秋季丝路型对中国西南秋季降水和温度的影响

收稿日期：2023-11-18

作者简介：陈晓玲（1996—），女，云南广南人，助理工程师，研究方向为大气科学。

摘 要：近年来，我国西南地区低温严寒、暴风雪、干旱等极端天气时有发生，最为突出的是2008年我国西南地区遭受历史罕见的持续大范围低温雨雪冰雹冰冻灾害和2009—2012年的特大干旱灾害。低温雨雪灾害造成了巨大的经济损失，长时间的低温雨雪霜冻造成农作物大量减收，甚至绝收、林木严重受损、交通主干线受阻等，严重影响了群众的生产生活。然而，我国西南地区的气候异常与大气环流异常密不可分，且与其他区域的气候和大气环流异常相互联系，这些联系又被称为遥相关，因此研究遥相关尤其是北半球的遥相关对我国农民生产生活具有十分重要的意义。

关键词：秋季丝路型；中国西南；秋季降水；温度

中图分类号：P461 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）03–0-03

中国西南地区（21°～34°N，97°～111°E），包含四川省、贵州省、云南省、西藏自治区、重庆直辖市。西南地区地形结构复杂，主要以高原、山地为主，四川盆地、云南高原、贵州高原等地区气候各具特色。四川盆地气温东高西低，南高北低，盆底高而边缘低，等温线分布呈现同心圆状，霜雪少见，相当于中国南岭以南的亚热带气候，终年温湿，多云雾，日照少，冬暖夏热，多秋雨夜雨，降水十分充沛，但冬干、春旱、夏涝、秋绵雨，年内分配不均，具有由东南向西北的空间变化[1]。贵州高原为高原型亚热带气候，冬无严寒，夏无酷暑，气候冬冷夏温，多阴雨，少日照，年降水量多，由西北往东南递增，高原上气候要素一般有自南、东而向北、西的空间变化特点。气候以干湿分明、四季如春以及垂直气候带同前两者迥然分开，气温日较差大，气候要素有由南到北和西到东的变化特点[2]。云南高原冬暖夏凉，全年降水量多，气温的垂直变化明显，降水西南和东南较多，自此向东北递减[3]。西南地区属于高原山地气候和亚热带季风性湿润气候。高原山地气候特点为全年低温，降水量少；亚热带季风性湿润气候特点为夏季高温多雨，冬季温和少雨。

1 西南气候特征及遥相关研究的意义

中国西南地区包含四川省、贵州省、云南省、西藏自治区、重庆直辖市。西南地区地形结构复杂，主要以高原、山地为主。四川盆地气温东高西低，南高北低，盆底高而边缘低，等温线分布呈现同心圆状，霜雪少见，相当于中国南岭以南的亚热带气候，终年温湿，多云雾，日照少，冬暖夏热，多秋雨夜雨，降水十分充沛。

2 北半球大气遥相关

早在20世纪30年代，Walker和Bliss（1932年）就系

统地分析地面气象要素，从海平面气压的变化发现了大西洋和欧洲之间的海平面气压、地表面附近的空气温度存在明显的遥相关现象。20世纪80年代，Wallance和Gutzler（1981年）利用海平面气压与500 hPa

高度场资料，系统地计算点相关系数，发现大气环流存在几种遥相关型：太平洋/北美型（PNA）、西太平洋型（WA）、东大西洋（EA）、欧亚型（EU）和西太平洋型（WP）。

3 丝绸之路遥相关型

3.1 SRP特征

丝绸之路模式（SRP）是北半球夏季的一个纬向型遥相关型，由欧亚大陆上空对流层副热带急流形成的几个地理上固定的中心所组成。其中一个阶段的特点是在里海和朝鲜半岛（东欧和蒙古）有异常的正压反气旋（气旋）。“丝绸之路”波列有3个典型的活动中心，分别位于西亚—中亚（30°～50°N，50°～85°E）、蒙古（30°～50°N，85°～110°E）和远东（30°～50°N，110°～145°E），对应“正—负—正”的涡度异常场。“丝绸之路”波列其垂直结构相当正压，高度可达对流层顶部。

