，小值区位于南海和印度洋一带，其中最小值区位于南海一带。

图1　1948～2011年气候平均的12月纬向(a)和经向(b)水汽输送[单位：g/(s·m)]Fig.1　Zonal (a) and meridional (b) water vapor transport in Dec. during 1948-2011

由1948～2011年12月份气候平均的水汽输送(图2)可知，我国整体是西风方向的水汽输送，在云南、广东一带是西南方向的水汽输送，也是水汽输送异常大值区；南海和印度洋是东北方向的水汽输送，是水汽输送的大值区域。

图2　1948～2011年气候平均的12月水汽输送[单位：g/(s·m)] Fig.2　Water vapor transport in Dec. during 1948-2011

2.1.21月份。由图3a可知,20°N附近纬向水汽输送通量

均为正值区，整个中国地区纬向水汽输送通量也是正值区，表明1948～2011年这些区域1月份的水汽输送在纬向上均为西风方向的水汽输送；大值区域位于云南、福建、广州和太平洋一带，其中最大值区位于太平洋一带。10°N附近纬向水汽输送通量为负值区，即1949～2011年该区域1月份的水汽输送在纬向上为东风方向的水汽输送，小值区域位于印度洋和太平洋一带，其中最小值区位于太平洋一带。

由图3b可知，中东和我国绝大部分地区经向水汽输送通量均为正值区，即1948～2011年中东和我国东部1月份的水汽输送在经向上为南风方向的水汽输送，最大值位于云南一带。印度洋、南海、太平洋经向水汽输送通量则为负值区，即1948～2011年这一区域1月份的水汽输送在经向上为北风方向的水汽输送，小值区域位于印度洋和南海一带，最小值区域位于南海一带。

由1月份气候平均的水汽输送通量(图4)可知，我国整体是西风方向的水汽输送，在福建、广东一带是西南方向的水汽输送，是水汽输送异常大值区，南海和印度洋一带是东北方向的水汽输送，也是水汽输送大值区。

图3　1948～2011年气候平均的1月纬向(a)和经向(b)水汽输送[单位：g/(s·m) ]Fig.3　Zonal (a) and meridional (b) water vapor transport in Jan. during 1948-2011

2.1.32月份。由图5a可知,20°N以北附近纬向水汽输送通量均为正值区，整个中国地区纬向水汽输送通量均为正值区，即1948～2011年该区域2月份的水汽输送在纬向上均为西风方向的水汽输送；大值区位于云南、福建、广州和太平洋一带，其中最大值区位于太平洋一带。10°N附近纬向水汽输送通量为负值区，即1949～2011年该区域2月份的水汽输送在纬向上为东风方向的水汽输送；小值区域位于印度洋、太平洋和南海一带，其中最小值区位于太平洋一带。

由图5b可知，中东和我国绝大部分地区经向水汽通量均为正值区，即1948～2011年中东和我国东部2月份的水汽输送在经向上为南风方向的水汽输送，最大值区位于云南一带。印度洋南海太平洋经向水汽通量则为负值区，即这一区域内1948～2011年2月份的水汽输送在经向上为北风方向的水汽输送；小值区域位于印度洋和南海一带，最小值区域位于南海一带。

图4　1948～2011年气候平均的1月水汽输送[单位：g/(s·m)]Fig.4　Water vapor transport in Jan. during 1948-2011

由2月份气候平均的水汽输送通量(图6)可知，我国整体是西风方向的水汽输送，在福建、广东一带是西南方向的水汽输送，是水汽输送异常大值区，南海和印度洋一带是东北方向的水汽输送，也是水汽输送大值区。

2.2我国东部水汽输送年代际异常对经向、纬向水汽输送异常场进行EOF分析，分别得到12、1、2月份水汽输送的前3个时间和空间模态。

2.2.112月份。

2.2.1.1第1模态。从图7b可以看出，1980年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，其中1982～2004年为时间系数正值区，1956～1981年为时间系数负值区；正值区中，1988～1995年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1963～1967年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图7a可知，我国东部沿海有水汽输送异常发生，1982～2004年水汽输送系数为正的时间段内，105°E以东水汽输送方向为东南风方向的平流输送，105°E以西水汽输送方向为东北风方向的平流输送，北方地区水汽输送方向为偏北风方向的平流输送；对于1956～1981年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

图5　1948～2011年气候平均的2月纬向(a)和经向(b)水汽输送[单位：g/(s·m) ]Fig.5　Zonal (a) and meridional (b) water vapor transport in Feb. during 1948-2011

图6　1948～2011年2月气候平均的水汽输送[单位：g/(s·m) ]Fig.6　Water vapor transport in Feb. during 1948-2011

2.2.1.2第2模态。从图8b可以看出，水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点在1960和1977年，水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点在1972和1992年，其中1972～1977和1992～2006年为时间系数正值区，1961～1972和1976～1991年为时间系数负值区；正值区中，1972～1978和1993～2001年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1982～1985、1967～1970年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图8a可知，输送异常主要发生在中部地区；在1972～1977和1992～2006年水汽输送系数为正的时间段内，110°E以东水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，西北地区水汽输送方向为西北风方向的平流输送；在1961～1972和1976～1991年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

图7　12月份水汽输送EOF分析第1空间模态(a)和时间序列(b) Fig.7　Water vapor transport EOF analysis first space mode(a) and time sequence(b) in Dec.

