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user: 3. 研究结果 3.1. 西南地区高温热浪次数分布特征 3.1.1. 定义 按照世界气象组织(WMO)的标准，高温热浪天气是指某地区连续三天以上日最高气温高于32℃。而在我国，连续至少三天最高温度大于35℃算一次高温热浪，本文利用西南地区1979~2019年6~8月逐日最高温度数据统计该地区高温热浪分布情况。 3.1.2. 高温热浪次数的空间分布 从图1中可以看出，41年来高温热浪的高频区主要集中在重庆、四川东部和广西地区，其次发生在贵州东部。其中重庆大部分地区次数在30次以上，部分地区为101~200次，最高频次为201~279次；四川东部地区多为51~100次，和广西自治区情况一致。云南绝大部分地区高温热浪次数较少，都在30次以下。四川盆地西部热浪次数也较少，多处站点显示在10次以下。总体看来，西南地区高温热浪次数分布东多西少，重庆地区为大值区。 图1. 1979~2019年我国西南地区高温热浪次数分布 3.1.3. 西南地区高温热浪次数的EOF分析 对标准化后的1979~2019年西南地区148个测站逐年的高温热浪次数进行EOF分解，能够很好地得到不同区域高温热浪次数的时空分布特征。如表1所示，EOF分析的第1~5个空间分量的总方差贡献率为69.8%，其中第1、2个空间分量占比就过半(60.8%)，这说明应该主要分析前两个分量的时空分布特征，它们能很好地反应整体情况。 Table 1 Contribution rate of variance of each component of EOF analysis (% 分量序号 1 2 3 4 5 累积方差贡献率 EOF 55.5 5.3 3.4 3.0 2.6 69.8 表1. EOF分析各分量的方差贡献率(%) 从高温热浪次数EOF分析第1分量的空间分布图(如图2)中看出了西南地区高温热浪天气的一致性特征，即研究区都为正值，除了重庆、四川东部地区的值超过了0.1，其他大部分地区的值都介于0.02~0.1之间，即整体上呈现同位相变化。且此分量的空间分布特征占了总体方差的一半以上，说明研究区高温热浪的主要分布特征应该是西南地区是在同种天气系统的影响和控制下形成的高温热浪天气。从第1分量的时间分布图(如图3)中可以看出，其值从2000年开始由负值转为正值，1979~2000年负值逐渐减小，2000~2019年正值波动基本不大，但2006年是个例外，其值猛增至3.8，达到了历年来的最大值。 EOF分析第2分量的空间分布情况(如图2)与第1分量相似，研究区东部的值明显高于西部，即四川盆地东部、重庆、贵州大部分地区以及广西部分地区的值偏高，云南及各省其他地方的值偏低。这一分布情况表明西南地区高温热浪天气具有明显东西差异的变化特征。而时间分布图(如图3)中可以看出1990年前为负值且变化不大，其余年份多为正值，但在2006年却突变为−4.0。第3、4分量的空间分布(如图2)与第1、2分量相比差别较大，整体说来值都偏大。第3分量的空间分布只有云南南部和四川西北地区的值偏小，而第4分量的分布图却显示四川东部与重庆部分地区的值最小，为0.1。第3、4分量的时间分布(如图3)基本都是正负值交替，但近几年都为正值，说明近年来高温热浪天气越来越多。第5分量的方差贡献率占比较小，不对其时空分析作过多分析，主要参考前四个分量的变化特征。 图2. EOF分析第1、2、3、4、5分量的空间分布 图3. EOF分析第1、2、3、4、5分量的时间分布 3.2. 遥相关型对高温热浪天气的影响 不同的遥相关型有不同的空间结构和变化特征，其环流形势也大不相同，因此对我国西南地区高温热浪的影响和重要性也会有较大差异。为了得到对我国西南地区高温热浪有显著影响的遥相关型波列，从而重点研究分析其带来的影响，经查阅了多篇研究遥相关型的参考文献和有关书籍之后，得到了一个重要结论，即东亚–太平洋遥相关型(EAP)对东亚夏季的气候有比较大的影响，因此本文主要研究的是EAP给研究地区高温热浪天气带来的影响。 EAP遥相关型是由于南海及菲律宾附近地区发生的一些对流异常激发出了一系列向北传播的罗斯贝波，然后在东亚的沿岸地区生成的一些正负相间的波列。EAP遥相关型的中心位置主要是能反映鄂霍茨克海附近的阻高和西太平洋副热带高压这两个十分重要的环流系统的一些变化，而这几个环流系统又恰好反映了东亚季风几个重要成员的变化，因此可以看出这个遥相关型与东亚地区夏季气候的变化存在十分密切的联系。黄荣辉 [ 12 ] 指出了如果由于菲律宾附近有对流活动的加强，而引起了EAP遥相关型的扰动异常，从而使得我国华南和南亚地区上空的高度场出现了负距平、江淮地区及日本上空的出现了正距平、东北地区出现了负距平，并且致使副高增强，会导致江淮流域发生干旱。蔡学湛 [ 13 ] 同样通过EAP遥相关型定义了一组东亚夏季风环流异常指数，该指数可以清楚反映副热带高压的变化以及东亚季风系统的变化情况。