热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系

第 34 卷第 3 期 大 气 科 学 学 报 Vol． 34 No． 3 2011 年 6 月 Transactions of Atmospheric Sciences Jun． 2011 收稿日期:2010-09-08;改回日期:2010-12-23 基金项目:公益性行业(气象)科研专项(GYHY(QX)201006038) ;国家重点基础研究发展计划项目(2010CB951601) ;国家科技支撑计划 项目(2007BAC29B02) 作者简介:李丽平(1971—) ，女，山西寿阳人，博士，副教授，研究方向为区域气候和海陆气相互作用、低频振荡，liliping@ nuist． edu． cn． 李丽平，王超，章开美． 2011．热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系［J］．大气科学学报，34(3) :269-280． Li Li-ping，Wang Chao，Zhang Kai-mei． 2011． Interannual anomaly of the tropical Pacific sea surface height and its relationship with summer precipitation in China［J］． Trans Atmos Sci，34(3) :269-280． 热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系 李丽平1，2，王超1，2，章开美1，2 (南京信息工程大学 1．气象灾害省部共建教育部重点实验室;2．大气科学学院，江苏 南京 210044) 摘要:利用 1980—2009 年共 30 a的 NCEP逐月 GODAS海平面高度(sea surface height，SSH)和中国 160 站降水，系统分析了热带太平洋海平面高度季节变化及年际异常特征，初步探讨了海平面 高度年际异常与中国夏季降水年际异常之间的相关关系。结果明:1)热带太平洋海平面高度气 候场总体呈“V”型分布，西高东低、西北部高于西南部;西北部高值区稳定少动，春夏季大于 0. 8 m 的范围较秋冬季略有扩大;西南部高值区春季范围最大且偏北，夏季最小且偏南;赤道区域海平面 高度春秋季高于冬夏季。2)多年平均而言，热带西太平洋、西南太平洋的海平面高度年际异常最 强，且冬春季较夏秋季更强，赤道中东太平洋年际异常也较大，且秋冬季异常强度和范围都更大， 秋、冬和春季海平面高度年际异常与 ENSO事件关系密切。3)当冬季发生 ENSO事件，可利用热带 太平洋海平面高度异常与中国夏季降水异常之间的同期相关关系，预测次年(ENSO 事件衰减年) 夏季江南地区特别是洞庭湖和鄱阳湖流域、青藏高原东部、江淮流域、内蒙东部降水可能偏多，黄河 中下游流域的河套、华北地区以及华南则降水偏少。 关键词:海平面高度;年际异常;热带太平洋;中国夏季降水 中图分类号:P461 文献标识码:A 文章编号:1674-7097(2011)03-0269-12 Interannual anomaly of the tropical Pacific sea surface height and its relationship with summer precipitation in China LI Li-ping1，2，WANG Chao1，2，ZHANG Kai-mei1，2 (1． Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education; 2． School of Atmospheric Sciences，NUIST，Nanjing 210044，China) Abstract:By using NCEP GODAS monthly sea surface height(SSH)and 160-station monthly precipitati- on data in China，the seasonal and interannual characteristics of SSH are analyzed over the tropical Pacif- ic，along with the correlation relationships between SSH and summer rainfall discussed． The results show that:1)The tropical Pacific SSH takes on“V”pattern in the climatic field on the whole，it is higher in the western part than in the eastern part，and higher in the northwest part than in the southwestern part． The high value area is more stable in the northwest，the value(greater than 0. 