3.2 SRP研究进程

自SRP发现以来，其形成机制一直是研究中的主要问题，对“丝绸之路”波列形成机制目前存在2种观点：一种是大气内部动力过程是“丝绸之路”波列形成的重要因子，亚洲急流是“丝绸之路”波列的波导，换而言之，“丝绸之路”波列对东亚高空急流变异产生影响。因此，“丝绸之路”波列与亚洲急流密切联系，存在能量的互相转换，是一种共生关系。另一种外源强迫的观点认为“丝绸之路”波列是大气对地形和定常热源的强迫响应，如地中海东部附近的对流，印度夏季风区的非绝热加热或印度洋的非绝热加热以及厄尔尼诺—南方涛动（ENSO），能激发SRP并调整其相位。

与大量研究SRP的年际变率相比，SRP对气候的影响很小，但在最近的研究中已被忽略了。根据前人的研究结果，“丝绸之路”波列是亚洲夏季高空急流上稳定遥相关型，通过欧亚大陆及西太平洋其他环流成员相互作用对夏季亚洲大陆中纬度天气气候产生重要影响。例如，20世纪90年代末，随着欧洲、西亚和东北亚地区夏季变暖的放大，以及亚洲内陆高原地区和长江流域下游的夏季降水减弱，观测到类似于SRP的对流层上层波图。SRP是夏季亚洲急流上的低频罗斯贝外波模态，其传播被限制在亚洲急流上而呈现明显的纬向特征。SRP存在季节内、次季节、年际以及年代际等时间尺度的变化。“丝绸之路”波列是导致2010年的巴基斯坦特大洪水及东亚异常高温事件的重要天气系统。由于“丝绸之路”波列与ENSO信号的相关性比较弱，不能用ENSO相关。气象工作者发现东亚梅雨带降水偏少而我国华南和华北降水偏多时，“丝绸之路”波列的负相位显著。相关研究结果表明：中国西北地区7月降水量与“丝绸之路”波列和“欧洲—中国（E—C）”波列有关。有研究者通过研究大尺度背景场，得出“丝绸之路”波列可以制约印度季风的暴发时间。此外，20世纪90年代末发生的中国东部夏季季风降水年代际突变与“丝绸之路”型波列的变化有关。

“丝绸之路”波列在7、8月最明显，以8月最强，因此丝绸之路遥相关的影响在夏季最为明显，分析效果最好，所以其在夏季的影响研究最多，但在其他季节的影响研究还不够充分。研究表明，SRP能够影响欧亚大陆夏季降水及地表温度。这种影响是通过与SRP相联系的环流场异常造成的。中国西南也受到SRP的影响，但秋季是否也受到影响，且影响程度都是未知的，所以就秋季丝绸之路遥相关进行分析与讨论。

4 数据和方法

4.1 数据信息

采用1979—2011年高度场、气温、涡度月平均大气再分析资料来自美国国家环境预测中心（NCEP）逐月再分析数据集，水平分辨率2.5°（纬度）×2.5°（经度），1979—2011年期间月度地表降水据集由英国东安格利亚大学气候研究室（CRU），水平分辨率为0.5°

×0.5°。

4.2 方法介绍

4.2.1 SRP指数定义

秋季平均值均被定义为9、10、11月（SON）的平均值，并在整个研究中使用。丝绸之路模式（SRP）定义为秋季平均200 hPa径向风场（20°～60°N，30°～130°E）的第一个经验正交函数（EOF）模式，SRP指数被定义为归一化的第一主成分。通过对秋季平均200 hPa经向风场EOF分析，再进行回归，学生t检验，得到通过显著性检验置信区为90%和95%的图示。

4.2.2 学生t检验

在气象统计预报中，相关系数是衡量2个变量之间关系密切程度的量，这个量的大小是否显著也需要作统计检验，t检验是在样本容量固定的情况下，事先计算统一的判别标准相关系数，若计算的相关系数，则通过显著性的t检验，n为样本容量，t为时间。