于淑秋 [ 14 ] 经研究发现，东亚西太平洋地区500 hPa位势高度距平EOF分析的第一模态明显具有经向EAP遥相关型的特征结构，并将其对应的一系列时间系数作为相应的EAP指数，该指数同样可以很好的表示夏季风的强弱变化。 3.2.1. EAP的年际和年代际变化特征 本文参照黄刚等 [ 15 ] 的定义来计算-太平洋遥相关指数(I eap )用以更好地定量化表征EAP，并且该指数对夏季风变化的反映很明显。 I e a p = N O R ( − 0.25 Z ′ s ( 20 ∘ N ， 125 ∘ E ) + 0.5 Z ′ s ( 40 ∘ N ， 125 ∘ E ) − 0.25 Z ′ s ( 60 ∘ N ， 125 ∘ E ) ) 其中 Z ′ = Z − Z ¯ ( Z 为某年夏季该点的500 hPa位势高度， Z ¯ 为气候平均态)， Z ′ s = Z ′ sin 45 ∘ / sin φ ， 为纬度，NOR(X)指对X进行标准化处理。 根据上面的公式计算出了1979~2019年6~8月份东亚–太平洋遥相关型的标准化时间序列指数，用以分析EAP波列的年际以及年代际的变化特征。如图4，从它的11年滑动平均曲线图中可以看出，1984~1995年EAP指数为负值，在1996年转为正值，并在2010年再次转为负值。因此可以发现它的年际变化十分明显，在总体上呈现出了先下降再上升最后又下降的趋势，其年代际变化则主要是先上升再下降的趋势，并且是在2009年左右开始下降的，但是每次变化的强度又都比较弱。 图4. 夏季1979~2019年EAP指数的年际变化曲线及11年滑动平均曲线 3.2.2. EAP典型正负异常年定义 对1979~2019年间的EAP指数典型正负异常年份进行统计，定典型正异常年(I eap ≥ 1)和典型负异常年(I eap ≤ 1)，以便进一步分析EAP遥相关型对东亚地区环流形势的影响。 表2统计出了1979~2019年EAP典型正负异常指数对应的年份，得到结果显示典型正负异常年占总年数的四分之一左右。从表中可以看到，典型负异常年份要多于典型正异常年份，但总数相差不多，比较均衡。其中典型正异常指数在1994年达到极大值(2.6)，典型负异常指数在1998年达到极大值(−2.0)。 Table 2 Statistics of typical positive and negative abnormal index years from 1979 to 201 I eap ≥ 1 1984， 1994， 2004， 2018 I eap ≤ −1 1980， 1993， 1998， 2009， 2015 表2. 1979~2019年典型正负异常指数年份统计 3.2.3. 东亚太平洋遥相关型(EAP波列)的影响 位势高度场是最能体现一种遥相关型的异常分布情况的，因此我们主要是通过重点研究EAP遥相关型在500 hPa位势高度场上的分布图，进而分析它所带来的一系列影响。从图5中可以比较清楚地看到在东亚地区典型正异常指数年与典型负异常指数年在500 hPa位势高度场上的分布呈现出了比较明显的反位相。在EAP波列的典型正异常年(图5(a))，在北纬60˚，东经65˚的附近，有十分明显的正距平中心，其中心值甚至超过了30 gpm。并且在鄂霍次克海的附近地区，也有比较明显的位势高度场的一个正异常中心。而从贝加尔湖到日本这一带为一个明显的负距平区，它的中心基本是处于贝加尔湖到日本的中间部分，并且在我国北方地区和西南大部分地区，有一西北–东南走向的位势高度距平场负异常区。在朝鲜半岛处有一个比较弱的低压槽，由于我国西南的大部分地区都受负距平的控制，因此中纬度地区的低槽开始不断发展，同时高纬的正距平区也存在一个高压脊，即鄂霍次克海附近的阻高，这些系统对西南地区的天气会产生很大的影响。总体看来，东亚地区基本是由负距平所控制的，这就表明了东亚夏季风是比较强的，而此时副高脊线还在西太平洋上，是一个较小的闭合中心。因此西太副高的影响区域还比较小，且其脊线位于30˚N以北。 在EAP波列的典型负异常年(图5(b))，在北纬55˚，东经70˚附近出现了明显的位势高度场负异常，负异常的中心值达到了30 gpm。在我国南方地区，也出现了位势高度的负异常分布，由此可得副热带高压是偏弱的。而在我国北方地区和西南大部分地区位势高度是正异常的，这与典型正异常年的情况相反。在中西伯利亚平原和欧洲等地区，有比较明显的位势高度正异常，而在日本和鄂霍次克海附近，也都分别出现了位势高度场的正异常和负异常，虽然它们并不是十分显著的。相较于典型正异常指数年，我国西南大部分地区上空由位势高度负距平变为位势高度正距平，这种分布情况说明了东亚夏季风还是比较弱的状态，但同时西太副高的强度却比较强，其位置相对偏南，且其高压脊不断向西发展。 图5. EAP指数典型正(a)、负(b)异常年的500 hPa位势高度场相对于1979~2019年夏季气候平均高度场的合成差异(图中的阴影部分表示通过了90%信度水平的显著性检验)