全球各主要季风区湿季和干季降雨变化趋势、变率和偏度特征的对比

骆鉴洲 翁锦文 骆蔚健 王磊

摘要 对比了1979—2020年全球8个主要季风区湿季和干季降雨的长期变化趋势、变率和偏度特征。主要结果如下：（1）在长期变化趋势方面，东亚、西北太平洋和北非季风的湿季降雨以及印度季风的干季降雨呈现显著的增加趋势，而北美和南美季风的干季降雨和南美季风的湿季降雨呈现显著的下降趋势。东亚和北非季风（南美季风）的湿季—干季降雨差值呈现显著的增加（下降）趋势。（2）在变率方面，北美和北非季风湿季和干季降雨的方差在2000—2020年（P2时期）要小于1979—1999年（P1时期）；南非和澳洲季风湿季和干季降雨的方差在P2时期要大于P1时期；东亚、西北太平洋和南美季风降雨方差的变化在湿季和干季存在不一致性，湿季（干季）降雨的方差在P2时期增加（减小）。（3）在偏度方面，东亚、印度、澳洲和南非季风干季降雨和东亚季风湿季降雨的偏度值在P2时期增加；而西北太平洋季风干季降雨和北非季风湿季降雨的偏度值在P2时期减小。

关键词 全球季风；季风降雨；变化趋势；偏度；方差

中图分类号：P467 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）04–0129-03

全球各主要季风区湿季和干季降雨的变异与农业生产活动息息相关。全球季风区降雨的变异受到了广泛关注[1-7]。围绕全球季风降雨变异的特征、机制和预报等方面的研究具有重要的现实与科学意义。

全球包括多个不同的季风区，这些不同季风区降雨的变异主周期，以及与El Ni?o-Southern Oscillation （ENSO）之间的关系等方面均存在区域差异性[8-9]。本研究将对比全球各主要季风区湿季和干季降雨在长期变化趋势、变率和偏度特征等方面可能存在的区域差异。

1 数据和方法

本研究使用的降雨数据来自全球GPCP降水数据[10]，数据的时间范围为1979—2020年。

根据Wang等[11]利用干季降水与湿季降水的差值定义季风区。根据Yim等[12]的区域选取方法，将全球季风划分为8个主要的子区域，包括西北太平洋季风区、东亚季风区、印度季风区、北美季风区、北非季风区、南美季风区、澳洲季风区和南非季风区。季风的湿季选取的季节为：5—9月（北半球）和11—翌年3月（南半球）；干季选取的季节为：11—翌年3月（北半球）和5—9月（南半球）。

利用公式（1）计算时间序列的偏度：

其中，n表示数据长度，表示第i个数据，x表示数据的平均值。

运用M-K趋势检验方法检验时间序列线性变化趋势的显著性。

2 结果与分析

首先，对比了全球8个主要季风区湿季和干季降雨的长期变化趋势（图1）。在湿季降雨方面，东亚季风、西北太平洋季风和北非季风的湿季降雨呈现显著的增加趋势，南美季风的湿季降雨则呈现显著的下降趋势。在干季降雨方面，印度季风的干季降雨呈现显著的增加趋势，而北美季风和南美季风干季降雨呈现显著的下降趋势。在湿干季降雨差值（定义为湿季降雨减干季降雨）方面，东亚季风和北非季风的湿季—干季降雨差值呈现显著的增加趋势，而南美季风的湿季—干季降雨差值则呈现显著的下降趋势。这表明，东亚和北非季风降雨在湿季和干季的差异性有加强的趋势（可能主要受到湿季降雨增加的影响），而南美季风降雨在湿季和干季的差异性呈减弱的趋势（可能主要受到湿季降雨减少的影响）。

图2对比了全球8个主要季风区湿季和干季降雨的变率特征（利用标准方差表示）。总体来看，所有季风区湿季降雨的方差值都要大于干季降雨的方差值[13]。考虑到ENSO在2000年发生了显著的年代际变异，选取了2000年前后的2个时期：P1（1979—1999年）和P2（2000—2020年）。在湿季降雨方面（图2a），东亚、西北太平洋、澳洲、南非和南美季风的降雨方差在P2时期大于P1时期，北美和北非季风的降雨方差在P2时期小于P1时期，而印度季风2个时期的方差基本相同。

在干季降雨方面（图2b），东亚、西北太平洋、北美、北非和南美季风的降雨方差在P1时期大于P2时期；印度、澳洲和南非季风的方差在P1时期小于P2时期。考虑到ENSO（Ni?o3.4指数）的方差在2000年以后有减小的趋势，北美和北非季风湿季和干季的降雨在P2时期的方差都要小于P1时期，这与Ni?o3.4指数方差的变化趋势是一致的。