8 m)range is larger in spring and summer than in autumn and winter． The high value area in the southwestern part is largest (smallest)and northerly(southerly)in spring(summer)． The SSH is higher in spring and autumn than in summer and winter over the equatorial zone． 2)The SSH interannual anomalies are strongest over the trop- ical western and southwest Pacific，and stronger in winter and spring than in summer and au- tumn． The interannual anomalies are also strong over the equatorial middle and eastern Pacific， which are stronger in the autumn and winter and are unusual of the greater intensity and scope． There is closely relationship between the SSH interannual anomaly and ENSO events in the autumn，winter and spring． 3)When ENSO event takes place in the winter，according to the simultaneous relationship between the tropic Pacific SSH and the summer precipitation of China，it can be predicted that the precipitation will significantly be more than normal value over the south of the Yangtze River，especially Dongting Lake and Poyang Lake region，eastern Qinghai-Tibet Plateau，Yangtze-Huai River Valley，eastern part of Nei- men，while less than normal over the He Tao area，the North China and the South China in the coming year summer． Key words:sea surface height;interannual anomalies;tropical Pacific Ocean;summer rainfall of China 0 引言 海平面变化是物理海洋和大气科学研究中的一 个重要科学问题。海平面作为海洋与大气的交界 面，是上层海水特征和海洋环流的重要指示，非常灵 敏地响应着气候的变化(颜梅等，2008)。海平面的 变化对海洋、大气系统以及人类的生产生活都有着 重要影响。近年来，随着人类活动对海洋、大气系统 影响的迅速扩大，温室效应加剧，导致海平面加速上 升，给人类生存环境造成巨大威胁，使海平面变化成 为社会关注的焦点问题。海平面高度的变化分为全 球的和区域的变化。影响全球绝对海平面变化的主 要因素可概括为两个方面(Stewart et al．，1998) :一 是全球海水质量的变化，主要包括冰 /雪的溶化和累 积、降水、蒸发、表层径流与大气和陆地之间的水质 量交换，由此引起的海平面变化(升降)与气候紧密 相关;二是由海水的密度变化引起的海平面变化，包 括温度和盐度的变化，称之为比容效应。相对于全 球平均海平面而言，区域性或地方性的海平面变化 却又存在着很大的不同。热带太平洋作为全球海气 相互作用信号强的海域，其上层变化在全球气候变 化中扮演着十分重要的角色(胡瑞金和刘秦玉， 2002)。太平洋海平面变化受其特有的地理环境、 海气相互作用、全球变暖大背景等因素的影响，表现 出特殊的规律和特征。近年来中外学者利用验潮站 资料、卫星高度计资料对海平面长期变化趋势进行 了深入研究(Church et al．，2001;申辉等，2003; Cazenave and Nerem，2004;Antonov et al．，2005;Lom- bard et al．，2005) ，发现太平洋海平面在过去十几到 几十年间总体呈上升趋势，近十几年还有加速上升 的现象，海平面长期变化趋势有显著的区域性分布 特征 (Cabanes et al．，2001)。Han and Webster (2002)、Smith(2000)、Yoshi et al．