图8　12月份水汽输送EOF分析第2空间模态(a)和时间序列(b) Fig.8　Water vapor transport EOF analysis second space mode(a) and time sequence(b) in Dec.

2.2.1.3第3模态。从图9b可以看出，1961年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点在1979年，其中1962～1978年为时间系数正值区，1953～1960和1980～2009年为时间系数负值区；正值区中，1966～1971年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1985～1990年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图9a可知，水汽输送异常主要发生在福建、广州和我国东北一带；在1982～2004年水汽输送系数为正的时间段内，105°E以东水汽输送方向为西南风方向的平流输送，105°E以西水汽输送方向为北风方向的平流输送；1953～1960和1980～2009年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

图9　12月份水汽输送EOF分析第3空间模态(a)和时间序列(b)Fig.9　Water vapor transport EOF analysis of the third space mode(a) and time sequence(b) in Dec.

2.2.21月份。

2.2.2.1第1模态。从图10b可以看出，1980年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，1968和1986年为水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点，其中1953～1968和1982～1986年为时间系数正值区，1969～1979和1987～2007年为时间系数负值区；正值区中，1958～1966年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1976～1979和1990～1995年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图10a可知，水汽输送异常主要发生在东部地区；在1953～1968和1982～1986年水汽输送系数为正的时间段内，105°E以东水汽输送方向为东北风方向的平流输送，105°E以西水汽输送方向为西南风方向的平流输送，北方地区水汽输送方向为偏西风方向的平流输送；对于1969～1979和1987～2007年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

2.2.2.2第2模态。从图11b可以看出，1984年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，1956和1996年为水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点，其中1952～1955和1985～1995年为时间系数正值区，1957～1981和1997～2004年为时间系数负值区；正值区中，1990～1993年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1970～1974年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图11a可知，在1952～1955和1985～1995年水汽输送系数为正的时间段内，90°E以东水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，西南地区水汽输送方向为西北风方向的平流输送；对于1957～1981和1997～2004年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

图10　1月份水汽输送EOF分析第1空间模态(a)和时间序列(b)Fig.10　Water vapor transport EOF analysis first space mode(a) and time sequence(b) in Jan.

图11　1月份水汽输送EOF分析第2空间模态(a)和时间序列(b)Fig.11 Water vapor transport EOF analysis second space mode(a) and time sequence(b) in Jan.

2.2.2.3第3模态。从图12b可以看出，1960、1966、1992、2005年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，1956、1977、1963、1997年为水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点，其中1953～1955、1961～1963、1967～1977、1993～1997、2006～2008年为时间系数正值区，1957～1965、1978～1991和1998～2004年为时间系数负值区；正值区中，1954～1956、1971～1975、1994～1996年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1982～1987年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图12a可知，在1953～1955、1961～1963、1967～1977、1993～1997、2006～2008年水汽输送系数为正的时间段内，东南地区水汽输送方向为西南风方向的平流输送，北部地区水汽输送方向为偏北风方向的平流输送，95°E以西水汽输送方向为偏南风方向的平流输送。对于1957～1960和1978～1991年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

2.2.32月份。

2.2.3.1第1模态。从图13b可以看出，1991年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，1958年为水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点，其中1992～2009年为时间系数正值区，1959～1990年为时间系数负值区；正值区中，2000～2003年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1971～1974年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图13a可知，其中1992～2009年时间系数为正的时间段内，120°E以东水汽输送方向为东南风方向的平流输送，120°E以西水汽输送方向为东北风方向的平流输送，北方地区水汽输送方向为偏北风方向的平流输送；对于1959～1990年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

2.2.3.2第2模态。从图14b可以看出，1955、1966、1986、2006年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，1958、1978、1991年为水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点，其中1956～1957、1967～1977、1986～1990年为时间系数正值区，1959～1965、1979～1985、1992～2005年为时间系数负值区。正值区中，1971～1975年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1996～2001年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图14a可知，在1956～1957、1967～1977、1986～1990年水汽输送系数为正的时间段内，105°E以东水汽输送方向为西南风方向的平流输送，105°E以西水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，北方地区水汽输送是偏北风方向的平流输送；对于1959～1965、1979～1985、1992～2005年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

图12　1月份水汽输送EOF分析第3空间模态(a)和时间序列(b)Fig.12　Water vapor transport EOF analysis third space mode(a) and time sequence(b) in Jan.