进一步对比了全球8个主要季风区湿季和干季降雨的偏度特征。在湿季降雨方面（图3a），东亚季风的湿季降雨偏度在P2时期大于P1时期，而北非季风的偏度在P2时期小于P1时期；西北太平洋、北美、印度、澳洲、南非和南美季风区均呈现出由P1时期的负偏度转变为P2时期的正偏度的变化特征。在干季降雨方面（图3b），东亚、印度、澳洲和南非季风区的干季降雨偏度在P2时期大于P1时期，西北太平洋季风的干季降雨偏度在P2时期小于P1时期，而北非季风两个时期的偏度值基本相同。ENSO（Nino3.4指数）的偏度在2000年以后有正偏度值增加的趋势，东亚、印度、澳洲和南非季风干季降雨和东亚季风湿季降雨的偏度存在与Ni?o3.4指数偏度的整体变化趋势比较一致。

3 结论

对比了1979—2020年全球8个主要季风区湿季和干季降雨的长期变化趋势、变率和偏度特征。分析结果如下：

（1）在长期变化趋势方面，东亚、西北太平洋和北非季风的湿季降雨，以及印度季风的干季降雨呈现显著的增加趋势，而北美和南美季风的干季降雨，以及南美季风的湿季降雨呈现显著减少趋势，其他季风的干季和湿季降雨的长期变化趋势不显著。东亚和北非季风的湿季—干季降雨差值呈现显著的增加趋势，而南美季风的湿季—干季降雨差值则呈现显著的减少趨势。

（2）在变率方面，全球各主要季风区的湿季降雨的方差都要大于干季降雨。北美和北非季风湿季和干季的降雨在2000—2020年（P2时期）的方差要小于1979—1999年（P1时期）的，这与Ni?o3.4指数方差的变化趋势相一致；南非和澳洲季风湿季和干季降雨的方差在P2时期要大于P1时期的；东亚、西北太平洋和南美季风降雨的方差变化在湿季和干季存在不一致性，湿季降雨的方差在P2时期增加，而干季降雨的方差在P2时期减小。

（3）在偏度方面，东亚、印度、澳洲和南非季风的干季降雨和东亚季风湿季降雨偏度值在P2时期大于P1时期，这与Ni?o3.4指数的偏度变化趋势一致；西北太平洋季风干季降雨和北非季风湿季降雨的偏度值在P2时期小于P1时期；北美和南美季风干季降雨，以及大部分季风（除北非和东亚季风以外）湿季降雨的偏度值都呈现出从P1时期的负偏度转变为P2时期的正偏度的变化特征。

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责任编辑：黄艳飞

Abstract In this study， the long-term trends， variability and skewness characteristics for rainfall in wet and dry seasons in eight global major monsoon regions from 1979 to 2020 were compared. The main results were as follows： （1） The wet-season precipitation of the East Asian， Northwest Pacific and North African monsoons and the dry-season precipitation of the Indian monsoon showed a significant increasing trend， while the dry-season precipitation of the North American and South American monsoons and wet-season precipitation of the South American monsoon displayed a significant downward trend. The rainfall difference between the wet season and the dry season showed a significant increasing （decreasing） trend for the East Asian and North African monsoons （the South American monsoon）. （2） The rainfall variances in the wet and dry seasons in 2000—2020 （P2 period） were smaller than those in 1979—1999 （P1 period） for the North American and North African monsoons. The rainfall variances in the wet and dry seasons in P2 period were larger for the South African and Australian monsoons. The rainfall variances of the East Asian， Northwest Pacific and South American monsoons were inconsistent between the wet season and the dry season， which were increased （decreased） for the wet-season （dry-season） rainfall during P2 period. （3） The rainfall skewness was increased in P2 period for the dry-season precipitation in East Asian， Indian， Australian and South African monsoons and the wet-season precipitation in the East Asian monsoon， but decreased for the dry-season precipitation in the Northwest Pacific monsoon and the wet-season precipitation in the North African monsoon.

Key words Global Monsoon; Monsoonal rainfall; Trend; Skewness; Variance

基金項目 国家自然科学基金项目（41776031）；国家重点研发计划项目（2018YFC1506903）；广东省普通高校创新团队项目（2019KCXTF021）；广东海洋大学博士启动科研基金项目（R17051）。

作者简介 骆鉴洲（2000—），男，广东清远人， 主要从事海气相互作用与气候变化研究，*通信作者：王磊（1979—），男，教授，主要从事海气相互作用与气候变化研究，E-mail：wanglei@gdou.edu.cn。