(2008)研究表明， 热带太平洋海平面存在显著的年际和年代际变化， 而 ENSO和 PDO 是海平面年际和年代际变化的重 要影响因素(Tiwaria et al．，2004)。董晓军和黄王 成(2005)、顾小丽和李培良(2009)研究均表明 EN- SO对太平洋地区海平面年际变化有显著影响。胡 瑞金和刘秦玉(2002)利用热带太平洋卫星高度计 资料，对热带太平洋海平面高度不同时间尺度时— 空变化特征进行了研究。刘秦玉和王启(1999)揭 示了热带太平洋海平面高度季节内振荡的空间分布 特征。李淑江等(2008)采用 SODA 海平面高度数 据研究热带太平洋海域的年代际变化特征。 综上可见，自从有了卫星遥感观测以来，关于热 带太平洋海平面高度已有系列研究成果，但大多研 究所用资料序列长度较短，且主要针对海平面高度 本身进行研究。Daniel and Thomson(2000)、Wu et al．(2003)、Albert and Arthur(2006)的研究已表明， 太平洋地区的气候演变有明显年际特征，这种年际 变率与 ENSO 相关(莫如平，1989;李崇银等，2002; 荣增瑞等，2008)。ENSO型海温异常与大气环流异 常对东亚季风和中国降水方面影响的研究已有许多 (林学椿和于淑秋，1993;杨修群等，2004;杨霞等， 2007;朱益民等，2007)。那么与 ENSO 关系密切的 热带太平洋海平面高度年际异常与中国夏季降水又 有着怎样的联系，是一个值得研究的问题。本文即 是利用近 30 a的 NCEP月 GODAS 的平均海平面高 度资料，系统分析热带太平洋海平面高度年际异常 时空特征，在此基础上进一步探究其与中国东部夏 季降水之间的相关关系，以期为我国夏季降水的短 期气候预测提供参考信息。 1 资料及方法 本文主要采用如下资料: 1)美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction)的 GODAS(Global Ocean Data Assimilation System)逐月海平面高度格点资 料，覆盖时段为 1980 年 1 月—2009 年 12 月，水平分 072 大气科学学报 第 34 卷 辨率为 1. 0° × 0. 333°。 2)中国 160 站逐月降水资料，覆盖时段 1951 年 1 月—2009 年 12 月。本文截取时段为 1980 年 1 月—2009 年 12 月。 为突出要素的年际变化特征，采用谐波分析方 法将各个季节海平面高度中周期大于等于 10 a 的 波滤除，保留周期小于 10 a的波动成分。 文中季节平均针对北半球而言，冬季为 12 月— 次年 2 月 3 个月的平均，春季为 3—5 月 3 个月的平 均，夏季为 6—8 月 3 个月的平均，秋季为 9—11 月 3 个月的平均。取(120° E ～ 180° ～ 60° W、20° S ～ 20°N)的范围作为要研究的热带太平洋海域。 另外，采用了经验正交函数(EOF)及相关分析 方法。 2 热带太平洋海平面高度气候特征 图 1 给出了 4 个季节热带太平洋海平面高度多 年平均。可见，热带太平洋海平面高度季节变化范 围大致在 0 ～ 1. 0 m之间。春季海平面高度(图 1a) 高值区(＞ 0. 6 m)位于 10°N 以北、120°E ～ 180° ～ 160°W 的热带西北太平洋海域以及 5° N 以南的 145°E ～ 180° ～ 150°W 热带西南太平洋海域。热带 太平洋东部海平面高度较西部偏低，约为 0. 2 m。 夏季海平面高度(图 1b)同春季相比，区别主要是热 带太平洋西南部的高值区范围(＞ 0. 6 m)明显向南 收缩;秋季海平面高度在位于赤道附近、西南太平洋 的高值区较春季的分别向东扩展、向西收缩。冬季 海平面高度特征与秋季分布则非常类似，但赤道到 10°N 之间海平面高度为四季中最低。申辉等 (2003)曾指出，南半球平均海平面 3 月达最高值，9 月达最低值，这与本文季节平均的研究结果相近。 综上所述，热带太平洋海平面高度总体西高东 低、西北部高于西南部，呈“V”分布。该种 V字型分 布特征是风应力异常的空间分布特征决定的。热带 太平洋海区东风异常的强度相对于赤道呈对称分 布，且从赤道向中纬度逐渐变小，由此引起开口向东 的 V字型分布的海平面倾斜(申辉等，2003)。热带 太平洋海平面高度也存在一定季节变化，西北部高 值区稳定少动，春夏季海平面高度大于 0. 8 m 范围 较秋冬季略有扩大;西南部高值区范围春季最大且 偏北，夏季最小且偏南，秋冬季介于二者之间;赤道 区域海平面高度春秋季高于冬夏季。申辉等 (2003)曾指出，海平面高度分布的这种季节变化特 征主要与太阳辐射引起的海表面温度的变化有关。 图 2 给出了各季热带太平洋海平面高度的均方 差场。由图 2 可见，春季，热带西太平洋、西南太平 洋、热带中太平洋和赤道东太平洋区域均为海平面 高度年际异常大值区，前两个区域年际异常最大。 夏季 5 ～ 15°N 的热带西太平洋、西南太平洋以及 10°N和赤道中东太平洋区域均为海平面高度年际 异常区域。秋季与夏季类似，年际异常区域范围较 夏季增大、强度也增强，特别是热带西太平洋和赤道 中东太平洋区域。