2.2.3.3第3模态。从图15b可以看出，1965年为水汽输送时间系数显著的“负转正”的转折点，1959、1976年为水汽输送时间系数显著的“正转负”的转折点，其中1953～1958、1966～1975年为时间系数正值区，1959～1964、1976～2007年为时间系数负值区；正值区中，1954～1955、1966～1968年时间系数较大，说明在这一时间段内特征向量模态更加显著；负值区中，1994～1996年时间系数绝对值较大，说明在这一时间段内此模态的反位相显著。结合图15a可知，在1953～1958和1966～1975年水汽输送系数为正的时间段内，95°E以西水汽输送方向为西南风方向的平流输送，95°E以东水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，北方地区水汽输送方向为偏北风方向的平流输送；对于1959～1964和1976～2007年水汽输送系数为负的时间段内，水汽输送的方向则正好相反。

图14　2月份水汽输送EOF分析第2空间模态(a)和时间序列(b)Fig.14　Water vapor transport EOF analysis second space mode(a) and time sequence(b) in Feb.

图15　2月份水汽输送EOF分析第3空间模态(a)和时间序列(b)Fig.15　Water vapor transport EOF analysis third space mode(a) and time sequence(b) in Feb.

3　结论

(1)1948～2011年我国东部冬季水汽输送通量气候态：20°N附近12月份的水汽输送在纬向上均为西风方向的水汽输送，其中最大值区即异常大值区位于西太平洋一带；在10°N附近的整个区域在12月份的水汽输送在纬向上为东风方向的水汽输送，其中最大值区位于太平洋一带。中东和我国绝大部分地区12月份的水汽输送在经向上为南风方向的水汽输送，其中最大值区位于广州、云南一带；我国东部沿海南海一带和印度洋12月份的水汽输送在经向上为北风方向的水汽输送，其中最大值区位于南海一带。20°N附近和整个中国地区1月份的水汽输送在纬向上均为西风方向的水汽输送，其中最大值区位于太平洋一带；在10°N附近1月份的水汽输送在纬向上为东风方向的水汽输送，其中最大值区位于太平洋一带。中东和我国绝大部分地区1月份的水汽输送在经向上为南风方向的水汽输送，最大值区位于云南一带。印度洋、南海、太平洋1月份的水汽输送在经向上为北风方向的水汽输送，最大值区位于南海一带。 2月份水汽输送经纬向分布趋势与12、1月相似。

(2)我国东部水汽输送异常时空分布：12月份第1空间模态在105°E以东水汽输送方向为东南风方向的平流输送，在105°E以西水汽输送方向为东北风方向的平流输送，北方地区的水汽输送方向为偏北风方向的平流输送；第2空间模态在110°E以东水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，西北地区水汽输送方向为西北风方向的平流输送；第3空间模态在105°E以东水汽输送方向为西南风方向的平流输送，105°E以西水汽输送方向为北风方向的平流输送。1月份第1空间模态在105°E以东水汽输送方向为东北风方向的平流输送，105°E以西水汽输送方向为西南风方向的平流输送，北方地区水汽输送方向为偏西风方向的平流输送；第2空间模态在90°E以东水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，西南地区水输送方向为西北风方向的平流输送；第3空间模态在东南地区水汽输送方向为西南风方向的平流输送，北部地区水汽输送方向为偏北风方向的平流输送，95°E以西水汽输送方向为偏南风方向的平流输送。2月份第1空间模态在120°E以东水汽输送方向为东南风方向的平流输送，120°E以西水汽输送方向为东北风方向的平流输送，北方地区水汽输送方向为偏北风方向的平流输送；第2空间模态在105°E以东水汽输送方向为西南风方向的平流输送，105°E以西水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，北方地区水汽输送方向为偏北风方向的平流输送；第3空间模态在95°E以西水汽输送方向为西南风方向的平流输送，95°E以东水汽输送方向为偏南风方向的平流输送，北方地区水输送方向为偏北风方向的平流输送。前3个模态时间序列表明我国东部水汽输送存在明显的年际、年代际变化。

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Inter-decadal Variation of Water Vapor Transport over Eastern China in Winter

Ciren Langjie

(Observatory of Tibet Autonomous Region Meteorological Bureau, Lhasa, Tibet 850000)

Using global monthly data during 1948-2011 provided by NCEP-NCAR, monthly average data was accumulated, through EOF method, characteristics of water vapor transport over eastern China in winter were studied. The results showed that water vapor transport in Dec., Jan., Feb. is always west wind, abnormal large value area is located in the Pacific Area; The meridional water vapor transport in eastern China in winter is always south wind, abnormal large value area is located in Yunnan. In the first space mode, water vapor transfer is always southeast wind and northeast wind in Dec. and Jan. respectively in east of 105°E, water vapor transfer is always southeast wind in Feb. in east of 120°E; in the second space mode, water vapor transfer in east of 110°E in Dec. and east of 90°E in Jan. is always south wind, water vapor transfer in east of 105°E in Feb. is always southwest wind; in the third space mode, water vapor transfer in east of 105°E in Dec. is southwest wind, water vapor transfer in Jan. in southeast region is southwest wind, water vapor transfer in east of 95°E in Feb. is south wind. The first 3 modal time series showed that the water vapor transport over Eastern China has obvious inter-decadall and inter-annual variation.

Water vapor transport; Inter-decadal variation; Eastern China

次仁朗杰(1990- )，男，藏族，西藏拉萨人，助理工程师，从事天气预报研究。

2016-04-22

S 165

A

0517-6611(2016)18-180-07