5 秋季丝绸之路遥相关型及其变化特征

5.1 秋季丝绸之路遥相关的空间分布

1979—2011年秋季200 hPa径向风EOF第一模态

的空间分布图1，此图是秋季丝路型处于正位相时的空间分布，从图1可以看出，在20°～60°N，30°～130°E区域从里海至亚洲东部空间上存在一个“+—+”的排列，具体表现为在欧亚大陆上空的纬向波列，在伊朗高原地区、黑海和东海上空200 hPa径向风场呈现出一个正的分布，在蒙古地区出现一个负的分布。1979—2011年秋季200 hPa径向风EOF第一模态的空间分布有一种规律分布中亚和东亚地区变化相反，中亚为正异常，东亚为负异常。

5.2 秋季丝绸之路遥相关的时间序列

1979—2011年SRP的秋季200 hPa径向风EOF第一模态的时间序列图2，第一模态中高层环流异常由丝绸之路遥相关导致，从图2可以看出，时间序列呈现出一个年代际变化，其指数正负变化呈现出规律变化。

6 秋季丝路遥相关型与东亚大气环流及与我国西南气温和降水的关系

6.1 秋季丝路型遥相关与东亚大气环流

1979—2011年的秋季SRP对应的同期的200、500及850 hPa的位势高度场回归图（图略），可以看出各个高度上都有一个的自西向东纬向型波列的，呈现出“+ - + -”的分布。可以看出，200 hPa位势高度场上的负异常中心有里海和威海北部、东西伯利亚2个显著的负异常中心，2个正异常中心位于欧洲东部和西西伯利亚、蒙古地区；200～850 hPa的位势高度场相似，都有异常高压中心和异常低压中心。

6.2 秋季SRP对我国西南温度的影响

1979—2011年通过90%和95%的置信度的温度相关图（图略），从中可以看出存在2个比较大的显著性负相关中心：一个位于地中海，另一个位于中国东北部，还存在一个显著性负相关中心，在里海附近，其温度相关的显著性相关也呈一种“- + -”的分布。在中国西南部、四川、云南等地，其属于负相关区。

6.3 秋季SRP对降水的影响

地中海有一个显著性明显正的降水相关中心，在巴尔克什湖和里海附近有一个显著性明显负的降水相关中心，在中西伯利亚地区有一个显著的正相关中心，在中国中部、西南部都存在一个显著性明显负的降水相关中心，明显呈正相关的是较平均年际降水增多，明显呈负相关的是较平均年际降水减少，所以SRP对我国西南地区降水减少。

7 结论

（1）对1979—2011年200、500、850 hPa位势高度场回归图进行分析，可以看出大气中存在一个自西向东传播的波导；对200 hPa径向风场回归图和温度相关图结合分析，得出中国西南地区处于温度负相关区域，风场处于负距平区，北风异常，风沿等压线吹，所以SRP对西南气温的影响是温度异常减温趋势。

（2）对1979—2011年500 hPa涡度回归图和降水相关图结合分析，得出西南部都存在一个显著性明显负的降水相关中心，明显呈正相关的是较平均年际降水增多，明显呈负相关的是较平均年际降水减少，且涡度为正距平，水汽上升，所以秋季SRP型使我国西南地区降水减少。因此SRP对西南降水的影响是使西南降水减少。

（3）对1979—2011年秋季200 hPa径向风EOF第一模态的时间序列分析，可以发现SRP存在年际变化特征；对1979—2011秋季200 hPa径向风EOF第一模态的空间分布图分析，可以发现秋季SRP型处于正位相时，在欧亚大陆上空呈现“+ - +”的分布排列。

参考文献

[1] 郭漪然，田孟坤，陈艳，等.秋季欧亚波列对我国秋季降水和表面气温的影响[J].云南大学学报（自然科学版），2019， 41（4）：746-752.

[2] 王苏瑶，李忠贤，王大钧，等.秋季热带中太平洋SST异常型与冬季中国降水和气温的关系[J].气象科学，2012，32（6）： 653-658.

[3] 刘扬，刘屹岷.斯堪的纳维亚遥相关对我国西南西部深秋降水的影响[J].气候与环境研究，2017，22（1）：80-88.