冬季热带太平洋西部和东部海平 面高度异常较秋季范围更大，且西部异常强度更强。 综上可见，热带太平洋海平面高度在不同季节 年际异常显著区域和强度有明显差异。总体而言， 热带西太平洋、西南太平洋在各个季节年际异常强 度都最大，其中冬春季较夏秋季更强。赤道中东太 平洋年际异常也较大，其中秋冬季年际异常强度、范 围都更大。10°N 附近热带中东太平洋区域海平面 高度年际异常也较大。 3 热带太平洋海平面高度年际异常时 空特征 利用自然正交函数分析方法，分别对四季热带 太平洋海平面高度年际异常时空特征进行具体 分析。 3. 1 方差分析 各季海平面高度距平场 EOF分析前 10 个主要 模态的方差贡献率见表 1。从各季第 1、2 模态方差 贡献率大小可知，第 1 模态在春、秋和冬季均在 40%以上，且依次增大，夏季第 1 模态方差贡献率为 31. 6%，与其他 3 个季节相比明显减小，其第 2 模态 方差贡献率在四季中最大，说明冬季海平面高度异 表 1 四季海平面高度 EOF分析前 10 个主要模态方差贡献率 Table 1 Variance contribution ratio of EOF analysis on SSH in each season % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 春 42. 4 16. 7 10. 7 5. 5 2. 7 2. 5 2. 3 1. 9 1. 8 1. 6 夏 31. 6 23. 2 9. 6 5. 7 4. 7 3. 2 2. 7 2. 2 1. 9 1. 8 秋 54. 7 15. 5 4. 2 3. 9 3. 0 2. 7 1. 8 1. 7 1. 4 1. 4 冬 58. 4 10. 7 5. 0 3. 7 3. 1 2. 4 2. 2 2. 1 1. 5 1. 4 172第 3 期 李丽平，等:热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系 图 1 多年平均的春季(a)、夏季(b)、秋季(c)和冬季(d)热带太平洋海平面高度场(单位:m;等值 线间隔:0. 2;阴影区值大于 0. 4) Fig． 1 Climatological fields of SSH in the tropical Pacific(units:m;contour interval:0. 2;the shaded values are larger than 0. 4)in (a)spring，(b)summer，(c)autumn，and (d)winter 常结构最简单，夏季异常结构更复杂。下面主要分 析第 1 模态。 3. 2 海平面高度年际异常时空特征 纵观四季热带太平洋海平面高度距平场第 1 模 态时间序列(图 3b、4b、5b、6b)可见，秋、冬和春季时 间序列与 El Ni珘no /La Ni珘na 事件关系密切。曾有研 究指出，太平洋海平面的年际变化与 ENSO 的发生 发展关系密切(Smith，2000;Han and Webster，2002; Tiwaria et al．，2004;董晓军和黄王成，2005;Yoshi et al．，2008;顾小丽和李培良，2009)。根据 ENSO 事 件大多在秋季发展，冬季成熟，春季开始减弱，夏季 一般结束的发展规律，依次分析秋季、冬季、春季和 夏季的情况，以进一步了解热带太平洋海平面高度 年际异常特征及其与 ENSO 事件发生发展过程的 联系。 图 3 给出了秋季热带太平洋海平面高度距平场 272 大气科学学报 第 34 卷 图 2 多年的春季(a)、夏季(b)、秋季(c)和冬季(d)热带太平洋海平面高度的均方差(单位:m;等 值线间隔:0. 03;阴影区值大于 0. 06) Fig． 2 Standard deviation fields of SSH in the tropical Pacific in (a)spring，(b)summer，(c)autumn， and (d)winter(units:m;contour interval:0. 03;the shaded values are larger than 0. 06) EOF分析所得第 1 模态特征向量(图 3a)和相应时 间系数序列(图 3b)。由图 3 可见，时间系数序列显 示秋季海平面高度年际异常与 El Ni珘no /La Ni珘na 事 件关系密切，10 次 El Ni珘no 事件均与序列峰值对应， 7 次 La Ni珘na事件均与曲线谷值对应。第 1 特征向 量图中赤道中、东太平洋区域为正异常，正异常区域 偏向南半球，10°N 附近的东太平洋区域也为正异 常;热带西北、西南太平洋为负异常，负异常中心位 于西太平洋暖池区域，这些年际异常显著区域与图 2c显示的多年平均年际异常显著区域也是一致。 综合时间系数序列和特征向量可知，当 El Ni珘no(La Ni珘na)事件处于发展期时，热带西太平洋海平面高 度降低(升高) ，而热带中东太平洋及 10°N 附近的 东太平洋区域海平面高度升高(降低)。 图 4 为冬季热带太平洋海平面高度距平场 EOF 分析所得第 1 模态特征向量(图 4a)和相应时间系 372第 3 期 李丽平，等:热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系 图 3 热带太平洋秋季海平面高度距平场 EOF 分解第 1 模态的特征向量(a;单位:m;等值线间隔 0. 005)和时间系数(b;●代表 El Ni珘no 事件;○代表 La Ni珘na事件) Fig． 3 (a)The EOF first eigenvector(units:m;contour interval:0. 005)and(b)time coefficient(● indicates El Ni珘no events;○ indicates La Ni珘na events)of SSH anomalous field in the tropical Pacific in autumn 图 4 热带太平洋冬季海平面高度距平场 EOF分解第 1 模态的特征向量(a;单位:m;等值线间 隔 0. 005)和时间系数(b;●代表 El Ni珘no 事件;○代表 La Ni珘na事件) Fig． 4 (a)The EOF first eigenvector(units:m;contour interval:0. 005)and (b)time coefficient (● denotes El Ni珘no events;○ denotes La Ni珘na events)of SSH anomalous field of SSH a- nomalous field in winter over the tropical Pacific 472 大气科学学报 第 34 卷 数序列(图 4b)。由图 4 可见，9 次暖事件都与时间 序列峰值对应，8 次冷事件中有 7 次与时间序列谷 值对应。特征向量显示整个热带中、东太平洋区域 均为正异常，热带西北、西南太平洋区域为负异常， 这些年际异常显著区域与多年平均年际异常区域一 致(图 2d)。与秋季特征向量(图 3a)相比较可见， 秋季位于 10°N 附近的东太平洋区域的正异常区已 向西扩展到中太平洋区域，热带西太平洋特别是西 南太平洋负异常向东扩展。冬季一般处于 ENSO 事件成熟位相，说明 El Ni珘no(La Ni珘na)成熟位相时， 整个热带中、东太平洋区域海平面高度升高(降 低) ，热带西北、西南太平洋区域海平面高度降低 (升高)。 图 5 为春季热带太平洋海平面高度距平场 EOF 分析所得第 1 模态特征向量(图 5a)和相应时间系 数序列(图 5b)。由图 5 可见，4 次暖事件与时间序 列峰值对应，5 次冷事件与时间序列谷值对应。结 合时间系数序列和特征向量可知，El Ni珘no (La Ni珘na)事件期间海平面高度异常与冬季特征类似， 但 5°N 以北正(负)异常范围较冬季向西扩展;赤道 以南西太平洋区域负(正)异常范围向东扩展，整个 热带太平洋异常高值区与图 2a 中所示多年平均异 常区对应。春季一般 ENSO 事件开始减弱，从冬经 春到夏，海平面高度异常必然向气候态(图 1a)中的 西高、东低方向发展。 图 6 为夏季热带太平洋海平面高度距平场 EOF 分析所得第 1 模态特征向量(图 6a)和相应时间系 数序列(图 6b)。由图 6 可见，时间系数显示夏季海 平面高度也存在显著年际异常，但与 ENSO 事件基 本无关，这是因为 ENSO 信号一般在夏季已非常弱 或者消失有关，也即 ENSO 在该季节处于结束位 相。由计算可知，冬季(图 4b)和夏季(图 6b)EOF 时间系数时滞 1 a 的相关系数为 0. 7，通过了 α = 0. 01 的显著性检验，说明该模态能很好反映 ENSO 事件衰减年夏季热带太平洋海平面高度的异常情 况。结合特征向量及时间系数序列并与图 5 对比可 知，当时间系数为正时，从春到夏，5°N 以北的正异 常区域西移，导致 5°N 以北的整个热带太平洋均为 正异常，且正异常中心位于西太平洋暖池;赤道附近 及其以南负异常东移，以致整个赤道太平洋及 120°W以西区域均为负异常。注意到夏季时间系数 序列值较冬春季明显减小，也说明海平面高度异常 程度明显减弱，空间型和时间系数的发展态势，进一 步说明该季节 ENSO 事件大多很弱或者基本结束。 综上所述，秋、冬和春季海平面高度异常与 EN- SO 关系密切，暖事件期热带东太平洋海平面异常 升高，热带西北、西南太平洋海平面异常降低。从秋 经冬春到夏的暖事件发展、发生、衰减及消亡过程 中，5°N以北有正异常向西扩展，赤道及西南太平洋 的负异常区域向东扩展，夏季海平面高度异常状况 能很好反映事件减弱至即将消亡或已消亡年的海平 面高度异常状况。根据文献(Stewart et al．，1998) 中所说引起海平面高度异常的第二个原因可知，热 带太平洋海平面高度年际异常与 ENSO 事件发生 发展过程中纬向风应力异常以及海温异常有关。 El Ni珘no事件发展时期，热带西太平洋出现西风异 常、热带东太平洋偏东信风减弱，异常的西风一方面 将热带西太平洋暖水向东输送，另一方面也造成局 地海温降低，信风减弱也抑制了赤道东太平洋冷水 上翻，从而使得热带中东太平洋海温出现正异常，热 带西太平洋出现负海温异常，海水热胀(冷缩)引起 局地海平面升高(降低)的异常。 4 海平面高度异常与中国夏季降水异 常关系 文献(Daniel and Thomson，2000;Wu et al．， 2003;Albert and Arthur，2006)指出，太平洋地区海 温场的年际变率与 ENSO 相关，且对季风和降水有 重大影响(杨修群等，2004) ，上节分析表明热带太 平洋海平面高度年际异常特征也与 ENSO 关系密 切，那么其年际异常与中国夏季降水年际异常关系 如何，是个值得研究的问题。下文通过分析季节热 带太平洋海平面高度年际异常与中国夏季降水的时 滞相关关系，一方面了解二者之间的直接关系，另一 方面也间接反映 ENSO 与中国夏季降水的关系，以 寻求有预报意义的信息。为此，分别计算上年秋季、 冬季，当年春季、夏季海平面高度距平 EOF 第 1 模 态时间系数(以下简称海平面高度异常)分别与当 年夏季中国降水的时滞和同期相关系数，以了解前 期及同期海洋海平面高度变化对中国夏季降水的影 响情况。 4. 1 海平面高度异常与中国夏季降水的时滞相关 关系 图 7a—d是上一年秋季、冬季、同年春季和夏季 热带太平洋海平面高度距平 EOF 分析第 1 模态对 应的时间序列与中国夏季降水距平的时滞相关。由 图 7a、b 可见，前期秋季、冬季与中国夏季降水相关 区域分布类似，即在四川盆地、汉水流域、长江中下 572第 3 期 李丽平，等:热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系 672 大气科学学报 第 34 卷 图 7 上年秋季(a)、上年冬季(b)、同年春季(c)和同年夏季(d)海平面高度距平 EOF第 1 时间系数与中国 夏季降水距平时滞和同期相关分布(阴影通过 α = 0. 05 的显著性检验) Fig． 7 Time-lagged and simultaneous correlation coefficients between the EOF first time coefficient series of SSH anomalous field for (a)autumn and (b)winter of the previous year，(c)spring and (d)summer of the same year and the summer precipitation anomalies，respectively (the shaded areas pass the test at a signifi- cance level of α = 0. 05) 游和黄河之间以及内蒙东部、新疆北部为正相关，云 南、华南、华北以及东北三省大部为负相关，显著相 关区主要位于汉水流域、内蒙东部、云南南部及新疆 西北部;前冬在新疆北部和甘肃西北部也为正相关 显著区域。春季热带海平面高度异常与夏季降水显 著相关区域(图 7c)与前秋、冬类似，但正相关区域 略减小，且相关显著区域较前冬减少。夏季海平面 高度异常与同期夏季降水显著相关区明显增多(图 7d) ，主要位于长江中下游以南的洞庭湖、鄱阳湖流 域以及内蒙东部、新疆北部、青藏高原东部。由上一 节分析知道，夏季海平面高度异常基本能反映 EN- SO 事件衰减或消亡期的异常状况，而夏季海平面 高度异常与同期中国降水异常之间存在很好的相关， 故利用这一关系，当前期冬季发生 ENSO 事件时， 可对来年夏季中国夏季降水异常情况进行预测。 4. 2 夏季海平面高度异常与中国降水的耦合模态 为更清晰地揭示夏季热带太平洋海平面高度异 常与中国夏季降水之间的耦合关系，图 8 给出了二 者夏季奇异值分解结果，这一耦合模态基本可反映 El Ni珘no 事件衰减年夏季中国降水异常分布情况。 可见，在 El Ni珘no 事件衰减年夏季，赤道及热带西南 太平洋海平面高度为负异常，5°N 的热带太平洋北 部为正异常，相应降水场中江南地区特别是洞庭湖 和鄱阳湖流域、青藏高原东部、江淮流域、内蒙东部 降水可能偏多;黄河流域中下游的河套、华北及华南 则降水偏少。 772第 3 期 李丽平，等:热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系 图 8 热带太平洋夏季海平面高度距平(a;单位:m;等值线间隔 0. 01)与中国夏季降水距平(b;单位: mm;等值线间隔 0. 05)的 SVD 第 1 模态奇异向量及其时间系数序列(c;实线:海平面高度;虚线: 降水) Fig． 8 (a)SSH(units:m;contour interval:0. 01)and (b)precipitation(units:m;contour interval:0. 05)and (c)their time coefficient series(the solid line for SSH and the dotted line for precipitation)between the first singular vector of SSH anomalies over the tropical Pacific and rainfall anomalies in China in summer 5 结论与讨论 本文系统分析了四季热带太平洋海平面高度气 候及年际异常特征，初步探讨了海平面高度异常与 中国夏季降水异常的相关关系，主要结论如下: 1)热带太平洋海平面高度气候场总体呈开口 向东的“V”型分布，西高东低、西北部高于西南部， 这是由风应力异常空间分布决定的，但也存在一定 季节变化。西北部高值区稳定少动，春、夏季海平面 高度大于 0. 8 m 范围较秋冬季略有扩大;西南部高 值区范围春季最大且偏北，夏季最小且偏南，秋冬季 节介于二者之间。赤道区域海平面高度春秋季高于 872 大气科学学报 第 34 卷 冬夏季。海表面高度的这一季节变化特征主要与太 阳辐射引起的海表面温度变化有关。 2)不同季节热带太平洋海平面高度多年平均 年际异常显著区域和强度有明显差异。总体而言， 热带西太平洋、西南太平洋在各个季节年际异常强 度都很大，冬春季较夏秋季更强;赤道中东太平洋年 际异常也较大，且秋冬季异常强度和范围都更大。 秋、冬和春季海平面高度年际异常时空特征与 EN- SO 事件关系密切，且与 ENSO 事件发生发展过程 中纬向风应力异常以及海温异常有关。 3)热带太平洋海平面高度异常与中国夏季降 水异常之间存在密切关系，当冬季为 ENSO 事件盛 期，二者关系更密切，据此可以预测 ENSO 事件次 年夏季中国降水异常情况。ENSO 事件、海表面高 度异常、中国夏季降水异常三者之间的关系可用图 9 概括表示，即由 EOF 时间系数序列知，冬季热带 太平洋海表面高度异常与 ENSO 事件关系密切，冬 季和次年夏季 EOF 时间系数序列之间存在显著时 滞相关，相关系数达 0. 7，通过 α = 0. 01 的显著性检 验。又由 4. 2 节分析可知，夏季热带海表面高度与 同期中国降水相关关系最好，且 SVD 结果中夏季海 表面高度异常时空特征与直接对其进行 EOF 分析 所得结果很类似。故当热带太平洋区域冬季处在 ENSO 事件盛期，则可利用 ENSO 衰减年夏季海表 面高度异常与中国夏季降水异常的相关关系，预测 江南地区特别是洞庭湖和鄱阳湖流域、青藏高原东 部、江淮流域、内蒙东部降水偏多，黄河中下游的河 套、华北地区和华南则降水偏少。 图 9 ENSO 事件、海表面高度异常及中国夏季降水异常关系示意图 Fig． 9 The diagram of the relationship among ENSO events，SSH and the summer precipitation in China 值得注意的是，影响海平面高度变化的因素很 多(Stewart et al．，1998) ，海温变化只是其中一个重 要因素;影响中国夏季降水的因素也有很多。本文 只是揭示了在 ENSO 事件发生的前提下，热带海表 面高度异常与中国夏季降水异常关系可能更密切的 事实，ENSO 事件可以作为预测次年中国夏季降水 的前期信号，而次年中国夏季降水结果的预测要依 据海表面高度异常与中国夏季降水的同期相关情 况。ENSO 事件、海表面高度异常通过何种途径共 同影响中国夏季降水异常，这有待进一步深入研究。 参考文献: 董晓军，黄王成． 2005． 利用 TOPEX /POSEIDON 卫星测高资料监测 全球海平面变化［J］．测绘学报，29(3) :266-272． 顾小丽，李培良． 2009．太平洋海平面变化特征及影响因素分析［J］． 海洋学报，31(1) :28-36． 胡瑞金，刘秦玉． 2002．热带太平洋海平面高度年变化与季节内变化 特征［J］．海洋与湖沼，33(3) :303-313． 李崇银，朱锦红，孙照渤． 2002． 年代际气候变化研究［J］． 气候与环 境研究，7(2) :209-218． 李淑江，赵进平，李宜振，等． 2008． 热带太平洋海面高度年代际变化 的研究［J］．海洋科学进展，26(2) :163-170． 林学椿，于淑秋． 1993． 厄尔尼诺与我国汛期降水［J］． 气象学报，51 (4) :434-441． 刘秦玉，王启． 1999．热带太平洋海平面高度季节内振荡的空间分布 特征［J］．青岛海洋大学学报，29(4) :549-555． 莫如平． 1989．中国降水、气温的年际振荡及其与厄尔尼诺的联系 ［J］．海洋学报，11 (2) :143-149． 荣增瑞，刘玉光，陈满春，等． 2008． 全球和南海海平面变化及其与厄 尔尼诺的关系［J］．海洋通报，27 (1) :1-8． 申辉，郭佩芳，钱成春，等． 2003. 1993—2001 年全球海面高度变化特 征［J］．海洋与湖沼，34(2) :169-178． 颜梅，左军成，傅深波，等． 2008．全球及中国海海平面变化研究进展 ［J］．海洋环境科学，27(2) :197-200． 杨霞，管兆勇，朱保林． 2007． IOD 对 ENSO 影响中国夏季降水和气温 的干扰作用［J］．南京气象学院学报，30(2) :170-177． 杨修群，朱益民，谢倩，等． 2004．太平洋年代际振荡的研究进展［J］． 大气科学，28(6) :1-5． 朱益民，杨修群，陈晓颖，等． 2007． ENSO 与中国夏季年际气候异常 关系的年代际变化［J］．热带气象学报，23(2) :105-116． Albert M M，Arthur J M． 2006． Interdecadal variability and climate change in the eastern tropical Pacific:A review［J］． Progress in O- ceanography，69:267-284． Antonov J，Levitus S，Boyer T P． 2005． Thermosteric sea level rise: 1955—2003 ［ J］． Geophys Res Lett， 32， L12602， doi: 101. 1029 /2005GL023112． Cabanes C，Cazenave A，Leprovost C． 2001． Sea level rise during past 40 years determined from satellite and in situ observations［J］． Sci- ence，294(5543) :840-842． Cazenave A，Nerem R S． 2004． Present-day sea level change:Observations and causes ［ J ］． Rev Geophys， 42， RG3001， doi: 10. 1029 /2003RG000139． Church J A，Gregory J M，Huybrechts P，et al． 2001． Changes in sea lev- el［R］∥ Climate Change the Scientific Basis:Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergov- 972第 3 期 李丽平，等:热带太平洋海平面高度年际异常及其与中国夏季降水的关系 ernmental Panel on Climate Change． Cambridge:Cambridge Univ Press． Daniel M W，Thomson R E． 2000． Interannualto multidecadal timescale climate variations in the northeast Pacific［J］． J Climatol，13(18) : 3209-3221． Han W，Webster P J． 2002． Forcing mechanisms of sea-level interannual variability in the Bay of Bengal［J］． J Phys Oceanogr，32(1) :216- 239． Lombard A，Cazenave A，Letraon P Y，et al． 2005． Contribution of ther- mal expansion to present-day sea level rise revisited［J］． Global Planet Change，47:1-16． Smith T M． 2000． Tropical Pacific sea level variations (1948—1998) ［J］． J Climate，13(15) :2757-2769． Stewart R W，Bornhold B D，Dragerth，et al． 1998． Relative sea-level change［C］∥The Sea． New York:191-211． Tiwaria V M，Cababnesb C，Dominhb K，et al． 2004． Correlation of in- terannual sea level variations in the Indian Ocean from Topex /Po- seidon altimetry，temperature data and tide gauges with ENSO［J］． Global and Planetary Change，43:183-196． Wu L，Liu Z，Gallimore R，et al． 2003． Pacific decadal variability:The tropical Pacific mode and the North Pacific mode［J］． J Climatol， 16(8) :1101-1120． Yoshi N S，Shoshiro M，Niklas S，et al． 2008． Decadal sea level variabil- ity in the south Pacific in a global eddy:Resolving ocean model hindcast［J］． J Phys Oceanogr，38(8) :1731-1746． (责任编辑:刘菲) 082 大气科学学报 第 34 卷